王乃充，金廣林，楊勝利

（中國(guó)石油吉林石化公司乙二醇廠水汽車間，吉林吉林 132022）

0 引言

永磁磁力耦合驅(qū)動(dòng)以外的傳動(dòng)方式的其優(yōu)點(diǎn)為簡(jiǎn)單、方便、安全、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)，效率高。但在所需風(fēng)量因季節(jié)不同而變化時(shí)，引用磁力耦合器及永磁調(diào)速裝置顯得非常有必要，并能有效解決風(fēng)量不能調(diào)節(jié)問(wèn)題及長(zhǎng)軸因同心度偏差引起軸損壞隱患故障問(wèn)題發(fā)生。永磁磁力耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較變頻器系統(tǒng)而言，不僅達(dá)到了調(diào)速的目的，同時(shí)也較變頻系統(tǒng)、液力耦合器動(dòng)改投資少及實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)保要求達(dá)標(biāo)。現(xiàn)老裝置設(shè)備無(wú)調(diào)速功能，針對(duì)高質(zhì)量發(fā)展需要，增設(shè)調(diào)速功能，升級(jí)至永磁磁力耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

1 磁力耦合器調(diào)速

（1）優(yōu)勢(shì)。通過(guò)增設(shè)永磁裝置，達(dá)到動(dòng)力電機(jī)和運(yùn)行設(shè)備間無(wú)機(jī)械連接，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出運(yùn)行設(shè)備做功輸送物料的裝置。

（2）補(bǔ)充現(xiàn)役不足。從永磁理論上看，通過(guò)調(diào)整裝置間的間距，即氣隙就能實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行轉(zhuǎn)數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)無(wú)法變化設(shè)備轉(zhuǎn)數(shù)不能調(diào)節(jié)循環(huán)水溫度的不足。

（3）氣隙調(diào)速。適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，不產(chǎn)生污染物，體積小，安裝方便，通過(guò)調(diào)節(jié)氣隙改變轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)可以在（600～1487）r/min 調(diào)節(jié)。節(jié)電效果顯著，同時(shí)配置緩沖的軟啟動(dòng)，也可以減少電機(jī)的沖擊電流，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

2 特點(diǎn)

現(xiàn)役裝置設(shè)備是由電機(jī)與連軸器相連，裝置風(fēng)機(jī)連軸器長(zhǎng)約2 m，再因?yàn)槭彝庠O(shè)備、東北地芡四季交替溫度變化大，很容易出現(xiàn)電機(jī)和設(shè)備連軸器間的徑向偏差，偏差造成接振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞連接螺栓，發(fā)生不及時(shí)的話還會(huì)造成連軸器脫開(kāi)隱患發(fā)生。引用此設(shè)備能消除上述隱患。即使電機(jī)本身引起的振動(dòng)也不會(huì)引起負(fù)載端振動(dòng)，使整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)問(wèn)題得到有效降低。

3 與變頻器比較

（1）變頻器概念。通過(guò)改變電機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速手段。通過(guò)安裝變頻電機(jī)和控制變頻器，形成變頻控制整個(gè)系統(tǒng)，以100%額定負(fù)載在10%～100%額定速度范圍內(nèi)連續(xù)運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

（2）對(duì)相鄰系統(tǒng)影響。變頻裝置會(huì)產(chǎn)生一些以50/60Hz 為倍數(shù)諧波，這些諧波將會(huì)使電壓波形失真，電壓波形失真導(dǎo)致周圍敏感電子設(shè)備不工作，同時(shí)諧波電流會(huì)使系統(tǒng)總功率因數(shù)降低15%以上，因而影響節(jié)電效果，在裝有變頻裝置的系統(tǒng)需滿功率運(yùn)行時(shí)不但不節(jié)電反而費(fèi)電。而裝有調(diào)速型永磁渦流傳動(dòng)裝置的系統(tǒng)沒(méi)有上述問(wèn)題等因素影響。

