永磁直驅球磨(mó)機(jī)、立磨機
1、技術背景 傳統(tǒng)的球磨機、立磨機大都采用三(sān)相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動,導(dǎo)致球磨機的傳動係統(tǒng)存在機械傳(chuán)動(dòng)鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業大學電(diàn)機與控製技(jì)術研究所與河南91视频网機電設備有限(xiàn)公司聯合設(shè)計(jì)研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將(jiāng)電動機(jī)與(yǔ)機械結構進行機電一體化設計,取消動力(lì)傳輸的中間環節,做成直驅方案,能直接滿足荷載的(de)需求,省(shěng)去傳統磨機的減速(sù)機,顯著(zhe)提高了電機的效率與功率因數,具(jù)有節能、起(qǐ)動(dòng)轉矩大、過載能(néng)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(shè)計,不僅降低了加工、製造、運輸(shū)等難度,還相(xiàng)當於把一個大功率電機做成(chéng)了多個小(xiǎo)功率電(diàn)機(jī)。模塊化電機的控(kòng)製技術可以實(shí)現降低大功率電機的輸入電壓,但(dàn)是不增加電機的輸(shū)入電流,電機不必采用高等級絕緣。模(mó)塊化(huà)電(diàn)機采用多台小功率變頻器(qì)聯合供電,這樣設計降低了電機的供電電(diàn)壓和使用的變頻(pín)器容量,從而降低成本。每個模塊電機(jī)都具有一套獨立的控製係統,大大提升了電(diàn)機控製的(de)自由度,球磨機運行在輕載(zǎi)工況時,完全可以隻運行部分模塊電機(jī)驅動球磨機。 在結構方麵,本產品電機的定子(zǐ)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(gàn)個相互存在間隙的小扇形(xíng)塊,通過機械結構設計,確定了一種無(wú)論球磨機轉(zhuǎn)筒是否震動或偏心,定子塊始終(zhōng)跟隨轉筒運動從(cóng)而保持定子與(yǔ)轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的(de)間隙恒定,電機不會發生掃膛現象(xiàng),因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁(cí)直驅電機的小很多,從而大幅降低電機永磁體用量,降低生產成本(běn),節約稀土資源,節能用電量。當模塊發生故障時,直接拆卸故(gù)障電機,更換(huàn)新的模塊電機即(jí)可正常(cháng)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、球磨機專(zhuān)用隨動式永磁直驅電機(jī)概述 本產品的(de)隨動式定子結構構成一種“小車結構”,滾筒就像公路,定子塊就像汽車。滾輪(lún)貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛,公路的起(qǐ)伏不影響車輪(lún)與地麵貼合,即滾(gǔn)筒偏心浮動(dòng)不影響滾(gǔn)輪貼合滾筒,保證定子、轉子間隙恒定,在球磨機因(yīn)裝配誤(wù)差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成(chéng)電機偏心、氣隙(xì)不均勻時(shí),仍能正常運轉,保證磨機始終運(yùn)行在性(xìng)能狀態,不必停機檢修。同時電機定子與轉子(zǐ)間(jiān)的間隙也可以做的更小(xiǎo),減少永磁體用量,並且因為隨動式結構,電機不會發生掃膛現象(xiàng)。 本產品電機的定子為隨動式結(jié)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(zài)定子塊的軸向兩側安裝滾(gǔn)輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙,定子塊徑向外側設有與(yǔ)支撐框架相連的(de)彈性(xìng)機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時(shí)處於(yú)半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動(dòng),轉筒會向上頂定子(zǐ)塊上安裝的滾輪,進而(ér)帶動定(dìng)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體對其向上的吸引力的同時(shí),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(yī)然貼合轉筒外表(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、轉子之間的間隙不變。球磨機(jī)滾筒向下複位或繼續向下(xià)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,彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊(kuài)被轉筒向下壓。 本(běn)產品彈性裝置的壓力大小可調,對於不同位置的定(dìng)子塊設(shè)置不同(tóng)的壓力,避免因彈性裝置設置的(de)壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。 本產品將永磁電機采用模塊化控製,根據不同功(gōng)率的電機設計采(cǎi)用(yòng)不同個(gè)數的隨(suí)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構成,多台模塊(kuài)電機共用同一(yī)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)支撐框架上的擋(dǎng)板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜(xián)接(jiē)T型支撐板,用於支撐安裝電機(jī)轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷,隻需要沿球(qiú)磨機的徑向依次拆(chāi)卸密封外殼、彈性機構(gòu)、彈性機(jī)構與定子塊之間的連接杆、彈性(xìng)機構支撐架,即可將定子塊沿徑向拉出,進行檢修(xiū)或更換新的定子塊(kuài)。 3、采用本產品代替傳統(tǒng)磨機的電機驅動係統的優點 現階段大多數的球磨機仍采(cǎi)用三相感應電動機、聯軸器、減速(sù)裝置以(yǐ)及齒輪結構進行(háng)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功率(lǜ)因數,損耗大大降低,節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速,電機運行平穩,係統響應速度快,感應電機則起動相對困難。這(zhè)些也是近年來永(yǒng)磁電機應用越來(lái)越廣泛(fàn)的原因。 