永磁直驅(qū)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(qì)、減速裝置以及齒輪結構進行驅動,導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效(xiào)率低、機(jī)構(gòu)複雜、運行維(wéi)護工作量大等問題。 沈(shěn)陽工業大學電機與控製技術研究所與河南红桃影视機電設備有限公司聯合設計(jì)研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過(guò)將電動機與機械結構進行機電一體化設(shè)計,取消動力傳輸的中間環節,做成直驅(qū)方(fāng)案,能直接滿足荷載的需(xū)求,省去傳統磨機的減速機,顯著提高了電機的效率與功(gōng)率因數,具有(yǒu)節(jiē)能(néng)、起動轉矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、係統免(miǎn)維護、自(zì)動化程度高等(děng)優點。 在控製方麵,本產品電(diàn)機定子采用了模塊化設計,不(bú)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(xiǎo)功率電(diàn)機。模塊化電機(jī)的控(kòng)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(lǜ)變頻器聯合供電,這(zhè)樣設計降低了電機的供電(diàn)電壓和使用(yòng)的變頻器容量(liàng),從而降低成本。每個(gè)模塊電(diàn)機都具有一套獨立(lì)的控製係統,大大提升了(le)電機控製的自(zì)由度(dù),球磨機運(yùn)行在輕載工況時,完全可以隻(zhī)運行部分模(mó)塊電機驅動球磨機。 在結構方麵,本產品(pǐn)電機的定子采用了一種自主設計研發(fā)的隨動式結構,將(jiāng)整圓(yuán)的定子(zǐ)分成若幹個相互存在間隙的(de)小扇形塊,通過機械結構設計,確定了一種無論球磨機轉筒是否(fǒu)震動或偏(piān)心,定子塊始終跟(gēn)隨轉筒運動從而保持(chí)定子與轉子間隙(xì)恒定的結構。本產品通過機械結(jié)構設計保證定子與轉子(zǐ)間的間隙恒定,電機不會發生掃膛(táng)現象(xiàng),因此電機的氣隙可以設計的(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體用量,降低生產成本,節約稀土資源,節能用電量。當模塊發生故(gù)障時,直接拆卸故障電(diàn)機,更換新的模塊(kuài)電機即可正常(cháng)運(yùn)行。使(shǐ)用本產品完全不會因電機發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 本產品的隨動式定子結構構成(chéng)一種“小車結構(gòu)”,滾筒就像(xiàng)公(gōng)路(lù),定子塊就像(xiàng)汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相(xiàng)當於汽車在公路行駛,公路的(de)起伏不影響車輪(lún)與(yǔ)地麵貼合,即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒,保證定子、轉子間隙恒定,在球磨(mó)機因裝配誤差(chà)、軸承磨損、滾筒形(xíng)變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不(bú)均勻時,仍能(néng)正常運轉,保證磨機始終運行在性能狀態,不必停(tíng)機檢修。同時電機定子與轉(zhuǎn)子間(jiān)的(de)間(jiān)隙也可(kě)以做的更小,減少永磁(cí)體用量,並且因為隨動式結構(gòu),電機不(bú)會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電(diàn)機,采用獨立的扇形定子塊結構,其(qí)隨動原理是在(zài)定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾(gǔn)輪貼(tiē)合滾筒來確定定子與(yǔ)轉子間的間(jiān)隙,定(dìng)子塊徑向外側設有與支撐框(kuàng)架相連的彈性機構。彈(dàn)性機構(gòu)在球(qiú)磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如(rú)果球磨機滾筒向上波動,轉筒會向上頂定(dìng)子塊上安裝的滾輪,進而帶動定子塊向上移動,上(shàng)方(fāng)彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引(yǐn)力的同時,定(dìng)子塊上的(de)彈性機構將其(qí)向上頂,保證下方定子塊的滾輪依然(rán)貼合(hé)轉筒(tǒng)外表麵,使定子塊(kuài)跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動,從而保證定子、轉(zhuǎn)子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼(jì)續(xù)向下波動,則上方(fāng)定子(zǐ)塊在受到(dào)永磁體(tǐ)對其(qí)向下的(de)吸引力的同時(shí),彈性機構將(jiāng)上方其向(xiàng)下壓,下方定子塊被轉筒(tǒng)向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大(dà)小可(kě)調,對於不同位置的定子塊設置不同(tóng)的壓力,避(bì)免因彈性(xìng)裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨(mó)損(sǔn)較快。 本產品將永磁電機采用模塊化控製,根(gēn)據不同功(gōng)率的電機設計(jì)采用不同(tóng)個數的隨動(dòng)式定子塊構成一台模塊電機,一(yī)台整圓電機由多台模塊電(diàn)機構(gòu)成,多台模塊電機共用(yòng)同一個轉子,模塊電機(jī)包繞式安(ān)裝在球磨機滾筒上。相鄰隨(suí)動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對(duì)定子塊進行圓周方向的限位。球磨(mó)機滾筒的法蘭處(chù)銜接T型支撐板,用於支撐安裝(zhuāng)電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊(kuài)安裝拆卸十(shí)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(jī)構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架,即(jí)可將(jiāng)定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新的定子塊。 3、采用本產品代(dài)替(tì)傳統磨機的電機驅動係統的優點 現階段大多數的球磨機仍采用三(sān)相感應電動機、聯(lián)軸器、減速(sù)裝置以及齒輪(lún)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(jiào)高的效率和功率因(yīn)數,損耗大大(dà)降低(dī),節約了能源。