永磁涡流柔性调速技术在锅炉二次风机上的应用

余 帆， 亢 凯

(国网福建节能服务有限公司， 福州 350000)



永磁涡流柔性调速技术在锅炉二次风机上的应用

余 帆， 亢 凯

(国网福建节能服务有限公司， 福州 350000)

介绍了永磁涡流柔性调速技术的基本原理及技术特点，并应用在某电厂二次风机调速装置改造中。结果表明：采用永磁涡流柔性调速装置后的锅炉二次风机，振动和磨损减轻，节能效果显著。

二次风机； 永磁调速； 涡流； 节能

风机调速有多种方式，现阶段通常使用变频器或液力耦合器。安装变频器投资较大、启动时间较长、产生热量较大，需要专用房间，通过空调等物理制冷手段进行散热，综合成本较高；液力耦合器运行维护要求和费用较高，能耗损失较大，是早期的调速技术[1]。

从二次风机实际状况以及安全可靠角度出发，笔者选择采用永磁涡流柔性调速技术应用于锅炉二次风机改造中，产生了较好的节能效果，提高了二次风机效率，并实现了风机长周期、安全、稳定运行。

1 基本原理

永磁涡流柔性调速技术是一种新型的传动技术，当定频电机带动导体转子旋转时与安装在负载端的永磁转子产生切割磁力线运动，进而在导体转子中产生涡流。该涡流在导体转子周围生成反感磁场，进而带动永磁转子旋转，实现能量的空中传递[2]。

永磁调速器的结构主要由三部分组成：一是与负载连接的永磁转子；二是与电机连接的导体转子；三是由电动执行器及传动杠杆组成的执行组件[3]。永磁转子和导体转子之间隔开一定的空气间隙，当输入轴带动导体转子旋转时，带动永磁转子随之同向转动，再由增设轴段将转矩传递给输出轴[4]。通过执行组件调节永磁体和导体之间的气隙就可以实现负载轴上输出转矩的变化，从而实现负载转速的变化。气隙越小，磁体与导体间的感应越强，磁体相对位移越快，感应电流越大，负载转速越快[4]，达到调节负载转速的目的。同时，电机和负载之间磁链接，减小了原来机械链接产生的震动问题[5]。

2 技术特点

2.1 安全可靠

大功率电机启动时启动电流较大，超出额定电流的几倍甚至几十倍，使变压器和配电设备短时期内严重超载，造成电压跌落或甚至启动失败，严重时烧毁电机。采用永磁涡流柔性传动调速技术，电机空载启动，达到额定转速后，通过控制气隙大小，使负载转速逐步提高，实现平稳启动，消除了因系统过载造成的损害，提高了电机拖动的可靠性[6]。

2.2 节能高效

采用永磁涡流柔性调速技术，实现负载转速的可调整性、可控制性、可重复性，使得电机功率可控，并且永磁调速器自身不消耗电能，无需外接电源，执行组件接受控制系统发出的指令信号，通过传动杠杆执行定位导体转子和永磁转子之间的气隙，节能率可达10%～50%，节能效果显著。

2.3 故障率低

采用永磁涡流柔性调速技术，电机和负载之间采用气隙链接，而不是机械刚性链接，气隙能够有效隔离振动的传递，最大限度减小磨损。同时，导体转子和永磁体转子安装的轴向偏差允许2 mm，精度要求低于机械链接，可以降低因精度要求造成的机械振动和噪音，振动降低50%～60%。

永磁涡流柔性调速技术具有过载保护功能，在气隙链接的情况下，对于冲击性负荷具有缓冲和自动过载保护功能，减少了电机设备过热烧损的概率，提高了系统可靠性[2]。

2.4 易于调节

根据永磁涡流柔性调速技术原理，电机启动后，在转速不变的情况下，可以通过调节气隙大小来调节负载的转速。因此只要电机产生负载所需要的转矩，就能够通过气隙调节连续控制负载转速，稳定电机输出功率[6]。

