永磁直驅球磨機、立磨機(jī)
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采用(yòng)三相異步電(diàn)動機、聯軸器、減速裝(zhuāng)置以及齒輪結(jié)構進行驅動,導致球磨機的傳動(dòng)係統存在機械傳動鏈冗長、效率(lǜ)低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業大(dà)學電(diàn)機與控製技術研究所(suǒ)與河南蜜桃视频com.www機電設備有限公司聯合(hé)設計研發(fā)的球磨機、立磨機采用永磁(cí)直驅電機,通過將電動機與(yǔ)機械結構進行機電(diàn)一體化設計,取消動力傳輸的中間環節,做(zuò)成直驅方案,能直接滿足荷載的需(xū)求,省去傳統磨(mó)機的減速機,顯著提高(gāo)了電機的效率與功率因數,具有節(jiē)能、起動轉矩大(dà)、過載能力強、係(xì)統免維護、自動化程度高等優點。 在(zài)控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加工、製(zhì)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輸入電壓,但是不增加電機的(de)輸入電流,電機不必采用高等(děng)級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻(pín)器聯(lián)合供電,這樣設計降低了電機的供電(diàn)電壓和使用的變頻器容量,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(le)電機控(kòng)製的自由度(dù),球磨機(jī)運行在輕載工況(kuàng)時,完全可(kě)以隻(zhī)運行部分模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵,本產品(pǐn)電機的定子采用(yòng)了(le)一種(zhǒng)自主設計研發的隨動式結構,將整圓的(de)定子分成若幹(gàn)個相互存在間(jiān)隙的小扇形塊,通過(guò)機械結構設計,確定了一種(zhǒng)無論球磨機轉筒是否震動或(huò)偏心,定子塊始終(zhōng)跟隨轉筒(tǒng)運動從而保持定子(zǐ)與轉子間隙恒定的結構。本(běn)產品通過機(jī)械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定,電機(jī)不會發生掃膛現象,因(yīn)此電機(jī)的氣隙可(kě)以設計的(de)比普通永磁直驅(qū)電機的小很多,從而大幅降低電機永磁(cí)體用量,降低生產成本,節約稀土資(zī)源,節(jiē)能用電量。當模塊發(fā)生故障時,直接拆卸故障電機,更換新的模塊電機即可正常運(yùn)行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到(dào)生產工期。 2、球磨機(jī)專用隨動式永磁直(zhí)驅電機概述 本產品的隨動式(shì)定子結構構成一(yī)種“小車結構”,滾筒就像公路,定子塊就像汽車。滾(gǔn)輪貼合滾筒旋轉相當於汽車(chē)在公路行駛,公路的起(qǐ)伏不影響車輪與地麵(miàn)貼合,即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼(tiē)合滾筒(tǒng),保證定子、轉子間隙恒定,在球磨(mó)機因裝配誤(wù)差、軸承磨損、滾筒形(xíng)變、重載震動等原因造成(chéng)電機偏心、氣隙不(bú)均勻時,仍能正常運轉,保證磨機始終運行在性能狀態,不必停機檢修。同時電機(jī)定(dìng)子與(yǔ)轉(zhuǎn)子間的間隙也可以做的更小,減少永磁體用量,並(bìng)且因為隨動式結構,電機不(bú)會發生掃膛現象。 本產品電機(jī)的(de)定子為(wéi)隨動式結構,基於模塊化(huà)永磁直驅電機(jī),采用獨立的扇(shàn)形定子塊結構,其隨動原理是在定子塊的軸向兩(liǎng)側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確(què)定定子與轉子間的(de)間隙,定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈(dàn)性機構。彈性(xìng)機構在球磨機滾筒不偏心時處於(yú)半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動,轉筒(tǒng)會向上頂定子塊上安裝的滾(gǔn)輪(lún),進而帶動定子塊向上移動,上方彈性(xìng)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,定(dìng)子塊上的彈性機構將其向上頂,保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒(tǒng)外表麵,使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向(xiàng)與圓周方(fāng)向的移動,從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續(xù)向下波動,則上(shàng)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(fāng)定子塊(kuài)被轉(zhuǎn)筒向下(xià)壓。 本產(chǎn)品(pǐn)彈性裝置的(de)壓力大小可調,對於不同位置的定子塊設置(zhì)不同的壓力(lì),避免因彈性(xìng)裝置(zhì)設置的(de)壓力過大造成滾輪或(huò)轉筒磨損較快。 本產品將永(yǒng)磁電機采(cǎi)用模(mó)塊化控製,根據(jù)不同功率的(de)電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊(kuài)電機,一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個(gè)轉子,模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在(zài)支撐框架上的擋板來對定子塊進行(háng)圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及(jí)磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便(biàn)捷,隻需要沿(yán)球磨機的徑向依(yī)次拆卸密封外殼、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(jià),即可將(jiāng)定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新(xīn)的定子塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電(diàn)機驅動係統的優點(diǎn) 現階段大多數的球磨機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(yǒng)磁同步電機與感應電(diàn)機(jī)相比優勢是它有較高的效率和功率因數,損耗大大(dà)降(jiàng)低,節約了能源。