永磁調(diào)速裝置在冷卻水塔風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

陸昕

（大慶石化分公司，黑龍江 大慶 163714）

1 冷卻水塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某化工企業(yè)循環(huán)水場(chǎng)冷卻水塔風(fēng)機(jī)，為生產(chǎn)裝置的循環(huán)水進(jìn)行降溫處理。因?yàn)樵擄L(fēng)機(jī)所處理的循環(huán)水量及水的溫度受生產(chǎn)情況以及氣候等因素的影響，存在周期性和季節(jié)性的變化，則要求風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)量根據(jù)用戶用冷量及季節(jié)性的變化隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，具體結(jié)構(gòu)見圖1。但初始設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)機(jī)并未設(shè)計(jì)調(diào)速功能，風(fēng)機(jī)只能滿負(fù)荷運(yùn)行或者停機(jī)，為滿足小風(fēng)量的需求，需要人工調(diào)整槳葉角度或頻繁起停風(fēng)機(jī)，增加了操作及維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度及不安全因素。同時(shí)風(fēng)機(jī)頻繁啟動(dòng)對(duì)齒輪箱沖擊較大，易造成設(shè)備損壞，電網(wǎng)波動(dòng)，影響正常生產(chǎn)，并且能耗大，增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，因此風(fēng)機(jī)的可調(diào)速改造勢(shì)在必行。

圖1 冷卻水塔風(fēng)機(jī)示意圖

經(jīng)調(diào)研，風(fēng)機(jī)調(diào)速改造可選擇增加高壓變頻器或永磁調(diào)速兩條較為成熟的技術(shù)路線，但高壓變頻器價(jià)格昂貴，使用壽命短，反復(fù)論證后決定采用水平安裝型永磁調(diào)速技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。

2 永磁調(diào)速工作原理

永磁磁力驅(qū)動(dòng)技術(shù)是以現(xiàn)代磁學(xué)的基本理論，應(yīng)用永磁材料所產(chǎn)生的磁力作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)力或者力矩（功率）無(wú)接觸傳遞的一種新技術(shù)。實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的裝置稱為永磁磁力驅(qū)動(dòng)器，或稱為永磁磁力耦合器。

驅(qū)動(dòng)器由3 個(gè)部件組成：一個(gè)安裝在負(fù)載軸上的鑲有永磁磁鐵的鋼盤；一個(gè)安裝在電動(dòng)機(jī)軸上的銅盤和一個(gè)調(diào)整磁盤與銅盤之間氣隙的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電機(jī)與負(fù)載設(shè)備轉(zhuǎn)軸之間無(wú)縫機(jī)械連接，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)銅盤在磁盤所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中切割磁力線，因而在銅盤中產(chǎn)生渦流電流，該渦流電流反過(guò)來(lái)在銅盤周圍產(chǎn)生反感磁場(chǎng)，阻止銅盤與磁盤的相對(duì)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與負(fù)載之間的扭矩傳輸。從圖2 的原理圖中可以看出，電機(jī)與負(fù)載之間的扭矩傳輸，不同于常規(guī)的硬性連接方式，是通過(guò)氣隙連接的，可以通過(guò)調(diào)整氣隙實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)整，調(diào)整過(guò)程如圖3。

圖2 永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器工作過(guò)程

3 永磁調(diào)速的特點(diǎn)

1）節(jié)能率高，在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，主機(jī)可以實(shí)現(xiàn)0～100%的轉(zhuǎn)速調(diào)整，節(jié)能效果最高可達(dá)50%；

2）有較高的穩(wěn)定性和可靠性，在大功率下尤為突出；

3）在惡劣的環(huán)境中的適應(yīng)能力和免維護(hù)性能較高；

4）與變頻器相比不產(chǎn)生電力諧波和電磁干擾；

5）電機(jī)不會(huì)過(guò)熱，也不需要更換和改造電機(jī)；

6）對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的連接精度要求較低；

7）維護(hù)成本低，使用壽命較長(zhǎng)。

4 具體改造方案及過(guò)程

4.1 永磁調(diào)速改造方案

根據(jù)在用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際情況，將風(fēng)機(jī)控制改為永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器及PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速方式平衡系統(tǒng)風(fēng)量，可有效降低能耗。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)永磁調(diào)速能夠提供平滑、無(wú)級(jí)的加減速，減少因風(fēng)機(jī)頻繁起停對(duì)設(shè)備的損傷。同時(shí)加裝永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器后，風(fēng)機(jī)逆轉(zhuǎn)情況下仍可以最大氣隙下啟動(dòng)電機(jī)，先調(diào)節(jié)氣隙進(jìn)行風(fēng)機(jī)剎車再轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，過(guò)程中電機(jī)不會(huì)有過(guò)載電流的情形。同時(shí)由于“永磁渦流調(diào)速裝置”自重較重，采取加裝中間支撐的辦法進(jìn)行改造。

