Máy nghiền than quét không khí là thiết bị chính để nghiền nguyên liệu. Thiết bị truyền động là bộ phận truyền động của máy nghiền và các đặc tính của nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định trong hoạt động của máy nghiền và mức tiêu thụ năng lượng của máy nghiền. Chế độ truyền động truyền thống của máy nghiền than quét không khí là động cơ không đồng bộ truyền thống + hộp giảm tốc + truyền động chậm, dẫn đến các vấn đề như xích truyền cơ khí dài, hiệu suất thấp, cơ chế phức tạp và khối lượng công việc vận hành, bảo trì nặng nề trong hệ thống. Khi đất nước đưa ra các yêu cầu cao hơn về tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải, việc nâng cao hiệu suất vận hành của hệ thống truyền động máy nghiền đã trở thành chìa khóa để tiết kiệm năng lượng. Vì vậy, nâng cao hiệu suất vận hành và hệ số công suất vận hành của bản thân động cơ, giảm tiêu hao công suất phản kháng và tổn thất đường dây, từ đó giảm tiêu hao năng lượng của máy nghiền, là hướng đi tiết kiệm năng lượng cho máy nghiền. Sử dụng động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu có tần số thay đổi để giảm tổn thất năng lượng trong quá trình truyền mô-men xoắn là một phương tiện quan trọng để thực hiện tiết kiệm năng lượng của máy nghiền bi khô.

1 Nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động máy nghiền than gió quét và hệ thống nghiền

Là thiết bị tốc độ thấp, tải nặng và tốc độ không đổi, máy nghiền than quét khí cần khắc phục tình trạng hao mòn của hệ thống truyền động và mô-men xoắn hiệu dụng do thân mài bù vào trục truyền động tạo ra. Lực tác động nghiền của thân máy nghiền lên vật liệu trong máy nghiền làm cho máy nghiền làm việc kèm theo rung và va đập, đồng thời đặc tính liên tục của công việc nghiền khô đòi hỏi hệ thống truyền động máy nghiền phải có độ tin cậy cao, tỷ lệ hỏng hóc thấp và khả năng vận hành ổn định. tỷ lệ cần phải cao như trên 95.

1.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động

Máy nghiền than quét không khí truyền thống chủ yếu bao gồm thân máy nghiền, bộ phận truyền bánh răng, bộ giảm tốc cuối cùng, thiết bị truyền động chậm và động cơ không đồng bộ. Cấu trúc được thể hiện trên Hình 1. Khi máy nghiền than quét không khí đang chạy, động cơ không đồng bộ truyền công suất đến bánh răng của bộ phận truyền bánh răng thông qua bộ giảm tốc chính và thông qua việc chia lưới các bánh răng lớn và nhỏ, bánh răng lớn vòng gắn trên bộ phận quay của máy nghiền dẫn động máy nghiền để thực hiện máy nghiền. Khi máy nghiền được lắp đặt hoặc đại tu, động cơ không đồng bộ sẽ dừng cấp điện và động cơ trong thiết bị truyền động chậm truyền công suất đến các bánh răng lớn và nhỏ của bộ phận truyền bánh răng thông qua bộ giảm tốc cuối cùng và vòng bánh răng lớn được gắn trên bộ phận quay của máy nghiền. Vòng điều khiển máy nghiền để nhận ra tốc độ quay chậm của máy nghiền.

Hình 1 Sơ đồ hệ thống truyền động của máy nghiền than gió truyền thống

1. Thân máy nghiền 2. Bộ phận truyền bánh răng 3. Bộ giảm tốc chính 4. Thiết bị truyền động chậm 5. Động cơ không đồng bộ

Do thành phần phức tạp của hệ thống truyền động máy nghiền than quét không khí, bao gồm động cơ không đồng bộ, bộ giảm tốc hai cấp hoặc ba cấp và thiết bị truyền động tốc độ chậm, cũng như khớp nối tốc độ thấp, khớp nối tốc độ cao, bánh răng xoắn ốc. ly hợp, v.v., hiệu suất truyền tổng thể thấp. Bất kỳ sự cố nào ở một liên kết sẽ khiến máy nghiền không thể hoạt động bình thường.

