CN1485139A - “磁浮式”钢球磨煤机 - Google Patents

Abstract

一种新型钢球磨煤机由底座、轴承、滚筒、波浪瓦及钢球等构成。依据“同性磁极相排斥”的原理，其“磁悬浮”***使磨煤机罐体“悬浮”于底座之上，姿态稳定且动态定位。依据“异性磁极互相吸引，同性磁极互相排斥”的原理，推进***使罐体旋转起来。在推进***启动磨煤机时，启动电流增长平稳、均匀；对电气***无冲击。从根本上克服了传统钢球磨煤机启动时间短、启动电流大，对电气***冲击大的蔽端。实现了真正意义上的“软”启动。此种钢球磨煤机可频繁起动、停止。和传统老式钢磨煤机相比，其最大的优点在于它更“安全、环保、节能”，启动、停止、运行及调速“相对自如、随意”。是钢球磨煤机的换代产品。

Description

“磁浮式”钢球磨煤机

技术领域  火力发电厂是以燃煤做为能源，通过煤在锅炉中燃烧释放出热能，在热交换器和高压加热器中，水吸收了燃煤燃烧的能量后变成了高温高压的过热蒸汽，然后将这种工作介质导入汽轮机中，使汽轮机旋转，汽轮机带动发电机，发电机发出电能。为提高火力发电厂的热能利用率，其前提是燃煤在锅炉中尽最大可能的充分燃烧，这就必须将煤磨成极细的煤粉。钢球磨煤机就是将煤磨碎成煤粉的设备。目前在我国的火力发电厂中仍有一个数量相当大的钢球磨煤机在运行，而且在相当长的一个历史时期内仍不会被淘汰。本发明就是以一种新式钢球磨煤机替代老式磨煤机，以求得“节能”、“安全”、“环保”、“相对安静”、“起动、停止、调速相对自如随意”的客观效果。

背景技术  火力发电厂现正在运行中的钢球磨煤机，其主要结构是：一个直径在Φ3M左右，长度L＝5M左右的大型园柱型罐体，罐体两端置于轴承之上，罐体内壁置波浪型钢瓦整个园柱体罐体的一端是煤入口，另一端是煤粉出口，罐体内装20-30t钢球(钢球直径大小不一)和数十吨煤。整个罐体通过其端部大齿圈和一套齿轮减速机构和电动机连结，由电动机带动整个***旋转，罐体旋转时，其内部的煤在钢球的“砸”、“磨”“搓”综合效应作用下被加工成煤粉，从出口导出煤粉。如图1所示

这样的磨煤机在工作中有如下不足：

(1)启动力矩大。由于罐体沉重(自重+钢球重+煤重＝70～80t)，转动惯量很大，启动时，启动时间短(小于30秒)启动电流很大，对电气设备***的冲击也很大，所以这样的***不宜频繁启动。如频繁启动，对电气***和电动机本身都将造成很大的损害。一般的情况是：***运转起来就不停止地运转下去，直到非停不可的时候才停。

(2)噪音大。整个罐体通过两端的轴承和地面钢性联结。***运转时，齿轮减速***的噪音，钢球从高处跌落下来，球和球之间的撞击噪音和在一起，使磨煤机周围空间的噪音达160db以上。(相隔1米远的两个人，彼此说话要看口型贴在耳边喊才能听得见)。

(3)能量损失大。这样的磨煤***，其正常运行时所消耗的电能也是巨大的，同时，损失的电能也是巨大的，其能量的损失包括如下几个方面：

①磨煤机沉重的罐体落在两端轴承之上，罐体定轴旋转和轴承之间磨擦损耗的电能。

②齿轮减速机***传递电动机轴功率所带来的机械效率损失。

③由于***启动力矩大，所以***所配置的电动机功率要是正常情况下维持***正常运转时所须功率的1.5-1.7倍。所以***正常运转时是长时间处在“大马拉小车”状态中，电动机内部功耗带来的损失。

④一般情况下，磨煤机***满负荷运转2.5小时所生产出的合格的煤足够锅炉4个小时燃烧的消耗，按常理，磨煤***可停机1.5小时，这样每天可停机9小时。由于***不宜频繁启动，所以这段时间的低载荷运转所消耗的电能和这段时间如果处于停机状态不消耗电能相比，这样一正一反所带来电能的损失。

