一、概述:
在粉磨工艺中最主要的设备就是球磨机,采用变频调速传动,其本上还是空白。其原因是,球磨机工作时料筒的转速是恒定的,即使要变化,变化的范围也不大。球磨机的电气传动方式为,三相交流鼠笼异步电机—液力偶合器—齿轮减速器—皮带轮减速器,或三相交流鼠笼异步电机—齿轮减速器—皮带轮减速器,一般球磨机的料筒作为了减速器的皮带轮使用。球磨机重载起动时,若传动环节中无液力偶合器,即使使用自耦减压起动器或星—三角启动器,对电网也会造成较大的冲击,并且经常出现起动困难。为缓冲起动时的冲击,传动环节中加入了液力偶合器,这样可在任何状态下顺利起动球磨机。
二、球磨机的临界转速和最佳工作转速
球磨机的转速直接影响到钢球和物料的运动状况及物料的磨制过程。在不同的转速下,筒体内的钢球和物料的运动状况不同.若转速比较低时,钢球和物料随筒体内壁上升,当钢球和物料的倾角等于或大于自然倾角时,钢球沿斜面滑下,不能形成足够的落差,钢球对物料的磨碎作用很小,这种情况效率很低。如果筒体的转速很高,由于离心力的作用,以致物料和钢球不再脱离筒壁,而随其一同旋转。产生这种状态的最低转速称为临界转速。这时钢球没有撞击作用,物料只受到轻微的研磨,效率也很低。当筒体的转速处于上述二者之间时,钢球被带到一定的高度后沿抛物线落下。此时钢球对筒底的物料产生强烈的撞击作用,效率最高。效率最高时的工作转速成为最佳工作转速。
球磨机消耗的电功率与电机的转速的一次方成正比,因此,用变频器在基频以下调节电机的转速可节能,节能的幅度与调速的范围有关。根据不同的情况有不同的调解范围,采用变频调速理论上节能的幅度在0~11%之间。
三、电动机的效率
某球磨机的电机为90kW,正常运行时电机电流为80~110A,负载率62%。由于负载率不高,电机的效率也要降低。正常运行时,电机的功率不会超过55kW,考虑到球磨机是重载起动,为保证顺利起动适当加大电机的容量是必要的。从表面上看,似乎有较大的节能空间。实际上,为不影响球磨机的生产效率,如采用变频调速时,变频器的输出频率仍然是50Hz,即使需要调速时,也不可能大范围的调节,频率小范围的降低,节约能量有限。现在的变频器一般都有“节能运行”功能,变频器运行频率不变的条件下自动调节其输出电压,使电动机的效率提高。
四、电动机的调压节电
如上所述,处于轻载的电动机可用调节供电电压的方式提高效率,由GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式
由此可见,球磨机变频节能运行节约的电能有限,这是因为电动机的效率本身已经很高,额定效率93.5.5%,调节电压只能降低铜损,铁损和杂散损耗,仅仅是降低而已,而且占总损耗比例较大的机械摩擦损耗 基本上不变, 因此电机效率提高很有限,如本例节约有功功率0.27(kW),节电率极低。但是,加装变频器后,变频器的效率也不是100%,这样不但不节能反而耗能。对于变频改造后还是要求50Hz运转的设备,不论是恒转矩特性的负载,还是风机、水泵平方转矩特性的负载,仅从节能考虑没有意义。改造的目的应该是提高设备的性能和提升设备的自动化水平,这样不仅使的生产率提高,而且产品质量也能得到保障。这样的工况在实际生产中比比皆是,如水泥厂和瓷砖厂的球磨机,料筒的转速由计算或实验数据确定,一般为16r/min~18r/min,转速偏离都会不同程度影响球磨机效率,因此这类机械设备即使装上变频器,运转速度如果和原来的速度相同就没有节能。
五、液力偶合器和变频调速节能
液力偶合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化,来传递电动机能量,电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮,对工作油进行加速,被加速的工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮,把能量传递到输出轴和负载。液力偶合器有调速型和限矩型之分,前者用于电气传动的调速,后者用于电机的起动。系统中的液力偶合器在电机起动时起缓冲作用,其效率理论值为95%,变频器的效率为96%,也就是说,在传动环节中去掉液力偶合器,用交流调速变频器驱动球磨机电机,可以在额定电流或略高于额定电流下顺利起动球磨机,并且,理论上效率可以提高1%。实际上液力偶合器的效率与液力偶合器腔内注入油量有关,在运转过程中液力偶合器有一定的温升,存在密封不严有泄漏等因素,其效率一般小于理论值95%。
现场有就地补偿电容,电机的功率因数比较高,用变频器后去掉就地补偿电容,由于变频器本身的功率因数较高,因此,系统的功率因数变化不大。这样,节电率应在5%左右,加上前面的1%,共有6%的节能。
六、总结:
球磨机的节能目前从上述三方面考虑,根据实际情况调节工作转速,理论上有0~11%的节能;利用变频器的节能模式调节有较少的节能;在传动环节中使用液力偶合器,去掉液力偶合器使用变频器的节电率为6%,由此可见,采用综合性的节能措施,对球磨机进行变频改造还是可以达到一定节能的目的。
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