永磁聯(lián)軸器在回轉(zhuǎn)式空預(yù)器上的應(yīng)用

顧宏偉，劉冬炎

（浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315612）

0 引言

國內(nèi)很多圍帶傳動式空預(yù)器的傳動方式為1臺減速機(jī)配備主電機(jī)、副電機(jī)及氣動盤車裝置各1臺，主電機(jī)和減速箱中間通過液力聯(lián)軸器連接，副電機(jī)與減速箱、氣動盤車裝置與減速箱配有超越離合器。楔塊式超越離合器的作用是當(dāng)主電機(jī)運(yùn)行時(shí)脫開與副電機(jī)、氣動盤車裝置的旋轉(zhuǎn)傳動。目前從全國各電廠空預(yù)器液力偶合器和超越離合器的使用反饋情況看，使用效果均不理想，國產(chǎn)液力偶合器質(zhì)量較差，使用壽命短。進(jìn)口液力偶合器比國產(chǎn)稍好，但也有漏油情況發(fā)生。超越離合器為進(jìn)口部件，也經(jīng)常發(fā)生故障。這兩個(gè)部件故障必然導(dǎo)致空預(yù)器停運(yùn)，從而影響機(jī)組發(fā)電量以及設(shè)備安全運(yùn)行。

1 故障分析

1.1 設(shè)備使用情況

寧海電廠5號、6號鍋爐空預(yù)器為上海鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的三分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，型號為2－34VI（50°）－90″SMRC， 圍帶傳動。 其主電機(jī)和減速箱連接通過液力偶合器，副電機(jī)、氣動盤車裝置配備超越離合器，主電機(jī)功率45 kW。2臺1 000 MW機(jī)組分別于2009年9月、10月正式投運(yùn)，運(yùn)行1年發(fā)生空預(yù)器液力偶合器軸承異響1次、漏油2次，超越離合軸承故障1次。

液力偶合器漏油故障表現(xiàn)為液力偶合器骨架密封經(jīng)常出現(xiàn)甩油，由于無法在運(yùn)行中加油，一旦漏油過多，機(jī)組需降負(fù)荷進(jìn)行單側(cè)隔離檢修，大大增加了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。因此有必要盡快對空預(yù)器傳動裝置、液力偶合器進(jìn)行故障分析，消除影響機(jī)組運(yùn)行的安全隱患，保證機(jī)組長期安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.2 故障分析

回轉(zhuǎn)式空預(yù)器液力偶合器的漏油部位主要在主電機(jī)軸與液力偶合器裝配的骨架密封處。故障的主要原因是空預(yù)器整個(gè)傳動裝置的振動較大。不同負(fù)荷下空預(yù)器轉(zhuǎn)子的膨脹量有所不同，振動大小與空預(yù)器入口煙氣溫度、煙氣量以及傳動裝置的大齒輪和圍帶的嚙合情況有關(guān)。振動偏大將導(dǎo)致液力偶合器軸承松動，增加骨架密封漏油的可能。液力偶合器的制造質(zhì)量較差是造成故障的另一個(gè)原因，主要體現(xiàn)在：軸承外圈和配合較松，解體時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承會自行掉落；骨架密封本身質(zhì)量不佳，軸承游隙較大，加劇了骨架密封的磨損。夏季溫度較高時(shí)，損壞幾率更高。

超越離合器故障主要體現(xiàn)在軸承運(yùn)行溫度高，軸承容易損壞，運(yùn)行中添加油脂困難。由于超越離合器轉(zhuǎn)速較高，軸承采用油脂潤滑，在運(yùn)行中加油十分困難，冷卻效果差，大部分超越離合器夏季運(yùn)行溫度都在60℃以上，有的達(dá)到了70～80℃。目前制造商也已關(guān)注到此類問題，有些新建電廠改進(jìn)了減速箱，將超越離合器改至減速箱內(nèi)部，采用油浴潤滑，效果不錯(cuò)。但對于已投運(yùn)的電廠來說，改造減速箱代價(jià)太大。

