邵玉峰 余竹艷

一、筒式和盤式兩種結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

1.概述

盤式及筒式的永磁偶合器雖然都是永磁傳動(dòng)產(chǎn)品。但這兩種產(chǎn)品在應(yīng)用時(shí)間、結(jié)構(gòu)、安全性、散熱原理和散熱效果是完全不同的。本文就筒式和盤式兩種結(jié)構(gòu)的永磁偶合器進(jìn)行了一個(gè)全面的對(duì)比分析。

2.應(yīng)用時(shí)間和專利上不同

盤式永磁偶合器是目前永磁偶合產(chǎn)品最廣泛、最早采用的結(jié)構(gòu)形式。盤式結(jié)構(gòu)永磁偶合器從發(fā)明到應(yīng)用，經(jīng)歷了各行業(yè)各種實(shí)踐的運(yùn)用，其運(yùn)行的安全可靠性，散熱性能已經(jīng)得到用戶普遍的認(rèn)同。

筒式結(jié)構(gòu)的永磁偶合器，是為了避開盤式結(jié)構(gòu)的專利另辟蹊徑的一種結(jié)構(gòu)。從理論論證到產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間短，其運(yùn)行安全可靠性還沒有得到充分的時(shí)間和實(shí)踐驗(yàn)證。

3.節(jié)能型永磁偶合器對(duì)比

3.1結(jié)構(gòu)對(duì)比

盤式結(jié)構(gòu)的作用力為軸向，并且軸向?yàn)閷?duì)稱結(jié)構(gòu)，不會(huì)給外接設(shè)備外力;而筒式結(jié)構(gòu)作用力為徑向，但是由于內(nèi)外筒體直徑不一樣大，徑向不對(duì)稱，所以運(yùn)行時(shí)存在徑向力，會(huì)造成筒體變形。高速運(yùn)行存在安全隱患。

3.2安全性

筒式結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)的過程中會(huì)漏磁，盤式結(jié)構(gòu)永遠(yuǎn)封閉在30mm的鋼板內(nèi)不會(huì)漏磁，如下圖。

3.3散熱效果不同

盤式和筒式的散熱存在巨大的差異，可參考下圖。

盤式結(jié)構(gòu)類似離心風(fēng)機(jī)，在導(dǎo)體鋼盤旋轉(zhuǎn)的過程中，散熱片內(nèi)外形成壓差，自然形成壓頭，從而有效的帶走鋼盤上的熱量。筒式結(jié)構(gòu)由于散熱片和筒體旋轉(zhuǎn)的中心沒有半徑差，無法有效散熱，且內(nèi)部繞風(fēng)流。

進(jìn)一步觀察現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的照片可以發(fā)現(xiàn)如下圖

盤式可帶個(gè)離心風(fēng)罩，自然散熱，但是筒式只能做開放式防護(hù)罩，利用周圍的流動(dòng)空氣來被動(dòng)散熱，如果環(huán)境無風(fēng)，則需要配備強(qiáng)制風(fēng)扇散熱，筒式先天不足。

到大型強(qiáng)制冷卻的原理是一樣的，只不過將空氣介質(zhì)更換為水或者油，盤式依然可以輕松利用離心力散熱（內(nèi)部空心，充分接觸），而筒式只能采用淋浴式散熱（澆水式），與導(dǎo)體盤的接觸效率極低。

盤式結(jié)構(gòu)的永磁偶合器，導(dǎo)體盤和永磁體在間隙最小時(shí)，導(dǎo)體盤幾乎不產(chǎn)生熱量。只有在導(dǎo)體盤和永磁體拉開到一定間隙時(shí)（即滑差產(chǎn)生時(shí)），導(dǎo)體盤會(huì)有熱量產(chǎn)生。由于屬于開式的結(jié)構(gòu)形式，外部加裝高效散熱片，并且設(shè)備處高速的運(yùn)行狀態(tài)，所以導(dǎo)體盤產(chǎn)生的熱量不易傳遞給永磁體。并且導(dǎo)體盤和永磁體拉開的間隙更有利于設(shè)備的散熱。

筒式結(jié)構(gòu)的永磁偶合器在調(diào)速過程中，導(dǎo)磁筒和永磁筒的間隙沒有改變，并且屬于閉式的結(jié)構(gòu)形式，所以運(yùn)行時(shí)導(dǎo)磁筒產(chǎn)生的熱量更容易傳遞給永磁筒，從而威脅到永磁筒內(nèi)的磁鋼的使用壽命。所以盤式結(jié)構(gòu)比筒式結(jié)構(gòu)的磁力調(diào)速器更利于散熱，從而提高了設(shè)備整體的可靠性、安全性。

安徽顧橋電廠1套機(jī)組配置的互為備用的二臺(tái)280kW閉式泵，分別采用盤式和筒式結(jié)構(gòu)，筒式結(jié)構(gòu)導(dǎo)體運(yùn)行溫度達(dá)到240℃，盤式結(jié)構(gòu)導(dǎo)體運(yùn)行溫度為65℃。

