永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都(dōu)采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪(lún)結構進行驅動,導致球磨機的傳動係統存(cún)在機械傳動鏈冗長(zhǎng)、效率低、機(jī)構複雜、運行維護工(gōng)作量大等問(wèn)題。 沈陽(yáng)工業大學(xué)電機與控製技術研究(jiū)所(suǒ)與河南全新機電設(shè)備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁(cí)直驅電機,通過將電動機與機械(xiè)結構進(jìn)行機電一體化設計,取(qǔ)消動力傳輸的中(zhōng)間環節,做成直驅方案,能直接滿足荷(hé)載的需求,省去(qù)傳統磨機的減速機,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、過載能力強、係統免維護、自動化(huà)程度(dù)高等優點。 在控製(zhì)方麵,本產品(pǐn)電機定子采用了模塊化設(shè)計,不僅降(jiàng)低了加工、製造、運輸等難度,還相當於把一個大功率電機做成(chéng)了(le)多(duō)個(gè)小功率電機。模塊化電機的控製技術可(kě)以實現降低大(dà)功率電機的輸入電壓,但是不增加電(diàn)機的輸入電流,電機不必采用(yòng)高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯(lián)合(hé)供電,這(zhè)樣設(shè)計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。每個模(mó)塊電機都(dōu)具有一套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的自由度,球磨機運(yùn)行在(zài)輕載工況時,完全可以隻運(yùn)行部分模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵,本產品電機的(de)定子采用了一種自(zì)主設計研發的隨動式結構,將整圓的定子分成若幹個相互存在(zài)間隙的小扇形塊,通(tōng)過機(jī)械結構設計,確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心,定子塊始終跟(gēn)隨轉筒運動(dòng)從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產(chǎn)品通過機(jī)械結構設計保(bǎo)證定子與(yǔ)轉子間的間隙恒(héng)定,電機不會發生掃膛現象,因此(cǐ)電機的氣隙可以設計的比普通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(chéng)本(běn),節約稀土資源,節能用(yòng)電量(liàng)。當模塊發生故(gù)障時,直接拆卸故障電機,更換新的模塊電機即(jí)可(kě)正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工(gōng)期。 2、球(qiú)磨機專用隨動式永磁直驅電機概述 本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”,滾筒就像公路,定子塊就(jiù)像汽車。滾輪貼(tiē)合滾筒旋轉相當於汽(qì)車在公路行駛,公路的起伏不影響車輪與地麵貼合,即滾筒偏心浮動不(bú)影響滾輪貼合滾筒,保證(zhèng)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(xì)不均勻時,仍能正常運(yùn)轉,保證磨(mó)機始終運行在(zài)性能狀態,不必停機檢修。同時電機定子(zǐ)與轉子間的間隙也可以做的更小,減少永磁體用量,並且因為隨動式結構,電機不會發生(shēng)掃(sǎo)膛現象(xiàng)。 本產(chǎn)品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機,采用獨立的扇形定子(zǐ)塊(kuài)結構,其(qí)隨動原理是在定子塊(kuài)的軸向兩側(cè)安裝滾輪且滾輪貼合(hé)滾筒來確定定子與轉子間的間隙,定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動,轉筒會向上頂定子塊上(shàng)安裝的滾輪,進而帶動(dòng)定子塊向上移動,上方彈(dàn)性機構繼續壓縮;下方定子(zǐ)塊在受到永磁體對其向上的吸引力的(de)同時(shí),定子塊上的彈性機(jī)構將其向上頂,保證下方定子塊的滾輪(lún)依然貼合轉筒外表麵,使定子(zǐ)塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周(zhōu)方向的移動,從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球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(dàn)性機構將上方其向下(xià)壓,下方定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓(yā)力大小可(kě)調,對於(yú)不同位置的定子塊設置不同的(de)壓力,避免因彈性裝置設置的(de)壓力過大造成滾輪(lún)或轉筒磨損較快。 本(běn)產品將永磁電機采用模塊化控製,根據不(bú)同功率的電機設(shè)計采用(yòng)不同個(gè)數的隨動(dòng)式定子塊構成一台模塊電機,一台(tái)整(zhěng)圓電機由多台(tái)模塊電機(jī)構成,多台模塊電(diàn)機共用同一個轉子,模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上(shàng)。相鄰隨動式定子塊間設有固定在(zài)支撐框(kuàng)架上的擋板來對(duì)定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的(de)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。 本產品的(de)隨動式定子(zǐ)塊安裝拆卸十分便捷,隻需要沿球磨(mó)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(lián)接杆、彈(dàn)性機構支撐架,即可將(jiāng)定子塊沿徑向拉出(chū),進行檢修或更換新的定子塊。 3、采用本(běn)產品代替(tì)傳統磨機的電機驅動係統的優(yōu)點 現階段大多數的球磨機(jī)仍采用(yòng)三相感應電動(dòng)機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行(háng)驅動。永磁同步電機(jī)與感應電機相比優勢是(shì)它有(yǒu)較高的效(xiào)率和功率因數,損耗大(dà)大降低,節約了能源。永磁電機(jī)通(tōng)過變頻器進行調速,電機運行(háng)平穩,係統(tǒng)響應速度(dù)快,感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁(cí)電機應用越來越廣泛的原(yuán)因(yīn)。 