永磁直驅球磨機(jī)、立磨(mó)機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采(cǎi)用三相異(yì)步電動機、聯軸器、減速裝(zhuāng)置以及齒輪結構進行驅動,導致球磨(mó)機的(de)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(gōng)作量大等問題。 沈陽工業大學電機與控製技術研究所與(yǔ)河南91视频网機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機(jī)、立磨(mó)機采用永磁直(zhí)驅(qū)電機,通過將電動機與機械(xiè)結構進行機電一體化設計,取消動力傳(chuán)輸的中間環節,做(zuò)成直驅方案,能直接滿足荷載的需求,省去傳統磨(mó)機的減速機,顯著提高了電機的效(xiào)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、自動化程度高等優點(diǎn)。 在控製方麵(miàn),本(běn)產品電機定子(zǐ)采用了(le)模塊化設計,不僅(jǐn)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個小功率電機。模(mó)塊化電(diàn)機的控製技術可(kě)以實(shí)現降(jiàng)低大功率電機的輸入電壓,但是不增加電機的輸入電流,電機不必采用高等級絕(jué)緣。模塊化電機采用多台小功率變頻(pín)器聯合供電,這樣(yàng)設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻(pín)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)行在輕載工況時,完全可以隻運行(háng)部(bù)分模塊(kuài)電機驅(qū)動球磨機。 在結構方麵,本產品電機的定(dìng)子采(cǎi)用(yòng)了一(yī)種(zhǒng)自主設計研發的隨動式結構,將整圓的定子分成若幹個相(xiàng)互存在間隙的小扇形塊,通過機械結(jié)構設計(jì),確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心(xīn),定子塊始終跟隨(suí)轉筒運動從而保持定子(zǐ)與轉子間隙(xì)恒定的結構。本產品通過機械結構(gòu)設計保(bǎo)證定子與轉子間的間隙恒定,電機不(bú)會發生掃膛現象(xiàng),因此電機的氣隙可(kě)以設計的比普通永磁直驅電機的(de)小很多,從而大幅降低電機永磁體用量,降低生產成本,節約稀土資源,節(jiē)能用電(diàn)量(liàng)。當模塊(kuài)發生故障時,直接拆卸故障電機,更換新(xīn)的模塊電機即可正常(cháng)運行。使用(yòng)本產品完全不會因電機發(fā)生故障而影響到生產工期。 2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述(shù) 本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結(jié)構”,滾筒就像公路,定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公(gōng)路行駛,公路的(de)起伏不(bú)影響車輪與地麵貼合,即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼(tiē)合滾筒,保證定子、轉子間隙恒定,在(zài)球磨機因裝配誤差、軸承磨損(sǔn)、滾(gǔn)筒形(xíng)變、重(chóng)載震動等(děng)原因造成電機偏心、氣隙不均勻時,仍能正常運轉,保(bǎo)證磨機始終運行在(zài)性能狀態,不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的(de)更小,減少永磁體用量,並且因為隨動式(shì)結構,電(diàn)機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子(zǐ)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(jié)構,其隨動原理(lǐ)是在定子塊的軸向兩側安(ān)裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的(de)間隙,定子塊(kuài)徑向外側設有與支撐框架相(xiàng)連的彈性機構。彈(dàn)性機(jī)構(gòu)在(zài)球磨機滾筒不偏心時處於半壓(yā)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(ān)裝的滾輪(lún),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(fāng)定子塊在受到永磁體對(duì)其向上的吸引力的同時,定子塊上的彈(dàn)性機構將其向上頂,保證下方定子塊的滾輪依然貼合(hé)轉筒外(wài)表麵,使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與(yǔ)圓周方向(xiàng)的移動,從而保證定子、轉(zhuǎn)子(zǐ)之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向(xiàng)下波動,則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸(xī)引力的同時,彈性機構將上方(fāng)其向下壓,下(xià)方定子塊被轉筒向下壓。 本產品(pǐn)彈性裝置的壓力大小可調,對於不同位置的定子塊設置不(bú)同的(de)壓力,避免因彈性裝置設(shè)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(jù)不同功率(lǜ)的電機設計采用不同個數的隨(suí)動(dòng)式定子塊構成一台模塊電機(jī),一台整圓電機由多(duō)台模塊電機構成,多台模塊(kuài)電機(jī)共(gòng)用同一個轉子,模(mó)塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上(shàng)。相鄰隨(suí)動式定子塊間設(shè)有固定在支撐框架上的(de)擋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接T型支撐板,用於支撐(chēng)安裝電機轉(zhuǎn)子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝拆卸(xiè)十分便捷,隻(zhī)需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性(xìng)機構與定子塊之間的連接杆、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定子塊。 3、采用本產(chǎn)品代替傳統磨(mó)機的電(diàn)機驅動係統的優點 現階段大多數的球(qiú)磨機(jī)仍(réng)采用三相感應電動機、聯軸器、減速(sù)裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步(bù)電機與感應電(diàn)機相比優勢是它(tā)有較高的效率(lǜ)和功率因數,損耗(hào)大大(dà)降低(dī),節約了(le)能源。