0 引言
對(duì)于陶瓷生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，電耗是其生產(chǎn)成本的重要部分，而原料車間或釉料車間球磨機(jī)又是陶瓷廠主要能耗設(shè)備之一，因此降低球磨機(jī)的能耗成為陶瓷行業(yè)降低成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。
目前大多數(shù)的陶瓷廠除了在風(fēng)機(jī)上進(jìn)行了節(jié)能改造外，絕大多數(shù)廠家在球磨機(jī)的節(jié)能改造上還沒(méi)有任何進(jìn)展，這其中的主要原因有以下幾點(diǎn):
1）球磨機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中負(fù)荷波動(dòng)大，要求變頻器過(guò)流、過(guò)載、限流功能強(qiáng);
2）球磨機(jī)啟動(dòng)時(shí)負(fù)荷非常重，要求點(diǎn)動(dòng)即可將球磨機(jī)運(yùn)行到任何位置，這樣要求變頻器低頻轉(zhuǎn)矩大;
3）節(jié)能效果一定要和球磨工藝過(guò)程相結(jié)合，否則達(dá)不到節(jié)電效果。
因此, 如何選擇一種性能良好的變頻器，采用可靠、適用的控制方案來(lái)進(jìn)行球磨機(jī)的節(jié)能改造，對(duì)于減少能源浪費(fèi)具有重要意義。
1 球磨機(jī)工藝
球磨機(jī)對(duì)物料的粉碎作用主要是研磨體對(duì)物料的碰擊與研磨，用間歇式球磨機(jī)粉磨物料時(shí)，在開(kāi)始不久粗顆粒的含量迅速減少，物料粉磨的速度很快，隨著粉磨過(guò)程的進(jìn)行，粉磨速度逐漸減慢了下來(lái)，以后則愈來(lái)愈慢。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是顆粒愈細(xì)，顆粒上的微裂紋等缺陷愈少，不易形成應(yīng)力集中，顆粒愈難粉碎。如何選擇一套理想的球磨工藝，是提高球磨效率、減少球磨能耗的關(guān)鍵所在。
在球磨機(jī)中研磨體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與筒體的轉(zhuǎn)速和研磨體與筒體內(nèi)壁的摩擦因素等有關(guān)系。研磨體在筒中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)基本上可以分為三種。
1）瀉落式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)當(dāng)球磨機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，全部研磨體可以看成是一個(gè)松散的"團(tuán)塊"，"團(tuán)塊"的界面隨著筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)而沿著轉(zhuǎn)動(dòng)方向不斷向上偏斜，形成斜坡。當(dāng)斜坡的傾斜角到達(dá)研磨體的自然休止角時(shí)，研磨體在重力等作用下將沿斜坡滾下，形成瀉落式運(yùn)動(dòng)，如圖1（a）所示。在瀉落式運(yùn)動(dòng)中，物料主要在研磨體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的碰擊和研磨作用而被粉碎；
2）拋落式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)當(dāng)球磨機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，研磨體隨筒體上升致一定高度后，象拋射體一樣拋落下來(lái)，在拋落式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，物料主要是在研磨體拋落時(shí)的碰擊作用以及部分的研磨作用下而被粉碎的,如圖1（b）所示。
3）離心式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)當(dāng)筒體轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，由于離心力的作用，研磨體"貼附"在筒體內(nèi)壁上與筒體一道做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而不再拋落。在離心式運(yùn)動(dòng)中，研磨體不再對(duì)物料產(chǎn)生碰擊和研磨作用，物料當(dāng)然就不會(huì)被粉碎,圖1（c）所示。
實(shí)驗(yàn)證明，在離心式運(yùn)動(dòng)中，研磨體不再對(duì)物料產(chǎn)生碰擊和研磨作用，而研磨體瀉落式運(yùn)動(dòng)和拋落式運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的研磨效果隨著粉磨的過(guò)程，其對(duì)物料的粉碎作用也不一樣，根據(jù)球磨工藝，合理控制球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制研磨體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是球磨機(jī)節(jié)能改造獲得成功的有效途徑。
