永磁直驅球磨機、立(lì)磨機
1、技(jì)術背景 傳統的球磨(mó)機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減(jiǎn)速(sù)裝置以及(jí)齒輪結(jié)構進行驅動,導致球磨機的傳動係統存(cún)在機械傳動鏈(liàn)冗(rǒng)長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工(gōng)業大學電機與控製技術研究所(suǒ)與河南春梦直播機(jī)電設(shè)備有限公司聯合設計研發的(de)球磨機、立磨機采用永磁(cí)直驅電機,通過將(jiāng)電動機與機械結(jié)構進行機電一體化設計,取消動力傳輸(shū)的中間環節,做成(chéng)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(zhe)提高了電機的效率與功率因數,具有節能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過載能力強、係統免維護、自動(dòng)化程度高等優點。 在控製方麵,本產品電機定子(zǐ)采用了模塊化(huà)設計,不僅(jǐn)降低了加(jiā)工、製造、運輸等(děng)難(nán)度(dù),還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機(jī)。模塊化電機(jī)的(de)控製技術(shù)可以實現降低大功(gōng)率電機的輸入電壓(yā),但是不增加電機的輸入電流(liú),電機不必采(cǎi)用高等級絕緣。模塊化電(diàn)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(yā)和使用的變頻器容量,從(cóng)而降低成本。每個模塊電機(jī)都具有一套獨立的控製係統,大大提升了電機(jī)控製(zhì)的自由度,球磨機運行在輕載工況時,完全可(kě)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研發的隨動式結構,將整圓的定(dìng)子分成若幹個相互存在間隙的小(xiǎo)扇形塊,通過(guò)機械結構設計(jì),確定了一種無論球磨機轉筒是否震(zhèn)動或(huò)偏心,定子塊始終跟隨轉筒運動從而保(bǎo)持定(dìng)子與轉子(zǐ)間隙恒(héng)定的結構。本產品通過機(jī)械結(jié)構設計保證定子與轉子間的間隙恒定(dìng),電(diàn)機不會發生掃膛現象,因此(cǐ)電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多,從(cóng)而大幅降低電機永(yǒng)磁體用量,降低生產成本(běn),節約稀土資源,節能用電量。當模塊發(fā)生故障時(shí),直接拆卸故障電機,更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完(wán)全不會因電機發生故障而影響到生產工期。 2、球磨機(jī)專用隨動式永磁直驅電機概述(shù) 本產品的隨動式定子結構構成(chéng)一種“小車結構”,滾筒就像公路(lù),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(shǐ),公路的起伏不影響車輪與地麵貼合,即滾筒偏(piān)心浮動不影響滾輪貼合滾筒,保證定子、轉子間隙恒定,在球磨機(jī)因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形(xíng)變、重(chóng)載震動等原因造成電機偏心、氣隙不(bú)均勻時,仍能正常運轉,保證磨機始終(zhōng)運(yùn)行在(zài)性能狀態(tài),不必停機(jī)檢修。同時電機定子與轉子間(jiān)的間隙也可以做的更小,減少永磁體用(yòng)量,並(bìng)且因(yīn)為(wéi)隨動式結構,電機不會(huì)發生(shēng)掃膛現象。 本產品(pǐn)電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機,采用獨立的扇形定子塊結構,其(qí)隨(suí)動(dòng)原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾(gǔn)輪貼合滾筒來確定(dìng)定子與轉子間的間隙,定子(zǐ)塊徑向外(wài)側設有與支撐框架相連的彈性(xìng)機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於(yú)半壓縮(suō)狀態,如果球(qiú)磨機滾筒向上波動,轉(zhuǎn)筒會向上頂定子塊(kuài)上安(ān)裝的滾(gǔn)輪,進而帶動定(dìng)子塊向上移動,上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時,定子塊上的彈性機構將其向上頂(dǐng),保證下方定子塊的(de)滾輪依然貼合轉筒外表麵,使定子(zǐ)塊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、轉子之間的間隙不變(biàn)。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動,則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時,彈(dàn)性機構將上方(fāng)其向下壓,下(xià)方(fāng)定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的(de)壓力大小可調,對於不同位置的定子塊設置不同的壓力(lì),避免因彈性裝(zhuāng)置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較(jiào)快(kuài)。 本產品(pǐn)將永磁電機采用模塊化控製,根據不同功率的電機設計(jì)采用不同個數的隨動式定(dìng)子塊構成一台模(mó)塊電(diàn)機,一台整圓(yuán)電機(jī)由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用(yòng)同一個轉子,模塊電機包繞式安裝(zhuāng)在球磨機滾筒上。相鄰(lín)隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋(dǎng)板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾(gǔn)筒的法(fǎ)蘭處銜接T型支撐板,用於(yú)支撐安裝(zhuāng)電機轉子鐵心及磁鋼。 本(běn)產(chǎn)品的隨動式定子塊安裝拆卸(xiè)十分便捷,隻需要沿球磨機(jī)的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構(gòu)與定子塊之間的連接杆、彈性(xìng)機構支撐架,即可將定子塊沿徑(jìng)向拉出,進行檢修或更(gèng)換新的定子塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係(xì)統的優點 現階(jiē)段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯(lián)軸器、減速裝置以及齒輪結構進行(háng)驅動。永磁同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(le)能源。