胡賢軍

摘 要：永磁調(diào)速技術(shù)是一種先進、可靠的電動機調(diào)速節(jié)能技術(shù)。該文介紹了永磁調(diào)速的節(jié)能原理，通過對比某1 000 MW機組閉式水泵在不同負(fù)荷下的運行工況，量化分析了在閉式水泵電機上應(yīng)用永磁調(diào)速技術(shù)節(jié)能量的大小及經(jīng)濟上的可行性，總結(jié)了在電廠運行工況變化較大的輔機上應(yīng)用永磁調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點，是離心式風(fēng)機或泵類負(fù)荷調(diào)速節(jié)能的一種新選擇。

關(guān)鍵詞：永磁調(diào)速 1 000 MW機組 閉式水泵 節(jié)能

中圖分類號：TM621 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（c）-0073-02

1 永磁調(diào)速裝置介紹

其工作原理是通過氣隙將扭力從電機端傳向負(fù)載端，設(shè)備傳動側(cè)與負(fù)載側(cè)之間無連接。位于傳動裝置一側(cè)的強力稀土磁和位于另一側(cè)的導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電流在交互作用下產(chǎn)生扭力。通過改變氣隙間距可以實現(xiàn)扭力的精確控制，從而達(dá)到速度控制。

永磁調(diào)速裝置由四個部分組成：（1）永磁轉(zhuǎn)子組件內(nèi)含稀土磁，與負(fù)載連接。（2）導(dǎo)體轉(zhuǎn)子組件與電機連接。（3）執(zhí)行組件用于控制永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的氣隙間距。

輪轂和縮緊盤高強度縮緊盤將耦合器輪轂固定在電機軸和負(fù)載軸上。

2 永磁調(diào)速技術(shù)節(jié)能原理

在實際工程設(shè)計與應(yīng)用中，為了保證負(fù)荷最大時風(fēng)機或水泵系統(tǒng)滿足輸出要求，通常需要按系統(tǒng)的最大輸出能力配備風(fēng)機水泵系統(tǒng)，而真正實用中，絕大多數(shù)情況下并非需要系統(tǒng)在滿負(fù)荷下使用，而是根據(jù)負(fù)載的實際需要，通過流量控制元件如閥門或風(fēng)門擋板等實現(xiàn)流量和/或壓力控制，以滿足生產(chǎn)過程的需要，但在閥門或擋板開度減小時，電機輸入功率不會顯著減小，很多能量由此浪費掉。

采用永磁調(diào)速器技術(shù)，可以通過調(diào)節(jié)氣隙實現(xiàn)流量和/或壓力的連續(xù)控制，取代原系統(tǒng)中控制流量和/或壓力的閥門或風(fēng)門擋板，在電機轉(zhuǎn)速不變的情況下，調(diào)節(jié)風(fēng)機或水泵的轉(zhuǎn)速。

風(fēng)機水泵等離心負(fù)載符合相似定律：

Q1/Q2=n1/n2 （流量變化與轉(zhuǎn)速變化成正比）

H1/H2=（n1/n2）2 （壓力變化與轉(zhuǎn)速變化的平方成正比）

P1/P2=（n1/n2）3 （負(fù)載功率變化與轉(zhuǎn)速變化的立方成正比）

T1/T2=（n1/n2）2 （負(fù)載扭矩變化與轉(zhuǎn)速變化的平方成正比）

電機輸出功率P=T×ω （功率=扭矩×轉(zhuǎn)速）

所以電機輸出功率P1/P2=（n1/n2）2

從公式及圖表可以看出，當(dāng)輸出流量和/或壓力減少時，按照離心負(fù)載的相似定律，電機功率急劇下降，減少了能源需求，從而大大節(jié)約了能源。

3 永磁調(diào)速技術(shù)在某1 000 MW機組閉式水泵電機上應(yīng)用研究

永磁調(diào)速技術(shù)在現(xiàn)有已應(yīng)用的案例中，用于電廠鍋爐風(fēng)機或泵類的基本屬于離心式，依靠出口或入口擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量，節(jié)流損失較大，風(fēng)機運行效率較低，故主要是應(yīng)用在離心式風(fēng)機或水泵類負(fù)荷上較多，以下是某1 000 MW機組閉式水泵電機采用永磁調(diào)速技術(shù)的節(jié)能量化分析。

