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創新中心）
摘 要：本文對生料立磨用永磁直驅電動機的關鍵支撐部位軸向靜壓軸承進行了優化設計，通過磨機實際的推力瓦受力情況分析，進行了針對性的設計優化，潤滑系統也做了相應改進，通過合理的試驗驗證，獲得了可靠的數據，推力軸承的創新設計，增強了承載能力，降低了產品成本，有利于永磁直驅電動機的成本降低和推廣。
立磨傳統異步驅動系統實際傳遞功率較低，減速箱齒輪在實際惡劣的工況下容易發生斷齒情況，尤其在水泥生產高峰時期，減速機一旦損壞必將對生產線產生巨大影響，而且設備維修周期長，為此各廠家都備有減速箱，這也造成了水泥廠生產成本的增加。
針對此種情況我公司研發了立式磨機用大功率直驅電動機，使用國外廠家完美無諧波變頻器進行驅動，具備低轉速大轉矩特性，由于沒有減速機的多級齒輪減速，使傳遞效率提升。另外由于變頻器的存在，系統能夠根據物料、研磨狀態等進行額定轉速上下浮動10%的調速，以獲得Z佳運行轉速，實際已應用設備在運行中做了大量的調速試驗，實現了8%左右的提產，效果明顯。立式永磁直驅電動機Z大已應用功率2600kW，在實際生產中，存在成本高的問題，為此進行了產品的優化升級，本文主要介紹對靜壓推力軸承的優化改進。
1 受力分析
立磨的粉磨動力來自于壓輥，力通過壓輥傳遞到物料上，再由物料傳遞到磨盤，Z后通過直驅電動機傳遞到立磨底座和地面上。直驅電動機作為其中的一個支撐環節，承擔了極大的靜壓和動壓。直驅電動機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。現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構，這與常規的立式減速機一樣。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點直接傳遞到了地面上，部分推力瓦的實際作用并不明顯。
圖1 生料磨及直驅電動機示意
2 優化方案
據此分析了整個承載結構受力的情況和分布，經過計算，在生料立磨上針對力的傳遞使用了大小推力瓦分布結構的直驅電動機，并對整個供油系統做了改進。首先生料立磨是兩輥結構，單個輥子壓力1200kN，因此針對受力情況，在輥子正下方位置設置了3塊較大的推力瓦，在其他區域使用了小推力瓦，共計使用12塊推力瓦，具體布置見圖2，虛線框中的6個大瓦上部是兩個壓輥。同時根據推力瓦面積的變化，調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
結構優化后的永磁直驅電動機使用在電石渣立磨上。整個設備額定功率800kW，轉速33.5r/min，承載的靜載荷為2400kN，動壓在2~3倍之間。由于是關鍵設備關鍵功能部位的創新改進，因此進行了一系列試驗。直驅電動機在現場安裝完畢后，首先對整個設備靜止狀態下的鏡板浮起做了測試（磨輥不加壓和加壓），以輥子下推力瓦為起點，一共測試四個均布點，浮起數據見表1。
圖2 推力瓦布置示意圖片
從表1可以看出，推力軸承的浮起數值是可靠的，能夠滿足整個系統的帶載運行。立磨開始進行空載以及逐步帶載調試，期間需主要關注推力瓦溫度以及整個油路系統的供油壓力變化，具體數值見表2。
表2 帶載時瓦溫、油壓數值
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，因此應用數據是可靠的。
4 結束語
優化改進降低了推力軸承的成本，與原有的直驅電動機推力軸承相比，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和更換成本。能耗方面由于整個承載系統滑動特性沒有變化，能耗變化不大，但是由于推力瓦總的面積減少，使靜壓油路系統的油耗降低，小瓦的單路供油流量Z高下降4%。改進直驅電動機從2016年開始應用在電石渣的粉磨上，運行至今，設備狀態良好，達到了預期的效果。
來源：《水泥》2021年
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