茂名石化-供水泵房永磁調(diào)速改造方案-南京艾凌

1、中石化茂名石化采用永磁調(diào)速器節(jié)能改造技術(shù)方案（供水泵）國家科技部2010年度科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金立項(xiàng) 立項(xiàng)代碼：10C26213201089南京艾凌節(jié)能技術(shù)有限公司2011年5月目 錄1 概述32 待改設(shè)備情況43 永磁調(diào)速器介紹53.1 結(jié)構(gòu)及原理53.2 技術(shù)特點(diǎn)73.3 大功率永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)94 永磁調(diào)速系統(tǒng)集成105 永磁調(diào)速器節(jié)能原理及量化分析125.1 節(jié)能原理125.2 節(jié)能量化分析156 永磁調(diào)速器改造內(nèi)容186.1 改造內(nèi)容186.2 設(shè)備清單196.3 冷卻系統(tǒng)196.4 工程施工周期206.5 產(chǎn)品質(zhì)量保證206.6 現(xiàn)場(chǎng)安裝及售后服務(wù)207 基礎(chǔ)施工方案217.1

2、 基礎(chǔ)改造目的217.2 方案一217.3 方案二237.4 兩種方案比較251 概述永磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)近年來國際上開發(fā)的一項(xiàng)突破性新技術(shù)，是專門針對(duì)水泵、風(fēng)機(jī)類離心式負(fù)載調(diào)速節(jié)能的適用技術(shù)。它具有高效節(jié)能、高可靠性、無剛性連接傳遞扭矩、可在惡劣環(huán)境下應(yīng)用、極大減少整體系統(tǒng)振動(dòng)、減少系統(tǒng)維護(hù)和延長系統(tǒng)使用壽命等特點(diǎn)。尤其是其不產(chǎn)生高次諧波且低速下不造成電機(jī)發(fā)熱的優(yōu)良調(diào)速特性更使其成為水泵 及泵類設(shè)備節(jié)能技術(shù)改造的首選。本方案所涉及的茂名石化供水泵房供水泵適合采用永磁調(diào)速技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造。待改設(shè)備選用大功率永磁調(diào)速器型號(hào)為水冷型永磁調(diào)速器AL-WH-1000。2 待改設(shè)備情況本次改造應(yīng)用于茂名石化供水

3、泵房供水泵，其參數(shù)如下：電 機(jī)負(fù) 載：銘牌數(shù)據(jù)銘牌數(shù)據(jù)型號(hào)Y450-69-6型號(hào)24SA-10B額定轉(zhuǎn)速 987 rpm額定轉(zhuǎn)速 990 rpm額定功率630 KW軸功率545.94 KW額定電壓6000 V流量 3084 m3/h額定電流72.5 A揚(yáng)程 57.8 m生產(chǎn)廠家長沙電機(jī)廠生產(chǎn)廠家長沙水泵廠運(yùn) 行 數(shù) 據(jù)電機(jī)運(yùn)行電流60 A入口壓力 5 KG實(shí)際流量2100 m3/h出口壓力4.2 KG運(yùn) 行 情 況 描 述1、本系統(tǒng)供水泵房供水泵是通過閥門來調(diào)節(jié)水量的，閥門調(diào)節(jié)方式造成大量的能耗損失。2、現(xiàn)有系統(tǒng)電機(jī)和水泵 的連接方式為剛性聯(lián)軸器連接，對(duì)中要求高，安裝不方便，且易引起振動(dòng)問題。

4、3、通過切割葉輪已使其中一臺(tái)水泵流量變小。3 永磁調(diào)速器介紹3.1 結(jié)構(gòu)及原理第二代永磁調(diào)速器由導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)器三部分組成。永磁轉(zhuǎn)子在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子內(nèi)，兩者無連接，其間由空氣隙分開，并隨各自安裝的旋轉(zhuǎn)軸獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)；調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在軸線方向的相對(duì)位置，以改變導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間的嚙合面積，實(shí)現(xiàn)改變導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。導(dǎo)體轉(zhuǎn)子安裝在輸入軸上，永磁轉(zhuǎn)子安裝在輸出軸上，當(dāng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，永磁場(chǎng)在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流，同時(shí)渦流又產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)相互作用，從而帶動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子沿與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果是將輸入軸的轉(zhuǎn)矩傳遞到輸出軸上；輸

