專利名稱：“磁浮式”鋼球磨煤機的制作方法
技術領域：
火力發(fā)電廠是以燃煤做為能源，通過煤在鍋爐中燃燒釋放出熱能，在熱交換器和高壓加熱器中，水吸收了燃煤燃燒的能量后變成了高溫高壓的過熱蒸汽，然后將這種工作介質(zhì)導入汽輪機中，使汽輪機旋轉(zhuǎn)，汽輪機帶動發(fā)電機，發(fā)電機發(fā)出電能。為提高火力發(fā)電廠的熱能利用率，其前提是燃煤在鍋爐中盡最大可能的充分燃燒，這就必須將煤磨成極細的煤粉。鋼球磨煤機就是將煤磨碎成煤粉的設備。目前在我國的火力發(fā)電廠中仍有一個數(shù)量相當大的鋼球磨煤機在運行，而且在相當長的一個歷史時期內(nèi)仍不會被淘汰。本發(fā)明就是以一種新式鋼球磨煤機替代老式磨煤機，以求得“節(jié)能”、“安全”、“環(huán)保”、“相對安靜”、“起動、停止、調(diào)速相對自如隨意”的客觀效果。
背景技術：
火力發(fā)電廠現(xiàn)正在運行中的鋼球磨煤機，其主要結構是一個直徑在Φ3M左右，長度L＝5M左右的大型園柱型罐體，罐體兩端置于軸承之上，罐體內(nèi)壁置波浪型鋼瓦整個園柱體罐體的一端是煤入口，另一端是煤粉出口，罐體內(nèi)裝20-30t鋼球(鋼球直徑大小不一)和數(shù)十噸煤。整個罐體通過其端部大齒圈和一套齒輪減速機構和電動機連結，由電動機帶動整個系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，罐體旋轉(zhuǎn)時，其內(nèi)部的煤在鋼球的“砸”、“磨”“搓”綜合效應作用下被加工成煤粉，從出口導出煤粉。如圖1所示這樣的磨煤機在工作中有如下不足(1)啟動力矩大。由于罐體沉重(自重+鋼球重+煤重＝70～80t)，轉(zhuǎn)動慣量很大，啟動時，啟動時間短(小于30秒)啟動電流很大，對電氣設備系統(tǒng)的沖擊也很大，所以這樣的系統(tǒng)不宜頻繁啟動。如頻繁啟動，對電氣系統(tǒng)和電動機本身都將造成很大的損害。一般的情況是系統(tǒng)運轉(zhuǎn)起來就不停止地運轉(zhuǎn)下去，直到非停不可的時候才停。
(2)噪音大。整個罐體通過兩端的軸承和地面鋼性聯(lián)結。系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，齒輪減速系統(tǒng)的噪音，鋼球從高處跌落下來，球和球之間的撞擊噪音和在一起，使磨煤機周圍空間的噪音達160db以上。(相隔1米遠的兩個人，彼此說話要看口型貼在耳邊喊才能聽得見)。
(3)能量損失大。這樣的磨煤系統(tǒng)，其正常運行時所消耗的電能也是巨大的，同時，損失的電能也是巨大的，其能量的損失包括如下幾個方面①磨煤機沉重的罐體落在兩端軸承之上，罐體定軸旋轉(zhuǎn)和軸承之間磨擦損耗的電能。
②齒輪減速機系統(tǒng)傳遞電動機軸功率所帶來的機械效率損失。
③由于系統(tǒng)啟動力矩大，所以系統(tǒng)所配置的電動機功率要是正常情況下維持系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時所須功率的1.5-1.7倍。所以系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時是長時間處在“大馬拉小車”狀態(tài)中，電動機內(nèi)部功耗帶來的損失。
④一般情況下，磨煤機系統(tǒng)滿負荷運轉(zhuǎn)2.5小時所生產(chǎn)出的合格的煤足夠鍋爐4個小時燃燒的消耗，按常理，磨煤系統(tǒng)可停機1.5小時，這樣每天可停機9小時。由于系統(tǒng)不宜頻繁啟動，所以這段時間的低載荷運轉(zhuǎn)所消耗的電能和這段時間如果處于停機狀態(tài)不消耗電能相比，這樣一正一反所帶來電能的損失。
