永(yǒng)磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背(bèi)景 傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步(bù)電動機、聯軸器(qì)、減速裝置以及齒(chǐ)輪結構進行驅動,導(dǎo)致球(qiú)磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長(zhǎng)、效率低、機構複雜(zá)、運行維護工作(zuò)量(liàng)大等問題。 沈陽工業大(dà)學電機與控製技術研究(jiū)所與河南九幺免费版機電(diàn)設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅(qū)電機,通過將電動機與機械結構進行機電(diàn)一體化設(shè)計,取消動力傳輸的中間環節,做成直驅方案,能直接滿足荷載的需求,省去傳統(tǒng)磨機的減速機,顯著提高了電機的(de)效率與功(gōng)率因數,具有節能、起動轉矩大、過載能力強(qiáng)、係統免維護、自動(dòng)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(huà)設計,不僅降低了加工、製造、運輸(shū)等難度,還相當於把一(yī)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術可以實現降低大功率電機的輸(shū)入電壓,但是不增(zēng)加電機的輸入電流(liú),電機不必采(cǎi)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(diàn),這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨(dú)立的控製係(xì)統,大大提升了電機控製的自由度(dù),球磨機運(yùn)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。 在結構方麵,本(běn)產品電機的定子采用(yòng)了一種自主設計研發的隨(suí)動式結構,將整圓的定子(zǐ)分成若幹個相互存在間隙的(de)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心,定子塊始終跟隨轉筒運(yùn)動從而保持(chí)定子與轉子間隙恒定的(de)結構。本產品通過機械結構設計保證定子與(yǔ)轉子間的間隙恒定,電機不會發生掃膛現象,因此電機的氣隙(xì)可以設計的比普通永磁直驅電機(jī)的小很多,從而(ér)大幅降低電機永磁體用量,降低生產成本,節(jiē)約稀土資源,節能(néng)用電量。當模塊(kuài)發生故障時,直接拆卸故障電機(jī),更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因(yīn)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(yǒng)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(gòu)”,滾筒就像公路,定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相(xiàng)當於汽車在公路(lù)行駛,公路的起伏不影響(xiǎng)車輪(lún)與地麵貼合,即滾筒偏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、滾筒形變、重載震動等原因造(zào)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能狀態,不必停機(jī)檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做(zuò)的更小,減少永磁體用量,並且因(yīn)為隨動式結(jié)構(gòu),電機不會發生掃膛現象(xiàng)。 本產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塊結構,其隨動原理是在定子塊的(de)軸向兩側安裝滾輪(lún)且滾輪貼合滾筒來確定(dìng)定子與轉子間的(de)間隙,定子塊(kuài)徑向外側設有與(yǔ)支撐框架相連的(de)彈(dàn)性機構。彈性機構(gòu)在球磨機滾筒(tǒng)不偏心時處於半壓縮(suō)狀態,如果球磨機滾筒向上波動,轉筒會向上(shàng)頂定子塊上安裝的滾輪(lún),進而帶動定子塊向上移(yí)動,上方(fāng)彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在(zài)受到永磁體對其向上(shàng)的吸引力的同(tóng)時,定子塊上的彈(dàn)性機構將其向上頂,保證下方定子塊(kuài)的滾輪依然貼合轉筒(tǒng)外表麵,使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方(fāng)向的移動,從而保證定子、轉子之間的(de)間隙(xì)不變。球磨機滾筒(tǒng)向下複(fù)位或繼續向下波動(dòng),則上方定子塊在受到永磁(cí)體對其(qí)向下的吸引力的同(tóng)時,彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向(xiàng)下壓(yā)。 本產品彈性裝置的(de)壓(yā)力大(dà)小可(kě)調,對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避(bì)免因彈(dàn)性(xìng)裝置設置的壓力過大造成滾(gǔn)輪或(huò)轉筒磨損(sǔn)較快。 本產品將永(yǒng)磁電機采用模(mó)塊化控製,根據不同功率的電機(jī)設計采(cǎi)用不同個(gè)數的隨動式定子塊構成一台模塊電機,一台整圓電機(jī)由多台模塊電機構成,多(duō)台模塊電機共用同一個(gè)轉(zhuǎn)子,模塊電機(jī)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(dìng)子塊進行圓周方向的(de)限位。球磨機滾筒的法蘭處(chù)銜接T型支撐板(bǎn),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)分便捷,隻需要沿球磨機的徑向依(yī)次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接(jiē)杆、彈性機構支撐(chēng)架,即可將定子塊沿徑向拉出,進行檢(jiǎn)修或更(gèng)換新的(de)定子塊。 3、采用本產品代替(tì)傳統磨機的(de)電機驅動係統的優點 現階段大多數的球磨機仍采(cǎi)用三相感應(yīng)電動機、聯軸器、減速(sù)裝置以及齒輪結構(gòu)進行驅動。