1.3 故障影響

當(dāng)液力偶合器及超越離合器發(fā)生故障時(shí)，需停運(yùn)故障側(cè)空預(yù)器，一般檢修更換時(shí)間為1～2 h，但空預(yù)器停運(yùn)需采取隔離降溫等措施，總計(jì)約需7～8 h。另外，停運(yùn)單側(cè)空預(yù)器還需停運(yùn)風(fēng)機(jī)、隔離煙風(fēng)擋板，給運(yùn)行操作帶來較大的風(fēng)險(xiǎn)。液力偶合器的使用壽命大約為1年，其軸承、骨架密封磨損后，更換配件質(zhì)量無法保證，一般都采用整體更換方式，大大增加了維護(hù)費(fèi)用。超越離合器為進(jìn)口件，每次損壞后更換的費(fèi)用也較高。

2 改進(jìn)方案對比

為了減小液力偶合器和超越離合器對空氣預(yù)熱器安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，必須對空預(yù)器傳動裝置連接方式進(jìn)行有針對性的改進(jìn)。

徹底消除隱患的方法是取消液力偶合器。取消液力偶合器的方案有兩種：一種是電機(jī)改為變頻方式，另一種是改用磁力聯(lián)軸器。有部分新建電廠采用變頻方式，并且取消了氣動盤車裝置，輔助電機(jī)和主電機(jī)容量一致，實(shí)現(xiàn)一運(yùn)一備。目前有些空預(yù)器采用的磁力聯(lián)軸器為電磁聯(lián)軸器，通過電磁傳遞扭矩，維修工作量較少，只需利用檢修更換磁力聯(lián)軸器鋁片即可。

方案一：主、副電機(jī)改為變頻方式。副電機(jī)只在檢修、主電機(jī)故障和空預(yù)器清洗時(shí)使用。此方案改造工作量大，需增加變頻器、控制柜，更換變頻抗干擾電纜。改造后可取消氣動盤車裝置及其超越離合器、主電機(jī)側(cè)液力偶合器和副電機(jī)減速箱等部件，但副電機(jī)側(cè)還需保留超越離合器。目前大部分采用變頻方式的空預(yù)器在啟動后一直以變頻方式運(yùn)行，但變頻器偶爾會發(fā)生故障，因此有些電廠在設(shè)計(jì)上做了優(yōu)化，即空預(yù)器啟動時(shí)采用變頻方式，從零轉(zhuǎn)速升至1 480 r/min，用時(shí)大概為60 s，到達(dá)額定轉(zhuǎn)速后，變頻器輸出啟動完成信號，由切換控制器斷開變頻器，3 s后主電機(jī)切換到工頻電運(yùn)行。值得注意的是，由于變頻器只能從零轉(zhuǎn)速開始啟動，當(dāng)從副電機(jī)切換到主電機(jī)時(shí)，從零速啟動的主變頻器會對正在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生剎車作用，從而對減速箱齒輪造成較大沖擊。因此必須保證空預(yù)器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近零轉(zhuǎn)速時(shí)才啟動主電機(jī)。而副電機(jī)的輸出軸裝有超越離合器，因此從主電機(jī)切換到副電機(jī)時(shí)不必考慮減速箱的沖擊問題，但副電機(jī)超越離合器的存在也相應(yīng)增加了故障點(diǎn)。對于新投產(chǎn)機(jī)組，采用變頻方式可降低氣動盤車裝置等設(shè)備的初期投資，較為適用，而對已投產(chǎn)的機(jī)組來說改造費(fèi)用較大。

方案二：改為磁力聯(lián)軸器后的結(jié)構(gòu)較簡單，可以徹底消除液力偶合器的隱患，但還需配套電氣系統(tǒng)。目前國內(nèi)有少數(shù)電廠的進(jìn)口空預(yù)器采用電磁聯(lián)軸器，使用效果不錯(cuò)。永磁聯(lián)軸器是由一個(gè)與電機(jī)端聯(lián)接的導(dǎo)磁體和一個(gè)與負(fù)載端聯(lián)接的永磁體組成，兩者沒有任何接觸，電機(jī)轉(zhuǎn)動導(dǎo)磁體，通過切割永磁體的磁力線產(chǎn)生磁感應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)與負(fù)載之間的扭矩傳遞。磁力線通過導(dǎo)磁體（銅導(dǎo)體），靜止時(shí)磁力線不起作用，當(dāng)兩者有相對運(yùn)動時(shí)，磁力線在導(dǎo)體中移動產(chǎn)生感應(yīng)渦電流，進(jìn)而在銅導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)磁場，并產(chǎn)生扭距，越靠近時(shí)磁力線密度越密集，扭距越大，相對運(yùn)動越快，產(chǎn)生扭距也越大。永磁聯(lián)軸器安裝方便，運(yùn)行維護(hù)成本低，能實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動，電機(jī)峰值電流較低，負(fù)載端超過力矩后能保護(hù)電機(jī)不過載。

