永磁调速器在长输油泵上的应用与分析

刘俊 杜劲松 封毅朗

（长庆石化公司油品运行部，陕西 咸阳 712000）

摘要：针对我公司汽油外输泵通过泵-泵接力转输时，泵流量过大，出口压力过大，易由于操作不当造成生产波动同时能耗浪费的问题，通过采用永磁调速器来调节泵出口流量、压力，保证外输操作平稳安全。本文重点介绍了永磁调速器在长输泵上使用的优点及使用后对设备运行的影响。

关键词：离心泵；永磁调速器；节能降耗；振动降低

前言：汽油外输泵为公司汽油外输流程主要设备，该流程主要连通销售公司进出罐流程及管输流程，通过泵-泵接力转输方式，实现了公司92#汽油直输至管道输油站。在管输操作时，该泵出口压力为1.0Mpa，流量为360m³/h，一方面该泵流量过大，而输油站管输泵只需200-240m³/h，另一方面出口压力过大，输油站管输泵只需0.8Mpa以下，超压易造成输油站管输泵进口过滤器憋漏。在启泵操作时易由于操作不当造成生产波动，同时平稳运行后需开大量回流降流量降出口压力，造成大量能耗浪费。近年来，由于变频器易对电网造成谐波干扰，永磁调速器作为一种典型的调速节能设备，已逐步成为泵类设备调速节能改造的优选之一。

1 永磁调速器的原理

永磁调速器是通过永磁体传递转矩的传动设备,电机与负载设备转轴之间存在一定间隙，未直接连接,电机旋转时带动导磁盘在装有强力稀土磁铁的磁盘所产生的强磁场中切割磁力线，因而在导磁盘中产生涡电流,该涡电流在导磁盘上产生反感磁场，拉动导磁盘与磁盘的相对运动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。

为了解决汽油外输泵操作难度大，能耗浪费问题，对该泵联轴器部分进行改造，选用永磁调速器取代原有的联轴器，安装于电机和负载之间，通过逻辑控制器PLC将检测量通过PID调节，变成4～20mA信号驱动角度执行机构，推动永磁调速器的气隙调节动作，机泵转速会随着永磁体气隙的调节而变转速，从而调整负载速度以满足控制要求。

2 永磁调速器实际应用

2.1永磁调速器

永磁调速器的安装方式简单，工程量小，它是取代原有的联轴器，安装在电机与负载之间的。为了安装永磁调速器，我们需将电机与负载拆开，拆掉原有的联轴器，用永磁调速器替代即可。

2.2具体工作量如下

（1）电机后移约620mm，改造钢结构，考虑电机电缆线是否够长，由于电机后移，电机的动力电缆长度不够，从动力机房到电机，需重新敷设动力电缆，同时电机的信号电缆也需做相应的考虑。

（2）提供的执行器供电电源，另提供执行器信号线，可从动力机房到电机，敷设动力电缆，4×2.5mm2，执行器功率500VA，380V。

（3）在DCS上新增画面，控制永磁调速器的执行器；

（4）重新敷设永磁调速器配套的信号电缆，从DCS控制室到现场控制柜，需铺设永磁调速器的监控以及控制屏蔽线，16×1.5mm2。

序号	名称	逻辑要求	接口类型	数量	用途
1	模拟给定	4～20mA	模拟量	1路	给执行器的控制信号
2	模拟反馈	4～20mA	模拟量	1路	执行器的位置反馈信号
3	负载转速	4～20mA	模拟量	1路	负载的转速反馈到DCS
4	轴承的测温	4～20mA	模拟量	2路	轴承的温度反馈到DCS
5	导体的测温	4～20mA	模拟量	2路	永磁导体盘温度反馈到DCS
3	备用	--	模拟量	1路

2.3控制方案

在DCS画面新增控制画面，可手动控制永磁调速器开度，新增泵转速显示，新增综合故障报警信号，可根据管流量/压力等信号自动调节泵转速。

2.4采用永磁调速器优点

（1）采用永磁调速器能通过调节机泵转速无级调节泵出口流量、压力，同时也可通过设定流量、压力范围自动调节转速，在某种程度上达到了与变频器同样效果。

（2）当输出流量或压力减少时，按照离心负载的相似定律，电机功率急剧下降，减少了负载需求，从而大大地节约了电能。

（3）适用于长输泵、装卸车泵、鼓引风机等运行参数波动较频繁的设备。

2.5节能原理

采用永磁调速器，可以通过调节气隙实现流量和/或压力的连续控制，取代原系统中控制流量和/或压力的阀门或风门挡板，在电机转速不变的情况下，调节离心泵的转速。

离心泵等离心负载符合相似定律：

Q1/Q2 = n1/n2(流量变化与转速变化成正比)；

H1/H2 = (n1/n2)² (压力变化与转速变化的平方成正比)；

P1/P2 = (n1/n2)³ (负载功率变化与转速变化的立方成正比)；

T1/T2 = (n1/n2)² (负载扭矩变化与转速变化的平方成正比)；

电机输出功率P = T x ω (功率 = 扭矩 x 转速)；

所以电机输出功率 P1/P2 = (n1/n2)^2；

通过研究可得，当输出流量和/或压力减少时，按照离心负载的相似定律，电机功率急剧下降，减少了能源需求，从而大大地节约了能源。例如，当输出流量需求仅降低20%满负荷流量，输出压力降低到满负荷的38%，而能源需求降低了将近50%！如果不考虑调速装置的能耗，节能效果可达50%。当然，任何一种调速装置都是需要耗能的，但这种能耗远远低于输入能耗的降低，因此可以实现很好的节能效果。

图3 n：离心泵性能曲线 R：管网特性曲线

离心泵在运行时，其工作点是H-Q曲线与管网H-Q曲线的交点。离心泵的正常工作点为A，当水量需要从Q1调到Q2时，

采用阀门调节时，管网特性曲线由R1改变为R2，其工作点A调至B点，其功率为OQ2BH2’所围成的面积，其功率变化很小，而其效率却随之降低。

采用调速调节时，可按需要调整电机转速，改变设备的性能曲线，图中n1到n2，其工作点A调至C点，使其参数满足工艺要求，其功率为OQ2CH2所围成的面积，同时其效率曲线也随之平移，依然工作在高效区。由于功率随转速3次方变化，故节能效果显著。

节能量P＝（H2’－H2）×Q2

2.6实施效果

(1)改造后可通过就地和远程两种方式调节该泵转速，从而调节泵出口压力、流量。

(2)改造后泵体振动由2.0mm/s左右下降至1.0mm/s以内，振动由B区进入A区，设备运行良好。

(3)改造后该泵启动时可逐步调节出口压力来满足输油站对管输压力的需求，彻底杜绝因压力过高造成过滤器憋漏，降低安全风险。

(4)改造后无需通过开启回流降低流量、压力，平均电流由297A下降至210A，电耗降低29%，该泵每小时可节电=160kW.h*29%=46.4kW.h,运行一日可节电1113.6度，运行一年可节电40万度。

结论：在长输油泵出口流量或压力确定的情况下，永磁调速器通过自动调节气隙保证出口流量或压力稳定，减少回流，从而降低设备运行能耗，同时将电机与机泵直连传动更换为气隙传动，泵体振动进一步降低，进一步保证了设备的长周期运行，具有较好的应用前景。该技术经过多年来的应用与完善，已趋于成熟，在一定程度上起到了替代变频器的作用。