永磁直驅(qū)球磨機、立磨(mó)機
1、技術(shù)背景 傳統的球磨(mó)機、立磨機(jī)大都(dōu)采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅(qū)動,導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗(rǒng)長(zhǎng)、效率低、機構複雜、運行維(wéi)護工作量大等問(wèn)題。 沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南全(quán)新機電設備有限公司聯合設計研發的(de)球磨機、立磨機采用永磁直驅(qū)電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計,取消動力傳輸的中間環節,做成直驅方案,能直接滿足荷載的需求,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(lì)強、係統免維(wéi)護、自動化程度(dù)高等優點。 在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計,不(bú)僅降低了加工(gōng)、製造、運(yùn)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。模塊化電機的控製技術可(kě)以實現(xiàn)降低(dī)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(děng)級絕緣(yuán)。模塊化電機采用多台小功率變頻器(qì)聯合供電,這樣設計降低了電機的供電電(diàn)壓和(hé)使用的變頻器容量,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(dà)提升了電機(jī)控製的(de)自由度,球(qiú)磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵,本產品電機的定子采用了一種自主設計(jì)研發的隨動(dòng)式結構,將整圓的定子分成(chéng)若幹個相互存在(zài)間隙的小扇形塊,通過機械結構設計,確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心,定子塊始終跟(gēn)隨轉筒運動從而保持定子與(yǔ)轉子間隙(xì)恒定的結構。本產品通過機械結構設計(jì)保(bǎo)證定子與轉子間的間隙恒定,電機不會發生(shēng)掃膛現象,因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直(zhí)驅電機(jī)的小(xiǎo)很多(duō),從而大幅降(jiàng)低電(diàn)機永磁體用量(liàng),降低生產成(chéng)本,節約稀土資源,節能用電(diàn)量。當模塊發生故障時,直接拆卸故障(zhàng)電機,更換新的模塊電機即可正常運(yùn)行。使用本產品完全(quán)不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機概(gài)述 本產品的隨動式定子結構構成一(yī)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路行駛,公路的起伏不影響車輪與地麵貼合(hé),即滾筒偏心(xīn)浮動不影響滾輪貼合滾筒,保證定子、轉子間隙(xì)恒(héng)定,在球(qiú)磨機因裝配誤(wù)差、軸承磨損(sǔn)、滾筒形變、重載震動等原因(yīn)造成電機偏心、氣隙不均(jun1)勻時(shí),仍能正常(cháng)運轉,保證(zhèng)磨機始終運行在性能狀態,不必停機(jī)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,並且因為隨動式結構,電機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨(suí)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構,其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定(dìng)子與轉子間的間隙,定(dìng)子塊徑向外側設有(yǒu)與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不(bú)偏心時處於半壓縮狀態,如(rú)果(guǒ)球磨機滾筒向上波(bō)動,轉筒會向(xiàng)上頂定子塊上安裝的(de)滾輪,進(jìn)而帶動定子塊向上移動,上方彈性機構繼續(xù)壓縮;下方定(dìng)子塊(kuài)在(zài)受到永磁體對其(qí)向上的吸引力的同時,定子塊上的彈性機構將其向(xiàng)上頂,保證下方(fāng)定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵,使定子塊(kuài)跟(gēn)隨轉筒波動而進行徑向與圓周(zhōu)方向的移動(dòng),從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球(qiú)磨機滾筒向下複位或繼續(xù)向下波動,則上方(fāng)定子塊在受到永磁(cí)體對其向下的吸引力的同時,彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。 本產(chǎn)品彈性裝置的壓力大小可調,對於不同位置的定子塊設(shè)置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造(zào)成滾輪或(huò)轉筒磨損較快。 本產品將永磁電機采用模塊化控製(zhì),根據不同功率的電機設計(jì)采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電(diàn)機(jī),一台整圓電機(jī)由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子(zǐ),模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上(shàng)。相(xiàng)鄰(lín)隨動式定子塊間設有固定在支撐框(kuàng)架(jià)上的擋板來(lái)對定子塊進(jìn)行(háng)圓周方向的(de)限位。球磨機滾筒(tǒng)的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心(xīn)及磁鋼。 本產(chǎn)品的隨(suí)動式定子塊安裝拆卸十(shí)分便捷,隻需要沿球磨機(jī)的徑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(yán)徑向拉出,進行(háng)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 現階段大多數的球磨機(jī)仍采(cǎi)用三相感應電動(dòng)機、聯(lián)軸(zhóu)器、減速裝置以及齒輪結(jié)構進行驅動。