磁懸浮離心鼓風機在污水廠中的應用

杜志軍

（南京磁谷科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

0 前言

近些年來，隨著我國經濟社會的可持續發展，各行業領域的生產工作逐漸將節能降耗理念的貫徹與落實放在了工作的首要位置。其中，污水廠為了實現節能降耗目標，從工藝生產流程以及設備應用類型等方面進行統籌規劃與合理部署，從多個方面實現污水廠節能降耗目標，減少以往的資源浪費以及能耗嚴重的問題與現象[1]。為了實現節能降耗的目標，污水廠方面主張利用新型機械設備實現對污水處理工藝的節能降耗處理。舉例來說，磁懸浮離心鼓風機的推廣與應用為我國污水處理廠節能降耗目標的順利實現提供了良好的技術保障。其原因是磁懸浮離心鼓風機在一定程度上結合了智能化監測控制技術以及高速永磁同步電動機的優勢，有效減少了傳統風機設備運行過程中存在的能耗問題，具有重要的應用價值。

1 磁懸浮離心鼓風機在污水廠中的應用問題研究

1.1 應用原理分析

磁懸浮離心鼓風機采用一體化結構的方式實現鼓風機設備的高效運轉與應用（具體結構圖如圖1 所示）。一般來說，磁懸浮離心鼓風機在結構組成方面主要以高速電機、變頻器以及磁懸浮軸承為主。其中，電機出力軸與葉輪之間采取直連方式，省去了以往齒輪以及聯軸器中間的增速裝置步驟[2]。與此同時，磁懸浮離心鼓風機在變頻自動調節以及風量控制等方面可以發揮出良好功能優勢。舉例來說，磁懸浮離心鼓風機在變頻自動調節以及風量控制參數方面，主動結合智能化監測控制技術，實現了對相關參數數據的監控管理。在該過程中，磁懸浮離心鼓風機與任何機械都不需要接觸，同時也不需要潤滑油系統。

在標準配置方面，磁懸浮離心鼓風機主要以高速電機、變頻器、無油磁性軸承以及安全監控系統等構成。上述部件都統一集成在普通底座位置，一般不需要進行特殊固定。究其原因，主要是因為磁懸浮離心鼓風機在一定程度上結合了磁懸浮軸承功能即轉軸懸浮，內置的位置傳感器可以根據轉軸的位置信號變化，對當前鼓風機設備的運行狀態進行全面監控與管理[3]。并根據管理反饋信息，對磁懸浮軸承控制器（如圖2 所示）的電流情況進行安全控制。控制工作結束之后，結構內部可以將該控制電流輸入磁軸承當中，對轉子產生可控的吸力，進而實現轉軸懸浮過程。

在同步永磁電機功能原理方面，主要利用同步永磁電機的驅動轉軸旋轉功能，以變頻電源產生頻率可調的交變電流為功能原理，將交變電流輸入電機定子中，實現轉軸高速旋轉過程。風機功能主要以實現鼓風過程為主。在風機轉動過程中，轉軸可以隨著高速旋轉葉輪的動態變化而變化。一般來說，高速旋轉的葉輪會帶動周邊空氣，并將空氣從蝸殼進氣口吸入，在蝸殼導向與增壓的作用下，空氣會具備一定的流速特點以及壓力性特點。最后從蝸殼出氣口鼓出，完成風機鼓風過程。

