磁力耦合器及永磁調(diào)速設備安裝及應用

王乃充，金廣林，楊勝利

（中國石油吉林石化公司乙二醇廠水汽車間，吉林吉林 132022）

0 引言

永磁磁力耦合驅動以外的傳動方式的其優(yōu)點為簡單、方便、安全、結構緊湊、傳動平穩(wěn)，效率高。但在所需風量因季節(jié)不同而變化時，引用磁力耦合器及永磁調(diào)速裝置顯得非常有必要，并能有效解決風量不能調(diào)節(jié)問題及長軸因同心度偏差引起軸損壞隱患故障問題發(fā)生。永磁磁力耦合驅動系統(tǒng)較變頻器系統(tǒng)而言，不僅達到了調(diào)速的目的，同時也較變頻系統(tǒng)、液力耦合器動改投資少及實現(xiàn)對環(huán)保要求達標。現(xiàn)老裝置設備無調(diào)速功能，針對高質(zhì)量發(fā)展需要，增設調(diào)速功能，升級至永磁磁力耦合驅動系統(tǒng)。

1 磁力耦合器調(diào)速

（1）優(yōu)勢。通過增設永磁裝置，達到動力電機和運行設備間無機械連接，從而實現(xiàn)動力輸出運行設備做功輸送物料的裝置。

（2）補充現(xiàn)役不足。從永磁理論上看，通過調(diào)整裝置間的間距，即氣隙就能實現(xiàn)設備運行轉數(shù)的變化，實現(xiàn)無法變化設備轉數(shù)不能調(diào)節(jié)循環(huán)水溫度的不足。

（3）氣隙調(diào)速。適應各種惡劣環(huán)境，不產(chǎn)生污染物，體積小，安裝方便，通過調(diào)節(jié)氣隙改變轉速，轉速調(diào)節(jié)可以在（600～1487）r/min 調(diào)節(jié)。節(jié)電效果顯著，同時配置緩沖的軟啟動，也可以減少電機的沖擊電流，延長設備使用壽命。

2 特點

現(xiàn)役裝置設備是由電機與連軸器相連，裝置風機連軸器長約2 m，再因為室外設備、東北地芡四季交替溫度變化大，很容易出現(xiàn)電機和設備連軸器間的徑向偏差，偏差造成接振動，嚴重時會損壞連接螺栓，發(fā)生不及時的話還會造成連軸器脫開隱患發(fā)生。引用此設備能消除上述隱患。即使電機本身引起的振動也不會引起負載端振動，使整個系統(tǒng)的振動問題得到有效降低。

3 與變頻器比較

（1）變頻器概念。通過改變電機電源頻率實現(xiàn)調(diào)速手段。通過安裝變頻電機和控制變頻器，形成變頻控制整個系統(tǒng)，以100%額定負載在10%～100%額定速度范圍內(nèi)連續(xù)運行來實現(xiàn)調(diào)速。

（2）對相鄰系統(tǒng)影響。變頻裝置會產(chǎn)生一些以50/60Hz 為倍數(shù)諧波，這些諧波將會使電壓波形失真，電壓波形失真導致周圍敏感電子設備不工作，同時諧波電流會使系統(tǒng)總功率因數(shù)降低15%以上，因而影響節(jié)電效果，在裝有變頻裝置的系統(tǒng)需滿功率運行時不但不節(jié)電反而費電。而裝有調(diào)速型永磁渦流傳動裝置的系統(tǒng)沒有上述問題等因素影響。

（3）節(jié)電。同樣工況下相比，調(diào)速型永磁渦流傳動裝置比變頻裝置節(jié)電多5%左右。

（4）可調(diào)范圍寬。在負載要求中，低速運轉（額定轉速的30%以下）的工況下，變頻裝置無法工作，即使工作也無調(diào)速精度可言，而調(diào)速型永磁渦流傳動裝置沒有這些限制，它可安全的使電機在低速環(huán)境中正常運行并對其進行無級調(diào)速。

（5）原件故障率低。因變頻裝置為電氣原件，眾所周知，電氣元件更新?lián)Q代很快，隨著時間的推移，可能一些易壞的零件如電路板等很難或根本找不到配件，同時變頻裝置對工作環(huán)境要求比較嚴格。而調(diào)速永磁渦流傳動裝置的工作環(huán)境適應能力很強和幾乎免維護性能，是變頻裝置做不到的。

（6）電機損傷小。目前的變頻裝置系統(tǒng)，大部分的使用方為降低設備購置成本，不配置變頻電機，而是繼續(xù)使用原有的三相異步電機。在實際工作中，變頻裝置降低電機的轉速，使三相異步電機脫離額定轉速運行，而此種電機的轉速與扭矩、功耗之間是非線性關系，所以使電機的運行效率大大降低。另外，變頻裝置是通過以每秒10 000 到20 000 個從0 V 瞬時升到最高電壓的電壓脈沖驅動電機的。這種頻繁的電壓突變導致電機繞組絕緣老化，最終導致繞組故障。調(diào)速型永磁渦流傳動裝置不存在這些問題。

