限矩型永磁聯軸器在干式排渣系統中的開發與應用

華能國際電力股份有限公司大連電廠 趙 宏 江曉然 馬寶林

隨著碳中和碳達峰目標的提出，近年來燃煤發電機組面臨著更大的挑戰，亟須解決電廠存在的難點問題。

自2016年啟動煤炭化解過剩產能工作以來，燃煤機組面臨摻燒經濟煤種的現狀，鍋爐燃燒不充分，經常產生大焦塊、大渣塊，對干式排渣系統及下游設備損傷嚴重。

干式排渣技術目前在電廠廣泛應用，其技術特點：無水資源浪費、設備安全可靠、維護量小、爐渣利用率高、技能環保等，隨著摻燒情況加劇，干式排渣技術弊端也逐漸明顯，并且伴隨著較大安全隱患。

1 大連電廠干式排渣系統介紹

大連電廠鍋爐底渣處理采用干式排渣系統，干渣機現采用液力耦合器連接方式，鋼帶輸渣出現卡咬過載時，液力耦合器通過泄油，斷開電機與減速機連接，保護干渣系統，若泄油不及時，電機與減速機直接過載損毀。且液力耦合器故障率高，頻繁出現漏油的現象污染環境，輸送熱渣溫度高，存在易燃的風險。

為減少設備故障與維護檢修成本，消除安全隱患，擬采用非接觸的限矩型永磁聯軸器替換原液力耦合器，鋼帶出現卡咬過載時，即達到設定的最大扭矩，永磁聯軸器自動脫開，電機空載，保護電機減速機，故障處理完畢后，電機啟動，自動吸附，到額定出力，帶載啟動，大大降低了檢修難度，縮短排渣系統故障恢復時間。本文探索如何通過干渣機電機過載自動脫開，減少大顆粒熱渣對排渣系統設備損傷，有效保障設備正常運行，并提高干式排渣系統使用壽命以及提高產能，確保火電廠發電機組的正常運行。

2 限矩型永磁聯軸器介紹

2.1 產品介紹

限矩型聯軸器外形及結構如圖1所示，由ABBA雙盤式對稱結構構成，其中外側與電機連接的為雙導體盤，內部與減速機連接的為雙永磁體盤，導體盤與永磁體盤存在一定的空氣間隙（3.3～25mm），使電機與負載完全分隔為兩個獨立設備運行。

圖1 限矩型永磁聯軸器

電機啟動時，與電機連接的導體盤很快達到電機的額定轉速，導體盤與永磁體盤存在相對運動，產生互感磁場，拉動盤體之間的間隙逐漸變小，最終達到額定轉速，一般1～2s左右達到滿出力。最終實現負載定速轉動，實現扭矩的空中傳遞。

當干渣機的扭矩發生周期性變化的時候，導體盤和永磁體盤這兩個轉體之間的間隙可以在一定間隙之間變動（3.3～6mm），從而實現周期性變化的扭矩傳遞。當干渣機鋼帶發生卡咬扭矩增加情況時，超過聯軸器設計的最大扭矩，聯軸器自動脫開，空氣間隙瞬間被拉開，間隙拉開到25mm，減小了導體盤與永磁體盤之間的相互作用力，降低傳遞扭矩，使與導體盤連接的電機空轉，電機與減速機均得到完全保護。限矩型聯軸器適用于具有較高啟動慣性扭矩的負載、脈沖負載、周期性振動負載和需要限定負載最大扭矩而保護電機的場合。

這種工作性質，實際上延遲了過載的扭矩與電機之間的傳遞，所以稱其為限矩型永磁聯軸器。在發生過載或卡死情況下，電機本體監測保護會在幾秒內關閉電機，短時間對電機不會有任何損傷。所以適用于像皮帶運輸機系統，類似對柔性啟動要求高和負載周期性變化的場合[1]。

2.2 產品特點

一是節電。運行電流降低約3%～5%。

二是降耗。限矩型聯軸器屬于免維護產品，無備件更換，同時斷開電機與負載剛性連接，降低電機與負載備件費用，整體經濟效益極高。

三是解決了干渣機系統因振動造成的相關問題，大大降低了系統的故障率，避免因振動引起的設備故障及軸承壽命短等問題。

四是卡咬、過載保護，提高了整個干式排渣系統的可靠性。由于斷開了電機與減速機之間的剛性連接，當排渣系統過載或者卡咬時，限矩型聯軸器可自動將電機對減速機的力矩傳遞完全斷開，此時電機空載運行負載停轉，可以完全消除設備因過載而導致的系統損害和巨大損失，并且避免了因液力耦合器卸油帶來的起火風險，使現場更安全。

