[发明专利]大功率低转速机械设备的电气直接传动技术

说明书

所属技术领域

本发明涉及大功率、低转速机械设备的传动系统，可广泛地应用于水泥、矿山、冶金、电力和煤炭等行业，也为带有齿轮减速器的其他机械产品的改革创新打开了思路。

背景技术

目前，大功率、低转速机械设备的传动系统中多配置了齿轮减速器，然而齿轮减速器的存在却增加了传动效率的损耗。以水泥行业为例，近年来，在水泥粉磨工艺日新月异的技术创新中，立磨脱颖而出，它集破碎、干燥、粉磨、分选和输送为一体，使粉磨工艺效率比球磨高出30％，具有产量大、单耗低、集约化程度高、占地小、土建和运输费用少等一系列优点，已经出现了逐步替代传统球磨机的发展趋势。现代水泥企业，电费很高，约占水泥成本的30％，而水泥企业的三大磨机(生料、水泥和煤磨)的耗电量又超过全厂总耗电量的一半，所以，哪怕是将其传动效率提高一个百分点，对节能减排就有举足轻重的意义。然而，由于诸多原因目前水泥立磨系统依然存在不少节能减排的薄弱环节。例如：一、几千KW的大功率电动机一直沿用效率和 指标都很低的绕线式电动机；二、可能是为了降低齿轮减速器的制造难度，立磨主电机多配以低转速6极电动机，又使效率和 再降一个台阶；三、立磨工作速度很低，降速比大，需配置齿轮减速器，但无论其制造精度多高，也无法消除它的传动损耗。在诸多影响因素中，要数齿轮减速器传动损耗占比最高。

发明内容

本发明就是拆除机械设备传动系统中的齿轮减速器，换上低速电动机，由后者直接进行驱动，即实现机械设备电气直接传动，把传动效率升上去，将损耗降下来。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1.大功率低转速机械设备主传动不再使用齿轮减速器，彻底清除由它引起的各种损耗；

2.大功率低转速机械设备驱动不再使用绕线式电动机，改用低频同步电动机，有效提高电机的效率和 低频同步电动机可利用电动机制造的成熟技术进行设计和制造；

3.采用额定输出频率为低频的变频供电器作为低频同步电动机的电源，确保低频同步电动机正常工作和运转；

4.使用大功率高压变频器的软启动技术，使同步电动机平稳启动，不对电网产生过大冲击。

其中，低频同步电动机的设计和制造是本发明的核心内容，而额定低频输出变频供电器则是向低频同步电机提供低频电源，保障其平稳启动和正常运转的关键技术支持手段。

本发明的有益效果是：

1.取消齿轮减速器至少可提高传动效率6个百分点。

(1)以南高齿产立磨减速器为例：

其减速器为双行星齿轮结构，三级传动减速。据清华大学吴宗泽教授主编《简明机械零件设计手册》(中国电力出版社2011年第一版)：单级行星圆柱齿轮减速器的传动效率为0.95～0.98，考虑到南高齿质量好、精度高，按高值选取，每级均选为0.98，则三级总传动效率为η₃＝0.98³＝0.94，即拆除减速器至少可有效提高传动效率6个百分点。

(2)以华新水泥大型球磨机减速器为例：

其特大型球磨机采用蜗杆减速器加大型齿圈传动，查上手册：齿圈按圆柱齿轮开式(脂润)选取，传动效率为0.94～0.96；蜗杆减速器按最高环面油类选取，传动效率为0.85～0.95，以高值计算，二级传动总效率为：η₂＝0.96×0.95＝0.91，拆除齿轮减速器后，总传动效率可有效提高9％。

(3)机械联轴器(电机与减速器之间)也有效率损耗，暂且忽略不计。

按提升6个百分点估算，仅考虑我国新型干法水泥生产线，每条线有三台磨机，平均每 台功率为5000KW，全国共有1113条生产线，共计可节电：

ΣP＝3×5000×1113×0.06≈100万KW

由此节约的资源和降低的排放相当可观。

2.电机 提升15％

国产YR高压6极电机最高的 而同步电动机可为1，可提高15个百分点。我国规定用电企业全厂平均 小于0.9要额外支付无功功率补偿费。以水泥行业为例，如果三台磨机全改为同步电动机，由于它们功率很大， 高，不必采取另装电容补偿等措施，全厂 即可达到0.9以上，无需花费用于无功补偿的成本开支。

3.采购成本单台可节省100万元

据介绍南高齿一台MLX450立式减速器(功率4500KW)价格为400～500万元，而北京产6250KVA高压变频器(含变压器和同步马达软启动)报价仅为300～350万元，假设绕线式电机与低频同步电机价格相当，则拆除齿轮减速器之后，单台可节省采购成本100万元。