喷射液循环泵磁屏蔽永磁调速提升改造

 喷射液循环泵磁屏蔽永磁调速提升改造

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

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160m³/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概况

永磁调速技术为美国首先发明的原创技术，国外品牌仅有美国MAGNA，在欧洲等国家并没有普及，该公司成立于1999年，总部设在美国华盛顿州西雅图市，公司技术研发团队成员多数来自美国波音商务飞机公司传动技术部，2005年研制出的筒式永磁调速器最初应用在海军的航母和舰船上。用于海水泵、灭火系统泵、航母JP-S燃油泵等，解决了泵和电机长期刚性连接寿命低、无节能效果的问题，随后该技术在美国普及到民用。2010年将永磁调速引入中国在国内电力、石化、钢铁等领域进行应用，在泵和风机节能上效果明显。

为了能够快速实现设备进厂，制造企业需采用国外技术来制造永磁调速营利的动机等因素促进了市场发展，而仓促盲目的采用20年前的美国技术，仅能运用在转速1500rpm的机泵上，对于高转速3000rpm机泵则没有应用业绩，由于没有潜心研究，没有创新技术的出现，没有推动设备调节原理及机构上的突破，导致永磁调速器无法满足炼化行业长周期稳定运行的需求，一直没有得到普及应用。国内也有企业为了避免侵犯美国专利，而选择不采用美国MAGNA盘式传动专利技术，将盘式永磁调速改为筒式永磁调速技术的情况。

但产品价格高、改造和配套需要将电机移动很长的距离、重新进行设备基础施工，在中间增加传动的基本部件，采用气隙调节的形式需要复杂的机械传动系统，包括增加新的传动轴、多组传动轴承、凸轮螺旋传动结构、轴承支座或轴承箱、轴承的冷却和润滑系统，由于大型或高速的水泵存在轴承使用上的极限载荷和转速的限制，实际上使用寿命在30000小时与国家通用设备轴承设计寿命10万小时相比，差距甚远，这类永磁调速器轴承、凸轮螺旋等机构频繁损坏、给用户带来了安全运行的隐患，成为用户的痛点。

经比选，磁屏蔽永磁调速技术不存在对电机和负载有影响的轴向力、没有轴承等传动部件、机械效率提升了8%，实现了新一代永磁调速通用化、标准化和系列化。                  

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1所示。

      图1

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、安装及调试

（1）采用磁屏蔽式永磁调速进行节能改造，电机后移105mm。

电机加长底板与基础钢架焊接并打孔，打孔位置根据改造前、后的电机和泵轴端间距变化数值确定。

（2）安装永磁转子

安装永磁转子前检查屏蔽套筒位置，永磁转子应为全屏蔽状态。

清洁电机轴，将永磁转子工装安装到电机轴端。

（3）安装导体转子

清洁泵轴，将导体转子工装安装到泵轴端。

（4） 安装电机

已安装永磁转子的电机吊装到进出钢架上，沿轴向移动电机使永磁转子进入导体转子内部并调节进入的深度，用垫片调整电机高度。

（5）调试

调试前需对设备进行启动前检查：永磁调速器本体内部没有杂物，各部件联接固定正常，防护罩已安装，永磁调速器外部环境清理干净没有吸附铁磁性工具等。

电机启动后，观测记录数据：屏蔽套筒位移、电机电流、现场运行工况是否满足工艺需要。

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，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。