浅谈磁力耦合器在焦化企业的应用

赵晓兵

摘 要：从磁力耦合器的技术原理、改造的节能分析、实际应用、优劣势和发展前景等方面，浅谈磁力耦合器在焦化企业的应用。

关键词：焦化；磁力；耦合器；节能

中图分类号：TH137.331 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）10-0019-02

能源短缺和环境污染是人类目前共同面临的世纪性难题。我国高压电动机总容量在1.5×108 kW以上的大部分为水泵类负载，这些电动机大多工作处于高能耗、低效率的状态，其耗电量占全国总用电量的25%左右。离心式水泵的一个特点是负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，可以根据所需的流量调节转速按需做功，获得很好的节电效果。目前，采用的方式多为高压变频和液力耦合器，磁力耦合器（永磁调速技术）一些企业中也在使用。

1 磁力耦合器技术原理

磁力耦合器技术工作原理是一端稀有金属氧化物钕铁硼永磁体产生永磁场，另一端铜导体在永磁场中切割磁力线产生感应磁场，两磁场相互啮合形成磁链接，产生转矩。将磁力耦合器替代电机与水泵之间的联轴器，安装在电机转轴输出端与水泵的动力输入端之间，并通过磁力耦合器配置的伺服执行机构接受来自机组DCS的信号（4～20 mA，该信号对应水泵系统流程中水泵后端设备的运行工况要求），调节磁力耦合器上的磁体间隙，从而改变水泵的转速，满足后端工况需求；同时，反馈信号提示目前的间隙状况，并提供给DCS，实现设备的全自动运行。

由于磁力耦合器技术是通过磁场传递电机输出转矩，属于磁链接方式，使得电机与水泵之间有空气间隙，没有机械联接。这样的方式可以大大降低由于轴弯曲和角度偏离、不对中、热膨胀等引起的振动。通过调节磁力耦合器的空气间隙实现精确调速，并按照实际所需做功，从而避免原节流调节方式产生能量损耗多的问题，达到节约电能的目的。磁力耦合器结构图如图1所示。

2 磁力耦合器改造的节能分析

从流体力学的原理得知，使用感应电机驱动的水泵，轴功

当所需流量从Q1减小到Q2时，如果采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积H2×Q2成正比；如果采用调速控制方式，水泵转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但水泵的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点，此时所需轴功率P3与面积HB×Q2成正比。从理论上分析，所节约的轴功率Delt（P）与（H2-HB）×（C-B）的面积成正比。

在实际运行中，系统能够调节的空间往往在考虑流量满足的同时，还要考虑系统的水压能否满足要求，考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗。经过统计，水泵类通过调速控制，可节能10%以上。

3 磁力耦合器在我厂的应用

3.1 改造前我公司溶液循环泵的使用情况

益隆焦化公司溶液循环泵选用大连深蓝泵业的EHG300-250-500型化工泵3台（2开1备），流量442～758 m3/h，扬程68～86 m，转速1 450 rpm，效率78.53%；配用电机YB450S-4W，功率250 kW，额定电压10 kV，额定电流17.8 A，转速1 485 rpm。2011年，由于流量不够，对叶轮进行改造，流量提升到900 m3/h，使用电流17.1 A，阀门开度20%～30%（阀门开度超过30%电机就会过负荷跳车），暂时满足目前的生产要求（122炉/d）。如果增加产量，可能流量还是达不到使用需求。

3.2 改造后我公司溶液循环泵的使用情况

2013-05-23—27，对1#溶液循环泵进行改造，泵的转速在1 300 rpm左右，电流为13 A左右，进出口阀门全开；2#泵的转速在14 500 rpm左右，电流为17.5 A左右，进出口阀门开度20%～30%.