5、出轉(zhuǎn)矩的大小與嚙合面積相關(guān)，嚙合面積越大，扭矩越大，反之亦然。永磁轉(zhuǎn)子在調(diào)節(jié)器作用下，沿軸向往返移動(dòng)時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的嚙合面積發(fā)生變化。嚙合面積大，傳遞的扭矩大，負(fù)載轉(zhuǎn)速高；嚙合面積小，傳遞的扭矩小，負(fù)載轉(zhuǎn)速低；嚙合面積為零，傳遞扭矩為零，永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子完全脫開，永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為零，負(fù)載轉(zhuǎn)速也為零。永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)及原理 嚙合面從大到小，負(fù)載轉(zhuǎn)速由98%到0轉(zhuǎn)速調(diào)速原理，改變嚙合面積3.2 技術(shù)特點(diǎn) 調(diào)速節(jié)能?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行工況，通過調(diào)節(jié)永磁調(diào)速器永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的嚙合面積實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)速，達(dá)到滿足工藝的同時(shí)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。調(diào)速范圍：0-98%無級(jí)調(diào)速。 空載啟動(dòng)。在啟

6、動(dòng)時(shí)，將永磁調(diào)速器的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間的磁場(chǎng)嚙合面積變得最小，從而將電機(jī)與負(fù)載完全脫開，實(shí)現(xiàn)零負(fù)載啟動(dòng)；電機(jī)啟動(dòng)后，再慢慢增加導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間的作用面積，使負(fù)載逐漸加速，因此整個(gè)啟動(dòng)過程平穩(wěn)，沖擊小。具有空載啟動(dòng)/空載停機(jī)功能特點(diǎn)，可以有效地降低電機(jī)的啟動(dòng)電流、解決水錘和氣穴現(xiàn)象。電機(jī)和泵可以有選擇啟動(dòng)和停止，大大提高系統(tǒng)啟停性能。 簡(jiǎn)單可靠、維護(hù)少?？煽啃愿?，使用壽命長，設(shè)計(jì)壽命達(dá)25-30年。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較電子類設(shè)備故障率低，維護(hù)成本少。 隔振。大大降低了剛性聯(lián)軸器的振動(dòng)放大傳遞。永磁調(diào)速器取代了原來的剛性聯(lián)軸器，使電機(jī)和負(fù)載沒有機(jī)械聯(lián)接，這樣泵側(cè)的振動(dòng)就不會(huì)傳遞到電機(jī)側(cè)，電機(jī)

7、側(cè)的振動(dòng)也不會(huì)傳到泵側(cè)。同時(shí)也割斷了振動(dòng)在傳遞過程中的放大效應(yīng)，因此可以消除剛性聯(lián)軸器的振動(dòng)放大效應(yīng)，降低系統(tǒng)的振動(dòng)?？梢耘懦?qū)χ姓`差大造成的振動(dòng)。傳統(tǒng)的聯(lián)軸器需要很精確的對(duì)中，對(duì)中誤差需要小于0.05mm，一般需要激光對(duì)中。而永磁調(diào)速器可容忍較大的安裝對(duì)中誤差，最大可達(dá)2mm。同時(shí)在運(yùn)行過程中，電機(jī)和負(fù)載之間的動(dòng)態(tài)同軸度也允許較大的范圍，不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。 允許2mm對(duì)中誤差，不產(chǎn)生附加載荷?？蛇m應(yīng)軸向竄動(dòng)量達(dá)10mm的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)。 適應(yīng)各種惡劣工況：電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大，諧波含量較高，易燃、易爆，潮濕，粉塵含量高，高溫、低溫等場(chǎng)所；不產(chǎn)生任何污染物。 大大延長軸承和密封件的壽命。由于電機(jī)和負(fù)載

8、之間沒有機(jī)械鏈接，沒有磨損，降低了系統(tǒng)的振動(dòng)幅度，延長電機(jī)和負(fù)載，特別是軸承和密封件的壽命。 具有過載保護(hù)功能，提高了整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。由于電機(jī)與泵之間沒有機(jī)械鏈接，當(dāng)泵過載或者堵轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)速型永磁調(diào)速器可自動(dòng)的將電機(jī)對(duì)泵體的力矩傳遞完全斷開，此時(shí)電機(jī)空載運(yùn)行，泵停轉(zhuǎn)，可以完全消除泵系統(tǒng)因過載而導(dǎo)致的系統(tǒng)損害和巨大損失。 安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量少。安裝簡(jiǎn)單，不需要對(duì)電機(jī)和負(fù)載做任何改變。安裝時(shí)，只需用永磁調(diào)速器替換原來聯(lián)軸器即可，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試方便。3.3 大功率永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)大功率永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖4 永磁調(diào)速系統(tǒng)集成通常永磁調(diào)速系統(tǒng)由永磁調(diào)速器、電動(dòng)執(zhí)行器、轉(zhuǎn)速變送器、溫度變送器、控制信號(hào)

