李少鋒 董珍亞 王帥毫

（中國平煤神馬集團平頂山京寶焦化有限公司）

永磁渦流柔性傳動技術(shù)的應用實踐

李少鋒 董珍亞 王帥毫

（中國平煤神馬集團平頂山京寶焦化有限公司）

利用永磁渦流柔性傳動節(jié)能技術(shù)對大功率設(shè)備進行節(jié)能改造，不僅節(jié)能效果顯著，而且可提高生產(chǎn)能力、延長設(shè)備壽命、降低維修率和減少運行負擔。設(shè)備運行之后年節(jié)電1 600 713 kWh，相當于節(jié)約標準煤約196.57 t，該項目設(shè)備改造和技術(shù)服務總投資約54萬元，可在兩年內(nèi)回收全部投資。

永磁渦流柔性轉(zhuǎn)動調(diào)速裝置 技術(shù)改造 節(jié)能

0 引言

供水系統(tǒng)正常運行時，經(jīng)常需要根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)變化和天氣溫度變化來調(diào)節(jié)給水量。而通過調(diào)節(jié)給水泵閥門的開閉度，即通過改變管道阻力的方式來調(diào)節(jié)流量的方式很不經(jīng)濟，大量電能消耗在閥門的節(jié)流阻力上，既不經(jīng)濟也不符合國家節(jié)能減排的號召。

若采用改變水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方式，在降低壓力的同時減小流量，此時水泵效率仍然在高效點運行，可達到既節(jié)約電能又不影響系統(tǒng)運行的目的。采用永磁渦流柔性傳動技術(shù)對大功率水泵實施技術(shù)改造，不僅節(jié)能效果顯著，而且可以延長設(shè)備壽命、降低維修率。

1 節(jié)能調(diào)速原理

在常見的離心式負載系統(tǒng)正常負荷下運行時，為滿足工藝的要求需要調(diào)節(jié)閥門的開度［1］，這時泵轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速下保持不變，其實質(zhì)就是通過改變管路特性曲線的位置來改變泵的工況點。關(guān)小閥門時，泵工況點轉(zhuǎn)移，管道局部阻力增加，相應流量減少。若通過關(guān)小閥門來控制流量時，泵自身的額定工況不變，壓力特性不變，管道阻力特性則隨閥門開度的大小而變化。但閥門大小的調(diào)節(jié)是以消耗泵的剩余能量來維持的，這樣就造成水泵的工作效率下降，造成大量的能量損耗，不能夠最大限度的提升其經(jīng)濟效益。若通過調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速時，保持泵的閥門最大開度不變，管路系統(tǒng)特性不變，而流量和壓力特性隨之改變。水泵的壓力流量調(diào)節(jié)曲線如圖1所示，其中A為泵平衡工況點，對應效率為ηA。若要減小流量，可將水泵的轉(zhuǎn)速降低，此時工況點為C，對應效率ηC，泵仍處于高效區(qū)內(nèi)。如果采用閥門節(jié)流的方法來調(diào)節(jié)，則工況點為B，對應效率為ηB，泵的效率下降。由此可見，在所需流量小于額定量的情況下，調(diào)速時的壓力比閥門節(jié)流小，所以調(diào)速所需的軸功率也比閥門節(jié)流小，圖中的陰影部分表示的就是泵調(diào)速所節(jié)約的功率。很顯然，與閥門節(jié)流相比，調(diào)速的節(jié)能效果很突出，泵的工作效率更高［1］。

為了節(jié)能降耗，可以利用永磁渦流柔性傳動節(jié)能技術(shù)對上述設(shè)備進行節(jié)能改造［2］。永磁渦流柔性傳動調(diào)速裝置可以很方便地通過調(diào)節(jié)氣隙的方式調(diào)整負載的速度，實現(xiàn)負載流量的調(diào)整。根據(jù)離心式負載“相似定律”，流量的變化與速度的變化成正比、而功率的變化與速度變化的立方成正比，雖然速度、流量只是發(fā)生較小變化但功率卻發(fā)生了較大變化，從而實現(xiàn)了較大的節(jié)能效果。