1 000 MW工況時：

閉式水泵有效功率：

1×9.8×2 127×62/3 600=359（kW）

式中：為水密度，g為重力速度，g=9.8 N/kg，Q為水泵流量，m3/s，H為水泵揚程，m。

閉式水泵電機功率：

（kW）

500 MW工況時：

閉式水泵有效功率：

×9.8×1 887×64/3 600=329（kW）

閉式水泵電機功率：

（kW）

通過以上計算看出，機組負(fù)荷1 000 MW降至500 MW時，閉式水泵有效功率減少30 kW，而電機輸入功率僅減少12 kW，30 kW-12 kW=18 kW，因水泵與電機效率下降而損耗掉。無論是1 000 MW還是500 MW工況下，閉式水系統(tǒng)均存在一定節(jié)流損失，若采用永磁調(diào)速裝置，改變閉式水泵轉(zhuǎn)速，合理設(shè)置閉式水泵運行工作點，使之在較高效率下運行，進一步減少系統(tǒng)閥門的節(jié)流損失，節(jié)能量是可觀的。當(dāng)然閉式水泵運行時，出口壓力考慮各種裕量后應(yīng)≮0.55MPa。

1 000 MW工況下，為滿足閉式水系統(tǒng)冷卻需要，設(shè)定流量仍為2 127 t/h，出口壓力≮0.55 MPa（即設(shè)定泵的運行工作點為出口壓力0.55 MPa，流量2 127 t/h）時，設(shè)定最理想工況及不計永磁調(diào)速裝置本身功率損耗，采用永磁調(diào)速后，閉式水泵于額定效率η電機=0.945、η泵=0.898下運行，此時

閉式水泵有效功率：

×9.8×2 127×55×3 600=318（kW）

閉式水泵電機功率：

（kW）

節(jié)約功率：

（kW）

節(jié)電率：

在500 MW工況下，為滿足閉式水系統(tǒng)冷卻需要，設(shè)定流量仍為1 887 t/h，出口壓力≮0.55 MPa（即設(shè)定泵的運行工作點為出口壓力0.55 MPa，流量1 887 t/h）時，設(shè)定最理想工況及不計永磁調(diào)速裝置本身功率損耗，采用永磁調(diào)速后，閉式水泵仍于額定效率η電機=0.945、η泵=0.898下運行，此時

閉式水泵有效功率：

×98×1 887×55/3 600=283（kW）

閉式水泵電機功率：

（kW）

節(jié)約功率：

（kW）

節(jié)電率：

因此，考慮總體工況，采用永磁調(diào)速后，設(shè)定最理想工況及不計永磁調(diào)速裝置本身功率損耗情況下，

平均節(jié)約功率：

（kW）

平均節(jié)電率：

考慮閉式水泵通常為雙泵互換運行，機組年運行小時按8 000 h計算，單泵運行時間為4 000 h，節(jié)省出的廠用電量用于多發(fā)電量，上網(wǎng)電價按當(dāng)?shù)?.46元/kW·h計算，目前市場上500 kW電機配套的永磁調(diào)速裝置價格約為100萬元，理論上：

年節(jié)約電費：

（萬元）

投資回收年限：

（年）

4 結(jié)語

通過上述應(yīng)用分析，在 1000 MW機組類似閉式水泵電機等隨機組運行方式變化較大的高壓輔機上采用永磁調(diào)速技術(shù)具有較好的節(jié)能經(jīng)濟性，且具有結(jié)構(gòu)簡單、運行維護費用低、投資回收快等優(yōu)點，是離心式風(fēng)機或泵類負(fù)荷調(diào)速節(jié)能的一種新選擇。

參考文獻

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[2] 徐莆榮.大功率風(fēng)機水泵調(diào)速節(jié)能運行的技術(shù)經(jīng)濟分析[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2002，5（1）：46-52.