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永磁技術(shù)在鉛鋅選礦球磨系統(tǒng)中的應(yīng)用

2021-11-21 21:04:35王鋒軍鄭睿王峰
企業(yè)科技與發(fā)展 2021年11期
關(guān)鍵詞:節(jié)能環(huán)保

王鋒軍 鄭睿 王峰

【關(guān)鍵詞】高能耗老舊電機(jī);永磁再造;柔性永磁耦合器;安裝基礎(chǔ)不變;節(jié)能環(huán)保;減震

【中圖分類號(hào)】TP3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688(2021)10-0070-03

0 引言

球磨機(jī)是陜西鉛硐山礦業(yè)有限公司、陜西有色旺峪礦業(yè)有限公司鉛鋅選礦的重要設(shè)備之一,自20世紀(jì)90年代安裝以來,運(yùn)行穩(wěn)定、原礦研磨細(xì)度良好。目前,球磨機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固,還有較長的使用壽命,但驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)屬于老舊高能耗產(chǎn)品,已列入《高耗能落后機(jī)電設(shè)備(產(chǎn)品)淘汰目錄》,必須強(qiáng)制性淘汰;所配套的液力耦合器存在傳遞效率較低、發(fā)熱量大、連續(xù)運(yùn)行中出現(xiàn)因溫度過高導(dǎo)致噴油嘴噴油、檢修維護(hù)拆裝困難等弊端。

本文詳細(xì)介紹陜西鉛硐山礦業(yè)有限公司對(duì)球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行永磁節(jié)能改造的過程,該系統(tǒng)由電機(jī)永磁再造(含變頻電控)和永磁耦合器柔性連接(無鐵芯永磁渦流傳動(dòng)技術(shù))“雙永磁系統(tǒng)”組成。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):①改造施工耗費(fèi)時(shí)間短,不影響正常生產(chǎn);現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)無須改動(dòng),可以利用月檢修時(shí)間實(shí)施。②達(dá)到現(xiàn)行國家一級(jí)能耗標(biāo)準(zhǔn),實(shí)測(cè)節(jié)電12%。③具有過載保護(hù)和柔性啟動(dòng)功能且拆裝、調(diào)試方便,能保護(hù)設(shè)備和縮短設(shè)備停機(jī)檢修時(shí)間。

下面從電機(jī)永磁再造和永磁耦合器柔性連接兩個(gè)方面分別進(jìn)行論述。

1 電機(jī)永磁再造技術(shù)

與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁同步電機(jī)相比,永磁同步電機(jī)特別是稀土永磁同步電機(jī)具有損耗少、效率高、節(jié)電效果明顯的優(yōu)點(diǎn)[1]。永磁電機(jī)與普通三相異步電動(dòng)機(jī)相比具有較大的優(yōu)勢(shì):不存在電勵(lì)磁和相應(yīng)的損耗,永磁轉(zhuǎn)子不發(fā)熱,功率密度高;高效率運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍寬,節(jié)能效果顯著,尤其在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),節(jié)能優(yōu)勢(shì)更加明顯;啟動(dòng)性能好,設(shè)計(jì)時(shí)可使轉(zhuǎn)子繞組完全滿足高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求,一般設(shè)定為2倍,甚至更大。

現(xiàn)有老舊設(shè)備改造中,新型永磁電機(jī)(包括其他高效能電機(jī))機(jī)座和電機(jī)軸與原有老舊高能耗電機(jī)并不一致,如果直接購置成品電機(jī),必須重新更改電機(jī)基礎(chǔ),施工周期需要15 d以上,整個(gè)生產(chǎn)線停工等待時(shí)間長,極大地影響了企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)度和效益。陜西有色旺峪礦業(yè)有限公司技術(shù)改造人員結(jié)合高性能稀土永磁材料特性,利用原有老舊高能耗電機(jī)進(jìn)行永磁化再造,再造后的三相永磁同步電機(jī)達(dá)到國家一級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn),從而達(dá)到節(jié)約用電、循環(huán)利用及縮短改造施工周期的目的。