圖1 水泵的壓力流量調(diào)節(jié)曲線圖

2 永磁調(diào)速裝置的技術(shù)特性

2.1 最簡單可靠的調(diào)速節(jié)能裝置

永磁渦流柔性傳動調(diào)速裝置是通過調(diào)節(jié)扭矩來實現(xiàn)速度控制，電機輸出到銅／鋁導體盤的扭矩和永磁盤輸出到負載的扭矩是相等的［3］。這樣，我們可以根據(jù)負載實際運行過程中扭矩的大小來調(diào)整電機輸出端扭矩。負載要求扭矩小，電機輸出扭矩小，相應輸出功率也小。

當系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時，負載端的速度根據(jù)負載需要的扭矩來改變空氣間隙來調(diào)節(jié)（速度由空氣間隙的寬度決定）。負載需要的能量決定電機消耗的能量。根據(jù)實際應用數(shù)據(jù)，在全速運轉(zhuǎn)時，永磁渦流柔性傳動裝置的工作效率能達到96%以上，而通過永磁渦流柔性傳動裝置調(diào)速后的能耗，則降低到原來能耗的75%～33%。永磁渦流柔性傳動調(diào)速裝置是工程師最簡單且高效率的調(diào)速選擇，在某些調(diào)速范圍內(nèi)甚至比最高質(zhì)量的變頻器都要節(jié)能（變頻器需計入散熱，移除熱量所需高耗能）。

2.2 減低振動和容許偏心

80%以上的轉(zhuǎn)動設(shè)備都是由于設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中因為軸心偏移引起的振動而出現(xiàn)故障的，設(shè)備的不平衡和共振也會造成設(shè)備故障。設(shè)備的振動會使密封圈損壞，造成軸承和設(shè)備的溫度升高。永磁渦流柔性傳動技術(shù)則通過空氣間隙來傳遞扭矩，沒有直接的物理連接，因而是一種解決振動最好的方法。

2.3 沖擊型負載和堵轉(zhuǎn)自動保護

由于電機和負載的軸端沒有直接的物理連接，振動不會傳遞，對于沖擊型負載及有堵轉(zhuǎn)可能的過程中，具有通過滑差實現(xiàn)緩沖與自動保護功能［4］，故障大大減少。因此，可以很簡單的解決傳動系統(tǒng)中常見的問題。

2.4 綠色節(jié)能產(chǎn)品（不產(chǎn)生諧波和電磁干擾）

永磁渦流柔性傳動裝置不會受電網(wǎng)波動的影響，工作環(huán)境適應性很強。只要有有效的能量使電機轉(zhuǎn)動，永磁渦流柔性傳動裝置就可以工作。同時，永磁渦流柔性傳動技術(shù)也不會影響設(shè)備的電源質(zhì)量。不會產(chǎn)生諧波，瞬時高壓或者其他與電源質(zhì)量有關(guān)的問題。

3 改造方案說明

3.1 設(shè)備參數(shù)

所用電機為沈陽遠大電工科技集團的YKK5603－6W高壓三相異步電機，電機后負載設(shè)備為水泵，電機銘牌數(shù)據(jù)和水泵銘牌數(shù)據(jù)分別見表1、表2。

表1 電機銘牌數(shù)據(jù)

表2 水泵銘牌數(shù)據(jù)

3.2 永磁渦流柔性傳動調(diào)速裝置性能參數(shù)

本公司所用永磁渦流柔性傳動調(diào)速裝置型號為WH2000，其性能參數(shù)見表3。

表3 性能參數(shù)

3.3 安裝方法

永磁渦流柔性傳動調(diào)速裝置（ASD或WH），是安裝在電機和負載之間的設(shè)備，改造容易實現(xiàn)，只需根據(jù)ASD或WH的規(guī)格，將電機向后移動一定的距離，按現(xiàn)場情況制作混凝土基礎(chǔ)及連接底座，安裝上ASD或WH即可。

采用WH2000永磁渦流柔性傳動調(diào)速裝置的具體改造內(nèi)容如下：

1）電機基礎(chǔ)改造。主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)延長、鋼筋固定、澆筑、凝固。