2014-03-15—22，对2#溶液循环泵进行改造，投运后1#泵的转速在1 350 rpm左右，电流为15 A左右；2#泵的转速在1 300 rpm左右，电流为14 A左右，两泵进出口阀门全开。

3.3 改造前后的电耗统计

未改造前的2013-04-01—30（30 d，日产122炉）总的用电量为360 795 kW·h，日均用电12 026 kW·h。1#泵改造后的2014-02-03—03-04（30 d，日产126炉）总的用电量为335 678 kW·h，日均用电11 189 kW·h；1#、2#泵改造后的2014-03 -22—04-20（30 d，日产126炉）总的用电量为268 246 kW·h，日均用电8 941 kW·h。忽略产量因素，改造后日节电为12 026-8 941=3 085 kW·h，节电率25.65%.（数据来源于我厂201配电室）

4 磁力耦合器的优势与不足

磁力耦合器的优势主要有以下几点：①可以实现无极调速。根据现场的实际运行工况，通过调节磁力耦合器的空气间隙，从而实现调速，达到节能环保的目的。②设备软启动。磁力耦合器启动过程分为两个阶段，第一阶段是电机先带磁力耦合器的铜转子启动；第二阶段是磁力耦合器的铜转子带动永磁转子全负荷启动。因此，整个启动过程平稳、冲击小，具有软启动/软停机功能特点，可以有效地降低电机的启动电流，解决水锤和气穴等现象。③节能。根据系统工况，对水泵的转速进行调整，可以使电机始终工作在最大效率区，节省大量电能。④减振。磁力耦合器取代了原来的刚性联轴器，使电机与负载没有机械联接、没有磨损，这样水泵侧的振动就不会传递到电机侧，电机侧的振动也不会传到水泵侧。同时，也割断了振动在传递过程中的放大效应，可以消除刚性联轴器的振动放大效应，降低系统的振动幅度；可以大大降低轴弯曲、热膨胀等原因引起的系统振动；延长电机和负载，特别是大大延长轴承和密封件的寿命。⑤无机械连接。具有过载保护功能，提高了整个电机驱动系统的可靠性。由于电机与水泵之间没有机械链接，当水泵过载或者堵转时，调速型磁力耦合器可以自动将电机对水泵体的力矩传递完全断开，此时电机空载运行，水泵停转，可以完全消除水泵系统因过载而导致的系统损害和巨大损失，使查找和故障隔离变得非常容易。此外，其安装简单、安装精度要求较低、维护工作量少。⑥对环境没有要求，无污染。⑦当设备发生堵转时，可以保护电机，使电机不宜损坏。

磁力耦合器的不足主要有以下几点：①永磁调速技术不能解决负载本身不平衡原因引起的振动，但避免了电机过载等问题；②不适合低转速运行设备；③无法降低电机的空载启动电流；④不适合频繁启停设备。

5 磁力耦合器在焦化企业的应用前景

基于磁力耦合器的安装特点，它比较适合焦化企业泵类、风机、输送设备的改造，主、从动之间对中精度要求降低，所以对中误差产生的震动就会减小，有利于检修周期的延长；方便的拆装性，可以降低检修的难度，节约检修时间；无机械连接，减少了联轴器的消耗，降低了成本。

基于磁力耦合器利用降低流体系统阻力（阀门全开，转速控制压力达到流量要求）的节能特点，它简化了系统操作，减小了系统内流体对阀门阀芯的冲击，延缓阀芯的老化，延长阀门的使用周期，减少对系统的停车检修频次，有利于生产管理，并降低维修费用的投入。

基于磁力耦合器的工作原理，它特别适合于运行工况单一，高速运行设备的改造；而低速设备则会因其体积大而不经济。

基于磁力耦合器的简单结构，取代液力耦合器的使用，既简化了维护作业过程，又有效解决了液力耦合器因液力传动油的泄露而造成的环境污染问题。与变频器相比，尤其是大功率变频器，大大减小了维护投入的人力、财力、物力。

