Угольная мельница с воздушной струей является ключевым оборудованием для измельчения материала. Передаточное устройство является приводной частью мельницы, и его характеристики напрямую влияют на стабильность работы мельницы и энергопотребление мельницы. Традиционный режим привода угольной мельницы с воздушной продувкой представляет собой традиционный асинхронный двигатель + редуктор + медленный привод, что приводит к таким проблемам, как длинная механическая цепь передачи, низкая эффективность, сложный механизм и большая нагрузка по эксплуатации и техническому обслуживанию в системе. Поскольку страна выдвигает более высокие требования к энергосбережению и сокращению выбросов, повышение эффективности работы системы привода мельницы стало ключом к энергосбережению. Следовательно, повышение эффективности работы и коэффициента рабочей мощности самого двигателя, снижение потребления реактивной мощности и потерь в линии, тем самым снижая энергопотребление мельницы, является направлением энергосбережения мельницы. Использование двигателя с прямым приводом с постоянными магнитами с регулируемой частотой для снижения потерь энергии в процессе передачи крутящего момента является важным средством для реализации энергосбережения в шаровой мельнице сухого помола.

1 Принцип работы системы трансмиссии угольной мельницы с воздушной продувкой и системы измельчения

Будучи низкоскоростным, тяжелонагруженным и работающим с постоянной скоростью оборудованием, угольная мельница с воздушной продувкой должна преодолевать потери на износ системы трансмиссии и эффективный крутящий момент, создаваемый измельчающим телом, смещенным на валу трансмиссии. Дробящая сила удара мелющего тела о материал в мельнице заставляет работу мельницы сопровождаться вибрацией и ударами, а непрерывные характеристики работы сухого измельчения требуют, чтобы система привода мельницы обладала высокой надежностью и низкой интенсивностью отказов, а рабочая показатель должен быть выше 95.

1.1 Принцип работы системы передачи

Традиционная угольная мельница с воздушной продувкой в ​​основном состоит из корпуса мельницы, части зубчатой ​​передачи, конечного редуктора, медленного привода и асинхронного двигателя. Конструкция показана на рис. 1. Когда работает угольная мельница с воздушной продувкой, асинхронный двигатель передает мощность на шестерню зубчатой ​​передачи через главный редуктор, а через зацепление большой и малой шестерен большой кольцо, установленное на вращающейся части мельницы, приводит мельницу в движение для реализации мельницы. Когда мельница установлена ​​или капитально отремонтирована, асинхронный двигатель останавливает подачу питания, а двигатель в устройстве медленного привода передает мощность на большую и малую шестерни зубчатой ​​передачи через конечный редуктор и большое зубчатое кольцо, установленное на вращающаяся часть мельницы. Кольцо приводит в движение мельницу, обеспечивая медленное вращение мельницы.

Рис. 1 Схематическая диаграмма системы трансмиссии традиционной угольной мельницы с воздушной продувкой

1. Корпус мельницы 2. Зубчатая передача 3. Главный редуктор 4. Медленное приводное устройство 5. Асинхронный двигатель

Из-за сложного состава трансмиссионной системы воздушно-струйной мельницы, включающей асинхронные двигатели, двухступенчатые или трехступенчатые редукторы и тихоходные приводные устройства, а также тихоходные муфты, быстроходные муфты, косозубую передачу сцепления и т. д., общий КПД трансмиссии низкий. Любая проблема в одном звене приведет к тому, что мельница не сможет нормально работать.

1.2 Принцип работы системы измельчения

Структура системы измельчения угольной мельницы с воздушной продувкой показана на рисунке 2. Сырье (в сопровождении горячего воздуха при температуре около 280 ℃) направляется в загрузочное устройство мельницы загрузочным оборудованием и быстро вводится в сушильную камеру поворотной части мельницы через загрузочный желоб и спираль. Внутри находится подъемная плита, содержащая определенное количество влажных материалов, которые высушиваются здесь за счет интенсивного теплообмена, а затем попадают в камеру измельчения через средний отсек, и вместе со стальным шариком измельчающей среды непрерывно ударяются, дробятся, или измельчается под действием вкладыша с подъемом и измельчением и, наконец, измельчением в угольный порошок, а затем специальный вытяжной вентилятор выводится из мельницы через разгрузочное устройство для входа в следующий процесс.

