茂名石化-供水泵房永磁调速改造方案

中石化茂名石化中石化茂名石化采用采用 永磁调速器永磁调速器 节能改造技术方案节能改造技术方案 供水泵 供水泵 国家科技部国家科技部 2010 年度年度 科技型中小企业技术创新基金科技型中小企业技术创新基金 立项立项 立项代码 立项代码 XXXX 南京南京 XXXX 节能技术有限公司节能技术有限公司 20112011 年年 5 5 月月 2 目目 录录 1 概述 3 2 待改设备情况 4 3 永磁调速器介绍 5 3 1 结构及原理 5 3 2 技术特点 7 3 3 大功率永磁调速器结构 9 4 永磁调速系统集成 10 5 永磁调速器节能原理及量化分析 12 5 1 节能原理 12 5 2 节能量化分析 15 6 永磁调速器改造内容 18 6 1 改造内容 18 6 2 设备清单 19 6 3 冷却系统 19 6 4 工程施工周期 20 6 5 产品质量保证 20 6 6 现场安装及售后服务 20 7 基础施工方案 21 7 1 基础改造目的 21 3 7 2 方案一 21 7 3 方案二 23 7 4 两种方案比较 25 4 1 概述概述 永磁驱动技术近年来国际上开发的一项突破性新技术 是专门针对水泵 风机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水泵 及泵类设备节能技术改造的首选 本方案所涉及的茂名石化供水泵房供水泵适合采用永磁调速技术进行节能 改造 待改设备选用大功率永磁调速器型号为水冷型永磁调速器 AL WH 1000 5 2 待改设备情况待改设备情况 本次改造应用于茂名石化供水泵房供水泵 其参数如下 电电 机机负负 载载 铭牌数据铭牌数据铭牌数据铭牌数据 型号 Y450 69 6 型号 24SA 10B 额定转速 987 rpm 额定转速 990 rpm 额定功率 630 KW 轴功率 545 94 KW 额定电压 6000 V 流量 3084 m3 h 额定电流 72 5 A 扬程 57 8 m 生产厂家长沙电机厂生产厂家长沙水泵厂 运运 行行 数数 据据 电机运行电流 60 A 入口压力 5 KG 实际流量 2 Q 2100 m3 h 出口压力 4 2 KG 运运 行行 情情 况况 描描 述述 1 本系统供水泵房供水泵是通过阀门来调节水量的 阀门调节方式造成大量的能 耗损失 2 现有系统电机和水泵 的连接方式为刚性联轴器连接 对中要求高 安装不方便 且易引起振动问题 3 通过切割叶轮已使其中一台水泵流量变小 6 3 永磁调速器介绍永磁调速器介绍 3 13 1 结构及原理结构及原理 第二代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 7 永磁调速器结构及原理 啮合面从大到小 负载转速由 98 到 0 转速 8 导导体体 永永磁磁体体 气气隙隙 导导体体 永永磁磁体体 气气隙隙 调速原理 改变啮合面积 3 23 2 技术特点技术特点 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 电机和泵可以有选 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 这样泵侧的振动就不会传递到 电机侧 电机侧的振动也不会传到泵侧 同时也割断了振动在传递过程中 9 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 可以排除因对中误差大造成的振动 传统的联轴器需要很精确的对中 对 中误差需要小于 0 05mm 一般需要激光对中 而永磁调速器可容忍较大的 安装对中误差 最大可达 2mm 同时在运行过程中 电机和负载之间的动 态同轴度也允许较大的范围 不会产生振动 允许 2mm 对中误差 不产生附加载荷 可适应轴向窜动量达 10mm 的电机 拖动系统 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 由于电机与泵之 间没有机械链接 当泵过载或者堵转时 调速型永磁调速器可自动的将电 机对泵体的力矩传递完全断开 此时电机空载运行 泵停转 可以完全消 除泵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 不需要对电机和负载做任何改变 安装时 只需用永磁调速器替换原来联轴器即可 现场安装调试方便 10 3 3 3 3 大功率永磁调速器结构大功率永磁调速器结构 大功率永磁调速器结构图 11 4 永磁调速系统集成永磁调速系统集成 通常永磁调速系统由永磁调速器 电动执行器 转速变送器 温度变送器 控制信号源 就地显示控制箱 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 电动执行机构接受控制中心 根据不同的情况 可以是 PLC 