2.5 适用于大功率电机

由于功率较大，大功率电机启动时需要电流较大，启动瞬间会产生电压大幅度降低，直接启动时对电网和机械设备的冲击和破坏比较严重。

采用变频器启动时间较长，产生热量较大，产生高次谐波易破坏电机的绝缘，维护工作量大；液耦调速可以实现对电机和负载独立启动，但是安装调速复杂，联轴器磨损问题严重，存在漏油现象，维护工作较大；永磁涡流调速能够实现零负载启动，启动时间短，产生的热量小，适用于各种恶劣环境，对中精度要求较低，结构简单，维护工作量小，轴承使用寿命长。因而永磁调速装置相对于变频器和液力偶合器而言，更适合于大功率电机。

3 节能改造

3.1 改造方案

针对某电厂二次风机调速装置改造项目，采用水冷型永磁涡流柔性传动装置替代原有液耦调速装置，永磁调速器安装于系统中，通过执行器调整气隙，从而调整负载速度以满足控制要求。通过DCS遥控4～20 mA信号驱动气隙执行机构动作，调整永磁转子和导体转子之间气隙的机构，也可以就地通过执行器手动调节，相关测点数据也应传送至DCS。改造示意图见图1。

图1 永磁涡流柔性传动装置示意图

3.2 改造情况

项目自2015年5月开始实施，6月份投入运行，经过数据对比分析，节能效果良好。改造前后仪器测试数据和电能表计量统计数据对比见表1。

表1 永磁调速与液耦调速数据对比

永磁系统调节平滑，运行正常，与工频比较，按照全年平均负荷73.3%计算，改造后二次风机电机节能率32.41%，年节约电量357.68万kW·h，年节能收益151.12万元。将永磁调速与液耦调速进行比较：在基本相同转速下，电流节能大约在5%～8%；永磁调速后的风机风量略高于液耦调速，表明风机运行效率提升了约5%～10%。因此永磁调速的整体节能可以达到液耦调速基础上的10%左右。

4 结语

电厂二次风机采用永磁涡流柔性调速技术后，与以往的变频器、液偶器相比，启动方便，优势明显，允许电机惰走或反转时启动；减少了振动对二次风机运行的影响，占地空间小，调节范围更大，在正常维护情况下的运行年限可达20～25年。因此对于推广实施大功率电机节能降耗改造、提高运行效率具有重要意义。

[1] 李东, 蒋孝春. 永磁调速技术在电厂锅炉风机中的应用[J]. 能源研究与利用, 2013(2): 44-46.

[2] 厦荣海. 永磁涡流柔性传动调速技术的应用分析[J]. 硅谷, 2014(22): 65-67.

[3] 赵克中。磁力驱动技术与设备[M].北京：化学工业出版社，2003.

[4] 肖丽. 永磁调速驱动系统在除尘风机系统中的应用[J]. 中国冶金, 2014, 24(S): 268-270.

[5] 黄辉. 电厂工业水泵永磁调速改造介绍及分析[J]. 能耗与环境, 2010(4): 38-39.

[6] 沙德宏. 永磁涡流柔性传动调速节能技术在SO2风机上的应用[J]. 硫酸工业, 2015(1): 58-61.

Application of Permanent Magnetism Turbulence Flexible Driving Speed-regulating Technology in Secondary Air Blower of a Boiler

Yu Fan, Kang Kai

(State Grid Fujian Energy Conservation Service Co., Ltd., Fuzhou 350000, China)

An introduction is presented to the basic principle and technical features of the permanent magnetism turbulence flexible driving speed-regulating technology, which is adopted to retrofit the speed control device for secondary air blower of a power plant. Results show that after the application of permanent magnetism turbulence flexible driving speed-regulating technology, both the vibration and erosion of the secondary air blower are reduced, thus obtaining significant energy saving effect.

secondary air blower; permanent magnetism speed regulation; turbulence; energy saving

2016-08-08

余 帆(1983—)，男，工程师，研究方向为电厂综合节能。E-mail: yufanemail@163.com

TM301.2

A

1671-086X(2017)03-0216-03