耦合器在风机和水泵上的应用

1 耦合器在离心风机 水泵节能改造工程上的应用 风机和水泵在各个部门使用广泛 耗电量约占电力消耗的 40 且长期处于低负荷和变负荷运行状况 节能潜力巨大 水泵风机具有巨大的节能潜力的原因是 1 由于管网的阻力很难精确计算 并且考虑设备长期运行中的各种问题 通常在设备选用时 压力和流 量都增加了 10 15 的裕度 但风机 水泵的规格并不一定正好满足选型要求 在此情况下设计者当然是 往大的规格靠 因为如果选大的规格 当压力流量富余时可通过惯性阀门控制 但流量扬程 压力 参数 不够 则影响生产工艺 后果严重 故压力和流量富余 20 以上是常见的 2 在生产过程中 用户需要的流量和装置的阻力是经常变化的 为适用压力 流量的实际需要需进 行调节 调节的原理分为 1 改变管网特性曲线 即使用阀门或风门挡板节流 流体经过阀门或风门挡板会造成非常大的能量 损失 因为在阀门或风门挡板两端产生很大的压差 因此 阀门开度减小时 很多能量被浪费 掉 2 改变负载特性曲线 其中改变负载转速是最经济的调节方法 调节转速的方法分两类 第一类是改 变原动机转速 用直流电机 变频交流电机均可达到此目的 第二类是不改变原动机转速而改变 负载转速的方法 可使用磁力耦合器和液力耦合器来实现 2 1 永磁磁力驱动技术 永磁驱动技术是以现代磁学的基本理论为基础 应用永磁材料所产生的磁力作用来实现力或者力矩无接触 传递的一种新技术 实现这一技术的装置称为磁力耦合器 磁力联轴器 磁力驱动器等等 由于各种工业泵最薄弱的环节就是轴封的泄漏 因为即使是机械密封也存在 3 8mL h 的泄漏 这对于一家拥 有数千台化工泵的大型化工企业来讲 总的泄漏量是十分严重的 因此开发无泄漏的磁力驱动泵成为工业界 的重大课题 1940 年 英国人首次解决了具有危险性介质化工泵的泄漏问题 解决的方法是用磁力驱动 泵 在此后的 30 多年里永磁传动技术由于磁性材料的原因进步十分缓慢 在 70 年代前 磁力驱动泵主要 采用铁氧体和铝镍钴永磁材料 这些材料存在容易退磁 占用空间大 传动效率低的缺点 使其在应用上 受到限制 1983 年高性能钕铁硼永磁材料的问世 为磁力驱动泵的快速发展提供了关键部件的材料 人 类对稀土的认识始于 20 世纪 30 年代 稀土是镧系及与镧系密切相关的钪 镱共 17 种元素 稀土永磁材料自 20 世纪 60 年代以来经历了三代 由于一 二代稀土永磁材料均含 66 以上的钴 而钴是昂贵的战略物资 故人 们一直寻找钴的替代材料 1983 年 住友特殊金属公司和通用汽车公司研制成功钕铁硼永磁体 1993 年 住友 2 特殊金属公司 研制成世界最高磁能积的钕铁硼永磁体 最大磁能积为 54MGOe 近年来永磁驱动技术已从泵 类向其他密封机械扩展 技术上集中于提高设备的可靠性 抗介质腐蚀新材料的研究 流体技术及制造装 配的精度 2 2 磁力耦合器原理 磁力耦合器是以法拉第电磁感应原理为基础 应用高性能永磁材料产生的磁力作用来实现转矩无接触传递 的一种技术 1831 年 法拉第在发现电磁感应现象后不久 即发明了第一台真正意义上的电机 法拉第圆 盘发电机 它由一紫铜圆盘和马蹄形磁铁组成 在铜盘的边缘和中心各连接一电刷 用导线将电刷与用电器连 接 当铜盘旋转时 切割磁力线 电路中产生持续的电流 磁力耦合器也是基于这一原理 它由导体转子和永磁 转子组成 分别与原动机和负载联接 当原动机 如电机 拖动导体转子旋转 导体转子与磁转子产生相 对运动 切割磁力线产生电流 从而产生磁力 带动磁转子旋转 达到传递转矩的目的 调节型磁力耦合 器内部有齿轮 齿条 螺旋 涡轮 蜗杆等机构 可调节导体与磁块的距离 改变磁场强弱 导体转子与 磁转子的间隙越大则磁场越弱 传递的扭矩越小 负载的转速越低 反之亦然 2 3 磁力耦合器的优缺点 优点 调速节能 可以根据现场的实际运行工况 通过调节磁力耦合器的空气间隙 实现调速 由于离心泵 离心风机的功 率与转速的立方成正比 达到节能环保的目的 软启动 减少电机启动负载 电机启动容易 启动时间缩短 由于磁力耦合器的导体转子在电机启动瞬间 没有切 3 割磁力线 没有感应磁场产生 因此铜转子上没有力矩 而导体转子本身的转动惯量又较小 所以电机等 于近似地带磁力耦合器的导体转子空载启动 电机直接驱动负载时 从电机启动到负载启动整个过程是一 次完成的 加装磁力耦合器传动后 整个启动过程变为两个阶段 第一阶段使电机先带磁力耦合器的导体 转子启动 第二阶段是磁力耦合器的导体转子带动永磁转子全负荷启动 因此整个启动过程平稳 冲击小 具有软启动 软停机功能特点 可以有效地降低电机的启动电流 解决水锤现象 电机和水泵可以有选择 启动和停止 大大提高系统启停性能 减振 由于主动件与从动件相互不接触 没有刚性连接 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 割断了振动的传递 降低系统的振动 实现工作机械的平稳运行 过载保护 当负载突然超载卡住时 扭矩增大 当超过耦合器最大扭矩时 导体转子与磁转子之间的滑差迅速增大 结 束扭矩的传递 对负载和电机都起到了保护作用 对环境无污染 由于电机未作任何改动 依旧是正弦波 故没有高次谐波污染电网 由于主动 从动之间 的扭矩传递依靠磁力实现 故无液力耦合器的漏油污染 使用维护简单 主机为纯机械设备 结构简单 操作简便 维修容易 可靠性高 除轴承 油封外无任何机械摩擦 使用寿命长 易损件只有轴承 油封 缺点 输出转速恒低于输入转速 最高转速为电机转速的 0 97 倍 在转速低于 80 额定转速时 效