一、前 言

      在21世紀(jì)的今天，全球能源緊張，節(jié)能的呼聲越來越高，先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)逐漸成為社會(huì)的一道亮點(diǎn)。在然而在很多節(jié)能企業(yè)里，特別對陶瓷行業(yè)，普遍認(rèn)為球磨機(jī)難以被控制的，因?yàn)橛秒娫O(shè)備消耗多少電，是同其機(jī)電特性所決定的，主觀的控制無能為力。很顯然，此觀念是錯(cuò)誤的。在全國上下用電形勢嚴(yán)峻的情況下，深圳科創(chuàng)力源電子有限公司采用最新的CM2000E系列變頻器，利用先進(jìn)變頻節(jié)能技術(shù)，在廣東陶瓷生產(chǎn)基地佛山市西樵鎮(zhèn)某知名陶瓷廠實(shí)行球磨機(jī)節(jié)能改造。實(shí)踐證明，通過一系列的技術(shù)和管理措施把球磨機(jī)能耗降到最低，即保護(hù)環(huán)境又為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)至少可以減少5～10%的經(jīng)營成本。

二、球磨機(jī)的工作原理
    
      在陶瓷企業(yè)里，球磨機(jī)由于功率比較大，占據(jù)了企業(yè)總用電量的80％以上的 ，　各類球磨機(jī)的球磨機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大體上是相同的，只是它們的某些部件有所不同，磨機(jī)一般均由筒體，襯板，給料器，排料器，空中軸，軸承，傳動(dòng)裝置，和潤滑系統(tǒng)組成。其外形結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖1

      筒體：圓形筒體由若干塊兒厚度為十二到十五毫米的鋼板焊接而成。其兩端焊接有法蘭盤，以便與鑄鋼的給料端蓋排料端蓋鏈接，筒內(nèi)裝有可以更換的襯板，為了使襯板與筒體內(nèi)壁緊密接觸并緩沖鋼球?qū)ν搀w的沖擊，在襯板與筒體內(nèi)被之間敷有膠合板，為便于更換襯板和檢查筒體內(nèi)部狀況，在筒體上開有入孔，入孔多為矩形，長度一般為三百五十到五百五十毫米。

      給料部：由帶有中空軸頸的端蓋聯(lián)合給料器，扇形襯板，和軸頸內(nèi)套，等部件組成，中空軸頸內(nèi)套可防止給料磨損軸頸內(nèi)表面，內(nèi)套的內(nèi)表面帶有螺旋，有助于給料，給料器用螺栓固定在內(nèi)套的端部，一般使用聯(lián)合式給料器，其次是鼓式給料器和渦式給料器等等。
    
      排料部：由帶有中空軸頸的端蓋，格子襯板，襯塊，中心襯板，和軸頸內(nèi)套等零件組成，在端蓋內(nèi)壁上鑄有八條放射性筋條，相當(dāng)于隔板，每兩根筋條之間有格子襯板，用襯塊擠壓固定，襯塊則由螺釘穿過壁上的筋條固緊在端蓋上，自中心部分，利用中心襯板的止口拖住所有格子襯板，中空軸頸的內(nèi)套在排料格子的一端制成喇叭形葉片，以引導(dǎo)隔板淘起的礦漿順著葉片流出，整個(gè)排料部位和給料部位度一樣緊固在筒體法蘭盤上。
    
      驅(qū)動(dòng)部分：球磨機(jī)屬于低速重載設(shè)備，裝載量大，起動(dòng)力矩也很大，一般需要加裝液力耦合器來完成傳動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)和調(diào)速。陶瓷工業(yè)球磨機(jī)通常采用附加啟動(dòng)電機(jī)沖擊啟動(dòng)或軟啟動(dòng)裝置來啟動(dòng)，對電網(wǎng)沖擊大，而且啟動(dòng)完成后運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的轉(zhuǎn)距減小，所以在節(jié)約能源方面有很大的空間。目前普遍采用的驅(qū)動(dòng)方式是：三相交流電動(dòng)機(jī)—液力耦合器—齒輪減速器—皮帶輪減速器。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(shí)，其調(diào)速效率等于調(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(dòng)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(dòng)狀況如下圖所示：

圖2

      當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，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(shí)，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。當(dāng)筒體的轉(zhuǎn)速處于上述二者之間的某一轉(zhuǎn)速時(shí)，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最大，研磨效率最高，此時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為最佳工作轉(zhuǎn)速。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(shí)鋼球?qū)ξ锪弦褵o撞擊作用，研磨效率則更低。這種狀態(tài)的最低轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。
 
    四、球磨機(jī)系統(tǒng)存在的問題

      球磨機(jī)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，單位產(chǎn)品功耗較大。球磨機(jī)一般采用星三角或自耦降壓啟動(dòng)，啟動(dòng)電流特別大，對設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊很大機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)維護(hù)量也大，而且電的損耗量相當(dāng)驚人，這必然會(huì)給生產(chǎn)廠家?guī)砗芏嗖槐匾穆闊┖蛧?yán)重的資源浪費(fèi)，所以隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，直接工控球磨機(jī)的弊病已暴露無遺，并嚴(yán)重地阻礙了各工業(yè)企業(yè)快速發(fā)展。這就促使人們?nèi)パ兄茊?dòng)平滑、研磨效率較高、產(chǎn)量大、能耗低的球磨機(jī)——變頻控制球磨機(jī)。
   