基于磁力耦合器不能降低电机空载启动电流的特点，对于大功率、频繁启停的设备，由于启动时对电流对电网的冲击性，局限了其使用的可行性。

综上所述，磁力耦合器在焦化企业适合于循环氨水泵、循环水泵、制冷循环泵、溶液循环泵、熄焦泵、生化风机和运焦系统输送设备的改造或选用。

〔编辑：李珏〕

摘 要：从磁力耦合器的技术原理、改造的节能分析、实际应用、优劣势和发展前景等方面，浅谈磁力耦合器在焦化企业的应用。

关键词：焦化；磁力；耦合器；节能

中图分类号：TH137.331 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）10-0019-02

能源短缺和环境污染是人类目前共同面临的世纪性难题。我国高压电动机总容量在1.5×108 kW以上的大部分为水泵类负载，这些电动机大多工作处于高能耗、低效率的状态，其耗电量占全国总用电量的25%左右。离心式水泵的一个特点是负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，可以根据所需的流量调节转速按需做功，获得很好的节电效果。目前，采用的方式多为高压变频和液力耦合器，磁力耦合器（永磁调速技术）一些企业中也在使用。

1 磁力耦合器技术原理

磁力耦合器技术工作原理是一端稀有金属氧化物钕铁硼永磁体产生永磁场，另一端铜导体在永磁场中切割磁力线产生感应磁场，两磁场相互啮合形成磁链接，产生转矩。将磁力耦合器替代电机与水泵之间的联轴器，安装在电机转轴输出端与水泵的动力输入端之间，并通过磁力耦合器配置的伺服执行机构接受来自机组DCS的信号（4～20 mA，该信号对应水泵系统流程中水泵后端设备的运行工况要求），调节磁力耦合器上的磁体间隙，从而改变水泵的转速，满足后端工况需求；同时，反馈信号提示目前的间隙状况，并提供给DCS，实现设备的全自动运行。

由于磁力耦合器技术是通过磁场传递电机输出转矩，属于磁链接方式，使得电机与水泵之间有空气间隙，没有机械联接。这样的方式可以大大降低由于轴弯曲和角度偏离、不对中、热膨胀等引起的振动。通过调节磁力耦合器的空气间隙实现精确调速，并按照实际所需做功，从而避免原节流调节方式产生能量损耗多的问题，达到节约电能的目的。磁力耦合器结构图如图1所示。

2 磁力耦合器改造的节能分析

从流体力学的原理得知，使用感应电机驱动的水泵，轴功

当所需流量从Q1减小到Q2时，如果采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积H2×Q2成正比；如果采用调速控制方式，水泵转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但水泵的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点，此时所需轴功率P3与面积HB×Q2成正比。从理论上分析，所节约的轴功率Delt（P）与（H2-HB）×（C-B）的面积成正比。

在实际运行中，系统能够调节的空间往往在考虑流量满足的同时，还要考虑系统的水压能否满足要求，考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗。经过统计，水泵类通过调速控制，可节能10%以上。

3 磁力耦合器在我厂的应用

3.1 改造前我公司溶液循环泵的使用情况

益隆焦化公司溶液循环泵选用大连深蓝泵业的EHG300-250-500型化工泵3台（2开1备），流量442～758 m3/h，扬程68～86 m，转速1 450 rpm，效率78.53%；配用电机YB450S-4W，功率250 kW，额定电压10 kV，额定电流17.8 A，转速1 485 rpm。2011年，由于流量不够，对叶轮进行改造，流量提升到900 m3/h，使用电流17.1 A，阀门开度20%～30%（阀门开度超过30%电机就会过负荷跳车），暂时满足目前的生产要求（122炉/d）。如果增加产量，可能流量还是达不到使用需求。

3.2 改造后我公司溶液循环泵的使用情况

2013-05-23—27，对1#溶液循环泵进行改造，泵的转速在1 300 rpm左右，电流为13 A左右，进出口阀门全开；2#泵的转速在14 500 rpm左右，电流为17.5 A左右，进出口阀门开度20%～30%.