以上四部分综合一起可消耗电动机轴功率的35-40％。以某种型号磨煤机电动机为例：该电动机额定工作电压6000伏，额定输出功率670瓦千，其耗损功率为：(35～40％)×670＝234.5～268(千瓦)

运转一年时间，损耗为：365(天)×24(小时)×(234.5～268)

                      ＝2054220～2347680(千瓦·小时)(度)

以每(千瓦·小时)度电0.39元计算、每年损耗资金为：

(2054220～2347680)×0.39＝801145.8～915595.2元。约合80～90万元。

每台锅炉一般配置两台磨煤机(为甲侧和乙侧磨煤机)则每年的损失为160～180万元。某电厂拥有八台锅炉共计十六台磨煤机，则一年的损失为1280～1440万元，这是一笔巨大的浪费。

发明内容  “磁浮式”钢球磨煤机将以新颖、独特的构思区别于传统的钢球磨煤机。首先：①“磁浮”***将工作中的磨煤机罐体“悬浮”在空中，使其在上下、左右、前后(轴向)只能做微小的来回不规则振动，这样的***取代了传统磨煤机两端部的轴承，而且具备了基本上“无磨擦力”的优点.(图5)为达到此目的，需在磨煤机罐体两端部园柱的区域内布置足够数量的用于使罐体悬浮的永磁体和用于定位的定位永磁体，(如图)防止轴向窜动。

②罐体的支承底坐制成半U型结构。在U型底座的弧型区域布置使罐体悬浮的电磁体和定位电磁体，这些电磁体对园柱型罐体上的永磁体施加作用力，使磨煤机罐体动态定位。

③利用磁极间同性磁极“相斥”的原理，罐体自身的重量将和U型底坐上配置的电磁体与罐体端部磁极间的“排斥力”相平衡，这样，磨煤机罐体在空中“悬浮”实现了动态定位。磁铁可采用永磁材料制做也可采用电磁铁。“悬浮”***维持自身磁场要“耗电能”，可做到支持一吨重量耗电1瓦千。

④在磨煤机罐体中部区域，园柱外表面上布置用于使罐体旋转的永磁体，在半U型底坐上布置线圈，当线圈内通入三相交流电时，线圈内产生沿园弧方向移动的磁场，作用于园柱面上的磁极带动罐体转动，其转数可调可控。这种拖动方式的本质即是直线电机推动原理，其本质也是和“磁悬浮”列车的推进原理相同。在这里，我们只不过是把“铁轨”做在了园柱型罐体上，把“列车”做在了半U型底坐上，让“列车”不动，而让“轨道”相对于“列车”运动。而这种“轨道”相对于“列车”运动即是罐体绕自身轴线所做的定轴转动。

⑤将直线电机推进的原理应用到“磁浮式”钢球磨煤机的电磁拖动、调速***中，改变移动磁场的速度即是改变了磨煤机罐体的转动速度，也即是说：实现对移动磁场速度的可调、可控、也就实现了对磨煤机罐体转动速度的可调、可控。从而彻底抛弃掉传统磨煤机的电动机、减速机、输出小齿轮、大齿圈等一系列传动机构，减少了噪音，减少了能耗。实现了环保、节能。(图2)

⑥从理论上说，利用直线电机推进原理将磨煤机罐体从静止状态加速到临界转速n_k状态(临界转速即是磨煤机出力最大时的最佳转速)所需时间可以无限长，这种启动方式从根本上克服了传统磨煤机在启动时，启动时间短，启动力矩大，电动机启动电流大，对***冲击大的缺点，使启动电流增加平稳，均匀，对***无冲击，实现了真正意义上的“软”启动。从另一种意义上说：这种启动、调速方式也可以使新式磨煤机的启动、停止、根据实际需要而“相对自如随意”。避免了必要的低负荷空转和电能的浪费。同样，从第三种意义上说，这种启动、调速方式也从根本上抛弃了传统磨煤机的那种“大马拉小车”的方式，实现了“合适的马拉合适的车”。

