時(shí)間：2018-06-29 15:09:09 來(lái)源： 瀏覽次數：63
在21世紀的今天，全球能源緊張，節能的呼聲越來(lái)越高，先進(jìn)的節能技術(shù)逐漸成為社會(huì )發(fā)展的一道亮點(diǎn)。然而在很多可以進(jìn)行節能的企業(yè)里，例如陶瓷行業(yè)，普遍認為其生產(chǎn)設備球磨機是難以被控制的，認為用電設備消耗多少電，是由其機電特性所決定的，主觀(guān)的控制無(wú)能為力。顯然，此觀(guān)念是錯誤的。在全國上下用電形勢嚴峻的情況下，深圳市微能科技有限公司利用先進(jìn)變頻節能技術(shù)，采用最新的9G系列變頻器，在廣東陶瓷生產(chǎn)基地佛山市西樵鎮某知名陶瓷廠(chǎng)實(shí)行球磨機節能改造。實(shí)踐證明，通過(guò)一系列的技術(shù)和管理措施能達到將球磨機能耗降到最低的效果，這樣既保護環(huán)境又為企業(yè)創(chuàng )造了經(jīng)濟效益，企業(yè)的經(jīng)營(yíng)成本至少可以減少5%～10%。
1 球磨機的工作原理
在陶瓷企業(yè)里，球磨機由于功率比較大，占據了企業(yè)總用電量的80％以上的，各類(lèi)球磨機的基本結構大體上是相同的，一般均由筒體，襯板，給料器，排料器，空中軸，軸承，傳動(dòng)裝置和潤滑系統組成。
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(pán)，以便與鑄鋼的給料端蓋、排料端蓋進(jìn)行連接，筒內裝有可以更換的襯板，為了使襯板與筒體內壁緊密接觸并緩沖鋼球對筒體的沖擊，在襯板與筒體內壁之間敷有膠合板，為便于更換襯板和檢查筒體內部狀況，在筒體上開(kāi)有入孔，入孔多為矩形，長(cháng)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，和軸頸內套等部件組成。中空軸頸內套可防止給料時(shí)對軸頸內表面的磨損，內套的內表面帶有螺旋，有助于給料，給料器用螺栓固定在內套的端部，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，中心襯板和軸頸內套等零件組成。在端蓋內壁上鑄有八條放射狀筋條，相當于隔板，每?jì)筛顥l之間裝有格子襯板，用襯塊擠壓固定，襯塊則由螺釘穿過(guò)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，中空軸頸的內套在排料格子的一端制成喇叭形葉片，以引導隔板淘起的礦漿順著(zhù)葉片流出，整個(gè)排料部位和給料部位都一樣緊固在筒體法蘭盤(pán)上。1.4 驅動(dòng)部分球磨機屬于低速重載設備，裝載量大，起動(dòng)力矩也很大，一般需要加裝液力耦合器來(lái)完成傳動(dòng)系統的啟動(dòng)和調速。陶瓷工業(yè)球磨機通常采用附加啟動(dòng)電機沖擊啟動(dòng)或軟啟動(dòng)裝置來(lái)啟動(dòng)，對電網(wǎng)沖擊大，而且啟動(dòng)完成后運轉時(shí)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(dòng)方式是三相交流電動(dòng)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(shí)，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。2 球磨機的生產(chǎn)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(dòng)狀況及物料的研磨過(guò)程，在不同的轉速下，筒體內的鋼球和物料的運動(dòng)狀況如圖2所示。1）當轉速較低時(shí)，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(shí)，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(shí)鋼球對物料已無(wú)撞擊作用，研磨效率則更低。這種狀態(tài)的最低轉速稱(chēng)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(shí)，鋼球被帶到一定的高度后沿拋物線(xiàn)落下，對筒底物料的撞擊作用最大，研磨效率最高，此時(shí)的轉速稱(chēng)為最佳工作轉速。