1.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống nghiền

Cấu trúc hệ thống nghiền của máy nghiền than quét gió được thể hiện trên Hình 2. Nguyên liệu thô (kèm theo không khí nóng ở khoảng 280oC) được đưa vào thiết bị cấp liệu của máy nghiền bằng thiết bị cấp liệu và nhanh chóng được đưa vào máy nghiền. buồng sấy của bộ phận quay của máy nghiền thông qua máng cấp liệu và đường xoắn ốc. Bên trong có một tấm nâng, chứa một lượng vật liệu Độ ẩm nhất định được sấy khô bằng cách trao đổi nhiệt cường độ cao tại đây, sau đó đi vào buồng nghiền qua ngăn giữa, cùng với môi trường nghiền bi thép, chúng liên tục bị va đập, nghiền nát, hoặc được nghiền thành bột dưới tác động của lớp lót bằng cách nâng và nghiền và cuối cùng nghiền thành bột than, sau đó quạt hút cảm ứng đặc biệt được đưa ra khỏi máy nghiền thông qua thiết bị xả để bước vào quy trình tiếp theo.

Hình 2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống nghiền của máy nghiền than gió thổi

1. Thiết bị truyền động 2. Thiết bị xả 3. Ổ trục chính 4. Bộ phận truyền bánh răng 5. Bộ phận quay 6. Ổ trục trượt ở đầu cấp liệu 7. Thiết bị cấp liệu

2 Nguyên lý của động cơ không đồng bộ và động cơ nam châm vĩnh cửu

2.1 Động cơ không đồng bộ

Từ trường kích thích của động cơ không đồng bộ được cung cấp bởi cuộn dây stato và dòng điện kích thích được sử dụng để tạo ra từ trường khe hở không khí, do đó cuộn dây rôto của động cơ tạo thành dòng điện cảm ứng, từ đó tạo ra từ trường cảm ứng, điều khiển rôto quay và tốc độ rôto không phù hợp với tốc độ từ trường quay. Do từ trường kích thích được cung cấp bởi cuộn dây stato nên cần sử dụng các cuộn dây phân bố khoảng cách ngắn để đảm bảo mức hình sin của từ trường kích thích, như trong Hình 3, rất khó để tạo ra nhiều cực tốc độ thấp . Vì vậy, phương pháp động cơ cảm ứng + giảm tốc cơ học thường được sử dụng để đạt được vận hành ở tốc độ thấp.

Hình 3 Cuộn dây phân tán của động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ chỉ được sử dụng làm thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ điện trong hệ thống truyền động thiết bị cơ khí để cung cấp năng lượng theo yêu cầu của hệ thống, khiến hệ thống gặp các vấn đề như xích truyền cơ khí dài, hiệu suất thấp, cơ cấu phức tạp, vận hành nặng nhọc. và khối lượng công việc bảo trì. Để đáp ứng yêu cầu lái xe của tải tối đa của thiết bị cơ khí, động cơ không đồng bộ có công suất định mức tương đối lớn thường được chọn và động cơ không đồng bộ cần một phần công suất để tạo ra từ trường để duy trì hoạt động bình thường của động cơ, dẫn đến ở tốc độ tải của hầu hết các động cơ ở mức 60% đến 80%. Như trong Hình 4, hiệu suất và hệ số công suất thấp và mức tiêu thụ điện năng cao.

Hình 4 Đường cong quan hệ giữa hiệu suất động cơ không đồng bộ, hệ số công suất và tốc độ tải2.2 Động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu

2.2 Động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu

Động cơ nam châm vĩnh cửu sử dụng các cực nam châm vĩnh cửu thay vì các cực có dòng điện kích thích. Thép từ tính được đặt trong rôto, có thể tạo ra từ trường mà không cần đưa dòng điện vào. Trong quá trình hoạt động, rôto và từ trường quay quay đồng bộ với sự trợ giúp của từ trường quay do nam châm vĩnh cửu tạo ra. Động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu không yêu cầu dòng điện kích thích phản kháng, có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và hệ số công suất, giảm dòng điện stato và tổn thất stato, đồng thời không bị tổn thất điện trở rôto trong quá trình vận hành ổn định, giảm tổng tổn thất và giảm quạt và tổn thất ma sát gió tương ứng. So với động cơ không đồng bộ, động cơ nam châm vĩnh cửu có cấu trúc rôto đơn giản hơn, không có cuộn dây kích thích, tổn hao đồng rôto ít hơn và hệ số công suất có thể tăng từ 10% đến 15% so với động cơ không đồng bộ có cùng thông số kỹ thuật, như trên Hình 5 .

