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變頻器在陶瓷球磨機(jī)上的應(yīng)用

時間：2018-06-29 15:09:09 來源：瀏覽次數(shù)：63

在21世紀(jì)的今天，全球能源緊張，節(jié)能的呼聲越來越高

，先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)逐漸成為社會發(fā)展的一道亮點。然而在很多可以進(jìn)行節(jié)能的企業(yè)里

，例如陶瓷行業(yè)，普遍認(rèn)為其生產(chǎn)設(shè)備球磨機(jī)是難以被控制的

，認(rèn)為用電設(shè)備消耗多少電

，是由其機(jī)電特性所決定的

，主觀的控制無能為力

。顯然，此觀念是錯誤的

。在全國上下用電形勢嚴(yán)峻的情況下，深圳市微能科技有限公司利用先進(jìn)變頻節(jié)能技術(shù)

，采用最新的9G系列變頻器，在廣東陶瓷生產(chǎn)基地佛山市西樵鎮(zhèn)某知名陶瓷廠實行球磨機(jī)節(jié)能改造

。實踐證明

，通過一系列的技術(shù)和管理措施能達(dá)到將球磨機(jī)能耗降到最低的效果

，這樣既保護(hù)環(huán)境又為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益

，企業(yè)的經(jīng)營成本至少可以減少5%～10%。
變頻器在陶瓷球磨機(jī)上的應(yīng)用

1 球磨機(jī)的工作原理

在陶瓷企業(yè)里

，球磨機(jī)由于功率比較大

，占據(jù)了企業(yè)總用電量的80％以上的，各類球磨機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大體上是相同的

，一般均由筒體

，襯板，給料器

，排料器

，空中軸

，軸承

，傳動裝置和潤滑系統(tǒng)組成

。

1.1 筒體圓形筒體由若干塊厚度為12~15 mm 的鋼板焊接而成。其兩端焊接有法蘭盤

，以便與鑄鋼的給料端蓋、排料端蓋進(jìn)行連接

，筒內(nèi)裝有可以更換的襯板，為了使襯板與筒體內(nèi)壁緊密接觸并緩沖鋼球?qū)ν搀w的沖擊

，在襯板與筒體內(nèi)壁之間敷有膠合板

，為便于更換襯板和檢查筒體內(nèi)部狀況，在筒體上開有入孔

，入孔多為矩形

，長度一般為350~500 mm。

1.2 給料部

給料部由帶有中空軸頸的端蓋聯(lián)合給料器

，扇形襯板

，和軸頸內(nèi)套等部件組成

。中空軸頸內(nèi)套可防止給料時對軸頸內(nèi)表面的磨損，內(nèi)套的內(nèi)表面帶有螺旋

，有助于給料，給料器用螺栓固定在內(nèi)套的端部

，一般使用聯(lián)合式給料器，其次是使用鼓式給料器和渦式給料器等

。1.3 排料部排料部由帶有中空軸頸的端蓋，格子襯板

，襯塊，中心襯板和軸頸內(nèi)套等零件組成。在端蓋內(nèi)壁上鑄有八條放射狀筋條

，相當(dāng)于隔板，每兩根筋條之間裝有格子襯板

，用襯塊擠壓固定

，襯塊則由螺釘穿過壁上的筋條固緊在端蓋上

，自中心部分

，利用中心襯板的止口拖住所有格子襯板，中空軸頸的內(nèi)套在排料格子的一端制成喇叭形葉片

，以引導(dǎo)隔板淘起的礦漿順著葉片流出，整個排料部位和給料部位都一樣緊固在筒體法蘭盤上

。1.4 驅(qū)動部分球磨機(jī)屬于低速重載設(shè)備，裝載量大

，起動力矩也很大，一般需要加裝液力耦合器來完成傳動系統(tǒng)的啟動和調(diào)速

。陶瓷工業(yè)球磨機(jī)通常采用附加啟動電機(jī)沖擊啟動或軟啟動裝置來啟動

，對電網(wǎng)沖擊大

，而且啟動完成后運轉(zhuǎn)時所需的轉(zhuǎn)矩減小

，所以在節(jié)約能源方面有很大的空間。目前普遍采用的驅(qū)動方式是三相交流電動機(jī)- 液力耦合器- 齒輪減速器-皮帶輪減速器

。由于球磨機(jī)屬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在用液力耦合器調(diào)速時

，其調(diào)速效率等于調(diào)速比，有很大一部分能量在液力耦合器中被浪費掉

。2 球磨機(jī)的生產(chǎn)工藝球磨機(jī)一般以固定轉(zhuǎn)速運行，筒體的轉(zhuǎn)速是由皮帶輪或齒輪減速機(jī)構(gòu)（也有用液力耦合器）決定的

。球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速直接影響到鋼球和物料的運動狀況及物料的研磨過程

，在不同的轉(zhuǎn)速下

，筒體內(nèi)的鋼球和物料的運動狀況如圖2所示。1）當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時

，鋼球和物料隨筒體內(nèi)壁上升，當(dāng)鋼球和物料的傾角等于或大于自然傾角時

，沿斜面滑下，不能形成足夠的落差

，鋼球?qū)ξ锪系难心プ饔煤苄?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，球磨機(jī)的效率很低

。2）如果筒體的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)

，這時鋼球?qū)ξ锪弦褵o撞擊作用

，研磨效率則更低。這種狀態(tài)的最低轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速

。3）當(dāng)筒體的轉(zhuǎn)速處于上述二者之間的某一轉(zhuǎn)速時，鋼球被帶到一定的高度后沿拋物線落下

，對筒底物料的撞擊作用最大，研磨效率最高

，此時的轉(zhuǎn)速稱為最佳工作轉(zhuǎn)速。

3 球磨機(jī)系統(tǒng)存在的問題1）球磨機(jī)一般采用簡單的工頻控制

，易造成物料的過渡研磨，所需研磨周期較長

，研磨效率較低，單位產(chǎn)品功耗較大

；2）球磨機(jī)一般采用星三角或自耦降壓啟動，啟動電流特別大

，對設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊很大；3）機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)維護(hù)量也大

