永(yǒng)磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電(diàn)動機、聯軸器、減速裝(zhuāng)置以及齒(chǐ)輪結構進行驅動,導致(zhì)球磨機的傳動係(xì)統存在機械傳(chuán)動鏈冗長、效率低、機構(gòu)複雜、運行維護工作(zuò)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天美传媒在线機電設備有限公司聯合設計研(yán)發的球磨機、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(shè)計,取消動(dòng)力(lì)傳輸的中間環節,做成直驅方案,能直接滿足(zú)荷載的需求,省去傳統磨機(jī)的減速機,顯著提高了電機的效率與功率因(yīn)數,具有節能(néng)、起動轉矩大、過載能力強、係(xì)統免維護、自動化程度高(gāo)等優點。 在控製方麵,本產(chǎn)品電機定子采用了模塊(kuài)化設計,不僅降低了加工、製造(zào)、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(diàn)機。模塊化(huà)電機的控製技術可以實現降低(dī)大功率電機的輸入電壓,但是不增加電機的輸(shū)入(rù)電(diàn)流,電機不必采用(yòng)高等級絕緣。模塊(kuài)化電機采用多台小功(gōng)率變頻器聯合(hé)供電,這樣設計降低了電機的(de)供電電壓和使用的變頻器容量(liàng),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(zì)由度,球磨機運(yùn)行在輕(qīng)載工況時,完全可以隻運(yùn)行(háng)部分模塊(kuài)電機驅動球磨機。 在結(jié)構方麵,本(běn)產品電機(jī)的定子(zǐ)采(cǎi)用了一種自主設計研發的隨動式結構(gòu),將整圓的定子分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(yī)種無(wú)論球磨機轉筒是否震動或偏心,定子塊始終跟隨轉筒運動從而(ér)保持(chí)定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子(zǐ)與(yǔ)轉子(zǐ)間的間隙(xì)恒定,電機不會(huì)發生掃膛現象,因此電機的氣(qì)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(yòng)電量。當(dāng)模塊發(fā)生故障時,直接拆卸故障電機,更換新的模塊電(diàn)機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障(zhàng)而影響到生產(chǎn)工期。 2、球磨(mó)機專用隨動式永磁直驅電機概述 本產品的隨動式定子結構構成一(yī)種“小車結構”,滾筒就像公路,定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於(yú)汽車在公路行駛,公路的起(qǐ)伏不影(yǐng)響車輪與(yǔ)地麵貼合,即(jí)滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒,保證定子、轉子(zǐ)間隙恒定,在球(qiú)磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形(xíng)變、重載(zǎi)震動等原因(yīn)造成電機偏心、氣隙不均勻時(shí),仍能正常(cháng)運轉(zhuǎn),保證磨機(jī)始終(zhōng)運行在性能狀態,不必停機檢修。同(tóng)時電機定子(zǐ)與轉子間的間隙也(yě)可(kě)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。 本產品電機的定子為隨動式結構,基(jī)於模塊化永磁直驅電機,采用獨立的扇形定子塊(kuài)結構,其隨動原理(lǐ)是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定(dìng)定子與轉子間的(de)間隙,定子塊徑向外(wài)側設有與支撐框架相連的彈性機(jī)構。彈性機構在(zài)球磨機滾筒(tǒng)不偏心(xīn)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(zǐ)塊在受到永磁體對其向上的吸引力的(de)同時,定子塊上的彈性機構將(jiāng)其(qí)向上頂,保證下方定子(zǐ)塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵,使定子塊跟隨轉筒(tǒng)波動而進行(háng)徑向(xiàng)與圓周方向的移(yí)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,則上方定子塊(kuài)在受到永磁體對其向下的吸引(yǐn)力(lì)的同時(shí),彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被(bèi)轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調,對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置(zhì)設置(zhì)的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,根據不同功率的電(diàn)機設計采用不同個數的(de)隨動(dòng)式定子塊構成一台模塊電機,一台整圓電機由(yóu)多台模塊電機構成,多台模塊(kuài)電機共用同一個轉子,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(shè)有固定在支撐框架上的擋板來(lái)對定子塊進行圓周(zhōu)方向的限(xiàn)位。球磨(mó)機(jī)滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子(zǐ)鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子(zǐ)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、彈性機構與定子塊(kuài)之間的連(lián)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(huàn)新的定(dìng)子塊。 3、采用本產品代替傳統磨(mó)機的電機驅動係統的優點(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(zhì)以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優(yōu)勢是它有較高的效率和功率因數(shù),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(jī)運行平穩,係統響應速(sù)度快,感應電機則起動相對困(kùn)難。