ALPHA變頻器在陶瓷行業(yè)球磨機節(jié)能改造中的應(yīng)用

一. 前 言

在我國陶瓷行業(yè),，球磨機被大量使用，是物料粉碎的不可缺少的重要生產(chǎn)設(shè)備,。球磨機一般功率都較大,，工作效率又很低，因而成為陶瓷行業(yè)最大的耗電設(shè)備,。對球磨機進行節(jié)能改造,，對于我國建設(shè)節(jié)約型社會，減少環(huán)境污染具有重大的經(jīng)濟和社會意義,。

二. 球磨機的工作原理

目前球磨機普遍采用的驅(qū)動方式是：三相交流電動機—液力耦合器—齒輪減速器—皮帶輪減速器,。在這里，球磨機的料筒作為了減速器的皮帶輪使用,。在球磨機重載起動時,，電動機起動電流可達到額定電流的十倍以上。為了緩解起動時的機械沖擊,，傳動環(huán)節(jié)中加入了液力耦合器,，液力耦合器是通過控制工作腔內(nèi)工作油的動量矩變化來傳遞電機的驅(qū)動能量的。電動機通過液力耦合器的輸入軸拖動其主動工作輪旋轉(zhuǎn),，對工作油加速,，被加速后的工作油再帶動液力耦合器的從動工作渦輪旋轉(zhuǎn)，把驅(qū)動能量傳遞到其輸出軸和負載,。傳動系統(tǒng)中的液力耦合器在起動時起緩沖作用,，讓電動機可以輕載起動，以減小起動電流,，等電動機起動后再慢慢加載,，達到順利起動球磨機的作用，減小起動時的機械沖擊,。在工作時通過液力耦合器的調(diào)速作用,，搜索球磨機的最佳工作轉(zhuǎn)速，提高球磨機的效率,。由于球磨機屬恒轉(zhuǎn)矩負載,，在用液力耦合器調(diào)速時，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掉,。

三. 球磨機的生產(chǎn)工藝

球磨機一般以固定轉(zhuǎn)速運行，筒體的轉(zhuǎn)速是由皮帶輪或齒輪減速機構(gòu)（也有用液力耦合器）決定的,。球磨機的轉(zhuǎn)速直接影響到鋼球和物料的運動狀況及物料的研磨過程,，在不同的轉(zhuǎn)速下,，筒體內(nèi)的鋼球和物料的運動狀況如下圖所示：

（a）當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，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,，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?，球磨機的效率很低。

（b）當(dāng)筒體的轉(zhuǎn)速處于上述二者之間的某一轉(zhuǎn)速時,，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,，此時的轉(zhuǎn)速稱為最佳工作轉(zhuǎn)速,。

（c）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。

實際運行表明,，最佳工作轉(zhuǎn)速與鋼球的直徑及其裝載量,、護甲形狀，鋼球與護甲之間的磨擦系數(shù)等因數(shù)有關(guān),。一般的最佳工作轉(zhuǎn)速通常為臨界轉(zhuǎn)速的0.7～0.8,，可見轉(zhuǎn)速還是有一定的可調(diào)范圍，但調(diào)節(jié)范圍不大,。實際球磨機的轉(zhuǎn)速與最佳工作轉(zhuǎn)速的誤差小于10%,，所以若球磨機采用變頻調(diào)速搜索最佳工作轉(zhuǎn)速，提高研磨效率的節(jié)能效果也在10%以內(nèi),。

四. 球磨機變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)的工作原理,。

除了采用變頻調(diào)速搜索最佳工作轉(zhuǎn)速，提高球磨機的研磨效率所取得的節(jié)能效果之處,，由于球磨機在設(shè)計時,，都考慮到保證電動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩，而實際生產(chǎn)過程中,，往往達不到最大輸出轉(zhuǎn)矩，電動機處于輕載（不滿載）工作狀態(tài),，其功率因數(shù)和效率都較低,。這時可通過變頻器的節(jié)能運行功能,，通過降低變頻器的輸出電壓，自動調(diào)整與生產(chǎn)實際需要相匹配的輸出轉(zhuǎn)矩,，達到提高電動機的功率因數(shù)和效率而節(jié)能的目的,。

另外由于變頻器一般為“交－直－交”電壓源型變頻器，中間直流環(huán)節(jié)有大的濾波電容的存在,，可以大大提高變頻器輸入端的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù),，降低傳輸電流，從而降低電能在線路中的傳輸損耗,，不但具有節(jié)能效果,，而且可以降低供電系統(tǒng)的容量，減少設(shè)備投資,?；蛟谕瑯拥碾娋W(wǎng)容量下，允許多安裝球磨機設(shè)備,。

五. 應(yīng)用效果

球磨機安裝變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后,，取得了以下效果：

① 因消除了起動時的沖擊，延長了機軸,、波箱齒輪,，皮帶等機械件的使用壽命，減少了維修費用,。

② 球磨機使用變頻調(diào)速后,，起動電流可比原先小5倍以上，（如132kW電機原先的起動電流在1000A以上,，變頻節(jié)能控制系統(tǒng)起動電流為180A～200A之間）,，實現(xiàn)了真正的軟起動，也收到了節(jié)能的效果,。由于起動電流大大減小,，不會造成對電網(wǎng)的沖擊和電網(wǎng)電壓的下降，消除了因球磨機起動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,，并可增加裝機臺數(shù)。
③ 可以通過變頻器方便地設(shè)定研磨時間,，加磨時間和自動停機功能,，使操作更加智能化，人性化,。
球磨機變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能效果一般可達12%～15%左右,。

六. 投資與回報

以佛山市西樵鎮(zhèn)某知名陶瓷廠為例，該廠已安裝了37臺阿爾法公司的大功率變頻器,。以其中的一臺40噸球磨機為例,，電動機功率為132 kW,，原球磨機每月用電量為：115 kW×18小時×30天＝62100 kW.h（度），在安裝了球磨機專用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后節(jié)電率可達14.6%,，每月可節(jié)省電費為：62100×14.6%×0.65元/度＝5893元,。若以每臺變頻器投資為5.5萬元計算，投資回收期為55000÷5893＝9.3個月,。

若以平均節(jié)電率12%計算,，則月節(jié)電效益為62100×12%×0.65＝4843元，每臺變頻器投資為5.5萬元計算,，投資回收期為55000÷4843＝11.3個月,，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期,，也即年節(jié)電收益在6萬元左右。

七. 結(jié)束語

實踐證明,，變頻器用于陶瓷行業(yè)球磨機的節(jié)能驅(qū)動是十分成功的,，取得了良好的經(jīng)濟效益。隨著用戶對變頻器的使用經(jīng)驗和接受程度的提高,，變頻器在陶瓷行業(yè)有著更加廣闊的應(yīng)用前景,。