1 灰漿泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介
中石化某熱電廠的除灰系統(tǒng)分為干除灰和水力除灰兩種方式。水力除灰系統(tǒng)有三臺(tái)離心灰漿泵, 系統(tǒng)布置如圖1所示。其中：1#，3#灰漿泵配置相同，電機(jī)型號(hào)：JS136-4；功率：220kW；供電電壓：6kV；額定輸出轉(zhuǎn)速：1480rpm；渣漿泵型號(hào)：ZM150-H-95；額定流量：290m3/h。2#灰漿泵，電機(jī)型號(hào)：JS148-6/310；功率：310kW；供電電壓：6kV；額定輸出轉(zhuǎn)速：987rpm；渣漿泵型號(hào)：150Z-95。
灰漿泵系統(tǒng)原設(shè)計(jì)采用兩投一備運(yùn)行方式。干出灰系統(tǒng)投用后采用一投一備運(yùn)行方式,實(shí)際運(yùn)行中存在以下問(wèn)題：
 灰漿池進(jìn)出灰漿量嚴(yán)重不平衡，通過(guò)人工觀察決定開(kāi)停電機(jī)，導(dǎo)致高壓電機(jī)啟停頻繁，系統(tǒng)故障率高。
 灰漿泵系統(tǒng)自動(dòng)化程度低，運(yùn)行可靠性低。
 往灰漿池中注入回水，浪費(fèi)電能和水資源。
 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，濕度大，粉塵含量高。
 灰渣泵磨損大，曾發(fā)生過(guò)堵轉(zhuǎn)事故。
 現(xiàn)場(chǎng)空間狹小，不適宜采用高壓變頻器。
通過(guò)反復(fù)論證，最后放棄高壓變頻器而采用南京艾凌節(jié)能公司提供的永磁調(diào)速器對(duì)該灰漿泵系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。|||
2 永磁調(diào)速技術(shù)原理
永磁調(diào)速器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由兩部分組成，一部分是安裝在負(fù)載側(cè)的磁轉(zhuǎn)子，另一部分安裝在動(dòng)力機(jī)側(cè)的銅轉(zhuǎn)子，銅轉(zhuǎn)子與動(dòng)力機(jī)轉(zhuǎn)速一致，在運(yùn)行過(guò)程中保持不變。其工作原理如圖3所示，銅轉(zhuǎn)子和磁轉(zhuǎn)子可以自由地獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，當(dāng)銅轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，銅轉(zhuǎn)子與磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，交變磁場(chǎng)通過(guò)氣隙在銅轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流，同時(shí)渦流產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)相互作用，從而帶動(dòng)磁轉(zhuǎn)子沿著與銅轉(zhuǎn)子相同的方向旋轉(zhuǎn)，結(jié)果是在負(fù)載側(cè)輸出軸上產(chǎn)生扭矩，從而帶動(dòng)負(fù)載做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)永磁體和銅導(dǎo)體之間的氣隙就可以控制傳遞扭矩的大小，從而獲得可調(diào)整的、可控制的、可以重復(fù)的負(fù)載轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。|||
3 永磁調(diào)速器與高壓變頻器的比較
高壓變頻器采用復(fù)雜的電路拓?fù)鋵��?shù)以萬(wàn)計(jì)的電力電子元器件串并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電機(jī)的輸入頻率和輸入電壓改變從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，屬于電氣調(diào)速。而永磁調(diào)速器采用高強(qiáng)度的磁轉(zhuǎn)子與銅轉(zhuǎn)子相互作用，實(shí)現(xiàn)電機(jī)與負(fù)載沒(méi)有機(jī)械聯(lián)結(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)氣隙的大小實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，負(fù)載調(diào)速，屬于機(jī)械調(diào)速。參考表1。
序號(hào) 內(nèi)容 高壓變頻器 永磁調(diào)速器
1 基本原理 電氣調(diào)速 機(jī)械調(diào)速
2 可靠性 低 高