Hình 5 Đường cong quan hệ của hiệu suất động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, hệ số công suất và tốc độ tải

Mặc dù việc thay thế động cơ không đồng bộ bằng động cơ nam châm vĩnh cửu giúp cải thiện mức hiệu suất năng lượng của động cơ nhưng vẫn không giải quyết được vấn đề dây chuyền truyền động dài của các thiết bị cơ khí lớn do thay thế tốc độ không đổi. Từ trường kích thích của động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm được cung cấp bởi rôto và mục đích thiết kế của động cơ nam châm vĩnh cửu tốc độ thấp đa cực có thể được thực hiện bằng cách sử dụng cuộn dây tập trung của khe phân đoạn thực. Thông qua thiết kế tích hợp cơ điện của động cơ và kết cấu cơ khí, toàn bộ hoặc một phần các liên kết trung gian của truyền tải điện sẽ bị hủy bỏ. Được chế tạo thành giải pháp truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu, có thể đáp ứng trực tiếp nhu cầu của tải, do đó loại bỏ nhu cầu về thiết bị giảm tốc.

3 Động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu chuyển đổi tần số

3.1 Nguyên lý làm việc điều chỉnh tốc độ chuyển đổi tần số

Điều chỉnh tốc độ chuyển đổi tần số đề cập đến việc thay đổi tần số và điện áp của động cơ theo tỷ lệ để đạt được mục đích điều chỉnh tốc độ của động cơ chính của máy nghiền. Nó có nhiều ưu điểm như phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, độ chính xác điều chỉnh tốc độ cao và hiệu quả vận hành cao. Bộ biến tần là thiết bị chính để chuyển đổi tần số và điều chỉnh tốc độ của động cơ. Nó bao gồm một bộ chỉnh lưu, một liên kết DC trung gian, một bộ biến tần nguồn và một bộ điều khiển. Nó chuyển đổi điện áp và tần số không đổi AC do lưới cung cấp thành điện áp và tần số mới. và kết nối với cuộn dây stato của động cơ để thực hiện điều chỉnh tốc độ vô cấp của động cơ xoay chiều.

3.2 Ảnh hưởng của động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu tần số thay đổi đến truyền động chậm

Thiết bị truyền động tốc độ chậm của máy nghiền than quét không khí bao gồm động cơ phanh, bộ giảm tốc truyền động chậm và bộ ly hợp, chủ yếu được sử dụng để lắp đặt và bảo trì máy nghiền. Khi lắp đặt, thay thế các bộ phận máy nghiền và đại tu bên trong máy nghiền, xi lanh máy nghiền có thể được dẫn động chạy ở tốc độ thấp 0.1-0.2 vòng/phút. Máy nghiền sử dụng động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu chuyển đổi tần số có thể chạy ổn định ở tần số thấp của bộ biến tần, đáp ứng nhu cầu lắp đặt và bảo trì máy nghiền. Ngoài ra, việc điều khiển nhích của máy nghiền cũng có thể được thực hiện và vị trí của xi lanh máy nghiền có thể được định vị chính xác bằng cách nhập cung tròn quay của máy nghiền. Động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu có tần số thay đổi có thể thay thế hoàn toàn thiết bị truyền động chậm, giảm đầu tư thiết bị và giảm tác động cơ học của các bánh răng lớn và nhỏ bị kéo bởi ổ chậm.

3.3 Hệ thống phanh

Để tránh những nguy cơ tiềm ẩn về an toàn, cần bổ sung thêm hệ thống phanh vào hệ thống truyền động của động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu có tần số thay đổi. Chức năng chính của nó là cung cấp phanh cho máy nghiền đầy tải trong quá trình bảo trì máy nghiền hoặc thay thế ống lót để đảm bảo an toàn cho nhân viên; Khi hệ thống bôi trơn máy nghiền, bộ biến tần, động cơ, v.v. bị hỏng hoặc dây chuyền sản xuất bị hỏng, nó có thể cung cấp phanh hoàn toàn cho máy nghiền đầy tải chạy ở tốc độ cao để tránh làm hỏng ổ trục trượt hoặc ổ trục chính của máy nghiền.