圖1 懸磁浮離心鼓風機結構示意圖

1.2 內部結構分析

關于磁懸浮離心鼓風機內部結構，我們一般可以從高速離心葉輪、高速永磁同步電動機、磁懸浮軸承以及電機控制系統結構等4 個方面進行研究與分析：1） 在高速離心葉輪結構方面，主要采取三元流設計方法，促使磁懸浮離心鼓風機運行效率得以達到最大化標準。與此同時，在原材料的選擇上，主要對高強度鋁合金材料進行精密加工，保證葉輪工作點最高效率可以達到85%標準[4]。2）在高速永磁同步電動機結構方面，最高鉆速基本上可以達到42 000 rpm。究其原因，主要是因為永磁電動機主要采用磁懸浮軸承方式，在運行過程中可以發揮出無機械摩擦以及低噪聲等功能優勢，在提高電動機整體運行效率的同時，減少噪聲污染問題。3）在磁懸浮軸承結構方面，該結構主要利用可控的電磁吸力，促使轉軸保持穩定懸浮狀態。在旋轉過程中，轉軸基本上不會受到任何機械阻力的影響，因此在運作效率以及維護效率方面的表現較為良好。由于轉軸不會受到任何機械阻力的影響，因此磨損較少，具有較強的應用價值。4） 在電機控制系統結構方面，設計人員主要利用調節頻率的方法實現對永磁電機轉速問題的合理控制，以保證鼓風機流量達到預期要求。從以往的控制經驗來看，電機控制系統在應用過程中，能夠與磁懸浮控制系統以及整機控制系統合為一體，實現高質量、高效率運轉。

圖2 磁懸浮軸承示意圖

1.3 應用優勢分析

1.3.1 節能效益良好

與傳統機械設備不同，磁懸浮離心鼓風機在節能效益以及運行效益方面的表現較為良好。究其原因，主要是因為磁懸浮離心鼓風機在結構系統設計方面，主張利用自主設計的高效離心葉輪以及高效同步永磁電機的驅動方式，實現磁懸浮離心鼓風機的高效運行。與傳統的容積式羅茨風機相比，在節能效益方面基本上可以提高30%左右。而與傳統多級離心風機相比，在節能效率方面基本上可以提高20%左右[5]。

因此，磁懸浮離心鼓風機在節能效益與運行效果方面表現良好。與此同時，磁懸浮離心鼓風機在噪聲污染方面的表現要比其他風機設備好得多。原因是由于磁懸浮離心鼓風機主要采用先進的磁懸浮軸承系統，轉動部件與機械系統之間無接觸，因此不會產生任何機械摩擦，所產生的噪聲問題較少。

1.3.2 易于維護管理

磁懸浮離心鼓風機在核心技術方面，主要利用了磁懸浮軸承技術，減少了傳統風機設備所必需的油性軸承系統的使用，從真正意義上實現了無潤滑油、無機械保養的目標。結合污水廠應用反饋的情況來看，污水廠通過合理應用磁懸浮離心鼓風機，不僅有效降低了機械設備的維護成本，同時還有效提高了爆氣系統以及整個污水廠的運行安全水平，因此該設備具有重要的應用價值[6]。

除此之外，磁懸浮離心式鼓風機的質量和體積較小，在安裝作業期間不需要任何大型起吊設備，僅憑技術人員手工操作就可以完成。最重要的是，在日常維護管理過程中，工作人員只需要定期更換空氣過濾布即可達到良好的維護管養效果。

1.3.3 實現遠程監控目標

磁懸浮離心鼓風機采用遠程監控技術，初步實現了對運行狀態的全周期管理。設備系統可以利用遠程監控功能，對當前磁懸浮離心鼓風機的運行情況進行了解和掌握。一旦發現機械設備運行異常的問題，系統內部會及時發出警報提醒管理人員深入現場、解決問題[7]。除此之外，磁懸浮離心鼓風機采用遠程集中控制以及數據無線遠程傳輸功能，為污水廠風機設備的安全運行提供了良好的參數數據。工作人員可以根據技術參數數據的反饋情況，定位設備故障位置并采取針對性措施加以解決。

2 懸浮離心鼓風機在污水廠的應用實例分析

污水處理廠在一期工程風機設備的選擇方面，主要利用3 臺多級離心風機實現系統高效運轉過程。在二期工程風機設備的選擇方面，主要利用2 臺多級離心風機實現系統高效運轉過程。結合實際運行情況來看，多級離心風機雖然在一定程度上實現了高效運轉過程，但是由于其風機內部機械摩擦問題嚴重，因此經常會發出較大聲響，噪聲污染問題嚴重。同時，多級離心風機在維護管理方面存在一定難度，例如，多級離心風機在運轉過程中常常會因受到其他因素的干擾而出現故障隱患問題。現場作業人員在排查故障隱患問題時，由于缺乏智能控制技術作為依托，導致在故障問題定位以及處理方面只能憑借過往經驗。總體來看，利用多級離心風機進行運轉處理，無論是在運轉效率還是在運轉效益方面均未達到預期目標。為了及時解決這一問題，污水處理廠主張采用磁懸浮離心鼓風機取代多級離心風機的方式，提高污水處理廠風機設備的運轉效率。在正式處理過程中，現場作業人員將原來的多級離風機以備用風機形式進行合理應用，經過半年的運行處理，具體參數情況見表1。