，而且耗電量相當(dāng)驚人，這必然會給生產(chǎn)廠家?guī)砗芏嗖槐匾穆闊┖蛧?yán)重的資源浪費

。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，直接工控球磨機(jī)的弊病已暴露無遺

，并嚴(yán)重地阻礙了行業(yè)的快速發(fā)展。這就促使人們?nèi)パ兄茊悠交?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、研磨效率較高

、產(chǎn)量大

、能耗低的球磨機(jī)———變頻控制球磨機(jī)

。4 球磨機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，改造后的球磨機(jī)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：1）改造后的設(shè)備要有足夠的起動轉(zhuǎn)矩

，滿足球磨機(jī)裝載量大的要求，并保證設(shè)備在變頻運行狀態(tài)下使電機(jī)平穩(wěn)運行

，保障電動機(jī)具有恒功率特性；2）利用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)改造原有球磨機(jī)拖動系統(tǒng)

，滿足球磨機(jī)低速時的正常運行，確保正常的工藝控制要求

，延長球磨機(jī)及電動機(jī)的使用壽命，減少維護(hù)量

。根據(jù)上述原則

，選擇采用深圳市微能科技有限公司最新的9G系列變頻器,該系列變頻器具有以下特點：1）本系列是采用新一代SVPWM 波形生成技術(shù)的變頻器

，低速額定轉(zhuǎn)矩輸出，帶載能力強(qiáng)

，低速時可達(dá)到180%的額定轉(zhuǎn)矩輸出

；2）具有多種轉(zhuǎn)矩提升及V/f 曲線可設(shè)定，多種加

、減速模式可選擇

，內(nèi)置人性化的PID 功能，諸多參數(shù)均可在線調(diào)整

；3）具有各種完善的保護(hù)功能及故障診斷系統(tǒng)

，具有過電壓、過電流及失速保護(hù)等功能

，技術(shù)先進(jìn)

，功能齊全

，使用方便

，可滿足電氣節(jié)能及各種生產(chǎn)工藝的要求；4）電壓等級多

，功率規(guī)格齊全，性能可達(dá)到歐美日等國外同類產(chǎn)品水準(zhǔn)

；5）頻率精度高，可使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)

，滿足設(shè)計要求。變頻調(diào)速系統(tǒng)電路如圖3所示

。

球磨機(jī)安裝變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后，取得了以下效果：1）改造后的設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制

，以及市電/節(jié)電切換功能

，并能克服球磨機(jī)大慣性引起的回升電壓

，能有效地保證設(shè)備正常運行；2）利用變頻器自動電壓調(diào)節(jié)功能

，可在與負(fù)載無關(guān)的條件下，保持電機(jī)效率最高

，因消除了起動時的沖擊，所以延長了機(jī)軸

、齒輪

、皮帶等機(jī)械件的使用壽命

，減少了維修費用

；3）利用變頻調(diào)速技術(shù)改造后的球磨機(jī)拖動系統(tǒng)，滿足了球磨機(jī)低速運行

、大起動轉(zhuǎn)矩的特點，實現(xiàn)了球磨機(jī)的運行速度連續(xù)可調(diào)

，電機(jī)起動時無沖擊電流，起動力矩大

，保護(hù)功能完善，保證了工藝控制質(zhì)量

，節(jié)約了維護(hù)成本；4）球磨機(jī)使用變頻調(diào)速后

，起動電流可減少到原來的1/5，如132 kW電機(jī)原起動電流在1 000 A以上

，變頻節(jié)能改造后起動電流為180～200 A之間

，實現(xiàn)了真正的軟起動

，也收到了節(jié)能的效果

，由于起動電流大大減小

，不會造成對電網(wǎng)的沖擊和電網(wǎng)電壓的下降

，消除了因球磨機(jī)起動而引起的其它用電設(shè)備跳閘或故障，在同樣的電網(wǎng)容量下

，可增加裝機(jī)臺數(shù)；5）內(nèi)置PLC 多段速自動運行功能

，可以通過變頻器方便地設(shè)定研磨時間，加磨時間和自動停機(jī)功能

，使操作更加智能化，人性化

；6）球磨機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能效果一般可達(dá)12%～15%左右

。5 投資與回報以佛山市西樵鎮(zhèn)某知名陶瓷廠為例，該廠已安裝了37臺微能科技有限公司的大功率變頻器

。以其中的一臺40 t球磨機(jī)為例，電動機(jī)功率為132 kW

，實際使用功率為115 kW,每天工作18 h，每月工作30 天

，這樣原球磨機(jī)每月用電量為115×18×30＝62 100 kW·h，在安裝了球磨機(jī)專用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后節(jié)電率可達(dá)14.6%

，則每月可節(jié)省電費約為62100×14.6%×0.65元/ kW·h＝5 893元。若以每臺變頻器投資為5.5萬元計算

，投資回收期約為55 000÷5893＝9.3個月。若以平均節(jié)電率12%計算

，則月節(jié)電效益約為62 100×12%×0.65＝4 843 元

，每臺變頻器投資為5.5萬元計算

，投資回收期約為55 000÷4 843＝11.3個月，即不到一年就可以收回全部的投資

。而變頻器的使用壽命一般為10～15年，一年以后即為純回報期

，也即年節(jié)電收益在6萬元左右。

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