⑦也正是上述启动方式的优点，可以做到“磁浮式”钢球磨煤机的罐体在工作中“悬浮”在空中做转动。实现了“无磨擦运行”。而在磨煤机停机和在检修状态下，罐体将不处于“悬浮”状态，而是处于静止状态。在由“悬浮”工作状态转变到静止状态的过渡时间内，整个罐体将由两端的半U型轴承座“接住”。两端半U型轴承座的高度可调整、可控制。当罐体正常“悬浮”工作时，轴承处最低位置“放手”让罐体“悬浮”。当***接到“停机”命令前，控制***让轴承座“升高”，从而接住罐体后，***再逐渐停止。启动时，程序相反，***启动时，轴承座的高度处于高位，当罐体正常工作“悬浮”时，轴承座高度降低，撤回到低位。实现了轴承座和“悬浮”之间的“交接工作”。(图6)

⑧“磁浮式”钢球磨煤机本身造成了一个强磁场环境。要做一个特殊的罩将整个设备罩住，对磁场加以屏蔽。使罩外的磁场环境为正常的地球磁场环境。对该屏蔽罩的制做时再考虑增加一些吸收噪音和隔音的措施，将会使磨煤机罩外部变得非常“安静”。

⑨对“磁浮式”钢球磨煤机的启动、停止、调速、正常运行、参数显示、仪表、电气***的控制编制软件程序，可实现电脑对磨煤机的单控和联控。

附图说明  图1中各指向线所示指向物为：①煤入口②轴承③磨煤机罐体④波浪瓦⑤大齿圈⑥小齿轮轴承⑦小齿轮⑧煤粉出口⑨减速机⑩电动机。当电动机中通入三相交流电以后，电动机开始旋转，通过减速机减速，由小齿轮带动磨煤机大齿圈使磨煤机罐体以最佳转数nk转动。nk是使磨煤机获得最大出力的转数。在这个转数下，罐体内钢球下落高度最高，单位时间磨出的煤粉最多。

图2中各指向线所示指向物为：①煤入口②半U型液压可升降轴承座③滚针轴承④磨煤机罐体⑤悬浮及轴向径向定位磁体安装处园柱部分⑥电磁启动运行及调速线圈安装处：半U型底座⑦悬浮及轴向，径向定位电磁线圈安装处：半U型底座。⑧半U型液压可升降轴承座⑨煤粉出口。

新式钢球磨煤机和老式钢球磨煤机的不同之处就在于①它用新的“磁浮定位”***取代了老式的轴承②它用电磁推进***取代了老式磨煤机的电动机，减速机，小齿轮及大齿圈③它使用新的液压可升降半U型轴承座实现了“磁浮式”钢球磨煤机工作状态转换过程的中间交接。(详细说明见图6的介绍)

图3中各指向线所指向物为①煤入口②⑥罐体轴承③罐体④罐体园柱表面上配置的永磁体(即“轨道”)⑤安装电磁推进***的半U型底座⑦煤粉出口，保留老式钢球磨煤机罐体和轴承的联结方式，弃掉老式钢球磨煤机的齿轮传动***并以新的电磁推进***取而代之即克服了老式磨煤机的主要蔽端，抓住了主要矛盾，降低了商业风险，使“磁浮式”钢球磨煤机的实现迈出了稳妥的第一步！

图4是电磁推进***作用力示意图。将罐体沿其轴线剖开，展开在一个平面上，布置在园柱面上的永磁体也被展开在同一平面上。将半U型底座上的电磁驱动线圈也展开在同一平面上。将固定在半U型底座上的电磁推进线圈通入三相交流电，则在线圈内产生移动磁场，此移动磁场必将对固定于磨煤机罐体园柱表面上的永磁体产生推动力。将线圈固定不动，安装在半U型底座上，原静止不动的永磁体必然在电磁力的推动下沿图示简箭头方向运动，从而使磨煤机罐体转动起来，此时，通过改变通入线圈的三相交流电的电流强度及频率就可以改变移动磁场的速度即可实现对罐体运动的调速。