3.4 Ưu điểm của động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu chuyển đổi tần số

Động cơ không đồng bộ + bộ biến tần truyền thống không thể tháo bộ giảm tốc và trạm dầu phụ của nó, công việc bảo trì sau này vẫn chưa được giảm bớt và vấn đề mất hiệu suất truyền động của hệ thống truyền động vẫn chưa được giải quyết; Động cơ không đồng bộ ban đầu là động cơ có tần số không thay đổi, hoạt động với tần số thay đổi trong thời gian dài có thể gây ra các đường dây stato. Khi nhiệt độ của thanh tăng lên, lớp cách điện của thanh dây sẽ già đi nhanh hơn. Động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu có thể chạy dưới tần số định mức, có đặc tính mô-men xoắn không đổi và mô-men xoắn khởi động lớn, có thể kết hợp tốt hơn với bộ biến tần và phù hợp với điều kiện làm việc của máy nghiền bi. Do đó, như trên Hình 7, thay thế động cơ không đồng bộ, hộp giảm tốc chính, trạm dầu hộp giảm tốc chính, hộp giảm tốc truyền động phụ, động cơ giảm tốc và tủ/khởi động chống nước bằng động cơ dẫn động trực tiếp nam châm vĩnh cửu mô-men xoắn cao tốc độ thấp + tủ biến tần , bộ cấp liệu và các thiết bị khác có thể tối ưu hóa cấu trúc, giảm chi phí mua sắm, giảm các điểm hỏng hóc của thiết bị, cải thiện hiệu suất truyền tải và giảm mức tiêu thụ điện năng. Đồng thời, nó có thể được thiết kế trực tiếp như một cấu trúc chống cháy nổ, và thiết kế chống cháy nổ đáp ứng các yêu cầu về điện chống cháy nổ của môi trường chuẩn bị bột than, với cấu trúc đơn giản và độ ổn định cao.

Hình 7 Sơ đồ cấu trúc của máy nghiền sử dụng động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu chuyển đổi tần số

1. Thân máy nghiền 2. Bộ phận truyền động bánh răng 3. Động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu chuyển đổi tần số

4 Áp dụng hiệu ứng

Máy nghiền than gió φ3.80 m×7.75 m+3.5 m được cấu hình trong dây chuyền sản xuất xi măng có hệ thống truyền động được trang bị động cơ không đồng bộ truyền thống, bộ giảm tốc cuối cùng, thiết bị truyền động chậm, phanh, khớp nối tốc độ cao, tốc độ thấp khớp nối, ly hợp, v.v., sử dụng khả năng chống nước để khởi động. Các thông số động cơ chính của nó được liệt kê trong Bảng 1. Bi thép được sử dụng làm môi trường nghiền, tỷ lệ lấp đầy là 23.5%, tải trọng 86 tấn, công suất 37.4 t/h, dòng điện hoạt động là 125.6 A, điện áp là 6000 V, và công suất tiêu thụ của máy nghiền là 29.6 kW·h/t.

Bảng 1 Thông số của động cơ không đồng bộ

Một dây chuyền sản xuất xi măng khác được trang bị máy nghiền than gió φ3.80 m×7.75 m+3.5 m với tốc độ quay 16.7 vòng/phút và công suất thiết kế >42 t/h. mm, đạt 95% và độ ẩm toàn diện của vật liệu nghiền là 9% đến 14%.

Máy nghiền than thổi khí được trang bị động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu biến tần , sử dụng chế độ động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu mô-men xoắn cao tốc độ thấp + bộ biến tần, và cấu trúc của thiết bị truyền động đơn giản. Động cơ sử dụng cấu trúc chống nổ bụi. Trục bánh răng của máy nghiền được nối với đầu trục của động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu biến tần thông qua khớp nối màng chắn. Đồng thời, một hệ thống phanh được bổ sung để đạt được sự kiểm soát an toàn, như thể hiện trong Hình 8.