1.1 永磁再造技術(shù)原理

普通Y系列三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子植入永磁體,能徹底消除勵(lì)磁電流,從而消除了轉(zhuǎn)子損耗。當(dāng)電機(jī)的三相定子繞組通入三相交流電后,將產(chǎn)生一個(gè)同步旋轉(zhuǎn)磁場,此磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),降低了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的損耗。同時(shí),轉(zhuǎn)子不產(chǎn)生鐵損耗和渦流損耗,降低了電機(jī)的自身損耗,高功率因數(shù)使得定子電流較小,定子繞組電阻損耗較小,能提高運(yùn)行效率,達(dá)到節(jié)能、降耗目的。

1.2 高能耗電機(jī)永磁再造步驟

(1)根據(jù)公司現(xiàn)有在使用的電機(jī)工況進(jìn)行節(jié)能技術(shù)評(píng)估,提出電機(jī)能效提升方案和進(jìn)行電機(jī)改造投資效益分析。

(2)對(duì)適合再制造的舊電機(jī)進(jìn)行工況技術(shù)性能分析,現(xiàn)場測(cè)試電機(jī)功耗、電流、功率因素等參數(shù),獲取電機(jī)負(fù)載運(yùn)行軌跡、電機(jī)轉(zhuǎn)矩等機(jī)械物理特性。

(3)對(duì)需要永磁化再造的三相異步電機(jī)進(jìn)行基本性能分析,通過絕緣檢測(cè)、動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)后,確定定子線圈、軸承是否需要更新改進(jìn),轉(zhuǎn)子進(jìn)行永磁化再制造,使舊電機(jī)性能發(fā)生根本變化,電機(jī)能效、功率得到極大的提升,達(dá)到國家一級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn),從而使老舊高能耗電機(jī)重新煥發(fā)生機(jī)。

在電機(jī)永磁化再制造過程中,不需改變電機(jī)的外型和安裝尺寸,機(jī)座號(hào)和轉(zhuǎn)子外徑保持不變,確保電機(jī)能效提升改造工程施工周期短,改造工作效率高,對(duì)公司生產(chǎn)的影響降至最低。

1.3 電機(jī)再造流程

電機(jī)再造流程如下:舊電機(jī)拆解;定子線圈更換高性能、高絕緣等級(jí)的線圈;轉(zhuǎn)子加工制造:車小轉(zhuǎn)子軸徑→在適當(dāng)位置開槽→植入永磁體→安裝襯套;更換軸承;清洗外殼,浸油漆;組裝成型,調(diào)試檢測(cè),驗(yàn)收合格出廠;安裝運(yùn)行、調(diào)試、使用。

1.4 再制造后達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)

(1)綜合節(jié)電率達(dá)到12%。

(2)改造完后的節(jié)能電機(jī)與原型電機(jī)基座尺寸與軸距長短一致,安裝方式相同,設(shè)備改造時(shí)間大幅縮短,由15 d縮短至0.5 d。

(3)功率因數(shù)可提高到96%以上。

(4)電機(jī)轉(zhuǎn)速為750 r/min(同步轉(zhuǎn)速),原轉(zhuǎn)速為724 r/min),不隨負(fù)載大小而改變,提高了生產(chǎn)效率和工藝水平。

(5)電機(jī)運(yùn)行溫度降低15 ℃。

再造后的95 kW電機(jī)調(diào)試檢測(cè)表見表1;永磁電機(jī)性能測(cè)試圖如圖1所示;再造后的95 kW電機(jī)調(diào)試檢測(cè)表見表2。

2 永磁耦合器柔性連接技術(shù)

球磨機(jī)配用液力耦合器連接電機(jī)和減速機(jī),實(shí)現(xiàn)了柔性啟動(dòng),減少了啟動(dòng)設(shè)備時(shí)的沖擊[2]。在使用過程中發(fā)現(xiàn)液力耦合器存在下列不足:①液力偶合器發(fā)熱量很大,傳遞效率較低,設(shè)備運(yùn)行中液力耦合器發(fā)熱程度達(dá)到易熔塞中合金熔化溫度時(shí),易熔合金熔化,油液在離心力作用下從小孔噴出,切斷輸入與輸出的動(dòng)力傳動(dòng),保護(hù)過載,有污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn);②液力偶合器需要定期更換油品,維護(hù)且拆裝困難,檢修工作量大,工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大,通常需要1個(gè)工作日的時(shí)間進(jìn)行檢修,運(yùn)行費(fèi)用較高;③液力耦合器對(duì)中要求苛刻,在對(duì)中超差的情況下運(yùn)行,難免會(huì)對(duì)電機(jī)和減速機(jī)的軸系包括軸承和油封造成損傷,增大了系統(tǒng)的維護(hù)成本;④易發(fā)故障,危及系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。