    五、球磨機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)的工作原理
   
    1. 系統(tǒng)性能要求
   
      根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，改造后的球磨機(jī)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：
   
    ＊ 改造后的設(shè)備要有足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)距，滿足球磨機(jī)裝載量大的要求，并保證設(shè)備在變頻運(yùn) 行狀態(tài)下使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，保障電動(dòng)機(jī)具有恒功率特性；
   
    ＊ 利用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)改造原有球磨機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，滿足球磨機(jī)低速時(shí)的正常運(yùn)行，確保正常的工藝控制要求，延長球磨機(jī)及電動(dòng)機(jī)的使用壽命，減少維護(hù)。
   
    2. 變頻器選型
   
    根據(jù)上述原則，選擇采用深圳科創(chuàng)力源電子有限公司最新的CM2000E系列變頻器,該系列變頻器有以下特點(diǎn)：
   
    ＊ 本系列是采用新一代SVPWM波形生成技術(shù)的變頻器，低速額定轉(zhuǎn)矩輸出，帶載能力強(qiáng)， 低速時(shí)可達(dá)到180%的額定轉(zhuǎn)距輸出
   
    ＊ 具有多種轉(zhuǎn)矩提升及V/F曲線可設(shè)定，多種加、減速模式可選擇，內(nèi)置人性化的PID功能，諸多參數(shù)均可在線調(diào)整。
   
    ＊ 具有各種完善的保護(hù)功能及故障診斷系統(tǒng)，具有過電壓、過電流及失速保護(hù)等功能技術(shù)先進(jìn)，功能齊全，使用方便，可滿足電氣節(jié)能及各種生產(chǎn)工藝要求的需要。
   
    ＊ 電壓等級多種功率規(guī)格齊全，性能可達(dá)到歐美日等國外同類產(chǎn)品水準(zhǔn)。
   
    ＊ 頻率精度高，可使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),滿足設(shè)計(jì)要求；
   
    3. 系統(tǒng)電路如下

圖3

    4. 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：
   
    ＊ 改造后的設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，以及市電/節(jié)電切換功能，并能克服球磨機(jī)大慣性引起的回升電壓，有效地保證設(shè)備正常運(yùn)行。
   
    ＊ 利用變頻器自動(dòng)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)效率最高。因消除了起動(dòng)時(shí)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。
   
    ＊ 利用變頻調(diào)速技術(shù)改造了球磨機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)，滿足了球磨機(jī)低速運(yùn)行、大起動(dòng)轉(zhuǎn)距的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了球磨機(jī)的運(yùn)行速度連續(xù)可調(diào)。電機(jī)起動(dòng)時(shí)無沖擊電流，起動(dòng)力距足夠，保護(hù)功能完善。保證了工藝控制質(zhì)量、節(jié)約了維護(hù)成本。
   
    ＊ 球磨機(jī)使用變頻調(diào)速后，起動(dòng)電流可比原先小5倍以上，（如132kW電機(jī)原先的起動(dòng)電流在1000A以上，變頻節(jié)能控制系統(tǒng)起動(dòng)電流為180A～200A之間），實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動(dòng)，也收到了節(jié)能的效果。由于起動(dòng)電流大大減小，不會(huì)造成對電網(wǎng)的沖擊和電網(wǎng)電壓的下降，消除了因球磨機(jī)起動(dòng)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)。
   
    ＊ 內(nèi)置PLC多段速自動(dòng)運(yùn)行功能，可以通過變頻器方便地設(shè)定研磨時(shí)間，加磨時(shí)間和自動(dòng)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(bào)
   
    以佛山市西樵鎮(zhèn)某知名陶瓷廠為例，如下圖所示，該廠已安裝了37臺科創(chuàng)力源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(dòng)機(jī)功率為132 kW，實(shí)際使用功率為115KW,每天工作18小時(shí)，每月工作30天，這樣原球磨機(jī)每月用電量為：115 kW×18小時(shí)×30天＝62100 kW.h（度），在安裝了球磨機(jī)專用變頻節(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(jì)算，投資回收期為55000÷5893＝9.3個(gè)月。
    
    若以平均節(jié)電率12%計(jì)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(jì)算，投資回收期為55000÷4843＝11.3個(gè)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(bào)期，也即年節(jié)電收益在6萬元左右。 
 
    七、結(jié)束語
   
      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。實(shí)踐證明，深圳科創(chuàng)力源電子有限公司生產(chǎn)的CM2000E系列變頻器用于陶瓷行業(yè)球磨機(jī)的節(jié)能驅(qū)動(dòng)是十分成功的，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。對于我國提出的建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，減少環(huán)境污染具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義，科創(chuàng)力源變頻器也必在陶瓷行業(yè)得到大力推廣應(yīng)用！