淺談磁力耦合器在焦化企業(yè)的應(yīng)用

點(diǎn)擊量：2120   日期：2019-05-24

      能源短缺和環(huán)境污染是人類目前共同面臨的世紀(jì)性難題。我國(guó)高壓電動(dòng)機(jī)總?cè)萘吭?.5×108 kW以上的大部分為水泵類負(fù)載，這些電動(dòng)機(jī)大多工作處于高能耗、低效率的狀態(tài)，其耗電量占全國(guó)總用電量的25%左右。離心式水泵的一個(gè)特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，可以根據(jù)所需的流量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速按需做功，獲得很好的節(jié)電效果。目前，采用的方式多為高壓變頻和液力耦合器，磁力耦合器（永磁調(diào)速技術(shù)）一些企業(yè)中也在使用。

      1 磁力耦合器技術(shù)原理
      磁力耦合器技術(shù)工作原理是一端稀有金屬氧化物釹鐵硼永磁體產(chǎn)生永磁場(chǎng)，另一端銅導(dǎo)體在永磁場(chǎng)中切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)相互嚙合形成磁鏈接，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。將磁力耦合器替代電機(jī)與水泵之間的聯(lián)軸器，安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸輸出端與水泵的動(dòng)力輸入端之間，并通過磁力耦合器配置的伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受來自機(jī)組DCS的信號(hào)（4～20 mA，該信號(hào)對(duì)應(yīng)水泵系統(tǒng)流程中水泵后端設(shè)備的運(yùn)行工況要求），調(diào)節(jié)磁力耦合器上的磁體間隙，從而改變水泵的轉(zhuǎn)速，滿足后端工況需求；同時(shí)，反饋信號(hào)提示目前的間隙狀況，并提供給DCS，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全自動(dòng)運(yùn)行。
      由于磁力耦合器技術(shù)是通過磁場(chǎng)傳遞電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，屬于磁鏈接方式，使得電機(jī)與水泵之間有空氣間隙，沒有機(jī)械聯(lián)接。這樣的方式可以大大降低由于軸彎曲和角度偏離、不對(duì)中、熱膨脹等引起的振動(dòng)。通過調(diào)節(jié)磁力耦合器的空氣間隙實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速，并按照實(shí)際所需做功，從而避免原節(jié)流調(diào)節(jié)方式產(chǎn)生能量損耗多的問題，達(dá)到節(jié)約電能的目的。磁力耦合器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
      2 磁力耦合器改造的節(jié)能分析
      從流體力學(xué)的原理得知，使用感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水泵，軸功
      當(dāng)所需流量從Q1減小到Q2時(shí)，如果采用調(diào)節(jié)閥門的辦法，管網(wǎng)阻力將會(huì)增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但水泵的特性曲線將下移，因此其運(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn)，此時(shí)所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt（P）與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比。
      在實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)的空間往往在考慮流量滿足的同時(shí)，還要考慮系統(tǒng)的水壓能否滿足要求，考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，水泵類通過調(diào)速控制，可節(jié)能10%以上。
      3 磁力耦合器在我廠的應(yīng)用
      3.1 改造前我公司溶液循環(huán)泵的使用情況
選用大連深藍(lán)泵業(yè)的EHG300-250-500型化工泵3臺(tái)（2開1備），流量442～758 m3/h，揚(yáng)程68～86 m，轉(zhuǎn)速1 450 rpm，效率78.53%；配用電機(jī)YB450S-4W，功率250 kW，額定電壓10 kV，額定電流17.8 A，轉(zhuǎn)速1 485 rpm。2011年，由于流量不夠，對(duì)葉輪進(jìn)行改造，流量提升到900 m3/h，使用電流17.1 A，閥門開度20%～30%（閥門開度超過30%電機(jī)就會(huì)過負(fù)荷跳車），       暫時(shí)滿足目前的生產(chǎn)要求（122爐/d）。如果增加產(chǎn)量，可能流量還是達(dá)不到使用需求。
      3.2 改造后我公司溶液循環(huán)泵的使用情況
      2013-05-23D27，對(duì)1#溶液循環(huán)泵進(jìn)行改造，泵的轉(zhuǎn)速在1 300 rpm左右，電流為13 A左右，進(jìn)出口閥門全開；2#泵的轉(zhuǎn)速在14 500 rpm左右，電流為17.5 A左右，進(jìn)出口閥門開度20%～30%.
      2014-03-15D22，對(duì)2#溶液循環(huán)泵進(jìn)行改造，投運(yùn)后1#泵的轉(zhuǎn)速在1 350 rpm左右，電流為15 A左右；2#泵的轉(zhuǎn)速在1 300 rpm左右，電流為14 A左右，兩泵進(jìn)出口閥門全開。
      3.3 改造前后的電耗統(tǒng)計(jì)
