永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術(shù)背景 傳統的球磨機(jī)、立磨機大都采用三(sān)相異步電動機、聯軸器、減速裝置以(yǐ)及齒輪結構(gòu)進行驅動,導致球(qiú)磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗(rǒng)長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等(děng)問題。 沈陽(yáng)工業大學電(diàn)機與控製技術研究所與河南91视频网機電設備有(yǒu)限(xiàn)公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永(yǒng)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,做成直驅方案(àn),能直接滿足荷載的需求,省去傳統磨機的減速機,顯(xiǎn)著提(tí)高了電機的效率與功率因數,具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點(diǎn)。 在控製(zhì)方麵,本產品電機定子采用(yòng)了模塊化設計,不僅降低了加工、製造、運輸等難度,還相當於把一個大功率電機做成了多(duō)個小功率電機。模塊(kuài)化電機的控製技術可以實現降(jiàng)低大功率電機的輸入電壓,但是不增加電機(jī)的輸入電流,電機不必采用高等級(jí)絕緣。模塊化電機采用多台小功(gōng)率變頻器聯合供電,這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。每個模塊(kuài)電機(jī)都具有(yǒu)一(yī)套(tào)獨立(lì)的控製係統,大(dà)大提升了電機控製的自由度,球磨機運行在輕載工況時(shí),完全可以隻運行(háng)部分模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵(miàn),本產(chǎn)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幹個(gè)相互存(cún)在間隙的小扇形(xíng)塊(kuài),通過(guò)機械結構設計,確定了一(yī)種無論球磨機轉筒是否震動或(huò)偏心,定子塊始終跟隨轉筒運動從(cóng)而保持定子與(yǔ)轉子間隙恒定的結構。本產(chǎn)品通過機械結構設計保證定子(zǐ)與轉子間的間隙恒定,電機不會發生掃膛現象,因此電機的氣(qì)隙(xì)可以設計的比普(pǔ)通(tōng)永磁直驅電機的(de)小很多,從而大幅降低電機永磁體用量,降低(dī)生產成(chéng)本,節約稀土資源,節能用電量。當模塊發生故障時,直接拆(chāi)卸(xiè)故(gù)障電機,更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機(jī)發生故障(zhàng)而影響到生產工期。 2、球磨機專(zhuān)用隨動(dòng)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,定子塊就像(xiàng)汽車(chē)。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛,公路的起伏不影響車(chē)輪與地(dì)麵(miàn)貼合,即滾筒(tǒng)偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒,保證定子、轉子間隙恒定,在球磨(mó)機因裝(zhuāng)配誤(wù)差(chà)、軸承磨損(sǔn)、滾筒(tǒng)形變、重(chóng)載震動等原因造成電機(jī)偏心、氣隙(xì)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(yě)可以做的更小,減少永磁體(tǐ)用量,並且因為隨動式結構,電機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式(shì)結構,基於模塊化永磁直驅電機(jī),采用獨立的扇形(xíng)定子塊結構,其隨動原理是在定子(zǐ)塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙,定子塊徑向外側(cè)設有與支(zhī)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(suō)狀態,如果球磨機滾筒向上波動(dòng),轉筒(tǒng)會向上頂定子塊上安裝的滾輪,進而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其向上的吸引力的同時,定子塊上的彈性機(jī)構將(jiāng)其向上頂,保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉(zhuǎn)筒外表(biǎo)麵,使定子(zǐ)塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動(dòng),從而保證定子、轉子之間的間隙(xì)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)將上方其向下壓(yā),下方定(dìng)子塊被(bèi)轉筒(tǒng)向(xiàng)下壓。 本產(chǎn)品彈性裝置的壓力大小可調,對於不(bú)同(tóng)位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝(zhuāng)置設置的壓力過(guò)大造成滾輪或(huò)轉筒磨損較快。 本產品將永磁電機采用模塊化控製,根據不同功率的電機設計采用不同(tóng)個數的隨動式定子塊構成一台(tái)模塊電機,一台整圓電機由多台模塊電(diàn)機構成,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(qiú)磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間(jiān)設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓(yuán)周方(fāng)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(jī)轉(zhuǎn)子鐵心及磁鋼。 本產品的(de)隨動式定子塊安裝(zhuāng)拆(chāi)卸十分便捷,隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密(mì)封外(wài)殼、彈性機構、彈(dàn)性機構與定子塊之(zhī)間的連接杆、彈性機構(gòu)支(zhī)撐(chēng)架,即可(kě)將定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更(gèng)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點 現階段大多數(shù)的球磨機(jī)仍采用三相感應電動機、聯軸器(qì)、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(xiàng)比優勢是它有較高的效率和功率因數,損耗大大降低,節約了能源。