永磁直驅球磨機(jī)、立(lì)磨機
1、技術背(bèi)景 傳統的球磨(mó)機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒(chǐ)輪結構進行(háng)驅動,導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低(dī)、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業大學電機與控製技術(shù)研究所與河南小黄鸭视频官网機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用(yòng)永磁直驅電機,通(tōng)過將電動機與機械(xiè)結構(gòu)進行機電一體化設計,取消動力傳輸的中間環節(jiē),做成直驅(qū)方案(àn),能直接滿足荷(hé)載的需求,省去傳統磨機的減速機(jī),顯著提高了電機的效率與功率因數,具有節(jiē)能(néng)、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。 在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加(jiā)工、製造、運輸等難度(dù),還相當於把(bǎ)一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技(jì)術可以實現降低(dī)大功(gōng)率電機(jī)的輸入電壓,但是不增加電機的輸入電流,電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電,這樣(yàng)設計降低了電機的(de)供電電壓(yā)和使用的變頻器容量,從而降低成本。每個(gè)模塊電機(jī)都具有一套獨立的控製係統,大大(dà)提升了電機控(kòng)製的自由度,球磨機運(yùn)行在輕載工況時,完全可(kě)以(yǐ)隻運行部(bù)分模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵,本產品電機的定子采用了一(yī)種自主設計研發的隨動式結構,將整圓的定子分成(chéng)若幹個相(xiàng)互(hù)存在(zài)間(jiān)隙的小扇形塊,通過機械結構設計,確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏(piān)心(xīn),定子塊(kuài)始終(zhōng)跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結(jié)構。本(běn)產品通過機械結構設(shè)計保證定子與轉子(zǐ)間(jiān)的間隙恒定,電機不會發生掃膛現象,因此電機的氣隙可以(yǐ)設計(jì)的比普通永磁直驅電(diàn)機的(de)小很多,從而大幅降低電機(jī)永磁體用量,降低生(shēng)產成本,節約稀土資源,節能用電量。當模塊發生(shēng)故障時,直接拆卸故障電機,更換新的模塊電機即可正常運(yùn)行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到(dào)生產工期。 2、球磨機專用隨動式永磁(cí)直驅電機概述 本產品的隨動式定子結構構成一種(zhǒng)“小車結構(gòu)”,滾筒就像公路,定子塊就像汽車。滾(gǔn)輪貼合滾筒旋(xuán)轉相當於(yú)汽車在公路行駛,公路的起伏不影響車輪與(yǔ)地麵貼合(hé),即滾筒(tǒng)偏心浮動不影響滾輪貼(tiē)合(hé)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、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時,仍能正常運轉,保證磨(mó)機始終(zhōng)運(yùn)行在性能狀態,不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小,減少永磁體用量,並且因(yīn)為隨動式結構,電機不會發生掃膛現象。 本產(chǎn)品電機的定(dìng)子(zǐ)為隨動式結構,基於模(mó)塊化永磁直驅(qū)電機,采用獨立的扇形定子(zǐ)塊(kuài)結構(gòu),其隨動原理是在定(dìng)子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾(gǔn)輪貼合滾筒來確定定子(zǐ)與轉子間的間隙,定子塊徑向外側設有與支撐框(kuàng)架相連的彈性機構。彈性機構在球磨(mó)機滾(gǔn)筒不偏心時處於半壓縮狀態,如(rú)果(guǒ)球磨機滾筒向上波動,轉筒會向(xiàng)上(shàng)頂定子塊上安裝的滾輪,進而(ér)帶動定子塊向上移動,上方彈性機構繼續壓縮;下方定(dìng)子塊在受到永磁體對(duì)其向上的吸(xī)引力的同時,定子塊上(shàng)的彈性機構將其向上頂,保證下方(fāng)定子塊的滾輪依然貼合轉筒(tǒng)外表(biǎo)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、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(yǒng)磁體對其向下的吸引力的同時,彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒(tǒng)向下壓。 本產品彈性裝置的壓力(lì)大小可調,對於(yú)不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的(de)壓力(lì)過大造成滾輪或(huò)轉筒磨損較快。 本產品將(jiāng)永磁電機采用模(mó)塊化控製,根據不同功率的電機(jī)設(shè)計采用不同(tóng)個數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電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子,模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行(háng)圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭(lán)處(chù)銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子(zǐ)鐵心及磁(cí)鋼。 本產品的隨(suí)動式定子塊(kuài)安裝拆卸十(shí)分便捷(jié),隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密(mì)封外殼、彈性機構、彈性機構(gòu)與定子塊之間的連接杆、彈性機構(gòu)支撐架,即可將(jiāng)定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新的定子塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係(xì)統的優點(diǎn) 現階段大多數的球磨機仍采用三相(xiàng)感應電(diàn)動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動(dòng)。