這個(gè)是目前市場(chǎng)上沒有筒式大功率業(yè)績的主要原因。

3.4調(diào)速性能對(duì)比

從多年的運(yùn)行案例來說，盤式結(jié)構(gòu)由于可以采用多種材料的導(dǎo)體材質(zhì)，所以其調(diào)速特性曲線（T-N）平穩(wěn)，調(diào)速穩(wěn)定。

筒式結(jié)構(gòu)由于其散熱性能較差，導(dǎo)體和卷筒式鋼盤結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，會(huì)采用銅結(jié)構(gòu)作為導(dǎo)體材質(zhì)，非常單一，尤其大功率在調(diào)速的在50～80%的區(qū)間段無法穩(wěn)定，例如某800kW水泵的壓頭為5kg，筒式結(jié)構(gòu)很難調(diào)節(jié)到4Kg，會(huì)在3.5～4.5之間直接跳過，無法實(shí)現(xiàn)4kg的恒壓控制。

4.扭矩限制型永磁偶合器對(duì)比

4.1結(jié)構(gòu)對(duì)比

可以看到盤式結(jié)構(gòu)在扭矩限制型上結(jié)構(gòu)完全不同于節(jié)能型永磁偶合器，而筒式依然采用的是同樣的結(jié)構(gòu)。

4.2堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能

沃弗永磁偶合器傳遞負(fù)載，當(dāng)負(fù)載堵轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生軸向力，由于處于內(nèi)部的2塊磁盤是軸向可滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所以會(huì)自動(dòng)彈開保護(hù)電機(jī)、負(fù)載、軸承、軸、聯(lián)軸器和永磁偶合器，讓系統(tǒng)不會(huì)崩潰，系統(tǒng)故障恢復(fù)時(shí)又可自動(dòng)復(fù)位。

從筒式永磁偶合器的原理圖來看，其歸屬于筒式結(jié)構(gòu)的永磁偶合器。在傳遞扭矩時(shí)會(huì)產(chǎn)生徑向力，而徑向主動(dòng)盤和從動(dòng)盤的位置是相對(duì)固定的，所以肯定不具備彈開功能。

所以筒式偶合器只能外加測(cè)溫、負(fù)載測(cè)速等裝置來保護(hù)電機(jī)和負(fù)載，但這種保護(hù)有延遲，同時(shí)受制于檢測(cè)裝置的可靠性等限制，無法及時(shí)保護(hù)到系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生很大的事故，而盤式結(jié)構(gòu)是自發(fā)的，內(nèi)在的且斷開電機(jī)和負(fù)載的保護(hù)方式，類似液力耦合器的過載卸油狀態(tài)（其實(shí)盤式永磁偶合器更先進(jìn)，更環(huán)保），簡單可靠并且有效。

4.3安裝要求及使用壽命上不同

盤式結(jié)構(gòu)的永磁偶合器的安裝允差比較大，軸對(duì)中小于3mm，角度3～5度即可。

筒形永磁偶合器的允差較小，對(duì)安裝精度相對(duì)要求很高，軸心允差0.5mm ，角度0度，內(nèi)外套筒安裝必須準(zhǔn)直，一旦發(fā)生偏差（無論是安裝引起的，還是運(yùn)行磨損造成的），則會(huì)發(fā)生掃膛現(xiàn)象（與電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子發(fā)生摩擦故障類似），造成永磁體迅速發(fā)熱，超過永久磁鐵的居里溫度點(diǎn)，則導(dǎo)致磁鋼失磁，造成設(shè)備報(bào)廢，筒形結(jié)構(gòu)的永磁偶合器，能否保證長時(shí)間設(shè)計(jì)壽命，還需要更多的實(shí)踐和理論論證。

4.4筒式結(jié)構(gòu)磁鐵的防甩出的安全設(shè)置與磁鐵和導(dǎo)體盤距離是矛盾的。

永磁偶合器磁鐵的設(shè)置需要考慮的2個(gè)問題是：1、磁鐵不能被甩出，需要將磁鐵外面的防護(hù)厚度做厚（注意一定非隔磁材料，一般是鋁材），2、磁鐵同導(dǎo)體盤的距離要足夠近（切割磁場(chǎng)），否則設(shè)備就會(huì)犧牲性能。盤式結(jié)構(gòu)保護(hù)是徑向，作用力是軸向沒有矛盾，但筒式結(jié)構(gòu)磁鐵的保護(hù)和作用力都是徑向，這也是筒式結(jié)構(gòu)無法做大功率設(shè)備的原因之一。

盤式永磁偶合器產(chǎn)品的應(yīng)用，通過在電廠、水泥廠、鋼廠﹑煤礦等惡劣環(huán)境下的運(yùn)行，產(chǎn)品在研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造中都積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)。

5.小結(jié)

綜上，盤式及筒式的永磁偶合器的結(jié)構(gòu)是完全不同的，所以產(chǎn)生的效果也是不盡相同的。盤式結(jié)構(gòu)更加安全可靠。筒式結(jié)構(gòu)受結(jié)構(gòu)限制先天就有很多的缺陷無法解決。

盤式結(jié)構(gòu)擁有大量的大功率業(yè)績，而筒式結(jié)構(gòu)幾乎沒有。

（作者單位：安徽沃弗電力科技有限公司）