永磁调速技术节能应用难点.doc

河钢集团舞钢公司科技成果申报书一、项目基本情况成果登记号：项目名称永磁调速技术节能应用主要完成人朱荣庆 曹绍汉主要完成单位（盖章）能源中心联系人曹绍汉联系方式8111397主要完成协作单位（盖章）能源中心供水车间申报单位能源中心申报日期2016年1月6日申报单位意见同意上报 申报单位技术主管领导：朱荣庆 申报单位（盖章） 2016年1月6 日 研究起止时间2014.92015.3成果应用时间及地点2015.5能源中心三号泵站项目来源2014年6月公司立项二、项目简介1、项目概况 舞钢三号泵站六系统现有两台泵，泵型号：14Sh9B ，Q：1080m3/h， H：55m ，电机型号：JS1374 ，N：260KW，额定转速：1480转/分 U：6000V， I：29.9A。目前六系统运行方式一般为一台泵运行，供精炼炉、1#电炉变压器及一般生产用水，流量一般在270400m3/h，以300m3/h以下用量较多，只能采用调节阀门方式调节水泵流量，导致系统压力上升，高时可达到0.7MPa左右，使系统管道震动剧烈，电动阀门被震坏而失灵。两台精炼炉生产时，水量一般在400-550 m3/h之间，最大在700m3/h左，出口压力要求0.5MPa。为满足流量调节要求，提高运行效率，减少电耗，对六系统电机进行永磁调速改造。 永磁驱动技术近年来国际上开发的一项突破性新技术，是专门针对风机、水泵类离心式负载调速节能的适用技术。它具有高效节能、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特点。尤其是其不产生高次谐波且低速下不造成电机发热的优良调速特性更使其成为风机、水泵类离心式负载节能技术改造的首选。 为了更好地满足现场运行和节能的需要，将电机和风机之间的联轴器改为由南京艾凌生产的ALT650S永磁调速器，水泵位置不变，电机移位基础部分重做，水泵、电机之间加上调速器，通过调节啮合面积实现流量的连续控制，取代系统中控制流量的阀门，在电机转速不变的情况下，根据干线压力变化情况调节水泵的转速，可通过就地PLC控制或者通过DCS实现自动恒压运行。 与厂家共同制订了相应的技术操作规程，并对操作、维护人员进行了现场培训，确保掌握设备操作及维护方法，实现了稳定高效运行，全年实现节能效益18.12万元，节电率15.8%。采用永磁调速在实现调速节能的同时实现了电机的空载启动，水泵与电机之间无刚性联接，没有机械磨损，隔绝振动，维护简单，性能可靠。改造过程简单，安装高度方便。2、详细科学技术内容 永磁驱动技术近年来国际上开发的一项突破性新技术，是专门针对风机、水泵类离心式负载调速节能的适用技术。它具有高效节能、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特点。尤其是其不产生高次谐波且低速下不造成电机发热的优良调速特性更使其成为风机、水泵类离心式负载节能技术改造的首选。 2.1基本原理：永磁调速器由导体转子、永磁转子和调节器三部分组成。永磁转子在导体转子内，两者无连接，其间由空气隙分开，并随各自安装的旋转轴独立转动；调节器调节永磁转子与导体转子在轴线方向的相对位置，以改变导体转子与永磁转子之间的啮合面积，实现改变导体转子与永磁转子之间传递转矩的大小。导体转子安装在输入轴上，永磁转子安装在输出轴上，当导体转子转动时，导体转子与永磁转子产生相对运动，永磁场在导体转子上产生涡流，同时涡流又产生感应磁场与永磁场相互作用，从而带动永磁转子沿与导体转子相同的方向转动，结果是将输入轴的转矩传递到输出轴上；输出转矩的大小与啮合面积相关，啮合面积越大，扭矩越大，反之亦然。永磁转子在调节器作用下，沿轴向往返移动时，永磁转子与导体转子之间的啮合面积发生变化。啮合面积大，传递的扭矩大，负载转速高；啮合面积小，传递的扭矩小，负载转速低；啮合面积为零，传递扭矩为零，永磁转子与导体转子完全脱开，永磁转子转速为零，负载转速也为零。 