永磁同步電機與感應電機相比優勢(shì)是它有較高的效率和功率因數,損耗(hào)大(dà)大降低,節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速,電機(jī)運行平穩,係統響應速度快,感應電機則起動相(xiàng)對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的(de)原因。 采用永磁直驅,取消(xiāo)了中間的減速機、聯軸器、及齒(chǐ)輪的傳動環節(jiē),縮短係統的傳動鏈,直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的(de)傳(chuán)動效率不僅得到大幅提升,而且直驅係統的(de)故障率低,維護檢修方便,還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品(pǐn)電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加工(gōng),製造,運輸等難度,還相當於把一個大(dà)功率電機(jī)做成了(le)多個小功率電機。模塊化電機的控(kòng)製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓(yā),但是不增加(jiā)電機的輸入(rù)電流,電機不必采用高(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。這樣(yàng)設計降(jiàng)低了電機的供電電壓(yā)和使用的(de)變頻器容量,從(cóng)而降低成本。球磨機運行在輕載工況(kuàng)時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電機故障時,會導致電機合成磁動(dòng)勢發生畸變,諧波含量增加,平(píng)均轉矩(jǔ)下降,轉矩波動(dòng)顯著增加,無法繼續正常運行(háng)。而本(běn)產品進行了模塊化設計(jì),每個模塊電機都具有一套獨立的控(kòng)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的優(yōu)勢,在(zài)發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有(yǒu)冗餘的模塊數,也可切(qiē)除故障子模塊而控(kòng)製其餘正常子模塊降額運行。使用(yòng)本產品完全不(bú)會因電機發生故障而影響到生產(chǎn)工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形(xíng)變或重載產生(shēng)震動(dòng)等因素會發生轉子偏心現象,偏心嚴重時還會造成電機掃(sǎo)膛(táng)損壞(huài)電機,實際生產中常常通過增加氣隙大小(xiǎo)來預防掃膛,而氣(qì)隙增大會導致永磁體用量增加,提(tí)高電機製造成(chéng)本。隨動式定子結構的模塊電機,能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用量,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(xīn)時能繼續(xù)正常工作,檢修次數更少,工作(zuò)時間更長,大體積球磨機檢修複雜,降低檢(jiǎn)修次數就是提(tí)高生產效率。 4、隨動式球(qiú)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(gǎn)應電機的優點( 1)變頻調速控製,實現負載工況多樣(yàng)性 傳統立磨速度單一,工況適應能力差。遇到突(tū)發事件,調整(zhěng)磨鞮高度來改變係統工作環境,係統反應速度(dù)慢。永磁同步電機采用(yòng)變頻(pín)調速,適應工況能力(lì)強。遇到突(tū)發事件,除調整磨(mó)輾(niǎn)高度外,還(hái)增加了速度調節(jiē)以快速(sù)適應(yīng)係(xì)統工作環境,係統反應速度更快(kuài)。 (2)係統簡單,可靠性(xìng)高 傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出,需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起(qǐ)動過程不對電網造成過大(dà)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(xì)統構成複雜(zá),係統(tǒng)運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製(zhì)係統控製永(yǒng)磁(cí)同步電機起動,轉(zhuǎn)矩特性滿足需要,無需盤車係統和(hé)減速器,輔助係統少,結構簡單。 (3)變頻器軟起動(dòng),起動過程(chéng)隨意設定 傳統係統先由低速(sù)盤車係統起動,待三(sān)相感應電機(jī)達到起動條件(jiàn)後,軟起動(dòng)裝置(zhì)起動三相感應電機,係統運行。係統控製複(fù)雜,低速無法實現(xiàn)過載輸出。在低速過程需要盤車係統,將轉速提高到(dào)三相感應電機起動(dòng)條件。直驅係統直接變頻低速起動,係統(tǒng)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,以滿足各種工況的(de)需(xū)求。低速可過載輸出,滿足起動需要,取代盤車係統。 (4)無減速器,維護成本更低,維護次數少 係(xì)統各構成單元均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(jié)構複雜需要經常維護,維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單(dān),變頻器(qì)控製永(yǒng)磁同步電機直接驅動,控製方便。係統內無減(jiǎn)速器,無需額外進行維護,係統維護成本(běn)低。同時(shí),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(lǜ)高,節能(néng)效果明顯(xiǎn) 綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年(nián)節電量達181萬元(yuán)。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨(mó)機(jī)直驅(qū)係統相同,這裏不再(zài)一—贅述。 2、永磁直驅(qū)立磨結構示意圖 本新型(xíng)立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。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(xíng)模塊(kuài)機構替代大直徑軸承,方便加(jiā)工、生產、運輸、裝配、維修,並(bìng)降(jiàng)低成本,在工程實際(jì)中具有很強的實用型。 針對大、中(zhōng)、小型不(bú)同尺寸的立磨,分別設計了三種立磨專用永磁電機,代替傳統的減速機與三相異步電(diàn)動機,永磁直驅電(diàn)機具有雙向載荷機構與不同的放置位置,均能達到扶正與(yǔ)承壓的作用,並且方便製造、裝配維護(hù),節省成本。均已申請專 利(lì)。