磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在污水廠中的應(yīng)用

杜志軍

（南京磁谷科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

0 前言

近些年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，各行業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)工作逐漸將節(jié)能降耗理念的貫徹與落實(shí)放在了工作的首要位置。其中，污水廠為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，從工藝生產(chǎn)流程以及設(shè)備應(yīng)用類型等方面進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，從多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)污水廠節(jié)能降耗目標(biāo)，減少以往的資源浪費(fèi)以及能耗嚴(yán)重的問題與現(xiàn)象[1]。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，污水廠方面主張利用新型機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)對污水處理工藝的節(jié)能降耗處理。舉例來說，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的推廣與應(yīng)用為我國污水處理廠節(jié)能降耗目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)提供了良好的技術(shù)保障。其原因是磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在一定程度上結(jié)合了智能化監(jiān)測控制技術(shù)以及高速永磁同步電動機(jī)的優(yōu)勢，有效減少了傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行過程中存在的能耗問題，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在污水廠中的應(yīng)用問題研究

1.1 應(yīng)用原理分析

磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)采用一體化結(jié)構(gòu)的方式實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)與應(yīng)用（具體結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示）。一般來說，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在結(jié)構(gòu)組成方面主要以高速電機(jī)、變頻器以及磁懸浮軸承為主。其中，電機(jī)出力軸與葉輪之間采取直連方式，省去了以往齒輪以及聯(lián)軸器中間的增速裝置步驟[2]。與此同時(shí)，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在變頻自動調(diào)節(jié)以及風(fēng)量控制等方面可以發(fā)揮出良好功能優(yōu)勢。舉例來說，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在變頻自動調(diào)節(jié)以及風(fēng)量控制參數(shù)方面，主動結(jié)合智能化監(jiān)測控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)的監(jiān)控管理。在該過程中，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)與任何機(jī)械都不需要接觸，同時(shí)也不需要潤滑油系統(tǒng)。

在標(biāo)準(zhǔn)配置方面，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)主要以高速電機(jī)、變頻器、無油磁性軸承以及安全監(jiān)控系統(tǒng)等構(gòu)成。上述部件都統(tǒng)一集成在普通底座位置，一般不需要進(jìn)行特殊固定。究其原因，主要是因?yàn)榇艖腋‰x心鼓風(fēng)機(jī)在一定程度上結(jié)合了磁懸浮軸承功能即轉(zhuǎn)軸懸浮，內(nèi)置的位置傳感器可以根據(jù)轉(zhuǎn)軸的位置信號變化，對當(dāng)前鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控與管理[3]。并根據(jù)管理反饋信息，對磁懸浮軸承控制器（如圖2 所示）的電流情況進(jìn)行安全控制。控制工作結(jié)束之后，結(jié)構(gòu)內(nèi)部可以將該控制電流輸入磁軸承當(dāng)中，對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生可控的吸力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸懸浮過程。

在同步永磁電機(jī)功能原理方面，主要利用同步永磁電機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)功能，以變頻電源產(chǎn)生頻率可調(diào)的交變電流為功能原理，將交變電流輸入電機(jī)定子中，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)過程。風(fēng)機(jī)功能主要以實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)過程為主。在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動過程中，轉(zhuǎn)軸可以隨著高速旋轉(zhuǎn)葉輪的動態(tài)變化而變化。一般來說，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪會帶動周邊空氣，并將空氣從蝸殼進(jìn)氣口吸入，在蝸殼導(dǎo)向與增壓的作用下，空氣會具備一定的流速特點(diǎn)以及壓力性特點(diǎn)。最后從蝸殼出氣口鼓出，完成風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)過程。