與電磁聯(lián)軸器相比，永磁聯(lián)軸器減少了電氣附件，由于電機(jī)和減速箱處聯(lián)軸器沒有接觸，有利于減速箱骨架密封運(yùn)行壽命的延長。

3 永磁聯(lián)軸器的應(yīng)用

寧海電廠5號、6號機(jī)利用停機(jī)檢修，在不改變主電機(jī)位置的情況下，在空預(yù)器上用永磁聯(lián)軸器替代了液力偶合器。聯(lián)軸器采用標(biāo)準(zhǔn)型，其功率按主電機(jī)功率45 kW進(jìn)行選型，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)量少。啟動方式采用原空預(yù)器氣動盤車裝置、輔助電機(jī)、主電機(jī)的方式，以減少對空預(yù)器減速箱的沖擊。永磁聯(lián)軸器自2010年9月投運(yùn)以來，運(yùn)行一切正常。

聯(lián)軸器導(dǎo)磁體和永磁體通過聯(lián)接漲套固定在電機(jī)和減速機(jī)軸上，檢修減速箱骨架密封時(shí)，不需要像改造前那樣先將電機(jī)移開再拆除液力偶合器，另外主電機(jī)的位置也不需移動，因此一次安裝完成后不需要再重復(fù)找中心，檢修簡單方便。需要注意的是在拆永磁聯(lián)軸器前需安裝8個(gè)內(nèi)六角螺栓，用以固定永磁體和導(dǎo)磁體的間隙。由于聯(lián)軸器永磁體和導(dǎo)磁體互不接觸，有利于延長減速機(jī)輸入軸骨架密封的使用壽命。寧海電廠永磁聯(lián)軸器在國內(nèi)空預(yù)器上是首次應(yīng)用，目前采用的是標(biāo)準(zhǔn)型聯(lián)軸器，存在無法自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的缺點(diǎn)，對于電機(jī)需設(shè)電流高報(bào)警和超電流保護(hù)，空預(yù)器發(fā)生卡澀時(shí)需切斷電機(jī)電源。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在又開發(fā)出限矩型和調(diào)速型永磁聯(lián)軸器。

在初始位置時(shí)，限矩型永磁聯(lián)軸器的永磁體與導(dǎo)磁體之間的空氣間隙一定。電機(jī)啟動后，與電機(jī)連接的導(dǎo)磁體很快達(dá)到電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，使導(dǎo)磁體與永磁體之間出現(xiàn)相對的速度差，速度差產(chǎn)生的磁感應(yīng)力拉動兩者的間隙逐漸變小，隨著距離減小，傳遞的扭矩增大，與負(fù)載連接的永磁體轉(zhuǎn)動速度逐漸加快，最后達(dá)到額定速度，電機(jī)和負(fù)載通過扭矩的傳遞實(shí)現(xiàn)同速轉(zhuǎn)動。當(dāng)負(fù)載突然出現(xiàn)過載或卡死的情況時(shí)，與負(fù)載連接的永磁體轉(zhuǎn)動速度很快下降到零，而與電機(jī)連接的導(dǎo)磁體繼續(xù)按照電機(jī)的速度轉(zhuǎn)動，其相對速度差產(chǎn)生的磁感應(yīng)力能迅速將兩者的間隙拉大至超過設(shè)定間隙，這種距離使導(dǎo)磁體與永磁體失去相互間的磁作用力，從而在電機(jī)與負(fù)載之間失去扭矩傳遞。這樣，當(dāng)負(fù)載超過某個(gè)限定值的情況下，電機(jī)得到完全保護(hù)。

