永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術(shù)背景 傳統的(de)球磨機、立磨機(jī)大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動(dòng),導(dǎo)致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等(děng)問題。 沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南(nán)91视频网(xīn)機電設備有限公司(sī)聯合(hé)設計研發的球磨(mó)機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機(jī)械結(jié)構進行機電一(yī)體(tǐ)化(huà)設計,取消動力傳輸的中(zhōng)間環節,做(zuò)成(chéng)直驅方案,能直接滿足(zú)荷載的需求,省去傳(chuán)統磨機的減速機,顯著提高了電機的效率與功率因數,具有節能、起動轉矩(jǔ)大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優(yōu)點。 在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅(jǐn)降低了加工、製(zhì)造、運輸等難度,還(hái)相當於把一個大功率電機做(zuò)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(de)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。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電,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。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的自由度,球磨機運行在(zài)輕載(zǎi)工況時(shí),完全可以隻運(yùn)行部分模塊電機驅動球磨(mó)機。 在結構方麵(miàn),本產品電機的定子采用了一種自主(zhǔ)設計研發的隨動式(shì)結構,將整圓(yuán)的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊,通(tōng)過機械(xiè)結構設計,確定了一種無論球磨機(jī)轉筒是否震動或偏(piān)心,定子塊始終跟隨轉筒(tǒng)運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構(gòu)。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間(jiān)的間隙恒定,電機不會發(fā)生掃膛現象,因(yīn)此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,降低生產成本,節約(yuē)稀土資源,節能用電量。當模塊發生故障時,直接拆卸故障電機,更換新的(de)模塊(kuài)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期。 2、球磨機專用(yòng)隨動式永磁直驅(qū)電機概(gài)述 本產品的隨動式定(dìng)子(zǐ)結構構成一種“小車結構”,滾筒就像公路,定子塊就(jiù)像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛,公路的(de)起伏不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(zhuǎn)子間(jiān)隙恒定,在球磨機因裝配誤差、軸承磨(mó)損、滾筒(tǒng)形變、重載震動(dòng)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(tíng)機(jī)檢修。同時電機定子與(yǔ)轉子間的間隙也可以(yǐ)做的更(gèng)小,減少永磁體用量,並且因為隨動式結構,電(diàn)機不會發生掃膛現象。 本產(chǎn)品電機的定子為隨動(dòng)式結構,基於模塊化(huà)永磁(cí)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(zhuāng)滾輪且滾輪(lún)貼合滾筒來確定定(dìng)子與轉子間(jiān)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(qiú)磨機滾筒不偏(piān)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安裝的滾輪,進而帶動定子塊(kuài)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(duì)其向(xiàng)上(shàng)的吸引力的同(tóng)時(shí),定(dìng)子塊上(shàng)的彈性機構將其向上頂,保證下方定(dìng)子塊的滾(gǔn)輪依然貼合轉筒(tǒng)外表(biǎo)麵,使定(dìng)子塊(kuài)跟隨轉筒波動(dòng)而進行徑向與(yǔ)圓周方向的移動,從而保證定子、轉子之間的(de)間隙不變(biàn)。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波(bō)動,則(zé)上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時,彈性(xìng)機構將上方其向下壓,下方定(dìng)子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力(lì)大小可調,對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性(xìng)裝置設置(zhì)的(de)壓力過大造(zào)成滾輪或轉筒磨損較快。 本產(chǎn)品將永磁電機采(cǎi)用模塊化控製(zhì),根據不(bú)同功率的電機設計采用不同個數的隨動式(shì)定子塊(kuài)構成一台模塊電機,一台整(zhěng)圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子,模塊電機包繞式安裝在(zài)球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固(gù)定在支撐框架上的擋板來(lái)對定子塊進行(háng)圓周方向的限位。球磨機(jī)滾筒的法蘭(lán)處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷,隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與(yǔ)定子塊之間的連接杆(gǎn)、彈性機構支撐架,即可將定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新的(de)定子塊。 3、采(cǎi)用本產品代替傳統(tǒng)磨機的電機驅動(dòng)係統(tǒng)的優點 現階段大多數的球磨機(jī)仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行(háng)驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效(xiào)率和功率因數,損耗大(dà)大降低,節(jiē)約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速,電機運(yùn)行平穩,係統響應速度(dù)快,感應電(diàn)機(jī)則起動相對困難。