（3）節(jié)電。同樣工況下相比，調(diào)速型永磁渦流傳動(dòng)裝置比變頻裝置節(jié)電多5%左右。

（4）可調(diào)范圍寬。在負(fù)載要求中，低速運(yùn)轉(zhuǎn)（額定轉(zhuǎn)速的30%以下）的工況下，變頻裝置無(wú)法工作，即使工作也無(wú)調(diào)速精度可言，而調(diào)速型永磁渦流傳動(dòng)裝置沒(méi)有這些限制，它可安全的使電機(jī)在低速環(huán)境中正常運(yùn)行并對(duì)其進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。

（5）原件故障率低。因變頻裝置為電氣原件，眾所周知，電氣元件更新?lián)Q代很快，隨著時(shí)間的推移，可能一些易壞的零件如電路板等很難或根本找不到配件，同時(shí)變頻裝置對(duì)工作環(huán)境要求比較嚴(yán)格。而調(diào)速永磁渦流傳動(dòng)裝置的工作環(huán)境適應(yīng)能力很強(qiáng)和幾乎免維護(hù)性能，是變頻裝置做不到的。

（6）電機(jī)損傷小。目前的變頻裝置系統(tǒng)，大部分的使用方為降低設(shè)備購(gòu)置成本，不配置變頻電機(jī)，而是繼續(xù)使用原有的三相異步電機(jī)。在實(shí)際工作中，變頻裝置降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使三相異步電機(jī)脫離額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，而此種電機(jī)的轉(zhuǎn)速與扭矩、功耗之間是非線性關(guān)系，所以使電機(jī)的運(yùn)行效率大大降低。另外，變頻裝置是通過(guò)以每秒10 000 到20 000 個(gè)從0 V 瞬時(shí)升到最高電壓的電壓脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)的。這種頻繁的電壓突變導(dǎo)致電機(jī)繞組絕緣老化，最終導(dǎo)致繞組故障。調(diào)速型永磁渦流傳動(dòng)裝置不存在這些問(wèn)題。

（7）安裝距離不受限。在50 Hz 或60 Hz 的電力分布系統(tǒng)上，電機(jī)繞組和電纜的阻抗低。變頻裝置輸出的電壓脈沖含有能達(dá)到兆赫的高頻諧波。這樣的高頻諧波在繞組與電纜間反射改變了阻抗。反射的諧波與進(jìn)來(lái)的諧波相加會(huì)產(chǎn)生諧波共振，諧波共振導(dǎo)致電壓峰值倍增。一般安裝長(zhǎng)度在50 m 以內(nèi)的電纜比較安全，安裝長(zhǎng)度在50 m 以外的電纜會(huì)有電壓倍增的問(wèn)題。因此，變頻裝置的安裝地點(diǎn)是有要求的，而調(diào)速型永磁渦流傳動(dòng)裝置本身不用電，老機(jī)組改造只需電機(jī)后移即可。

（8）無(wú)污染。變頻裝置是產(chǎn)生諧波污染的污染源，調(diào)速型永磁渦流傳動(dòng)裝置綠色環(huán)保，無(wú)任何污染，符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策。

4 磁力耦合器與液力偶合器比較

（1）綠色環(huán)保。液力偶合器用油、易泄漏、污染環(huán)境；永磁渦流傳動(dòng)裝置不用油、無(wú)泄漏，是綠色環(huán)保產(chǎn)品。

（2）機(jī)械損失小。液力偶合器自身?yè)p失大：滑差損失，傳遞力矩時(shí)工作油的摩擦及沖擊損失，油泵耗功損失，自身機(jī)械損失；而永磁渦流傳動(dòng)裝置只有滑差損失和自身機(jī)械損失；故，永磁渦流傳動(dòng)裝置相對(duì)液力偶合器而言節(jié)能效果多10%左右。

5 技術(shù)方案

5.1 理論基礎(chǔ)

永磁調(diào)速器裝置是安裝在電機(jī)和工作機(jī)之間的一種傳動(dòng)元件，它是由銅轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和控制器三個(gè)部分組成。并可在電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速不變的條件下，通過(guò)控制器調(diào)整銅轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間的間隙，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。并使電機(jī)的功率通過(guò)軟（磁）連接，平穩(wěn)而無(wú)沖擊地傳遞給工作機(jī)。銅轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間氣隙越大，調(diào)速型磁力偶合器的輸出扭矩越小，輸出轉(zhuǎn)速越低（調(diào)速型磁力偶合器的滑差越大）；銅轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間氣隙越小，調(diào)速型磁力偶合器的輸出扭矩越大，輸出轉(zhuǎn)速越高（調(diào)速型磁力偶合器的滑差越?。?。而控制機(jī)構(gòu)可通過(guò)控制信號(hào)調(diào)節(jié)氣隙的大小。