控制 也可以是 DCS 控制 的指令 电动执行器根据控制中心的指令进行动作 并将结果反馈 给控制中心 控制信号源则为工艺需要的控制对象 对于泵系统而言可能是管网压力 流量 或者液位 而对于水泵 而言则可能是压力 流量等其它工艺需要的一些 参数 因此控制信号源可能为压力信号 流量信号 液位信号等等 通常而言 信号为 4 20mA 的电流信号 就地显示控制箱提供就地显示功能 并提供系统信号的上传下达的通道 方便工作人员到现场巡检 12 反馈信号 电 机 PLC 现场控制器 或直接到 DCS 压力 流量 或其它控制 信号 水泵 风机 或其它 负载设 备 执行器 永磁调速器永磁调速器 控制 反馈信号 4 20 mA 反馈遥控 转速 人机界面 13 5 永磁调速器节能原理及量化分析永磁调速器节能原理及量化分析 5 15 1 节能原理节能原理 阀门调节方式耗能情况 根据风机 水泵系统设计原则 为了保证负荷最大时风机或水泵系统满足 输出要求 通常需要按系统的最大输出能力配备风机水泵系统 而真正实用中 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或风门挡板等实现流量或压力的调节 以满足生产过程 的需要 最典型的控制流量或压力的方法是使用阀门或风门挡板 此时 风机或水泵系统的效率 电机效率 调节流量或转速或压力控制原 件的效率 风机或水泵效率 输送管道的效率 如果其它效率恒定的情况下 系统效率取决于调节流量或转速或压力控制 设备的效率 由于阀门或风门挡板是通过调节开度来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 根据相似定律 输入功率并不会因为阀 门开度变化而变化 当阀门或风门挡板开度20 年 质保期 1 年 终身维护 6 66 6 现场安装及售后服务现场安装及售后服务 产品现场安装调试由由南京艾凌节能技术有限公司技术专家现场指导 22 7 基础施工方案基础施工方案 7 17 1 基础改造基础改造目的目的 电机和水泵轴之间轴间距尺寸为 1650 mm 保证电机与水泵中间安装永磁调速器段基础与我公司永磁调速器设备中 心高尺寸一致 以满足最终安装要求 提供冷却水箱安装位置 用户提供冷却系统则无 本次基础改造有两种改造方案 每种方案均包含两方面内容 一 土建 施工 二 基础电机底座的制作 7 27 2 方案一方案一 基础改造方案 电机和永磁调速器各自采用独立的底座 1 对现有系统停机 吊走电机 完全刨除现有基础 2 重新制作基础 一次浇注 刨除现有基础后 保证轴间距为 1650 mm 重新进行一次浇注 3 二次浇注 电机部分基础 将电机与其原底座连接 进行二次浇注 永 磁调速器部分基础 制作如图所示底座 并与基础一并进行二次浇注 以满足永磁调速器安装要求 安装要求为 1 永磁调速器安装完成 后高度与电机中心高一致 2 永磁调速器底座中心与电机轴中心对称 4 二次浇注要求 电机轴与负载轴对中误差 0 10 mm 23 永磁调速器中心高与电机中心高一致 永磁调速器底座中心与电机轴中心对中误差 1 mm 5 基础改造完成后 保护好基础 等待设备到现场安装 6 设备现场安装所需时间 3 5 天 改造完成后效果图 电机 永磁调速器底座相互独立 永磁调速器底座制作 24 底座图 如图所示 1 该底座上的椭圆形槽是与永磁调速器地脚螺栓相连接 并与永磁调速器 上椭圆形槽呈十字形 以方便永磁调速器能够在此底座上前后左右移动 2 在该底座的左右外边缘和前后边缘侧有 3 对顶丝座 通过拧入调节螺栓 可轻松的对永磁调速器前后左右进行调节 方便对中和检修工作 7 37 3 方案二方案二 基础改造方案 电机和永磁调速器采用一个底座 1 对现有系统停机 无需吊走电机 在电机基础后采用植筋方式加长基础 进行一次浇注 加长尺寸为改造所需轴间距尺寸 即 1650 mm 2 在一次浇注的同时 基础施工单位进行电机和永磁调速器共用底座的制 作 底座图如下图 3 一次浇注完成后 对基础进行保养 待设备到达现场前 3 5 天 吊走电 机 敲除电机原二次浇注基础 4 设备到达现场后 将电机与永磁调速器一并安装于底座上 调整好其两 轴对中 并连接电机端与永磁调速器端联轴器 5 将连接好的电机 永磁调速器 底座一并吊入一次浇注基础上 调节好 永磁调速器侧与水泵侧的对中 进行二次浇注 其对中要求为 0 10 mm 6 二次浇注结束后 保养好基础 并进行水循环及安装调试工作 改造完成后效果图 25 电机 永磁调速器共用一个底座 永磁调速器底座制作 底座图 如图所示 1 该底座上的椭圆形槽是与永磁调速器及电机的地脚螺栓相连接 并与永 磁调速器上椭圆形槽呈十字形 以方便电机能够在支架上前后左右移动 26 2 在该底座的左右外边缘和前后边缘侧有 6 对顶丝座 通过拧入调节螺栓 可轻松的对永磁调速器及电机前后左右进行调节 方便对中和检修工作 7 47 4 两种方