永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統(tǒng)的球磨機、立磨機大(dà)都(dōu)采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以(yǐ)及齒輪結構進行驅動,導致球磨機的傳動係統存在機械(xiè)傳動鏈冗長(zhǎng)、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈(shěn)陽工(gōng)業大學電機與控製技術研究(jiū)所與河南(nán)草莓视频ios機電設(shè)備有限公(gōng)司聯合設計研發的球磨(mó)機、立(lì)磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構(gòu)進行機電一(yī)體(tǐ)化設計,取消動力傳輸的中間環節,做成直驅方案,能直接滿足荷載(zǎi)的(de)需求,省(shěng)去傳統(tǒng)磨機的減速機,顯著提高了電機的效率與功率因數,具有節能、起動轉矩大、過載能力(lì)強、係統免維護、自動化程度(dù)高(gāo)等優點。 在(zài)控製方麵,本(běn)產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加工、製造、運輸等難(nán)度(dù),還相當(dāng)於把一個大功(gōng)率電機做成了多個小功率電機。模(mó)塊化(huà)電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸(shū)入(rù)電壓,但是不(bú)增加電機的輸入電流,電機不必采用高等級絕緣。模(mó)塊化電機采(cǎi)用多台小功率變頻器聯合(hé)供電,這樣設計降(jiàng)低了電(diàn)機的(de)供電電壓和(hé)使用的變頻器容(róng)量,從而降低成(chéng)本。每個模塊電機都具有一套獨立的(de)控製係統,大(dà)大提升了電機控製的自由度,球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分(fèn)模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵,本產品電機的(de)定子(zǐ)采用了一種自主設計(jì)研發的隨動式結構,將整圓的定子分成若幹個(gè)相互存在間隙的小扇形塊,通過機械結構設(shè)計,確定了一種無論球磨機轉筒是否(fǒu)震動或偏心,定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間(jiān)隙恒定的結構。本產(chǎn)品(pǐn)通過機械結構設計保(bǎo)證(zhèng)定子與轉(zhuǎn)子間的間隙恒定,電(diàn)機不會發生掃膛現象,因此電機(jī)的氣隙可以設(shè)計的比(bǐ)普通(tōng)永磁直驅電機的小很多,從而大幅降低電機永磁體用量,降低生產成本(běn),節約稀土資源,節能用電量。當模塊發生故障時,直接拆卸故障電機,更換新的模塊電機即可正常運行(háng)。使用本產品完全不會因電機發生故(gù)障而影(yǐng)響到(dào)生(shēng)產工期。 2、球磨機專用隨動(dòng)式永磁直驅電機概述(shù) 本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”,滾(gǔn)筒就(jiù)像公路,定子塊就像(xiàng)汽車(chē)。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛(shǐ),公路的起(qǐ)伏不影響車輪與地麵貼合,即滾筒偏心浮(fú)動不影響滾輪貼合滾筒,保證定子、轉子間(jiān)隙恒(héng)定,在球磨機因裝配誤差、軸(zhóu)承磨損(sǔn)、滾筒形變、重載震動等原因造成電(diàn)機(jī)偏心、氣隙不均勻時,仍(réng)能正(zhèng)常運轉,保證磨機始終運行在性能狀(zhuàng)態(tài),不必停機(jī)檢修。同時(shí)電機定子與(yǔ)轉子(zǐ)間(jiān)的間隙也可以做的更小,減少永磁體用量,並且(qiě)因為隨動式結構,電機不會發生掃膛現象。 本產品電(diàn)機(jī)的定子為隨動式結構,基於模塊(kuài)化永磁直驅電機,采用獨立的扇形定子塊結構,其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒(tǒng)來確定定子與轉子間的間隙,定子塊(kuài)徑向外側設有與支(zhī)撐框架相連的彈性機構。