以上四部分綜合一起可消耗電動機軸功率的35-40％。以某種型號磨煤機電動機為例該電動機額定工作電壓6000伏，額定輸出功率670瓦千，其耗損功率為(35～40％)×670＝234.5～268(千瓦)運轉(zhuǎn)一年時間，損耗為365(天)×24(小時)×(234.5～268)＝2054220～2347680(千瓦·小時)(度)以每(千瓦·小時)度電0.39元計算、每年損耗資金為(2054220～2347680)×0.39＝801145.8～915595.2元。約合80～90萬元。
每臺鍋爐一般配置兩臺磨煤機(為甲側和乙側磨煤機)則每年的損失為160～180萬元。某電廠擁有八臺鍋爐共計十六臺磨煤機，則一年的損失為1280～1440萬元，這是一筆巨大的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
“磁浮式”鋼球磨煤機將以新穎、獨特的構思區(qū)別于傳統(tǒng)的鋼球磨煤機。首先①“磁浮”系統(tǒng)將工作中的磨煤機罐體“懸浮”在空中，使其在上下、左右、前后(軸向)只能做微小的來回不規(guī)則振動，這樣的系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)磨煤機兩端部的軸承，而且具備了基本上“無磨擦力”的優(yōu)點.(圖5)為達到此目的，需在磨煤機罐體兩端部園柱的區(qū)域內(nèi)布置足夠數(shù)量的用于使罐體懸浮的永磁體和用于定位的定位永磁體，(如圖)防止軸向竄動。
②罐體的支承底坐制成半U型結構。在U型底座的弧型區(qū)域布置使罐體懸浮的電磁體和定位電磁體，這些電磁體對園柱型罐體上的永磁體施加作用力，使磨煤機罐體動態(tài)定位。
③利用磁極間同性磁極“相斥”的原理，罐體自身的重量將和U型底坐上配置的電磁體與罐體端部磁極間的“排斥力”相平衡，這樣，磨煤機罐體在空中“懸浮”實現(xiàn)了動態(tài)定位。磁鐵可采用永磁材料制做也可采用電磁鐵?！皯腋　毕到y(tǒng)維持自身磁場要“耗電能”，可做到支持一噸重量耗電1瓦千。
④在磨煤機罐體中部區(qū)域，園柱外表面上布置用于使罐體旋轉(zhuǎn)的永磁體，在半U型底坐上布置線圈，當線圈內(nèi)通入三相交流電時，線圈內(nèi)產(chǎn)生沿園弧方向移動的磁場，作用于園柱面上的磁極帶動罐體轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)數(shù)可調(diào)可控。這種拖動方式的本質(zhì)即是直線電機推動原理，其本質(zhì)也是和“磁懸浮”列車的推進原理相同。在這里，我們只不過是把“鐵軌”做在了園柱型罐體上，把“列車”做在了半U型底坐上，讓“列車”不動，而讓“軌道”相對于“列車”運動。而這種“軌道”相對于“列車”運動即是罐體繞自身軸線所做的定軸轉(zhuǎn)動。
