永磁联轴器在回转式空预器上的应用

2012-09-27顾宏伟刘冬炎

浙江电力 2012年6期

顾宏伟，刘冬炎

（浙江国华浙能发电有限公司，浙江宁波 315612）

0 引言

国内很多围带传动式空预器的传动方式为1台减速机配备主电机、副电机及气动盘车装置各1台，主电机和减速箱中间通过液力联轴器连接，副电机与减速箱、气动盘车装置与减速箱配有超越离合器。楔块式超越离合器的作用是当主电机运行时脱开与副电机、气动盘车装置的旋转传动。目前从全国各电厂空预器液力偶合器和超越离合器的使用反馈情况看，使用效果均不理想，国产液力偶合器质量较差，使用寿命短。进口液力偶合器比国产稍好，但也有漏油情况发生。超越离合器为进口部件，也经常发生故障。这两个部件故障必然导致空预器停运，从而影响机组发电量以及设备安全运行。

1 故障分析

1.1 设备使用情况

宁海电厂5号、6号锅炉空预器为上海锅炉厂设计制造的三分仓回转式空预器，型号为2－34VI（50°）－90″SMRC，围带传动。其主电机和减速箱连接通过液力偶合器，副电机、气动盘车装置配备超越离合器，主电机功率45 kW。2台1 000 MW机组分别于2009年9月、10月正式投运，运行1年发生空预器液力偶合器轴承异响1次、漏油2次，超越离合轴承故障1次。

液力偶合器漏油故障表现为液力偶合器骨架密封经常出现甩油，由于无法在运行中加油，一旦漏油过多，机组需降负荷进行单侧隔离检修，大大增加了运行风险和经济损失，严重影响机组的安全运行。因此有必要尽快对空预器传动装置、液力偶合器进行故障分析，消除影响机组运行的安全隐患，保证机组长期安全、稳定、经济运行。

1.2 故障分析

回转式空预器液力偶合器的漏油部位主要在主电机轴与液力偶合器装配的骨架密封处。故障的主要原因是空预器整个传动装置的振动较大。不同负荷下空预器转子的膨胀量有所不同，振动大小与空预器入口烟气温度、烟气量以及传动装置的大齿轮和围带的啮合情况有关。振动偏大将导致液力偶合器轴承松动，增加骨架密封漏油的可能。液力偶合器的制造质量较差是造成故障的另一个原因，主要体现在：轴承外圈和配合较松，解体时发现轴承会自行掉落；骨架密封本身质量不佳，轴承游隙较大，加剧了骨架密封的磨损。夏季温度较高时，损坏几率更高。

超越离合器故障主要体现在轴承运行温度高，轴承容易损坏，运行中添加油脂困难。由于超越离合器转速较高，轴承采用油脂润滑，在运行中加油十分困难，冷却效果差，大部分超越离合器夏季运行温度都在60℃以上，有的达到了70～80℃。目前制造商也已关注到此类问题，有些新建电厂改进了减速箱，将超越离合器改至减速箱内部，采用油浴润滑，效果不错。但对于已投运的电厂来说，改造减速箱代价太大。

1.3 故障影响

当液力偶合器及超越离合器发生故障时，需停运故障侧空预器，一般检修更换时间为1～2 h，但空预器停运需采取隔离降温等措施，总计约需7～8 h。另外，停运单侧空预器还需停运风机、隔离烟风挡板，给运行操作带来较大的风险。液力偶合器的使用寿命大约为1年，其轴承、骨架密封磨损后，更换配件质量无法保证，一般都采用整体更换方式，大大增加了维护费用。超越离合器为进口件，每次损坏后更换的费用也较高。

2 改进方案对比

为了减小液力偶合器和超越离合器对空气预热器安全稳定运行的影响，必须对空预器传动装置连接方式进行有针对性的改进。

彻底消除隐患的方法是取消液力偶合器。取消液力偶合器的方案有两种：一种是电机改为变频方式，另一种是改用磁力联轴器。有部分新建电厂采用变频方式，并且取消了气动盘车装置，辅助电机和主电机容量一致，实现一运一备。目前有些空预器采用的磁力联轴器为电磁联轴器，通过电磁传递扭矩，维修工作量较少，只需利用检修更换磁力联轴器铝片即可。

方案一：主、副电机改为变频方式。副电机只在检修、主电机故障和空预器清洗时使用。此方案改造工作量大，需增加变频器、控制柜，更换变频抗干扰电缆。改造后可取消气动盘车装置及其超越离合器、主电机侧液力偶合器和副电机减速箱等部件，但副电机侧还需保留超越离合器。目前大部分采用变频方式的空预器在启动后一直以变频方式运行，但变频器偶尔会发生故障，因此有些电厂在设计上做了优化，即空预器启动时采用变频方式，从零转速升至1 480 r/min，用时大概为60 s，到达额定转速后，变频器输出启动完成信号，由切换控制器断开变频器，3 s后主电机切换到工频电运行。值得注意的是，由于变频器只能从零转速开始启动，当从副电机切换到主电机时，从零速启动的主变频器会对正在旋转的转子产生刹车作用，从而对减速箱齿轮造成较大冲击。因此必须保证空预器转子转速接近零转速时才启动主电机。而副电机的输出轴装有超越离合器，因此从主电机切换到副电机时不必考虑减速箱的冲击问题，但副电机超越离合器的存在也相应增加了故障点。对于新投产机组，采用变频方式可降低气动盘车装置等设备的初期投资，较为适用，而对已投产的机组来说改造费用较大。