彈性機構(gòu)在球磨機滾(gǔn)筒不偏心時(shí)處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動,轉筒會向(xiàng)上頂定子塊(kuài)上(shàng)安裝的滾輪,進而帶動定子塊向上移(yí)動,上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁(cí)體對其向上的吸引(yǐn)力的同時(shí),定子塊上的彈性(xìng)機構將其向上頂,保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵,使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動,從而保證定子(zǐ)、轉子之間(jiān)的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動,則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時,彈性機構將上方其向下壓,下(xià)方定(dìng)子(zǐ)塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調,對於不同(tóng)位(wèi)置的定子塊設置不(bú)同(tóng)的壓力,避免因(yīn)彈性裝置設置的壓力過(guò)大造成滾輪(lún)或轉筒磨損較快。 本產(chǎn)品將永磁電(diàn)機采用模(mó)塊化控製(zhì),根據不同功(gōng)率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構(gòu)成一台模塊(kuài)電機,一台整圓電機由多台模塊電機構(gòu)成(chéng),多台模塊電機共用同(tóng)一個轉子,模塊電機包繞式(shì)安裝在球磨機滾筒上。相鄰(lín)隨(suí)動式定子塊間設有固定在支撐框架上(shàng)的擋板來對定子塊進行圓(yuán)周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型(xíng)支撐(chēng)板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼(gāng)。 本產(chǎn)品的隨動式(shì)定子塊安裝拆卸十分(fèn)便捷,隻需要沿球磨機(jī)的徑向依次拆(chāi)卸密封外殼、彈性機構、彈性(xìng)機構與定子塊之間的連接杆、彈性機(jī)構支撐架,即(jí)可將定子塊沿徑向拉出,進行檢(jiǎn)修或更(gèng)換新的定子塊。 3、采用本產品代替傳(chuán)統磨機的(de)電機驅動係統的優點 現階段大多數的球磨機仍采用三(sān)相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應(yīng)電機相比優勢是它有較高的效率和功率(lǜ)因數(shù),損耗大大降(jiàng)低,節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速,電機運行平穩,係統響應速度快(kuài),感(gǎn)應(yīng)電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅,取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節,縮短係統的傳動鏈,直驅係統的傳動效率將提升至(zhì)少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提(tí)升,而且直驅係統的故障率低,維護(hù)檢修方便,還避免了(le)傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電(diàn)機定子采用了模塊化設計,不僅降低了(le)加工,製造,運輸等難度,還相當於把一個大(dà)功率電機做成了多個小功(gōng)率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入(rù)電壓,但是不增加電機的輸入電流,電機不必(bì)采用高等級絕緣,模塊化電機采用多(duō)台小功(gōng)率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和(hé)使用的變(biàn)頻器容量,從而降低成(chéng)本(běn)。球磨機運(yùn)行在輕載工況時,完全(quán)可以(yǐ)隻運行部分模塊電機(jī)驅動球磨機。 傳統電(diàn)機故障時(shí),會導致電機合成磁動勢發生畸變,諧波含量增加,平均轉矩(jǔ)下降,轉矩波動(dòng)顯著增加,無法繼續正常運行。而(ér)本產品進行了模塊化設計,每(měi)個模塊電機都具有一套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的自由度,可以利用其(qí)多電機結構和控製靈活(huó)的優勢(shì),在發生(shēng)故(gù)障時。可以直接拆卸故障電(diàn)機更換(huàn)新的模塊電機(jī)即可正常運行。