9、源、就地顯示控制箱、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、電纜等設(shè)備集成。永磁調(diào)速器安裝在電機(jī)和負(fù)載之間，傳遞扭矩，通過永磁調(diào)速器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間的磁場(chǎng)嚙合面積改變，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速變化。嚙合面積大，通過永磁調(diào)速器傳遞的扭矩就大，負(fù)載轉(zhuǎn)速高；嚙合面積小，通過永磁調(diào)速器傳遞的扭矩就小，負(fù)載轉(zhuǎn)速低。電動(dòng)執(zhí)行器提供動(dòng)力使得嚙合面積隨著電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令變化而變化，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受控制中心（根據(jù)不同的情況，可以是PLC控制，也可以是DCS控制）的指令，電動(dòng)執(zhí)行器根據(jù)控制中心的指令進(jìn)行動(dòng)作，并將結(jié)果反饋給控制中心?？刂菩盘?hào)源則為工藝需要的控制對(duì)象，對(duì)于泵系統(tǒng)而言可能是管網(wǎng)壓力、流量、或者液位，而對(duì)于水泵 而

10、言則可能是壓力、流量等其它工藝需要的一些參數(shù)，因此控制信號(hào)源可能為壓力信號(hào)、流量信號(hào)、液位信號(hào)等等。通常而言信號(hào)為4-20mA的電流信號(hào)。就地顯示控制箱提供就地顯示功能，并提供系統(tǒng)信號(hào)的上傳下達(dá)的通道，方便工作人員到現(xiàn)場(chǎng)巡檢。反饋信號(hào)電 機(jī)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制器(或直接到DCS)壓力, 流量或其它控制信號(hào)水泵風(fēng)機(jī) 或其它負(fù)載設(shè)備執(zhí)行器永磁調(diào)速器控制/反饋信號(hào)(4 20 mA)反饋遙控轉(zhuǎn)速人機(jī)界面5 永磁調(diào)速器節(jié)能原理及量化分析5.1 節(jié)能原理 閥門調(diào)節(jié)方式耗能情況：根據(jù)風(fēng)機(jī)、水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，為了保證負(fù)荷最大時(shí)風(fēng)機(jī)或水泵系統(tǒng)滿足輸出要求，通常需要按系統(tǒng)的最大輸出能力配備風(fēng)機(jī)水泵系統(tǒng)。而真正實(shí)用中，絕

11、大多數(shù)情況下并非需要系統(tǒng)在滿負(fù)荷下使用，而是根據(jù)負(fù)載的實(shí)際需要，通過流量控制元件如閥門或風(fēng)門擋板等實(shí)現(xiàn)流量或壓力的調(diào)節(jié)，以滿足生產(chǎn)過程的需要。最典型的控制流量或壓力的方法是使用閥門或風(fēng)門擋板。此時(shí)，風(fēng)機(jī)或水泵系統(tǒng)的效率電機(jī)效率調(diào)節(jié)流量或轉(zhuǎn)速或壓力控制原件的效率風(fēng)機(jī)或水泵效率輸送管道的效率。如果其它效率恒定的情況下，系統(tǒng)效率取決于調(diào)節(jié)流量或轉(zhuǎn)速或壓力控制設(shè)備的效率。由于閥門或風(fēng)門擋板是通過調(diào)節(jié)開度來實(shí)現(xiàn)輸出流量或壓力的調(diào)節(jié)，電機(jī)和負(fù)載的轉(zhuǎn)速并未發(fā)生變化，根據(jù)相似定律，輸入功率并不會(huì)因?yàn)殚y門開度變化而變化。當(dāng)閥門或風(fēng)門擋板開度20年，質(zhì)保期1年，終身維護(hù)。6.6 現(xiàn)場(chǎng)安裝及售后服務(wù) 產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)