圖1 懸磁浮離心鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析

關(guān)于磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們一般可以從高速離心葉輪、高速永磁同步電動機(jī)、磁懸浮軸承以及電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等4 個(gè)方面進(jìn)行研究與分析：1） 在高速離心葉輪結(jié)構(gòu)方面，主要采取三元流設(shè)計(jì)方法，促使磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率得以達(dá)到最大化標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，在原材料的選擇上，主要對高強(qiáng)度鋁合金材料進(jìn)行精密加工，保證葉輪工作點(diǎn)最高效率可以達(dá)到85%標(biāo)準(zhǔn)[4]。2）在高速永磁同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)方面，最高鉆速基本上可以達(dá)到42 000 rpm。究其原因，主要是因?yàn)橛来烹妱訖C(jī)主要采用磁懸浮軸承方式，在運(yùn)行過程中可以發(fā)揮出無機(jī)械摩擦以及低噪聲等功能優(yōu)勢，在提高電動機(jī)整體運(yùn)行效率的同時(shí)，減少噪聲污染問題。3）在磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)方面，該結(jié)構(gòu)主要利用可控的電磁吸力，促使轉(zhuǎn)軸保持穩(wěn)定懸浮狀態(tài)。在旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)軸基本上不會受到任何機(jī)械阻力的影響，因此在運(yùn)作效率以及維護(hù)效率方面的表現(xiàn)較為良好。由于轉(zhuǎn)軸不會受到任何機(jī)械阻力的影響，因此磨損較少，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。4） 在電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，設(shè)計(jì)人員主要利用調(diào)節(jié)頻率的方法實(shí)現(xiàn)對永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速問題的合理控制，以保證鼓風(fēng)機(jī)流量達(dá)到預(yù)期要求。從以往的控制經(jīng)驗(yàn)來看，電機(jī)控制系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，能夠與磁懸浮控制系統(tǒng)以及整機(jī)控制系統(tǒng)合為一體，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 磁懸浮軸承示意圖

1.3 應(yīng)用優(yōu)勢分析

1.3.1 節(jié)能效益良好

與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備不同，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在節(jié)能效益以及運(yùn)行效益方面的表現(xiàn)較為良好。究其原因，主要是因?yàn)榇艖腋‰x心鼓風(fēng)機(jī)在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，主張利用自主設(shè)計(jì)的高效離心葉輪以及高效同步永磁電機(jī)的驅(qū)動方式，實(shí)現(xiàn)磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的高效運(yùn)行。與傳統(tǒng)的容積式羅茨風(fēng)機(jī)相比，在節(jié)能效益方面基本上可以提高30%左右。而與傳統(tǒng)多級離心風(fēng)機(jī)相比，在節(jié)能效率方面基本上可以提高20%左右[5]。

因此，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在節(jié)能效益與運(yùn)行效果方面表現(xiàn)良好。與此同時(shí)，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在噪聲污染方面的表現(xiàn)要比其他風(fēng)機(jī)設(shè)備好得多。原因是由于磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)主要采用先進(jìn)的磁懸浮軸承系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動部件與機(jī)械系統(tǒng)之間無接觸，因此不會產(chǎn)生任何機(jī)械摩擦，所產(chǎn)生的噪聲問題較少。

1.3.2 易于維護(hù)管理

磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在核心技術(shù)方面，主要利用了磁懸浮軸承技術(shù)，減少了傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)備所必需的油性軸承系統(tǒng)的使用，從真正意義上實(shí)現(xiàn)了無潤滑油、無機(jī)械保養(yǎng)的目標(biāo)。結(jié)合污水廠應(yīng)用反饋的情況來看，污水廠通過合理應(yīng)用磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)，不僅有效降低了機(jī)械設(shè)備的維護(hù)成本，同時(shí)還有效提高了爆氣系統(tǒng)以及整個(gè)污水廠的運(yùn)行安全水平，因此該設(shè)備具有重要的應(yīng)用價(jià)值[6]。

除此之外，磁懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)的質(zhì)量和體積較小，在安裝作業(yè)期間不需要任何大型起吊設(shè)備，僅憑技術(shù)人員手工操作就可以完成。最重要的是，在日常維護(hù)管理過程中，工作人員只需要定期更換空氣過濾布即可達(dá)到良好的維護(hù)管養(yǎng)效果。

1.3.3 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控目標(biāo)

磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)采用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，初步實(shí)現(xiàn)了對運(yùn)行狀態(tài)的全周期管理。設(shè)備系統(tǒng)可以利用遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，對當(dāng)前磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行了解和掌握。一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行異常的問題，系統(tǒng)內(nèi)部會及時(shí)發(fā)出警報(bào)提醒管理人員深入現(xiàn)場、解決問題[7]。除此之外，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)采用遠(yuǎn)程集中控制以及數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)程傳輸功能，為污水廠風(fēng)機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行提供了良好的參數(shù)數(shù)據(jù)。工作人員可以根據(jù)技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)的反饋情況，定位設(shè)備故障位置并采取針對性措施加以解決。

