安川變頻器-安川變頻器在球磨機上的應用

：本文介紹球磨機工作原理，采用安減速馬達川變頻器控制球磨機提伺服馬達高工藝水平和節能的方案實現，通過實例說明改造的成功和節能效益。

1 前言

球磨機在水泥、陶瓷、冶金企業裏被大量使用，是物料粉碎不可缺少的重要生産設備。球磨機一般功率都較大，工作效率又很低，占據了企業總用電量的70%以上，成爲上述行業最大的耗電設備之一，因此降低球磨機的能耗是上述行業降低成本，提高産品競爭力的有效途徑。球磨機一般采用簡單的工頻控制，易造成物料的過度研磨，所需研磨周期較長，研磨效率較低，單位産品功耗較大，啓動電流大，對設備和電網的沖擊很大，機械設備的生産維護量也大。球磨機屬于低速重載設備，裝載量大，起動力矩也很大，一般需要加裝液力耦合器來完成傳動系統的啓動和調速。如陶瓷工業球磨機通常采用附加啓動電機沖擊啓動或軟啓動裝置來啓動，對電網沖擊大，而且啓動完成後運轉時所需的轉距減小，所以在節約能源方面有很大的空間。

隨著變頻技術的快速發展及在水泥、陶瓷、冶金企業的大量應用，變頻器控制球磨機也成爲可能。安川高性能變頻器根據球磨機工作原理和機械特點提高球磨效率，減少球磨能耗。對于我國建設節約型社會，減少環境汙染具有重大的經濟和社會意義。

2 球磨機工作原理

球磨機主要由傳動裝置、筒體裝置、加料裝置、卸料裝置及電氣控制裝置等組成，分給料部、出料部、回轉部、傳動部（減速機、小傳動齒輪、電機、電控）等主要部分。其主體是一個水平裝在兩個大型軸承上的低速回轉的簡體。球磨機由電動機通過減速機構減速傳動，驅動回轉部回轉。筒體內部裝有適當的磨礦介質一鋼球。筒體旋轉時，物料和研磨體等在摩擦力和離心力的作用下被筒體提升到一定高度，然後在重力的作用下沿近似抛物線軌迹落下來沖擊和研磨筒體底部的另一部分物料，並産生一定的軸向運動促使物料研磨和混合均勻。

驅動部分是球磨機的關鍵，球磨機屬于低速重載設備，裝載量大，起動力矩也很大，一般需要加裝液力耦合器來完成傳動系統的啓動和調速。陶瓷工業球磨機通常采用附加啓動電機沖擊啓動或軟啓動裝置來啓動，對電網沖擊大，而且啓動完成後運轉時所需的轉矩減小，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。由于球磨機屬恒轉矩負載，在用液力耦合器調速時，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。

3 球磨機的生産工藝

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狀況及物料的研磨過程，在不同的轉速下，筒體內的鋼球和物料的運動狀況。

a)當轉速較低時，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，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。

b)鋼球被帶到一定的高度後沿抛物線落下，對筒底物料的撞擊作用最大，研磨效率最高，此時的轉速稱爲最佳工作轉速。

c)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，這時鋼球對物料已無撞擊作用，研磨效率則更低。

4 球磨機系統存在的問題

1)球磨機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，單位産品功耗較大；

2）球磨機一般采用星三角或自耦降壓啓動，啓動電流特別大，對設備和電網的沖擊很大；

3）機械設備的生産維護量也大，而且耗電量相當驚人，這必然會給生産廠家帶來很多不必要的麻煩和嚴重的資源浪費。

5 改造方案

根據原工況存在的問題並結合生産工藝要求，改造後的球磨機系統滿足以下要求：

1)改造後的設備要有足夠的起動轉距，滿足球磨機裝載量的要求，並且保證設備在變頻運行狀態下使電機平穩運行，保障電動機具有恒轉矩特性。

2)利用變頻調速控制系統改造原有球磨機拖動系統，滿足球磨機低速時的正常運行，確保正常的工藝控制，使球磨安川伺服馬達機及電動機的使用壽命延長，減少維護。

3）改造後的設備能夠實現自動控制，及手動/工頻和故障自切換等功能，並能克服球磨機大慣性引起回升電壓，有效地保證設備的正常運行

針對球磨機生産工藝和控制特點，安川變頻器采用最先進的電機驅動技術以及全新的轉矩特性，根據球磨機實時運行負荷自動調整。在運行過程中即使電機或機械特性發生變化，也能自動找出最佳效率點，確保相應負載和溫度下的最優效率。

6 應用效果

利用變頻調速技術改造後的球磨機拖動系統，滿足了球磨機低速運行、大起動轉矩的特點，實現了球磨機的運行速度連續可調，電機起動時無沖擊電流，保護功能完善，保證了工藝控制質量，節約了維護成本，取得了以下效果：

1）軟啓動：球磨機使用變頻調速後，起動電流可比原先小3-5倍，（如132kW電機原先的起動電流在700A以上，變頻節能控制系統起動電流爲140A～180A之間），實現了真正的軟起動，也收到了節能的效果。由于起動電流大大減小，不會造成對電網的沖擊和電網電壓的下降，消除了因球磨機起動而引起的其它用電設備跳閘或故障，在同樣的電網容量下，並可增加裝機容量。

2)自動控制：改造後的設備能夠實現自動控制，以及市電/節電切換功能，並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。

3)延長壽命：利用變頻器自動電壓調節功能，保持電機效率最高，因消除了起動時的沖擊可程式控制器，所以延長了機軸、齒輪、皮帶等機械件的使用壽命，減少了維修費用。

4)多段速度控制：變頻控制櫃內置多段速自動運行功能，可以通過變頻器方便地設定研磨時間，加磨時間和自動停機功能，使操作更加智能化，人性化。

5)動態節能功能：球磨機變頻調速節能系統的節能效果一般可達12%～15%左右。

6)高回報率：所有投資約6～12個月可通過電費節省回收。 廣東某陶瓷廠一台40T球磨機采用安川變頻器改造。電動機功率爲132 kW，改造前實際使用功率爲110 kW，每天工作17h，原球磨機每月用電量爲110×17×30＝56100 kWh（度）。

安裝了球磨機變頻節能控制系統後實測節電率可達13%，則每月可節省電量約爲56100×13%=7293 kWh，按每度電費0。80元計算，則每月節電費5834元。若以每台變頻節能櫃投資爲4。8萬元計算，投資回收期約爲48000÷5834＝8。2個月，即8個多月收回成本。而變頻器的設計使用壽命一般爲10年，按10%保守節電率估算一年以後即爲純回報期，年節電收益在5萬多元。如大功率球磨機節能效果更明顯。

7 結論

大量應用實踐證明，變頻器用于水泥、鋼鐵、陶瓷行業球磨機的節能改造十分成功，取得了良好的經濟效益。隨著用戶對變頻器的使用經驗和接受程度的提高，變頻器在上述行業有著更加廣闊的應用前景。