1 灰漿泵系統(tǒng)簡介
中石化某熱電廠的除灰系統(tǒng)分為干除灰和水力除灰兩種方式。水力除灰系統(tǒng)有三臺離心灰漿泵, 系統(tǒng)布置如圖1所示。其中：1#，3#灰漿泵配置相同，電機型號：JS136-4；功率：220kW；供電電壓：6kV；額定輸出轉(zhuǎn)速：1480rpm；渣漿泵型號：ZM150-H-95；額定流量：290m3/h。2#灰漿泵，電機型號：JS148-6/310；功率：310kW；供電電壓：6kV；額定輸出轉(zhuǎn)速：987rpm；渣漿泵型號：150Z-95。
灰漿泵系統(tǒng)原設計采用兩投一備運行方式。干出灰系統(tǒng)投用后采用一投一備運行方式,實際運行中存在以下問題：
 灰漿池進出灰漿量嚴重不平衡，通過人工觀察決定開停電機，導致高壓電機啟停頻繁，系統(tǒng)故障率高。
 灰漿泵系統(tǒng)自動化程度低，運行可靠性低。
 往灰漿池中注入回水，浪費電能和水資源。
 現(xiàn)場環(huán)境惡劣，濕度大，粉塵含量高。
 灰渣泵磨損大，曾發(fā)生過堵轉(zhuǎn)事故。
 現(xiàn)場空間狹小，不適宜采用高壓變頻器。
通過反復論證，最后放棄高壓變頻器而采用南京艾凌節(jié)能公司提供的永磁調(diào)速器對該灰漿泵系統(tǒng)進行技術改造。|||
2 永磁調(diào)速技術原理
永磁調(diào)速器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由兩部分組成，一部分是安裝在負載側(cè)的磁轉(zhuǎn)子，另一部分安裝在動力機側(cè)的銅轉(zhuǎn)子，銅轉(zhuǎn)子與動力機轉(zhuǎn)速一致，在運行過程中保持不變。其工作原理如圖3所示，銅轉(zhuǎn)子和磁轉(zhuǎn)子可以自由地獨立旋轉(zhuǎn)，當銅轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，銅轉(zhuǎn)子與磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對運動，交變磁場通過氣隙在銅轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流，同時渦流產(chǎn)生感應磁場與永磁場相互作用，從而帶動磁轉(zhuǎn)子沿著與銅轉(zhuǎn)子相同的方向旋轉(zhuǎn)，結(jié)果是在負載側(cè)輸出軸上產(chǎn)生扭矩，從而帶動負載做旋轉(zhuǎn)運動。通過調(diào)節(jié)永磁體和銅導體之間的氣隙就可以控制傳遞扭矩的大小，從而獲得可調(diào)整的、可控制的、可以重復的負載轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)負載轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。|||
3 永磁調(diào)速器與高壓變頻器的比較
高壓變頻器采用復雜的電路拓撲將數(shù)以萬計的電力電子元器件串并聯(lián)，實現(xiàn)對高壓電機的輸入頻率和輸入電壓改變從而實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速變化，屬于電氣調(diào)速。而永磁調(diào)速器采用高強度的磁轉(zhuǎn)子與銅轉(zhuǎn)子相互作用，實現(xiàn)電機與負載沒有機械聯(lián)結(jié)，通過調(diào)節(jié)氣隙的大小實現(xiàn)負載調(diào)速，電機轉(zhuǎn)速不變，負載調(diào)速，屬于機械調(diào)速。參考表1。
序號 內(nèi)容 高壓變頻器 永磁調(diào)速器
1 基本原理 電氣調(diào)速 機械調(diào)速
2 可靠性 低 高
3 是否環(huán)保 否（污染電網(wǎng)、產(chǎn)生電磁輻射） 是（不污染電網(wǎng)、不產(chǎn)生電磁輻射）
4 使用壽命 短（5-10年） 長（10-20年）
5 節(jié)能效果 高 與變頻相當
6 環(huán)境要求 高
（溫度、濕度、粉塵要求高） 低
（可適合各種惡劣環(huán)境）
5 維護 要求高費用貴。
即使某個器件故障都將更換整個功率單元 免維護
6 隔振效果 不隔振 隔振好
7 易損件 電力電容等 無
8 結(jié)構(gòu) 復雜 簡單
9 體積 大 小
10 電機散熱 變差，需要強制散熱 散熱沒有影響
表1 高壓變頻器與永磁調(diào)速器比較|||
4 永磁調(diào)速改造實施
對1＃灰漿泵永磁調(diào)速改造現(xiàn)場照片見圖4，工藝布置圖見圖5。永磁調(diào)速器安裝在電機和泵軸端之間，伺服機接受控制系統(tǒng)根據(jù)漿池水位發(fā)出的指令，調(diào)節(jié)永磁調(diào)速器的磁轉(zhuǎn)子與銅轉(zhuǎn)子之間的氣隙大小，實現(xiàn)對泵軸轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。