永磁電機通過變頻器(qì)進行調速,電機(jī)運行(háng)平穩,係統響應速度快(kuài),感應電機則起動相對困難。這(zhè)些也是近(jìn)年來永磁電機應用越來越廣泛(fàn)的原因。 采用(yòng)永磁直驅,取消了中間的減(jiǎn)速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節,縮短係統的傳動鏈,直驅係統的傳動效(xiào)率將提升至少(shǎo)20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升,而且直驅係統的故障率低,維(wéi)護檢修方便,還避免了(le)傳統設備因漏油造成環境汙染。 由(yóu)於本產品電機定子采用了模塊(kuài)化設計,不僅(jǐn)降低了加工,製造,運輸等難度,還相當(dāng)於把一個大(dà)功率電機做成了多個小功率電機(jī)。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機(jī)的輸入電壓,但是不增加電機的(de)輸入電流,電機不必(bì)采用高(gāo)等級絕緣,模塊化電機采(cǎi)用多台小功率變(biàn)頻(pín)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,從(cóng)而降低成本。球磨機運行在輕載(zǎi)工(gōng)況時,完全可以隻運行部分模塊電(diàn)機驅動球磨機。 傳統電機故障(zhàng)時,會(huì)導致電機合成磁動勢發生畸變,諧波含量增加,平均轉矩下降,轉矩波動顯著增加(jiā),無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計,每個模塊電(diàn)機都具有一(yī)套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的自由(yóu)度,可以利用其多電機結構和(hé)控製靈活的(de)優勢,在發生故障時。可以(yǐ)直接拆卸故障電機更換(huàn)新的模塊電機即可正常運行。模塊化電(diàn)機具有冗餘的模塊數,也可(kě)切(qiē)除故障子模塊而控製其餘正常子(zǐ)模塊降額運行。使用本產品完(wán)全不會因電機發生故障而影響到生產工期。 球磨(mó)機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變(biàn)或重載產生震動等因素會發生轉子偏(piān)心現象,偏心嚴(yán)重時還(hái)會造成電機掃(sǎo)膛損壞電機,實際(jì)生產中常(cháng)常通過增加氣隙大小來預防掃(sǎo)膛,而氣隙增大會導致永磁體用量增加,提高電(diàn)機製造(zào)成本。隨動式定子結構(gòu)的模塊電機,能在轉筒偏(piān)心時保證(zhèng)定子與轉子之間的間(jiān)隙恒定,可將氣(qì)隙做的更小,減少永磁體用量,電機不會發生掃膛現象,同時因為該隨動式定子(zǐ)結構在偏(piān)心時能繼續正常工作,檢修次數更少,工作時間更長,大體積球磨機檢修複雜,降低檢修次數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨機裝配(pèi)示意圖 二(èr)、永(yǒng)磁直驅立(lì)磨技術 1、立磨直驅對(duì)比於傳(chuán)統感應電機(jī)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。遇到突發事件,調整磨鞮高度來(lái)改變係統(tǒng)工作(zuò)環境,係統反應(yīng)速度慢(màn)。永磁同步電機采用變頻調速,適應工況能力(lì)強。遇到突發事件,除調整磨輾(niǎn)高度外,還增加了速度(dù)調節以快速適應(yīng)係統工作環境,係統反應速度更快。 (2)係統(tǒng)簡單,可靠性高(gāo) 傳(chuán)統係統因三相感應電機(jī)無法(fǎ)在低速實現大(dà)轉矩輸出,需要額(é)外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為(wéi)保證在電機起動過程不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(xì)統構成(chéng)複雜,係統運行的輔助設備很多(duō)。直驅係統由變頻控製係(xì)統控製永磁同步電(diàn)機起動,轉(zhuǎn)矩特性(xìng)滿足需(xū)要,無需盤車係統和減速器(qì),輔助係統少,結構簡單。 (3)變頻(pín)器軟起動,起動過程隨意設定(dìng) 傳統係統先由低速盤(pán)車(chē)係統起動,待三相感應電(diàn)機達到起動(dòng)條件後,軟起動裝置起動三相感應(yīng)電機,係統運行。係統控製複雜,低速無(wú)法實現過載輸出。在(zài)低(dī)速過程需(xū)要盤車係統,將轉速提高到三相感應電機起動(dòng)條件。直驅(qū)係(xì)統直接變頻低速起動,係統直(zhí)接運行,係統(tǒng)控(kòng)製簡單。變頻控(kòng)製起動過(guò)程可(kě)根據實際工況進行調整,以滿足各種工況的需求。低速可過載(zǎi)輸(shū)出(chū),滿足起動需要,取代盤車係統。 (4)無減速器,維(wéi)護(hù)成本更低,維護次數(shù)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(yào)經常維護(hù),維護成本費用高。同時係統無法實現在低(dī)速運行的情(qíng)況下進行係統維護(hù)。直驅係統(tǒng)構成單元簡(jiǎn)單,變頻器控(kòng)製永磁同步(bù)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,係統維護成本(běn)低。同時,係統可實現在電機低速運行情況下進(jìn)行係(xì)統維護。 (5)傳動效率高,節能效果明(míng)顯 綜上(shàng)采用直驅(qū)永磁電機取代傳統驅動係(xì)統年節電量達181萬(wàn)元。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機(jī)直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同,這裏不再(zài)一—贅述。 2、永磁直驅立磨(mó)結構示意圖 本新型立磨結(jié)構采用永(yǒng)磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶(fú)正軸承與壓力軸(zhóu)承上進(jìn)行突破,通過設計一(yī)種雙向載荷扇形模塊機構替代(dài)大直徑軸承,方便加工、生產、運(yùn)輸、裝配、維修,並降(jiàng)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(fèn)別設計了(le)三種立磨專用永磁電(diàn)機,代替傳(chuán)統的減速機與三相異(yì)步電動(dòng)機(jī),永磁直驅電機具(jù)有雙向載荷機(jī)構與不同的放置位置,均能達(dá)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(zhuān) 利。