热网循环泵永磁调速技术应用探讨

热网循环泵永磁调速技术应用探讨

李树臣

（华电能源股份有限公司哈尔滨第三发电厂黑龙江哈尔滨150024）

摘要：基于设计的安全考虑，水泵与风机的实际运行流量都远远小于额定流量，通常都是采用调节阀门或风门挡板的方式来控制输出流量，这样造成水泵、风机的无功功率浪费严重，系统的安全性和可靠性性能差，电机的功耗大，而且设备维护成本高。本文将针对华电能源股份有限公司哈尔滨第三发电厂（简称哈三电厂）供热首站热网循环泵永磁调速技术改造及其节能效果进行分析探讨。

关键词：节能降耗；永磁调速；涡电流（EddyCurrent）；故障率；前景

1概述

哈三电厂供热首站热网循环系统由5台热网循环泵组成，其中1台变频，其他4台电机直接启动，全速运行。阀门开度很小，主要原因是出口阻力较小，泵压头带不起来，在大流量点运行，必须憋住阀门，让电机不超额定电流运行，能耗非常严重，热网循环泵的压头富裕很足，所以节能空间很大。

永磁调速技术是近年来国际上开发的一项突破性新技术，磁力非接触传递扭矩具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩、可在恶劣环境下应用、极大减少整体系统振动、减少系统维护和延长系统使用寿命等优点。尤其是不产生高次谐波，且在低速运行下不造成电机发热的优良调速特性更使其成为风机及泵类设备节能技术改造的首选。采用永磁调速器替代原有的联轴器，把原来的硬联接改为非接触性的软联接，解决安装对心问题，减少设备振动，提高电机与负载的可靠性，减少设备维护，并能根据系统的需求，调节风机的转速，达到降速节能的目的。

2热网循环泵基本数据

见表1：

表1热网循环泵基本数据

3永磁调速的系统构成与工作原理

3.1工作原理

永磁调速技术是传动领域一场新的革命，是透过气隙传递转矩的，电机与负载设备转轴之间无需机械连结，电机旋转时带动主动转子使装有强力稀土磁铁的磁盘与导体盘与从动转子装有导体盘与强力稀土磁铁的磁盘所产生的强磁场中切割磁力线，因而在导磁盘中产生涡电流（EddyCurrent），该涡电流在导磁盘上产生反感磁场，拉动导磁盘与磁盘的相对运动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。

3.2系统构成

图1永磁调速器的组成

永磁调速器由三个部件组成（见图1）：

1）主动转子：与电机轴连接；

2）从动转子：与负载轴连接；

3）机械调速机构：调制气隙的机械结构；

3.3工作特点

永磁调速器，电机与负载之间的扭矩传输，不同于常规的硬机械连接方式，它是通过气隙连接的，不仅可以通过调整气隙实现转速调整，还带来很多其它调速方式所不具备的优点。永磁调速器可响应过程信号，压力、流量、液位、或其它过程控制信号被控制系统接收和处理，然后提供到MAC-D的执行器，该执行器调整气隙，从而调整负载速度以满足控制要求。

1）流量、压力、温度传感器检测负载受控制量；

2）通过逻辑控制器PLC将检测量通过PID调节，变成4～20mA信号驱动角度执行机构，推动气隙调节动作；

3）人机界面用于客户设定负载输出量的界面；

4）整个控制系统为全自动，当自动系统故障时，可通过执行器手动调节气隙；

5）也可通过人机界面和/或PLC实现远程遥控；

6）或直接由中央控制系统（DCS）进行远程遥控。

4应用于整套系统流程控制

整套控制系统具备远方/就地操作特点。远方DCS操作设置就地现场监控柜、可调力矩执行器、就地转速、温度传感器、压力、流量、报警等其他保护测控信号，具体见图2：

图2系统流程控制

5改造方案

5.1方案描述

对于哈三电厂首站热网循环泵的改造将选用永磁调速器对负载进行无极调速，以改善系统的运行方式，提高系统的可靠性和调节性。为了安装永磁调速器电机需要向后移动1900mm，土建水泥平台也顺延相应长度。

