王野+李矞輝

摘 要：本文介紹了永磁調(diào)速器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及性能特點(diǎn)，并以離心式風(fēng)機(jī)為例分析了永磁調(diào)速器的節(jié)能原理。將永磁調(diào)速器應(yīng)用于某電廠的一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和鍋爐給水泵等輔機(jī)中，對(duì)改造后的運(yùn)行效益進(jìn)行了估算，預(yù)計(jì)節(jié)能效果顯著。

關(guān)鍵詞：永磁調(diào)速器；電廠輔機(jī)；節(jié)能

近年來(lái)，隨著稀土永磁材料性能的不斷提升，多種不同的永磁設(shè)備開始出現(xiàn)并被投入使用，其中永磁調(diào)速器就是一種可實(shí)現(xiàn)離心風(fēng)機(jī)或水泵調(diào)速節(jié)能的永磁設(shè)備[1-2]。

永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)主要包括導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子以及調(diào)節(jié)器，圖1為永磁調(diào)速系統(tǒng)示意圖。導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與電機(jī)相連，具有與電機(jī)相同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向；永磁轉(zhuǎn)子與負(fù)載相連；導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子同軸安裝，并且之間存在圓環(huán)狀氣隙，兩者可做相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在永磁調(diào)速器工作過(guò)程中，電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，與永磁轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，永磁轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的磁力線被導(dǎo)體轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)體環(huán)切割，從而產(chǎn)生渦流，永磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與這種渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)之間發(fā)生作用，使得永磁體轉(zhuǎn)子產(chǎn)生同方向的運(yùn)動(dòng)，即永磁轉(zhuǎn)子隨導(dǎo)體轉(zhuǎn)子同向旋轉(zhuǎn)，從而將電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出給負(fù)載。負(fù)載的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的大小由永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)體轉(zhuǎn)子的嚙合面積決定，嚙合面積越大，傳遞的扭矩越大，負(fù)載轉(zhuǎn)速越高。

永磁調(diào)速器有如下特點(diǎn)[3]：

1）節(jié)能，永磁調(diào)速器應(yīng)用在離心式負(fù)載系統(tǒng)中，根據(jù)不同的運(yùn)行要求，節(jié)電率可達(dá)10%～60%；

2）可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)；

3）非接觸傳遞扭矩，傳動(dòng)平穩(wěn)，減少系統(tǒng)振動(dòng)和噪聲；

4）對(duì)使用環(huán)境要求低，可安裝在高溫、低溫、潮濕、粉塵含量高等惡劣環(huán)境中；

5）可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的輕載啟動(dòng)，對(duì)負(fù)載的沖擊小；也可以實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性；

6）安裝簡(jiǎn)單，對(duì)中精度要求低，運(yùn)行維護(hù)成本低。

永磁調(diào)速器不僅可以用于離心式風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的調(diào)速節(jié)能，也可實(shí)現(xiàn)雙機(jī)功率平衡、限矩和過(guò)載保護(hù)、耦合及減振等功能。所以在電力、鋼鐵、化工、造紙等領(lǐng)域逐漸得到廣泛的應(yīng)用，尤其是在電廠輔機(jī)上的應(yīng)用越來(lái)越多。

1 系統(tǒng)概述

現(xiàn)對(duì)某電廠中輔機(jī)進(jìn)行永磁調(diào)速改造，所需要改造的設(shè)備為城市生活垃圾綜合處理工程中與焚燒線配套的一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和給水泵。

在電廠中，通過(guò)一次風(fēng)機(jī)將空氣加壓，靠風(fēng)壓把煤粉或其他焚燒材料吹入爐膛燃燒；引風(fēng)機(jī)主要是用來(lái)從鍋爐中吸收燃燒后的熱空氣，給鍋爐造成負(fù)壓，將熱空氣通過(guò)各種凈化處理排入大氣；鍋爐給水泵主要是給鍋爐提供補(bǔ)給水、各種降溫水和反沖洗水。所以，一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和給水泵是電廠輔機(jī)中的關(guān)鍵設(shè)備，也是衡量電廠節(jié)能降耗和設(shè)備自動(dòng)化水平的重要指標(biāo)。

