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分類:永磁直驅(qū)礦(kuàng)用球磨機(jī) ——
1、技術(shù)背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步(bù)電動機(jī)、聯(lián)軸(zhóu)器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動,導(dǎo)致球(qiú)磨機的(de)傳動係(xì)統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南小黄鸭视频官网(xīn)機電設備有限公司聯合(hé)設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構(gòu)進行機電一體化設計,取消動力傳輸(shū)的中間(jiān)環節,做成直驅方案,能直接滿足荷載的需(xū)求,省去傳統磨機(jī)的減速機(jī),顯著提高(gāo)了電機的效率與(yǔ)功率因數,具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維(wéi)護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加工、製(zhì)造、運(yùn)輸等難(nán)度,還相當(dāng)於把一個大(dà)功率電機做成了多個小功率(lǜ)電機。模塊化電機的控(kòng)製(zhì)技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓,但是不增加電機的輸(shū)入電流,電機不(bú)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(yàng)設計降低了(le)電機(jī)的供(gòng)電電壓和使(shǐ)用的變頻器容量(liàng),從而降低成本。每個模塊(kuài)電機(jī)都具有一套獨立的控製(zhì)係統,大大提升(shēng)了電機控製(zhì)的(de)自(zì)由度,球磨機運行在輕(qīng)載工況時,完全可以隻運行部分模塊(kuài)電機驅動球磨機。
在結構方麵,本產品電(diàn)機的定子采用(yòng)了一種自主(zhǔ)設計研發的隨動式結構,將整圓的定子分成若幹個相(xiàng)互存在間隙的小扇形塊,通(tōng)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,定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機(jī)械結構設計保證(zhèng)定子與轉子間的間隙恒定(dìng),電機不會發生掃膛現象(xiàng),因此電機的(de)氣隙可以(yǐ)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(shēng)產成本,節約稀土資源,節(jiē)能用電量。當模塊發生故障時,直接拆卸故障電機,更(gèng)換新(xīn)的(de)模(mó)塊電機即可正常運行。使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(dòng)式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定(dìng)子結(jié)構構成一種“小車結構”,滾筒就像公路,定子塊就像汽車(chē)。滾輪貼合滾(gǔn)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,即滾筒偏心浮(fú)動不影響滾輪貼合滾筒,保證(zhèng)定子、轉子間隙恒定(dìng),在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變(biàn)、重載震動等原因造成電機偏(piān)心、氣隙不均勻時,仍能正常運轉,保證磨機始終運(yùn)行(háng)在性能狀態,不必停機檢修。同時電(diàn)機定(dìng)子與轉子間的間隙也可以做的更(gèng)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(de)定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機,采用獨立的(de)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(qiě)滾輪貼合(hé)滾筒來確定定子與轉子間的間隙,定子塊(kuài)徑向外(wài)側設有與支(zhī)撐框(kuàng)架相連的彈性機構。彈性機構在球(qiú)磨機滾筒不偏心時處(chù)於半壓縮狀(zhuàng)態(tài),如果球磨機滾筒向(xiàng)上波動,轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪,進而帶動(dòng)定子塊向上移動,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(zǐ)塊上的彈性機(jī)構將其向上頂,保證下方(fāng)定(dìng)子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵,使(shǐ)定子塊跟(gēn)隨(suí)轉筒波動而進行徑向與圓周方(fāng)向的(de)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(dòng),則(zé)上方(fāng)定子塊在受到永磁體對其向下的吸(xī)引力的同(tóng)時,彈性機構將上方其向下(xià)壓(yā),下方定子(zǐ)塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓(yā)力大小可調,對於不同位置的定子塊(kuài)設置不同的壓力(lì),避免因(yīn)彈性裝置設(shè)置的(de)壓力過大造成滾輪或轉(zhuǎn)筒磨(mó)損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製,根據不同功率(lǜ)的電機設計采用不(bú)同個數的隨動式定子塊構成一台模塊(kuài)電機,一台整(zhěng)圓電機由多台模(mó)塊電機構成,多台模塊電(diàn)機共用同一個轉子,模塊電機(jī)包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有(yǒu)固(gù)定在支撐框架上的擋板來(lái)對定子塊進(jìn)行圓周(zhōu)方向的限位(wèi)。球磨機滾筒的(de)法蘭處銜接T型(xíng)支撐板,用於支撐安裝電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵(tiě)心及磁鋼。
本產品的隨動式(shì)定子(zǐ)塊安裝拆卸十(shí)分便捷,隻需要沿球磨機的徑向依次(cì)拆卸密封外殼、彈性機構(gòu)、彈性機構與定(dìng)子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架(jià),即可將定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新(xīn)的定子塊。
