電廠工業水泵永磁調速改造分析

周 陽，王 穎，商麗娜

(國電諫壁發電廠，江蘇 鎮江 212006)

0 引言

眾所周知，在電廠生產過程中，水泵是按照最大負載進行設計和安裝的，但水泵最大負載運行僅僅是生產中的某段時間，其余時間水泵是利用閥門調節出水量的。由于閥門調節方式僅改變了通道的通流阻力，而對電動機的輸出功率改變較小，所以浪費了大量的能源。

為了響應國家節能減排的政策，某電廠對工業水泵進行了永磁調速改造，大大降低了能耗，同時提高了系統的穩定性。

1 設備概況

該電廠11號工業水泵的性能參數為：設計流量280 t/h，揚程63 m，配套380 V電機功率為75 kW，轉速2 980 r/min，額定電流139．9 A，連接方式為剛性直連。原運行方式通過回流閥門將系統壓力控制在0．52 MPa，水泵電機電流在100—120 A波動。

本次針對11號工業水泵進行節能改造。

2 永磁調速器的工作原理及技術特點

2.1 永磁調速器的工作原理

永磁調速器是通過導體和永磁體之間的電磁作用，以實現電動機與負載轉矩傳輸的裝置，可實現電動機和負載間無機械連接的傳動。其工作原理是當兩者之間相對運動時，導體組件切割磁力線，在導體中產生渦流，進而產生感應磁場，與永磁體的磁場交互作用，從而實現扭矩傳遞。調速機構在運行過程中可通過調節永磁組件和導體組件的相對位置，改變2者之間耦合的有效部分，來改變2者之間傳遞的扭矩。

永磁調速器的主要結構部件為：永磁轉子組件(連接于負載側)；導體轉子組件(連接于電機側)；調速機構。其結構示意如圖1所示。使用永磁調速器能實現電動機和負載之間無接觸式連接，能有效解決旋轉負載系統的中軟啟動、調速節能、減振等問題。

圖1 永磁調速器的結構示意

2.2 永磁調速器的技術特點

(1) 純機械構造，不用電、無接觸、無摩擦，長壽命周期。相較于變頻器、斬波內饋調速設備、液力耦合器等其他調速節能設備，永磁調速器結構最為簡單，安全性高，運行中無摩擦、隔離振動，壽命可長達30年。

(2) 簡單、可靠、高效。永磁調速器是通過調節扭矩來實現負載速度控制的，可以根據負載實際運行過程中扭矩的大小來調整電機輸出端扭矩。負載要求扭矩小，電機輸出扭矩小，相應輸出功率也變小。

永磁調速器可以通過調節導體轉子和永磁轉子之間的耦合面積來改變電機與負載之間的轉速差，從而實現調速節能的目的。它可在電機轉速不變的情況下，調節水泵的轉速，從而使管網的流量發生變化，來滿足實際工況的需要。

在全速運轉時，永磁調速器的工作效率在97 %左右，在水泵系統中其節能率通常為10 %—50 %。考慮到變頻器的散熱能量損失，在很多情況下，永磁調速器的節能效率要高于變頻器。同時，永磁調速器相對于其他調速裝置的優點不僅限于節能，在提高生產能力、延長設備壽命、降低維修率以及減少運行維護費用方面的作用也很明顯，因此值得選用。

3 水泵永磁調速器安裝調試步驟

11號工業水泵永磁調速器部件如圖2所示。

圖2 永磁調速器部件結構示意

3.1 安裝法蘭

在電機和負載軸上緊固脹套和法蘭，步驟如下：

(1) 安裝法蘭連接螺栓；

(2) 將脹套安裝到法蘭上；

(3) 將法蘭滑入軸上，直至軸端與法蘭端平齊；

(4) 緊固脹套的卡扣，直至法蘭不能用手扳動對軸旋轉；

(5) 將千分表放置在法蘭上，測量并調整徑向的表面跳動，使每個表面的總測量跳動必須小于0．03 mm。

3.2 安裝導體轉子組件

將導體轉子安裝到電機法蘭上，首先支撐導體轉子與電機法蘭對準，然后用連接螺栓將其緊固到導體轉子上。用非金屬吊索來支撐導體轉子，能使安裝過程更容易實現。

3.3 安裝磁轉子組件

使用正確的提升設備，使磁轉子中心軸邊緣與法蘭邊緣匹配。

將千分表放在磁轉子軸的端頭上，獲取千分表讀數，以確保軸端總測量跳動小于0．08 mm。

3.4 安裝執行器組件

安裝的執行器組件必須要中心對準永磁體，可通過用電機地基上的頂移螺釘，在電機安裝處用墊片墊高等方法，朝向或背離負載移動電機以對準，然后緊固所有電機安裝螺栓。

安裝好的執行器如圖3所示。

圖3 安裝好的執行器

永磁改造后的工業水泵正面實景、側面實景如圖4、圖5所示。

圖4 11號工業水泵永磁改造后的正面實景

圖5 11號工業水泵永磁改造后的側面實景

4 改造后的系統性能測試

在永磁調節器安裝后，對系統性能進行測試，水泵各種信息參數統計如表1所示。由表1可知：經過各階段的系統調試，證明采用永磁調速器的節能效果明顯，經濟性較高。改造后系統壓力控制參數設定為0．52 MPa，水泵投入自動控制運行，執行器PI參數設為6，0．3。投入自動運行時，運行穩定，電機振動、負載振動滿足要求。

綜上所述，改造后，在系統壓力設為0．52 MPa下，該泵電流為75—90 A，改造效果顯著：

(1) 平均節能率在20 %—25 %；

(2) 啟動電流由原來的200 A，變為120 A，大大減輕了泵啟動時對系統的沖擊；

(3) 負載和電機實現了非接觸連接，振動值改造前為0．05 mm，改造后減小為0．02 mm。

5 結束語

永磁調速器具有可靠性高、少維護、無硬連接、隔離振動、能適應惡劣環境、價格低、投資回收期短、投資回報率高、使用壽命長等優點，可避免變頻器柜、電氣柜室等設備投資，節省柜內環境控制的投資及運行成本。永磁調速器故障點少、運行可靠，使維修費用及停爐損失的費用大幅降低。永磁調速器的使用壽命比高壓變頻、斬波內饋調速設備的使用壽命長3倍。

表1 系統調試參數統計

永磁調速器綠色節能環保，對環境無影響、無諧波、無污染；改造方便，不需要外接電器設備，只需微調基礎，不需要動地腳螺栓。該改造項目符合當前國家鼓勵發展的節能減排產業政策。

1 劉國華，王向東．永磁調速器在電廠灰漿泵系統中的應用及節能分析[J]．電力設備，2008，9(10)：34-36．