陜西有色旺峪礦業(yè)有限公司的技術(shù)改造人員利用電渦流效應(yīng)和楞次定理,把一塊導(dǎo)體放在變化著的磁場中或相對(duì)于磁場運(yùn)動(dòng)時(shí),由于導(dǎo)體內(nèi)部可以構(gòu)成閉合回路,穿過回路的磁通會(huì)發(fā)生變化,因此在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。只要電流在金屬塊中形成閉合回路,就可以稱為渦流。感應(yīng)電流的磁場總會(huì)阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。這樣就可以將永磁耦合器分為2個(gè)互相獨(dú)立、有3 mm左右間隙的核心部件:①永磁轉(zhuǎn)子——構(gòu)建源磁場;②導(dǎo)體轉(zhuǎn)子(銅盤或鋁盤)——產(chǎn)生感應(yīng)磁場。導(dǎo)體轉(zhuǎn)子/永磁轉(zhuǎn)子分別與電機(jī)/負(fù)載同軸連接(安裝位置可以互換)。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在源磁場中旋轉(zhuǎn),即切割磁力線,便在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子中感生出渦電流,該渦電流伴生出感應(yīng)磁場。由于動(dòng)態(tài)的源磁場與感應(yīng)磁場相互作用,因此可拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)動(dòng),從而在電機(jī)與負(fù)載之間以非接觸的方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。柔性永磁耦合器采用自然風(fēng)冷或強(qiáng)制風(fēng)冷,永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間存在2%的滑差。

通過原有電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(1 253 N·m)確定永磁耦合器折算扭矩參數(shù),進(jìn)而確定永磁轉(zhuǎn)子磁通量、導(dǎo)體轉(zhuǎn)子盤尺寸等一系列參數(shù),目前柔性永磁耦合器已經(jīng)系列化。

液力耦合和磁力耦合(渦流式)對(duì)比表見表3,傳統(tǒng)更新和“雙永磁系統(tǒng)”技改對(duì)比表見表4。

傳統(tǒng)更新停產(chǎn)損失和設(shè)備、人工、材料費(fèi)用合計(jì)92.5萬元,年節(jié)約電費(fèi)3萬元左右;“雙永磁系統(tǒng)”技改停產(chǎn)損失和設(shè)備、人工、材料費(fèi)用合計(jì)27.7萬元,年節(jié)約電費(fèi)6萬元左右;并且,“雙永磁系統(tǒng)”技改沒有環(huán)保隱患,后期維護(hù)費(fèi)用較低,優(yōu)勢(shì)明顯。

3 結(jié)論

“雙永磁系統(tǒng)”在不改變安裝基礎(chǔ)的情況下對(duì)球磨機(jī)電機(jī)進(jìn)行恒轉(zhuǎn)速永磁再造,同時(shí)用無“軸肩力”的永磁耦合器替換傳統(tǒng)液力耦合器共同驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)恒轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。

(1)根據(jù)現(xiàn)場使用條件定制永磁電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu),以達(dá)到最佳的節(jié)能效果,綜合節(jié)電率為12%,節(jié)能效果明顯。

(2)無“軸肩力”永磁耦合器屬于非接觸式免維護(hù)柔性傳動(dòng)裝置,正常使用壽命為20~30年,免維護(hù),設(shè)備震動(dòng)可降低70%以上,有效延長了設(shè)備使用壽命[3],不使用液壓油,降低了使用成本,減輕了環(huán)保壓力,長期使用具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

(3)新系統(tǒng)具有過載保護(hù)和柔性啟動(dòng)功能且拆裝、調(diào)試方便,能有效保護(hù)設(shè)備安全運(yùn)行和縮短設(shè)備停機(jī)檢修時(shí)間。

(4)“雙永磁系統(tǒng)”已經(jīng)使用一段時(shí)間,使用效果良好,具有較好的市場應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳磊,李洪章.永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析[J].電站系統(tǒng)工程,2011,27(4):34.

[2]蔣德洪,劉曉曄,周建中.磁力耦合器在輥壓機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].水泥,2015(7):38-40.

[3]刁成華,劉亞洲,黃忠念.永磁耦合器在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)隔振減振中的應(yīng)用研究[J].冶金動(dòng)力,2019(2):58-62.

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