永磁直驅球(qiú)磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大(dà)都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結(jié)構進行驅動,導致(zhì)球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈(liàn)冗長、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(zhì)技術研究所與河南全(quán)新機電設備有限公司聯合(hé)設計研發的球磨(mó)機、立磨機采用永磁直驅(qū)電機,通過將電(diàn)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(chéng)直驅方案,能直接滿足荷載的需求,省去傳統磨機的減速機,顯著提(tí)高了電機的效率(lǜ)與功率因數,具有(yǒu)節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度(dù)高等(děng)優(yōu)點(diǎn)。 在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加工、製(zhì)造、運輸等難度,還相當於把一個大功率電(diàn)機做成了多個(gè)小功率(lǜ)電機。模(mó)塊(kuài)化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓,但是不增(zēng)加電機的輸入電流,電機不(bú)必(bì)采用高等級絕緣(yuán)。模塊(kuài)化電機采用多台小(xiǎo)功率變頻器(qì)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,從而降低(dī)成本。每個模塊電(diàn)機都具(jù)有一套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的自由度,球磨(mó)機運行在輕載工況時,完全可以隻(zhī)運行部分模塊電機驅動球磨機。 在結(jié)構方麵,本產品電機的定子采用了一種自(zì)主設(shè)計研發的隨動式結構,將整圓的定子(zǐ)分成若幹個相互存在間隙的小扇形(xíng)塊,通過機(jī)械結構設計,確定了一種無(wú)論球磨機轉筒是否震動或偏心,定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品(pǐn)通過(guò)機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定,電(diàn)機不會發生掃膛現象,因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電(diàn)機的小很(hěn)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(jiē)能用電(diàn)量。當模塊發生故障時,直接拆卸故障電機,更換新(xīn)的模(mó)塊電機即可(kě)正常運行。使(shǐ)用本產品完全不會因(yīn)電(diàn)機發生故(gù)障而影(yǐng)響到生產工期。 2、球磨(mó)機專用隨動式永磁直(zhí)驅(qū)電機概述 本產品的隨動式定子結構構成(chéng)一種(zhǒng)“小車結構”,滾筒就像公路,定(dìng)子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛,公路的起伏不(bú)影響車輪與地麵貼合,即滾筒偏(piān)心浮動不影響滾輪貼合滾筒,保證定子、轉子間(jiān)隙恒定,在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾(gǔn)筒形(xíng)變、重(chóng)載(zǎi)震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時,仍能正常運轉,保證磨機始終運行在性(xìng)能狀態,不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也(yě)可以做的更小,減少永磁體(tǐ)用量,並且因為(wéi)隨動式結構,電(diàn)機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊(kuài)化永磁直驅電機,采(cǎi)用獨立的扇形定子塊結構,其隨動原(yuán)理(lǐ)是在定子塊(kuài)的軸向兩側安(ān)裝滾輪且滾輪貼合滾筒(tǒng)來確定定子與轉子間的間隙(xì),定子塊徑向外側設有與支撐框(kuàng)架相連(lián)的彈性機構。彈性機構在球磨機(jī)滾(gǔn)筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球(qiú)磨機滾筒向上波動,轉(zhuǎn)筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪,進而帶(dài)動(dòng)定子塊向上移動,上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁(cí)體對其向上的吸引力的同時,定子塊上的彈性機構將(jiāng)其向上頂,保證(zhèng)下方定子(zǐ)塊的滾(gǔn)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(bǎo)證定子、轉子之間的間隙不變。球(qiú)磨機滾筒向下複位或繼(jì)續向下波動,則上方定子塊在受到永磁體對其向下的(de)吸引力的同時,彈性機(jī)構將上方(fāng)其(qí)向(xiàng)下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調,對於不同位置(zhì)的定子塊設置不(bú)同的壓力,避免因彈性(xìng)裝置(zhì)設置(zhì)的壓力過大造成(chéng)滾輪或轉筒磨損較快(kuài)。 本產品將永磁(cí)電機采用模塊化控製,根據不同功率的電機設計采(cǎi)用(yòng)不同(tóng)個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機,一台整圓電機由多台模塊電機(jī)構成,多台模塊電機共用同(tóng)一個轉子,模塊電機(jī)包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰(lín)隨動式定(dìng)子塊間設有固定在(zài)支撐框架上的擋板(bǎn)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型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產(chǎn)品的隨動式(shì)定子塊(kuài)安裝拆卸十分便捷,隻需要(yào)沿球磨(mó)機的徑向(xiàng)依次拆卸密封外(wài)殼(ké)、彈性機構、彈性機構與(yǔ)定子塊之間的(de)連(lián)接杆、彈性機構支撐架,即可將定子塊沿徑向(xiàng)拉出,進(jìn)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統的優(yōu)點 現階段(duàn)大多數(shù)的球磨機仍采用三相感應(yīng)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電機相比優勢是它有較高的效率和(hé)功率因數,損耗(hào)大(dà)大降低,節(jiē)約了能源。