ALPHA變頻器在陶瓷行業(yè)球磨機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

ALPHA變頻器在陶瓷行業(yè)球磨機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

一.   前 言

      在我國陶瓷行業(yè)，球磨機(jī)被大量使用，是物料粉碎的不可缺少的重要生產(chǎn)設(shè)備。球磨機(jī)一般功率都較大，工作效率又很低，因而成為陶瓷行業(yè)的耗電設(shè)備。對球磨機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，對于我國建設(shè)節(jié)約型社會，減少環(huán)境污染具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會意義。

二.  球磨機(jī)的工作原理

      目前球磨機(jī)普遍采用的驅(qū)動方式是：三相交流電動機(jī)—液力耦合器—齒輪減速器—皮帶輪減速器。在這里，球磨機(jī)的料筒作為了減速器的皮帶輪使用。在球磨機(jī)重載起動時，電動機(jī)起動電流可達(dá)到額定電流的十倍以上。為了緩解起動時的機(jī)械沖擊，傳動環(huán)節(jié)中加入了液力耦合器，液力耦合器是通過控制工作腔內(nèi)工作油的動量矩變化來傳遞電機(jī)的驅(qū)動能量的。電動機(jī)通過液力耦合器的輸入軸拖動其主動工作輪旋轉(zhuǎn)，對工作油加速，被加速后的工作油再帶動液力耦合器的從動工作渦輪旋轉(zhuǎn)，把驅(qū)動能量傳遞到其輸出軸和負(fù)載。傳動系統(tǒng)中的液力耦合器在起動時起緩沖作用，讓電動機(jī)可以輕載起動，以減小起動電流，等電動機(jī)起動后再慢慢加載，達(dá)到順利起動球磨機(jī)的作用，減小起動時的機(jī)械沖擊。在工作時通過液力耦合器的調(diào)速作用，搜索球磨機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，提高球磨機(jī)的效率。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，其調(diào)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。

三.  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)動狀況如下圖所示：

    （a）當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，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，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。蚰C(jī)的效率很低。

    （b）當(dāng)筒體的轉(zhuǎn)速處于上述二者之間的某一轉(zhuǎn)速時，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，研磨效率，此時的轉(zhuǎn)速稱為工作轉(zhuǎn)速。

    （c）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)的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。

      實(shí)際運(yùn)行表明，工作轉(zhuǎn)速與鋼球的直徑及其裝載量、護(hù)甲形狀，鋼球與護(hù)甲之間的磨擦系數(shù)等因數(shù)有關(guān)。一般的工作轉(zhuǎn)速通常為臨界轉(zhuǎn)速的0.7～0.8，可見轉(zhuǎn)速還是有一定的可調(diào)范圍，但調(diào)節(jié)范圍不大。實(shí)際球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速與工作轉(zhuǎn)速的誤差小于10%，所以若球磨機(jī)采用變頻調(diào)速搜索工作轉(zhuǎn)速，提高研磨效率的節(jié)能效果也在10%以內(nèi)。

四.  球磨機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)的工作原理。

       除了采用變頻調(diào)速搜索工作轉(zhuǎn)速，提高球磨機(jī)的研磨效率所取得的節(jié)能效果之處，由于球磨機(jī)在設(shè)計時，都考慮到保證電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，而實(shí)際生產(chǎn)過程中，往往達(dá)不到輸出轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)處于輕載（不滿載）工作狀態(tài)，其功率因數(shù)和效率都較低。這時可通過變頻器的節(jié)能運(yùn)行功能，通過降低變頻器的輸出電壓，自動調(diào)整與生產(chǎn)實(shí)際需要相匹配的輸出轉(zhuǎn)矩，達(dá)到提高電動機(jī)的功率因數(shù)和效率而節(jié)能的目的。

      另外由于變頻器一般為“交－直－交”電壓源型變頻器，中間直流環(huán)節(jié)有大的濾波電容的存在，可以大大提高變頻器輸入端的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，降低傳輸電流，從而降低電能在線路中的傳輸損耗，不但具有節(jié)能效果，而且可以降低供電系統(tǒng)的容量，減少設(shè)備投資?；蛟谕瑯拥碾娋W(wǎng)容量下，允許多安裝球磨機(jī)設(shè)備。

五.  應(yīng)用效果

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 因了起動時的沖擊，延長了機(jī)軸、波箱齒輪，皮帶等機(jī)械件的使用壽命，減少了維修費(fèi)用。

    ② 球磨機(jī)使用變頻調(diào)速后，起動電流可比原先小5倍以上，（如132kW電機(jī)原先的起動電流在1000A以上，變頻節(jié)能控制系統(tǒng)起動電流為180A～200A之間），實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動，也收到了節(jié)能的效果。由于起動電流大大減小，不會造成對電網(wǎng)的沖擊和電網(wǎng)電壓的下降，了因球磨機(jī)起動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，并可增加裝機(jī)臺數(shù)。
    ③ 可以通過變頻器方便地設(shè)定研磨時間，加磨時間和自動停機(jī)功能，使操作更加智能化，人性化。
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。

六.  投資與回報

      以佛山市西樵鎮(zhèn)某陶瓷廠為例，該廠已安裝了37臺爾法公司的大功率變頻器。以其中的一臺40噸球磨機(jī)為例，電動機(jī)功率為132 kW，原球磨機(jī)每月用電量為：115 kW×18小時×30天＝62100 kW.h（度），在安裝了球磨機(jī)變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后節(jié)電率可達(dá)14.6%，每月可節(jié)省電費(fèi)為：62100×14.6%×0.65元/度＝5893元。若以每臺變頻器投資為5.5萬元計算，投資回收期為55000÷5893＝9.3個月。

      若以平均節(jié)電率12%計算，則月節(jié)電效益為62100×12%×0.65＝4843元，每臺變頻器投資為5.5萬元計算，投資回收期為55000÷4843＝11.3個月，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(jié)電收益在6萬元左右。

七.  結(jié)束語

      實(shí)踐證明，變頻器用于陶瓷行業(yè)球磨機(jī)的節(jié)能驅(qū)動是十分成功的，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著用戶對變頻器的使用經(jīng)驗和接受程度的提高，變頻器在陶瓷行業(yè)有著更加廣闊的應(yīng)用前景。