這些也是近(jìn)年來永磁電機應(yīng)用越來越廣泛的原因。 采(cǎi)用永磁直驅(qū),取(qǔ)消了中間的(de)減速機、聯軸器(qì)、及齒輪的傳動環節,縮短係統(tǒng)的傳動鏈,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(gù)障率低,維護檢修方便,還(hái)避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加工,製造,運輸等難度,還相當於把一個大功率電機做成了多個(gè)小功率電機。模塊(kuài)化電機的控(kòng)製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓,但是不增(zēng)加電機的輸入電流(liú),電機不必采用高等級絕緣,模塊化電機采用多(duō)台小功率變頻器聯合供電。這樣(yàng)設計降低了電機的供電電壓和使用(yòng)的變頻器容量,從而降低成(chéng)本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊(kuài)電(diàn)機驅動球磨機。 傳(chuán)統電機(jī)故(gù)障(zhàng)時(shí),會導致電機合成磁動勢發生畸變,諧(xié)波含量增加,平均轉矩下降(jiàng),轉(zhuǎn)矩波動顯著增加,無法繼續正常運行。而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(kòng)製係統,大大提升了(le)電機控製的自由度,可(kě)以利用其多電(diàn)機結構和控製靈活的優(yōu)勢,在發生故障時。可(kě)以直接拆卸故障電機(jī)更換新的模塊電機即可(kě)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(háng)。使用本(běn)產品完全不會因電機發生故障而影響到生產(chǎn)工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產(chǎn)生震動等(děng)因素會發生(shēng)轉子偏(piān)心現象,偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機,實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛,而氣隙增大會導致永磁體用量增加,提高電機製造(zào)成本。隨動式定子結(jié)構(gòu)的模塊電(diàn)機,能在轉筒偏心時(shí)保證(zhèng)定子與轉(zhuǎn)子之(zhī)間(jiān)的間隙恒定,可將(jiāng)氣隙做的更小,減少永磁體用量,電機不會發生掃膛現象,同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常(cháng)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(shì)提高生產效率。 4、隨動式球磨機裝配示(shì)意圖(tú) 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨(mó)直驅對比於傳統感(gǎn)應電機的(de)優點( 1)變頻調(diào)速控製,實現(xiàn)負載(zǎi)工況多樣性 傳統(tǒng)立磨速度(dù)單一,工況適應能(néng)力差。遇到突發事件(jiàn),調(diào)整磨鞮高度來改變係統工作環境,係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速(sù),適應工況能力強。遇到突發事件,除調整磨輾高度外,還增加(jiā)了速度調(diào)節以快速適應係統工作環境,係統反應速度更快。 (2)係統簡單,可靠性高 傳統係統因三(sān)相感應(yīng)電機無法在(zài)低速實現大(dà)轉矩輸出,需要額外的盤車係統滿足立磨的低(dī)速起動。為保證在(zài)電機起動過程不(bú)對電網造成過大的衝擊(jī),需增加軟起動裝置(zhì)。三相感應(yīng)電機起動後,通過(guò)減速(sù)器滿足係統轉矩需要,整個係統構成複雜,係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變(biàn)頻(pín)控製係統(tǒng)控製永磁同步電機起動,轉矩特性滿足需要,無需盤車係統(tǒng)和減速器,輔助係統少,結構簡單。 (3)變頻器軟(ruǎn)起動,起動過程隨意設定 傳統係統先由低速(sù)盤車係統起動,待三相感應電機達到起動條件後,軟起動裝置起動三(sān)相感應電(diàn)機,係統運行。係統控製複雜,低速無法實現過載輸出。在低(dī)速過程(chéng)需要盤車係統,將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動,係統直接運行,係(xì)統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工(gōng)況進行調整(zhěng),以滿足各種工況的需求。低速可過(guò)載輸出(chū),滿足起動需要,取代盤車係統(tǒng)。 (4)無減速器,維(wéi)護成本更低,維護次數少 係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護(hù),傳統(tǒng)係統構(gòu)成(chéng)單元多。同時立磨(mó)減速器結構複雜需要經常維護,維護成本費用高。同時(shí)係統無法實現在(zài)低速運行的情況下進行係(xì)統維護。直驅係統(tǒng)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(hù),係統維護成(chéng)本低。同(tóng)時,係統可實現在(zài)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(cǎi)用直驅永磁電(diàn)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(bú)再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意(yì)圖 本新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力軸承上進行突破,通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構(gòu)替代大直徑軸承,方便加(jiā)工(gōng)、生(shēng)產、運輸、裝配、維修,並降(jiàng)低成(chéng)本,在工程實際中具有(yǒu)很強(qiáng)的(de)實用型。 針對大、中、小型不同尺寸的立(lì)磨,分別設計了三種立磨專用永(yǒng)磁電機,代替(tì)傳(chuán)統的減(jiǎn)速機與三相異步(bù)電動機,永磁直驅電機具(jù)有雙向載荷機構(gòu)與不同(tóng)的放置位置,均能(néng)達到扶正與(yǔ)承壓的作用,並且方(fāng)便製造、裝配維護,節省成本。均已申請專 利。