2）電纜、信號線鋪設(shè)。主要內(nèi)容是接入中控室實現(xiàn)遠程控制。

3）水冷循環(huán)輔助設(shè)備安裝，機旁控制箱安裝。

4）主體設(shè)備安裝和機旁控制箱安裝。

5）調(diào)試運行。

3.4 控制方法

氣隙的調(diào)整可以通過執(zhí)行器來完成。根據(jù)工藝要求從負載上取出流量或壓力、液位等控制信號，送到PLC系統(tǒng)進行PID調(diào)節(jié)計算，發(fā)出4 mA～20 mA信號送到執(zhí)行器，執(zhí)行器產(chǎn)生機械控制指令控制永磁渦流柔性傳動調(diào)速裝置的執(zhí)行機構(gòu)，改變永磁盤和導體盤之間氣隙的大小，從而改變負載的速度，實現(xiàn)負載速度的變化。重復上述過程即可實現(xiàn)閉環(huán)控制?？刂屏鞒倘鐖D2所示。

圖2 控制流程

3.5 應用效果

3.5.1 運行效益

改造設(shè)備投資和技術(shù)服務投資總計54萬元，該項目投資的靜態(tài)投資回報率為63%，預計兩年內(nèi)可以全部收回投資成本，同時增加了新技術(shù)應用，達到了節(jié)能降耗。

3.5.2 節(jié)電效益

改造前采用閥門調(diào)節(jié)負載方式，三相異步電動機運行電流平均為43.79 A，經(jīng)計量表顯示值換算運行功率平均為376.59 kWh。改造后運行電流平均為22.4 A，經(jīng)計量表顯示值換算運行功率平均為192.6 kWh。上述數(shù)據(jù)表明理論與實際基本吻合（考慮到實際計量誤差）。

按實際顯示數(shù)據(jù)每小時節(jié)電183.99 kWh，按年運行時間8 700 h計，則全年節(jié)電1 600 713 kWh，相當于年節(jié)省標準煤約196.57 t。

3.5.3 維護效益

永磁渦流柔性傳動技術(shù)是在原有設(shè)備基礎(chǔ)上增加的新技術(shù)，基本上是免維護的，所以后期幾乎沒有維修費用，并且操作人員為原有設(shè)備的操作人員，沒有增加操作人員。每年節(jié)省維護和人工費用約6萬元。

4 結(jié)論

1）利用永磁渦流柔性傳動技術(shù)對大功率水泵實施節(jié)能改造后，設(shè)備運行狀況良好，節(jié)電效果十分顯著，電機運行電流可減少50%。

2）永磁渦流柔性傳動裝置相對于其它調(diào)速裝置的優(yōu)點不僅僅局限于節(jié)能方面。安裝永磁渦流柔性傳動裝置后，在對系統(tǒng)的總體評估中，總回報提高、生產(chǎn)能力提高、設(shè)備壽命延長以及運行負擔減少都很明顯。

3）采用永磁渦流柔性傳動裝置對設(shè)備實施節(jié)能改造時，也要結(jié)合企業(yè)自身的實際情況，綜合考慮應用本技術(shù)的可行性。

［1］ 王凱.永磁渦流柔性傳動調(diào)速裝置在轉(zhuǎn)爐濁環(huán)水供應中的應用實例［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2016（23）：226－226.

［2］ 錢廣華，高海山.永磁調(diào)速器應用在鼓風機上的節(jié)能效果分析［J］.電氣應用，2009，28（22）：24－27.

［3］ 夏榮海.永磁渦流柔性傳動調(diào)速技術(shù)的應用分析［J］.硅谷，2014（22）：65－67.

APPLICATION OF PERMANENT MAGNET EDDY CURRENT FLEXIBLE TRANSMISSION TECHNOLOGY

Li Shaofeng Dong Zhenya Wang Shuaihao
（ Pingdingshan Jing Bao Coking Group Co.， Ltd of China Flat Coal Shenma Group）

Energy transformation of large power equipment using permanent magnet eddy current flexible transmission technology is carried out，not only the energy－saving effect is remarkable， but also can improve the production capacity and prolong the service life of equipment，reduce the maintenance rate and reduce the burden of running.After the operation of the equipment， the annual electricity saving is 1 600 713 kWh， equivalent to saving about 196.57 t standard coal， the total investment of the equipment transformation and technical services is about 540 thousand yuan，it can be recovered within two years of all investment.

permanent magnet eddy current flexible rotational speed regulating device technical transformation en?ergy saving

聯(lián)系人：李少鋒，本科，河南.平頂山（467494），中國平煤神馬集團平頂山京寶焦化有限公司技術(shù)中心；

2017—6—15