五是設備安裝簡單。可容忍較大的安裝對中誤差，最大偏差可達1mm，且沒有傳動效率的損失，縮電機或減速機故障的恢復時間。

六是限矩型聯軸器完全斷開電機與減速機連接，沒有機械剛性聯結，使現場分隔為兩個獨立故障點，查找判斷和隔離故障非常容易。

七是限矩型聯軸器對電網不會產生諧波、電磁干擾設備防護罩外檢測不到任何磁性。

八是可靠性高，使用壽命長，設計壽命達25年。

2.3 實際應用效果

2.3.1 山東棗礦集團蔣莊礦井下輸煤皮帶機

永磁型號：MGTL22/450；額定功率：160kW；額定轉速：1485r/min；應用時間：2008年；數量：4臺。

改造前：原為液力耦合器傳動方式，由于減速機振動加大，液力耦合器重量大，減速機的軸承、密閉線圈加速磨損導致故障，影響生產。

改造后：一是隔離振動，延長減速機和電機軸承、密封圈使用壽命；二是緩沖啟動，降低啟動電流，電機重載啟動時，系統壓降小；三是自動平衡負載，解決了多機傳動時負載分配不均問題；四是免維護，降低系統維護量和維護費用；五是安裝時間，2008年運行至2017年，無任何維護，運行良好。

圖2

2.3.2 四川利森建材集團（水泥行業提升機、取料機）

項目名稱：四川利森建材提升機、取料機；應用時間：2017年開始，現已經安裝12臺設備；主要解決用戶的問題：解決振動問題，設備經常過載、設備維護率大等問題；負載：提升機、取料機。

圖3 永磁型號：MGTL18/300入庫提升機（160kW,1480rpm）

圖4 永磁型號：MGTL18/250入窯提升機（160kW,1480rpm）

圖5 永磁型號：MGTL16/200石灰石取料機（90kW,1480rpm）

圖6 永磁型號：MGTL16/250窯斗提升機（110kW,1480rpm）

3 大連電廠干式排渣系統限矩型永磁聯軸器設計及運行情況

華能大連電廠原有一級碎渣機與電機之間以液力耦合器連接，依靠耦合器內的油來傳遞電機扭矩。當過載時，溫度升高，液力耦合器易熔塞熔爆，耦合器內的油溢出，實現碎渣機與電機的脫開。由于作業環境中時常出現粉塵，造成耦合器內的軸承磨損嚴重，使耦合器故障率高，增加了備件消耗，也為維保人員的維護增加了工作量。耦合器一旦發生故障需要將干渣外排，使現場環境遭受污染。且過載時情況差異，導致偶爾會發生易熔塞未熔爆，電機振動過大地腳螺栓斷裂、電機飛出的嚴重后果。過載時造成現場滿是油污，增加了現場火災風險。

為減少設備故障與維護檢修成本，消除安全隱患，對現有一級碎渣機進行電機過載自動保護優化改造，采用非接觸的限矩型永磁聯軸器替換原液力耦合器。一級碎渣機出現卡咬過載時，即達到設定的最大扭矩，永磁聯軸器自動脫開，電機空載，保護電機減速機，故障處理完畢后，電機啟動，自動吸附，到額定出力，帶載啟動，大大降低了檢修難度，縮短排渣系統故障恢復時間。

表1 一級碎渣機參數表

圖7 改造后現場圖

限矩型永磁聯軸器在電廠干式排渣系統應用后，展現出液力耦合器的優越性。優勢如下：一是設備運行的安全穩定性得到了顯著提升。限矩型永磁聯軸器本身故障率低，運行穩定，過載時能夠實現電機與碎渣機的自動脫開，排除障礙后可立即恢復運行。無需介質油也大大降低了現場火災的風險，提升了設備運行安全性。

二是降低了現場環境污染的可能性[2]。減少了干渣外排，過載時不再產生大量油污，為現場的環境保護做出了貢獻。三是降低了維護成本。現場粉塵對永磁聯軸器幾乎沒有磨損的影響，日常維護便捷，更無需清理現場油污，減少了維護的工作量。目前，限矩型永磁聯軸器運行穩定，也提升了整套干渣系統的安全可靠性。

4 結論

通過對釹鐵硼永磁體特性的開發利用，實現扭矩的空中傳遞，通過空氣間隙傳遞扭矩，完全斷開干渣機減速機與電機。電機端連接導體盤，減速機端連接永磁體盤，電機啟動，帶動導體盤旋轉，相對永磁體盤運動，切割磁力線，在導體盤內產生感應磁場，產生相互的吸引，拉近永磁體盤，達到最小間隙，逐步帶動永磁體盤旋轉至額定轉速，鋼帶過載時，扭矩增大，減速機與永磁體盤轉速降低，永磁體盤與導體盤相互作用力降低，永磁體盤遠離導體盤，達到最大間隙，電機空載。通過調整永磁體盤與導體盤最小間隙大小，可調整過載脫開扭矩，適用于各種燃煤工況。