《電子技術(shù)應(yīng)用》
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ALPHA變頻器應(yīng)用在陶瓷行業(yè)球磨機上
摘要: 在我國陶瓷行業(yè),球磨機被大量使用,是物料粉碎的不可缺少的重要生產(chǎn)設(shè)備。球磨機一般功率都較大,工作效率又很低,因而成為陶瓷行業(yè)最大的耗電設(shè)備。
Abstract:
Key words :

一. 前 言
  在我國陶瓷行業(yè),球磨機被大量使用,是物料粉碎的不可缺少的重要生產(chǎn)設(shè)備。球磨機一般功率都較大,工作效率又很低,因而成為陶瓷行業(yè)最大的耗電設(shè)備。對球磨機進行節(jié)能改造,對于我國建設(shè)節(jié)約型社會,減少環(huán)境污染具有重大的經(jīng)濟和社會意義。

二. 球磨機的工作原理
  目前球磨機普遍采用的驅(qū)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。在這里,球磨機的料筒作為了減速器的皮帶輪使用。在球磨機重載起動時,電動機起動電流可達到額定電流的十倍以上。為了緩解起動時的機械沖擊,傳動環(huán)節(jié)中加入了液力耦合器,液力耦合器是通過控制工作腔內(nèi)工作油的動量矩變化來傳遞電機的驅(qū)動能量的。電動機通過液力耦合器的輸入軸拖動其主動工作輪旋轉(zhuǎn),對工作油加速,被加速后的工作油再帶動液力耦合器的從動工作渦輪旋轉(zhuǎn),把驅(qū)動能量傳遞到其輸出軸和負載。傳動系統(tǒng)中的液力耦合器在起動時起緩沖作用,讓電動機可以輕載起動,以減小起動電流,等電動機起動后再慢慢加載,達到順利起動球磨機的作用,減小起動時的機械沖擊。在工作時通過液力耦合器的調(diào)速作用,搜索球磨機的最佳工作轉(zhuǎn)速,提高球磨機的效率。由于球磨機屬恒轉(zhuǎn)矩負載,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。

三. 球磨機的生產(chǎn)工藝
  球磨機一般以固定轉(zhuǎn)速運行,筒體的轉(zhuǎn)速是由皮帶輪或齒輪減速機構(gòu)(也有用液力耦合器)決定的。球磨機的轉(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下圖所示:

(a)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?,球磨機的效率很低。
(b)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。
(c)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。

 

  實際運行表明,最佳工作轉(zhuǎn)速與鋼球的直徑及其裝載量、護甲形狀,鋼球與護甲之間的磨擦系數(shù)等因數(shù)有關(guān)。一般的最佳工作轉(zhuǎn)速通常為臨界轉(zhuǎn)速的0.7~0.8,可見轉(zhuǎn)速還是有一定的可調(diào)范圍,但調(diào)節(jié)范圍不大。實際球磨機的轉(zhuǎn)速與最佳工作轉(zhuǎn)速的誤差小于10%,所以若球磨機采用變頻調(diào)速搜索最佳工作轉(zhuǎn)速,提高研磨效率的節(jié)能效果也在10%以內(nèi)。

四. 球磨機變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)的工作原理。
  除了采用變頻調(diào)速搜索最佳工作轉(zhuǎn)速,提高球磨機的研磨效率所取得的節(jié)能效果之處,由于球磨機在設(shè)計時,都考慮到保證電動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩,而實際生產(chǎn)過程中,往往達不到最大輸出轉(zhuǎn)矩,電動機處于輕載(不滿載)工作狀態(tài),其功率因數(shù)和效率都較低。這時可通過變頻器的節(jié)能運行功能,通過降低變頻器的輸出電壓,自動調(diào)整與生產(chǎn)實際需要相匹配的輸出轉(zhuǎn)矩,達到提高電動機的功率因數(shù)和效率而節(jié)能的目的。
  另外由于變頻器一般為“交-直-交”電壓源型變頻器,中間直流環(huán)節(jié)有大的濾波電容的存在,可以大大提高變頻器輸入端的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù),降低傳輸電流,從而降低電能在線路中的傳輸損耗,不但具有節(jié)能效果,而且可以降低供電系統(tǒng)的容量,減少設(shè)備投資?;蛟谕瑯拥碾娋W(wǎng)容量下,允許多安裝球磨機設(shè)備。

五. 應(yīng)用效果
  球磨機安裝變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后,取得了以下效果:
① 因消除了起動時的沖擊,延長了機軸、波箱齒輪,皮帶等機械件的使用壽命,減少了維修費用。
② 球磨機使用變頻調(diào)速后,起動電流可比原先小5倍以上,(如132kW電機原先的起動電流在1000A以上,變頻節(jié)能控制系統(tǒng)起動電流為180A~200A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,并可增加裝機臺數(shù)。
③ 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功能,使操作更加智能化,人性化。
球磨機變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能效果一般可達12%~15%左右。

六. 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臺阿爾法公司的大功率變頻器。以其中的一臺40噸球磨機為例,電動機功率為132 kW,原球磨機每月用電量為:115 kW×18小時×30天=62100 kW.h(度),在安裝了球磨機專用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后節(jié)電率可達14.6%,每月可節(jié)省電費為:62100×14.6%×0.65元/度=5893元。若以每臺變頻器投資為5.5萬元計算,投資回收期為55000÷5893=9.3個月。
  若以平均節(jié)電率12%計算,則月節(jié)電效益為62100×12%×0.65=4843元,每臺變頻器投資為5.5萬元計算,投資回收期為55000÷4843=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。

七. 結(jié)束語
  實踐證明,變頻器用于陶瓷行業(yè)球磨機的節(jié)能驅(qū)動是十分成功的,取得了良好的經(jīng)濟效益。隨著用戶對變頻器的使用經(jīng)驗和接受程度的提高,變頻器在陶瓷行業(yè)有著更加廣闊的應(yīng)用前景。

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