陶瓷用球磨机节能改造技术研究
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图1改造前球磨机系统示意图图2Vol.33No.12Dec.2017赤峰学院学报（自然科学版）Journal of Chifeng University （Natural Science Edition ）第33卷第12期（上）2017年12月陶瓷用球磨机节能改造技术研究杨炳勇(泉州工艺美术职业学院,福建泉州362500)摘要:本文通过对陶瓷用球磨机其生产工艺、运行规律及主要参数的研究,提出陶瓷用球磨机的最佳工作转速,并采用变频器-永磁同步电机直接驱动球磨机小齿轮的模式进行驱动,改造传统的异步电机-减速机驱动模式.改造后的球磨机,在传动效率、功率因数上明显提高,维护频率大大降低,节能效果明显,具有很好社会经济效益.关键词:陶瓷;球磨机;变频;永磁电机;节能中图分类号：TP276文献标识码：A文章编号：1673-260X （2017）12-0040-03球磨机是陶瓷工厂原料制备中电机容量最大的设备，它主要用于各种矿石原材料的粉磨，在粉磨过程的过程中，电量消耗量巨大[1].由于企业对球磨机技术的认识还远远不够，同样规格及同样粉磨工艺的系统，有些企业电耗高产量，有些企业磨机产量却很低，且高产量与低产量比例几乎接近一倍.传统认为，球磨机粉磨系统产量低是由入磨物料的水分、入磨物料的粒度、物料的易磨性等因素引起的，但通过我们大量研究证明，这些因素对磨机的影响并不是主要的，甚至可以忽略，因这些因素在陶瓷生产过程往往是无法回避和选择的[2].1陶瓷球磨机高能耗原因分析陶瓷球磨机是利用转动的筒体，不断地带动大量的研磨体在筒体内对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，使物料达到成品细度要求.陶瓷球磨机一般采用异步电机—液力耦合器—减速机—小齿轮—大齿轮的模式驱动回转部如图1所示.其效率不高，主要原因有：（1）液力耦合器在球磨机启动时可以起到缓冲作用，让电动机可以轻载启动，以减小启动电流，但球磨机属于恒转矩负载，在用液力耦合器调速时，其调速效率等于调速比，在低速时有近3/4的能量被浪费[6].（2）异步机和减速机的效率非常低（分别为86%和88%左右），并且存在着维护频繁、漏油等一系列问题.（3）我国陶瓷厂球磨机的实际工作转速,一般取临界转速的70%~90%，如此宽的取值范围,势必给球磨机的转速选取带来较大的不确定性[3].2系统改造方案通过对陶瓷球磨机高能耗原因的分析，本次改收稿日期:2017-09-29基金项目:福建省中青年教师教育科研项目(A 类)(JA14434)40--造方案主要从两方面入手：一是通过分析球磨机的生产工艺、运行规律及主要参数，从而确定球磨机的最佳工作转速；另一方面是采用低速大转矩永磁同步电动机（效率90%，较传统模式提高15%）配套变频器直接驱动小齿轮，带动大齿轮转动，改造传统的驱动模式.具体的改造思路如图2所示.3球磨机的最佳工作转速分析根据大量的一线工作实际分析，球磨机要有粉碎效果，其转速率的值在10%-90%之间，矿料才能受到研磨体的冲击和研磨作用，因球磨机转速率低于10%，球磨机内的介质处于泻落状态，研磨体对矿石只有研磨作用，没有冲击作用，磨矿的效率极其低下；而当球磨机的转速过高,会超过其临界值，球磨机内的介质将处于离心状态，将不会再有粉碎效果[4].为验证球磨机转速对粉碎效果的影响，本文把生产经验选取具有代表性的三个转速率，进行实验分析，分别为50%、70%和90%.由于球磨机用变频器进行转速控制，还需要计算变频器的输出频率.球磨机的产量越高,并不能说明其粉碎效率就越高，而是要安单位产品的能耗，即产品的比能耗来衡量球磨机效率的高低[5].从表4可以看出比能耗随着转速率和填充率的变化趋势,经过大量实践验证分析当转速率=0.69，填充率=0.33时,比能耗从取得最小值为0.97kW/hkg.4变频器要永磁同步电机直驱球磨机设计4.1变频器选型与参数设置在球磨机行业，变频器选型时，考虑球磨机运行环境温度高和球磨机负载惯性大的特点，往往选择变频器功率比球磨电机的功率大一档或两档，以提高变频器的环境适应能力和带载能力,这种选型策略对变频器的使用寿命较好，但如参数设置不当，不利于球磨电机的保护[7].因此当选型变频器功率大于电机功率时，要合理设置电机过载保护系数及变频器电流限制等参数，以实现电机的合理保护[7].本次应用的球磨机是一台立式球磨机，电机功率300kW ，变频器选用WIN-V63-315T4，同功率匹配，WIN-V63变频器主要参数设定如表5、6所示.4.2球磨机驱动系统改造为了提高传动环节的效率，本次改造采用低速大转矩永磁同步电动机直接驱动小齿轮，带动大齿轮转动[9].