3 球磨機系統存在的問(wèn)題1）球磨機一般采用簡(jiǎn)單的工頻控制，易造成物料的過(guò)渡研磨，所需研磨周期較長(cháng)，研磨效率較低，單位產(chǎn)品功耗較大；2）球磨機一般采用星三角或自耦降壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)電流特別大，對設備和電網(wǎng)的沖擊很大；3）機械設備的生產(chǎn)維護量也大，而且耗電量相當驚人，這必然會(huì )給生產(chǎn)廠(chǎng)家帶來(lái)很多不必要的麻煩和嚴重的資源浪費。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展及企業(yè)生產(chǎn)規模的擴大，直接工控球磨機的弊病已暴露無(wú)遺，并嚴重地阻礙了行業(yè)的快速發(fā)展。這就促使人們去研制啟動(dòng)平滑、研磨效率較高、產(chǎn)量大、能耗低的球磨機———變頻控制球磨機。4 球磨機變頻調速系統的工作原理根據原工況存在的問(wèn)題并結合生產(chǎn)工藝要求，改造后的球磨機系統應滿(mǎn)足以下要求：1）改造后的設備要有足夠的起動(dòng)轉矩，滿(mǎn)足球磨機裝載量大的要求，并保證設備在變頻運行狀態(tài)下使電機平穩運行，保障電動(dòng)機具有恒功率特性；2）利用變頻調速控制系統改造原有球磨機拖動(dòng)系統，滿(mǎn)足球磨機低速時(shí)的正常運行，確保正常的工藝控制要求，延長(cháng)球磨機及電動(dòng)機的使用壽命，減少維護量。根據上述原則，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(diǎn)：1）本系列是采用新一代SVPWM 波形生成技術(shù)的變頻器，低速額定轉矩輸出，帶載能力強，低速時(shí)可達到180%的額定轉矩輸出；2）具有多種轉矩提升及V/f 曲線(xiàn)可設定，多種加、減速模式可選擇，內置人性化的PID 功能，諸多參數均可在線(xiàn)調整；3）具有各種完善的保護功能及故障診斷系統，具有過(guò)電壓、過(guò)電流及失速保護等功能，技術(shù)先進(jìn)，功能齊全，使用方便，可滿(mǎn)足電氣節能及各種生產(chǎn)工藝的要求；4）電壓等級多，功率規格齊全，性能可達到歐美日等國外同類(lèi)產(chǎn)品水準；5）頻率精度高，可使運轉平穩，滿(mǎn)足設計要求。變頻調速系統電路如圖3所示。
球磨機安裝變頻節能控制系統后，取得了以下效果：1）改造后的設備能夠實(shí)現自動(dòng)控制，以及市電/節電切換功能，并能克服球磨機大慣性引起的回升電壓，能有效地保證設備正常運行；2）利用變頻器自動(dòng)電壓調節功能，可在與負載無(wú)關(guān)的條件下，保持電機效率最高，因消除了起動(dòng)時(shí)的沖擊，所以延長(cháng)了機軸、齒輪、皮帶等機械件的使用壽命，減少了維修費用；3）利用變頻調速技術(shù)改造后的球磨機拖動(dòng)系統，滿(mǎn)足了球磨機低速運行、大起動(dòng)轉矩的特點(diǎn)，實(shí)現了球磨機的運行速度連續可調，電機起動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊電流，起動(dòng)力矩大，保護功能完善，保證了工藝控制質(zhì)量，節約了維護成本；4）球磨機使用變頻調速后，起動(dòng)電流可減少到原來(lái)的1/5，如132 kW電機原起動(dòng)電流在1 000 A以上，變頻節能改造后起動(dòng)電流為180～200 A之間，實(shí)現了真正的軟起動(dòng)，也收到了節能的效果，由于起動(dòng)電流大大減小，不會(huì )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(dòng)而引起的其它用電設備跳閘或故障，在同樣的電網(wǎng)容量下，可增加裝機臺數；5）內置PLC 多段速自動(dòng)運行功能，可以通過(guò)變頻器方便地設定研磨時(shí)間，加磨時(shí)間和自動(dòng)停機功能，使操作更加智能化，人性化；6）球磨機變頻調速節能系統的節能效果一般可達12%～15%左右。5 投資與回報以佛山市西樵鎮某知名陶瓷廠(chǎng)為例，該廠(chǎng)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球磨機為例，電動(dòng)機功率為132 kW，實(shí)際使用功率為115 kW,每天工作18 h，每月工作30 天，這樣原球磨機每月用電量為115×18×30＝62 100 kW·h，在安裝了球磨機專(zhuān)用變頻節能控制系統后節電率可達14.6%，則每月可節省電費約為62100×14.6%×0.65元/ kW·h＝5 893元。若以每臺變頻器投資為5.5萬(wàn)元計算，投資回收期約為55 000÷5893＝9.3個(gè)月。若以平均節電率12%計算，則月節電效益約為62 100×12%×0.65＝4 843 元，每臺變頻器投資為5.5萬(wàn)元計算，投資回收期約為55 000÷4 843＝11.3個(gè)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，也即年節電收益在6萬(wàn)元左右。
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