永磁直驅(qū)球磨機、立磨機
1、技術背景 傳(chuán)統(tǒng)的球磨機、立磨機大都采用(yòng)三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒(chǐ)輪結構(gòu)進行驅動,導致球磨機的傳動係統存在(zài)機械(xiè)傳動(dòng)鏈冗長、效率低(dī)、機(jī)構複(fù)雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業大學電機與控(kòng)製技術研究所(suǒ)與河南(nán)全新機電設備有限公司聯(lián)合設計研(yán)發的(de)球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計,取消動力傳輸的中間環節,做成直(zhí)驅方案,能直接滿足荷載的需求,省去傳統磨機的減(jiǎn)速機,顯著提高了電機的效率與功率(lǜ)因數,具有節能、起動轉矩大、過載(zǎi)能力強、係統(tǒng)免(miǎn)維護、自動化程度高(gāo)等優點。 在(zài)控製方麵,本產品電機定子采用了模(mó)塊化(huà)設計,不僅降低了加工、製造、運輸等(děng)難度(dù),還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化(huà)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(shì)不增加電機的輸入電流,電(diàn)機不必采(cǎi)用高(gāo)等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器(qì)聯合供電,這(zhè)樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量,從而(ér)降低成本。每個模塊電(diàn)機都具有一套獨立的控製係統(tǒng),大大提升了電機控製的(de)自(zì)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(mó)機。 在結構方麵,本(běn)產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構,將整圓的定子分成若(ruò)幹個相互存(cún)在間隙的小扇形塊(kuài),通過(guò)機械(xiè)結構設計,確定了一種(zhǒng)無論(lùn)球磨機轉筒是否震動或偏心,定子塊始終跟隨(suí)轉筒運動從而保持定子與(yǔ)轉子間隙(xì)恒定的結構。本產品通過(guò)機械結(jié)構設計保證定子與轉子間的間隙恒定,電機不會發生掃膛(táng)現象,因此電機的(de)氣隙可(kě)以設(shè)計的比普通永磁直驅(qū)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,節約稀土資源,節能用電量。當模塊發生故障(zhàng)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障而影響到生產工期。 2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述 本產(chǎn)品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”,滾筒(tǒng)就像公路,定子塊(kuài)就像汽(qì)車。滾輪貼(tiē)合滾筒旋(xuán)轉相當於汽車在公路行駛(shǐ),公(gōng)路的起伏不(bú)影響車(chē)輪(lún)與地麵貼合,即滾筒偏(piān)心浮動不影響(xiǎng)滾輪貼合滾筒,保證定子、轉子間隙恒定,在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動(dòng)等原因造(zào)成電機偏心、氣隙不(bú)均勻時,仍能正常運轉,保證(zhèng)磨機始終運行在性能狀態,不必停機檢修。同時電機(jī)定子與轉子間的間隙也可以做的更小(xiǎo),減少永磁體用量,並(bìng)且(qiě)因為隨動式結構(gòu),電機不會發生掃膛現(xiàn)象。 本產品電機的定子為隨(suí)動式結構,基於模塊(kuài)化永磁直驅電(diàn)機,采用獨立的扇形定(dìng)子塊結構,其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝(zhuāng)滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙,定(dìng)子塊徑向外側設有與支撐框架相(xiàng)連的彈性機構。彈性機(jī)構在球磨機(jī)滾筒不偏心時處於半壓縮狀(zhuàng)態,如(rú)果球磨機滾筒(tǒng)向上波動,轉筒會向上頂(dǐng)定子塊上安(ān)裝的滾輪,進而帶動(dòng)定子塊向上移動,上方彈性機(jī)構繼續壓縮;下方(fāng)定子塊在受(shòu)到永磁體對其向上的吸引力的同時,定子塊上的彈性機構將其向(xiàng)上頂,保證下方定子塊的滾輪依然貼合(hé)轉筒外表麵,使定子塊跟隨(suí)轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動,從而保證定子、轉子之間的(de)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(gòu)將上方(fāng)其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性(xìng)裝置的(de)壓力大小可調,對於不同位置的定子塊(kuài)設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大(dà)造成滾(gǔn)輪或轉(zhuǎn)筒磨損較快。 本產品將永(yǒng)磁電機(jī)采用模塊化控製,根據不(bú)同功率的(de)電機設計采用不(bú)同個數(shù)的隨動式定子塊構成一台模塊電機,一(yī)台整圓電機由多台模塊(kuài)電機構成,多台模塊電(diàn)機共用同一個(gè)轉子,模塊電機包繞式安裝在球磨(mó)機滾筒上。相鄰隨(suí)動式定子塊間設(shè)有固定在支撐框(kuàng)架上的(de)擋板來對(duì)定子塊進行圓周方向的限(xiàn)位。球磨機滾筒的法蘭(lán)處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子(zǐ)鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十(shí)分便(biàn)捷,隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架,即可將定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新(xīn)的定子塊。 3、采用本(běn)產品代替傳統(tǒng)磨機的電機驅動係統的優點 現(xiàn)階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅(qū)動。永磁同(tóng)步電機(jī)與感應電機(jī)相比優勢是(shì)它有較高的效(xiào)率和功率因數,損耗(hào)大大降低,節約了能源。