圖4 涼水塔風(fēng)機(jī)改造布置圖

整個(gè)系統(tǒng)由電機(jī)、風(fēng)機(jī)、永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行器、控制箱（包括人機(jī)界面、PLC、及相關(guān)控制部分）和傳感器組成。

循環(huán)水溫度變化時(shí)，操作人員通過(guò)PLC 調(diào)節(jié)器向控制器輸出4～20mA 的電流，控制器對(duì)信號(hào)識(shí)別和轉(zhuǎn)換后，驅(qū)動(dòng)角行程電動(dòng)執(zhí)行器，形成一個(gè)機(jī)械操作指令，來(lái)推動(dòng)永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器的氣隙調(diào)節(jié)桿來(lái)調(diào)節(jié)氣隙，從而實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)量輸出的改變。

該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)人工設(shè)定和調(diào)節(jié)，同時(shí)可以通過(guò)PLC 進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)和監(jiān)控。

圖5 系統(tǒng)控制的原理圖

4.2 改造過(guò)程

1）拆除原電機(jī)基礎(chǔ)，重新按照“永磁渦流傳動(dòng)裝置”布置要求對(duì)電機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行后移，同時(shí)增加中間支撐及角行程電動(dòng)執(zhí)行器基礎(chǔ)；

2）拆卸原電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器，安裝“永磁渦流傳動(dòng)”裝置、中間支撐及角行程電動(dòng)執(zhí)行器，將拆卸下的聯(lián)軸器安裝到中間支撐傳動(dòng)軸輸出側(cè)；

3）分別完成永磁調(diào)速裝置與電機(jī)找正及中間剛性支撐與風(fēng)機(jī)減速器輸入軸找正工作；

4）現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)220V、0.2kW 執(zhí)行器動(dòng)力電源及儀表控制電纜；

5）PLC 控制卡件安裝、連接及調(diào)試。

5 改造效果及分析

涼水塔風(fēng)機(jī)通過(guò)永磁調(diào)速改造，已經(jīng)運(yùn)行6 個(gè)月，目前設(shè)備零故障運(yùn)行，達(dá)到了改造目的。

1）優(yōu)秀的節(jié)能效果?？梢愿鶕?jù)負(fù)載類型實(shí)現(xiàn)25%～35%的節(jié)能效果（此系統(tǒng)調(diào)整葉片后風(fēng)機(jī)的效率計(jì)算很復(fù)雜，所以電機(jī)在此時(shí)的有用功較難估算，但此系統(tǒng)改造后的節(jié)電效果肯定在上述范圍內(nèi)），總體運(yùn)行成本低；

2）電機(jī)能實(shí)現(xiàn)更為平穩(wěn)和漸進(jìn)的柔性啟動(dòng)/停止，啟動(dòng)電流會(huì)大大減小，同時(shí)對(duì)負(fù)載可以實(shí)現(xiàn)精確控制與調(diào)節(jié)，精度達(dá)到0.1%，本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，可使電機(jī)的輸出功率在50～180kW 之間變化，實(shí)現(xiàn)不停機(jī)即可根據(jù)要求任意調(diào)整風(fēng)量，能使電機(jī)與工作機(jī)之間實(shí)現(xiàn)真正的軟連接，有過(guò)載保護(hù)功能，可有效地保護(hù)系統(tǒng)中的各裝置；

3）改造后再不需人工調(diào)整葉片，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)、加入PLC 系統(tǒng)控制，并可根據(jù)實(shí)際需要任意切換控制方式，大大減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

［1］黃輝.電廠工業(yè)泵永磁調(diào)速改造介紹及分析［J］.能耗與環(huán)境，2010（4）：38-39.