圖4 灰漿泵永磁調(diào)速應用現(xiàn)場|||
5 改造效果及分析
 灰漿泵系統(tǒng)通過永磁調(diào)速改造達到了預期的目的，已通過了11個月的0故障穩(wěn)定運行。
5.1解決了灰漿池中灰漿量進出不平衡問題
改造后系統(tǒng)可以根據(jù)灰漿量的大小，自動調(diào)整轉(zhuǎn)速。實現(xiàn)灰漿的進出自動平衡，不需要人為干預，避免對高壓電機進行頻繁啟停，延長電機、灰漿泵以及高壓開關的壽命，同時將顯著地延長了軸承和密封件的壽命。
5.2節(jié)能數(shù)據(jù)及分析
根據(jù)系統(tǒng)工況進行灰漿泵的轉(zhuǎn)速調(diào)整，節(jié)約了大量的電能。表2是1#灰漿泵調(diào)速運行時，電機電流實測數(shù)值，圖6是節(jié)電率和轉(zhuǎn)速比之間的關系圖。由表2和圖6可以看出，采用永磁調(diào)速器后能否節(jié)能與調(diào)節(jié)的空間有關系，當灰漿泵的轉(zhuǎn)速為滿轉(zhuǎn)速的48%（720rpm）時，電機電流為6.5A，節(jié)電率為71.7%，而當灰漿泵的轉(zhuǎn)速為滿轉(zhuǎn)速的96%（1440rpm）時，節(jié)電率僅為6.5%。據(jù)現(xiàn)場運行統(tǒng)計：灰漿泵轉(zhuǎn)速在900rpm左右的時間約占15%；1200rpm左右的時間約占40%；1300rpm左右的時間約占35%；1440rpm左右的時間約占10%。由此可計算出節(jié)電率如下：
節(jié)電率=58.7%×15%+32.6%×40%+23.9%×35%+6.5%×10%=30.86%。
由于1#灰漿泵的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)灰漿池中的液位自動調(diào)整，避免了因滿足一臺灰漿泵定速運行所需要的水量，將回用水打入灰漿池循環(huán)泵送的現(xiàn)象，因此節(jié)省了大量的回水。
測試序號 1 2 3 4 5 6 7 8
n泵(rpm) 720 900 1000 1200 1300 1400 1440 1470
I電機(A) 6.5 9.5 11.5 15.5 17.5 20.5 21.5 23
轉(zhuǎn)速比(％) 48 60 67 80 87 93 96 98
節(jié)電率(％) 71.7 58.7 50.0 32.6 23.9 10.8 6.5 0
表2： 實測電流與轉(zhuǎn)速對應數(shù)據(jù)
 
圖6  轉(zhuǎn)速比與節(jié)電率關系圖
5.3振動數(shù)據(jù)及分析。
表3是1#灰漿泵調(diào)速運行時各軸承處的振動振幅實測值，測點序號8是1#灰漿泵永磁調(diào)速改造之前各軸承處振動振幅實測值。由于用永磁調(diào)速器取代了原來的剛性聯(lián)軸器，將原來的一個長軸系統(tǒng)變長了兩個互不相連的兩個短軸系統(tǒng)，這樣灰漿泵側(cè)的振動就不會傳遞到高壓電機側(cè)，反之依然，同時可以大大減少了長軸系統(tǒng)對振動的放大效應。永磁調(diào)速器可允許電機軸和泵軸之間的安裝對中誤差為5mm，可有效地排除因?qū)χ胁缓迷斐傻恼駝印１?中實測數(shù)據(jù)表明，改造后，1#灰漿泵振動幅值比改造前大幅度降低，振動幅度僅為改造前的15-40%，振動降低60-85%。

測試
序號 泵轉(zhuǎn)速 電機軸承1 電機軸承2 泵軸承1 泵軸承2
  水平 軸向 垂直 水平 垂直 水平 垂直 水平 垂直
1 720 9 6 7 8 7 5 5 5 5
2 900 8 5 6 6 4 5 4 5 3
3 1000 8 6 5 5 4 5 4 6 4
4 1200 8 6 7 7 4 11 5 8 6
5 1300 9 6 6 6 4 10 6 10 5
6 1400 10 6 7 8 5 10 10 13 7
7 1440 10 5 7 7 5 20 8 15 8
8 1470 25 24 12 62 33 48 17 38 5
表3  各轉(zhuǎn)速下各軸承對應振動數(shù)據(jù)（單位μm）
 
圖7 振動曲線對比
5.4 軟啟動分析。
由于永磁調(diào)速器使電機和泵軸沒有機械聯(lián)接，系統(tǒng)啟動時相當于電機空載啟動，有效地降低電機的啟動電流、解決水錘和氣穴現(xiàn)象。電機和灰漿泵可以有選擇啟動和停止，大大提高系統(tǒng)啟停性能。
5.5 電磁泄漏分析
單位：mG(毫高斯)
防護罩表面距離 0（m） 0.5（m）
 東 西 南 北 東 西 南 北
改造前 5.8 26 23 20 2.2 320 6.3 4.6
停機 0.6 0.5 0.4 0.6 0.4 0.4 0.4 0.6
改造后 22 90 30 24 5 380 6 9
防護罩表面距離 1（m） 2（m）
 東 西 南 北 東 西 南 北
改造前 3 100 4.9 8.6 0.6 3 1.5 2.6
停機 0.4 0.4 0.3 0.5 0.3 0.4 0.3 0.5
改造后 2.3 50 2 4 1.3 6 1 30
表4 永磁調(diào)速器改造前后磁場強度測量數(shù)據(jù)
通過表4可以看出，當電機停運時，周圍的磁場強度均在0.6mG以下；在永磁調(diào)速改造前，運行高壓電機，在高壓電機周圍產(chǎn)生一定的磁場，其中電機出口磁場強度最強達到320mG；永磁調(diào)速改造后，磁場強度變化不大，從而可以看出永磁調(diào)速器產(chǎn)生的電磁干擾遠小于運行中的電機產(chǎn)生的電磁場。|||
6 結(jié)論
通過上述分析，與變頻器相比，永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)簡單可靠，不產(chǎn)生諧波、不產(chǎn)生電磁干擾的綠色節(jié)能產(chǎn)品，具有更好的隔振效果、能夠很好地適應濕度大、粉塵含量高的灰漿泵環(huán)境，筆者堅信在不久的將來必將迎來永磁調(diào)速器在各行各業(yè)的更廣范圍應用.

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