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     變頻器在球磨機上的應用

    摘要:本文介紹了球磨機工作原理,給出了采用變頻器控制球磨機提高工藝水平和節能的方案實(shí)現,通過(guò)實(shí)例說(shuō)明改造的成功和節能效益。

    關(guān)鍵詞:球磨機;變頻器;節能

    1 前言

    球磨機在水泥、陶瓷、冶金企業(yè)里被大量使用,是物料粉碎的不可缺少的重要生產(chǎn)設備。球磨機一般功率都較大,工作效率又很低,占據了企業(yè)總用電量的80%以上,成為上述行業(yè)最大的耗電設備之一,因此降低球磨機的能耗是上述行業(yè)降低成本,提高產(chǎn)品競爭力的有效途徑。球磨機一般采用簡(jiǎn)單的工頻控制,易造成物料的過(guò)度研磨,所需研磨周期較長(cháng),研磨效率較低,單位產(chǎn)品功耗較大,啟動(dòng)電流大,對設備和電網(wǎng)的沖擊很大,機械設備的生產(chǎn)維護量也大。直接工控球磨機的弊病并嚴重地阻礙了各工業(yè)企業(yè)快速發(fā)展。球磨機屬于低速重載設備,裝載量大,起動(dòng)力矩也很大,一般需要加裝液力耦合器來(lái)完成傳動(dòng)系統的啟動(dòng)和調速。陶瓷工業(yè)球磨機通常采用附加啟動(dòng)電機沖擊啟動(dòng)或軟啟動(dòng)裝置來(lái)啟動(dòng),對電網(wǎng)沖擊大,而且啟動(dòng)完成后運轉時(shí)所需的轉距減小,所以在節約能源方面有很大的空間。
      隨著(zhù)變頻技術(shù)的快速發(fā)展及在水泥、陶瓷、冶金企業(yè)的大量應用,變頻器控制球磨機也成為可能。作為專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)高性能變頻器的南京歐陸電氣傳動(dòng)有限公司根據球磨機工作原理和機械特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出大功率球磨機專(zhuān)用變頻控制器(系統)在現實(shí)中有很好的應用。

    2 球磨機工作原理


    qmj1.png球磨機主要由傳動(dòng)裝置、筒體裝置、加料裝置、卸料裝置及電氣控制裝置等組成,分給料部、出料部、回轉部、傳動(dòng)部(減速機、小傳動(dòng)齒輪、電機、電控)等主要部分。其主體是一個(gè)水平裝在兩個(gè)大型軸承上的低速回轉的簡(jiǎn)體。球磨機由電動(dòng)機通過(guò)減速機及周邊大齒輪減速傳動(dòng)、或由低轉速同步電機直接通過(guò)周邊大齒輪減速傳動(dòng),驅動(dòng)回轉部回轉。筒體內部裝有適當的磨礦介質(zhì)一鋼球。磨礦介質(zhì)在離心力和摩擦力的作用下,被提升到一定的高度,呈拋落或泄落狀態(tài)落下。被磨制的物料由給料口連續地進(jìn)入簡(jiǎn)體內部,被運動(dòng)的磨礦介質(zhì)所粉碎,并通過(guò)溢流和連續給料的力量將產(chǎn)品排出機外,以進(jìn)行下一段工序處理。用于陶瓷工業(yè)的球磨機具有一個(gè)水平放置的筒體,筒體被隔板(鉆有許多小圓孔的圓板——篩板)分成2~4個(gè)研磨腔,每個(gè)研磨腔內裝有一定形狀尺寸的研磨體,筒體旋轉時(shí),物料和研磨體等在摩擦力和離心力的作用下被筒體提升到一定高度,然后在重力的作用下沿近似拋物線(xiàn)軌跡落下來(lái)沖擊和研磨筒體底部的另一部分物料,并產(chǎn)生一定的軸向運動(dòng)促使物料研磨和混合均勻。 從工藝上來(lái)分類(lèi),有干磨和濕磨兩種。其外形結構如圖1所示。 

    驅動(dòng)部分是球磨機的關(guān)鍵:球磨機屬于低速重載設備,裝載量大,起動(dòng)力矩也很大,一般需要加裝液力耦合器來(lái)完成傳動(dòng)系統的啟動(dòng)和調速。陶瓷工業(yè)球磨機通常采用附加啟動(dòng)電機沖擊啟動(dòng)或軟啟動(dòng)裝置來(lái)啟動(dòng),對電網(wǎng)沖擊大,而且啟動(dòng)完成后運轉時(shí)所需的轉矩減小,所以在節約能源方面有很大的空間。目前普遍采用的驅動(dòng)方式是三相交流電動(dòng)機- 液力耦合器- 齒輪減速器-皮帶輪減速器。由于球磨機屬恒轉矩負載,在用液力耦合器調速時(shí),其調速效率等于調速比,有很大一部分能量在液力耦合器中被浪費掉。

    3 球磨機的生產(chǎn)工藝

    球磨機一般以固定轉速運行,筒體的轉速是由皮帶輪或齒輪減速機構(也有用液力耦合器)決定的。球磨機的轉速直接影響到鋼球和物料的運動(dòng)狀況及物料的研磨過(guò)程,在不同的轉速下,筒體內的鋼球和物料的運動(dòng)狀況如圖2所示。                