2014-03-15—22，对2#溶液循环泵进行改造，投运后1#泵的转速在1 350 rpm左右，电流为15 A左右；2#泵的转速在1 300 rpm左右，电流为14 A左右，两泵进出口阀门全开。

3.3 改造前后的电耗统计

未改造前的2013-04-01—30（30 d，日产122炉）总的用电量为360 795 kW·h，日均用电12 026 kW·h。1#泵改造后的2014-02-03—03-04（30 d，日产126炉）总的用电量为335 678 kW·h，日均用电11 189 kW·h；1#、2#泵改造后的2014-03 -22—04-20（30 d，日产126炉）总的用电量为268 246 kW·h，日均用电8 941 kW·h。忽略产量因素，改造后日节电为12 026-8 941=3 085 kW·h，节电率25.65%.（数据来源于我厂201配电室）

4 磁力耦合器的优势与不足

磁力耦合器的优势主要有以下几点：①可以实现无极调速。根据现场的实际运行工况，通过调节磁力耦合器的空气间隙，从而实现调速，达到节能环保的目的。②设备软启动。磁力耦合器启动过程分为两个阶段，第一阶段是电机先带磁力耦合器的铜转子启动；第二阶段是磁力耦合器的铜转子带动永磁转子全负荷启动。因此，整个启动过程平稳、冲击小，具有软启动/软停机功能特点，可以有效地降低电机的启动电流，解决水锤和气穴等现象。③节能。根据系统工况，对水泵的转速进行调整，可以使电机始终工作在最大效率区，节省大量电能。④减振。磁力耦合器取代了原来的刚性联轴器，使电机与负载没有机械联接、没有磨损，这样水泵侧的振动就不会传递到电机侧，电机侧的振动也不会传到水泵侧。同时，也割断了振动在传递过程中的放大效应，可以消除刚性联轴器的振动放大效应，降低系统的振动幅度；可以大大降低轴弯曲、热膨胀等原因引起的系统振动；延长电机和负载，特别是大大延长轴承和密封件的寿命。⑤无机械连接。具有过载保护功能，提高了整个电机驱动系统的可靠性。由于电机与水泵之间没有机械链接，当水泵过载或者堵转时，调速型磁力耦合器可以自动将电机对水泵体的力矩传递完全断开，此时电机空载运行，水泵停转，可以完全消除水泵系统因过载而导致的系统损害和巨大损失，使查找和故障隔离变得非常容易。此外，其安装简单、安装精度要求较低、维护工作量少。⑥对环境没有要求，无污染。⑦当设备发生堵转时，可以保护电机，使电机不宜损坏。

磁力耦合器的不足主要有以下几点：①永磁调速技术不能解决负载本身不平衡原因引起的振动，但避免了电机过载等问题；②不适合低转速运行设备；③无法降低电机的空载启动电流；④不适合频繁启停设备。

5 磁力耦合器在焦化企业的应用前景

基于磁力耦合器的安装特点，它比较适合焦化企业泵类、风机、输送设备的改造，主、从动之间对中精度要求降低，所以对中误差产生的震动就会减小，有利于检修周期的延长；方便的拆装性，可以降低检修的难度，节约检修时间；无机械连接，减少了联轴器的消耗，降低了成本。

基于磁力耦合器利用降低流体系统阻力（阀门全开，转速控制压力达到流量要求）的节能特点，它简化了系统操作，减小了系统内流体对阀门阀芯的冲击，延缓阀芯的老化，延长阀门的使用周期，减少对系统的停车检修频次，有利于生产管理，并降低维修费用的投入。

基于磁力耦合器的工作原理，它特别适合于运行工况单一，高速运行设备的改造；而低速设备则会因其体积大而不经济。

基于磁力耦合器的简单结构，取代液力耦合器的使用，既简化了维护作业过程，又有效解决了液力耦合器因液力传动油的泄露而造成的环境污染问题。与变频器相比，尤其是大功率变频器，大大减小了维护投入的人力、财力、物力。