12、試由由南京艾凌節(jié)能技術(shù)有限公司技術(shù)專家現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。7 基礎(chǔ)施工方案7.1 基礎(chǔ)改造目的 電機(jī)和水泵軸之間軸間距尺寸為： 1650 mm。 保證電機(jī)與水泵中間安裝永磁調(diào)速器段基礎(chǔ)與我公司永磁調(diào)速器設(shè)備中心高尺寸一致，以滿足最終安裝要求。 提供冷卻水箱安裝位置（用戶提供冷卻系統(tǒng)則無）。本次基礎(chǔ)改造有兩種改造方案，每種方案均包含兩方面內(nèi)容：一、土建施工；二、基礎(chǔ)電機(jī)底座的制作。7.2 方案一 基礎(chǔ)改造方案：電機(jī)和永磁調(diào)速器各自采用獨(dú)立的底座。1、 對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)停機(jī)，吊走電機(jī)，完全刨除現(xiàn)有基礎(chǔ).。2、 重新制作基礎(chǔ)。一次澆注：刨除現(xiàn)有基礎(chǔ)后，保證軸間距為1650 mm，重新進(jìn)行一次澆注。3、 二次澆注。電

13、機(jī)部分基礎(chǔ)：將電機(jī)與其原底座連接，進(jìn)行二次澆注；永磁調(diào)速器部分基礎(chǔ)：制作如圖所示底座，并與基礎(chǔ)一并進(jìn)行二次澆注，以滿足永磁調(diào)速器安裝要求。安裝要求為：（1）永磁調(diào)速器安裝完成后高度與電機(jī)中心高一致。（2）永磁調(diào)速器底座中心與電機(jī)軸中心對(duì)稱。4、 二次澆注要求：電機(jī)軸與負(fù)載軸對(duì)中誤差0.10 mm；永磁調(diào)速器中心高與電機(jī)中心高一致；永磁調(diào)速器底座中心與電機(jī)軸中心對(duì)中誤差1 mm。5、 基礎(chǔ)改造完成后，保護(hù)好基礎(chǔ)，等待設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)安裝。6、 設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝所需時(shí)間：3-5天 改造完成后效果圖：電機(jī)、永磁調(diào)速器底座相互獨(dú)立 永磁調(diào)速器底座制作底座圖如圖所示：1、 該底座上的橢圓形槽是與永磁調(diào)速器地腳螺栓

14、相連接，并與永磁調(diào)速器上橢圓形槽呈十字形，以方便永磁調(diào)速器能夠在此底座上前后左右移動(dòng)。2、 在該底座的左右外邊緣和前后邊緣側(cè)有3對(duì)頂絲座，通過擰入調(diào)節(jié)螺栓可輕松的對(duì)永磁調(diào)速器前后左右進(jìn)行調(diào)節(jié)，方便對(duì)中和檢修工作。7.3 方案二 基礎(chǔ)改造方案：電機(jī)和永磁調(diào)速器采用一個(gè)底座。1、 對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)停機(jī)，無需吊走電機(jī)，在電機(jī)基礎(chǔ)后采用植筋方式加長基礎(chǔ)，進(jìn)行一次澆注，加長尺寸為改造所需軸間距尺寸，即 1650 mm。2、 在一次澆注的同時(shí)，基礎(chǔ)施工單位進(jìn)行電機(jī)和永磁調(diào)速器共用底座的制作，底座圖如下圖。3、 一次澆注完成后，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行保養(yǎng)。待設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)前3-5天，吊走電機(jī)，敲除電機(jī)原二次澆注基礎(chǔ)。4、 設(shè)備

15、到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，將電機(jī)與永磁調(diào)速器一并安裝于底座上，調(diào)整好其兩軸對(duì)中，并連接電機(jī)端與永磁調(diào)速器端聯(lián)軸器。5、 將連接好的電機(jī)、永磁調(diào)速器、底座一并吊入一次澆注基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)好永磁調(diào)速器側(cè)與水泵側(cè)的對(duì)中，進(jìn)行二次澆注。其對(duì)中要求為0.10 mm。6、 二次澆注結(jié)束后，保養(yǎng)好基礎(chǔ)。并進(jìn)行水循環(huán)及安裝調(diào)試工作。 改造完成后效果圖：電機(jī)、永磁調(diào)速器共用一個(gè)底座 永磁調(diào)速器底座制作底座圖如圖所示：1、 該底座上的橢圓形槽是與永磁調(diào)速器及電機(jī)的地腳螺栓相連接，并與永磁調(diào)速器上橢圓形槽呈十字形，以方便電機(jī)能夠在支架上前后左右移動(dòng)。2、 在該底座的左右外邊緣和前后邊緣側(cè)有6對(duì)頂絲座，通過擰入調(diào)節(jié)螺栓可輕松的對(duì)永磁調(diào)速器及電機(jī)前后左右進(jìn)行調(diào)節(jié)，方便對(duì)中和檢修工作。7.4 兩種方案比較 方案一優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：使用原基礎(chǔ)