Рис. 2 Принципиальная схема устройства измельчения угольной мельницы с воздушной струей

1. Передаточное устройство 2. Разгрузочное устройство 3. Главный подшипник 4. Зубчатая передача 5. Вращающаяся часть 6. Подшипник скользящего башмака на подающем конце 7. Подающее устройство

2 Принципы работы асинхронных двигателей и двигателей с постоянными магнитами

2.1 Асинхронный двигатель

Магнитное поле возбуждения асинхронного двигателя обеспечивается обмоткой статора, а ток возбуждения используется для создания магнитного поля воздушного зазора, так что обмотка ротора двигателя формирует наведенный ток, тем самым создавая наведенное магнитное поле, приводя в движение ротор. вращаться, а скорость вращения ротора несовместима со скоростью вращения магнитного поля. Так как магнитное поле возбуждения обеспечивается обмоткой статора, то для обеспечения синусоидальности магнитного поля возбуждения необходимо использовать короткораспределенные обмотки, как показано на рисунке 3, сложно сделать многополюсные тихоходные . Поэтому метод асинхронного двигателя + механического торможения часто используется для достижения работы на низкой скорости.

Рисунок 3 Распределенная обмотка асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель используется только в качестве электромеханического преобразователя энергии в системе передачи механического оборудования для обеспечения мощности, требуемой системой, из-за чего в системе возникают такие проблемы, как длинная цепь механической передачи, низкий КПД, сложный механизм и тяжелая работа. и объем работ по техническому обслуживанию. Чтобы удовлетворить требования привода при максимальной нагрузке механического оборудования, часто выбираются асинхронные двигатели с относительно большой номинальной мощностью, а асинхронным двигателям требуется часть мощности для создания магнитного поля для поддержания нормальной работы двигателя, в результате чего при нагрузке большинства двигателей от 60% до 80%. Как показано на рис. 4, КПД и коэффициент мощности низкие, а энергопотребление высокое.

Рис.4 Кривая зависимости КПД асинхронного двигателя, коэффициента мощности и скорости нагрузки 2.2 Двигатель с прямым приводом на постоянных магнитах

2.2 Двигатель с прямым приводом на постоянных магнитах

В двигателях с постоянными магнитами вместо полюсов с возбуждением током используются полюса с постоянными магнитами. Магнитная сталь установлена ​​в роторе, который может генерировать магнитное поле без ввода тока. Во время работы ротор и вращающееся магнитное поле вращаются синхронно с помощью вращающегося магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами. Двигатели с прямым приводом с постоянными магнитами не требуют реактивного тока возбуждения, могут значительно повысить эффективность и коэффициент мощности, уменьшить ток статора и потери в статоре, а также не имеют потери сопротивления ротора во время стабильной работы, уменьшая общие потери и уменьшая вентилятор и соответствующие потери на трение ветра. По сравнению с асинхронными двигателями двигатели с постоянными магнитами имеют более простую конструкцию ротора, отсутствие обмоток возбуждения, меньшие потери в меди ротора, а их коэффициент мощности может быть увеличен на 10–15 % по сравнению с асинхронными двигателями той же спецификации, как показано на рис. 5. .

Рис.5 Кривая зависимости КПД синхронного двигателя с постоянными магнитами, коэффициента мощности и скорости нагрузки

Хотя замена асинхронных двигателей двигателями с постоянными магнитами повышает уровень энергоэффективности двигателей, она по-прежнему не решает проблему длинных цепей передачи крупного механического оборудования из-за замены постоянной скорости. Магнитное поле возбуждения двигателя с редкоземельными постоянными магнитами обеспечивается ротором, а цель конструкции многополюсного низкоскоростного двигателя с постоянными магнитами может быть реализована с использованием концентрированной обмотки истинного дробного паза. Благодаря электромеханической интеграции двигателя и механической конструкции все или часть промежуточных звеньев передачи мощности отменяются. Превращено в решение с прямым приводом на постоянных магнитах, которое может напрямую удовлетворить требования нагрузки, что устраняет необходимость в редукторе.

3 Двигатель прямого привода с постоянными магнитами с преобразованием частоты

3.1 Принцип работы регулирования скорости преобразования частоты

Регулирование скорости преобразования частоты относится к изменению частоты и напряжения двигателя пропорционально для достижения цели регулирования скорости основного двигателя мельницы. Он имеет много преимуществ, таких как широкий диапазон регулирования скорости, высокая точность регулирования скорости и высокая эффективность работы. Преобразователь частоты является основным устройством для преобразования частоты и регулирования скорости двигателя. Он состоит из выпрямителя, промежуточного звена постоянного тока, инвертора мощности и контроллера. Он преобразует переменный ток постоянного напряжения и постоянной частоты, обеспечиваемый сетью, в новое напряжение и частоту. , и подключен к обмотке статора двигателя для реализации бесступенчатого регулирования скорости двигателя переменного тока.