基于磁力耦合器不能降低电机空载启动电流的特点，对于大功率、频繁启停的设备，由于启动时对电流对电网的冲击性，局限了其使用的可行性。

综上所述，磁力耦合器在焦化企业适合于循环氨水泵、循环水泵、制冷循环泵、溶液循环泵、熄焦泵、生化风机和运焦系统输送设备的改造或选用。

〔编辑：李珏〕

摘 要：从磁力耦合器的技术原理、改造的节能分析、实际应用、优劣势和发展前景等方面，浅谈磁力耦合器在焦化企业的应用。

关键词：焦化；磁力；耦合器；节能

中图分类号：TH137.331 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）10-0019-02

能源短缺和环境污染是人类目前共同面临的世纪性难题。我国高压电动机总容量在1.5×108 kW以上的大部分为水泵类负载，这些电动机大多工作处于高能耗、低效率的状态，其耗电量占全国总用电量的25%左右。离心式水泵的一个特点是负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，可以根据所需的流量调节转速按需做功，获得很好的节电效果。目前，采用的方式多为高压变频和液力耦合器，磁力耦合器（永磁调速技术）一些企业中也在使用。

1 磁力耦合器技术原理

磁力耦合器技术工作原理是一端稀有金属氧化物钕铁硼永磁体产生永磁场，另一端铜导体在永磁场中切割磁力线产生感应磁场，两磁场相互啮合形成磁链接，产生转矩。将磁力耦合器替代电机与水泵之间的联轴器，安装在电机转轴输出端与水泵的动力输入端之间，并通过磁力耦合器配置的伺服执行机构接受来自机组DCS的信号（4～20 mA，该信号对应水泵系统流程中水泵后端设备的运行工况要求），调节磁力耦合器上的磁体间隙，从而改变水泵的转速，满足后端工况需求；同时，反馈信号提示目前的间隙状况，并提供给DCS，实现设备的全自动运行。

由于磁力耦合器技术是通过磁场传递电机输出转矩，属于磁链接方式，使得电机与水泵之间有空气间隙，没有机械联接。这样的方式可以大大降低由于轴弯曲和角度偏离、不对中、热膨胀等引起的振动。通过调节磁力耦合器的空气间隙实现精确调速，并按照实际所需做功，从而避免原节流调节方式产生能量损耗多的问题，达到节约电能的目的。磁力耦合器结构图如图1所示。

2 磁力耦合器改造的节能分析

从流体力学的原理得知，使用感应电机驱动的水泵，轴功

当所需流量从Q1减小到Q2时，如果采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积H2×Q2成正比；如果采用调速控制方式，水泵转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但水泵的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点，此时所需轴功率P3与面积HB×Q2成正比。从理论上分析，所节约的轴功率Delt（P）与（H2-HB）×（C-B）的面积成正比。

在实际运行中，系统能够调节的空间往往在考虑流量满足的同时，还要考虑系统的水压能否满足要求，考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗。经过统计，水泵类通过调速控制，可节能10%以上。

3 磁力耦合器在我厂的应用

3.1 改造前我公司溶液循环泵的使用情况

益隆焦化公司溶液循环泵选用大连深蓝泵业的EHG300-250-500型化工泵3台（2开1备），流量442～758 m3/h，扬程68～86 m，转速1 450 rpm，效率78.53%；配用电机YB450S-4W，功率250 kW，额定电压10 kV，额定电流17.8 A，转速1 485 rpm。2011年，由于流量不够，对叶轮进行改造，流量提升到900 m3/h，使用电流17.1 A，阀门开度20%～30%（阀门开度超过30%电机就会过负荷跳车），暂时满足目前的生产要求（122炉/d）。如果增加产量，可能流量还是达不到使用需求。

3.2 改造后我公司溶液循环泵的使用情况

2013-05-23—27，对1#溶液循环泵进行改造，泵的转速在1 300 rpm左右，电流为13 A左右，进出口阀门全开；2#泵的转速在14 500 rpm左右，电流为17.5 A左右，进出口阀门开度20%～30%.