⑤將直線電機推進的原理應用到“磁浮式”鋼球磨煤機的電磁拖動、調(diào)速系統(tǒng)中，改變移動磁場的速度即是改變了磨煤機罐體的轉(zhuǎn)動速度，也即是說實現(xiàn)對移動磁場速度的可調(diào)、可控、也就實現(xiàn)了對磨煤機罐體轉(zhuǎn)動速度的可調(diào)、可控。從而徹底拋棄掉傳統(tǒng)磨煤機的電動機、減速機、輸出小齒輪、大齒圈等一系列傳動機構，減少了噪音，減少了能耗。實現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能。(圖2)⑥從理論上說，利用直線電機推進原理將磨煤機罐體從靜止狀態(tài)加速到臨界轉(zhuǎn)速nk狀態(tài)(臨界轉(zhuǎn)速即是磨煤機出力最大時的最佳轉(zhuǎn)速)所需時間可以無限長，這種啟動方式從根本上克服了傳統(tǒng)磨煤機在啟動時，啟動時間短，啟動力矩大，電動機啟動電流大，對系統(tǒng)沖擊大的缺點，使啟動電流增加平穩(wěn)，均勻，對系統(tǒng)無沖擊，實現(xiàn)了真正意義上的“軟”啟動。從另一種意義上說這種啟動、調(diào)速方式也可以使新式磨煤機的啟動、停止、根據(jù)實際需要而“相對自如隨意”。避免了必要的低負荷空轉(zhuǎn)和電能的浪費。同樣，從第三種意義上說，這種啟動、調(diào)速方式也從根本上拋棄了傳統(tǒng)磨煤機的那種“大馬拉小車”的方式，實現(xiàn)了“合適的馬拉合適的車”。
⑦也正是上述啟動方式的優(yōu)點，可以做到“磁浮式”鋼球磨煤機的罐體在工作中“懸浮”在空中做轉(zhuǎn)動。實現(xiàn)了“無磨擦運行”。而在磨煤機停機和在檢修狀態(tài)下，罐體將不處于“懸浮”狀態(tài)，而是處于靜止狀態(tài)。在由“懸浮”工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變到靜止狀態(tài)的過渡時間內(nèi)，整個罐體將由兩端的半U型軸承座“接住”。兩端半U型軸承座的高度可調(diào)整、可控制。當罐體正?！皯腋　惫ぷ鲿r，軸承處最低位置“放手”讓罐體“懸浮”。當系統(tǒng)接到“停機”命令前，控制系統(tǒng)讓軸承座“升高”，從而接住罐體后，系統(tǒng)再逐漸停止。啟動時，程序相反，系統(tǒng)啟動時，軸承座的高度處于高位，當罐體正常工作“懸浮”時，軸承座高度降低，撤回到低位。實現(xiàn)了軸承座和“懸浮”之間的“交接工作”。(圖6)⑧“磁浮式”鋼球磨煤機本身造成了一個強磁場環(huán)境。要做一個特殊的罩將整個設備罩住，對磁場加以屏蔽。使罩外的磁場環(huán)境為正常的地球磁場環(huán)境。對該屏蔽罩的制做時再考慮增加一些吸收噪音和隔音的措施，將會使磨煤機罩外部變得非?！鞍察o”。
⑨對“磁浮式”鋼球磨煤機的啟動、停止、調(diào)速、正常運行、參數(shù)顯示、儀表、電氣系統(tǒng)的控制編制軟件程序，可實現(xiàn)電腦對磨煤機的單控和聯(lián)控。


圖1中各指向線所示指向物為①煤入口②軸承③磨煤機罐體④波浪瓦⑤大齒圈⑥小齒輪軸承⑦小齒輪⑧煤粉出口⑨減速機⑩電動機。當電動機中通入三相交流電以后，電動機開始旋轉(zhuǎn)，通過減速機減速，由小齒輪帶動磨煤機大齒圈使磨煤機罐體以最佳轉(zhuǎn)數(shù)nk轉(zhuǎn)動。nk是使磨煤機獲得最大出力的轉(zhuǎn)數(shù)。在這個轉(zhuǎn)數(shù)下，罐體內(nèi)鋼球下落高度最高，單位時間磨出的煤粉最多。
圖2中各指向線所示指向物為①煤入口②半U型液壓可升降軸承座③滾針軸承④磨煤機罐體⑤懸浮及軸向徑向定位磁體安裝處園柱部分⑥電磁啟動運行及調(diào)速線圈安裝處半U型底座⑦懸浮及軸向，徑向定位電磁線圈安裝處半U型底座。⑧半U型液壓可升降軸承座⑨煤粉出口。