3.2 Влияние частотно-регулируемого двигателя прямого привода с постоянными магнитами на медленный привод

Низкоскоростное приводное устройство угольной мельницы с воздушной продувкой состоит из тормозного двигателя, тихоходного редуктора и сцепления и в основном используется для установки и обслуживания мельницы. При установке и замене компонентов мельницы, а также капитальном ремонте внутренней части мельницы цилиндр мельницы может работать с низкой скоростью 0.1-0.2 об/мин. Мельница, использующая двигатель прямого привода с постоянными магнитами с преобразованием частоты, может стабильно работать на низкой частоте преобразователя частоты, что соответствует требованиям установки и обслуживания мельницы. Кроме того, также может быть реализовано медленное управление мельницей, а положение цилиндра мельницы может быть точно позиционировано путем ввода дуги вращения мельницы. Двигатель с прямым приводом с постоянными магнитами и регулируемой частотой может полностью заменить устройство медленного привода, снизить затраты на оборудование и уменьшить механическое воздействие больших и малых шестерен, притягиваемых медленным приводом.

3.3 Тормозная система

Во избежание потенциальных угроз безопасности необходимо добавить тормозную систему к системе привода двигателя с прямым приводом с постоянными магнитами и регулируемой частотой. Его основная функция заключается в обеспечении торможения мельницы с полной загрузкой во время обслуживания мельницы или замены футеровки для обеспечения безопасности персонала; Когда система смазки мельницы, преобразователь частоты, двигатель и т. д. выходят из строя или выходит из строя производственная линия, она может обеспечить полное торможение мельницы с полной нагрузкой, работающей на высокой скорости, во избежание повреждения подшипника скользящего башмака мельницы или основного подшипника.

3.4 Преимущества двигателя с прямым приводом на постоянных магнитах с преобразованием частоты

Традиционный асинхронный двигатель + преобразователь частоты не может удалить редуктор и его вспомогательную масляную станцию, последующие работы по техническому обслуживанию не были сокращены, а проблема потери эффективности передачи системы привода не решена; исходный асинхронный двигатель представляет собой двигатель с нерегулируемой частотой, и длительная работа с переменной частотой может привести к повреждению линий статора. По мере повышения температуры стержня изоляция стержня изнашивается быстрее. Двигатель прямого привода с постоянными магнитами может работать на частоте ниже номинальной, имеет характеристики постоянного крутящего момента и большого пускового крутящего момента, может лучше сочетаться с преобразователем частоты и подходит для условий работы шаровых мельниц. Поэтому, как показано на рис. 7, замените асинхронный двигатель, главный редуктор, масляную станцию ​​главного редуктора, вспомогательный редуктор трансмиссии, редукторный двигатель и влагозащитный шкаф/стартер на низкоскоростной двигатель с постоянным магнитом и высоким крутящим моментом с прямым приводом + шкафы преобразователя частоты. , фидеры и другое оборудование могут оптимизировать структуру, снизить затраты на закупку, уменьшить точки отказа оборудования, повысить эффективность передачи и снизить энергопотребление. В то же время, он может быть спроектирован непосредственно как пыле-взрывозащищенная конструкция, а взрывозащищенная конструкция соответствует взрывозащищенным электрическим требованиям среды подготовки угольного порошка, с простой конструкцией и высокой стабильностью.

Рис. 7 Схематическая диаграмма конструкции мельницы с двигателем с прямым приводом на постоянных магнитах с преобразованием частоты

1. Корпус мельницы 2. Часть зубчатой ​​передачи 3. Двигатель прямого привода с постоянными магнитами с преобразованием частоты

4 Применение эффектов

Угольная мельница φ3.80 м × 7.75 м + 3.5 м с воздушной струйной обдувкой, сконфигурированная на линии по производству цемента, имеет систему трансмиссии, оснащенную традиционным асинхронным двигателем, конечным редуктором, устройством медленного привода, тормозом, высокоскоростной муфтой, низкоскоростным муфта, сцепление и т. д., используйте водонепроницаемость для запуска. Основные параметры его двигателя приведены в табл. 1. В качестве мелющей среды используются стальные шары, степень заполнения 23.5 %, грузоподъемность 86 т, производительность 37.4 т/ч, рабочий ток 125.6 А, напряжение 6000 В, а потребляемая мощность мельницы 29.6 кВт·ч/т.

