一：前言
中铝兰州分公司自备电厂（下文简称电厂）工业冷却供水系统设置四台工业水泵，供水方式为两用两备，进出口均为母管制，系统除提供机组减温水外，还为电厂配套空压机、制氢站、工业废水、生活污水、油库及煤水处理等系统提供冷却水源。
供水系统运行基本稳定，但存在以下问题：
⑴水泵常年恒转速运行，流量与压力均以调整出口阀门开度来调节。阀门开度最大仅为30%，否则电机就会过流，大量能源损耗于阀门增加的阻力上；
⑵电机和水泵通过靠背轮硬连接，电机振动大，对设备安全运行造成威胁。
根据这一情况，电厂与我公司协商，采用调速型永磁磁力耦合器，对#3工业水泵进行技术改造试验，以解决水泵运行中存在的问题。
2磁力耦合器构成及工作原理
永磁磁力耦合器主要由铜转子、永磁转子和控制器三部分组成。铜转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，铜转子和永磁转子之间有间隙（称为气隙）。永磁磁力耦合器示意图见图一。
永磁磁力耦合器是利用磁感应原理传递转矩的传动设备，电机与负载设备转轴之间无需机械连结，装有永磁体的磁盘所产生的磁力线，在导磁盘中产生涡电流，并生成感应磁场，在电机转动时该磁场再切割磁力线拉动导磁盘与磁盘做相对运动，从而实现了电机与负载之间的扭矩传输。
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，是通过调整导磁体与永磁体的间隙（气隙）来改变磁力偶合器的输出扭矩，实现负载转速的调整。
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；也可通过操作器或plc实现远程遥控。磁力耦合器操纵气隙调整机构的电动执行器能接收并发出4~20ma的模拟信号，驱动执行机构，推动磁力耦合器的气隙调节动作。
3试验过程
拆除#3工业水泵靠背轮，加装我公司生产的磁力耦合器装置一套，控制设备暂时采用上海莱赛机电设备有限公司生产的pid一套，型号为xmth-2000，安装于工业水泵mcc控制柜上。
运行方式为#3、#4工业水泵配对运行，#2工业水泵紧急备用，联锁启动。
实验过程中，发现当系统压力低于0.48mpa时，磁力偶合器气隙调整机构不能及时调节气隙，导致系统压力瞬间下降太快，备用泵启停频繁。为解决这一问题及确保供水系统压力稳定，pid设置最小压力为0.5mpa。试验中，#4工业水泵出口阀门开度保持原来状态30%，#3工业水泵出口阀门开度稍有增加即35%左右。 4 试验数据统计分析
在实际工程设计与应用中，为了保证负荷最大时水泵能够满足输出要求，通常需要按系统的最大输出能力配备水泵；真正生产中，绝大多数情况下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）等实现流量或压力控制，以满足生产过程的需要。
整个工业水系统的效率＝电机效率×调节工况参数控制设备的效率×水泵效率×输送管道的效率。
在其它效率恒定的情况下，系统效率取决于调节工况参数控制设备的效率。由于阀门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，通常当阀门开度<100%，流体经过阀门会造成非常大的能量损失，同时在阀门进出口两端产生很大的压差，特别是水泵输出端的压力增高并大于额定压力时，就会使得水泵的运转点偏离最佳效率点。因此，阀门开度减小时，水泵功率不会显著减小，很多的能量都由此而浪费掉。
磁力耦合器通过改变负载转速实现对流量或压力的连续控制，取代原系统中控制流量或压力的阀门控制。通常利用水泵等离心负载符合相似定律进行节能效果计算。
水泵等离心负载符合相似定律：
⑴q1/q2 = n1/n2 (流量变化与转速变化成正比)
⑵h1/h2 = (n1/n2)2 (压力变化与转速变化的平方成正比)
⑶p1/p2 = (n1/n2)3 (负载功率变化与转速变化的立方成正比)
⑷t1/t2 = (n1/n2)2 (负载扭矩变化与转速变化的平方成正比)
在电机转速不变的情况下，全开水泵进出口阀门，调节水泵的转速，满足系统正常的运行参数要求。试验中，为保证电机不过流，水泵出口阀门开度较原运行状态稍有增加。
利用相似定律⑵计算加装磁力耦合器后水泵转速n2 。
n2=n1/√（h1/h2）= 2910/√(1.2/0.8) = 2375rpm
改造前#3、#4工业水泵运行，连续统计三个月平均电流为92.55a，则改造前实际功率：p1=√3uicosφ=1.73×380×92.55×0.85=51.7kw；
利用相似定律⑶计算加装磁力耦合器后负载功率p2 。
p2=p1/(n1/n2) ³= 51.7/(2910/2375) ³= 28.1 kw
节电△p=51.7kw-28.1 kw=23.6kw。
工业水泵工作时间每年按365天计算，则年节电量为24×365×23.6 = 206736kwh
每度电按0.3元计算，全年节约费用：206736kwh×0.3=62020.8元。
震动数据统计与分析：
对#3工业水泵及电机振动值每2小时记录一次， 未改造前，#3工业水泵电机振动一直超标，特别是轴向振动非常严重。加装磁力耦合器取代原来的刚性联轴器，通过表中数据可以明显看出，振动值下降较大，较原来振动下降70%左右。
磁力耦合器主要性能特点
1、最小负载启动，启动电流冲击小。磁力耦合器在启动时，将气隙调节到最大，实现最小负载启动，极大的降低了电机的启动电流，减少了启动时对设备的冲击。
2、减少振动。由于磁力偶合器是非机械连接的调速装置，泵和电机没有机械硬连接，完全是通过磁感应传递扭矩的，这样的好处是隔离了振动的传递，降低设备的机械振动。消除振动能力试验结果显示可达70%。这样大大提高了设备的安全性，有效延长设备的运转周期。
3、节能。通过调节负载转速，提高效率，减少管路损失，减低电机负荷，电机电流变化明显，节能效果明显。
4、同#4水泵对比，加装磁力耦合器可以延长传动系统各主要部件（轴承，密封环等）的使用寿命。
5.结语
通过试验，证明兰铝自备电厂#3工业水泵加装磁力耦合器是完全可行的，克服了水泵运行中存在的一些问题，改善了水泵运行工况。
根据试验取得的成绩，公司已计划将其他三台工业水泵全部改装磁力耦合器，并使其控制方式及逻辑进入用户plc操作系统，工业水泵的操作可实现模块化人机控制，操作完全按照设定的逻辑指令去完成。同时，全部改造后运行中受管网压力和流量波动的影响将会很小，整个工业水系统运行将会更稳定，节能效果会更显著。
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