新式鋼球磨煤機和老式鋼球磨煤機的不同之處就在于①它用新的“磁浮定位”系統(tǒng)取代了老式的軸承②它用電磁推進系統(tǒng)取代了老式磨煤機的電動機，減速機，小齒輪及大齒圈③它使用新的液壓可升降半U型軸承座實現(xiàn)了“磁浮式”鋼球磨煤機工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程的中間交接。(詳細說明見圖6的介紹)圖3中各指向線所指向物為①煤入口②⑥罐體軸承③罐體④罐體園柱表面上配置的永磁體(即“軌道”)⑤安裝電磁推進系統(tǒng)的半U型底座⑦煤粉出口，保留老式鋼球磨煤機罐體和軸承的聯(lián)結方式，棄掉老式鋼球磨煤機的齒輪傳動系統(tǒng)并以新的電磁推進系統(tǒng)取而代之即克服了老式磨煤機的主要蔽端，抓住了主要矛盾，降低了商業(yè)風險，使“磁浮式”鋼球磨煤機的實現(xiàn)邁出了穩(wěn)妥的第一步！圖4是電磁推進系統(tǒng)作用力示意圖。將罐體沿其軸線剖開，展開在一個平面上，布置在園柱面上的永磁體也被展開在同一平面上。將半U型底座上的電磁驅(qū)動線圈也展開在同一平面上。將固定在半U型底座上的電磁推進線圈通入三相交流電，則在線圈內(nèi)產(chǎn)生移動磁場，此移動磁場必將對固定于磨煤機罐體園柱表面上的永磁體產(chǎn)生推動力。將線圈固定不動，安裝在半U型底座上，原靜止不動的永磁體必然在電磁力的推動下沿圖示簡箭頭方向運動，從而使磨煤機罐體轉(zhuǎn)動起來，此時，通過改變通入線圈的三相交流電的電流強度及頻率就可以改變移動磁場的速度即可實現(xiàn)對罐體運動的調(diào)速。
在這里，半U型底座相當于“磁懸浮”列車的“列車”，而固定于罐體園柱表面的永磁體相當于“磁懸浮”列車的“軌道”“磁浮列車”是軌道靜止，列車沿軌道運動，而這里是讓“列車”靜止，而“軌道”運動。
圖5是“磁浮式”鋼球磨煤機罐體受力簡圖。作用于磨煤機罐體兩端部的園柱表面上的徑向力f來自于半U型底座電磁體，多個徑向力∑f的綜合作用效果即實現(xiàn)了對罐體的徑向定位，如圖5中的下部圖所示。
作用于磨煤機罐體兩端部的園柱表面上的軸向力P來自于半U型底座電磁體，多個軸向力∑p綜合作用效果即防止了罐體做軸向的竄動，實現(xiàn)了對罐體軸向定位。
圖6是“磁浮式”鋼球磨煤機工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，半U型軸承座和“磁浮系統(tǒng)”工作“交接”示意圖。
圖6中的(1)圖所示狀態(tài)為靜止狀態(tài)。在此狀態(tài)下，“磁浮”系統(tǒng)不工作，電磁推進系統(tǒng)也不工作，即M＝0，n＝0.
(2)圖所示狀態(tài)為磨煤機啟動狀態(tài)，在此狀態(tài)下①磁浮系統(tǒng)開始工作，電磁推進系統(tǒng)也開始工作，(尚未正常，逐漸正常)電磁力f產(chǎn)生，∑f將產(chǎn)生懸浮和徑向定位的綜合效果，罐體開始懸浮一定的高度，經(jīng)過一段時間后，達到正常的工作懸浮狀態(tài)。②外力矩M(M＞0)加到罐體上，此外力矩M由電磁推進系統(tǒng)提供，可調(diào)整可控制，在M的作用下，罐體開始轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)數(shù)0＜n＜nk(3)圖所示的狀態(tài)為正常工作狀態(tài)。在此狀態(tài)下①轉(zhuǎn)速n＝nk，M＝Mk②“磁懸浮”系統(tǒng)已正常工作∑f將產(chǎn)生懸浮和徑向定位的綜合效果。③半U型軸承座下降一個高度，和磨煤機罐體兩端的滾針軸承完全脫離，放手讓罐體“懸浮”。
