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邁凱諾KE300A變頻器在陶瓷球磨機上的應用

邁凱諾KE300A變頻器在陶瓷球磨機上的應用

一、引言


        在21世紀的今天，全球能源緊張，節能的呼聲越來越高，先進的節能技術逐漸成為社會的一道亮點。在然而在很多節能企業里，特別對陶瓷行業，普遍認為球磨機難以被控制的，因為用電設備消耗多少電，是同其機電特性所決定的，主觀的控制無能為力。很顯然，此觀念是錯誤的。在全國上下用電形勢嚴峻的情況下，邁凱諾變頻器利用先進變頻節能技術，在廣東佛山新華陶瓷廠實行球磨機節能改造。實踐證明，通過一系列的技術和管理措施可以大幅度降低球磨機能耗，即保護環境又為企業創造經濟效益，企業至少可以減少5～10%的經營成本。


二、 球磨機工作原理


球磨機主要由傳動裝置、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、傳動部（減速機、小傳動齒輪、電機、電控）等主要部分。其主體是一個水平裝在兩個大型軸承上的低速回轉的簡體。球磨機由電動機通過減速機及周邊大齒輪減速傳動、或由低轉速同步電機直接通過周邊大齒輪減速傳動，驅動回轉部回轉。筒體內部裝有適當的磨礦介質一鋼球。磨礦介質在離心力和摩擦力的作用下，被提升到一定的高度，呈拋落或泄落狀態落下。被磨制的物料由給料口連續地進入簡體內部，被運動的磨礦介質所粉碎，并通過溢流和連續給料的力量將產品排出機外，以進行下一段工序處理。



驅動部分是球磨機的關鍵：球磨機屬于低速重載設備，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的啟動和調速。球磨機啟動對電網沖擊大，而且啟動完成后運轉時所需的轉矩減小，所以在節約能源方面有很大的空間。目前普遍采用的驅動方式是三相交流電動機- 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，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。


三、球磨機的生產工藝

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狀況及物料的研磨過程，在不同的轉速下，筒體內的鋼球和物料的運動狀況如圖2所示。               


邁凱諾KE300A變頻器在陶瓷球磨機上的應用3.jpg


球磨機工作時狀態圖


1）當轉速較低時，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，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，這時鋼球對物料已無撞擊作用，研磨效率則更低。這種狀態的低轉速稱為臨界轉速。

3）當筒體的轉速處于上述二者之間的某一轉速時，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，此時的轉速稱為最佳工作轉速。

四、變頻器改造優勢


變頻控制技術是當前電氣自動化控制的重要的技術，已經在各行各業的裝備控制發揮了重要的作用，對于球磨機應用是發展趨勢，而且會成為球磨機工藝控制自動化的重要也是核心的組成部分，球磨機采用變頻控制技術將會帶來以下革新：


    1、 網側功率因數提高：

          原電機直接由工頻驅動時，輕載時功率因數較低（有補償的除外），采用變頻調速系統后，電源側的功率因數可提高到0.9以上，無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網要求，可進一步節約上游設備運行費用。


    2、 提高球磨機的使用效率，節約電能，降低裝備運行成本。

        變頻調速技術實現了工頻無法實現的無級調速，它可對球磨機設備實現工頻以下的調速，使轉速適應運行工況。球磨機筒體存在一個臨界的轉速和運行工作轉速范圍，達到和超過臨界轉速的表現就是筒體里的鋼珠將緊貼筒體內壁一起旋轉進而不再破磨物料，而筒內在工作轉速范圍內表現為物料處理量和效率大幅度提升。所以實際運行筒體的轉速將會控制在臨界轉速以下和盡量工作在合理工作范圍內。臨界轉速跟筒體直徑、鋼球直徑、重量和物料的動態填充率有關。傳統的工頻控制電機轉速一定，在轉速不滿足臨界轉速的要求時只能依靠改變剛球的大小和物料填充率來改變臨界轉速，這將嚴重的降低機械設備的使用效率和增加生產工時（添換鋼珠耗時和單次筒內破磨物料可能達不到滿載）。采用變頻調速技術后，已經不同的物料填充率將可以隨心所欲的改變轉速以使球磨機運行在滿載的工作轉速范圍內，操作簡單，球磨機的使用效率也將大大提高，在節約運行成本的同時生產任務進程也可得到較大的保證。除此之外，變頻調速傳動裝置的使用也將促使以后機械傳動裝置的大大簡化，機械損耗將進一步降低，節約了寶貴的電能。


    3、通過變頻自身的V/F功能節電。

　　 在保證電機輸出力矩的情況下，可自動調節V/F曲線。減少電機的輸出力矩，降低輸入電流，達到節能狀態。


    4、可對電機實現軟啟動，啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍，電機使用壽命延長。

 在整個運行范圍內，啟動時電動機電流小，需要消耗的電量比用接觸器啟動小80%，電機可保證運行平穩。大慣量的球磨機機在傳統工頻啟動時電流沖擊和停機時的電瞬變來的損害是不言而喻的，變頻調速裝置在啟動和停機時對電流有著良好的平滑控制，減少了啟動電流對電網的沖擊，節約了電費，也減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉速沖擊，延長了設備的使用壽命。 


    5、  保護功能強大，適應電網電壓波動能力強。

 變頻調速裝置一般保護功能全面。可以防止電網突變對電機的損害，在網側電源故障時有效的保護變頻器和電機，在電機負載發生故障時也可以有效的防止故障擴散至電網，可以大限度的保護電機。


    6、 使用變頻調速裝置可以提高自動化水平，為工廠實現高度自動化提供了底層解決方案。

 在球磨機的實際作業中，往往噪聲大，粉塵多，工人的作業強度和環境差，若使用變頻調速裝置，可以將電氣傳動設備放置在離球磨機稍遠的位置，操作起來更加方便安全，實時數據的監控也可在遠離噪聲的環境中進行。

五、結束語

        在我國陶瓷行業，球磨機被大量使用，是物料粉碎的不可缺少的重要生產設備。實踐證明，邁凱諾（Micno）KE300A變頻器用于陶瓷行業球磨機的節能驅動項目是成功的，取得了良好的經濟效益。對于我國提出的建設節約型社會，減少環境污染具有重大的經濟和社會意義。