永磁調速裝置在冷卻水塔風機上的應用

陸昕

（大慶石化分公司，黑龍江 大慶 163714）

1 冷卻水塔風機系統(tǒng)簡介

某化工企業(yè)循環(huán)水場冷卻水塔風機，為生產(chǎn)裝置的循環(huán)水進行降溫處理。因為該風機所處理的循環(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，則要求風機的輸出風量根據(jù)用戶用冷量及季節(jié)性的變化隨時進行調整，具體結構見圖1。但初始設計時風機并未設計調速功能，風機只能滿負荷運行或者停機，為滿足小風量的需求，需要人工調整槳葉角度或頻繁起停風機，增加了操作及維修人員的勞動強度及不安全因素。同時風機頻繁啟動對齒輪箱沖擊較大，易造成設備損壞，電網(wǎng)波動，影響正常生產(chǎn)，并且能耗大，增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，因此風機的可調速改造勢在必行。

圖1 冷卻水塔風機示意圖

經(jīng)調研，風機調速改造可選擇增加高壓變頻器或永磁調速兩條較為成熟的技術路線，但高壓變頻器價格昂貴，使用壽命短，反復論證后決定采用水平安裝型永磁調速技術對風機進行改造。

2 永磁調速工作原理

永磁磁力驅動技術是以現(xiàn)代磁學的基本理論，應用永磁材料所產(chǎn)生的磁力作用，來實現(xiàn)力或者力矩（功率）無接觸傳遞的一種新技術。實現(xiàn)這一技術的裝置稱為永磁磁力驅動器，或稱為永磁磁力耦合器。

驅動器由3 個部件組成：一個安裝在負載軸上的鑲有永磁磁鐵的鋼盤；一個安裝在電動機軸上的銅盤和一個調整磁盤與銅盤之間氣隙的執(zhí)行機構。電機與負載設備轉軸之間無縫機械連接，電機旋轉時，帶動銅盤在磁盤所產(chǎn)生的磁場中切割磁力線，因而在銅盤中產(chǎn)生渦流電流，該渦流電流反過來在銅盤周圍產(chǎn)生反感磁場，阻止銅盤與磁盤的相對運行，從而實現(xiàn)了電機與負載之間的扭矩傳輸。從圖2 的原理圖中可以看出，電機與負載之間的扭矩傳輸，不同于常規(guī)的硬性連接方式，是通過氣隙連接的，可以通過調整氣隙實現(xiàn)轉速調整，調整過程如圖3。

圖2 永磁調速驅動器結構示意圖

圖3 永磁調速驅動器工作過程

3 永磁調速的特點

1）節(jié)能率高，在電機轉速不變的情況下，主機可以實現(xiàn)0～100%的轉速調整，節(jié)能效果最高可達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)境中的適應能力和免維護性能較高；

4）與變頻器相比不產(chǎn)生電力諧波和電磁干擾；

5）電機不會過熱，也不需要更換和改造電機；

6）對電機和風機的連接精度要求較低；

7）維護成本低，使用壽命較長。

4 具體改造方案及過程

4.1 永磁調速改造方案

根據(jù)在用風機系統(tǒng)的實際情況，將風機控制改為永磁調速驅動器及PLC 自動控制系統(tǒng)，通過調節(jié)風機轉速方式平衡系統(tǒng)風量，可有效降低能耗。風機系統(tǒng)永磁調速能夠提供平滑、無級的加減速，減少因風機頻繁起停對設備的損傷。同時加裝永磁調速驅動器后，風機逆轉情況下仍可以最大氣隙下啟動電機，先調節(jié)氣隙進行風機剎車再轉為正轉，過程中電機不會有過載電流的情形。同時由于“永磁渦流調速裝置”自重較重，采取加裝中間支撐的辦法進行改造。

圖4 涼水塔風機改造布置圖

整個系統(tǒng)由電機、風機、永磁調速驅動器、執(zhí)行器、控制箱（包括人機界面、PLC、及相關控制部分）和傳感器組成。

循環(huán)水溫度變化時，操作人員通過PLC 調節(jié)器向控制器輸出4～20mA 的電流，控制器對信號識別和轉換后，驅動角行程電動執(zhí)行器，形成一個機械操作指令，來推動永磁調速驅動器的氣隙調節(jié)桿來調節(jié)氣隙，從而實時調整風機的轉速，進而實現(xiàn)風量輸出的改變。

該系統(tǒng)可以實現(xiàn)現(xiàn)場人工設定和調節(jié)，同時可以通過PLC 進行遠程調節(jié)和監(jiān)控。

圖5 系統(tǒng)控制的原理圖

4.2 改造過程

1）拆除原電機基礎，重新按照“永磁渦流傳動裝置”布置要求對電機基礎進行后移，同時增加中間支撐及角行程電動執(zhí)行器基礎；

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

3）分別完成永磁調速裝置與電機找正及中間剛性支撐與風機減速器輸入軸找正工作；

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

5）PLC 控制卡件安裝、連接及調試。

5 改造效果及分析

涼水塔風機通過永磁調速改造，已經(jīng)運行6 個月，目前設備零故障運行，達到了改造目的。

1）優(yōu)秀的節(jié)能效果?？梢愿鶕?jù)負載類型實現(xiàn)25%～35%的節(jié)能效果（此系統(tǒng)調整葉片后風機的效率計算很復雜，所以電機在此時的有用功較難估算，但此系統(tǒng)改造后的節(jié)電效果肯定在上述范圍內），總體運行成本低；

2）電機能實現(xiàn)更為平穩(wěn)和漸進的柔性啟動/停止，啟動電流會大大減小，同時對負載可以實現(xiàn)精確控制與調節(jié)，精度達到0.1%，本系統(tǒng)通過對風機機轉速的調整，可使電機的輸出功率在50～180kW 之間變化，實現(xiàn)不停機即可根據(jù)要求任意調整風量，能使電機與工作機之間實現(xiàn)真正的軟連接，有過載保護功能，可有效地保護系統(tǒng)中的各裝置；

3）改造后再不需人工調整葉片，能實現(xiàn)現(xiàn)場手動、遠程手動、加入PLC 系統(tǒng)控制，并可根據(jù)實際需要任意切換控制方式，大大減輕操作者的勞動強度。

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