磁屏蔽永磁调速在喷射液循环泵应用

郝亚东张生明

华阳集团氮基合成材料有限公司  山西省晋城市 048000

摘要：推进国家双碳目标工作对企业运行提出了更高的要求。大多数泵长期在工频方式运行，靠阀门节流对流量、压力进行调节，能耗损失大、效率低。采用磁屏蔽永磁调速技术进行改造，具有非接触传动，无轴承，对电机、负载无额外轴向力，改造后免维护，适用于防爆及恶劣环境等特点。在提高设备运行经济效益的同时，大大提高设备运行可靠性，减少维修成本和人工成本。

1、概况

据统计，水泵用电量在社会总用电量中所占比重巨大．在世界范围内约占 20％～25％，在我国约为21％，进行水泵节电技术的研究得到了世界各国的重视。离心式水泵的负载特性属平方转矩型，对于同一台水泵，当输送流体的密度不变仅转速改变时，其性能参数的变化遵循比例定律 ：流量与转速的一次方成正比；扬程与转速的二次方成正比；轴功率与转速的三次方成正比。

  水泵工频定速运行时，为了保证管网压力及流量，同时保证电机不过载，只能靠改变水泵出口阀门来调节泵的运行。水泵关阀调节后，在小流量、高扬程（与原工况相比）的工况下运行，泵管压差增大，单耗增高，不仅浪费了大量电能，而且出口阀门长期在高水压作用下故障增多，寿命缩短。

2、泵运行现况

某化工厂喷射泵服务于水喷射器，使尿素蒸发系统中分离器产生真空。

喷射液循环泵，型号：ZA150-315，额定流量300m³/h，额定扬程80m，介质：碳铵液。阀门开度35%，运行流量160m/h。

配套电机：YB315M1-2，功率160kw，额定电压380V，额定电流279A，防爆等级dⅡBT4。运行电流257A，运行功率143.8kw。

    运行阀门开度较小，存在较大节流损失，电机容易超电流。   

3、磁屏蔽永磁调速原理及节能分析

3.1原理

磁屏蔽套筒永磁调速器原理为：导体转子安装在负载一侧、永磁转子安装在电机一侧，永磁转子被导体转子套住，这样永磁转子的外圆柱面与导体转子的内圆柱面完全相对，这两个表面之间设计有一定的间隙，即为“气隙”。在气隙中间安装磁屏蔽套筒，磁屏蔽套筒为圆筒状的部件，该部件与永磁转子同步转动，同时可以沿轴向移动。

永磁转子没有被磁屏蔽套筒屏蔽时，导体转子的内表面获得了最高的磁场强度，即磁场磁通量最大，电机转动后负载的转速最高、传递的扭矩最大。随着屏蔽套筒在气隙中不断插入，导体转子内圆柱表面处的磁场强度不断降低、磁通量不断减小，导体转子的转速不断降低，当屏蔽套筒完全遮盖住永磁转子，导体转子的转速最低。永磁转子、导体转子无相对位移，对电机、负载无轴向力。

负载转速的变化和磁屏蔽移动位置关系如图1所示：

图1                      

3.2磁屏蔽套筒调速器主要部件

永磁调速器系统由导体转子、永磁转子等组成。实际使用时，采用手动调节方式，通过安装在永磁转子连接盘和磁屏蔽套筒之间的调节螺杆实现磁屏蔽套筒的位置调节，位置固定后可以启动电机，来满足实际负荷的要求，屏蔽套筒的位移数值可以通过标尺查得。设备布置如图2所示。

      图2

导体转子与屏蔽套筒，调节螺杆螺母处等地方采用了防摩擦火花的处理方式。永磁调速采用自然风冷，在导体转子外表面布置有散热片，散热片处于高速低风压区域，导体转子最高温区域处于负压状态，适用于防爆的场所。

3.3节能分析

在实际使用中，水泵由于受系统参数和运行工况的限制 ，并不能简单地套用比例定律来计算调速范围和估算节能效果 ，而应将实际工况转化为相似工况后 ，才能用比例定律进行计算 。

改造后，阀门全开（根据实际调试确定）。正常运行流量为160m/h，此工作点为B点。水泵额定点为A点，由于管路特性曲线未知，按相似理论估算B点的相似工况点为C点（非A点）,对应流量200m/h。

相似理论计算改造后电机功率P=P0×（QB/QC ）²

则P=160×0.8²=102.4kw

节能率 η=（143.8-102.4）/143.8 =28.7%

年工作8000小时，电费0.53元，

节约电费：（143.8-102.4）×8000×0.53=17.5万元

年减少二氧化碳排放331吨,减少二氧化硫排放9.9吨。

4、结论

水泵永磁调速运行时，可以通过改变转速从而与流量的变化相适应，在较小的扬程下达到所需要的流量，其节能效果相当可观。而且可以避免因通过阀门控制使泵过多偏离额定工作区而引起的振动，这种振动严重时会引起悬臂泵轴头断裂。由于转速的降低， 相应地延长了许多零部件如密封、轴承的寿命，特别是减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命，减少维修成本和人工成本。

改造后，电机实际运行电流由320A降至230A，实际节能率28%。

喷射液循环泵在永磁调速改造后运行稳定，节能效果明显，改造后免维护，具有很好的经济效益和社会效益。随着国家双碳目标工作的推进，磁屏蔽式永磁调速技术在水泵的节能改造方面将会拥有更广阔的应用前景。