時(shí)間：2018-06-29 15:09:09 來源： 瀏覽次數(shù)：63
在21世紀(jì)的今天，全球能源緊張，節(jié)能的呼聲越來越高，先進(jìn)的節(jié)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(jié)能的企業(yè)里，例如陶瓷行業(yè)，普遍認(rèn)為其生產(chǎn)設(shè)備球磨機(jī)是難以被控制的，認(rèn)為用電設(shè)備消耗多少電，是由其機(jī)電特性所決定的，主觀的控制無能為力。顯然，此觀念是錯(cuò)誤的。在全國上下用電形勢嚴(yán)峻的情況下，深圳市微能科技有限公司利用先進(jìn)變頻節(jié)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(zhèn)某知名陶瓷廠實(shí)行球磨機(jī)節(jié)能改造。實(shí)踐證明，通過一系列的技術(shù)和管理措施能達(dá)到將球磨機(jī)能耗降到最低的效果，這樣既保護(hù)環(huán)境又為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)的經(jīng)營成本至少可以減少5%～10%。
1 球磨機(jī)的工作原理
在陶瓷企業(yè)里，球磨機(jī)由于功率比較大，占據(jù)了企業(yè)總用電量的80％以上的，各類球磨機(jī)的基本結(jié)構(gòu)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(tǒng)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，以便與鑄鋼的給料端蓋、排料端蓋進(jìn)行連接，筒內(nèi)裝有可以更換的襯板，為了使襯板與筒體內(nèi)壁緊密接觸并緩沖鋼球?qū)ν搀w的沖擊，在襯板與筒體內(nèi)壁之間敷有膠合板，為便于更換襯板和檢查筒體內(nèi)部狀況，在筒體上開有入孔，入孔多為矩形，長度一般為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(nèi)套等部件組成。中空軸頸內(nèi)套可防止給料時(shí)對軸頸內(nèi)表面的磨損，內(nèi)套的內(nèi)表面帶有螺旋，有助于給料，給料器用螺栓固定在內(nèi)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(nèi)套等零件組成。在端蓋內(nèi)壁上鑄有八條放射狀筋條，相當(dāng)于隔板，每兩根筋條之間裝有格子襯板，用襯塊擠壓固定，襯塊則由螺釘穿過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(nèi)套在排料格子的一端制成喇叭形葉片，以引導(dǎo)隔板淘起的礦漿順著葉片流出，整個(gè)排料部位和給料部位都一樣緊固在筒體法蘭盤上。1.4 驅(qū)動(dòng)部分球磨機(jī)屬于低速重載設(shè)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完成傳動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)和調(diào)速。陶瓷工業(yè)球磨機(jī)通常采用附加啟動(dòng)電機(jī)沖擊啟動(dòng)或軟啟動(dòng)裝置來啟動(dòng)，對電網(wǎng)沖擊大，而且啟動(dòng)完成后運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩減小，所以在節(jié)約能源方面有很大的空間。目前普遍采用的驅(qū)動(dòng)方式是三相交流電動(dòng)機(jī)- 液力耦合器- 齒輪減速器-皮帶輪減速器。由于球磨機(jī)屬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在用液力耦合器調(diào)速時(shí)，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(fèi)掉。2 球磨機(jī)的生產(chǎn)工藝球磨機(jī)一般以固定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，筒體的轉(zhuǎn)速是由皮帶輪或齒輪減速機(jī)構(gòu)（也有用液力耦合器）決定的。球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速直接影響到鋼球和物料的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀況如圖2所示。1）當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，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(shí)，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(jī)的效率很低。2）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(shí)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。3）當(dāng)筒體的轉(zhuǎn)速處于上述二者之間的某一轉(zhuǎn)速時(shí)，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(shí)的轉(zhuǎn)速稱為最佳工作轉(zhuǎn)速。