電廠中一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和給水泵等重要輔機(jī)通常運(yùn)行在額定工況，能源消耗很大。輔機(jī)在工作過(guò)程中一般是通過(guò)閥門或風(fēng)門等裝置實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，因此會(huì)產(chǎn)生很大的節(jié)流損失。

這些輔機(jī)的工作效率也通常不理想。輔機(jī)工作過(guò)程中容易出現(xiàn)振動(dòng)過(guò)大的現(xiàn)象，且存在較大的磨損并產(chǎn)生持續(xù)噪聲，設(shè)備需要經(jīng)常停機(jī)保養(yǎng)和維修，降低了工作效率。

2 節(jié)能分析

2.1 永磁調(diào)速器的節(jié)能原理

圖2為某離心式風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)特性與工作性能曲線，R1、R2為風(fēng)門調(diào)節(jié)前后的管網(wǎng)特性曲線，n1、n2為轉(zhuǎn)速分別是n1、n2時(shí)的風(fēng)機(jī)性能曲線。

管網(wǎng)特性曲線與風(fēng)機(jī)性能曲線的交點(diǎn)即風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工作點(diǎn)。假設(shè)A點(diǎn)為風(fēng)機(jī)的正常工作點(diǎn)，風(fēng)機(jī)流量為Q1，當(dāng)風(fēng)機(jī)流量需調(diào)節(jié)至Q2時(shí)，對(duì)永磁調(diào)速器改造前后的功率消耗分析如下：

1）改造前采用風(fēng)門調(diào)節(jié)，通過(guò)關(guān)小風(fēng)門，將流量降至Q2，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)從點(diǎn)A移至點(diǎn)B，封閉圖形OQ2BH2面積即為此時(shí)風(fēng)機(jī)功率；

2）改造后通過(guò)永磁調(diào)速器調(diào)速調(diào)節(jié)，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但特性曲線將下移，轉(zhuǎn)速由n1降至n2，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)從點(diǎn)A移至點(diǎn)C，此時(shí)封閉圖形OQ2CHE面積即為風(fēng)機(jī)功率。

由此可以看出，對(duì)風(fēng)機(jī)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式中，采用永磁調(diào)速器調(diào)節(jié)具有明顯的節(jié)能效果。

2.2 改造方案

本項(xiàng)目工程配置及現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)如表1所示。

以電機(jī)功率和轉(zhuǎn)速為主要選型依據(jù)，選擇的永磁調(diào)速器型號(hào)及參數(shù)見表2。

2.3 效益估算

對(duì)該電廠輔機(jī)設(shè)備改造前后不同運(yùn)行狀態(tài)下的耗電量進(jìn)行分析比較，從而進(jìn)行效益估算。永磁調(diào)速器改造后效益估算如表3所示。由表3可以看出，永磁調(diào)速改造后，將具有顯著的節(jié)能效果。

3 結(jié)論

永磁調(diào)速器由于其具有顯著的節(jié)能效果、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)總成，以及較高的安全可靠性能，被廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠的各類風(fēng)機(jī)、水泵等離心式負(fù)載，推動(dòng)了企業(yè)的節(jié)能環(huán)保發(fā)展進(jìn)程，給企業(yè)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)收益。

參考文獻(xiàn)

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[2] Rens J， Atallah K， Howe D. A novel magnetic harmonic gear[C]. Proceeding of IEEE InternationalElectric Machines and Drives Conference， Antalya， Turkey， 2007： 698-703.

[3] 趙勇， 張春杰， 王剛， 等. 電廠閉式水泵永磁調(diào)速器改造的經(jīng)濟(jì)效益分析[J]. 華電技術(shù)， 2015， 37（3）： 38-41.