在这里，半U型底座相当于“磁悬浮”列车的“列车”，而固定于罐体园柱表面的永磁体相当于“磁悬浮”列车的“轨道”“磁浮列车”是轨道静止，列车沿轨道运动，而这里是让“列车”静止，而“轨道”运动。

图5是“磁浮式”钢球磨煤机罐体受力简图。作用于磨煤机罐体两端部的园柱表面上的径向力f来自于半U型底座电磁体，多个径向力∑f的综合作用效果即实现了对罐体的径向定位，如图5中的下部图所示。

作用于磨煤机罐体两端部的园柱表面上的轴向力P来自于半U型底座电磁体，多个轴向力∑p综合作用效果即防止了罐体做轴向的窜动，实现了对罐体轴向定位。

图6是“磁浮式”钢球磨煤机工作状态转换时，半U型轴承座和“磁浮***”工作“交接”示意图。

图6中的(1)图所示状态为静止状态。在此状态下，“磁浮”***不工作，电磁推进***也不工作，即M＝0，n＝0.

(2)图所示状态为磨煤机启动状态，在此状态下①磁浮***开始工作，电磁推进***也开始工作，(尚未正常，逐渐正常)电磁力f产生，∑f将产生悬浮和径向定位的综合效果，罐体开始悬浮一定的高度，经过一段时间后，达到正常的工作悬浮状态。②外力矩M(M＞0)加到罐体上，此外力矩M由电磁推进***提供，可调整可控制，在M的作用下，罐体开始转动，其转数0＜n＜n_k

(3)图所示的状态为正常工作状态。在此状态下：①转速n＝n_k，M＝M_k②“磁悬浮”***已正常工作∑f将产生悬浮和径向定位的综合效果。③半U型轴承座下降一个高度，和磨煤机罐体两端的滚针轴承完全脱离，放手让罐体“悬浮”。

(4)图所示的状态是一种准备状态，或者说是一种过渡状态。当需要将磨煤机停止运行时(此时，仍然是正常工作状态，M＝M_k，n＝n_k)在停机之前，①先将半U型轴承座上升，“接”住磨煤机罐体两端的滚针轴承。②待到半U型轴承座的“接”住工作已处于正确的状态下时，可进一步下达“停机”的命令。

(5)图所示所显示的状态即为下达“停机”命令前那一时刻的状态。在此状态再过Δt时间停机开始，停机过程也是一个渐变过程，在这个过程中∑f→0(逐渐减少，趋于零)；外力矩M＝0(撤外力矩)(从正常转速nk降下来并趋于零)0＜n＜n_k；n→0，则进入到图(6)所示的状态中。

又经过一段时间Δt后，则完全进入到图(1)所示的状态中，完全静止下来了。图6所示的状态就是“磁浮式”钢球磨煤机一个完整的从静止状态→启动→正常工作→停机→静止状态的一个循环过程。

具体实施方式  在传统钢球磨煤机的诸多蔽端中，还是以该磨煤***起动时间短，起动力矩大，起动电流大，对电气***冲击大和不可以频繁启动、停机为最主要蔽端，所以实现“磁浮式”钢球磨煤机的设想，应该或者是说必须分两步走，而不能一步到位。

第一步：保留传统钢球磨煤机罐体两端的轴承，将电动机、齿轮减速机、输出小齿轮，磨煤机大齿圈淘汰。也即是说第一步不搞“磁浮式”，而是依据直线电机推进原理实现对老式磨煤机的电磁起动、停止、运行和调速.如图3。

第二步：在努力实现第一步设想的同时，努力开展第二步设想的课题攻关、实验。(比如：磁悬浮***的磁场的形态；单点磁悬浮可支持的最大重量；悬浮重量和消耗电能的关系等)。在第一步设想取得完全成功之后，第二步的科学实验也取得了预期的成果，此时再过渡到第二步，实现完全的“磁浮式”。

在从第一步向第二部过渡的期间，从实现第一步设想的技术设计的同时在考虑，为实现第二步设想留有技术改造的余地和空间。

目前，我国的“磁悬浮列车”技术已处于逐渐成熟阶段，“强磁场”技术，“直线电机推进技术”在应用上还不普遍，在很多行业中还是空白，我们还是处在由“必然王国”向“自由王国”转变的开始阶段，只要我们遵照科学态度，胆大心细，勇于实践，与时俱进，理想就会在我们的手中变为现实。

