永磁調(diào)速節(jié)能技術(shù)在中繼水泵上的應(yīng)用

李建杰 張 雨 王琪華

1河北華電石家莊熱電有限公司 石家莊 050041 2南京艾凌節(jié)能技術(shù)有限公司 南京 210000

0 引言

電廠中繼水泵系統(tǒng)由于水泵設(shè)計(jì)余量大，且一般為工頻運(yùn)行，節(jié)流損失大，能耗高。為提高水泵的運(yùn)行效率，需對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速。永磁調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等離心式負(fù)載進(jìn)行調(diào)速節(jié)能的突破性技術(shù)。相比于變頻調(diào)速，永磁調(diào)速具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、隔離振動(dòng)、安裝方便、無諧波污染、可靠性高、環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)。尤其是永磁調(diào)速在轉(zhuǎn)速較低的情況下不會(huì)造成電機(jī)發(fā)熱，使其更適合作為風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的節(jié)能調(diào)速裝置。目前永磁調(diào)速已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力、石化、鋼鐵等領(lǐng)域，取得了較好的收益。

石家莊熱電廠中繼水泵現(xiàn)場(chǎng)一共3臺(tái)，采用母管制。給水系統(tǒng)流量會(huì)隨著鍋爐負(fù)荷的變化而變化。中繼水泵主要是為提升壓力而存在。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行單臺(tái)泵最低需求75m3/h，最高需求200m3/h。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，對(duì)22#C中其中一臺(tái)繼水泵中進(jìn)行永磁調(diào)速改造。電機(jī)與水泵通過聯(lián)軸器連接，運(yùn)行參數(shù)見表1。所用中繼水泵額定流量為200m3/h，揚(yáng)程185m，配套電機(jī)功率為185kW，電壓380V，額定電流334A，轉(zhuǎn)速1480rpm。

1 永磁調(diào)速器

1.1 結(jié)構(gòu)原理

永磁調(diào)速器機(jī)械部分主要由導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)三部分組成，安裝與電機(jī)和負(fù)載之間，系統(tǒng)如圖1所示。導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與電機(jī)通過法蘭、脹套進(jìn)行連接，并保持與電機(jī)轉(zhuǎn)速一致；永磁轉(zhuǎn)子安裝于導(dǎo)體轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)，與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子同心，兩者通過均勻的氣隙分開。在系統(tǒng)不工作時(shí)，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子可以獨(dú)立旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)后，電機(jī)軸帶動(dòng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，交變磁場(chǎng)在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的銅環(huán)上產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)與永磁轉(zhuǎn)子的永磁場(chǎng)相互作用，使得永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子以相同的旋向旋轉(zhuǎn)。永磁轉(zhuǎn)子通過扭矩盤將扭矩傳遞給永磁調(diào)速器的主軸。主軸與負(fù)載軸通過聯(lián)軸器連接，從而帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。

表1 改造前運(yùn)行參數(shù)計(jì)算

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，從而改變兩者的嚙合面積，傳遞扭矩的大小與嚙合面積的大小有關(guān)，嚙合面積越大，永磁調(diào)速器傳遞的扭矩和相應(yīng)的轉(zhuǎn)速越大，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

圖1 永磁調(diào)速器系統(tǒng)組成

1.2 控制原理

永磁調(diào)速控制系統(tǒng)由永磁調(diào)速器本體、電動(dòng)執(zhí)行器、溫度傳感器、控制信號(hào)源、控制中心等設(shè)備集成。電動(dòng)執(zhí)行器接受控制中心（DCS或PLC）的控制信號(hào)，根據(jù)控制信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間的嚙合面積，改變負(fù)載轉(zhuǎn)速，并將結(jié)果反饋給控制中心。控制信號(hào)源一般為工藝需要的控制對(duì)象，對(duì)于泵系統(tǒng)而言是管網(wǎng)壓力、流量、或者液位，而對(duì)于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)則是爐膛壓力、含氧量等其它工藝需要的一些參數(shù)，也可以根據(jù)用戶具體需要設(shè)定其他參數(shù)值。

圖2 熱網(wǎng)中繼水泵永磁調(diào)速應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)

2 改造效果分析

2.1 改造后運(yùn)行情況

根據(jù)負(fù)載參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，選用自冷型永磁調(diào)速器。22#C中繼水泵3#泵改造后現(xiàn)場(chǎng)照片如圖2所示。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試永磁調(diào)速器時(shí)記錄的參數(shù)見表2。由于鍋爐系統(tǒng)正在運(yùn)行，出于安全考慮，調(diào)節(jié)閥未完全打開。通過調(diào)節(jié)永磁調(diào)速器的開度，就可以改變水泵的流量。永磁調(diào)速器具有較好的調(diào)節(jié)線性度，能夠很好的滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的控制需求。

2.2 節(jié)能情況

對(duì)比相同的工況、負(fù)荷等情況下永磁調(diào)速改造前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以計(jì)算出節(jié)電率，見表3。根據(jù)表1、表2、表3數(shù)據(jù)可以看出，出口閥門開度影響節(jié)電率。當(dāng)流量一致時(shí)，永磁開度越小，閥門開度越大，節(jié)電率越高；反之節(jié)電率越小。該中繼泵以除氧器水位高度作為控制參數(shù)，原來調(diào)節(jié)閥前存在1.2MPa低壓力報(bào)警，必須保證母管壓力只達(dá)到1.2MPa。而采用永磁調(diào)速器調(diào)節(jié)后，母管壓力會(huì)隨著轉(zhuǎn)速下降而下降，低于1.2MPa時(shí)，調(diào)節(jié)閥需減小開度，導(dǎo)致永磁調(diào)速器無法將流量繼續(xù)往下調(diào)節(jié)。用戶可將母管壓力低報(bào)值降低至安全運(yùn)行的最小值，保證永磁調(diào)速器的節(jié)能效果的最大化。

表2 永磁調(diào)速器現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試數(shù)據(jù)

表3 節(jié)電率計(jì)算

2.3 振動(dòng)情況

表4是22#C中繼水泵3#泵系統(tǒng)改造后水平（X）、垂直（Y）和軸向（Z）的振幅。由于采用永磁調(diào)速后，電機(jī)和中繼水泵之間的硬連接改為永磁調(diào)速器這種非接觸性連接，將原來的一個(gè)長軸系統(tǒng)變成了兩個(gè)非硬連接的短軸系統(tǒng),使得中繼水泵與電機(jī)的振動(dòng)不會(huì)互相影響，同時(shí)可以減小長軸系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)的放大效應(yīng)，對(duì)密封件與軸承等元件的保護(hù)也很有幫助。

表4 振動(dòng)數(shù)據(jù)表 單位：μm

3 結(jié)論

采用套筒式永磁調(diào)速器對(duì)22#C中繼水泵3#泵進(jìn)行改造后，熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行情況穩(wěn)定，從2015年改造至今未出一次故障。系統(tǒng)通過永磁調(diào)速改造達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能與調(diào)速的目的。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，出于流量或壓力安全值考慮，需通過閥門及永磁同時(shí)調(diào)節(jié)以保證安全運(yùn)行。

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