电厂工业水泵永磁调速改造分析

周 阳，王 颖，商丽娜

(国电谏壁发电厂，江苏 镇江 212006)

0 引言

众所周知，在电厂生产过程中，水泵是按照最大负载进行设计和安装的，但水泵最大负载运行仅仅是生产中的某段时间，其余时间水泵是利用阀门调节出水量的。由于阀门调节方式仅改变了通道的通流阻力，而对电动机的输出功率改变较小，所以浪费了大量的能源。

为了响应国家节能减排的政策，某电厂对工业水泵进行了永磁调速改造，大大降低了能耗，同时提高了系统的稳定性。

1 设备概况

该电厂11号工业水泵的性能参数为：设计流量280 t/h，扬程63 m，配套380 V电机功率为75 kW，转速2 980 r/min，额定电流139．9 A，连接方式为刚性直连。原运行方式通过回流阀门将系统压力控制在0．52 MPa，水泵电机电流在100—120 A波动。

本次针对11号工业水泵进行节能改造。

2 永磁调速器的工作原理及技术特点

2.1 永磁调速器的工作原理

永磁调速器是通过导体和永磁体之间的电磁作用，以实现电动机与负载转矩传输的装置，可实现电动机和负载间无机械连接的传动。其工作原理是当两者之间相对运动时，导体组件切割磁力线，在导体中产生涡流，进而产生感应磁场，与永磁体的磁场交互作用，从而实现扭矩传递。调速机构在运行过程中可通过调节永磁组件和导体组件的相对位置，改变2者之间耦合的有效部分，来改变2者之间传递的扭矩。

永磁调速器的主要结构部件为：永磁转子组件(连接于负载侧)；导体转子组件(连接于电机侧)；调速机构。其结构示意如图1所示。使用永磁调速器能实现电动机和负载之间无接触式连接，能有效解决旋转负载系统的中软启动、调速节能、减振等问题。

图1 永磁调速器的结构示意

2.2 永磁调速器的技术特点

(1) 纯机械构造，不用电、无接触、无摩擦，长寿命周期。相较于变频器、斩波内馈调速设备、液力耦合器等其他调速节能设备，永磁调速器结构最为简单，安全性高，运行中无摩擦、隔离振动，寿命可长达30年。

(2) 简单、可靠、高效。永磁调速器是通过调节扭矩来实现负载速度控制的，可以根据负载实际运行过程中扭矩的大小来调整电机输出端扭矩。负载要求扭矩小，电机输出扭矩小，相应输出功率也变小。

永磁调速器可以通过调节导体转子和永磁转子之间的耦合面积来改变电机与负载之间的转速差，从而实现调速节能的目的。它可在电机转速不变的情况下，调节水泵的转速，从而使管网的流量发生变化，来满足实际工况的需要。

在全速运转时，永磁调速器的工作效率在97 %左右，在水泵系统中其节能率通常为10 %—50 %。考虑到变频器的散热能量损失，在很多情况下，永磁调速器的节能效率要高于变频器。同时，永磁调速器相对于其他调速装置的优点不仅限于节能，在提高生产能力、延长设备寿命、降低维修率以及减少运行维护费用方面的作用也很明显，因此值得选用。

3 水泵永磁调速器安装调试步骤

11号工业水泵永磁调速器部件如图2所示。

图2 永磁调速器部件结构示意

3.1 安装法兰

在电机和负载轴上紧固胀套和法兰，步骤如下：

(1) 安装法兰连接螺栓；

(2) 将胀套安装到法兰上；

(3) 将法兰滑入轴上，直至轴端与法兰端平齐；

(4) 紧固胀套的卡扣，直至法兰不能用手扳动对轴旋转；

(5) 将千分表放置在法兰上，测量并调整径向的表面跳动，使每个表面的总测量跳动必须小于0．03 mm。

3.2 安装导体转子组件

将导体转子安装到电机法兰上，首先支撑导体转子与电机法兰对准，然后用连接螺栓将其紧固到导体转子上。用非金属吊索来支撑导体转子，能使安装过程更容易实现。

3.3 安装磁转子组件

使用正确的提升设备，使磁转子中心轴边缘与法兰边缘匹配。

将千分表放在磁转子轴的端头上，获取千分表读数，以确保轴端总测量跳动小于0．08 mm。

3.4 安装执行器组件

安装的执行器组件必须要中心对准永磁体，可通过用电机地基上的顶移螺钉，在电机安装处用垫片垫高等方法，朝向或背离负载移动电机以对准，然后紧固所有电机安装螺栓。

安装好的执行器如图3所示。

图3 安装好的执行器

永磁改造后的工业水泵正面实景、侧面实景如图4、图5所示。

图4 11号工业水泵永磁改造后的正面实景

图5 11号工业水泵永磁改造后的侧面实景

4 改造后的系统性能测试

在永磁调节器安装后，对系统性能进行测试，水泵各种信息参数统计如表1所示。由表1可知：经过各阶段的系统调试，证明采用永磁调速器的节能效果明显，经济性较高。改造后系统压力控制参数设定为0．52 MPa，水泵投入自动控制运行，执行器PI参数设为6，0．3。投入自动运行时，运行稳定，电机振动、负载振动满足要求。

综上所述，改造后，在系统压力设为0．52 MPa下，该泵电流为75—90 A，改造效果显著：

(1) 平均节能率在20 %—25 %；

(2) 启动电流由原来的200 A，变为120 A，大大减轻了泵启动时对系统的冲击；

(3) 负载和电机实现了非接触连接，振动值改造前为0．05 mm，改造后减小为0．02 mm。

5 结束语

永磁调速器具有可靠性高、少维护、无硬连接、隔离振动、能适应恶劣环境、价格低、投资回收期短、投资回报率高、使用寿命长等优点，可避免变频器柜、电气柜室等设备投资，节省柜内环境控制的投资及运行成本。永磁调速器故障点少、运行可靠，使维修费用及停炉损失的费用大幅降低。永磁调速器的使用寿命比高压变频、斩波内馈调速设备的使用寿命长3倍。

表1 系统调试参数统计

永磁调速器绿色节能环保，对环境无影响、无谐波、无污染；改造方便，不需要外接电器设备，只需微调基础，不需要动地脚螺栓。该改造项目符合当前国家鼓励发展的节能减排产业政策。

1 刘国华，王向东．永磁调速器在电厂灰浆泵系统中的应用及节能分析[J]．电力设备，2008，9(10)：34-36．