從表1 中不難看出，經過改造處理后的鼓風機設備，無論是在節能減耗方面，還是在運行效率方面均得到了明顯加強。結合改造前后功率對比的情況來看，鼓風機年節約電量約為66 萬度電。該數字可以有效證明磁懸浮離心鼓風機對污水處理廠的重要意義。根據現場人員的反饋情況來看，磁懸浮離心鼓風機的推廣應用不僅減少了污水廠的運行管理費用，同時比多級風機的噪聲污染少得多。經過半年的運行處理之后，磁懸浮離心式鼓風機在風量方面得到了明顯提高，可以有效幫助污水處理廠加速處理日常工藝流程。除此之外，污水處理廠采用的磁懸浮鼓風機的體積較小，同時自動化程度較高，可以為污水處理廠節能降耗改造目標的順利實現提供良好保障。鑒于磁懸浮離心式鼓風機應用的重要性，建議國內污水處理廠在選擇風機設備使，應該優先選擇懸浮離心式鼓風機并對其合理應用，以保證可以提高污水處理的運行質量和運行效益。

表1 各類風機參數

3 磁懸浮離心鼓風機在污水廠的應用管理措施分析

雖然磁懸浮離心鼓風機可以為污水廠工藝流程提供良好的質量保障，但是這并不意味著磁懸浮離心鼓風機在日常應用中不需要任何維護與管理。工作人員應該按照磁懸浮離心鼓風機的應用原理以及應用流程，對磁懸浮離心鼓風機在污水廠中的應用問題進行統籌規劃與合理部署。與此同時，污水處理廠工作人員應該加強對磁懸浮離心鼓風機應用管理問題的重視。例如，在日常維護管理過程中，工作人員需要定期更換空氣過濾布，以保證可以達到良好的維護效果。

在該過程中，所選用的空氣過濾布必須滿足一定的質量標準后，才可以進行應用。除此之外，污水處理廠工作人員應該定期針對磁懸浮離心鼓風機智能監控系統反饋的數據信息內容，對當前磁懸浮離心鼓風機的運行狀態進行全面了解，主要根據磁懸浮離心鼓風機的運行狀態反饋數據，判斷當前磁懸浮離心鼓風機是否存在磨損問題，一旦發現隱患，必須即刻定位故障隱患位置，并根據故障問題的具體成因，采取針對性的措施進行預防。必要時，也可以結合智能化技術等新興技術，實現對磁懸浮離心式鼓風機設備運行狀態的全程監督，根據運行狀態反饋情況，確定合適的運行管理方案，避免對磁懸浮離心鼓風機的運行安全造成不利影響。

4 結論

總的來說，磁懸浮離心鼓風機的推廣與應用為我國污水處理廠的工藝流程發展提供了全新的技術支撐。從多個污水處理廠的應用反饋情況來看，在工藝生產過程中，通過合理地應用磁懸浮離心鼓風機，不僅減少了以往鼓風機設備的噪聲污染問題，同時還有效提升了鼓風機設備的運行效益與運行質量。最重要的是磁懸浮離心鼓風機在運行過程中不會因機械摩擦問題的影響而出現設備磨損或者噪聲污染的問題。由于磁懸浮離心鼓風機應用的重要性，因此污水處理廠工作人員對磁懸浮離心鼓風機的應用問題予以高度重視，可以按照磁懸浮離心鼓風機的應用原理和應用流程，將磁懸浮離心鼓風機合理地應用于污水處理廠的工作中。