Таблица 1 Параметры асинхронного двигателя

Другая линия по производству цемента оснащена угольной мельницей φ3.80 м × 7.75 м + 3.5 м с воздушной продувкой, скоростью вращения 16.7 об/мин и проектной производительностью >42 ​​т/ч. мм, пройдено 95%, а общая влажность шлифовального материала составляет от 9% до 14%.

Пневматическая угольная мельница оснащена двигателем прямого привода с постоянными магнитами и регулируемой частотой вращения, который использует схему низкоскоростного высокомоментного двигателя прямого привода с постоянными магнитами + частотный преобразователь, при этом конструкция передаточного устройства проста. Двигатель имеет пыле-взрывозащищенную конструкцию. Вал шестерни мельницы соединен с головкой вала двигателя прямого привода с постоянными магнитами и регулируемой частотой вращения посредством диафрагменной муфты. Одновременно с этим, для обеспечения безопасности предусмотрена тормозная система, как показано на рисунке 8.

Рис. 8 Угольная мельница с воздушной струей для линии производства цемента

В угольной мельнице с воздушной струей в качестве мелющей среды используются стальные шары, степень заполнения 23.5%, грузоподъемность 86 т, производительность 45.2 т/ч, размер частиц готового продукта 80 мкм, остаток на сите ≤ 3%. Параметры двигателя прямого привода с постоянными магнитами с преобразованием частоты приведены в таблице 2. В реальной работе рабочая частота составляет 44 Гц, рабочее напряжение составляет 9360 В, рабочий ток составляет 76.7 А, а потребляемая мощность мельницы составляет 25.3 кВтч/т.

Таблица 2. Параметры двигателя с прямым приводом на постоянных магнитах с регулируемой частотой

Сравнение системы трансмиссии угольной мельницы с воздушной продувкой двух вышеупомянутых линий по производству цемента приведено в таблице 3. По сравнению с традиционным асинхронным двигателем коэффициент мощности и эффективность системы двигателя с прямым приводом с постоянными магнитами переменной частоты были ниже. значительно улучшено, а энергопотребление отдельной машины также в определенной степени снижено. В то же время конфигурация системы трансмиссии мельницы проще, заменяя традиционную сложную структуру, уменьшая объем системы трансмиссии, площадь завода и качество оборудования, снижая потребление сырья и затраты на закупку. и сокращение точек отказа и затрат на обслуживание системы, повышение эффективности и надежности передачи.

Таблица 3 Сравнение двух показателей эффективности вождения

Угольная мельница с воздушной продувкой, использующая двигатель прямого привода с постоянными магнитами с преобразованием частоты, находится в хорошем состоянии в полевых условиях, со стабильной производительностью, непрерывно и безопасно работает, и все технические показатели соответствуют проектным требованиям.

Заключение 5

Двигатель с прямым приводом с постоянными магнитами с преобразованием частоты объединяет двигатель с постоянными магнитами и механическую нагрузку, изменяет режим передачи механического оборудования, устраняет различные звенья передачи и значительно упрощает цепь передачи механического оборудования;

(1) Двигатель с прямым приводом с постоянным магнитом и переменной частотой упрощает систему трансмиссии мельницы, снижает стоимость покупки, уменьшает объем системы трансмиссии, площадь цеха и качество оборудования, снижает потребление. сырья и повышает эффективность передачи. Это экономит энергопотребление одной машины мельницы и может быть непосредственно превращено во взрывозащищенную конструкцию с высокой стабильностью;

(2) Двигатель с прямым приводом с постоянным магнитом переменной частоты может удовлетворить потребности мельницы в установке и техническом обслуживании, а также реализовать толчковый контроль мельницы, который может полностью заменить устройство медленного привода;

(3) Мельница, использующая двигатель с прямым приводом с постоянными магнитами с преобразованием частоты, может сэкономить на оборудовании, таком как редуктор и связанная с ним масляная станция, что значительно снижает количество отказов оборудования и объем работ по техническому обслуживанию машины;

(4) Необходимо добавить тормозную систему к системе привода двигателя с прямым приводом с постоянными магнитами переменной частоты, чтобы повысить безопасность и надежность мельницы.

(5) Применение двигателя с постоянными магнитами и регулируемой частотой вращения в измельчителе имеет большое значение для экономии энергии и снижения потребления при измельчении. Это дает преимущества в снижении затрат на измельчение, повышении эффективности измельчения и снижении энергопотребления измельчительного станка. Это применение дает новую идею для проектирования мельниц, позволяет накапливать данные и опыт в проектировании и применении угольных мельниц и формировать единый стандарт, что имеет ключевое демонстрационное значение для широкого применения двигателей с постоянными магнитами и регулируемой частотой вращения в сухих мельницах в будущем.