永磁(cí)直(zhí)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電動機、聯軸器、減速裝置(zhì)以及齒輪結(jié)構進行驅動,導致球磨機的(de)傳動係統存在(zài)機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業大學電機與控製(zhì)技術研究所與河南日本一二三区视频在线機電設備有限公司聯合設計研(yán)發的(de)球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行(háng)機電一體化設計,取消動力傳輸的中間環節,做成直驅方案,能直接(jiē)滿(mǎn)足荷載的需求,省去傳統磨機的減速機,顯著提高了電機的效率與功率因數,具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統(tǒng)免維護、自動化程(chéng)度高等優點。 在(zài)控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降(jiàng)低了加(jiā)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(gōng)率電機。模(mó)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,但是不增加電機的輸入電流,電機不必采用高等級絕(jué)緣。模(mó)塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電,這樣設計(jì)降低了電機(jī)的供電電壓和使(shǐ)用的變頻器容量,從而降低成(chéng)本(běn)。每個模塊電機都具有一套獨立的控(kòng)製係統,大(dà)大提(tí)升(shēng)了電機控製的自由度(dù),球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部(bù)分模塊電機(jī)驅動球(qiú)磨機。 在結構方麵,本產(chǎn)品電機的定子采用了一(yī)種自主設計研發的隨(suí)動式結構,將整圓的定子(zǐ)分(fèn)成若幹個相互存在間隙的小扇形塊,通過機械(xiè)結構設計,確定了一種無論球磨(mó)機轉筒是否震動或偏心,定子塊始終(zhōng)跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本(běn)產(chǎn)品通過機(jī)械結(jié)構(gòu)設計保證定子與轉子間的間(jiān)隙恒定,電機不會發生掃膛現象,因此電機的氣隙可(kě)以(yǐ)設計(jì)的比普(pǔ)通永(yǒng)磁直驅電機的小很多,從而大幅降低電(diàn)機永磁體用量,降低生產成本,節約稀土資源,節(jiē)能用電量。當模塊(kuài)發生故障時,直接拆(chāi)卸故障電機,更換新的模塊電機即可正常(cháng)運行。使用本產品完全不(bú)會因電機發生故障而影(yǐng)響到生產工期。 2、球磨機專用隨動式永磁直驅電(diàn)機概述 本產品的隨動式定子結(jié)構構成一種“小車結構”,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路行駛,公路(lù)的起伏不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,在球磨機因裝(zhuāng)配誤差、軸承磨損、滾筒(tǒng)形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙(xì)不均勻時,仍能(néng)正常運轉,保證磨機始終運行(háng)在性能狀(zhuàng)態,不必停機檢修。同時電機定(dìng)子與轉子間的間隙也可(kě)以做的更小,減少永磁體用量,並且因為隨動式結構,電機不會發生掃膛(táng)現象(xiàng)。 本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁(cí)直驅電(diàn)機,采用獨立的(de)扇形定子塊結構,其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝(zhuāng)滾輪(lún)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支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球(qiú)磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機(jī)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(dòng)定子塊向上移動(dòng),上方彈(dàn)性機構繼續壓縮;下方(fāng)定子塊在受到永磁體對其向(xiàng)上的吸引力(lì)的同時(shí),定子塊上的(de)彈性機構將其向上(shàng)頂(dǐng),保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉(zhuǎn)筒外表麵,使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓(yuán)周方向的移動,從而(ér)保證定子、轉子(zǐ)之間的間隙不變。球磨機(jī)滾筒向下複位或繼續向下波動,則(zé)上方定子塊在受到永磁體對(duì)其向下的吸引力的同時,彈性機(jī)構將(jiāng)上方其向下壓,下(xià)方定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調(diào),對於不同位(wèi)置的定子(zǐ)塊設置不同的壓力,避免因彈(dàn)性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。 本(běn)產品(pǐn)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個數的隨(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,多台模塊電機共(gòng)用同一個轉子,模塊電機包繞式(shì)安裝在球磨機滾筒上。相(xiàng)鄰隨(suí)動式定子塊間設有(yǒu)固定在支撐(chēng)框架上的擋板來(lái)對定子塊進行圓(yuán)周方向的限位。球磨機滾筒的法(fǎ)蘭處銜接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(dìng)子塊安裝(zhuāng)拆(chāi)卸十分便捷,隻需要沿球磨機的(de)徑(jìng)向依次拆卸密封外殼(ké)、彈性機構、彈性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(chū),進行檢修或更換新的定子塊。 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(dà)多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝(zhuāng)置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比(bǐ)優(yōu)勢是它有較高的效(xiào)率(lǜ)和功率因數(shù),損耗大大降(jiàng)低,節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調(diào)速,電機運行(háng)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)廣泛的原因。 