限矩型永磁联轴器在干式排渣系统中的开发与应用

华能国际电力股份有限公司大连电厂 赵 宏 江晓然 马宝林

随着碳中和碳达峰目标的提出，近年来燃煤发电机组面临着更大的挑战，亟须解决电厂存在的难点问题。

自2016年启动煤炭化解过剩产能工作以来，燃煤机组面临掺烧经济煤种的现状，锅炉燃烧不充分，经常产生大焦块、大渣块，对干式排渣系统及下游设备损伤严重。

干式排渣技术目前在电厂广泛应用，其技术特点：无水资源浪费、设备安全可靠、维护量小、炉渣利用率高、技能环保等，随着掺烧情况加剧，干式排渣技术弊端也逐渐明显，并且伴随着较大安全隐患。

1 大连电厂干式排渣系统介绍

大连电厂锅炉底渣处理采用干式排渣系统，干渣机现采用液力耦合器连接方式，钢带输渣出现卡咬过载时，液力耦合器通过泄油，断开电机与减速机连接，保护干渣系统，若泄油不及时，电机与减速机直接过载损毁。且液力耦合器故障率高，频繁出现漏油的现象污染环境，输送热渣温度高，存在易燃的风险。

为减少设备故障与维护检修成本，消除安全隐患，拟采用非接触的限矩型永磁联轴器替换原液力耦合器，钢带出现卡咬过载时，即达到设定的最大扭矩，永磁联轴器自动脱开，电机空载，保护电机减速机，故障处理完毕后，电机启动，自动吸附，到额定出力，带载启动，大大降低了检修难度，缩短排渣系统故障恢复时间。本文探索如何通过干渣机电机过载自动脱开，减少大颗粒热渣对排渣系统设备损伤，有效保障设备正常运行，并提高干式排渣系统使用寿命以及提高产能，确保火电厂发电机组的正常运行。

2 限矩型永磁联轴器介绍

2.1 产品介绍

限矩型联轴器外形及结构如图1所示，由ABBA双盘式对称结构构成，其中外侧与电机连接的为双导体盘，内部与减速机连接的为双永磁体盘，导体盘与永磁体盘存在一定的空气间隙（3.3～25mm），使电机与负载完全分隔为两个独立设备运行。

图1 限矩型永磁联轴器

电机启动时，与电机连接的导体盘很快达到电机的额定转速，导体盘与永磁体盘存在相对运动，产生互感磁场，拉动盘体之间的间隙逐渐变小，最终达到额定转速，一般1～2s左右达到满出力。最终实现负载定速转动，实现扭矩的空中传递。

当干渣机的扭矩发生周期性变化的时候，导体盘和永磁体盘这两个转体之间的间隙可以在一定间隙之间变动（3.3～6mm），从而实现周期性变化的扭矩传递。当干渣机钢带发生卡咬扭矩增加情况时，超过联轴器设计的最大扭矩，联轴器自动脱开，空气间隙瞬间被拉开，间隙拉开到25mm，减小了导体盘与永磁体盘之间的相互作用力，降低传递扭矩，使与导体盘连接的电机空转，电机与减速机均得到完全保护。限矩型联轴器适用于具有较高启动惯性扭矩的负载、脉冲负载、周期性振动负载和需要限定负载最大扭矩而保护电机的场合。

这种工作性质，实际上延迟了过载的扭矩与电机之间的传递，所以称其为限矩型永磁联轴器。在发生过载或卡死情况下，电机本体监测保护会在几秒内关闭电机，短时间对电机不会有任何损伤。所以适用于像皮带运输机系统，类似对柔性启动要求高和负载周期性变化的场合[1]。

2.2 产品特点

一是节电。运行电流降低约3%～5%。

二是降耗。限矩型联轴器属于免维护产品，无备件更换，同时断开电机与负载刚性连接，降低电机与负载备件费用，整体经济效益极高。

三是解决了干渣机系统因振动造成的相关问题，大大降低了系统的故障率，避免因振动引起的设备故障及轴承寿命短等问题。

四是卡咬、过载保护，提高了整个干式排渣系统的可靠性。由于断开了电机与减速机之间的刚性连接，当排渣系统过载或者卡咬时，限矩型联轴器可自动将电机对减速机的力矩传递完全断开，此时电机空载运行负载停转，可以完全消除设备因过载而导致的系统损害和巨大损失，并且避免了因液力耦合器卸油带来的起火风险，使现场更安全。