調(diào)速型永磁聯(lián)軸器由銅轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和控制器3個(gè)部分組成，見圖1。調(diào)速型永磁聯(lián)軸器可實(shí)現(xiàn)變頻器調(diào)速功能，銅轉(zhuǎn)子（帶銅環(huán)的鋼制轉(zhuǎn)子）與電機(jī)軸連接，永磁轉(zhuǎn)子（帶永磁材料的鋁制轉(zhuǎn)子）與減速箱的軸連接。銅轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間有空氣間隙（稱為氣隙），而沒有傳遞扭矩的機(jī)械連接。在電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，銅轉(zhuǎn)子的銅環(huán)在切割永磁體的磁力線時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)渦電流，而感應(yīng)渦電流的磁場與永磁體的磁場之間的作用力實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與工作機(jī)之間的扭矩傳遞。當(dāng)氣隙小時(shí)，調(diào)速型永磁傳動裝置的傳動能力強(qiáng)；相反，氣隙大時(shí)傳動能力小。而控制器可通過手動或控制信號調(diào)節(jié)氣隙的大小。

目前建議空預(yù)器傳動裝置連接優(yōu)化方式采用副電機(jī)側(cè)安裝調(diào)速型永磁聯(lián)軸器，主電機(jī)側(cè)安裝限矩式永磁聯(lián)軸器，這樣可以完全取消氣動盤車裝置、液力偶合器、超越離合器以及副電機(jī)的減速箱。氣動盤車裝置也可選擇保留，增加一個(gè)方便拆裝的聯(lián)軸器，運(yùn)行時(shí)與空預(yù)器減速箱輸入軸完全脫開，需要時(shí)再將氣動盤車裝置和減速箱連上，實(shí)現(xiàn)氣動盤車裝置盤車功能。調(diào)速型永磁聯(lián)軸器和變頻器一樣可控制空預(yù)器轉(zhuǎn)速，主要用于空預(yù)器啟動、檢修和清洗，也可作為主電機(jī)的備用。副電機(jī)采用調(diào)速型聯(lián)軸器與減速箱連接，主電機(jī)側(cè)采用限矩式永磁聯(lián)軸器。

比較安全的空預(yù)器啟動方式是：先啟動副電機(jī)，調(diào)速型聯(lián)軸器通過調(diào)節(jié)聯(lián)軸器氣隙使空預(yù)器慢慢啟動，副電機(jī)啟動到四分之一主電機(jī)額定轉(zhuǎn)速后再啟動主電機(jī)，主電機(jī)啟動完成后，將副電機(jī)氣隙調(diào)大，使副電機(jī)慢慢停運(yùn)。氣隙拉至最大時(shí)聯(lián)軸器還有少量力矩，因此副電機(jī)需采用制動電機(jī)或者加一個(gè)電磁制動器，電磁制動器在副電機(jī)失電后自動抱住副電機(jī)軸，目的是在主電機(jī)運(yùn)行時(shí)對副電機(jī)進(jìn)行制動，防止跟轉(zhuǎn)。

用限矩式永磁聯(lián)軸器替代液力偶合器，可徹底解決液力偶合器的滲油問題，同時(shí)還能起到保護(hù)電機(jī)和減速箱的作用。以可調(diào)式永磁聯(lián)軸器替代氣動盤車裝置、超越離合器，取消副電機(jī)減速箱，減少了故障點(diǎn)和設(shè)備初投資。永磁聯(lián)軸器設(shè)備成本低于變頻器，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也較低，對新建電廠尤為適用。

4 結(jié)語

永磁聯(lián)軸器在寧海電廠空預(yù)器上的成功應(yīng)用在國內(nèi)尚屬首次，對解決目前空預(yù)器液力偶合器及超越離合器的常見故障起到了積極的作用。可調(diào)式永磁聯(lián)軸器的應(yīng)用探索，促進(jìn)了空預(yù)器傳動方式的優(yōu)化改進(jìn)，也降低了空預(yù)器的制造及生產(chǎn)運(yùn)行成本。

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