3 球磨機(jī)系統(tǒng)存在的問題1）球磨機(jī)一般采用簡單的工頻控制，易造成物料的過渡研磨，所需研磨周期較長，研磨效率較低，單位產(chǎn)品功耗較大；2）球磨機(jī)一般采用星三角或自耦降壓啟動(dòng)，啟動(dòng)電流特別大，對設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊很大；3）機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)維護(hù)量也大，而且耗電量相當(dāng)驚人，這必然會(huì)給生產(chǎn)廠家?guī)砗芏嗖槐匾穆闊┖蛧?yán)重的資源浪費(fèi)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，直接工控球磨機(jī)的弊病已暴露無遺，并嚴(yán)重地阻礙了行業(yè)的快速發(fā)展。這就促使人們?nèi)パ兄茊?dòng)平滑、研磨效率較高、產(chǎn)量大、能耗低的球磨機(jī)———變頻控制球磨機(jī)。4 球磨機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，改造后的球磨機(jī)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：1）改造后的設(shè)備要有足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，滿足球磨機(jī)裝載量大的要求，并保證設(shè)備在變頻運(yùn)行狀態(tài)下使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，保障電動(dòng)機(jī)具有恒功率特性；2）利用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)改造原有球磨機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，滿足球磨機(jī)低速時(shí)的正常運(yùn)行，確保正常的工藝控制要求，延長球磨機(jī)及電動(dòng)機(jī)的使用壽命，減少維護(hù)量。根據(jù)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(zhuǎn)矩輸出，帶載能力強(qiáng)，低速時(shí)可達(dá)到180%的額定轉(zhuǎn)矩輸出；2）具有多種轉(zhuǎn)矩提升及V/f 曲線可設(shè)定，多種加、減速模式可選擇，內(nèi)置人性化的PID 功能，諸多參數(shù)均可在線調(diào)整；3）具有各種完善的保護(hù)功能及故障診斷系統(tǒng)，具有過電壓、過電流及失速保護(hù)等功能，技術(shù)先進(jìn)，功能齊全，使用方便，可滿足電氣節(jié)能及各種生產(chǎn)工藝的要求；4）電壓等級多，功率規(guī)格齊全，性能可達(dá)到歐美日等國外同類產(chǎn)品水準(zhǔn)；5）頻率精度高，可使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，滿足設(shè)計(jì)要求。變頻調(diào)速系統(tǒng)電路如圖3所示。
球磨機(jī)安裝變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后，取得了以下效果：1）改造后的設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，以及市電/節(jié)電切換功能，并能克服球磨機(jī)大慣性引起的回升電壓，能有效地保證設(shè)備正常運(yùn)行；2）利用變頻器自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)功能，可在與負(fù)載無關(guān)的條件下，保持電機(jī)效率最高，因消除了起動(dòng)時(shí)的沖擊，所以延長了機(jī)軸、齒輪、皮帶等機(jī)械件的使用壽命，減少了維修費(fèi)用；3）利用變頻調(diào)速技術(shù)改造后的球磨機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，滿足了球磨機(jī)低速運(yùn)行、大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了球磨機(jī)的運(yùn)行速度連續(xù)可調(diào)，電機(jī)起動(dòng)時(shí)無沖擊電流，起動(dòng)力矩大，保護(hù)功能完善，保證了工藝控制質(zhì)量，節(jié)約了維護(hù)成本；4）球磨機(jī)使用變頻調(diào)速后，起動(dòng)電流可減少到原來的1/5，如132 kW電機(jī)原起動(dòng)電流在1 000 A以上，變頻節(jié)能改造后起動(dòng)電流為180～200 A之間，實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動(dòng)，也收到了節(jié)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(jī)起動(dòng)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，可增加裝機(jī)臺數(shù)；5）內(nèi)置PLC 多段速自動(dòng)運(yùn)行功能，可以通過變頻器方便地設(shè)定研磨時(shí)間，加磨時(shí)間和自動(dòng)停機(jī)功能，使操作更加智能化，人性化；6）球磨機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能效果一般可達(dá)12%～15%左右。5 投資與回報(bào)以佛山市西樵鎮(zhèn)某知名陶瓷廠為例，該廠已安裝了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(jī)為例，電動(dòng)機(jī)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(jī)每月用電量為115×18×30＝62 100 kW·h，在安裝了球磨機(jī)專用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后節(jié)電率可達(dá)14.6%，則每月可節(jié)省電費(fèi)約為62100×14.6%×0.65元/ kW·h＝5 893元。若以每臺變頻器投資為5.5萬元計(jì)算，投資回收期約為55 000÷5893＝9.3個(gè)月。若以平均節(jié)電率12%計(jì)算，則月節(jié)電效益約為62 100×12%×0.65＝4 843 元，每臺變頻器投資為5.5萬元計(jì)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(bào)期，也即年節(jié)電收益在6萬元左右。
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