(4)圖所示的狀態(tài)是一種準備狀態(tài)，或者說是一種過渡狀態(tài)。當需要將磨煤機停止運行時(此時，仍然是正常工作狀態(tài)，M＝Mk，n＝nk)在停機之前，①先將半U型軸承座上升，“接”住磨煤機罐體兩端的滾針軸承。②待到半U型軸承座的“接”住工作已處于正確的狀態(tài)下時，可進一步下達“停機”的命令。
(5)圖所示所顯示的狀態(tài)即為下達“停機”命令前那一時刻的狀態(tài)。在此狀態(tài)再過Δt時間停機開始，停機過程也是一個漸變過程，在這個過程中∑f→0(逐漸減少，趨于零)；外力矩M＝0(撤外力矩)(從正常轉(zhuǎn)速nk降下來并趨于零)0＜n＜nk；n→0，則進入到圖(6)所示的狀態(tài)中。
又經(jīng)過一段時間Δt后，則完全進入到圖(1)所示的狀態(tài)中，完全靜止下來了。圖6所示的狀態(tài)就是“磁浮式”鋼球磨煤機一個完整的從靜止狀態(tài)→啟動→正常工作→停機→靜止狀態(tài)的一個循環(huán)過程。
具體實施例方式
在傳統(tǒng)鋼球磨煤機的諸多蔽端中，還是以該磨煤系統(tǒng)起動時間短，起動力矩大，起動電流大，對電氣系統(tǒng)沖擊大和不可以頻繁啟動、停機為最主要蔽端，所以實現(xiàn)“磁浮式”鋼球磨煤機的設想，應該或者是說必須分兩步走，而不能一步到位。
第一步保留傳統(tǒng)鋼球磨煤機罐體兩端的軸承，將電動機、齒輪減速機、輸出小齒輪，磨煤機大齒圈淘汰。也即是說第一步不搞“磁浮式”，而是依據(jù)直線電機推進原理實現(xiàn)對老式磨煤機的電磁起動、停止、運行和調(diào)速.如圖3。
第二步在努力實現(xiàn)第一步設想的同時，努力開展第二步設想的課題攻關、實驗。(比如磁懸浮系統(tǒng)的磁場的形態(tài)；單點磁懸浮可支持的最大重量；懸浮重量和消耗電能的關系等)。在第一步設想取得完全成功之后，第二步的科學實驗也取得了預期的成果，此時再過渡到第二步，實現(xiàn)完全的“磁浮式”。
在從第一步向第二部過渡的期間，從實現(xiàn)第一步設想的技術設計的同時在考慮，為實現(xiàn)第二步設想留有技術改造的余地和空間。
目前，我國的“磁懸浮列車”技術已處于逐漸成熟階段，“強磁場”技術，“直線電機推進技術”在應用上還不普遍，在很多行業(yè)中還是空白，我們還是處在由“必然王國”向“自由王國”轉(zhuǎn)變的開始階段，只要我們遵照科學態(tài)度，膽大心細，勇于實踐，與時俱進，理想就會在我們的手中變?yōu)楝F(xiàn)實。
權利要求
“磁浮式”鋼球磨煤機依據(jù)“磁場”和“磁場”之間的相互作用的原理來完成如下功能①使磨煤機罐體懸浮于半U型底座之上的功能(取代了傳統(tǒng)磨煤機的軸承)。②使磨煤機罐體在懸浮的同時繞自身的軸線做定軸轉(zhuǎn)動的功能(取代了傳統(tǒng)磨煉機的電動機和齒輪傳動系統(tǒng))。本發(fā)明提出如下獨立
權利要求
一、獨立
權利要求
依據(jù)“直線電機推進原理”，對鋼球磨煤機罐體的起動，停止運行及調(diào)速方式。(一)、前序部分“磁浮式”鋼球磨煤機的“懸浮技術”、“推進技術”與“磁懸浮列車”的“懸浮技術”、“推進技術”最為接近。是“磁懸浮、推進技術”在鋼球磨煤機上的具體應用。磁懸浮列車的懸浮方式有兩種，一種是排斥式；一種是吸引式，其推進原理是直線電機推進原理?！按鸥∈健变撉蚰ッ簷C的懸浮原理是“排斥式”，其推進原理也是“直線電機推進原理”。(二)、特征部分“磁浮式”鋼球磨煤機有區(qū)別于“磁懸浮列車”。其特征是“磁懸浮”列車上安裝驅(qū)動線圈，列車運動，而軌道靜止。而“磁浮式”鋼球磨煤機是把“軌道”布置在磨煤機罐體圓柱的外表面上，把驅(qū)動線圈布置在半U型底座上，讓“列車”(半U型底座)靜止，而讓“軌道”(罐體)運動，這是運動的相對性的一種體現(xiàn)。本發(fā)明提出如下從屬