3 是否環(huán)保 否（污染電網(wǎng)、產(chǎn)生電磁輻射） 是（不污染電網(wǎng)、不產(chǎn)生電磁輻射）
4 使用壽命 短（5-10年） 長(zhǎng)（10-20年）
5 節(jié)能效果 高 與變頻相當(dāng)
6 環(huán)境要求 高
（溫度、濕度、粉塵要求高） 低
（可適合各種惡劣環(huán)境）
5 維護(hù) 要求高費(fèi)用貴。
即使某個(gè)器件故障都將更換整個(gè)功率單元 免維護(hù)
6 隔振效果 不隔振 隔振好
7 易損件 電力電容等 無(wú)
8 結(jié)構(gòu) 復(fù)雜 簡(jiǎn)單
9 體積 大 小
10 電機(jī)散熱 變差，需要強(qiáng)制散熱 散熱沒(méi)有影響
表1 高壓變頻器與永磁調(diào)速器比較|||
4 永磁調(diào)速改造實(shí)施
對(duì)1＃灰漿泵永磁調(diào)速改造現(xiàn)場(chǎng)照片見(jiàn)圖4，工藝布置圖見(jiàn)圖5。永磁調(diào)速器安裝在電機(jī)和泵軸端之間，伺服機(jī)接受控制系統(tǒng)根據(jù)漿池水位發(fā)出的指令，調(diào)節(jié)永磁調(diào)速器的磁轉(zhuǎn)子與銅轉(zhuǎn)子之間的氣隙大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖4 灰漿泵永磁調(diào)速應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)|||
5 改造效果及分析
 灰漿泵系統(tǒng)通過(guò)永磁調(diào)速改造達(dá)到了預(yù)期的目的，已通過(guò)了11個(gè)月的0故障穩(wěn)定運(yùn)行。
5.1解決了灰漿池中灰漿量進(jìn)出不平衡問(wèn)題
改造后系統(tǒng)可以根據(jù)灰漿量的大小，自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速。實(shí)現(xiàn)灰漿的進(jìn)出自動(dòng)平衡，不需要人為干預(yù)，避免對(duì)高壓電機(jī)進(jìn)行頻繁啟停，延長(zhǎng)電機(jī)、灰漿泵以及高壓開(kāi)關(guān)的壽命，同時(shí)將顯著地延長(zhǎng)了軸承和密封件的壽命。
5.2節(jié)能數(shù)據(jù)及分析
根據(jù)系統(tǒng)工況進(jìn)行灰漿泵的轉(zhuǎn)速調(diào)整，節(jié)約了大量的電能。表2是1#灰漿泵調(diào)速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)電流實(shí)測(cè)數(shù)值，圖6是節(jié)電率和轉(zhuǎn)速比之間的關(guān)系圖。由表2和圖6可以看出，采用永磁調(diào)速器后能否節(jié)能與調(diào)節(jié)的空間有關(guān)系，當(dāng)灰漿泵的轉(zhuǎn)速為滿轉(zhuǎn)速的48%（720rpm）時(shí)，電機(jī)電流為6.5A，節(jié)電率為71.7%，而當(dāng)灰漿泵的轉(zhuǎn)速為滿轉(zhuǎn)速的96%（1440rpm）時(shí)，節(jié)電率僅為6.5%。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)：灰漿泵轉(zhuǎn)速在900rpm左右的時(shí)間約占15%；1200rpm左右的時(shí)間約占40%；1300rpm左右的時(shí)間約占35%；1440rpm左右的時(shí)間約占10%。由此可計(jì)算出節(jié)電率如下：
節(jié)電率=58.7%×15%+32.6%×40%+23.9%×35%+6.5%×10%=30.86%。
由于1#灰漿泵的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)灰漿池中的液位自動(dòng)調(diào)整，避免了因滿足一臺(tái)灰漿泵定速運(yùn)行所需要的水量，將回用水打入灰漿池循環(huán)泵送的現(xiàn)象，因此節(jié)省了大量的回水。
測(cè)試序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8
n泵(rpm) 720 900 1000 1200 1300 1400 1440 1470
I電機(jī)(A) 6.5 9.5 11.5 15.5 17.5 20.5 21.5 23
轉(zhuǎn)速比(％) 48 60 67 80 87 93 96 98
節(jié)電率(％) 71.7 58.7 50.0 32.6 23.9 10.8 6.5 0
表2： 實(shí)測(cè)電流與轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)
 
圖6  轉(zhuǎn)速比與節(jié)電率關(guān)系圖
5.3振動(dòng)數(shù)據(jù)及分析。