5.2 特性曲線

根據(jù)離心式工作機(jī)的特性，永磁渦流調(diào)速器裝置在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下對(duì)工作機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍可在40%至工作機(jī)額定轉(zhuǎn)速的97.5%，也就是調(diào)速型永磁渦流調(diào)速器裝置可以根據(jù)工作機(jī)的實(shí)際工作參數(shù)的變化要求，通過(guò)改變工作機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到目的，系統(tǒng)中只要工作機(jī)在其額定轉(zhuǎn)速以下進(jìn)行工作，電機(jī)都是在節(jié)能狀況下工作。

5.3 控制手段

永磁調(diào)速裝置的控制方式可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)、DCS自動(dòng)。也可根據(jù)用戶要求，在水泵調(diào)速應(yīng)用中，參與閥門聯(lián)動(dòng)，配合現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，滿足現(xiàn)場(chǎng)連鎖要求。

6 安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)及藍(lán)圖，準(zhǔn)備材料及備件，準(zhǔn)備施工方案，現(xiàn)場(chǎng)組織施工，崗位派出監(jiān)護(hù)人員，按照施工所需管理票證書(shū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)護(hù)。安裝電機(jī)、永磁調(diào)速裝置等設(shè)備。

7 調(diào)試

對(duì)更換后的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，根據(jù)需要，通過(guò)永磁調(diào)速裝置調(diào)節(jié)動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)控制流量（風(fēng)量）或溫度等，以達(dá)到目標(biāo)效果。

8 維修

（1）永磁調(diào)整維修。安裝永磁調(diào)速裝置后系統(tǒng)，如需對(duì)永磁調(diào)速裝置進(jìn)行維修，可在電機(jī)與水泵不移動(dòng)的情況下，對(duì)永磁調(diào)速裝置進(jìn)行拆裝。

（2）原設(shè)備維修。安裝永磁調(diào)速裝置后的水泵系統(tǒng)，電機(jī)軸、水泵軸的靜、動(dòng)載荷與未安裝永磁調(diào)速裝置前維修方式相同。

9 效益計(jì)算

（1）轉(zhuǎn)速的理論值計(jì)算。根據(jù)原壓力和目標(biāo)壓力的需要，對(duì)2 個(gè)轉(zhuǎn)速下壓力進(jìn)行試算，公式：H2=H1（n2/n1）2，即已知壓力H2，H 及轉(zhuǎn)速n1，可得出目標(biāo)轉(zhuǎn)速值n2。

（2）低轉(zhuǎn)速下電機(jī)輸出功率值。因永磁調(diào)速裝置輸入與輸出的轉(zhuǎn)速比就是其功率，水泵效率cosΦ 按85%計(jì)算，則此時(shí)電機(jī)的輸出功率：P直流=UI，P單向交流=UIcosΦ，P三相交流=1.732UIcosΦ。

（3）節(jié)能率。在相同的工藝要求前提下，系統(tǒng)加裝永磁調(diào)速裝置后每臺(tái)電機(jī)的工作電流與原工作電流差所占的比值。

（4）實(shí)例。濟(jì)南煉化項(xiàng)目400 kW，990 r/min（圖1）。該泵按每年工作7200 h，電流按變化57 A（按以上方法計(jì)算電流：略）計(jì)算，電壓380 V，電費(fèi)按0.41 元/（kW·h），則年節(jié)約電費(fèi)94 132 元。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)照片

（5）成 本 收回。根據(jù)理論計(jì)算，使用永磁調(diào)速器后每年可節(jié)約電費(fèi)9.413 2 萬(wàn)元，整套永磁調(diào)速器采購(gòu)價(jià)格為18.5 萬(wàn)元，預(yù)計(jì)試用后2 年可收回試用設(shè)備成本。