[摘要]：本文介紹了在水泥、陶瓷行業(yè)廣泛應(yīng)用的球磨機(jī)使用變頻器的問題，并進(jìn)行節(jié)能相關(guān)的分析與計(jì)算。結(jié)果說明，球磨機(jī)使用變頻器仍有一定幅度的節(jié)能空間。 [Abstract]: This paper introduces the application of AC drives on ball grinding machines which are widely used in the cement and ceramic industries，conducts analysis and calculations and demonstrates that there is still great energy saving potential using AC drives on ball grinding machines. [關(guān)鍵詞]：球磨機(jī)，變頻器，液力偶合器，節(jié)能運(yùn)行模式 [Key words]: Ball grinding machine, AC drive, hydraulic coupler, energy-saving mode 一.概述 水泥、陶瓷行業(yè)應(yīng)用變頻器已經(jīng)非常普遍，生產(chǎn)機(jī)械如回轉(zhuǎn)窯，窯頭、窯尾風(fēng)機(jī)，傳送｀帶等原來用電磁調(diào)速或其他的調(diào)速方式，都相繼改造為變頻交流調(diào)速。改造的目的是使生產(chǎn)過程中工藝調(diào)速方便，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)自動化，節(jié)能等。但是，在球磨機(jī)上使用變頻器，其本上還是空白。其原因是，球磨機(jī)料筒的轉(zhuǎn)速是恒定的，即使要變化,變化的范圍也不大，如果考慮使其轉(zhuǎn)速下降節(jié)能，但可能使球磨的時(shí)間增長，節(jié)能的效果不明顯。實(shí)際上球磨生產(chǎn)過程比較簡單，如某陶瓷廠的球磨機(jī)電機(jī)90kW，料筒內(nèi)加料16T～18T，在50Hz下運(yùn)轉(zhuǎn)8小時(shí)，料的細(xì)度達(dá)到要求就出料，然后再加料，重復(fù)上述過程，一般來說，這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)工藝數(shù)據(jù)，對不同的廠家和球磨的原料不同，工藝參數(shù)也有差別。在某地陶瓷行業(yè)，普遍使用的球磨機(jī)的電氣傳動方式為，三相交流鼠籠異步電機(jī)—液力偶合器—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。容量為90KW電機(jī)，在球磨機(jī)重載起動時(shí)，若傳動環(huán)節(jié)中無液力偶合器，即使使用自耦減壓起動器或星—三角啟動器，對電網(wǎng)也會造成較大的沖擊，并且經(jīng)常出現(xiàn)起動失敗。為緩沖起動時(shí)的沖擊，傳動環(huán)節(jié)中加入了液力偶合器，這樣可在任何狀態(tài)下順利起動球磨機(jī)。 二.液力偶合器和變頻調(diào)速節(jié)能 液力偶合器是通過控制工作腔內(nèi)工作油液的動量矩變化，來傳遞電動機(jī)能量，電動機(jī)通過液力偶合器的輸入軸拖動其主動工作輪，對工作油進(jìn)行加速，被加速的工作油再帶動液力偶合器的從動工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負(fù)載。液力偶合器有調(diào)速型和限矩型之分，前者用于電氣傳動的調(diào)速，后者用于電機(jī)的起動。系統(tǒng)中的液力偶合器在電機(jī)起動時(shí)起緩沖作用，其效率理論值為95%。變頻器的效率為96%，在傳動環(huán)節(jié)中去掉液力偶合器，用交流調(diào)速變頻器驅(qū)動球磨機(jī)電機(jī)，可以在額定電流下順利起動90kW電機(jī)，并且，理論上效率可以提高1%。實(shí)際上液力偶合器的效率與液力偶合器腔內(nèi)注入油量有關(guān)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中液力偶合器有一定的溫升，存在密封不嚴(yán)有泄漏等因素，其效率一般都小于理論值95%，減少2%～3%是常有的事。 球磨機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min，經(jīng)液力偶合器和減速器減速后，料筒的運(yùn)轉(zhuǎn)速度為16r/min。