立磨用永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)推力軸承的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

焦留軍，張忠海

（唐山冀東裝備工程股份有限公司，河北省水泥裝備技術(shù)創(chuàng)新中心）

摘　要：本文對(duì)生料立磨用永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵支撐部位軸向靜壓軸承進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過磨機(jī)實(shí)際的推力瓦受力情況分析，進(jìn)行了針對(duì)性的設(shè)計(jì)優(yōu)化，潤滑系統(tǒng)也做了相應(yīng)改進(jìn)，通過合理的試驗(yàn)驗(yàn)證，獲得了可靠的數(shù)據(jù)，推力軸承的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了承載能力，降低了產(chǎn)品成本，有利于永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)的成本降低和推廣。

立磨傳統(tǒng)異步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際傳遞功率較低，減速箱齒輪在實(shí)際惡劣的工況下容易發(fā)生斷齒情況，尤其在水泥生產(chǎn)高峰時(shí)期，減速機(jī)一旦損壞必將對(duì)生產(chǎn)線產(chǎn)生巨大影響，而且設(shè)備維修周期長，為此各廠家都備有減速箱，這也造成了水泥廠生產(chǎn)成本的增加。

針對(duì)此種情況我公司研發(fā)了立式磨機(jī)用大功率直驅(qū)電動(dòng)機(jī)，使用國外廠家完美無諧波變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，具備低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩特性，由于沒有減速機(jī)的多級(jí)齒輪減速，使傳遞效率提升。另外由于變頻器的存在，系統(tǒng)能夠根據(jù)物料、研磨狀態(tài)等進(jìn)行額定轉(zhuǎn)速上下浮動(dòng)10%的調(diào)速，以獲得Z佳運(yùn)行轉(zhuǎn)速，實(shí)際已應(yīng)用設(shè)備在運(yùn)行中做了大量的調(diào)速試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了8%左右的提產(chǎn)，效果明顯。立式永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)Z大已應(yīng)用功率2600kW，在實(shí)際生產(chǎn)中，存在成本高的問題，為此進(jìn)行了產(chǎn)品的優(yōu)化升級(jí)，本文主要介紹對(duì)靜壓推力軸承的優(yōu)化改進(jìn)。

1　受力分析

立磨的粉磨動(dòng)力來自于壓輥，力通過壓輥傳遞到物料上，再由物料傳遞到磨盤，Z后通過直驅(qū)電動(dòng)機(jī)傳遞到立磨底座和地面上。直驅(qū)電動(dòng)機(jī)作為其中的一個(gè)支撐環(huán)節(jié)，承擔(dān)了極大的靜壓和動(dòng)壓。直驅(qū)電動(dòng)機(jī)上力的傳播是從頂部鏡板開始傳遞，通過靜壓推力瓦再傳遞到支撐殼體的，見圖1?，F(xiàn)有的靜壓推力軸承使用了高剛度鏡板與12~16塊均布烏金推力瓦的結(jié)構(gòu)，這與常規(guī)的立式減速機(jī)一樣。但是考慮到立磨壓輥的力的傳遞遵從Z短路徑原理，往往大部分的力從壓輥附近的幾個(gè)點(diǎn)直接傳遞到了地面上，部分推力瓦的實(shí)際作用并不明顯。

圖1　生料磨及直驅(qū)電動(dòng)機(jī)示意

2　優(yōu)化方案

據(jù)此分析了整個(gè)承載結(jié)構(gòu)受力的情況和分布，經(jīng)過計(jì)算，在生料立磨上針對(duì)力的傳遞使用了大小推力瓦分布結(jié)構(gòu)的直驅(qū)電動(dòng)機(jī)，并對(duì)整個(gè)供油系統(tǒng)做了改進(jìn)。首先生料立磨是兩輥結(jié)構(gòu)，單個(gè)輥?zhàn)訅毫?200kN，因此針對(duì)受力情況，在輥?zhàn)诱路轿恢迷O(shè)置了3塊較大的推力瓦，在其他區(qū)域使用了小推力瓦，共計(jì)使用12塊推力瓦，具體布置見圖2，虛線框中的6個(gè)大瓦上部是兩個(gè)壓輥。同時(shí)根據(jù)推力瓦面積的變化，調(diào)整每一路的潤滑油流量，保證鏡板浮起的間距，使推力瓦和鏡板之間形成有效油膜。

3　效果

結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)使用在電石渣立磨上。整個(gè)設(shè)備額定功率800kW，轉(zhuǎn)速33.5r/min，承載的靜載荷為2400kN，動(dòng)壓在2~3倍之間。由于是關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵功能部位的創(chuàng)新改進(jìn)，因此進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。直驅(qū)電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)場安裝完畢后，首先對(duì)整個(gè)設(shè)備靜止?fàn)顟B(tài)下的鏡板浮起做了測試（磨輥不加壓和加壓），以輥?zhàn)酉峦屏ν邽槠瘘c(diǎn)，一共測試四個(gè)均布點(diǎn)，浮起數(shù)據(jù)見表1。

圖2　推力瓦布置示意圖片

從表1可以看出，推力軸承的浮起數(shù)值是可靠的，能夠滿足整個(gè)系統(tǒng)的帶載運(yùn)行。立磨開始進(jìn)行空載以及逐步帶載調(diào)試，期間需主要關(guān)注推力瓦溫度以及整個(gè)油路系統(tǒng)的供油壓力變化，具體數(shù)值見表2。

表2　帶載時(shí)瓦溫、油壓數(shù)值

從表2可以看出，推力瓦溫度基本維持在50℃以下，油壓也穩(wěn)定在9MPa左右，大小推力瓦之間的溫升和油壓變化不大，因此應(yīng)用數(shù)據(jù)是可靠的。

4　結(jié)束語

優(yōu)化改進(jìn)降低了推力軸承的成本，與原有的直驅(qū)電動(dòng)機(jī)推力軸承相比，推力瓦重量下降了約24%，既保障了可靠性，又有效降低了推力瓦的維護(hù)和更換成本。能耗方面由于整個(gè)承載系統(tǒng)滑動(dòng)特性沒有變化，能耗變化不大，但是由于推力瓦總的面積減少，使靜壓油路系統(tǒng)的油耗降低，小瓦的單路供油流量Z高下降4%。改進(jìn)直驅(qū)電動(dòng)機(jī)從2016年開始應(yīng)用在電石渣的粉磨上，運(yùn)行至今，設(shè)備狀態(tài)良好，達(dá)到了預(yù)期的效果。

來源：《水泥》2021年

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