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    圖2 球磨機工作時(shí)狀態(tài)圖

    1)當轉速較低時(shí),鋼球和物料隨筒體內壁上升,當鋼球和物料的傾角等于或大于自然傾角時(shí),沿斜面滑下,不能形成足夠的落差,鋼球對物料的研磨作用很小,球磨機的效率很低。

    2)如果筒體的轉速很高,由于離心力的作用,以致使物料和鋼球不再脫離筒壁,而隨其一同旋轉,這時(shí)鋼球對物料已無(wú)撞擊作用,研磨效率則更低。這種狀態(tài)的最低轉速稱(chēng)為臨界轉速。

    3)當筒體的轉速處于上述二者之間的某一轉速時(shí),鋼球被帶到一定的高度后沿拋物線(xiàn)落下,對筒底物料的撞擊作用最大,研磨效率最高,此時(shí)的轉速稱(chēng)為最佳工作轉速。

    4 球磨機系統存在的問(wèn)題

    1)球磨機一般采用簡(jiǎn)單的工頻控制,易造成物料的過(guò)渡研磨,所需研磨周期較長(cháng),研磨效率較低,單位產(chǎn)品功耗較大;

    2)球磨機一般采用星三角或自耦降壓?jiǎn)?dòng),啟動(dòng)電流特別大,對設備和電網(wǎng)的沖擊很大;

    3)機械設備的生產(chǎn)維護量也大,而且耗電量相當驚人,這必然會(huì )給生產(chǎn)廠(chǎng)家帶來(lái)很多不必要的麻煩和嚴重的資源浪費。

    5 改造方案 

    根據原工況存在的問(wèn)題并結合生產(chǎn)工藝要求,改造后的球磨機系統滿(mǎn)足以下要求。

    1)改造后的設備要有足夠的起動(dòng)轉距,滿(mǎn)足還球磨機裝載量大的要求,并且保證設備在變頻運行狀態(tài)下使電機平穩運行,保障電動(dòng)機具有恒轉矩特性。 

    2)利用變頻調速控制系統改造原有球磨機拖動(dòng)系統,滿(mǎn)足球磨機低速時(shí)的正常運行,確保正常的工藝控制,使球磨機及電動(dòng)機的使用壽命延長(cháng),減少維護。 

    3)改造后的設備能夠實(shí)現自動(dòng)控制,及手動(dòng)/工頻和故障自切換等功能,并能克服球磨機大慣性引起回升電壓,有效地保證設備的正常運行。 

    6 應用效果

    利用變頻調速技術(shù)改造后的球磨機拖動(dòng)系統,滿(mǎn)足了球磨機低速運行、大起動(dòng)轉矩的特點(diǎn),實(shí)現了球磨機的運行速度連續可調,電機起動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊電流,保護功能完善,保證了工藝控制質(zhì)量,節約了維護成本,取得了以下效果:

    1軟啟動(dòng):球磨機使用變頻調速后,起動(dòng)電流可比原先小3-5倍,(如110kW電機原先的起動(dòng)電流在600A以上,變頻節能控制系統起動(dòng)電流為120A~160A之間),實(shí)現了真正的軟起動(dòng),也收到了節能的效果。由于起動(dòng)電流大大減小,不會(huì )造成對電網(wǎng)的沖擊和電網(wǎng)電壓的下降,消除了因球磨機起動(dòng)而引起的其它用電設備跳閘或故障,在同樣的電網(wǎng)容量下,并可增加裝機臺數; 

    2)自動(dòng)控制:改造后的設備能夠實(shí)現自動(dòng)控制,以及市電/節電切換功能,并能克服球磨機大慣性引起的回升電壓,能有效地保證設備正常運行;

    3延長(cháng)壽命:利用變頻器自動(dòng)電壓調節功能,可在與負載無(wú)關(guān)的條件下,保持電機效率最高,因消除了起動(dòng)時(shí)的沖擊,所以延長(cháng)了機軸、齒輪、皮帶等機械件的使用壽命,減少了維修費用;

    4多段速度控制:歐陸變頻控制柜內置多段速自動(dòng)運行功能,可以通過(guò)變頻器方便地設定研磨時(shí)間,加磨時(shí)間和自動(dòng)停機功能,使操作更加智能化,人性化;

    5)動(dòng)態(tài)節能功能球磨機變頻調速節能系統的節能效果一般可達12%~15%左右。

    6) 高回報率:所有投資約6~12個(gè)月可通過(guò)電費節省回收。

     

    7 結論

    大量應用實(shí)踐證明,歐陸EV100系列大功率變頻器用于水泥、鋼鐵、陶瓷行業(yè)球磨機的節能改造十分成功,取得了良好的經(jīng)濟效益。隨著(zhù)用戶(hù)對變頻器的使用經(jīng)驗和接受程度的提高,POWTRAN大功率變頻器在上述行業(yè)有著(zhù)更加廣闊的應用前景。

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