永磁電機通過變頻器進行調速,電機運行平穩,係統響(xiǎng)應(yīng)速度快,感應電機則起動相對困難。這(zhè)些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用永磁(cí)直驅(qū),取消了中間(jiān)的減速機、聯軸器、及齒輪(lún)的傳動環節,縮短(duǎn)係統的傳動鏈,直驅係統的傳動效率將提(tí)升至少20%。球磨(mó)機直驅係統的(de)傳動效率不僅得到大幅提升,而且(qiě)直驅係統的故障率低,維護檢修方便,還避免了傳統設備因漏油造(zào)成環境汙染。 由(yóu)於本產品電(diàn)機定子采用了模塊化設計,不(bú)僅降(jiàng)低了加工,製造,運輸等難度,還相當於把一個(gè)大功率電機做成了多個小(xiǎo)功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功(gōng)率電機的輸入電壓(yā),但是不增(zēng)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(qì)聯合供電。這樣設(shè)計降(jiàng)低(dī)了電機的供電電(diàn)壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。球磨機運行在輕(qīng)載(zǎi)工況時,完(wán)全可以隻運行部(bù)分模塊電機驅動球磨機。 傳統電機故障時,會導致電機合成磁動(dòng)勢發生畸變,諧波含量增加,平均轉矩下降,轉矩波動顯(xiǎn)著增加,無法繼續正常運行。而(ér)本產品進行了模塊化設計,每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統,大大提(tí)升了電機控(kòng)製的自由度,可以利用其(qí)多電機結(jié)構和控製靈活(huó)的優勢,在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換(huàn)新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具(jù)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(shǐ)用本產品完全不會(huì)因電機發(fā)生故障而影響到生產(chǎn)工期。 球磨機因(yīn)加工誤差、軸承磨損(sǔn)、滾筒形變或重(chóng)載產(chǎn)生(shēng)震動等因素會發生轉(zhuǎn)子偏心現象,偏心嚴重時還會造成電機掃膛(táng)損壞電機,實際生產中常常通(tōng)過增加氣隙大小來預(yù)防掃膛,而氣隙增大會導(dǎo)致永磁體用量增加,提(tí)高電機製造成本。隨動式定子結構的(de)模塊電(diàn)機,能在轉(zhuǎn)筒偏心時保證定子與轉子之(zhī)間的間隙恒定,可將氣隙做的更小,減少永(yǒng)磁體用量(liàng),電機不會發生掃膛現象(xiàng),同時(shí)因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作,檢修次(cì)數更少,工作時間更長,大體積球磨(mó)機檢修複雜,降低檢修次數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技(jì)術 1、立磨直驅對比於傳統感(gǎn)應電機的優(yōu)點( 1)變頻調速控製,實現負載工況多樣性(xìng) 傳統(tǒng)立磨速度單一,工況(kuàng)適應能力差。遇(yù)到突發事件,調整磨鞮高度來改(gǎi)變係統工作環境,係統反應速度慢(màn)。永磁同步電機采用變頻調速,適應(yīng)工況能(néng)力強。遇到(dào)突發事件,除調整磨輾高度外(wài),還增加(jiā)了速度調節以快速適應係統工作環(huán)境,係統反應速度更快。 (2)係統簡單,可靠性高 傳統(tǒng)係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出,需要額外的盤車係統滿足立(lì)磨的低(dī)速起動。為保證(zhèng)在電(diàn)機起動過(guò)程不對電網造成過大(dà)的衝擊(jī),需增加軟起動裝置(zhì)。三相感應電機起動後,通過減速器滿足係(xì)統(tǒng)轉矩(jǔ)需要,整(zhěng)個(gè)係統構成複雜,係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統(tǒng)控製永磁同步電機起動,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(dìng) 傳統係(xì)統先由低速盤車(chē)係統起動,待三相感應電機(jī)達到起動條件後,軟起動裝置起動三相感應電機(jī),係統運行。係(xì)統(tǒng)控(kòng)製複雜,低速無(wú)法實現過載(zǎi)輸出。在低速過程需要盤車係統,將轉速提高到三相感應電機(jī)起動條件。直驅係統直接變頻低速起動(dòng),係統直接運行,係統控製簡單。變頻控製起動過(guò)程可根據實際(jì)工(gōng)況進(jìn)行調整,以滿足各種工況的需求(qiú)。低速可(kě)過載輸出,滿足起動需要,取代盤車係統。 (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(cháng)檢查和(hé)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,維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情(qíng)況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單,變頻器控製永(yǒng)磁同步電機直接驅動,控(kòng)製方便。係統(tǒng)內無減速器,無需額外進行維護(hù),係統維護成(chéng)本低。同(tóng)時,係統可實現在電機低速運行情況下進行(háng)係統維護。 (5)傳動效率(lǜ)高,節能效果明顯 綜(zōng)上采用(yòng)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(shì)鯤(kūn)磨機直驅係統的優(yōu)勢與球磨機直驅係統相同,這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅(qū)動,提(tí)高了立磨效率。在立(lì)磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破,通過設計一種雙(shuāng)向載荷扇形模塊(kuài)機構替代大直徑軸承,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(cùn)的立磨(mó),分別設(shè)計了三種立磨專用永磁電機,代替傳統的減速機與(yǔ)三相異步電動機(jī),永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置(zhì)位置,均能達到扶正與(yǔ)承壓的作用,並且方(fāng)便製造(zào)、裝配維護,節省成本。均已申請專 利。