Claims (1)

1. “磁浮式”钢球磨煤机依据“磁场”和“磁场”之间的相互作用的原理来完成如下功能：

   ①使磨煤机罐体悬浮于半U型底座之上的功能(取代了传统磨煤机的轴承)。

   ②使磨煤机罐体在悬浮的同时绕自身的轴线做定轴转动的功能(取代了传统磨炼机的电动机和齿轮传动***)。

   本发明提出如下独立权利要求：

   一、独立权利要求：依据“直线电机推进原理”，对钢球磨煤机罐体的起动，停止运行及调速方式。

   (一)、前序部分：“磁浮式”钢球磨煤机的“悬浮技术”、“推进技术”与“磁悬浮列车”的“悬浮技术”、“推进技术”最为接近。是“磁悬浮、推进技术”在钢球磨煤机上的具体应用。

   磁悬浮列车的悬浮方式有两种，一种是排斥式；一种是吸引式，其推进原理是直线电机推进原理。

   “磁浮式”钢球磨煤机的悬浮原理是“排斥式”，其推进原理也是“直线电机推进原理”。

   (二)、特征部分：“磁浮式”钢球磨煤机有区别于“磁悬浮列车”。其特征是：“磁悬浮”列车上安装驱动线圈，列车运动，而轨道静止。而“磁浮式”钢球磨煤机是把“轨道”布置在磨煤机罐体圆柱的外表面上，把驱动线圈布置在半U型底座上，让“列车”(半U型底座)静止，而让“轨道”(罐体)运动，这是运动的相对性的一种体现。

   本发明提出如下从属权利要求：

   一、从属权利要求：“磁浮式”钢球磨煤机园柱型罐体在半U型底座上。依据“同性磁极相互排斥”的原理，上、下、左、右、前、后六个方向的定位方式(如图5)。

   (一)、引用部分：引自“独立权利要求”对钢球磨煤机罐体的起动，运行及调速方式。

   (二)、限定部分：“磁悬浮列车”是依据磁极之间的作用力实现上、下、左、右、四个方向的定位。而“磁浮式”钢球磨煤机和罐体是依据同性磁极相互排斥的原理实现上、下、左、右、前、后六个方向的定位。多两个方向定位，是一种附加技术特征。

   二、从属权利要求：半U型轴承座的支承状态和“磁悬浮”工作状态的工作“交接”方式。

   (一)、引用部分：引自“独立权利要求”；对钢球磨煤机罐体的起动停止运行及调速方式。

   (二)、限定部分：“磁浮式”钢球磨煤机有四种工作状态：

   ①完全静止状态。

   ②从静止状态到正常工作状态之间的过渡状态。

   ③正常的工作状态。

   ④从正常的工作状态到静止状态之间的过渡状态。

   磨煤机罐体两端的半U型轴承座的支承高度是可升可降可调整的。在钢球磨煤机处于第一种静止状态到正常工作状态的过渡状态之中时。其半U型轴承座工作，支承罐体的重量，提供一个高度，这个高度保证磨煤机罐体正常工作时的悬浮间隙。当第一种过渡状态结束，磨煤机进入第二种正常工作状态时，半U型轴承座下降高度脱离磨煤机罐体，把对罐体的支承工作“交给”半U型底座上的“磁悬浮”***。

   当需要对钢球磨煤机停机时，磨煤机将处于从正常的工作状态向静止状态过渡的第四种过渡状态之中，此时须将半U型轴承座的高度升起一个高度，半U型轴承座将从半U型底座的“磁悬浮”“手中”接过对磨煤机罐体的支承工作。直到静止状态出现。当磨煤机处于完全的静止状态中时，半U型轴承依然支承着磨煤机罐体的全部重量，使之和半U型底座之间脱离接触保持一定的间隙，直到下次起动状态的到来。

   在这里半U型轴承座和半U型底座磁悬浮***间的工作“交接”方式是“磁浮式”钢球磨煤机的附加的技术特征。

Images