球磨機(jī)的效率計(jì)算的公式為： 式中：nT—為液力偶合器輸出軸的速度， nB—為電機(jī)側(cè)液力偶合器輸入軸的速度 其效率為0.95，在傳動環(huán)節(jié)中去掉液力偶合器，用彈性聯(lián)軸器直接連接，這時(shí)料筒的速度會超過16r/min，為維持原來的工藝狀況，電機(jī)應(yīng)減速，變頻器的輸出頻率下降到50×0.95=47.5Hz，由于球磨機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率下降，其電流基本不變或略有下降，但輸出電壓按比例下降，由三相電機(jī)功率計(jì)算式： 現(xiàn)場有就地補(bǔ)償電容，用變頻器后功率因數(shù)基本不變，因此應(yīng)節(jié)約5%功率。前兩項(xiàng)相加大約有8%的節(jié)能。 三.電機(jī)的調(diào)壓節(jié)電 球磨機(jī)起動時(shí)的起動電流較大，起動完成后，運(yùn)行電流為80～110A，對于90kW電機(jī)相當(dāng)于輕載運(yùn)行，這時(shí)電機(jī)的效率也較低。應(yīng)用自動能耗最優(yōu)控制，即利用變頻器的電壓調(diào)節(jié)功能，可在與負(fù)載無關(guān)的條件下，保持電機(jī)的效率為最高。 異步電機(jī)的損耗有銅耗，基本鐵心損耗，常稱為鐵耗，機(jī)械磨擦損耗和雜散損耗。對已定型生產(chǎn)的電動機(jī)，機(jī)械磨擦損耗在運(yùn)行過程中為常值；銅耗與電機(jī)電流的平方成正比，隨負(fù)載的變化而變化；鐵耗近似與電機(jī)端電壓的平方成正比；雜散損耗與電機(jī)電流的平方成正比，隨負(fù)載的變化而變化。對于90kW電機(jī)，以上各種損耗占總損耗的百分?jǐn)?shù)分別是銅耗20%～30%，鐵耗20%，機(jī)械磨擦損耗40%～50%，雜散損耗15%～20%。對相同的負(fù)載，電機(jī)端電壓的升高，電流會減小，因此當(dāng)端電壓升高時(shí)，銅耗和雜散損耗減??；而鐵損增加。這樣，電機(jī)的端電壓存在有一點(diǎn)，在這點(diǎn)時(shí)電機(jī)的總損耗為最小，如圖一： 某陶瓷廠90kW球磨機(jī)的負(fù)載情況如下：球磨機(jī)電機(jī)90kW，料筒的轉(zhuǎn)速為16r/min，每個(gè)工作周期等于3.75s，電流在80～110A之間變化，相當(dāng)于額定電流的46%～62.5%，如圖二所示： [align=center] 圖二 球磨機(jī)負(fù)載圖[/align] 下面進(jìn)行節(jié)能效果分析： 1. 不進(jìn)行節(jié)能控制時(shí)： 負(fù)載較高時(shí)的功耗 0.884為62.5%負(fù)載時(shí)電機(jī)的效率 負(fù)載較低時(shí)的功耗 0.65為46%負(fù)載時(shí)電機(jī)的效率 一周期平均功率 2.變頻器進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)時(shí)： 負(fù)載較高時(shí)的功耗 0.886為62.5%負(fù)載且電壓控制時(shí)電機(jī)的效率 負(fù)載較低時(shí)的功耗 0.70為46%負(fù)載且電壓控制時(shí)電機(jī)的效率 一周期平均功率 每年按320天，每天按20小時(shí)計(jì)算，一年節(jié)電 折算為節(jié)能率（63.49-60.1）/63.49=0.055=5.5% 從上面的數(shù)據(jù)可見，用變頻器進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)時(shí)，對于兩種負(fù)載情況，62.5%負(fù)載的效率從0.884提高到0.886，僅為0.002；46%的負(fù)載的效率從0.65提高到0.70，也只為0.05，但節(jié)電率也有3%。 四.結(jié)語 球磨機(jī)的節(jié)能目前僅從兩方面考慮，去掉液力偶合器使用變頻器的節(jié)電率為8%，利用變頻器的節(jié)能模式調(diào)節(jié)可有3%的節(jié)能，兩項(xiàng)相加共有11%的節(jié)能，由此可見，對球磨機(jī)進(jìn)行變頻改造還是可以達(dá)到節(jié)能的目的。 目前，有人從改變球磨的工藝入手，即加料后的一段時(shí)間，適當(dāng)提高變頻器的輸出頻率，加快球磨的效率，然后再降低輸出頻率，運(yùn)行一段時(shí)間后，繼續(xù)降低輸出頻率。這樣做可以節(jié)省球磨時(shí)間，而且球磨的質(zhì)量可以保證，這是另一種節(jié)能思路，還有待于實(shí)踐檢驗(yàn)。