限矩型永磁聯(lián)軸器在干式排渣系統(tǒng)中的開發(fā)與應(yīng)用

華能國際電力股份有限公司大連電廠 趙 宏 江曉然 馬寶林

隨著碳中和碳達(dá)峰目標(biāo)的提出，近年來燃煤發(fā)電機(jī)組面臨著更大的挑戰(zhàn)，亟須解決電廠存在的難點(diǎn)問題。

自2016年啟動煤炭化解過剩產(chǎn)能工作以來，燃煤機(jī)組面臨摻燒經(jīng)濟(jì)煤種的現(xiàn)狀，鍋爐燃燒不充分，經(jīng)常產(chǎn)生大焦塊、大渣塊，對干式排渣系統(tǒng)及下游設(shè)備損傷嚴(yán)重。

干式排渣技術(shù)目前在電廠廣泛應(yīng)用，其技術(shù)特點(diǎn)：無水資源浪費(fèi)、設(shè)備安全可靠、維護(hù)量小、爐渣利用率高、技能環(huán)保等，隨著摻燒情況加劇，干式排渣技術(shù)弊端也逐漸明顯，并且伴隨著較大安全隱患。

1 大連電廠干式排渣系統(tǒng)介紹

大連電廠鍋爐底渣處理采用干式排渣系統(tǒng)，干渣機(jī)現(xiàn)采用液力耦合器連接方式，鋼帶輸渣出現(xiàn)卡咬過載時，液力耦合器通過泄油，斷開電機(jī)與減速機(jī)連接，保護(hù)干渣系統(tǒng)，若泄油不及時，電機(jī)與減速機(jī)直接過載損毀。且液力耦合器故障率高，頻繁出現(xiàn)漏油的現(xiàn)象污染環(huán)境，輸送熱渣溫度高，存在易燃的風(fēng)險(xiǎn)。

為減少設(shè)備故障與維護(hù)檢修成本，消除安全隱患，擬采用非接觸的限矩型永磁聯(lián)軸器替換原液力耦合器，鋼帶出現(xiàn)卡咬過載時，即達(dá)到設(shè)定的最大扭矩，永磁聯(lián)軸器自動脫開，電機(jī)空載，保護(hù)電機(jī)減速機(jī)，故障處理完畢后，電機(jī)啟動，自動吸附，到額定出力，帶載啟動，大大降低了檢修難度，縮短排渣系統(tǒng)故障恢復(fù)時間。本文探索如何通過干渣機(jī)電機(jī)過載自動脫開，減少大顆粒熱渣對排渣系統(tǒng)設(shè)備損傷，有效保障設(shè)備正常運(yùn)行，并提高干式排渣系統(tǒng)使用壽命以及提高產(chǎn)能，確?；痣姀S發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。

2 限矩型永磁聯(lián)軸器介紹

2.1 產(chǎn)品介紹

限矩型聯(lián)軸器外形及結(jié)構(gòu)如圖1所示，由ABBA雙盤式對稱結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中外側(cè)與電機(jī)連接的為雙導(dǎo)體盤，內(nèi)部與減速機(jī)連接的為雙永磁體盤，導(dǎo)體盤與永磁體盤存在一定的空氣間隙（3.3～25mm），使電機(jī)與負(fù)載完全分隔為兩個獨(dú)立設(shè)備運(yùn)行。

圖1 限矩型永磁聯(lián)軸器

電機(jī)啟動時，與電機(jī)連接的導(dǎo)體盤很快達(dá)到電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，導(dǎo)體盤與永磁體盤存在相對運(yùn)動，產(chǎn)生互感磁場，拉動盤體之間的間隙逐漸變小，最終達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，一般1～2s左右達(dá)到滿出力。最終實(shí)現(xiàn)負(fù)載定速轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)扭矩的空中傳遞。

當(dāng)干渣機(jī)的扭矩發(fā)生周期性變化的時候，導(dǎo)體盤和永磁體盤這兩個轉(zhuǎn)體之間的間隙可以在一定間隙之間變動（3.3～6mm），從而實(shí)現(xiàn)周期性變化的扭矩傳遞。當(dāng)干渣機(jī)鋼帶發(fā)生卡咬扭矩增加情況時，超過聯(lián)軸器設(shè)計(jì)的最大扭矩，聯(lián)軸器自動脫開，空氣間隙瞬間被拉開，間隙拉開到25mm，減小了導(dǎo)體盤與永磁體盤之間的相互作用力，降低傳遞扭矩，使與導(dǎo)體盤連接的電機(jī)空轉(zhuǎn)，電機(jī)與減速機(jī)均得到完全保護(hù)。限矩型聯(lián)軸器適用于具有較高啟動慣性扭矩的負(fù)載、脈沖負(fù)載、周期性振動負(fù)載和需要限定負(fù)載最大扭矩而保護(hù)電機(jī)的場合。

