微能变频器在陶瓷球磨机上的应用

0 引言

在21世纪的今天，全球能源紧张，节能的呼声越来越高，先进的节能技术逐渐成为社会发展的一道亮点。然而在很多可以进行节能的企业里，例如陶瓷行业，普遍认为其生产设备球磨机是难以被控制的，认为用电设备消耗多少电，是由其机电特性所决定的，主观的控制无能为力。显然，此观念是错误的。在全国上下用电形势严峻的情况下，深圳市微能科技有限公司利用先进变频节能技术，采用最新的9G系列变频器，在广东陶瓷生产基地佛山市西樵镇某知名陶瓷厂实行球磨机节能改造。实践证明，通过一系列的技术和管理措施能达到将球磨机能耗降到最低的效果，这样既保护环境又为企业创造了经济效益，企业的经营成本至少可以减少5%～10%。

1 球磨机的工作原理

在陶瓷企业里，球磨机由于功率比较大，占据了企业总用电量的80%以上的，各类球磨机的基本结构大体上是相同的，一般均由筒体，衬板，给料器，排料器，空中轴，轴承，传动装置和润滑系统组成。其外形结构如图1所示。

1.1 筒体

圆形筒体由若干块厚度为12~15 mm 的钢板焊接而成。其两端焊接有法兰盘，以便与铸钢的给料端盖、排料端盖进行连接，筒内装有可以更换的衬板，为了使衬板与筒体内壁紧密接触并缓冲钢球对筒体的冲击，在衬板与筒体内壁之间敷有胶合板，为便于更换衬板和检查筒体内部状况，在筒体上开有入孔，入孔多为矩形，长度一般为350~500 mm。

1.2 给料部

给料部由带有中空轴颈的端盖联合给料器，扇形衬板，和轴颈内套等部件组成。中空轴颈内套可防止给料时对轴颈内表面的磨损，内套的内表面带有螺旋，有助于给料，给料器用螺栓固定在内套的端部，一般使用联合式给料器，其次是使用鼓式给料器和涡式给料器等。

1.3 排料部

排料部由带有中空轴颈的端盖，格子衬板，衬块，中心衬板和轴颈内套等零件组成。在端盖内壁上铸有八条放射状筋条，相当于隔板，每两根筋条之间装有格子衬板，用衬块挤压固定，衬块则由螺钉穿过壁上的筋条固紧在端盖上，自中心部分，利用中心衬板的止口拖住所有格子衬板，中空轴颈的内套在排料格子的一端制成喇叭形叶片，以引导隔板淘起的矿浆顺着叶片流出，整个排料部位和给料部位都一样紧固在筒体法兰盘上。

1.4 驱动部分

球磨机属于低速重载设备，装载量大，起动力矩也很大，一般需要加装液力耦合器来完成传动系统的启动和调速。陶瓷工业球磨机通常采用附加启动电机冲击启动或软启动装置来启动，对电网冲击大，而且启动完成后运转时所需的转矩减小，所以在节约能源方面有很大的空间。目前普遍采用的驱动方式是三相交流电动机- 液力耦合器- 齿轮减速器-皮带轮减速器。由于球磨机属恒转矩负载，在用液力耦合器调速时，其调速效率等于调速比，有很大一部分能量在液力耦合器中被浪费掉。

2 球磨机的生产工艺

球磨机一般以固定转速运行，筒体的转速是由皮带轮或齿轮减速机构(也有用液力耦合器)决定的。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研磨过程，在不同的转速下，筒体内的钢球和物料的运动状况如图2所示。

1)当转速较低时，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，沿斜面滑下，不能形成足够的落差，钢球对物料的研磨作用很小，球磨机的效率很低。

2)如果筒体的转速很高，由于离心力的作用，以致使物料和钢球不再脱离筒壁，而随其一同旋转，这时钢球对物料已无撞击作用，研磨效率则更低。这种状态的最低转速称为临界转速。

3)当筒体的转速处于上述二者之间的某一转速时，钢球被带到一定的高度后沿抛物线落下，对筒底物料的撞击作用最大，研磨效率最高，此时的转速称为最佳工作转速。

3 球磨机系统存在的问题

1)球磨机一般采用简单的工频控制，易造成物料的过渡研磨，所需研磨周期较长，研磨效率较低，单位产品功耗较大;

2)球磨机一般采用星三角或自耦降压启动，启动电流特别大，对设备和电网的冲击很大;

3)机械设备的生产维护量也大，而且耗电量相当惊人，这必然会给生产厂家带来很多不必要的麻烦和严重的资源浪费。

随着社会经济的发展及企业生产规模的扩大，直接工控球磨机的弊病已暴露无遗，并严重地阻碍了行业的快速发展。这就促使人们去研制启动平滑、研磨效率较高、产量大、能耗低的球磨机———变频控制球磨机。