永磁同(tóng)步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數,損耗大大降低,節約了能源。永磁電(diàn)機(jī)通過(guò)變頻器進行調速,電(diàn)機運行平穩,係統響應速度快,感應電機則起動相對困難。這些(xiē)也是近年來永磁電機應用(yòng)越來越廣泛的原因。 采用永磁直(zhí)驅,取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節(jiē),縮短係統的傳動鏈,直驅(qū)係統的(de)傳動效率將提升至少20%。球(qiú)磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升,而且直(zhí)驅係統的故障率低,維護檢修方(fāng)便,還避免了(le)傳統設備因漏油(yóu)造成環境(jìng)汙染。 由於本產品電機定子采用了模(mó)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(lǜ)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(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(yuán),模塊化電機采(cǎi)用多(duō)台(tái)小功率變頻器聯合供電。這(zhè)樣設計降低了電機(jī)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(jī)合成磁動勢發生畸變,諧波含量增加,平均轉矩下降,轉矩波動顯著增加,無法繼續正(zhèng)常運行。而本產品進行(háng)了模塊化設計,每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢,在發生故障時(shí)。可以直接拆(chāi)卸(xiè)故障電機更換新的模(mó)塊電機(jī)即可正常運(yùn)行。模塊化電機具有冗餘的模塊數,也可(kě)切(qiē)除故障子模(mó)塊而控製其餘正常(cháng)子模塊降額運行。使用本產品完全不會(huì)因電(diàn)機發生故障而影響(xiǎng)到生產工期。 球磨機因加工誤差(chà)、軸承磨損、滾(gǔn)筒形變或重載產生震動等因素會(huì)發生轉子偏心現象,偏心嚴(yán)重時還會造成(chéng)電機掃膛損壞(huài)電機,實際生產中常常通過(guò)增加氣隙(xì)大小來預防掃膛,而氣隙(xì)增大(dà)會導致(zhì)永磁體用量增(zēng)加,提高電機製(zhì)造成本。隨動式定子結構的模塊電機,能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的(de)間隙恒定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用量(liàng),電機不會發生掃(sǎo)膛現(xiàn)象,同時因為該隨動式定子(zǐ)結構在偏心時能繼續(xù)正常工作(zuò),檢(jiǎn)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(zhuāng)配(pèi)示(shì)意圖 二、永磁直驅立(lì)磨技術 1、立磨直驅對比於傳(chuán)統感應電機的優點( 1)變頻調速控製,實現負載工況多樣性 傳統立磨速度單一,工況適應能力差。遇到突發事件,調整磨鞮高度來改變係(xì)統(tǒng)工作(zuò)環境,係統反應速度慢(màn)。永磁同步(bù)電機采用變頻(pín)調(diào)速,適應工況能力強。遇到突發事件,除調整磨輾高度外,還增加了速度調(diào)節(jiē)以快速適應係統工作環境,係統反應速度更快。 (2)係統(tǒng)簡單,可靠性高(gāo) 傳統係統(tǒng)因(yīn)三相感應電(diàn)機無法在低速(sù)實現大轉矩輸出,需要額外的盤車係統滿(mǎn)足立磨的低速起動。為(wéi)保證在(zài)電機起動過程不對(duì)電網造成過大的衝擊,需增加軟(ruǎn)起動裝置。三相感應電機起動後,通過減速器滿(mǎn)足係統轉矩需要,整個係統構成複雜,係統運行的輔(fǔ)助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動,轉矩特性滿足需要,無需(xū)盤(pán)車係統和減速器,輔助係統少,結構簡單。 (3)變頻(pín)器軟起(qǐ)動,起動過程隨意設定 傳統(tǒng)係統(tǒng)先由低(dī)速盤車係統起動,待三相感應電機達到起動條件後,軟起動裝置起動(dòng)三相(xiàng)感(gǎn)應電(diàn)機,係統運行。係統控(kòng)製複雜,低速無法(fǎ)實現過載輸出。在低速過程需要盤(pán)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(yùn)行,係統控製簡(jiǎn)單。變頻控(kòng)製起動過程可(kě)根據實際工況進行調整(zhěng),以滿足(zú)各(gè)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。 (4)無減(jiǎn)速器,維護成本更低,維護次數少 係統各構成單元均(jun1)需要時常(cháng)檢查和定(dìng)期維護(hù),傳統係統構成單(dān)元多。同時立磨(mó)減速器(qì)結構複雜需要經常維護,維護成本費用(yòng)高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護(hù)。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,控製方便。係統(tǒng)內無減速器,無需額外進行維護(hù),係(xì)統(tǒng)維護成本低。同(tóng)時,係統可實現(xiàn)在電機低速運行情況下進(jìn)行係(xì)統維護。 (5)傳動效率高,節能效果(guǒ)明顯(xiǎn) 綜上(shàng)采用(yòng)直驅永磁電機取代傳統驅動係(xì)統年節電量達181萬元(yuán)。(按照5000h,0.6元/kWh)立式(shì)鯤(kūn)磨機直驅係統的優勢(shì)與(yǔ)球磨機直驅係統相同,這裏(lǐ)不再一—贅述。 2、永(yǒng)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動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行(háng)突破,通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承,方便加工、生產(chǎn)、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(zhōng)、小型不同(tóng)尺寸的立磨,分別設計了(le)三種立磨專用永磁(cí)電機,代替傳統的(de)減速機與三相異步電動機,永磁直(zhí)驅電機具有雙向(xiàng)載荷機構與不同的放置位置,均能達到扶正(zhèng)與承壓的作用,並且方便製造、裝配維護,節省成本。均(jun1)已申請專 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