這種工作性質(zhì)，實(shí)際上延遲了過載的扭矩與電機(jī)之間的傳遞，所以稱其為限矩型永磁聯(lián)軸器。在發(fā)生過載或卡死情況下，電機(jī)本體監(jiān)測保護(hù)會在幾秒內(nèi)關(guān)閉電機(jī)，短時間對電機(jī)不會有任何損傷。所以適用于像皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)，類似對柔性啟動要求高和負(fù)載周期性變化的場合[1]。

2.2 產(chǎn)品特點(diǎn)

一是節(jié)電。運(yùn)行電流降低約3%～5%。

二是降耗。限矩型聯(lián)軸器屬于免維護(hù)產(chǎn)品，無備件更換，同時斷開電機(jī)與負(fù)載剛性連接，降低電機(jī)與負(fù)載備件費(fèi)用，整體經(jīng)濟(jì)效益極高。

三是解決了干渣機(jī)系統(tǒng)因振動造成的相關(guān)問題，大大降低了系統(tǒng)的故障率，避免因振動引起的設(shè)備故障及軸承壽命短等問題。

四是卡咬、過載保護(hù)，提高了整個干式排渣系統(tǒng)的可靠性。由于斷開了電機(jī)與減速機(jī)之間的剛性連接，當(dāng)排渣系統(tǒng)過載或者卡咬時，限矩型聯(lián)軸器可自動將電機(jī)對減速機(jī)的力矩傳遞完全斷開，此時電機(jī)空載運(yùn)行負(fù)載停轉(zhuǎn)，可以完全消除設(shè)備因過載而導(dǎo)致的系統(tǒng)損害和巨大損失，并且避免了因液力耦合器卸油帶來的起火風(fēng)險(xiǎn)，使現(xiàn)場更安全。

五是設(shè)備安裝簡單?？扇萑梯^大的安裝對中誤差，最大偏差可達(dá)1mm，且沒有傳動效率的損失，縮電機(jī)或減速機(jī)故障的恢復(fù)時間。

六是限矩型聯(lián)軸器完全斷開電機(jī)與減速機(jī)連接，沒有機(jī)械剛性聯(lián)結(jié)，使現(xiàn)場分隔為兩個獨(dú)立故障點(diǎn)，查找判斷和隔離故障非常容易。

七是限矩型聯(lián)軸器對電網(wǎng)不會產(chǎn)生諧波、電磁干擾設(shè)備防護(hù)罩外檢測不到任何磁性。

八是可靠性高，使用壽命長，設(shè)計(jì)壽命達(dá)25年。

2.3 實(shí)際應(yīng)用效果

2.3.1 山東棗礦集團(tuán)蔣莊礦井下輸煤皮帶機(jī)

永磁型號：MGTL22/450；額定功率：160kW；額定轉(zhuǎn)速：1485r/min；應(yīng)用時間：2008年；數(shù)量：4臺。

改造前：原為液力耦合器傳動方式，由于減速機(jī)振動加大，液力耦合器重量大，減速機(jī)的軸承、密閉線圈加速磨損導(dǎo)致故障，影響生產(chǎn)。

改造后：一是隔離振動，延長減速機(jī)和電機(jī)軸承、密封圈使用壽命；二是緩沖啟動，降低啟動電流，電機(jī)重載啟動時，系統(tǒng)壓降??；三是自動平衡負(fù)載，解決了多機(jī)傳動時負(fù)載分配不均問題；四是免維護(hù)，降低系統(tǒng)維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用；五是安裝時間，2008年運(yùn)行至2017年，無任何維護(hù)，運(yùn)行良好。

圖2

2.3.2 四川利森建材集團(tuán)（水泥行業(yè)提升機(jī)、取料機(jī)）

項(xiàng)目名稱：四川利森建材提升機(jī)、取料機(jī)；應(yīng)用時間：2017年開始，現(xiàn)已經(jīng)安裝12臺設(shè)備；主要解決用戶的問題：解決振動問題，設(shè)備經(jīng)常過載、設(shè)備維護(hù)率大等問題；負(fù)載：提升機(jī)、取料機(jī)。