永磁電機通過變頻器進(jìn)行調速,電機運行平穩,係統響應速度快,感應電機則起動(dòng)相對困難。這些也是近年來永磁電機應用(yòng)越來越廣泛(fàn)的原因。 采用永磁直驅(qū),取(qǔ)消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的(de)傳動環節,縮短係統的傳動鏈,直驅係統的傳動效率(lǜ)將提升至少20%。球(qiú)磨機(jī)直驅係統的傳動效率不僅(jǐn)得到(dào)大幅提升(shēng),而且直驅係統的故障率(lǜ)低,維護檢修方便,還避(bì)免了傳統設備因漏油造成環境汙染(rǎn)。 由於本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降(jiàng)低了加工(gōng),製(zhì)造,運輸(shū)等難度,還相當於把一個大功率電機(jī)做成了多(duō)個小功率電機。模塊化(huà)電機的控製技術可以實現降低大(dà)功率電(diàn)機(jī)的輸入(rù)電壓,但(dàn)是不增加電機(jī)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(xiǎo)功率(lǜ)變頻器聯合供電。這樣設(shè)計降(jiàng)低了電(diàn)機的供電電壓和使用的變頻器(qì)容量,從而降低成本。球磨機運行在輕載(zǎi)工況時,完全可以隻運行部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(cí)動(dòng)勢(shì)發生畸(jī)變,諧波(bō)含量增加,平(píng)均轉矩(jǔ)下降,轉矩波(bō)動顯著增加,無法繼(jì)續正常運行。而本產品(pǐn)進行了模塊化(huà)設計,每個模塊電機都具有一套獨立的(de)控製係統,大大提升了電機控製的自由度,可(kě)以利用其多電機結構和控製靈活的優勢,在發生故障時。可(kě)以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數,也可切除故障子模塊而控(kòng)製其(qí)餘正常子模塊降額運行。使用(yòng)本產品完全不會因(yīn)電機發(fā)生故障(zhàng)而影響到生產(chǎn)工期。 球磨(mó)機因加工誤差、軸(zhóu)承磨(mó)損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象,偏心(xīn)嚴(yán)重時還會造成(chéng)電機掃(sǎo)膛損壞電機,實際生產(chǎn)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(zēng)加,提高電機製造成本。隨動(dòng)式定子結構(gòu)的模塊電機,能在轉筒偏心(xīn)時保證定子與轉子(zǐ)之(zhī)間的(de)間隙恒定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用量,電機不會發生掃膛現象,同(tóng)時因為該隨動(dòng)式定子結構在偏心時能繼(jì)續正(zhèng)常工作,檢修次(cì)數更少,工作時間更長,大體(tǐ)積球磨機檢修複雜,降(jiàng)低檢(jiǎn)修次數就是提高生產效(xiào)率。 4、隨動(dòng)式球磨機裝配示意(yì)圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直(zhí)驅(qū)對比於傳統感應電(diàn)機的優點( 1)變頻調速控(kòng)製,實現負載工況多樣性 傳(chuán)統立磨(mó)速度(dù)單一,工況適應能力差。遇到突發事件,調整磨(mó)鞮高度來改變係統工作環境,係(xì)統反應速度慢(màn)。永磁同步電機采用變頻調速,適應(yīng)工況能力強。遇到突發事件,除調(diào)整磨輾高度外,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(kě)靠性高 傳統係統因三相感應電機(jī)無法在低速實現大轉矩(jǔ)輸出,需要額外(wài)的(de)盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊,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(zhuǎn)矩需要,整個係統構成複(fù)雜,係統運行的輔助設(shè)備很多。直驅係統由變頻控製(zhì)係統(tǒng)控製永磁同步電機起動,轉(zhuǎn)矩特性滿足需要,無需盤車係(xì)統和減速器,輔助係統少,結構簡(jiǎn)單。 (3)變頻器軟起動,起動過程隨意設定 傳統(tǒng)係統先由(yóu)低速盤車係統起動,待三相感應電機(jī)達到起動條件(jiàn)後,軟起動裝置起動三相感(gǎn)應電機,係統運行。係統控製(zhì)複雜,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。直驅係統直接變頻低速起動,係統直接(jiē)運行,係統控製簡(jiǎn)單。變頻控製起動過程(chéng)可根據實際工況(kuàng)進行調整,以滿足各種工況的需求。低速可過載(zǎi)輸出,滿足起動需要(yào),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(chéng)單元均(jun1)需(xū)要時常檢查和(hé)定(dìng)期維護,傳統係統(tǒng)構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常(cháng)維護,維護成(chéng)本費用高。同時係統無法實現在低速運行的(de)情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單,變頻器控製永磁(cí)同步電機直接驅動,控製(zhì)方(fāng)便。係(xì)統內無減速器,無需額外進行維(wéi)護,係(xì)統維護成本低。同(tóng)時,係統可(kě)實現在電機低速運行情況下進行係統維護。 (5)傳動效率高,節(jiē)能效果明顯 綜上采用直驅永磁電(diàn)機取代傳統驅(qū)動係統年節電量達181萬元。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤(kūn)磨機直驅(qū)係統的(de)優勢與球(qiú)磨機直驅係統相(xiàng)同,這裏不再一—贅述。 2、永磁直(zhí)驅立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直(zhí)驅電機驅動,提高了立磨(mó)效(xiào)率。在立磨扶正軸承與(yǔ)壓力(lì)軸承上進行突破,通過設計一種雙向載荷扇形模塊(kuài)機構替代大直(zhí)徑軸承,方便加工、生產、運輸、裝(zhuāng)配、維修(xiū),並降低成本,在工程實際中具有很強的實(shí)用型。 針對大、中、小型不同尺寸的立磨,分(fèn)別設計了三種立磨專用永磁電機,代替(tì)傳統的減(jiǎn)速機與三相異步電動機,永磁直驅電機具有(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,並且方便製(zhì)造、裝配(pèi)維護,節(jiē)省成本。均(jun1)已申請專 利。