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(dòng)效率將提升(shēng)至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅(jǐn)得到大幅提升,而且(qiě)直(zhí)驅係統的故障率低,維護檢修方便,還避免了傳統(tǒng)設備(bèi)因漏油造成環境汙染。 由於本產(chǎn)品電機定(dìng)子采用(yòng)了模塊化設計,不僅降低了(le)加工(gōng),製造,運輸等難度,還相當(dāng)於(yú)把一個大功率電機做成了多個小(xiǎo)功(gōng)率電機。模塊化電機的控製技術可以實(shí)現降低(dī)大功率電機的輸入電壓,但是不增加(jiā)電(diàn)機的輸入電流,電機不必采用(yòng)高等級(jí)絕緣,模塊化電(diàn)機采用多(duō)台(tái)小功率變頻器聯合(hé)供電。這樣設(shè)計降低了電機的供(gòng)電電壓和(hé)使用的變頻器容量,從(cóng)而降低成(chéng)本。球磨機運行在輕載工況時(shí),完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電機(jī)故障時,會導致電機合成(chéng)磁動勢發(fā)生畸變,諧波含量增加,平均轉矩下降,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(huà)設計,每個模塊電機都(dōu)具有(yǒu)一套(tào)獨立的控製(zhì)係統,大(dà)大提升(shēng)了電機控製的自由度,可以利用其多電機結(jié)構和控製靈活的優勢,在發生故障時。可以直接拆卸故障(zhàng)電機更換新的模塊電機即(jí)可正常運行。模塊化電機具有(yǒu)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降額(é)運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影(yǐng)響到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變(biàn)或(huò)重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象,偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機,實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛,而氣隙(xì)增大會導致永磁體(tǐ)用量增加,提高電機製(zhì)造成本。隨動式定子(zǐ)結構的模(mó)塊電機,能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒(héng)定,可(kě)將氣隙做的更小,減少(shǎo)永(yǒng)磁(cí)體用量,電機不會發生(shēng)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,工(gōng)作時間更長,大體積球磨機檢修複雜,降低檢修次數就是提高生產(chǎn)效率。 4、隨動式球磨機裝配示(shì)意圖 二、永磁直驅立(lì)磨技術 1、立磨直驅對比(bǐ)於傳統感應電機的優點( 1)變頻調速控製(zhì),實現負載(zǎi)工況多樣性 傳統立磨速度單一,工況適應(yīng)能力差。遇到突發事件(jiàn),調整磨鞮高度來(lái)改變係統工作環境,係(xì)統反應速度(dù)慢。永(yǒng)磁同步(bù)電機采用變頻調速,適應工(gōng)況能(néng)力(lì)強。遇到突發事件,除調整磨輾高度外(wài),還增加了速度調節以快速適應係統工作環境,係(xì)統(tǒng)反應速度(dù)更快。 (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(wài)的盤車係統滿足立磨(mó)的(de)低速起動(dòng)。為保(bǎo)證在電機起動過(guò)程(chéng)不對電網(wǎng)造成過大的衝擊,需(xū)增加軟起動裝置。三相感應電機起動後,通過減速器滿足(zú)係統轉矩需要,整個係統構成複雜(zá),係統運行的(de)輔(fǔ)助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控(kòng)製永磁同步電機起動,轉矩特性滿足需要,無需盤車係統和減速器,輔助係統少,結(jié)構簡單。 (3)變頻器軟起動,起動過(guò)程隨(suí)意設定 傳統係統先由低速盤車係統起(qǐ)動,待三(sān)相感應電機達到起動條件後(hòu),軟起動裝(zhuāng)置起動三相感應電機,係統運行。係統控製複雜,低速無(wú)法實現過載輸出。在低速過程需(xū)要盤車係統,將轉速提高(gāo)到三相感應電機(jī)起動條件。直驅(qū)係統直(zhí)接變頻低速起動,係(xì)統直接(jiē)運行,係統控製簡單。變頻控(kòng)製起動過(guò)程可根據實際工況進行調整,以滿(mǎn)足各種(zhǒng)工況的需求。低速可過載輸出,滿足起動(dòng)需要,取代盤車係統(tǒng)。 (4)無減速器,維護成本更低,維護次數少 係統各構成單元均需要時(shí)常檢查和定期維護,傳統係統構成單元多(duō)。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護,維(wéi)護成本費用高。同時係統(tǒng)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(chéng)單元簡單,變頻器控製永(yǒng)磁同步電機直接(jiē)驅動,控(kòng)製方便。係(xì)統(tǒng)內無減速(sù)器,無需額(é)外進行維護,係統(tǒng)維護(hù)成本低。同時,係統可實現在電機低速運行(háng)情況下進行係統維護。 (5)傳動效率高,節能效果明顯 綜上采用直驅永磁電(diàn)機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元(yuán)。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅(qū)係統的優勢與(yǔ)球磨機直驅係統相同,這裏不(bú)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電機驅動,提(tí)高了立磨效(xiào)率(lǜ)。在立磨扶正(zhèng)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)模塊機(jī)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、小型不同尺寸的立磨,分別設計(jì)了三種立(lì)磨專用永磁電機,代替(tì)傳統的減(jiǎn)速機與三相(xiàng)異步電動機,永磁直(zhí)驅電機具有雙向載荷機構與不同的放(fàng)置(zhì)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。