永磁(cí)電機通過變頻器進行調速,電機運行平(píng)穩,係統(tǒng)響應速度快,感應電機(jī)則起動相對困難。這些也是近年來(lái)永磁電機應用(yòng)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(de)傳動鏈,直驅係(xì)統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅(qū)係統的(de)傳(chuán)動效率(lǜ)不僅得到大幅提升(shēng),而且直驅係統的故障率低,維護檢(jiǎn)修方便,還避免了傳統設備因漏油造成環(huán)境汙染。 由於(yú)本產品電機定子采用了模(mó)塊化設計,不僅降低了加(jiā)工,製造,運輸等難度,還(hái)相(xiàng)當於把一個大(dà)功(gōng)率電機做成(chéng)了多個小功率電機。模塊化電機(jī)的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓,但是不(bú)增加電機的輸入電(diàn)流,電機不必(bì)采用高等級絕緣(yuán),模塊化電機采用多台小(xiǎo)功率變頻(pín)器聯合供電。這樣設計降(jiàng)低了電機的供電電壓和使用的變頻器容(róng)量(liàng),從而降低成本。球磨(mó)機運行在(zài)輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動(dòng)球磨(mó)機(jī)。 傳統電機故障時,會導致電機合(hé)成磁動勢發生畸變,諧波(bō)含量增加,平均轉矩下降(jiàng),轉矩波動顯著增加,無法繼續正常運行。而本產(chǎn)品進行了(le)模塊化設計(jì),每個模塊電機都(dōu)具(jù)有一(yī)套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的自由度,可以利(lì)用其多電機(jī)結構和控製靈活(huó)的優勢,在發生故障時。可以直接拆卸(xiè)故障(zhàng)電機更換新的模塊電機(jī)即可正常運行。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餘正常子模塊(kuài)降額運行(háng)。使用本產品(pǐn)完全不會因(yīn)電機發生故障而影響到生產工期。 球(qiú)磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重(chóng)載產生震動等因素(sù)會發生(shēng)轉子偏心現象,偏心(xīn)嚴重時還(hái)會造成電機掃膛損壞電機,實際生(shēng)產中常常通過增(zēng)加氣隙大小來(lái)預防掃膛,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(gòu)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(jiāng)氣隙做的更小,減少永磁體用量,電機不(bú)會發生掃膛現象,同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作,檢修次數更少(shǎo),工作時間更長,大體積球磨機(jī)檢修(xiū)複雜,降低檢修次數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨機(jī)裝配示意圖 二、永磁直(zhí)驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感(gǎn)應(yīng)電機的(de)優點( 1)變頻調速控製,實現負載工況多樣性 傳統立磨速度單一,工況適應能力差。遇到突發事件,調整磨鞮高度來(lái)改變(biàn)係統工作環境,係統反應速度慢。永磁同(tóng)步電機采用變頻調速,適(shì)應工況能(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快速適應係統工作環境(jìng),係統反應速度(dù)更快。 (2)係統簡單,可靠性(xìng)高 傳統係統因(yīn)三相感應電機(jī)無法(fǎ)在低速實現(xiàn)大轉矩輸出,需要額外的盤車係統滿足立磨(mó)的低速起(qǐ)動。為保(bǎo)證(zhèng)在(zài)電(diàn)機起動過程(chéng)不對(duì)電網造成過大(dà)的衝擊,需增加軟起動(dòng)裝置。三相感應電機起(qǐ)動後,通過減速(sù)器滿足係統轉矩需要,整個係統構成複雜,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(bù)電機起動,轉矩特性滿足需要,無需盤車係統和減速器(qì),輔助係統少,結構簡單。 (3)變頻器軟起動,起動過程隨意設定 傳統係統先由低速盤車係統起動,待三相感應(yīng)電機達到(dào)起動條件後,軟起動裝(zhuāng)置起動三相感應電機,係統運行。係統控(kòng)製複(fù)雜,低速無(wú)法實現過載輸出(chū)。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起動條件。直驅係統直接變頻低速起動,係統直接運行,係統控製(zhì)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(zhǒng)工(gōng)況的需求。低速(sù)可過載輸(shū)出,滿足起動需要,取代盤車係(xì)統。 (4)無減速器,維護成本更(gèng)低,維護次數少 係統(tǒng)各構成單元均需要時常檢查和定期維護,傳(chuán)統係統構成(chéng)單元多。同時立磨減(jiǎn)速器結構複雜需要經常維護,維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的(de)情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單,變頻器控製永磁同步電機直(zhí)接驅動,控製方便。係統內(nèi)無減速器,無需額外進行維護,係統維護(hù)成本低。同時,係統可實現在電機低速運行(háng)情況下進行(háng)係統維護。 (5)傳(chuán)動效率高,節能(néng)效果明(míng)顯 綜上采用(yòng)直驅永磁電機取代傳統驅動係(xì)統年節電(diàn)量(liàng)達181萬元。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤(kūn)磨機直驅係統(tǒng)的優勢與球磨機直驅係統(tǒng)相同,這裏不再一—贅述。 2、永磁(cí)直(zhí)驅立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅(qū)電(diàn)機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與(yǔ)壓(yā)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(gōng)、生(shēng)產、運輸、裝配、維修,並降低成本,在工程實際中(zhōng)具有(yǒu)很強的實用型。 針對大、中、小(xiǎo)型不同尺寸(cùn)的立磨,分別(bié)設計了三(sān)種立磨專用永磁電機,代替傳統的減速機與三相異步電動機,永磁直驅電機具有雙向載(zǎi)荷機構與(yǔ)不同的放(fàng)置位置(zhì),均能達(dá)到扶正與承壓的作用(yòng),並且方便製造、裝配維護(hù),節省成本。均已(yǐ)申請專 利。