立磨用永磁直驱电动机推力轴承的结构优化

焦留军，张忠海

（唐山冀东装备工程股份有限公司，河北省水泥装备技术创新中心）

摘　要：本文对生料立磨用永磁直驱电动机的关键支撑部位轴向静压轴承进行了优化设计，通过磨机实际的推力瓦受力情况分析，进行了针对性的设计优化，润滑系统也做了相应改进，通过合理的试验验证，获得了可靠的数据，推力轴承的创新设计，增强了承载能力，降低了产品成本，有利于永磁直驱电动机的成本降低和推广。

立磨传统异步驱动系统实际传递功率较低，减速箱齿轮在实际恶劣的工况下容易发生断齿情况，尤其在水泥生产高峰时期，减速机一旦损坏必将对生产线产生巨大影响，而且设备维修周期长，为此各厂家都备有减速箱，这也造成了水泥厂生产成本的增加。

针对此种情况我公司研发了立式磨机用大功率直驱电动机，使用国外厂家完美无谐波变频器进行驱动，具备低转速大转矩特性，由于没有减速机的多级齿轮减速，使传递效率提升。另外由于变频器的存在，系统能够根据物料、研磨状态等进行额定转速上下浮动10%的调速，以获得Z佳运行转速，实际已应用设备在运行中做了大量的调速试验，实现了8%左右的提产，效果明显。立式永磁直驱电动机Z大已应用功率2600kW，在实际生产中，存在成本高的问题，为此进行了产品的优化升级，本文主要介绍对静压推力轴承的优化改进。

1　受力分析

立磨的粉磨动力来自于压辊，力通过压辊传递到物料上，再由物料传递到磨盘，Z后通过直驱电动机传递到立磨底座和地面上。直驱电动机作为其中的一个支撑环节，承担了极大的静压和动压。直驱电动机上力的传播是从顶部镜板开始传递，通过静压推力瓦再传递到支撑壳体的，见图1。现有的静压推力轴承使用了高刚度镜板与12~16块均布乌金推力瓦的结构，这与常规的立式减速机一样。但是考虑到立磨压辊的力的传递遵从Z短路径原理，往往大部分的力从压辊附近的几个点直接传递到了地面上，部分推力瓦的实际作用并不明显。

图1　生料磨及直驱电动机示意

2　优化方案

据此分析了整个承载结构受力的情况和分布，经过计算，在生料立磨上针对力的传递使用了大小推力瓦分布结构的直驱电动机，并对整个供油系统做了改进。首先生料立磨是两辊结构，单个辊子压力1200kN，因此针对受力情况，在辊子正下方位置设置了3块较大的推力瓦，在其他区域使用了小推力瓦，共计使用12块推力瓦，具体布置见图2，虚线框中的6个大瓦上部是两个压辊。同时根据推力瓦面积的变化，调整每一路的润滑油流量，保证镜板浮起的间距，使推力瓦和镜板之间形成有效油膜。

3　效果

结构优化后的永磁直驱电动机使用在电石渣立磨上。整个设备额定功率800kW，转速33.5r/min，承载的静载荷为2400kN，动压在2~3倍之间。由于是关键设备关键功能部位的创新改进，因此进行了一系列试验。直驱电动机在现场安装完毕后，首先对整个设备静止状态下的镜板浮起做了测试（磨辊不加压和加压），以辊子下推力瓦为起点，一共测试四个均布点，浮起数据见表1。

图2　推力瓦布置示意图片

从表1可以看出，推力轴承的浮起数值是可靠的，能够满足整个系统的带载运行。立磨开始进行空载以及逐步带载调试，期间需主要关注推力瓦温度以及整个油路系统的供油压力变化，具体数值见表2。

表2　带载时瓦温、油压数值

从表2可以看出，推力瓦温度基本维持在50℃以下，油压也稳定在9MPa左右，大小推力瓦之间的温升和油压变化不大，因此应用数据是可靠的。

4　结束语

优化改进降低了推力轴承的成本，与原有的直驱电动机推力轴承相比，推力瓦重量下降了约24%，既保障了可靠性，又有效降低了推力瓦的维护和更换成本。能耗方面由于整个承载系统滑动特性没有变化，能耗变化不大，但是由于推力瓦总的面积减少，使静压油路系统的油耗降低，小瓦的单路供油流量Z高下降4%。改进直驱电动机从2016年开始应用在电石渣的粉磨上，运行至今，设备状态良好，达到了预期的效果。

来源：《水泥》2021年

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