3、采用本產品(pǐn)代替傳統磨機的(de)電機驅(qū)動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電(diàn)動機、聯軸器、減速裝置以及齒(chǐ)輪結(jié)構進行驅動。永磁同步電機(jī)與感應電機相比優勢(shì)是(shì)它有較高的效率和功率因數,損耗大大降低,節(jiē)約(yuē)了能源。永磁(cí)電機通過變頻器進行調速,電機運行平穩,係統響應速度快,感(gǎn)應電機則起動相對困難。這些也是近年來(lái)永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采(cǎi)用永磁直驅,取消了中間(jiān)的(de)減速機、聯軸器、及齒輪的傳(chuán)動環節(jiē),縮(suō)短係統的傳動鏈,直驅(qū)係統的傳動效率將提升至(zhì)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,維護檢修方便,還避免了傳統設備因漏油造(zào)成環境汙染。
由於本產品(pǐn)電機定子采用(yòng)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(zuò)成了多個(gè)小功率電(diàn)機。模塊(kuài)化電機的控製技術可以實現降低大功(gōng)率電機的輸入電壓,但是不增加電機的輸入(rù)電流,電(diàn)機不必采用高等級絕緣,模(mó)塊(kuài)化電機采用多台小功率變頻器(qì)聯合供電。這樣設計降(jiàng)低了電機的供電電壓和(hé)使用的變頻器容量,從(cóng)而降低成本。球磨(mó)機運行在輕載工況(kuàng)時,完(wán)全可以隻(zhī)運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時,會導致電機合成磁動(dòng)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(jì)續正常運行。而本產品進(jìn)行了模塊(kuài)化設計,每個模塊電機都具有一套獨立的(de)控製(zhì)係統,大大(dà)提(tí)升了(le)電機控(kòng)製的自由度,可以利(lì)用其多電機結構和控製靈活的優勢,在發生故障時。可以直接(jiē)拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運(yùn)行(háng)。模塊化電機具有冗餘的模塊數,也可切除故障子模塊而控製其餘(yú)正常子模塊降額運行。使用本產品(pǐn)完全(quán)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(chǎn)生震動等因素會發生轉子偏心現象(xiàng),偏心嚴重時還會造成電(diàn)機掃膛損壞電機,實際生(shēng)產中常常通過增加氣隙大小來(lái)預防掃膛,而(ér)氣隙(xì)增大會導致永磁體用量增加,提高電機製造成本。隨動式定子結構(gòu)的模塊電機,能在(zài)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(sǎo)膛現象,同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作,檢修次數更少,工作(zuò)時間更長,大體積球磨機檢修複雜,降低(dī)檢修次數就是提(tí)高生產效率(lǜ)。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
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( 1)變頻調(diào)速控製,實現負載(zǎi)工況多樣性
傳(chuán)統立磨速度單一,工況適應能力(lì)差。遇到突發(fā)事件,調整磨鞮高(gāo)度來(lái)改變係統(tǒng)工作環境,係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速,適應工況能力強。遇到突發事件,除(chú)調整(zhěng)磨(mó)輾高度外,還增加了速度調節以快速適應係統工(gōng)作(zuò)環境,係統反應速度更快。
(2)係統簡單,可靠性高
傳(chuán)統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出,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(diàn)網造成過大(dà)的衝(chōng)擊,需增加軟起動裝置。三相感應電機起(qǐ)動後,通過(guò)減速器滿足係統轉矩需要,整個係統構成複雜,係統(tǒng)運行的輔助設備很多。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(mǎn)足需要,無需盤車係統(tǒng)和減速器,輔助係統少,結構簡單。
(3)變頻器軟起動,起動過(guò)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(hòu),軟起動裝置起動三相感應電機,係統運行。係統控(kòng)製複雜,低速無法實現過載輸出。在低(dī)速過程需要盤車係統,將轉速(sù)提高到三(sān)相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動,係(xì)統直接運行,係(xì)統控製簡單。變頻控製起(qǐ)動過程可根據實(shí)際工(gōng)況進行調整,以滿(mǎn)足各種工況的需求。低速可過載輸出,滿足起動需要,取代盤車係統。
(4)無減速器,維護成本(běn)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,傳統係統構成單元(yuán)多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護,維護成本費用高。同時係統(tǒng)無法實現在低速運行的情況下進行(háng)係統維護。直驅係統構成單元簡單,變頻器控製永磁同步電機(jī)直接驅動(dòng),控(kòng)製方便。係統內無減速器,無需額外進行維護(hù),係統維護成本低。同(tóng)時,係統可實現在電機低速運(yùn)行情況下(xià)進行係統維護。
(5)傳動效率高,節能效(xiào)果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統(tǒng)年節電量達181萬(wàn)元。(按照(zhào)5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直(zhí)驅係統(tǒng)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(cí)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(xiàng)載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承(chéng),方便加工、生產、運(yùn)輸、裝配、維修,並降低成本(běn),在工程實際中具有很強(qiáng)的(de)實用型(xíng)。
針對大、中、小型不(bú)同尺寸的立磨,分別設計了三種立磨(mó)專用永磁電機,代替傳統的減速機與三相異步電動(dòng)機,永磁直驅電(diàn)機具有雙向載荷機(jī)構與不同的放置位置,均(jun1)能達到扶正與承壓的作用,並且方便製造、裝配維護,節(jiē)省成本。均(jun1)已申請專 利。
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