五是设备安装简单。可容忍较大的安装对中误差，最大偏差可达1mm，且没有传动效率的损失，缩电机或减速机故障的恢复时间。

六是限矩型联轴器完全断开电机与减速机连接，没有机械刚性联结，使现场分隔为两个独立故障点，查找判断和隔离故障非常容易。

七是限矩型联轴器对电网不会产生谐波、电磁干扰设备防护罩外检测不到任何磁性。

八是可靠性高，使用寿命长，设计寿命达25年。

2.3 实际应用效果

2.3.1 山东枣矿集团蒋庄矿井下输煤皮带机

永磁型号：MGTL22/450；额定功率：160kW；额定转速：1485r/min；应用时间：2008年；数量：4台。

改造前：原为液力耦合器传动方式，由于减速机振动加大，液力耦合器重量大，减速机的轴承、密闭线圈加速磨损导致故障，影响生产。

改造后：一是隔离振动，延长减速机和电机轴承、密封圈使用寿命；二是缓冲启动，降低启动电流，电机重载启动时，系统压降小；三是自动平衡负载，解决了多机传动时负载分配不均问题；四是免维护，降低系统维护量和维护费用；五是安装时间，2008年运行至2017年，无任何维护，运行良好。

图2

2.3.2 四川利森建材集团（水泥行业提升机、取料机）

项目名称：四川利森建材提升机、取料机；应用时间：2017年开始，现已经安装12台设备；主要解决用户的问题：解决振动问题，设备经常过载、设备维护率大等问题；负载：提升机、取料机。

图3 永磁型号：MGTL18/300入库提升机（160kW,1480rpm）

图4 永磁型号：MGTL18/250入窑提升机（160kW,1480rpm）

图5 永磁型号：MGTL16/200石灰石取料机（90kW,1480rpm）

图6 永磁型号：MGTL16/250窑斗提升机（110kW,1480rpm）

3 大连电厂干式排渣系统限矩型永磁联轴器设计及运行情况

华能大连电厂原有一级碎渣机与电机之间以液力耦合器连接，依靠耦合器内的油来传递电机扭矩。当过载时，温度升高，液力耦合器易熔塞熔爆，耦合器内的油溢出，实现碎渣机与电机的脱开。由于作业环境中时常出现粉尘，造成耦合器内的轴承磨损严重，使耦合器故障率高，增加了备件消耗，也为维保人员的维护增加了工作量。耦合器一旦发生故障需要将干渣外排，使现场环境遭受污染。且过载时情况差异，导致偶尔会发生易熔塞未熔爆，电机振动过大地脚螺栓断裂、电机飞出的严重后果。过载时造成现场满是油污，增加了现场火灾风险。

为减少设备故障与维护检修成本，消除安全隐患，对现有一级碎渣机进行电机过载自动保护优化改造，采用非接触的限矩型永磁联轴器替换原液力耦合器。一级碎渣机出现卡咬过载时，即达到设定的最大扭矩，永磁联轴器自动脱开，电机空载，保护电机减速机，故障处理完毕后，电机启动，自动吸附，到额定出力，带载启动，大大降低了检修难度，缩短排渣系统故障恢复时间。

表1 一级碎渣机参数表

图7 改造后现场图

限矩型永磁联轴器在电厂干式排渣系统应用后，展现出液力耦合器的优越性。优势如下：一是设备运行的安全稳定性得到了显著提升。限矩型永磁联轴器本身故障率低，运行稳定，过载时能够实现电机与碎渣机的自动脱开，排除障碍后可立即恢复运行。无需介质油也大大降低了现场火灾的风险，提升了设备运行安全性。

二是降低了现场环境污染的可能性[2]。减少了干渣外排，过载时不再产生大量油污，为现场的环境保护做出了贡献。三是降低了维护成本。现场粉尘对永磁联轴器几乎没有磨损的影响，日常维护便捷，更无需清理现场油污，减少了维护的工作量。目前，限矩型永磁联轴器运行稳定，也提升了整套干渣系统的安全可靠性。

4 结论

通过对钕铁硼永磁体特性的开发利用，实现扭矩的空中传递，通过空气间隙传递扭矩，完全断开干渣机减速机与电机。电机端连接导体盘，减速机端连接永磁体盘，电机启动，带动导体盘旋转，相对永磁体盘运动，切割磁力线，在导体盘内产生感应磁场，产生相互的吸引，拉近永磁体盘，达到最小间隙，逐步带动永磁体盘旋转至额定转速，钢带过载时，扭矩增大，减速机与永磁体盘转速降低，永磁体盘与导体盘相互作用力降低，永磁体盘远离导体盘，达到最大间隙，电机空载。通过调整永磁体盘与导体盘最小间隙大小，可调整过载脱开扭矩，适用于各种燃煤工况。