2.2技术特点： 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啮合面积实现负载调速，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。 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啮合面积变得最小，从而将电机与负载完全脱开，实现零负载启动；电机启动后，再慢慢增加导体转子与永磁转子之间的作用面积，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。电机和风机可以有选择启动和停止，大大提高系统启停性能。 简单可靠、维护少：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，维护成本少。 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，这样风机侧的振动就不会传递到电机侧，电机侧的振动也不会传到风机侧。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。 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。 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。 具有过载保护功能，提高了整个电机驱动系统的可靠性：由于电机与风机之间没有机械链接，当风机过载或者堵转时，调速型永磁调速器可自动的将电机对风机的力矩传递完全断开，此时电机空载运行，风机停转，可以完全消除风机系统因过载而导致的系统损害和巨大损失。 安装简单，维护工作量少：安装简单，只需对现有基础进行简单的改造，不需要对电机和负载做任何改变。安装时，将永磁调速器替换原来联轴器即可，现场安装调试方便。2.3永磁调速的优势：表1：永磁调速节能的优势序号描述变频调速液力耦合调速永磁调速器1总费用较高较高适中2安装对中要求激光对中，要求较高激光对中，要求较高较低（2mm）不需要激光对中3减振效果较好较好降低50-85%4维护工作量及成本很高很高最小（零件最少）5过载保护可靠。异常停机恢复时间长。可靠。异常停机恢复时间长。最好，可完全脱开。6对现有设备的影响高次谐波易破坏电机的绝缘，使电动机和负载的寿命降低，维护工作量增大。低速时，对于内冷电机散热变差。产生轴承电压和轴承电流，使轴承和密封件的寿命缩短。联轴器磨损问题较大最小。延长电动机系统现有设备寿命的基础上，完全去除了轴向存在的附加载荷，使轴承负担更小，寿命更长。整个系统的可靠性更高。7设计寿命5-10年10年20年8电压波动对电机系统的影响影响大，可能导致变频器工作异常或者停机影响较小与调整气隙方式的永磁调速器一样。9节能效果最高损失较大，节能效果最低节能效果与变频器相当。在低速时，节能效果比变频器稍差。10软启动性能较高。启动时间较长。有较大的热量产生。性能较好，可以对电机和负载独立启动。电机和负载可以独立启动，能够实现0负载启动，对电网影响最小，启动时间较短，产生的热量最小，性能最好11精度最高很低很高12设备价格较高最低较高13调速范围最大（可超频）最小0-99%14体积最大较大最小15结构最复杂较复杂最简单，元器件最少16对环境的影响产生大量的谐波，同时电网的质量又影响变频器的正常运行。对使用环境有较高的要求，包括不能用在腐蚀、爆炸、潮湿、粉尘较高的场合。同时对电机也有较高的要求。不产生谐波，液压油易污染环境。小17可控性最好较好较好18安装调试需要专门的房间，安装调试复杂，周期长安装调试复杂。比调整气隙方式的永磁调速器结构更简单，安装调试更方便19日常维护需要专门的技能和维护平台，对维护人员要求较高工作量大，由于振动问题，轴承磨损大，更换周期短。同时还存在漏油现象。不需要专门的技能和维护平台。结构最简单，维护工作量最小，不需要专门的技能和专有维护平台。由于不存在轴向载荷，轴承使用寿命更长。 2.4系统集成：永磁调速系统由永磁调速器、电动执行器、温度变送器、控制信号源、远程控制系统、电缆等设备集成。