圖3 永磁型號：MGTL18/300入庫提升機(jī)（160kW,1480rpm）

圖4 永磁型號：MGTL18/250入窯提升機(jī)（160kW,1480rpm）

圖5 永磁型號：MGTL16/200石灰石取料機(jī)（90kW,1480rpm）

圖6 永磁型號：MGTL16/250窯斗提升機(jī)（110kW,1480rpm）

3 大連電廠干式排渣系統(tǒng)限矩型永磁聯(lián)軸器設(shè)計(jì)及運(yùn)行情況

華能大連電廠原有一級碎渣機(jī)與電機(jī)之間以液力耦合器連接，依靠耦合器內(nèi)的油來傳遞電機(jī)扭矩。當(dāng)過載時，溫度升高，液力耦合器易熔塞熔爆，耦合器內(nèi)的油溢出，實(shí)現(xiàn)碎渣機(jī)與電機(jī)的脫開。由于作業(yè)環(huán)境中時常出現(xiàn)粉塵，造成耦合器內(nèi)的軸承磨損嚴(yán)重，使耦合器故障率高，增加了備件消耗，也為維保人員的維護(hù)增加了工作量。耦合器一旦發(fā)生故障需要將干渣外排，使現(xiàn)場環(huán)境遭受污染。且過載時情況差異，導(dǎo)致偶爾會發(fā)生易熔塞未熔爆，電機(jī)振動過大地腳螺栓斷裂、電機(jī)飛出的嚴(yán)重后果。過載時造成現(xiàn)場滿是油污，增加了現(xiàn)場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

為減少設(shè)備故障與維護(hù)檢修成本，消除安全隱患，對現(xiàn)有一級碎渣機(jī)進(jìn)行電機(jī)過載自動保護(hù)優(yōu)化改造，采用非接觸的限矩型永磁聯(lián)軸器替換原液力耦合器。一級碎渣機(jī)出現(xiàn)卡咬過載時，即達(dá)到設(shè)定的最大扭矩，永磁聯(lián)軸器自動脫開，電機(jī)空載，保護(hù)電機(jī)減速機(jī)，故障處理完畢后，電機(jī)啟動，自動吸附，到額定出力，帶載啟動，大大降低了檢修難度，縮短排渣系統(tǒng)故障恢復(fù)時間。

表1 一級碎渣機(jī)參數(shù)表

圖7 改造后現(xiàn)場圖

限矩型永磁聯(lián)軸器在電廠干式排渣系統(tǒng)應(yīng)用后，展現(xiàn)出液力耦合器的優(yōu)越性。優(yōu)勢如下：一是設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定性得到了顯著提升。限矩型永磁聯(lián)軸器本身故障率低，運(yùn)行穩(wěn)定，過載時能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)與碎渣機(jī)的自動脫開，排除障礙后可立即恢復(fù)運(yùn)行。無需介質(zhì)油也大大降低了現(xiàn)場火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，提升了設(shè)備運(yùn)行安全性。

二是降低了現(xiàn)場環(huán)境污染的可能性[2]。減少了干渣外排，過載時不再產(chǎn)生大量油污，為現(xiàn)場的環(huán)境保護(hù)做出了貢獻(xiàn)。三是降低了維護(hù)成本?，F(xiàn)場粉塵對永磁聯(lián)軸器幾乎沒有磨損的影響，日常維護(hù)便捷，更無需清理現(xiàn)場油污，減少了維護(hù)的工作量。目前，限矩型永磁聯(lián)軸器運(yùn)行穩(wěn)定，也提升了整套干渣系統(tǒng)的安全可靠性。

4 結(jié)論

通過對釹鐵硼永磁體特性的開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)扭矩的空中傳遞，通過空氣間隙傳遞扭矩，完全斷開干渣機(jī)減速機(jī)與電機(jī)。電機(jī)端連接導(dǎo)體盤，減速機(jī)端連接永磁體盤，電機(jī)啟動，帶動導(dǎo)體盤旋轉(zhuǎn)，相對永磁體盤運(yùn)動，切割磁力線，在導(dǎo)體盤內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)磁場，產(chǎn)生相互的吸引，拉近永磁體盤，達(dá)到最小間隙，逐步帶動永磁體盤旋轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速，鋼帶過載時，扭矩增大，減速機(jī)與永磁體盤轉(zhuǎn)速降低，永磁體盤與導(dǎo)體盤相互作用力降低，永磁體盤遠(yuǎn)離導(dǎo)體盤，達(dá)到最大間隙，電機(jī)空載。通過調(diào)整永磁體盤與導(dǎo)體盤最小間隙大小，可調(diào)整過載脫開扭矩，適用于各種燃煤工況。