模(mó)塊化電機具有冗餘的模塊數,也可切除故障子模塊而控(kòng)製其餘正常(cháng)子模塊降額運(yùn)行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形(xíng)變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心(xīn)現象,偏心嚴重時還會造成電(diàn)機掃(sǎo)膛損壞電機,實際生產中常常通(tōng)過增加氣隙大小來預(yù)防掃膛,而氣隙增大會導致永(yǒng)磁體用量(liàng)增加,提高電機製造成本。隨動式定(dìng)子結(jié)構的模塊電機(jī),能在轉筒偏心時保證定子與轉(zhuǎn)子(zǐ)之間的間隙(xì)恒定,可(kě)將氣隙(xì)做(zuò)的更小,減少永磁體用量(liàng),電機不會發生掃膛現象,同時因為該隨(suí)動式定子結構在偏心時能繼續正常工作,檢修次數更少,工作時間更長,大體積球磨機檢修複雜,降低檢修次數(shù)就是提(tí)高生產效率。 4、隨動式球磨機裝配(pèi)示意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1)變頻調速控製,實現負載工況多樣性 傳(chuán)統立磨速度單一,工況適應能力差。遇到突(tū)發事件,調整磨鞮高度來改(gǎi)變係統工作環(huán)境,係統反應速度慢。永(yǒng)磁同步電機采用變頻調速(sù),適應(yīng)工況能(néng)力強。遇到突發事件,除調整磨輾高度外,還增加了速度調節以(yǐ)快速適應係統工作環境,係(xì)統反應速度更快。 (2)係統(tǒng)簡單,可靠(kào)性高 傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出(chū),需要額(é)外的盤車係統滿足立(lì)磨的低(dī)速起動。為保證在電機(jī)起動(dòng)過程不對電(diàn)網造成過大的衝擊,需增加(jiā)軟起動裝置。三相感應電機起動後,通過減速器滿足係(xì)統轉矩需要(yào),整個係統構(gòu)成複雜,係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係(xì)統控製永磁同步電機起動,轉矩特性滿足需要,無需(xū)盤車係統和減(jiǎn)速器,輔助係統少,結構簡(jiǎn)單。 (3)變頻器軟起動,起動過程隨意設定 傳統(tǒng)係統先由低速盤車係統起動,待三相感應電機(jī)達到起動條(tiáo)件後,軟起(qǐ)動裝置起動三相感應電機,係統運行。係統控製複雜,低速(sù)無法實現過載(zǎi)輸出。在(zài)低速過程需要盤車(chē)係統,將轉速提高到三相感應電(diàn)機(jī)起動條件。直(zhí)驅係統(tǒng)直接變頻低速起動,係統(tǒng)直接運行,係統控製簡單(dān)。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整,以滿足各種工況的需求。低速可過載(zǎi)輸出,滿足起動(dòng)需要,取代盤車係統。 (4)無減速器,維護成本更低,維護次數少 係統各構成單(dān)元均需(xū)要時(shí)常檢查和定期維護,傳(chuán)統係統構成單元(yuán)多。同(tóng)時立(lì)磨減速器結(jié)構複雜(zá)需要經常維(wéi)護,維護成本費用高。同時係統無法實現在低(dī)速運行的情況下進行係統維護。直(zhí)驅(qū)係統構成單元簡單,變頻(pín)器控製永磁同步電機直接驅動,控製(zhì)方便。係統(tǒng)內無(wú)減速器,無需額外進行維護,係(xì)統維護(hù)成本低。同時,係統可實現(xiàn)在電機低速運行情況下進行係統維護。 (5)傳動效(xiào)率高,節能效果明顯 綜上采用直驅永(yǒng)磁電機取代傳統(tǒng)驅動(dòng)係統年節電量(liàng)達181萬元。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅係統的優勢與(yǔ)球磨(mó)機(jī)直驅係統相(xiàng)同,這裏不再(zài)一—贅述。 2、永磁直驅立磨結(jié)構示(shì)意圖 本新型立磨結構采用永(yǒng)磁直(zhí)驅電(diàn)機驅動,提(tí)高(gāo)了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破,通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承,方便加工、生產、運輸、裝配、維修,並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。 針對大、中、小型不同(tóng)尺寸(cùn)的立磨,分別設計了三種立磨(mó)專用永磁電機,代替傳統的減速機與三相異(yì)步電動機,永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置,均能達到扶正與承壓的作用,並且(qiě)方便製造(zào)、裝配維護,節省成本。均已申請專 利。