永磁電機通過變頻器(qì)進行調速,電(diàn)機運行平(píng)穩(wěn),係統響應速度快,感應(yīng)電機則(zé)起動相對困難。這些也是近年(nián)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(chuán)動環節,縮(suō)短(duǎn)係統的傳動鏈,直(zhí)驅係統的傳動(dòng)效率將提升至少(shǎo)20%。球磨機直驅係統的傳動效率(lǜ)不僅得到大幅提升,而且直驅係統的故(gù)障率低,維護(hù)檢修方便,還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電機定子采用了(le)模塊(kuài)化設計,不(bú)僅降低了加工(gōng),製造,運輸等難度,還相當於(yú)把一個大功率電(diàn)機做成了多個小(xiǎo)功率電機。模塊化(huà)電(diàn)機的控製技術可以實現降(jiàng)低大功率電機(jī)的輸(shū)入電壓,但是不增加電機(jī)的輸入電流,電機不必采用(yòng)高等級(jí)絕緣,模(mó)塊化電機采用多台(tái)小功(gōng)率變(biàn)頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量(liàng),從而降低成本。球磨機運行在輕載(zǎi)工(gōng)況時,完全可以(yǐ)隻運行部分模塊電機驅動球磨機(jī)。 傳統電機故障(zhàng)時,會導致電機合成磁動(dòng)勢發生畸(jī)變,諧波含量增加,平均轉矩下降(jiàng),轉(zhuǎn)矩波動顯著增加,無法繼續正常運行。而(ér)本(běn)產品進行了模塊(kuài)化設計,每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(kě)以利用其多電機結構(gòu)和(hé)控製靈活的優勢,在(zài)發生故障時。可以直接拆(chāi)卸故障電機更換(huàn)新的模塊電機即可正常(cháng)運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數,也可切除故障子模塊而控製其(qí)餘正常(cháng)子模塊降額運行。使用本(běn)產品完全不(bú)會因電機發生故(gù)障(zhàng)而影(yǐng)響到生產(chǎn)工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏(piān)心現象,偏心嚴重時還會造成電機(jī)掃膛損壞電機,實際生(shēng)產中常常(cháng)通過增加氣隙大小來預防(fáng)掃膛,而氣隙增大會導致永磁體用量增加,提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊(kuài)電機,能在轉筒偏心時保證定(dìng)子與轉子之間的間隙恒定,可將氣隙做的更小(xiǎo),減少永磁體用量,電機(jī)不會發生(shēng)掃(sǎo)膛現(xiàn)象,同時因為該隨動式定(dìng)子結構在偏心時能繼續正常工作,檢修次(cì)數(shù)更(gèng)少(shǎo),工作時間更長,大(dà)體積球磨機檢修複雜,降(jiàng)低檢修次數就是提高生(shēng)產(chǎn)效率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 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(yàng)性 傳(chuán)統立磨速度單一,工況(kuàng)適應能力差。遇到突(tū)發事件,調整磨鞮高(gāo)度來改(gǎi)變係統工作環境,係統反應速度慢。永磁(cí)同步電機采(cǎi)用變頻調速,適應工況能力強。遇(yù)到突發事件,除調整磨輾高度外,還增加了速度調節以快速適應係統工作環境,係統反應速度(dù)更快。 (2)係統簡單,可靠性高 傳(chuán)統(tǒng)係統因三相感應電機無(wú)法在(zài)低速(sù)實現大轉矩輸出,需要額外的盤車係(xì)統滿足立磨的低速起(qǐ)動。為保證在電機起動過程(chéng)不(bú)對電網造成過大的衝擊,需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後,通過減速器滿足係統轉矩需要,整個係統構成(chéng)複雜,係統運行的輔助設備很多。直(zhí)驅(qū)係(xì)統由變頻控製係統控製(zhì)永磁同(tóng)步電機起(qǐ)動,轉矩特性滿足(zú)需要,無需盤車係統和減速器,輔助係統少,結構簡(jiǎn)單。 (3)變頻器軟起動(dòng),起動過程隨意設定 傳統係(xì)統先由低速盤車係統起動,待三相感應(yīng)電機達到起動條件後,軟起動裝置起動三相(xiàng)感應電機(jī),係統運行。係統控(kòng)製複雜,低速無法實現過載輸出。在低(dī)速過程需要盤車係統,將(jiāng)轉速提高到三相感應電機(jī)起動條(tiáo)件。直驅係統(tǒng)直(zhí)接變頻低速起動(dòng),係統直接運行,係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整,以滿足各(gè)種工況的需求。低速可過載輸(shū)出(chū),滿足(zú)起動需要,取代盤車係統(tǒng)。 (4)無減(jiǎn)速器(qì),維護(hù)成(chéng)本更低,維護次數少 係統各構成單元均(jun1)需要時常檢查和定期維護,傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護,維護成本費用高。同時係統無法實現(xiàn)在(zài)低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構(gòu)成單元簡單,變頻(pín)器控製永磁同步電機直接驅動,控製方便。係統內無減速器,無需額外進行維護(hù),係統維護成本低。同時,係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。 (5)傳動效率高,節能效果明顯 綜上采用直(zhí)驅永磁電機取代傳統驅動係統年節(jiē)電量達181萬元。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅(qū)係(xì)統的優勢與球磨機直驅係統相同,這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅(qū)立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立(lì)磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破(pò),通過設計一種雙向(xiàng)載荷扇形模塊機(jī)構替代大直徑軸承,方便加工(gōng)、生產、運輸、裝配(pèi)、維修,並降低成本,在工程實際中具(jù)有很強的實用型。 針對大、中、小(xiǎo)型不(bú)同尺寸的立磨,分別設計了三種立磨專用永磁電機,代替傳統的(de)減速機與(yǔ)三(sān)相異步電動機,永磁直驅電機具有雙向載荷機構(gòu)與不同的放置位置,均能達到扶正與承壓的作用,並且方便製造、裝配維護,節省成本。均已申請專 利。