（7）安裝距離不受限。在50 Hz 或60 Hz 的電力分布系統(tǒng)上，電機繞組和電纜的阻抗低。變頻裝置輸出的電壓脈沖含有能達到兆赫的高頻諧波。這樣的高頻諧波在繞組與電纜間反射改變了阻抗。反射的諧波與進來的諧波相加會產(chǎn)生諧波共振，諧波共振導致電壓峰值倍增。一般安裝長度在50 m 以內(nèi)的電纜比較安全，安裝長度在50 m 以外的電纜會有電壓倍增的問題。因此，變頻裝置的安裝地點是有要求的，而調(diào)速型永磁渦流傳動裝置本身不用電，老機組改造只需電機后移即可。

（8）無污染。變頻裝置是產(chǎn)生諧波污染的污染源，調(diào)速型永磁渦流傳動裝置綠色環(huán)保，無任何污染，符合國家的產(chǎn)業(yè)政策。

4 磁力耦合器與液力偶合器比較

（1）綠色環(huán)保。液力偶合器用油、易泄漏、污染環(huán)境；永磁渦流傳動裝置不用油、無泄漏，是綠色環(huán)保產(chǎn)品。

（2）機械損失小。液力偶合器自身損失大：滑差損失，傳遞力矩時工作油的摩擦及沖擊損失，油泵耗功損失，自身機械損失；而永磁渦流傳動裝置只有滑差損失和自身機械損失；故，永磁渦流傳動裝置相對液力偶合器而言節(jié)能效果多10%左右。

5 技術方案

5.1 理論基礎

永磁調(diào)速器裝置是安裝在電機和工作機之間的一種傳動元件，它是由銅轉子、永磁轉子和控制器三個部分組成。并可在電機輸出轉速不變的條件下，通過控制器調(diào)整銅轉子與永磁轉子之間的間隙，實現(xiàn)對工作機轉速進行無級調(diào)節(jié)。并使電機的功率通過軟（磁）連接，平穩(wěn)而無沖擊地傳遞給工作機。銅轉子和永磁轉子之間氣隙越大，調(diào)速型磁力偶合器的輸出扭矩越小，輸出轉速越低（調(diào)速型磁力偶合器的滑差越大）；銅轉子和永磁轉子之間氣隙越小，調(diào)速型磁力偶合器的輸出扭矩越大，輸出轉速越高（調(diào)速型磁力偶合器的滑差越小）。而控制機構可通過控制信號調(diào)節(jié)氣隙的大小。

5.2 特性曲線

根據(jù)離心式工作機的特性，永磁渦流調(diào)速器裝置在電機轉速不變的情況下對工作機的轉速進行無級調(diào)速，調(diào)速范圍可在40%至工作機額定轉速的97.5%，也就是調(diào)速型永磁渦流調(diào)速器裝置可以根據(jù)工作機的實際工作參數(shù)的變化要求，通過改變工作機的轉速來達到目的，系統(tǒng)中只要工作機在其額定轉速以下進行工作，電機都是在節(jié)能狀況下工作。

5.3 控制手段

永磁調(diào)速裝置的控制方式可實現(xiàn)現(xiàn)場手動、遠程手動、DCS自動。也可根據(jù)用戶要求，在水泵調(diào)速應用中，參與閥門聯(lián)動，配合現(xiàn)場控制系統(tǒng)，滿足現(xiàn)場連鎖要求。

6 安裝

根據(jù)設計及藍圖，準備材料及備件，準備施工方案，現(xiàn)場組織施工，崗位派出監(jiān)護人員，按照施工所需管理票證書進行現(xiàn)場施工監(jiān)護。安裝電機、永磁調(diào)速裝置等設備。

7 調(diào)試

對更換后的設備進行調(diào)試，根據(jù)需要，通過永磁調(diào)速裝置調(diào)節(jié)動力裝置轉速，從而實現(xiàn)控制流量（風量）或溫度等，以達到目標效果。

8 維修

（1）永磁調(diào)整維修。安裝永磁調(diào)速裝置后系統(tǒng)，如需對永磁調(diào)速裝置進行維修，可在電機與水泵不移動的情況下，對永磁調(diào)速裝置進行拆裝。

（2）原設備維修。安裝永磁調(diào)速裝置后的水泵系統(tǒng)，電機軸、水泵軸的靜、動載荷與未安裝永磁調(diào)速裝置前維修方式相同。

9 效益計算

（1）轉速的理論值計算。根據(jù)原壓力和目標壓力的需要，對2 個轉速下壓力進行試算，公式：H2=H1（n2/n1）2，即已知壓力H2，H 及轉速n1，可得出目標轉速值n2。

（2）低轉速下電機輸出功率值。因永磁調(diào)速裝置輸入與輸出的轉速比就是其功率，水泵效率cosΦ 按85%計算，則此時電機的輸出功率：P直流=UI，P單向交流=UIcosΦ，P三相交流=1.732UIcosΦ。

（3）節(jié)能率。在相同的工藝要求前提下，系統(tǒng)加裝永磁調(diào)速裝置后每臺電機的工作電流與原工作電流差所占的比值。

（4）實例。濟南煉化項目400 kW，990 r/min（圖1）。該泵按每年工作7200 h，電流按變化57 A（按以上方法計算電流：略）計算，電壓380 V，電費按0.41 元/（kW·h），則年節(jié)約電費94 132 元。

圖1 現(xiàn)場照片

（5）成 本 收回。根據(jù)理論計算，使用永磁調(diào)速器后每年可節(jié)約電費9.413 2 萬元，整套永磁調(diào)速器采購價格為18.5 萬元，預計試用后2 年可收回試用設備成本。