球磨機變頻調速節能原理探討

摘 要：通過對陶瓷廠球磨機運作的原理分析，利用變頻器調頻降速，在不影響球磨效率的情況下，達到節能效果，降低球磨機的能耗成本。

關鍵詞：陶瓷；球磨機；變頻器；節能

1 引 言

球磨電機使用變頻調速驅動來達到節能的目的，在陶瓷行業的粉料加工工序中，已經是廣泛應用。本文將對球磨機變頻調速的節能原理進行分析探討。

2 節能原理分析

球磨機應該以什么樣的速度轉動，才能達到它的最佳效果呢？根據理論推算，球磨機的轉速在滿足n＝21/D這個公式的情況下，效果最佳。其中，分子是常數21，分母是球石重心的轉動軌跡直徑的平方根。可見球石重心的運動軌跡直徑越大，需要的轉速就越小；球石重心運動軌跡直徑越小，需要的轉速就越快。這就是為什么我們看到的大球磨機的轉速比較慢，而小球磨機的轉速比較快的原因。

在同一個球磨機中，球石的運動軌跡是不是一成不變的呢？顯然不是。我們用簡單的示意圖來說明，如圖1所示，球磨罐體中加了球石和沙泥料，剛加的料因為顆粒比較大，有的是塊狀，因阻隔原因導致球石與球石之間的間距較大。我們取其中的一部分球石的運動軌跡來分析，見圖2。球石群體平均重心的運動軌跡等效直徑較小，用D1表示（見圖2a）。因此，要使球磨機達到理想的效果，需要的轉速就要快。

當球磨到一定的時間之后，那些較大顆粒的沙石料逐漸被砸碎，塊狀的泥也被分解了，球石與球石之間的間距縮小，球石群重心的運行軌跡的平均等效直徑就增大到D2，如圖2b所示，因此球磨機需要的理想轉速相應地要減小。

可見，球磨機的轉速應該是一個由大變小的過程，這就是為什么要使用變頻器調速的原因。使用變頻之后，球磨后期的轉速可由50Hz降到40Hz以下。當它降速之后，電壓和電流相應地降了下來，消耗的功率也就降下來，這就是球磨變頻節電的原理。球磨機后期轉速降下來之后，由于球石之間的泥漿流速加快，并不會影響球磨效率，實際上，我們使用變頻調速之后，磨一罐料所需的時間不會加長。

本研究測試了在相同裝載量的條件下，使用變頻驅動和不使用變頻驅動的18t球磨機（90kW的電機）的相關運行數據（頻率、電流和功率等），然后把這些數據在坐標上繪制成曲線圖，以方便進行對比。當使用工頻電運行時，球磨的頻率一直是50Hz；當使用變頻運行時，球磨頻率在啟動后的前10min運行48Hz，之后每隔4h降低3Hz，見圖3。圖4是紀錄電流的曲線，上面一條曲線是無變頻的，顯然它的運行電流總是比下面帶變頻控制的高。

圖5是紀錄功率消耗的曲線，同樣，上面一條是無變頻的，下面一條是帶變頻驅動的，可見裝有變頻的驅動消耗的功率較小。它們通過對時間的積分就是整個球磨過程消耗的電能。電度表紀錄的有功耗電量：無變頻驅動的是1103kWh，有變頻驅動的是948kWh。因此可以得出結論：用合適的變頻驅動球磨，可以節省用電。分析得出此次記錄數據的節省率為η=（1103-948）/1103×100%=14.1%。

3 結 論

經過反復試驗，摸索出適合的調頻曲線，并到原料車間球磨機中推廣使用，節電效果基本保證在10%以上。