表3是1#灰漿泵調(diào)速運(yùn)行時(shí)各軸承處的振動(dòng)振幅實(shí)測(cè)值，測(cè)點(diǎn)序號(hào)8是1#灰漿泵永磁調(diào)速改造之前各軸承處振動(dòng)振幅實(shí)測(cè)值。由于用永磁調(diào)速器取代了原來(lái)的剛性聯(lián)軸器，將原來(lái)的一個(gè)長(zhǎng)軸系統(tǒng)變長(zhǎng)了兩個(gè)互不相連的兩個(gè)短軸系統(tǒng)，這樣灰漿泵側(cè)的振動(dòng)就不會(huì)傳遞到高壓電機(jī)側(cè)，反之依然，同時(shí)可以大大減少了長(zhǎng)軸系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)的放大效應(yīng)。永磁調(diào)速器可允許電機(jī)軸和泵軸之間的安裝對(duì)中誤差為5mm，可有效地排除因?qū)χ胁缓迷斐傻恼駝?dòng)。表3中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，改造后，1#灰漿泵振動(dòng)幅值比改造前大幅度降低，振動(dòng)幅度僅為改造前的15-40%，振動(dòng)降低60-85%。

測(cè)試
序號(hào) 泵轉(zhuǎn)速 電機(jī)軸承1 電機(jī)軸承2 泵軸承1 泵軸承2
  水平 軸向 垂直 水平 垂直 水平 垂直 水平 垂直
1 720 9 6 7 8 7 5 5 5 5
2 900 8 5 6 6 4 5 4 5 3
3 1000 8 6 5 5 4 5 4 6 4
4 1200 8 6 7 7 4 11 5 8 6
5 1300 9 6 6 6 4 10 6 10 5
6 1400 10 6 7 8 5 10 10 13 7
7 1440 10 5 7 7 5 20 8 15 8
8 1470 25 24 12 62 33 48 17 38 5
表3  各轉(zhuǎn)速下各軸承對(duì)應(yīng)振動(dòng)數(shù)據(jù)（單位μm）
 
圖7 振動(dòng)曲線對(duì)比
5.4 軟啟動(dòng)分析。
由于永磁調(diào)速器使電機(jī)和泵軸沒(méi)有機(jī)械聯(lián)接，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)相當(dāng)于電機(jī)空載啟動(dòng)，有效地降低電機(jī)的啟動(dòng)電流、解決水錘和氣穴現(xiàn)象。電機(jī)和灰漿泵可以有選擇啟動(dòng)和停止，大大提高系統(tǒng)啟停性能。
5.5 電磁泄漏分析
單位：mG(毫高斯)
防護(hù)罩表面距離 0（m） 0.5（m）
 東 西 南 北 東 西 南 北
改造前 5.8 26 23 20 2.2 320 6.3 4.6
停機(jī) 0.6 0.5 0.4 0.6 0.4 0.4 0.4 0.6
改造后 22 90 30 24 5 380 6 9
防護(hù)罩表面距離 1（m） 2（m）
 東 西 南 北 東 西 南 北
改造前 3 100 4.9 8.6 0.6 3 1.5 2.6
停機(jī) 0.4 0.4 0.3 0.5 0.3 0.4 0.3 0.5
改造后 2.3 50 2 4 1.3 6 1 30
表4 永磁調(diào)速器改造前后磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量數(shù)據(jù)
通過(guò)表4可以看出，當(dāng)電機(jī)停運(yùn)時(shí)，周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度均在0.6mG以下；在永磁調(diào)速改造前，運(yùn)行高壓電機(jī)，在高壓電機(jī)周圍產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)，其中電機(jī)出口磁場(chǎng)強(qiáng)度最強(qiáng)達(dá)到320mG；永磁調(diào)速改造后，磁場(chǎng)強(qiáng)度變化不大，從而可以看出永磁調(diào)速器產(chǎn)生的電磁干擾遠(yuǎn)小于運(yùn)行中的電機(jī)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。|||
6 結(jié)論
通過(guò)上述分析，與變頻器相比，永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，不產(chǎn)生諧波、不產(chǎn)生電磁干擾的綠色節(jié)能產(chǎn)品，具有更好的隔振效果、能夠很好地適應(yīng)濕度大、粉塵含量高的灰漿泵環(huán)境，筆者堅(jiān)信在不久的將來(lái)必將迎來(lái)永磁調(diào)速器在各行各業(yè)的更廣范圍應(yīng)用.

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