這些也是(shì)近年來永磁電機應用(yòng)越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅,取消了中間(jiān)的(de)減速機、聯(lián)軸器、及齒輪的傳動環節(jiē),縮(suō)短(duǎn)係統的傳動鏈,直驅係統的傳動效率將提升(shēng)至少20%。球磨機直驅(qū)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,維護檢修方便,還(hái)避免了傳統(tǒng)設備(bèi)因(yīn)漏油造成環境汙染(rǎn)。 由於本產品電機定子采用了(le)模塊(kuài)化(huà)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(jī)做成了多個小功率電機(jī)。模塊化電機(jī)的控製技(jì)術可以(yǐ)實現(xiàn)降低大功率(lǜ)電(diàn)機(jī)的輸入電壓,但是不增加電機的輸入電流,電機不必(bì)采用高等級絕緣,模塊化電機(jī)采用多台小功率變頻器聯(lián)合供電(diàn)。這樣設計降(jiàng)低(dī)了(le)電機的供電電壓和使用的變頻器容量(liàng),從而降低成本。球磨機(jī)運行在輕載工況時,完全可以(yǐ)隻(zhī)運行(háng)部分(fèn)模塊電機驅動球磨機。 傳統電機故障時,會導致電機合成磁(cí)動勢發生畸變(biàn),諧波含量增加,平均轉矩下降,轉(zhuǎn)矩波動顯(xiǎn)著增加,無法繼續(xù)正常運行。而本產品進行了模塊化設計,每個(gè)模塊(kuài)電機都(dōu)具有一套(tào)獨立的控製係統,大大提(tí)升了電機(jī)控製的自由度,可以利用其多電(diàn)機結構和控製靈活的優勢(shì),在發生故障(zhàng)時。可以直(zhí)接拆卸故障電機更換新的模塊(kuài)電機即可正常運行。模塊化電機(jī)具有冗餘的模塊(kuài)數,也可切除故障(zhàng)子模塊而控製其(qí)餘正常子模塊降額(é)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期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子(zǐ)偏心現象,偏(piān)心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機,實際生產中(zhōng)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(yǒng)磁體(tǐ)用量增(zēng)加,提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機,能在轉筒偏心時保證定子與(yǔ)轉子之間的間隙恒(héng)定,可將氣隙做的更(gèng)小,減少永磁體用量,電機不會發生掃膛現(xiàn)象,同時因為(wéi)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,工作時間(jiān)更長(zhǎng),大體積球(qiú)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(qiú)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感應電機的優點( 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(shì)應能力差。遇到突發事件,調整磨鞮高度來改變係統工作環境,係統反(fǎn)應速度慢。永(yǒng)磁同步電機采用變(biàn)頻調速(sù),適應工況(kuàng)能力強。遇到突發事件,除調整磨輾高度外,還增加了速度(dù)調節以快速適應係統工作環境,係(xì)統反(fǎn)應速度更快。 (2)係統簡(jiǎn)單,可靠性高 傳統係統因三相感應(yīng)電機(jī)無法在低速實現大轉矩輸出,需要額外(wài)的盤車係(xì)統滿足立磨的(de)低(dī)速起動。為保證在(zài)電機起動過(guò)程不對電網造成過大的衝擊,需增加軟起(qǐ)動裝(zhuāng)置。三相感應電機起(qǐ)動後,通過減速器滿足係統轉矩需要,整個係統構成複雜,係統運行(háng)的輔助設(shè)備很多。直驅係統(tǒng)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,無需盤車係統和減速器,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(xì)統先由低(dī)速盤車係統起(qǐ)動,待三相(xiàng)感應(yīng)電機(jī)達到起(qǐ)動條件後,軟起動裝置起動三相感應電機,係統運行。係統控製複雜,低速無法實現過載輸出。在低速(sù)過程需要盤車係統,將轉速提高到三相感(gǎn)應電機起動條件。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(biàn)頻控製(zhì)起動過程可(kě)根據(jù)實際工況進行調整,以(yǐ)滿足(zú)各種工況的需求。低(dī)速可過載輸出,滿足起(qǐ)動需要(yào),取代盤車係統。 (4)無減速(sù)器,維護成本更低,維護次數(shù)少 係統(tǒng)各構成單元均需要時常檢查和定期維護,傳統(tǒng)係統構成(chéng)單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經(jīng)常(cháng)維護,維護成本(běn)費用高。同(tóng)時係統無法實現在低速(sù)運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成(chéng)單(dān)元簡單,變(biàn)頻(pín)器控製永磁同步(bù)電機直接(jiē)驅動,控製方(fāng)便。係統內無減速器,無需(xū)額外進行維護,係統維護(hù)成本低(dī)。同時,係統可實現在(zài)電機低速運(yùn)行情況下進行係(xì)統維護。 (5)傳動效率(lǜ)高,節能效果明顯(xiǎn) 綜上采用直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,這裏不再(zài)一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意圖 本新型立磨(mó)結構采(cǎi)用永磁(cí)直驅電機驅動,提高了立磨效率。在(zài)立磨扶正軸承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(jìng)軸承,方便加工、生產、運(yùn)輸、裝配、維修,並降低(dī)成本,在工程實際中具有很強的實用型(xíng)。 針對大、中、小型不同尺寸的立磨,分別設(shè)計了(le)三種立磨專用永磁(cí)電(diàn)機,代替傳統的(de)減速機與三相異步電動(dòng)機,永磁直驅電機(jī)具(jù)有(yǒu)雙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(yòng),並且方便(biàn)製造、裝配維護,節省(shěng)成本。均已(yǐ)申請專 利。