2 懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在污水廠的應(yīng)用實(shí)例分析

污水處理廠在一期工程風(fēng)機(jī)設(shè)備的選擇方面，主要利用3 臺多級離心風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)過程。在二期工程風(fēng)機(jī)設(shè)備的選擇方面，主要利用2 臺多級離心風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)過程。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況來看，多級離心風(fēng)機(jī)雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了高效運(yùn)轉(zhuǎn)過程，但是由于其風(fēng)機(jī)內(nèi)部機(jī)械摩擦問題嚴(yán)重，因此經(jīng)常會發(fā)出較大聲響，噪聲污染問題嚴(yán)重。同時(shí)，多級離心風(fēng)機(jī)在維護(hù)管理方面存在一定難度，例如，多級離心風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中常常會因受到其他因素的干擾而出現(xiàn)故障隱患問題?，F(xiàn)場作業(yè)人員在排查故障隱患問題時(shí)，由于缺乏智能控制技術(shù)作為依托，導(dǎo)致在故障問題定位以及處理方面只能憑借過往經(jīng)驗(yàn)?？傮w來看，利用多級離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)處理，無論是在運(yùn)轉(zhuǎn)效率還是在運(yùn)轉(zhuǎn)效益方面均未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。為了及時(shí)解決這一問題，污水處理廠主張采用磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)取代多級離心風(fēng)機(jī)的方式，提高污水處理廠風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。在正式處理過程中，現(xiàn)場作業(yè)人員將原來的多級離風(fēng)機(jī)以備用風(fēng)機(jī)形式進(jìn)行合理應(yīng)用，經(jīng)過半年的運(yùn)行處理，具體參數(shù)情況見表1。

從表1 中不難看出，經(jīng)過改造處理后的鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備，無論是在節(jié)能減耗方面，還是在運(yùn)行效率方面均得到了明顯加強(qiáng)。結(jié)合改造前后功率對比的情況來看，鼓風(fēng)機(jī)年節(jié)約電量約為66 萬度電。該數(shù)字可以有效證明磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)對污水處理廠的重要意義。根據(jù)現(xiàn)場人員的反饋情況來看，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的推廣應(yīng)用不僅減少了污水廠的運(yùn)行管理費(fèi)用，同時(shí)比多級風(fēng)機(jī)的噪聲污染少得多。經(jīng)過半年的運(yùn)行處理之后，磁懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)在風(fēng)量方面得到了明顯提高，可以有效幫助污水處理廠加速處理日常工藝流程。除此之外，污水處理廠采用的磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)的體積較小，同時(shí)自動化程度較高，可以為污水處理廠節(jié)能降耗改造目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)提供良好保障。鑒于磁懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)用的重要性，建議國內(nèi)污水處理廠在選擇風(fēng)機(jī)設(shè)備使，應(yīng)該優(yōu)先選擇懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)并對其合理應(yīng)用，以保證可以提高污水處理的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行效益。

表1 各類風(fēng)機(jī)參數(shù)

3 磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在污水廠的應(yīng)用管理措施分析

雖然磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)可以為污水廠工藝流程提供良好的質(zhì)量保障，但是這并不意味著磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在日常應(yīng)用中不需要任何維護(hù)與管理。工作人員應(yīng)該按照磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的應(yīng)用原理以及應(yīng)用流程，對磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在污水廠中的應(yīng)用問題進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署。與此同時(shí)，污水處理廠工作人員應(yīng)該加強(qiáng)對磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)用管理問題的重視。例如，在日常維護(hù)管理過程中，工作人員需要定期更換空氣過濾布，以保證可以達(dá)到良好的維護(hù)效果。

在該過程中，所選用的空氣過濾布必須滿足一定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后，才可以進(jìn)行應(yīng)用。除此之外，污水處理廠工作人員應(yīng)該定期針對磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，對當(dāng)前磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面了解，主要根據(jù)磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)是否存在磨損問題，一旦發(fā)現(xiàn)隱患，必須即刻定位故障隱患位置，并根據(jù)故障問題的具體成因，采取針對性的措施進(jìn)行預(yù)防。必要時(shí)，也可以結(jié)合智能化技術(shù)等新興技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對磁懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全程監(jiān)督，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)反饋情況，確定合適的運(yùn)行管理方案，避免對磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行安全造成不利影響。

4 結(jié)論

總的來說，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的推廣與應(yīng)用為我國污水處理廠的工藝流程發(fā)展提供了全新的技術(shù)支撐。從多個(gè)污水處理廠的應(yīng)用反饋情況來看，在工藝生產(chǎn)過程中，通過合理地應(yīng)用磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)，不僅減少了以往鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備的噪聲污染問題，同時(shí)還有效提升了鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行效益與運(yùn)行質(zhì)量。最重要的是磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中不會因機(jī)械摩擦問題的影響而出現(xiàn)設(shè)備磨損或者噪聲污染的問題。由于磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)用的重要性，因此污水處理廠工作人員對磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的應(yīng)用問題予以高度重視，可以按照磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的應(yīng)用原理和應(yīng)用流程，將磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)合理地應(yīng)用于污水處理廠的工作中。