永磁(cí)電機通過變頻器進行調(diào)速,電機運行平穩,係統響應速度(dù)快,感應電機則起動相對(duì)困難(nán)。這(zhè)些也是近年來永磁電機應用(yòng)越來越廣泛的原因(yīn)。 采用永磁直驅,取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳(chuán)動環節,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)直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升,而且直驅係統的故(gù)障率低,維護檢修方便,還避免了傳統設(shè)備因漏油造成(chéng)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(le)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率(lǜ)電機。模塊(kuài)化電機的控製技術可以實(shí)現降低大(dà)功率電機的輸入電壓,但(dàn)是不增加電機的(de)輸入電流,電(diàn)機不必采用高等級絕(jué)緣,模塊化電機(jī)采用多台小功(gōng)率變頻器聯合供電(diàn)。這(zhè)樣設計降低了電機的供電電壓和(hé)使用的變(biàn)頻器容量,從而降低成本。球磨(mó)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(mó)機。 傳統電(diàn)機故障時(shí),會導致電機合成磁動勢發生畸變,諧波含量增加,平(píng)均轉矩下降,轉矩(jǔ)波動顯著增加,無法繼續正常運行。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(le)電機控(kòng)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(shēng)故障時。可以直接拆卸故障(zhàng)電(diàn)機更換新的模塊(kuài)電機即可正常(cháng)運(yùn)行。模塊化電機具有冗餘的模塊數,也(yě)可(kě)切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行(háng)。使(shǐ)用本產品完(wán)全不會因電機發生故障而影響到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動(dòng)等因(yīn)素會(huì)發生轉子偏心現象,偏心嚴重時還(hái)會造成電(diàn)機掃膛損壞電機,實際生產中常(cháng)常通過增加(jiā)氣隙(xì)大小來(lái)預(yù)防掃膛,而氣隙增大會導致永磁體用量增(zēng)加,提高電(diàn)機製造(zào)成(chéng)本(běn)。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,同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼(jì)續正(zhèng)常工(gōng)作,檢(jiǎn)修(xiū)次數更(gèng)少,工作時間更長(zhǎng),大體積球磨機檢修複雜,降低檢修(xiū)次數就是提高生產(chǎn)效(xiào)率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永(yǒng)磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1)變(biàn)頻調速控製,實現負載工況多樣性 傳統立磨速(sù)度單一,工況適(shì)應能力差。遇到(dào)突發事件,調(diào)整磨鞮高度(dù)來(lái)改變係統工作環境,係統反應速度慢。永磁同步電機(jī)采用變頻調速(sù),適應工況能力(lì)強。遇到突發(fā)事件,除(chú)調整磨輾高度外,還增加了速度調節以快速適應(yīng)係統工作環境,係統反應速度更快。 (2)係統簡單(dān),可靠性高 傳統係(xì)統因三相感應電機無法在低速實現大轉(zhuǎn)矩輸出,需要額外的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(zào)成過大的衝擊,需增加軟起動(dòng)裝置。三相感應電機(jī)起動後,通過減速器滿足係統轉矩需要,整(zhěng)個係(xì)統構(gòu)成複雜,係統運行(háng)的輔助設備很多。直驅(qū)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,無需盤車(chē)係統和減速器,輔助(zhù)係統少,結構簡單(dān)。 (3)變頻(pín)器軟起動,起動過程(chéng)隨意設定 傳統係統(tǒng)先由低速盤車係統起動,待三(sān)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,係統運行。係統控製複雜(zá),低速無法實現過載輸出(chū)。在低速過程需要盤車係統,將轉速提高到(dào)三相感應電機起動條(tiáo)件。直驅係統直接變頻低速起動,係(xì)統直接運行,係統控(kòng)製簡單。變頻控製起動過程可根(gēn)據(jù)實(shí)際工(gōng)況進行調整,以滿足各種工況的(de)需求。低速可過載(zǎi)輸出,滿足起動需要,取代盤車係統。 (4)無減速(sù)器,維護成本更(gèng)低(dī),維護次數(shù)少 係統各構成單元均(jun1)需要時常檢查和定期維護,傳統係統構成單(dān)元多。同時立磨減速器結(jié)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(sù)運行的情況下進行係(xì)統維護(hù)。直驅係統構成(chéng)單元簡單,變頻器控製永磁同步電機直(zhí)接驅動,控製方便。係(xì)統內無減速器,無需額(é)外進(jìn)行維護,係統維護成本低。同時,係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。 (5)傳動效(xiào)率高,節(jiē)能效果明顯 綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動(dòng)係統(tǒng)年節(jiē)電(diàn)量(liàng)達181萬元(yuán)。(按照5000h,0.6元(yuán)/kWh)立式鯤磨機直驅係(xì)統的優勢與(yǔ)球磨(mó)機直驅係統相同,這(zhè)裏不再一—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(cí)直驅電機驅動(dòng),提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進(jìn)行(háng)突破,通過設計一種雙(shuāng)向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承,方便加工、生產、運輸、裝配、維修,並(bìng)降低成本(běn),在工程實(shí)際中具有(yǒu)很強的實用型(xíng)。 針(zhēn)對(duì)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(dài)替傳統的減速機與三相異步電動(dòng)機,永磁直驅電機具有雙向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(bìng)且方便製造、裝配維護,節省(shěng)成(chéng)本。均已申請專 利。