节能增效在能源日趋紧张的今天已成为全社会的一项历史任务,也是企业增收的重要方法。公司一直以为企业提供节能增收方案为己任,整合推广先进节能技术,针对电动机与负载间轴连接中存在的常见问题,我公司引进并开发了以永磁调速器为主要部件的永磁调速节能技术。其工作原理是:与负载连接的永磁转子产生的磁力线通过与电机连接的铜转子,当二者相对静止时,没有力的相互作用;但其发生相对运动时,铜切割磁力线产生感应涡电流,从而在铜导体上产生感应磁场,进而产生扭矩传递。传递扭矩的大小与永磁转子与铜转子之间的气隙大小、相对转速等因素有关系。
当磁力线通过铜导体,静止时不会有作用。当两者有相对运动,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,而产生扭矩,越靠近时磁力线密度越密集,产生效应越强,扭矩越大;相对运动越快,效应越强,产生扭矩越大,相对运动越大,两者感应同级磁场越强,产生互相排斥的力量,即磁悬浮效应。
永磁调速器节能技术并非只是简单的利用磁体的同性相斥、异性相吸的作用,它是传动技术、材料技术、制造技术的集成,是符合节能和生态环保,与人友好的绿色产品。我们坚信随着新技术、新工艺、新结构的出现,必将迎来永磁调速器节能技术发展的热潮。该项技术的应用必将给企业带来巨大的经济效益。
3.1.1调速节能。可以根据现场的实际运行工况,通过调节永磁调速器永磁转子与导体转子之间的间隙大小来实现负载调速,达到满足工艺的同时进行经济运行的目的。调速范围:0-98%无级调速。
3.2.2 空载启动。在启动时,将永磁调速器的导体转子与永磁转子之间的磁场间隙变得最大,从而将电机与负载完全脱开,实现零负载启动;电机启动后,再慢慢减小导体转子与永磁转子之间的间隙,使负载逐渐加速,因此整个启动过程平稳,冲击小。具有空载启动、空载停机功能的特点,可以有效地降低电机的启动电流、解决水锤和气穴现象。电机和负载可以有选择启动和停止,大大提高系统启停性能。
3.2.3 简单可靠、少维护。可靠性高,使用寿命长,设计寿命达25-30年。设备结构简单,较电子类设备故障率低,维护成本低。
3.2.4 隔振。大大降低了刚性联轴器的振动放大传递。永磁调速器取代了原来的刚性联轴器,使电机和负载没有机械联接,这样负载侧的振动就不会传递到电机侧,电机侧的振动也不会传到负载侧。同时也割断了振动在传递过程中的放大效应,因此可以消除刚性联轴器的振动放大效应,降低系统的振动。可以排除因对中误差大造成的振动。传统的联轴器需要很精确的对中,对中误差需要小于0.05mm,一般需要激光对中。而永磁调速器可容忍较大的安装对中误差,最大可达2mm。同时在运行过程中,电机和负载之间的动态同轴度也允许较大的范围,不会产生振动。
3.2.5 允许2mm对中误差,不产生附加载荷。可适应轴向窜动量达10mm的电机拖动系统。
3.2.6适应各种恶劣工况:电网电压波动较大,谐波含量较高,易燃、易爆,潮湿,粉尘含量高,高温、低温等场所;不产生任何污 染物。
3.2.7 大大延长轴承和密封件的寿命。由于电机和负载之间没有机械链接,没有磨损,降低了系统的振动幅度,延长电机和负载,特别是轴承和密封件的寿命。
3.2.8 具有过载保护功能,提高了整个电机驱动系统的可靠性。由于电机与负载之间没有机械链接,当负载过载或者堵转时,调速型永磁调速器可自动将电机对负载的力矩传递完全断开,此时电机空载运行,负载停转,可以完全消除负载系统因过载而导致的系统损害和巨大损失。
3.2.9安装简单,维护工作量小。安装简单,不需要对电机和负载做任何改变。安装时,只需用永磁调速器替换原来联轴器即可,现场安装调试方便。
四:风险性分析
永磁调速装置较其它类型的传动设备的优点主要体现在以下几个方面:
8.1 柔性启动,启动电流明显降低。柔性启动,保护电机和负载,保护载荷。使用永磁调速装置后,启动时电机加速到最大速度,在耦合磁场的影响下,负载平缓启动、最终加速到接近电机速度。在皮带传送中,减小了启动时及运营中冲击载荷对皮带的影响,延长了皮带的使用寿命。尤其是在带传动中,突然的启动会导致皮带的拉伸和磨损,甚至是发生故障。根据厂家在国外的数据表明:磁永磁调速装置可以有效的降低30%的皮带基本张力。