为了不影响生产周期，本次改造方案采用即换即用的原则，保证选矿厂的生产效益不受影响，图3永磁同步电动机球磨机系统示意图.转速率50%70%90%输出频率15.6621.9228.19表1转速率和变频器输出频率的对应关系填充率20%30%40%50%转速率(50%)m -200的产量(kg )0.816 1.4030.829 1.021转速率(70&)m -200的产量(kg ) 1.785 2.689 2.747 2.843转速率(90%)m -200的产量(kg ) 1.6432.11 1.288 2.175表2磨矿50分钟后-200目以下粒度产品的产量填充率20%30%40%50%转速率(50%)消耗的电能(kW/h) 1.5 1.83 2.1 2.5转速率(70%)消耗的电能(kW/h) 2.4 2.7 3.2 3.9转速率(90%)消耗的电能(kW/h)3.33.64.24.7表3磨矿50分钟后球磨机消耗的电能填充率20%30%40%50%转速率(50%)比能耗ηe 1.841.282.532.44转速率(70%)比能耗ηe 1.341.00 1.30 1.30转速率(90%)比能耗ηe2.011.713.26 2.16表4磨矿50分钟的比能耗图3永磁同步电动机球磨机系统示意图参数名称电机额定功率电机额定电压电机额定电流电机额定频率电机额定转速参数号P3.00P3.01P3.02P3.03P3.04表5变频器中电机参数设置功能参数号说明设定值以及说明P1.01最大功率60Hz (变频电机基本频率50Hz )P1.02上限功率60Hz P1.04频率给定通道7(端子输入控制多段速)P1.07命令给定通道1(端子给定)PF.03过载预报警检出水平200%PF.04过载预报警检出时间60S PF.05自动限流水平200%表6WIN-V63变频器主要参数设定表41--名称永磁电机球磨机异步机-减速机球磨机电机功率(KW )300370减速器无有起动器变频器一拖多水电阻传动系统效率>90%<75%功率因数>0.95<0.7维护频率低或无高表7永磁电机球磨机与常规球磨机主要性能比较[13]永磁电机起动后采用工频电源供电即可实现稳定运行，为了降低改造成本，本次改造采用一台变频器拖动多台（据实际情况确定数量）电机起动[9].电机起动后将电机的端子引到电网上，在电网供电情况下，电机也可高效运行，详见图4改造后供电系统采用一拖多的方式，即可根据场区情况，可由一台或两台变频器或驱动多台电机起动[8].5系统性能调试分析效率、功率因数与负载率的关系的比较，如图5、6所示[12].球磨机用永磁电机节能分析，如表8所示.6总结项目技术的开发应用，可解决目前球磨机工作效率低、能耗高的、维修频率高等缺点，为德化上百家陶瓷企业和我省甚至全国相关陶瓷企业提供技术支持.在提高球磨机生产效率、降低能耗的同时提高产品质量及档次，对陶瓷生产企业的技术水平有整体的提高，有利于提高我省陶瓷出口创汇能力和市场的竞争力，促进我省陶瓷产业向更高的方向发展，项目技术的开发应用有着显著的经济和社会效益.———————————————————参考文献院〔1〕郑文秀,任世亮.对电机系统节能工程思考[J].山西能源与节能,2009.〔2〕戴少生,廖中同,黄有丰.粉碎工程及设备[M ].北京:中国建材工业出版社,1990.〔3〕黄鹏,迟毅林,董为民,等.影响球磨机临界转速因素的研究[J].中国矿业,2007.〔4〕哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M ].北京:高等教育出版社,2002.〔5〕扬忠高.提高球磨机磨矿效率的研讨[J].有色矿山,1991.〔6〕刘应诚,杨乃乔.液力耦合器应用与节能技术[M].北京:化学工业出版社,2006.〔7〕张燕宾.变频调速应用实践[M].北京:机械工业出版社,2001.〔8〕李鹏,窦鹏冲,李雨薇,等.微电网技术在主动配电网中的应用[J].电力自动化设备,2015,35(4):8-16.〔9〕郭新华,温旭辉,赵峰,庄兴明.基于电磁转矩反馈补偿的永磁同步电机新型IP 速度控制器[J].中国电机工程学报,30(27).图4供电系统示意图图5异步机效率、功率因数与负载率关系图6永磁电机效率、功率因数与负载率关系异步机—液力耦合器—减速机变频器—永磁电机功率370kW 300kW 效率86%*97%88%=73.4%90%损耗电量/天370*24*0.266=2362kWh 300*24*0.1=720kWh一台减少耗电/天(2362-720)=1642kWh一台减少耗电/年1642*360天=591,120kWh表8节能分析表42--。