方案二：改为磁力联轴器后的结构较简单，可以彻底消除液力偶合器的隐患，但还需配套电气系统。目前国内有少数电厂的进口空预器采用电磁联轴器，使用效果不错。永磁联轴器是由一个与电机端联接的导磁体和一个与负载端联接的永磁体组成，两者没有任何接触，电机转动导磁体，通过切割永磁体的磁力线产生磁感应力，从而实现电机与负载之间的扭矩传递。磁力线通过导磁体（铜导体），静止时磁力线不起作用，当两者有相对运动时，磁力线在导体中移动产生感应涡电流，进而在铜导体上产生感应磁场，并产生扭距，越靠近时磁力线密度越密集，扭距越大，相对运动越快，产生扭距也越大。永磁联轴器安装方便，运行维护成本低，能实现电机软启动，电机峰值电流较低，负载端超过力矩后能保护电机不过载。

与电磁联轴器相比，永磁联轴器减少了电气附件，由于电机和减速箱处联轴器没有接触，有利于减速箱骨架密封运行寿命的延长。

3 永磁联轴器的应用

宁海电厂5号、6号机利用停机检修，在不改变主电机位置的情况下，在空预器上用永磁联轴器替代了液力偶合器。联轴器采用标准型，其功率按主电机功率45 kW进行选型，特点是结构简单，维护量少。启动方式采用原空预器气动盘车装置、辅助电机、主电机的方式，以减少对空预器减速箱的冲击。永磁联轴器自2010年9月投运以来，运行一切正常。

联轴器导磁体和永磁体通过联接涨套固定在电机和减速机轴上，检修减速箱骨架密封时，不需要像改造前那样先将电机移开再拆除液力偶合器，另外主电机的位置也不需移动，因此一次安装完成后不需要再重复找中心，检修简单方便。需要注意的是在拆永磁联轴器前需安装8个内六角螺栓，用以固定永磁体和导磁体的间隙。由于联轴器永磁体和导磁体互不接触，有利于延长减速机输入轴骨架密封的使用寿命。宁海电厂永磁联轴器在国内空预器上是首次应用，目前采用的是标准型联轴器，存在无法自动调节转速的缺点，对于电机需设电流高报警和超电流保护，空预器发生卡涩时需切断电机电源。随着技术的发展，现在又开发出限矩型和调速型永磁联轴器。

在初始位置时，限矩型永磁联轴器的永磁体与导磁体之间的空气间隙一定。电机启动后，与电机连接的导磁体很快达到电机的额定转速，使导磁体与永磁体之间出现相对的速度差，速度差产生的磁感应力拉动两者的间隙逐渐变小，随着距离减小，传递的扭矩增大，与负载连接的永磁体转动速度逐渐加快，最后达到额定速度，电机和负载通过扭矩的传递实现同速转动。当负载突然出现过载或卡死的情况时，与负载连接的永磁体转动速度很快下降到零，而与电机连接的导磁体继续按照电机的速度转动，其相对速度差产生的磁感应力能迅速将两者的间隙拉大至超过设定间隙，这种距离使导磁体与永磁体失去相互间的磁作用力，从而在电机与负载之间失去扭矩传递。这样，当负载超过某个限定值的情况下，电机得到完全保护。

调速型永磁联轴器由铜转子、永磁转子和控制器3个部分组成，见图1。调速型永磁联轴器可实现变频器调速功能，铜转子（带铜环的钢制转子）与电机轴连接，永磁转子（带永磁材料的铝制转子）与减速箱的轴连接。铜转子和永磁转子之间有空气间隙（称为气隙），而没有传递扭矩的机械连接。在电机转动时，铜转子的铜环在切割永磁体的磁力线时产生感应涡电流，而感应涡电流的磁场与永磁体的磁场之间的作用力实现了电机与工作机之间的扭矩传递。当气隙小时，调速型永磁传动装置的传动能力强；相反，气隙大时传动能力小。而控制器可通过手动或控制信号调节气隙的大小。

目前建议空预器传动装置连接优化方式采用副电机侧安装调速型永磁联轴器，主电机侧安装限矩式永磁联轴器，这样可以完全取消气动盘车装置、液力偶合器、超越离合器以及副电机的减速箱。气动盘车装置也可选择保留，增加一个方便拆装的联轴器，运行时与空预器减速箱输入轴完全脱开，需要时再将气动盘车装置和减速箱连上，实现气动盘车装置盘车功能。调速型永磁联轴器和变频器一样可控制空预器转速，主要用于空预器启动、检修和清洗，也可作为主电机的备用。副电机采用调速型联轴器与减速箱连接，主电机侧采用限矩式永磁联轴器。

比较安全的空预器启动方式是：先启动副电机，调速型联轴器通过调节联轴器气隙使空预器慢慢启动，副电机启动到四分之一主电机额定转速后再启动主电机，主电机启动完成后，将副电机气隙调大，使副电机慢慢停运。气隙拉至最大时联轴器还有少量力矩，因此副电机需采用制动电机或者加一个电磁制动器，电磁制动器在副电机失电后自动抱住副电机轴，目的是在主电机运行时对副电机进行制动，防止跟转。

用限矩式永磁联轴器替代液力偶合器，可彻底解决液力偶合器的渗油问题，同时还能起到保护电机和减速箱的作用。以可调式永磁联轴器替代气动盘车装置、超越离合器，取消副电机减速箱，减少了故障点和设备初投资。永磁联轴器设备成本低于变频器，运行维护费用也较低，对新建电厂尤为适用。