永磁電(diàn)機通過(guò)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(duì)困難。這些也是近年來(lái)永(yǒng)磁電機應用越(yuè)來越廣泛的(de)原因。 采用永磁(cí)直驅,取消了中間的減速機、聯軸器(qì)、及齒輪的傳動環節,縮短係統的傳(chuán)動鏈,直驅係統的傳動效率將提升至少(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(xì)統的故障率低,維護檢(jiǎn)修(xiū)方便,還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本(běn)產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加工,製造,運輸等難度,還相當於把一個大(dà)功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控(kòng)製技術(shù)可以實現降低大功率電機的輸入電壓(yā),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(róng)量,從而降低成本。球磨機(jī)運行在輕載工況時(shí),完全可以隻運行部(bù)分模塊(kuài)電機驅動球磨機。 傳統電機故障時,會導致電機(jī)合成磁動勢發(fā)生(shēng)畸變,諧波含量增加,平均轉矩下(xià)降,轉(zhuǎn)矩波動顯著增加,無法繼續正常運行。而本產(chǎn)品進行了模塊化設計,每個模塊電機都具有(yǒu)一套獨立的控製係統(tǒng),大大提升了電機控製的自由度,可以利(lì)用其多電機結構和控(kòng)製(zhì)靈活的優勢,在發生故障(zhàng)時。可以直接拆卸(xiè)故障電機更換(huàn)新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機(jī)具有冗餘的模塊數,也可切除故障子模塊而控製其餘(yú)正常子模塊降額(é)運行。使用本產(chǎn)品完全不會(huì)因電機發生故障而(ér)影響到生產工期。 球磨機因加工(gōng)誤差、軸(zhóu)承磨損、滾(gǔn)筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現(xiàn)象,偏(piān)心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機,實際生產中常常通過增加氣(qì)隙大小來預防掃(sǎo)膛(táng),而氣(qì)隙增大會導致永磁體用量增加,提高電機製造成本。隨(suí)動式定子結構的模塊電機,能在轉筒偏(piān)心時保證定子與轉子(zǐ)之間的間隙恒定,可將氣(qì)隙做的更小,減少永磁體用量(liàng),電機不(bú)會發生掃膛現象,同時因為該隨動式定子結構在偏心(xīn)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(shì)意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於(yú)傳統感應電機的優點(diǎn)( 1)變頻調速控製,實現負載(zǎi)工況多樣性 傳統(tǒng)立磨速度單一,工況適應能力差。遇到突發事件(jiàn),調整磨鞮高度來改變係統工作環境,係統反應速度慢。永(yǒng)磁同步電機(jī)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,還增(zēng)加了(le)速度調節以快速適(shì)應係統工作環境,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(jī)無法在(zài)低速實現大轉矩輸出(chū),需(xū)要額外的盤車係統滿足立磨(mó)的低速起動。為保證在電機起動過程不對電(diàn)網造成過(guò)大的(de)衝擊,需增加軟起(qǐ)動裝置(zhì)。三(sān)相感應電機起動(dòng)後,通(tōng)過減速器滿足係統轉矩需要,整個係統構成複雜,係統運行的輔助(zhù)設備很多。直(zhí)驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動,轉矩特性滿(mǎn)足需要,無(wú)需盤車係統和減速器,輔助係統(tǒng)少,結構簡單。 (3)變(biàn)頻器軟起動,起動過程隨意設定 傳統係統先由低速盤車係統起動,待三相感應電機達到起動條件(jiàn)後,軟起動裝置起動三相感應電機,係統運(yùn)行。係統控(kòng)製(zhì)複(fù)雜,低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統,將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係(xì)統直接變頻低速起動,係統直接運行(háng),係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際(jì)工況進行調整,以滿(mǎn)足(zú)各種工況的需求。低速可過載輸出,滿足起動需要,取代盤車係統(tǒng)。 (4)無減速器,維護成本更低(dī),維護次數少 係統各構成單元均需要(yào)時常檢查和定期維護,傳統係統構成單元多。同時立磨減速(sù)器結構複雜需要經常維(wéi)護,維護成(chéng)本費用高。同時係統(tǒng)無法實現在低(dī)速運行的情況下進行係(xì)統維護。直驅係統構成單元簡單,變頻器控製永磁同步電機直接驅動,控製方便。係統內無減速器,無需額外進行維護,係統(tǒng)維護成(chéng)本低。同時,係(xì)統可實現在電機低速(sù)運行情況下進行係(xì)統維護。 (5)傳動效率高,節(jiē)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(diàn)機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進(jìn)行突破,通過設計一種雙向載荷扇形(xíng)模塊機構替代大直徑軸承(chéng),方便加工、生產、運輸、裝配、維修,並(bìng)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(bié)設(shè)計了三種立磨(mó)專用永磁電機,代替傳統的減速機與三相異步(bù)電動機,永磁直驅電機具有雙向載荷機構與(yǔ)不同的放置位置,均能達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(qǐng)專 利。