采用永磁直驅,取消了中間的減速機(jī)、聯軸器、及(jí)齒輪的傳動環節,縮短係統的傳動鏈,直驅係統(tǒng)的傳動效率將提升至少20%。球(qiú)磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升(shēng),而且直(zhí)驅係統的故障(zhàng)率(lǜ)低(dī),維護檢修方便(biàn),還避免了傳統(tǒng)設備因(yīn)漏(lòu)油造成環境汙染。 由於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(bǎ)一個大功率電(diàn)機做成了多個小功率(lǜ)電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率(lǜ)電機的輸入電壓,但(dàn)是(shì)不增加電機的輸入電流,電機不必采用高(gāo)等級絕緣,模塊化電機(jī)采用多台小(xiǎo)功(gōng)率變頻器聯合(hé)供(gòng)電。這樣設計降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(běn)。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行(háng)部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電(diàn)機故障時,會導致電機合成磁動勢發生畸變,諧波含量增加,平(píng)均轉矩下降,轉矩波動顯著增(zēng)加,無法繼續正常運行。而(ér)本產品進行了模塊(kuài)化設計,每個模塊(kuài)電機都具有一套(tào)獨立(lì)的控製(zhì)係統,大大(dà)提(tí)升了電機控製的自由度(dù),可以利用其多電機結構和控(kòng)製靈活的(de)優勢,在發生(shēng)故障時。可(kě)以(yǐ)直接拆卸故障電(diàn)機(jī)更(gèng)換新的模塊電機即(jí)可(kě)正(zhèng)常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊(kuài)數,也可切除故(gù)障子模塊而控製其餘正常(cháng)子(zǐ)模塊降額運行。使用本產品完全(quán)不(bú)會因電機發生故障而影響到生產工期。 球磨機因加工誤差(chà)、軸承磨損、滾筒形(xíng)變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象,偏心嚴重時還會造成電機掃膛(táng)損壞電機,實際生產(chǎn)中常常(cháng)通過(guò)增加氣隙大小來(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(dìng)子結構的模(mó)塊電機,能在(zài)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(de)更小,減少永(yǒng)磁體用量,電(diàn)機不會發生掃膛現象(xiàng),同時(shí)因為該隨動式定子(zǐ)結構在偏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(jī)檢修複雜(zá),降低檢修(xiū)次數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永磁直(zhí)驅立磨(mó)技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1)變頻(pín)調速控製,實現負載(zǎi)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,調整磨鞮高度來改變(biàn)係(xì)統工作環境,係統反應速度慢。永磁同步電(diàn)機采用變頻調速,適應工況能力(lì)強。遇到突發事件,除調整磨輾高度外,還增加(jiā)了速度調節以快速適應係統工作環境,係統(tǒng)反應速度更快。 (2)係統簡單(dān),可靠性高 傳統係統因三相感應(yīng)電機無法在低速(sù)實現大轉矩(jǔ)輸出(chū),需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保(bǎo)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(yīng)電機起動後,通過減速器(qì)滿足係統轉矩需要,整個係統構成(chéng)複雜,係統運行(háng)的輔助設備很多。直(zhí)驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電(diàn)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,結構簡單(dān)。 (3)變頻器軟起動,起動過程隨意設定 傳統係統先由低速盤(pán)車係統起動(dòng),待三相感應電機達到起動條件後,軟起動裝置起動三相感應電機,係統(tǒng)運行。係統控製複雜,低速無法實(shí)現過載輸出。在低速過程(chéng)需要盤車係統,將轉速提高到三相感應(yīng)電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動,係(xì)統直接運行,係統控製簡單。變頻控製起動過程(chéng)可根據實際工況進行(háng)調整(zhěng),以(yǐ)滿足各種工況的需求。低速可過(guò)載輸(shū)出,滿足起動需要,取代盤(pán)車係統。 (4)無減速器,維護成本更低,維護次數少 係統(tǒng)各構(gòu)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。同(tóng)時立磨減(jiǎn)速器結構複雜需要經常維護,維護成本費用高(gāo)。同時係統無法實現在低速運行的情況下進(jìn)行係統維護。直驅(qū)係統構成單元簡單,變頻器控製永磁同步電機直(zhí)接(jiē)驅動,控製方便。係統內無減速器,無需額外(wài)進行維護(hù),係統維護成本低。同時,係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。 (5)傳動效率高,節能效果明顯 綜上采用直(zhí)驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達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(tóng),這裏不再一—贅述。 2、永磁直(zhí)驅立磨結(jié)構示意圖 本新(xīn)型立(lì)磨結構采用永磁直驅電(diàn)機驅動,提(tí)高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力(lì)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(fāng)便(biàn)加工、生產(chǎn)、運輸、裝配(pèi)、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(shè)計了三種立磨專用永磁電機,代(dài)替傳統的減速(sù)機與三相異步電動(dòng)機,永磁直(zhí)驅電機具有雙(shuāng)向載荷機構與不同的放置位置,均能達到扶正與承壓的作用,並且方便(biàn)製造、裝配維護,節省成本。均已申請專 利。