2014-03-15—22，对2#溶液循环泵进行改造，投运后1#泵的转速在1 350 rpm左右，电流为15 A左右；2#泵的转速在1 300 rpm左右，电流为14 A左右，两泵进出口阀门全开。

3.3 改造前后的电耗统计

未改造前的2013-04-01—30（30 d，日产122炉）总的用电量为360 795 kW·h，日均用电12 026 kW·h。1#泵改造后的2014-02-03—03-04（30 d，日产126炉）总的用电量为335 678 kW·h，日均用电11 189 kW·h；1#、2#泵改造后的2014-03 -22—04-20（30 d，日产126炉）总的用电量为268 246 kW·h，日均用电8 941 kW·h。忽略产量因素，改造后日节电为12 026-8 941=3 085 kW·h，节电率25.65%.（数据来源于我厂201配电室）

4 磁力耦合器的优势与不足

磁力耦合器的优势主要有以下几点：①可以实现无极调速。根据现场的实际运行工况，通过调节磁力耦合器的空气间隙，从而实现调速，达到节能环保的目的。②设备软启动。磁力耦合器启动过程分为两个阶段，第一阶段是电机先带磁力耦合器的铜转子启动；第二阶段是磁力耦合器的铜转子带动永磁转子全负荷启动。因此，整个启动过程平稳、冲击小，具有软启动/软停机功能特点，可以有效地降低电机的启动电流，解决水锤和气穴等现象。③节能。根据系统工况，对水泵的转速进行调整，可以使电机始终工作在最大效率区，节省大量电能。④减振。磁力耦合器取代了原来的刚性联轴器，使电机与负载没有机械联接、没有磨损，这样水泵侧的振动就不会传递到电机侧，电机侧的振动也不会传到水泵侧。同时，也割断了振动在传递过程中的放大效应，可以消除刚性联轴器的振动放大效应，降低系统的振动幅度；可以大大降低轴弯曲、热膨胀等原因引起的系统振动；延长电机和负载，特别是大大延长轴承和密封件的寿命。⑤无机械连接。具有过载保护功能，提高了整个电机驱动系统的可靠性。由于电机与水泵之间没有机械链接，当水泵过载或者堵转时，调速型磁力耦合器可以自动将电机对水泵体的力矩传递完全断开，此时电机空载运行，水泵停转，可以完全消除水泵系统因过载而导致的系统损害和巨大损失，使查找和故障隔离变得非常容易。此外，其安装简单、安装精度要求较低、维护工作量少。⑥对环境没有要求，无污染。⑦当设备发生堵转时，可以保护电机，使电机不宜损坏。

磁力耦合器的不足主要有以下几点：①永磁调速技术不能解决负载本身不平衡原因引起的振动，但避免了电机过载等问题；②不适合低转速运行设备；③无法降低电机的空载启动电流；④不适合频繁启停设备。

5 磁力耦合器在焦化企业的应用前景

基于磁力耦合器的安装特点，它比较适合焦化企业泵类、风机、输送设备的改造，主、从动之间对中精度要求降低，所以对中误差产生的震动就会减小，有利于检修周期的延长；方便的拆装性，可以降低检修的难度，节约检修时间；无机械连接，减少了联轴器的消耗，降低了成本。

基于磁力耦合器利用降低流体系统阻力（阀门全开，转速控制压力达到流量要求）的节能特点，它简化了系统操作，减小了系统内流体对阀门阀芯的冲击，延缓阀芯的老化，延长阀门的使用周期，减少对系统的停车检修频次，有利于生产管理，并降低维修费用的投入。

基于磁力耦合器的工作原理，它特别适合于运行工况单一，高速运行设备的改造；而低速设备则会因其体积大而不经济。

基于磁力耦合器的简单结构，取代液力耦合器的使用，既简化了维护作业过程，又有效解决了液力耦合器因液力传动油的泄露而造成的环境污染问题。与变频器相比，尤其是大功率变频器，大大减小了维护投入的人力、财力、物力。

基于磁力耦合器不能降低电机空载启动电流的特点，对于大功率、频繁启停的设备，由于启动时对电流对电网的冲击性，局限了其使用的可行性。

综上所述，磁力耦合器在焦化企业适合于循环氨水泵、循环水泵、制冷循环泵、溶液循环泵、熄焦泵、生化风机和运焦系统输送设备的改造或选用。

〔编辑：李珏〕