永磁調(diào)速器在集輸泵站上的應(yīng)用

點擊量：1850   日期：2019-05-22       1 永磁調(diào)速器需求背景

      永磁調(diào)速是國際上近幾年發(fā)展起來的一項新的調(diào)速節(jié)能技術(shù)，主要用于中大功率、中高壓電機拖動系統(tǒng)軟啟動及離心負載的調(diào)速節(jié)能。具有效隔離降低振動、安裝簡單、運行可靠、無諧波污染電網(wǎng)、壽命長、維護費用少、環(huán)境要求低、與電壓等級無關(guān)等特點。

      油氣集輸總廠東營原油庫4#輸油泵機組是中石化勝利油田分公司外輸外銷主要設(shè)備，主要由6 kV異步電動機容量680kW和揚程128米的離心泵等組成，固定流量輸送，當調(diào)整輸油輸量時，采取旁通調(diào)節(jié)開度的方式來滿足生產(chǎn)需求，存在嚴重的節(jié)流損耗問題。經(jīng)過多方考察，決定采用水冷型永磁調(diào)速器，對原油輸油泵機組進行改造。

      2 永磁調(diào)速器組成及原理
      第一代永磁調(diào)速技術(shù)由美國MagnaForce公司于1999年推出，國內(nèi)由中達電通股份有限公司代理，其原理如下圖1：
      導(dǎo)體盤轉(zhuǎn)子安裝在電機側(cè)，永磁盤轉(zhuǎn)子安裝在負載側(cè)，通過調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)整兩者間的氣隙來改變傳遞的扭矩大小，從而改變負載側(cè)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)節(jié)能。氣隙最小時傳遞扭矩最大、轉(zhuǎn)速最高，氣隙增大、傳遞扭矩變小、轉(zhuǎn)速降低。
      第二代永磁調(diào)速技術(shù)根據(jù)引進設(shè)備的調(diào)速原理設(shè)計制造：
      2.1 結(jié)構(gòu)組成
      永磁調(diào)速器主要由導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)器三部分組成。
      永磁轉(zhuǎn)子安裝在負載軸上，在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子內(nèi)，其間由空氣隙分開，并隨各自安裝的旋轉(zhuǎn)軸獨立轉(zhuǎn)動；導(dǎo)體轉(zhuǎn)子安裝在電機軸上，永磁場在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流，又產(chǎn)生感應(yīng)磁場與永磁場相互作用；調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在軸線水平方向的相對位置以改變導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間相互作用的面積，實現(xiàn)改變導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。
      2.2 工作原理
      筒形導(dǎo)體轉(zhuǎn)子安裝在電機側(cè)，筒形永磁轉(zhuǎn)子安裝在負載側(cè)，筒形永磁轉(zhuǎn)子在筒形導(dǎo)體轉(zhuǎn)子內(nèi)，其間由空氣隙分開，通過調(diào)節(jié)兩者在軸線方向的相對位置，改變兩者間的嚙合面積，實現(xiàn)傳遞轉(zhuǎn)矩大小的改變。嚙合面積越小，傳遞扭矩越小，轉(zhuǎn)速越低。
      導(dǎo)體轉(zhuǎn)子（安裝在輸入軸上）通過聯(lián)軸器與電機相連， 永磁轉(zhuǎn)子（安裝在輸出軸上）通過聯(lián)軸器與輸油泵相連，當電機帶動導(dǎo)體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對運動，永磁場在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流，同時渦流又產(chǎn)生感應(yīng)磁場與永磁場相互作用，從而帶動永磁轉(zhuǎn)子沿與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子相同的方向轉(zhuǎn)動，結(jié)果是將輸入軸的轉(zhuǎn)矩傳遞到輸出軸上；輸出轉(zhuǎn)矩的大小與相互作用的面積相關(guān)，作用面積越大，扭矩越大，反之亦然。
      永磁轉(zhuǎn)子在調(diào)節(jié)器作用下，沿軸向往返移動時，永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的相互作用面積發(fā)生變化。作用面積大，傳遞的扭矩大，轉(zhuǎn)速高；作用面積小，傳遞的扭矩小，轉(zhuǎn)速低；永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子完全脫開，作用面積為零，永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為零，即負載轉(zhuǎn)速為零。
      3 設(shè)備改造過程
      3.1 系統(tǒng)現(xiàn)狀
      油氣集輸總廠原油庫有大量的離心式輸油泵等設(shè)備。該類設(shè)備的通常運行方式為固定轉(zhuǎn)速，通過泵進出旁通閥回流調(diào)節(jié)輸油泵排量的大小。隨著電力系統(tǒng)的變化和輸量的要求越來越高，機組負荷調(diào)節(jié)深度越來越大，負荷調(diào)節(jié)幅度和頻次隨之增大。旁通閥調(diào)節(jié)方式運行效率越來越低，能耗浪費很大。對于該類設(shè)備采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方式運行，是節(jié)能降耗的有效途徑。
      3.2 系統(tǒng)選擇
      3.3 改造內(nèi)容
      將電機和泵之間的聯(lián)軸器改為生產(chǎn)的永磁調(diào)速器（型號為：ALTH-780），并通過已有的DCS實現(xiàn)自動控制。自動控制系統(tǒng)構(gòu)成包括：永磁調(diào)速器、電動執(zhí)行機構(gòu)、溫度傳感器、速度傳感器、遠程控制中心。
      改造過程：（1）電機基礎(chǔ)加長：根據(jù)現(xiàn)場實際測量，將電機向后移1655mm。（2）將電機軸與泵軸找正后，把永磁調(diào)速機構(gòu)分別安裝在泵軸和電機軸上，控制間隙在3-5mm之間。（3）安裝電動執(zhí)行機構(gòu)、溫度傳感器、速度傳感器等。（4）安裝水冷卻系統(tǒng)，包括兩臺供水循環(huán)泵、一個散熱器和一個2立方米不銹鋼循環(huán)水箱。
      3.4 應(yīng)用效果預(yù)測
      當輸出流量和壓力減少時，按照離心負載的相似定律，電機功率急劇下降，減少了能源需求，從而起到節(jié)能的作用。從另一個角 度講，對于油田使用的各種離心式負載，其工作點是泵H-Q曲線與管網(wǎng)H-Q曲線的交點，與閥控調(diào)節(jié)相比，電機調(diào)速調(diào)節(jié)無需改變管網(wǎng)H-Q曲線，從而在保證流量調(diào)節(jié)需要的情況下，達到輸入能量最小的目的。
      4 結(jié)論
     （1）通過調(diào)速器改造可節(jié)約由于節(jié)流造成損失的電量的20%～60%；
     （2）可減少振動對環(huán)境造成的噪聲污染，減少對操作工人噪聲危害。
     （3）實現(xiàn)了遠程調(diào)控輸油泵排量，減輕了工人勞動強度。