      未改造前的2013-04-01D30（30 d，日產(chǎn)122爐）總的用電量為360 795 kW?h，日均用電12 026 kW?h。1#泵改造后的2014-02-03D03-04（30 d，日產(chǎn)126爐）總的用電量為335 678 kW?h，日均用電11 189 kW?h；1#、2#泵改造后的2014-03 -22D04-20（30 d，日產(chǎn)126爐）總的用電量為268 246 kW?h，日均用電8 941 kW?h。忽略產(chǎn)量因素，改造后日節(jié)電為12 026-8 941=3 085 kW/h，節(jié)電率25.65%.（數(shù)據(jù)來源于我廠201配電室）
      4 磁力耦合器的優(yōu)勢(shì)與不足
      磁力耦合器的優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：①可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行工況，通過調(diào)節(jié)磁力耦合器的空氣間隙，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。②設(shè)備軟啟動(dòng)。磁力耦合器啟動(dòng)過程分為兩個(gè)階段，第一階段是電機(jī)先帶磁力耦合器的銅轉(zhuǎn)子啟動(dòng)；第二階段是磁力耦合器的銅轉(zhuǎn)子帶動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子全負(fù)荷啟動(dòng)。因此，整個(gè)啟動(dòng)過程平穩(wěn)、沖擊小，具有軟啟動(dòng)/軟停機(jī)功能特點(diǎn)，可以有效地降低電機(jī)的啟動(dòng)電流，解決水錘和氣穴等現(xiàn)象。③節(jié)能。根據(jù)系統(tǒng)工況，對(duì)水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，可以使電機(jī)始終工作在最大效率區(qū)，節(jié)省大量電能。④減振。磁力耦合器取代了原來的剛性聯(lián)軸器，使電機(jī)與負(fù)載沒有機(jī)械聯(lián)接、沒有磨損，這樣水泵側(cè)的振動(dòng)就不會(huì)傳遞到電機(jī)側(cè)，電機(jī)側(cè)的振動(dòng)也不會(huì)傳到水泵側(cè)。同時(shí)，也割斷了振動(dòng)在傳遞過程中的放大效應(yīng)，可以消除剛性聯(lián)軸器的振動(dòng)放大效應(yīng)，降低系統(tǒng)的振動(dòng)幅度；可以大大降低軸彎曲、熱膨脹等原因引起的系統(tǒng)振動(dòng)；延長(zhǎng)電機(jī)和負(fù)載，特別是大大延長(zhǎng)軸承和密封件的壽命。⑤無機(jī)械連接。具有過載保護(hù)功能，提高了整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。由于電機(jī)與水泵之間沒有機(jī)械鏈接，當(dāng)水泵過載或者堵轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)速型磁力耦合器可以自動(dòng)將電機(jī)對(duì)水泵體的力矩傳遞完全斷開，此時(shí)電機(jī)空載運(yùn)行，水泵停轉(zhuǎn)，可以完全消除水泵系統(tǒng)因過載而導(dǎo)致的系統(tǒng)損害和巨大損失，使查找和故障隔離變得非常容易。此外，其安裝簡(jiǎn)單、安裝精度要求較低、維護(hù)工作量少。⑥對(duì)環(huán)境沒有要求，無污染。⑦當(dāng)設(shè)備發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)，可以保護(hù)電機(jī)，使電機(jī)不宜損壞。
      磁力耦合器的不足主要有以下幾點(diǎn)：①永磁調(diào)速技術(shù)不能解決負(fù)載本身不平衡原因引起的振動(dòng)，但避免了電機(jī)過載等問題；②不適合低轉(zhuǎn)速運(yùn)行設(shè)備；③無法降低電機(jī)的空載啟動(dòng)電流；④不適合頻繁啟停設(shè)備。
      5 磁力耦合器在焦化企業(yè)的應(yīng)用前景
      基于磁力耦合器的安裝特點(diǎn)，它比較適合焦化企業(yè)泵類、風(fēng)機(jī)、輸送設(shè)備的改造，主、從動(dòng)之間對(duì)中精度要求降低，所以對(duì)中誤差產(chǎn)生的震動(dòng)就會(huì)減小，有利于檢修周期的延長(zhǎng)；方便的拆裝性，可以降低檢修的難度，節(jié)約檢修時(shí)間；無機(jī)械連接，減少了聯(lián)軸器的消耗，降低了成本。
      基于磁力耦合器利用降低流體系統(tǒng)阻力（閥門全開，轉(zhuǎn)速控制壓力達(dá)到流量要求）的節(jié)能特點(diǎn)，它簡(jiǎn)化了系統(tǒng)操作，減小了系統(tǒng)內(nèi)流體對(duì)閥門閥芯的沖擊，延緩閥芯的老化，延長(zhǎng)閥門的使用周期，減少對(duì)系統(tǒng)的停車檢修頻次，有利于生產(chǎn)管理，并降低維修費(fèi)用的投入。
      基于磁力耦合器的工作原理，它特別適合于運(yùn)行工況單一，高速運(yùn)行設(shè)備的改造；而低速設(shè)備則會(huì)因其體積大而不經(jīng)濟(jì)。
      基于磁力耦合器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，取代液力耦合器的使用，既簡(jiǎn)化了維護(hù)作業(yè)過程，又有效解決了液力耦合器因液力傳動(dòng)油的泄露而造成的環(huán)境污染問題。與變頻器相比，尤其是大功率變頻器，大大減小了維護(hù)投入的人力、財(cái)力、物力。
      基于磁力耦合器不能降低電機(jī)空載啟動(dòng)電流的特點(diǎn)，對(duì)于大功率、頻繁啟停的設(shè)備，由于啟動(dòng)時(shí)對(duì)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊性，局限了其使用的可行性。
      綜上所述，磁力耦合器在焦化企業(yè)適合于循環(huán)氨水泵、循環(huán)水泵、制冷循環(huán)泵、溶液循環(huán)泵、熄焦泵、生化風(fēng)機(jī)和運(yùn)焦系統(tǒng)輸送設(shè)備的改造或選用。