在枣矿集团蒋庄煤矿北一皮带上,用永磁调速装置替换了原来的液力耦合器器,该煤矿井下运输机在启动时,启动电流的尖值较以前降低大约20%,而启动电流高峰持续时间缩短了超过60%。输送带的启动平滑,速度由零逐渐缓慢上升,加速度是连续的,接近于线性加速,实现了无冲击的柔性启动,这样可以大幅延长胶带及电机的使用寿命,并减少了对电网的冲击。
8.2 噪声、振动大幅降低,大大延长了电机与负载的使用寿命。80%以上的转动设备都是由于振动而出现故障的,大多数的振动都是因为轴心偏移,另外是由于设备的不平衡和共振。永磁调速装置靠空气间隙传递扭矩,是真正的无机械连接装置。并且使用了无键连接,从而使得连接应力更加均匀,对中性好,承载能力强,装拆方便。实验表明,使用永磁调速装置能减少80%以上的振动。
8.3 运行电流有大幅降低、节能。使用永磁调速装置,无需其它附属设备,又大大减少了系统的振动。实际上,国外的研究表明:普遍来说,振动和噪音会造成系统的能耗增加2%~3%。同时,因为液力耦合器用的是弹性联轴器,比起直联的方式,要造成系统3%~5%的额外的能耗。最后,因为液力耦合器的传动效率本身就不是很高,根据我们在国外得出的数据:普遍来说,永磁调速装置比液力耦合器在能耗上会有12%以上的降低。从表2中可以看出,无论是但个设备的能效还是系统的总能效,永磁调速装置的效率都是最高的。这为企业大大降低了能耗,节约了运行成本。
8.4 大幅延长故障间隔时间,缩短停机时间。单纯从永磁调速装置连接来说,基本上不发生故障,由于永磁调速装置靠空气间隙传递扭矩,两部分没有接触,没有磨损部件,从而大大降低了系统中的振动,并延长了电机与变速箱的使用寿命,从而大大降低了出现故障的次数。在发生过载时,能迅速解除耦合,对电机、负载和耦合器都没有损害,只是关闭电机使耦合器复位,清理负载然后重启系统,简洁迅速、精确度高,使平均故障时间大为缩短。而采用液力耦合器,首先是发生过载情况下,液力耦合器要采用喷油的方式泄压来过载保护,既污染环境又要一定的检修更换时间。即便是熟练的工人,从发现故障到恢复运行也要20分钟以上的时间。同时,相比较永磁调速装置,液力耦合器不能有效保护电机和负载的轴承和密封圈,会造成系统的故障率增加。
在枣矿集团蒋庄煤矿北一皮带机上,该皮带机运量为1000T/h,假设故障时间为半个小时,就少采煤500T,以700元/T来算,将造成500T×700元/T=350,000元的损失。即使把平均故障时间减少50%的话,那么所带来的利润也是相当可观的。
8.6 绿色环保、无污染。永磁调速装置结构简单,为免维护机械产品,甚至无需润滑,对环境无任何污染损害。
跟永磁调速装置比较起来,其他的产品各有其弊端:
A 液力耦合器需要工作液,这些工作液往往会对环境造成危害;然而液力耦合器需要经常对工作腔及供油系统进行维护和检修;工作一段时间需要更换工作液,系统需要两个联轴器才能将液力耦合器、电机和工作机连接在一起,增加了轴承磨损、需要较多的停工时间对设备进行检测、维修和更换;工作液温度升高会降低传动效率;当发生过载时,易融塞融化,工作液从孔排出,需要重新加入工作液、安装新的易融塞,清理负载等,工作繁琐且精确度相对较低,平均故障时间要比永磁调速装置长很多。
B 弹性联轴器是靠压缩橡胶传递扭矩的,允许一定角度的偏心和偏移,这会大大缩减橡胶的使用寿命,预期寿命最少也要减少50%,并且为了保证联轴器的正常运行,需要定期检测和更换橡胶部件。
C 变频器对运行环境要求严格,易受外界的干扰,系统不稳定。需要安装滤波器、变压器、冷却设备等附属装置,使得整个系统变的复杂,这些附属装置对变频器能效的影响是显著的,尽管单看变频器效率还比较高,但实际上总的效率却常常并不高。电子元器件的寿命都比较短,一般每四到七年就需要进行更换或更新。同时,像煤矿等企业,一般工作环境比较恶劣,这会严重影响到变频器的使用效果。
D 液粘耦合器,也是需要工作液,且内部结构比液力耦合器还要复杂,所以尽管很多时候说起来效率很高,优点也比较突出,但是实际使用过程中,还是不够稳定,存在不少的弊端,比如容易漏油,不便维修等等。
经过以上的分析,我们不能看出:无论是从单一性能到整体性能,还是从个体的能效到整个系统的能效,永磁调速装置是最好的选择。当考虑到在整个使用寿命中周期中所有的成本的时候,永磁调速装置的优势变得更加显著。