Hình 8 Máy nghiền than gió cho dây chuyền sản xuất xi măng

Máy nghiền than quét không khí sử dụng bi thép làm môi trường nghiền, tỷ lệ lấp đầy là 23.5%, tải trọng 86 tấn, sản lượng 45.2 t/h, cỡ hạt thành phẩm là 80 µm và cặn sàng ≤ 3%. Các thông số của động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu chuyển đổi tần số được liệt kê trong Bảng 2. Trong hoạt động thực tế, tần số hoạt động là 44 Hz, điện áp hoạt động là 9360 V, dòng điện hoạt động là 76.7 A và mức tiêu thụ điện của máy nghiền là 25.3 kWh/t.

Bảng 2 Thông số của động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu có tần số thay đổi

Bảng 3 so sánh hệ thống truyền động của máy nghiền than gió của hai dây chuyền sản xuất xi măng nêu trên. So với động cơ không đồng bộ truyền thống, hệ số công suất và hiệu suất hệ thống của động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu có tần số thay đổi đã được được cải thiện đáng kể và mức tiêu thụ điện năng của một máy cũng giảm ở một mức độ nhất định. Đồng thời, cấu hình hệ thống truyền động nhà máy đơn giản hơn, thay thế cấu trúc phức tạp truyền thống, giảm thể tích hệ thống truyền động, diện tích sàn nhà máy và chất lượng thiết bị, giảm tiêu thụ nguyên liệu thô và chi phí mua sắm, và giảm các điểm hỏng hóc cũng như chi phí bảo trì hệ thống, Nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống truyền động.

Bảng 3 So sánh hiệu quả của hai động cơ

Máy nghiền than hút gió sử dụng động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu chuyển đổi tần số đang trong tình trạng hoạt động tốt trên hiện trường, hoạt động ổn định, vận hành liên tục, an toàn và các chỉ tiêu kỹ thuật đều đạt yêu cầu thiết kế.

Kết luận 5

Động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu chuyển đổi tần số tích hợp động cơ nam châm vĩnh cửu và tải cơ học, thay đổi chế độ truyền của thiết bị cơ khí, loại bỏ các liên kết truyền động khác nhau và đơn giản hóa đáng kể chuỗi truyền động của thiết bị cơ khí;

(1) Động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu có tần số thay đổi giúp hệ thống truyền động của máy nghiền đơn giản hơn, giảm chi phí mua hàng, giảm khối lượng hệ thống truyền động, diện tích sàn nhà xưởng và chất lượng thiết bị, giảm mức tiêu hao nguyên liệu thô và cải thiện hiệu suất truyền tải. Nó giúp tiết kiệm điện năng tiêu thụ của một máy nghiền và có thể được chế tạo trực tiếp thành cấu trúc chống cháy nổ bụi với độ ổn định cao;

(2) Động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu có tần số thay đổi có thể đáp ứng nhu cầu lắp đặt và bảo trì của máy nghiền, đồng thời thực hiện điều khiển nhích dần của máy nghiền, có thể thay thế hoàn toàn thiết bị truyền động chậm;

(3) Nhà máy sử dụng động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu chuyển đổi tần số có thể tiết kiệm các thiết bị như bộ giảm tốc và trạm dầu liên kết của nó, giúp giảm đáng kể các điểm hỏng hóc thiết bị và khối lượng công việc bảo trì máy;

(4) Cần bổ sung hệ thống phanh vào hệ thống truyền động của động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu có tần số thay đổi để nâng cao độ an toàn và độ tin cậy của máy nghiền.

(5) Việc ứng dụng động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu biến tần trong máy nghiền rất quan trọng để tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ trong quá trình nghiền. Nó có ưu điểm là giảm chi phí nghiền, nâng cao hiệu quả nghiền và giảm tiêu thụ năng lượng của máy nghiền. Ứng dụng này cung cấp một ý tưởng mới cho thiết kế máy nghiền, có thể tích lũy dữ liệu và kinh nghiệm trong thiết kế và ứng dụng máy nghiền than, và hình thành một tiêu chuẩn thống nhất, có tác dụng chứng minh quan trọng cho việc ứng dụng rộng rãi động cơ truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửu biến tần trong máy nghiền khô trong tương lai.