采用永磁直驅,取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動(dòng)環節,縮短係統的傳動鏈,直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機(jī)直驅係統的傳(chuán)動效率(lǜ)不僅得到大幅提升,而且(qiě)直驅係統(tǒng)的故障(zhàng)率低,維護檢修方便(biàn),還(hái)避(bì)免了傳統設備(bèi)因漏(lòu)油造成環境汙染。 由於本產品電機定子(zǐ)采用了(le)模塊化設(shè)計,不僅降低了加工,製造,運輸等(děng)難(nán)度,還相當於把(bǎ)一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊(kuài)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,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(kuài)化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣(yàng)設計降低了電(diàn)機的供電電壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。球磨機運行在輕載工(gōng)況時,完全可以隻運行部(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(zēng)加(jiā),平均轉矩下降,轉矩波動顯著增加,無法(fǎ)繼續(xù)正常運行(háng)。而本產品進行了模塊(kuài)化設計,每(měi)個模塊電(diàn)機都具有一(yī)套(tào)獨立的控製係統,大大提升(shēng)了電機控製的(de)自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢(shì),在發生故障時。可以直接拆(chāi)卸故障電機(jī)更(gèng)換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機(jī)具有冗餘的模塊(kuài)數,也可切除故障(zhàng)子模(mó)塊而控製其餘正常子模塊降額運(yùn)行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影(yǐng)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(piān)心現象,偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機,實際生產中常(cháng)常(cháng)通過(guò)增(zēng)加氣隙大小來預(yù)防掃膛,而氣隙增大會導致永磁體(tǐ)用量增加,提高電機製造成本。隨(suí)動式定子結構的模(mó)塊電機,能在轉(zhuǎn)筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用量,電機不會(huì)發生掃膛現象,同時因為該隨(suí)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、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨(mó)技術 1、立磨直驅對(duì)比於傳(chuán)統感應電機的優點( 1)變頻(pín)調速控製,實(shí)現負載工況多樣性 傳統(tǒng)立磨速度單一(yī),工況適應能力差。遇到突發(fā)事件,調整磨鞮高度來改變係統(tǒng)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(niǎn)高度外(wài),還增加了速度調節以快速適應係統工作環境(jìng),係統反應速度更快。 (2)係統簡單,可靠性高 傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出(chū),需要額(é)外的(de)盤車係統滿(mǎn)足立(lì)磨(mó)的低速起動。為保證在電機起動過程不對(duì)電網造成過大的衝(chōng)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(jǔ)需要,整個(gè)係統構成複雜,係統運行的輔助設備很(hěn)多。直驅係統由變頻控製係統(tǒng)控製永(yǒng)磁同步電(diàn)機起動,轉矩特性滿足需要,無需(xū)盤車係統和減速器(qì),輔助係統少,結構簡單。 (3)變頻器軟(ruǎn)起動(dòng),起動過程(chéng)隨意設定 傳統係統先由低速盤車係統起動,待三相感應電(diàn)機達到起動條件(jiàn)後,軟起動裝置起動三相感應電機,係(xì)統運(yùn)行。係統控製複雜(zá),低速無(wú)法實(shí)現過載(zǎi)輸出。在低速過程需(xū)要盤車係統,將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起(qǐ)動,係統直接運(yùn)行,係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實(shí)際工況進(jìn)行調整,以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出,滿足起動需要,取(qǔ)代盤車係統(tǒng)。 (4)無減速器,維護成(chéng)本更低,維護次數少 係統各構成單元均需要時常檢查和(hé)定期維護(hù),傳統係統構成單元多。同時(shí)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況(kuàng)下進行係統維(wéi)護。直驅係統構(gòu)成單元簡單(dān),變頻器控製永磁同步電機直(zhí)接驅動,控製方便(biàn)。係統內無減速器,無需額外進行維(wéi)護,係統維護成本低。同時,係統可實現在電機(jī)低速運行(háng)情況下進行係統維護。 (5)傳動效率高,節(jiē)能效(xiào)果明顯 綜上采用直驅永磁電機取代傳(chuán)統驅動係統年節電量達181萬元。(按照(zhào)5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅係(xì)統的優(yōu)勢(shì)與球磨機直驅係統相同,這裏不再(zài)一(yī)—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意(yì)圖 本新(xīn)型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓(yā)力軸承上進行突破,通過(guò)設計一種雙(shuāng)向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承,方便(biàn)加工、生產、運輸(shū)、裝配、維修,並降低成本,在工程實(shí)際中具有很強的實用型。 針(zhēn)對大、中、小型不同尺寸的立磨,分別設計了三種立磨專用永磁電機,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(gòu)與不同的放置位置,均能(néng)達到(dào)扶正與承(chéng)壓的作用,並且(qiě)方便製(zhì)造、裝配維護,節省成本。均已申請專 利(lì)。