何時(shí)讓研磨體做拋落運(yùn)動(dòng)，拋落運(yùn)動(dòng)的最佳轉(zhuǎn)速是多少，何時(shí)讓研磨體做瀉落式運(yùn)動(dòng)，瀉落式運(yùn)動(dòng)時(shí)球磨機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速是多少，是球磨機(jī)節(jié)能改造成功的關(guān)鍵。將球磨機(jī)控制技術(shù)與變頻器技術(shù)完美結(jié)合，是陶瓷廠球磨機(jī)節(jié)能改造成功的前提。
2 變頻器的選型
對(duì)變頻器的選型應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)和要求來(lái)定。因球磨機(jī)的負(fù)載性質(zhì)是恒轉(zhuǎn)矩類，機(jī)械特性較硬，動(dòng)態(tài)特性要求較高，所以最好選用高性能矢量型變頻器。普通v/f型變頻器在低速時(shí)雖然具有轉(zhuǎn)矩提升功能，但提升不足，電機(jī)轉(zhuǎn)矩可能無(wú)法滿足起動(dòng)或低速穩(wěn)速運(yùn)行的需要，如果提升過(guò)大，又可能使因磁路飽和而過(guò)流。
在選配電機(jī)、變頻器容量前，應(yīng)實(shí)測(cè)一下球磨機(jī)在各個(gè)工序過(guò)程中最大的輸出力矩，作為選擇電機(jī)容量的依據(jù)。變頻器的額定電流最好為控制電機(jī)額定電流的1.2～1.5倍，且電壓等級(jí)與控制電機(jī)相符。
3 變頻器的安裝環(huán)境
因?yàn)樘沾蓮S溫度高、粉塵多，因此柜體要設(shè)計(jì)合理，柜內(nèi)變頻器周圍應(yīng)留足夠的空間，保證良好的通風(fēng)管道，并加裝冷卻風(fēng)扇以強(qiáng)迫風(fēng)冷，變頻器最好選用散熱器柜外安裝方式?，F(xiàn)場(chǎng)需安裝在通風(fēng)良好，遠(yuǎn)離熱源和塵埃多的地方。
4 球磨機(jī)變頻節(jié)能控制柜
控制柜電氣原理圖如圖2所示。
1）控制柜操作面板上安裝有下述元件：
（1）三位選擇開(kāi)關(guān)K1 用于變頻運(yùn)行/ 工頻運(yùn)行切換；
（2）常開(kāi)控制按鈕K2 用于變頻器點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行；
（3）面板工頻運(yùn)行指示燈ED1；
（4）面板變頻運(yùn)行指示燈ED2。
2）圖2 中，KM1 和KM2為變頻運(yùn)行接觸器，這兩個(gè)接觸器與原來(lái)工頻運(yùn)行有互鎖的關(guān)系，MCCB 為進(jìn)線空氣斷路器，選用規(guī)格和線徑可參考用戶手冊(cè)的有關(guān)說(shuō)明。
3）應(yīng)在操作面板的顯要位置提示工頻變頻轉(zhuǎn)換的注意事項(xiàng)。對(duì)工頻/ 變頻轉(zhuǎn)換時(shí)的注意事項(xiàng)，應(yīng)在控制柜操作面板上重點(diǎn)醒目位置印出，以提醒操作人員(例如,請(qǐng)先按下球磨機(jī)的停止按鈕，將工頻/ 變頻轉(zhuǎn)換按鈕打到停止位置，等電機(jī)停止后，再轉(zhuǎn)換到變頻起動(dòng)球磨機(jī)工作；如變頻出現(xiàn)故障，請(qǐng)按操作面板上的復(fù)位按鈕)。
5 功能碼設(shè)定和調(diào)試
MD320簡(jiǎn)易PLC功能是由變頻器內(nèi)置的一個(gè)可編程控制器來(lái)完成對(duì)多段頻率邏輯進(jìn)行自動(dòng)控制?？梢栽O(shè)定運(yùn)行時(shí)間、方向和運(yùn)行頻率，以滿足工藝的要求。
MD320 系列變頻器可以實(shí)現(xiàn)16 段速變化控制，有4 種加減速時(shí)間供選擇。其功能碼的設(shè)定如
表1 所列。
當(dāng)頻率源參數(shù)F0-03、F0-04 確定為PLC 運(yùn)行方式時(shí)，需要設(shè)置FC-00～FC-15、FC-16、FC-17、
FC-18－FC-49來(lái)確定其特性。
FC-00～FC-15的符號(hào)決定了簡(jiǎn)易PLC 運(yùn)行方向，若為負(fù)值，則表示反方向運(yùn)行。
圖3為PLC運(yùn)行示意圖
6 結(jié)語(yǔ)
變頻器成功應(yīng)用于球磨機(jī)節(jié)能改造，有以下幾點(diǎn)好處。
1）一臺(tái)14 t球磨機(jī)，55kW電機(jī)節(jié)電計(jì)算實(shí)例:市電工頻運(yùn)行時(shí)，球磨時(shí)間13.5 h，耗電370kW·h;
用變頻器進(jìn)行節(jié)能改造后，球磨時(shí)間13.5 h, 耗電310kW·h,節(jié)電率16.2%。
2）減少了沖擊，延長(zhǎng)了球磨機(jī)軸和齒輪波箱等機(jī)械設(shè)備的使用壽命。
3）減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減少了電網(wǎng)裝機(jī)容量。
4）平滑軟起動(dòng)，對(duì)電機(jī)具有過(guò)壓、過(guò)流、缺相等多種保護(hù)，延長(zhǎng)了電氣設(shè)備的使用壽命。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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