永磁调速器安装在电机和负载之间，传递扭矩，通过永磁调速器的调节机构实现导体转子与永磁转子之间的磁场啮合面积改变，从而实现负载转速变化。啮合面积大，通过永磁调速器传递的扭矩就大，负载转速高；啮合面积小，通过永磁调速器传递的扭矩就小，负载转速低。电动执行器提供动力使得啮合面积随着电动执行机构的指令变化而变化，电动执行机构接受PLC控制指令，电动执行器根据PLC的指令进行动作，并将结果反馈给PLC，同时将信号在显示屏上显示出来。采用系统干线压力作为控制信号源，由压力变送器采集现场压力送至PLC，PLC将检测量通过PID调节转化为4-20mA的电流信号驱动角度执行器。示意见下图1：反馈信号电 机PLC现场控制器压力, 流量或其它控制信号水泵执行器永磁调速器控制/反馈信号(4 20 mA)反馈遥控转速人机界面图1：永磁调速控制系统简图 2.5改造、运行情况：三号泵站6D2泵永磁调速改造2015年3月17日开始施工，永磁调速器由南京艾凌节能技术有限公司供货，铁路工程公司负责基础施工及设备安装，厂家现场指导。与厂家技术人员共同制订了相关技术操作规程，由技术人员现场培训，4月25日进行设备调试运行， 5月6日投入运行，目前运行正常。3、关键技术及创新点 3.1永磁调速器是透过气隙传递转矩的革命性传动设备,电机与负载设备转轴之间无需机械连结,电机旋转时带动导磁转子在装有强力稀土磁铁的永磁转子所产生的强磁场中切割磁力线，因而在导磁转子中产生涡电流,该涡电流在导磁转子上产生反感磁场，拉动导磁转子与永磁转子的相对运动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。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，是通过气隙连接的，它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 3.2永磁调速器的控制系统由电动执行器、执行机构及控制箱等结构组成。电动执行器根据采集信号源参数提供动力使得啮合面积随着电动执行机构的指令变化而变化。电动执行机构接受PLC控制箱的420mA的电流信号指令进行动作，同时也将动作结果反馈给控制箱永磁调速器可响应于过程压力信号，过程控制信号被控制系统接收和处理，然后提供到执行器。该执行器调整气隙，从而调整负载速度以满足控制要求。l 流量/压力/温度传感器检测负载受控制量l 通过逻辑控制器PLC将检测量通过PID调节，变成420mA信号驱动角度执行机构，推动PMD的气隙调节动作人机界面用于客户设定负载输出量的界面l 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l 通过人机界面和实现远程遥控（限400汉字）4、保密要点（限50汉字）5、经济、社会效益情况表 单位：万元项目总投资55万元经济效益总额 栏 目年 份新增产值新增利税创收外汇增收（节支）总额2015年18.12累 计18.12 1、改造后单耗降低：0.416-0.35=0.066（度/t）节电率15.8%。 按14年6系统水量342.6356万吨计：年节能创效:0.066342.63560.58=13.12万元 2、节省检修备件费用5万元 合计18.12万元6、专 利 情 况专利申请号专利号是否授权授权起止时间专利简要内容9序号姓名性别出生年月技术职称文化程度工作单位联系电话对项目创造性贡献1朱荣庆男1965.10高级工程师本科能源中心8111945项目总负责2曹绍汉男1971.8高级工程师本科能源中心8111397方案制定3梁大鹏男1971.8高级工程师本科能源中心8111671施工协调4杨广武男1970.6高级技师技校能源中心8113690运行管理5刘平治男1983.12工程师本科能源中心8114009技术管理6789101112131415 三、主要完成人员名单 （特等奖15人、一等奖9人，二等奖7人，三等奖5人）10舞阳钢铁公司项目验收申请书项目名称永磁调速技术节能应用项目组人员朱荣庆 曹绍汉 杨广武 梁大鹏 刘平治攻关目标1、实现恒压供水，泵组节能12%以上。2、