權利要求
一、從屬
權利要求
“磁浮式”鋼球磨煤機園柱型罐體在半U型底座上。依據(jù)“同性磁極相互排斥”的原理，上、下、左、右、前、后六個方向的定位方式(如圖5)。(一)、引用部分引自“獨立權利要求”對鋼球磨煤機罐體的起動，運行及調(diào)速方式。(二)、限定部分“磁懸浮列車”是依據(jù)磁極之間的作用力實現(xiàn)上、下、左、右、四個方向的定位。而“磁浮式”鋼球磨煤機和罐體是依據(jù)同性磁極相互排斥的原理實現(xiàn)上、下、左、右、前、后六個方向的定位。多兩個方向定位，是一種附加技術特征。二、從屬
權利要求
半U型軸承座的支承狀態(tài)和“磁懸浮”工作狀態(tài)的工作“交接”方式。(一)、引用部分引自“獨立權利要求”；對鋼球磨煤機罐體的起動停止運行及調(diào)速方式。(二)、限定部分“磁浮式”鋼球磨煤機有四種工作狀態(tài)①完全靜止狀態(tài)。②從靜止狀態(tài)到正常工作狀態(tài)之間的過渡狀態(tài)。③正常的工作狀態(tài)。④從正常的工作狀態(tài)到靜止狀態(tài)之間的過渡狀態(tài)。磨煤機罐體兩端的半U型軸承座的支承高度是可升可降可調(diào)整的。在鋼球磨煤機處于第一種靜止狀態(tài)到正常工作狀態(tài)的過渡狀態(tài)之中時。其半U型軸承座工作，支承罐體的重量，提供一個高度，這個高度保證磨煤機罐體正常工作時的懸浮間隙。當?shù)谝环N過渡狀態(tài)結束，磨煤機進入第二種正常工作狀態(tài)時，半U型軸承座下降高度脫離磨煤機罐體，把對罐體的支承工作“交給”半U型底座上的“磁懸浮”系統(tǒng)。當需要對鋼球磨煤機停機時，磨煤機將處于從正常的工作狀態(tài)向靜止狀態(tài)過渡的第四種過渡狀態(tài)之中，此時須將半U型軸承座的高度升起一個高度，半U型軸承座將從半U型底座的“磁懸浮”“手中”接過對磨煤機罐體的支承工作。直到靜止狀態(tài)出現(xiàn)。當磨煤機處于完全的靜止狀態(tài)中時，半U型軸承依然支承著磨煤機罐體的全部重量，使之和半U型底座之間脫離接觸保持一定的間隙，直到下次起動狀態(tài)的到來。在這里半U型軸承座和半U型底座磁懸浮系統(tǒng)間的工作“交接”方式是“磁浮式”鋼球磨煤機的附加的技術特征。
全文摘要
一種新型鋼球磨煤機由底座、軸承、滾筒、波浪瓦及鋼球等構成。依據(jù)“同性磁極相排斥”的原理，其“磁懸浮”系統(tǒng)使磨煤機罐體“懸浮”于底座之上，姿態(tài)穩(wěn)定且動態(tài)定位。依據(jù)“異性磁極互相吸引，同性磁極互相排斥”的原理，推進系統(tǒng)使罐體旋轉(zhuǎn)起來。在推進系統(tǒng)啟動磨煤機時，啟動電流增長平穩(wěn)、均勻；對電氣系統(tǒng)無沖擊。從根本上克服了傳統(tǒng)鋼球磨煤機啟動時間短、啟動電流大，對電氣系統(tǒng)沖擊大的蔽端。實現(xiàn)了真正意義上的“軟”啟動。此種鋼球磨煤機可頻繁起動、停止。和傳統(tǒng)老式鋼磨煤機相比，其最大的優(yōu)點在于它更“安全、環(huán)保、節(jié)能”，啟動、停止、運行及調(diào)速“相對自如、隨意”。是鋼球磨煤機的換代產(chǎn)品。
文檔編號B02C17/00GK1485139SQ0315277
公開日2004年3月31日 申請日期2003年8月19日 優(yōu)先權日2003年8月19日
發(fā)明者李家春 申請人:李家春, 李恒謙