5.2安装改造

表2永磁调速与其他调速装置比较

永磁调速器的安装方式如同安装电机，详细的安装步骤如下：

1）给电机断电，取出电机和水泵上的联轴器；

2）按照永磁调速器的尺寸和电机的尺寸，重新焊接电机、永磁调速器底座；

3）安装永磁调速器并做好永磁VS水泵对中；

4）安装好电机，并做好电机VS永磁调速器对中；

5）安装稀油站并接好稀油站的冷却水系统（闭式冷却水最好）。

6永磁调速的节能原理

在工程设计中为了保证负荷最大时风机或水泵系统满足输出要求，通常需要按系统的最大输出能力配备风机水泵系统，而在实际运行中绝大多数情况并非需要系统在满负荷下使用，而是根据负载的实际需要，通过流量控制元件如阀门或风门挡板等实现流量和（/或）压力控制，以满足生产过程的需要。最典型的控制流量和（/或）压力的方法是使用阀门或风门挡板。

整个风机或水泵系统的效率＝电机效率×调节流量或转速或压力控制设备的效率×风机或水泵效率×输送管道的效率。如果其它效率恒定的情况下，系统效率取决于调节流量或转速或压力控制设备的效率。由于阀门或风门挡板通过调节开度实现输出流量或压力的调节，电机和负载的转速并未发生变化，从相似定律可以看出，输入功率并不会因为风门开度变化而变化。当阀门或风门挡板开度小于100%或调节器非直通型，流体经过阀门或风门挡板都会造成非常大的能量损失，同时在阀门或风门挡板两端产生很大的压差，特别是在风机或水泵的输出端的压力增高，使得风机或水泵的运转点偏离最佳效率点，因此，风门开度减小时，电机输入功率不会显著减小，很多能量由此浪费掉。

采用永磁调速器可以通过调节气隙实现流量和（/或）压力的连续控制，取代原系统中控制流量和（/或）压力的阀门或风门挡板，在电机转速不变的情况下，调节风机或水泵的转速。

风机水泵等离心负载符合相似定律：

Q1/Q2=n1/n2（流量变化与转速变化成正比）

H1/H2=（n1/n2）2（压力变化与转速变化的平方成正比）

P1/P2=（n1/n2）3（负载功率变化与转速变化的立方成正比）

T1/T2=（n1/n2）2（负载扭矩变化与转速变化的立方成正比）

电机输出功率P=T*ω（功率=扭矩*转速）

所以，电机输出功率P1/P2=（n1/n2）2

当输出流量和（/或）压力减少时，按照离心负载的相似定律，电机功率急剧下降，减少了能源需求，大大地节约了能源。例如，当输出流量需求仅降低20%满负荷流量，输出压力降低到满负荷的38%，而能源需求降低了将近50%！如果不考虑调速装置的能耗，节能效果可达50%。当然，任何一种调速装置都是需要耗能的，但这种能耗远远低于输入能耗的降低，因此可以实现很好的节能效果。

7永磁调速与其他调速装置优缺点比较见表2：

8结论

永磁调速技术属于纯机械结构，结构简单，运行稳定，调速方式采用无极调速，节能率达到15%～65%，节能效果显著，电机轻载启动，减少电机的冲击电流，延长设备的使用寿命，设备可适应高、低温、潮湿、粉尘、电网差等各种恶劣环境，无谐波污染，使用寿命长，维护简单，维护成本低，热网循环水泵采用永磁调速技术是可行的。

参考文献：

[1]曹朋怀，汪家胜，向朝虎.永磁调速技术在脱硫系统浆液循环泵上的节能研究与应用[J].工业控制计算机，2017，30（06）：152-153.

[2]赵爱军，申玉荣，孙承勇，李晓宁，王芳，叶拔.永磁调速技术在电厂辅机循环水泵节能中的应用[J].自动化技术与应用，2016，35（07）：70-72+76.