永磁(cí)同步電機與(yǔ)感應(yīng)電機相比(bǐ)優勢是它有較高的(de)效率和功率因數,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(jī)運行平穩,係統響應速度快,感應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(yuè)廣泛的(de)原因。 采用永磁直驅(qū),取消了中間(jiān)的減速機、聯軸器、及齒(chǐ)輪的傳(chuán)動環節,縮短係統的傳動鏈,直(zhí)驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不(bú)僅(jǐn)得到大幅提升,而且直驅係統的故障率低(dī),維護檢修方便,還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電(diàn)機定子采用了模塊(kuài)化設計,不僅降低了加工,製造,運輸等(děng)難度,還相當於把(bǎ)一(yī)個大功率電機做成了多個小功率(lǜ)電(diàn)機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電(diàn)機的輸入電壓,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(huà)電機采(cǎi)用多台小功率變頻器聯合供(gòng)電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使(shǐ)用的變(biàn)頻器容量,從而(ér)降低成本。球磨機運行(háng)在輕載工況時,完全可以隻運行(háng)部分(fèn)模塊電機驅動球磨機(jī)。 傳(chuán)統電機(jī)故障(zhàng)時,會導致電機合(hé)成磁動勢(shì)發生畸變(biàn),諧波含量增加,平均(jun1)轉矩下降,轉矩波動顯著增加,無法繼續(xù)正常運行。而(ér)本產品進行(háng)了模塊化(huà)設計,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,可(kě)以利用其多電機結構和控製靈活的優勢,在發生故障時。可以直接(jiē)拆卸故障電機更換新(xīn)的模塊電機即可正常運行。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降額運行。使用本產品完全不會因電機(jī)發生故障而(ér)影(yǐng)響到生產工期。 球磨機因加工(gōng)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心現象,偏心嚴重時還(hái)會造成電機掃膛損壞電機,實際(jì)生產中常常(cháng)通過增加氣隙大小來預防掃膛,而氣隙增大(dà)會導致永磁體用量增加,提高電機製造成本。隨動(dòng)式(shì)定子(zǐ)結構的模塊電機(jī),能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙(xì)恒定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用量,電機(jī)不會發生掃膛現象,同時因為該隨動式定子結構在偏(piān)心時能繼續正常工作,檢修次數更少,工作時(shí)間更長,大體積球磨機檢修複(fù)雜,降低檢修次數就是提高生產效率。 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(tǒng)感(gǎn)應電機的優點( 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(dào)突發事件,調整磨鞮高度來改變係統工作環境,係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速,適應工況能力強。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,係統反應速度更快。 (2)係統簡單,可(kě)靠(kào)性高 傳統係統因三相感應(yīng)電機無法在低速實(shí)現大轉矩輸出,需要額外的盤車係統滿(mǎn)足立磨的低(dī)速起動。為保(bǎo)證在電機起動過程不對電網造成過大的(de)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(fù)雜(zá),係統運行(háng)的(de)輔(fǔ)助設備很(hěn)多。直驅(qū)係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起(qǐ)動,轉矩(jǔ)特性滿足需要,無需盤車(chē)係統和減速(sù)器,輔助係統少,結構簡單。 (3)變頻器軟起動,起(qǐ)動過程(chéng)隨意設定 傳統係統先(xiān)由低速盤車係統起動,待三相感應電機達到起動條(tiáo)件後(hòu),軟起動裝置起動三相感應電機,係統(tǒng)運行。係統控製複雜,低速(sù)無法實現過載輸出。在低(dī)速(sù)過程需要盤車係統,將轉速提高到三相(xiàng)感應電機(jī)起動條件。直驅係統直接變(biàn)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,以滿足各種工況的需求。低(dī)速可過(guò)載輸出,滿足起動需要,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(chéng)本費用高。同(tóng)時係統無法實現(xiàn)在低速(sù)運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡(jiǎn)單,變頻器控製永磁同步電機直(zhí)接驅動,控製方便。係(xì)統內無減速器,無需(xū)額外進行維護,係統維護成(chéng)本低。同時,係統可實現在電機(jī)低(dī)速運行情況下進行係統維護。 (5)傳動效率高,節(jiē)能效果明顯 綜(zōng)上采用直驅永(yǒng)磁電機取代傳統驅動係(xì)統年節電量達181萬元。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同,這裏不再一—贅述(shù)。 2、永磁直驅立磨結構(gòu)示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨(mó)效率。在立磨扶正軸承(chéng)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(zhóu)承,方便加工、生產、運輸、裝配、維修(xiū),並降低成本,在工(gōng)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,分別設計了三種(zhǒng)立磨專用永磁(cí)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荷(hé)機構與不同的放(fàng)置位置,均能達到扶正與承壓的作用,並且方便製造(zào)、裝(zhuāng)配維護,節省成本。均(jun1)已申(shēn)請(qǐng)專 利。