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技術(shù)解碼探索 (一) | 永磁直驅(qū)電機(jī)在冷卻塔風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

2023-08-30

永磁直驅(qū)電機(jī)在冷卻塔風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

李鵬飛(濟(jì)源中聯(lián)水泥有限公司,河南 濟(jì)源 459000)

中圖分類號(hào):TQ172.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):1002-9877(2022)11-0072-02 DOI:10.13739/j.cnki.cn11-1899/tq.2022.11.024

摘要


                                                             


分析原冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)存在的問題,介紹永磁直驅(qū)電機(jī)的優(yōu)勢(shì),并對(duì)其選型和控制進(jìn)行了分析,冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造成永磁電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng),解決了設(shè)備漏油及振動(dòng)大等問題,減少了維護(hù)量,提高了設(shè)備運(yùn)行效率,節(jié)電效果明顯,單臺(tái)年可節(jié)約用電約9.8萬(wàn)kWh,使用效果良好。

關(guān)鍵詞


                                                      


冷卻塔風(fēng)機(jī);永磁直驅(qū)電機(jī);高效節(jié)電                                                       

我公司余熱發(fā)電循環(huán)水冷卻系統(tǒng)采用2臺(tái)75 kW冷卻塔風(fēng)機(jī)供循環(huán)水冷卻,冷卻風(fēng)機(jī)傳動(dòng)部分采用的是電機(jī)+傳動(dòng)軸+減速機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu),電機(jī)和減速機(jī)輸入軸之間用鋼制傳動(dòng)軸連接。

1、傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)存在的問題

1)冷卻風(fēng)機(jī)的減速機(jī)安裝在冷卻塔內(nèi)部,傳動(dòng)軸長(zhǎng)達(dá)4 m,由于環(huán)境非常潮濕,傳動(dòng)軸銹蝕嚴(yán)重,傳動(dòng)軸因銹蝕層不均衡脫落失去動(dòng)平衡,引起設(shè)備振動(dòng)嚴(yán)重,傳動(dòng)軸需要定期除銹校動(dòng)平衡,費(fèi)用高。

2)冷卻風(fēng)機(jī)減速機(jī)隨著運(yùn)行時(shí)間的增加,輸入軸油封磨損嚴(yán)重,導(dǎo)致漏油,需要定期補(bǔ)油,也污染環(huán)境。

3)減速機(jī)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)較緊湊,發(fā)熱量很大,散熱能力弱,導(dǎo)致減速機(jī)溫度高,油封和潤(rùn)滑油壽命短,需要經(jīng)常保養(yǎng)。

4)驅(qū)動(dòng)部分電機(jī)啟動(dòng)方式為直接啟動(dòng),設(shè)備運(yùn)行負(fù)載率低,效率僅0.78,能耗高。

2、永磁直驅(qū)結(jié)構(gòu)及優(yōu)勢(shì)

永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)采用變頻矢量控制技術(shù)、低速大扭矩直驅(qū)技術(shù)、智能控制技術(shù),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,具有高效低耗、低速大扭矩、高可靠免維護(hù)、高剛度快響應(yīng)、無(wú)須潤(rùn)滑等特點(diǎn),由于轉(zhuǎn)速低運(yùn)行平穩(wěn),振動(dòng)小,極大減少了日常維護(hù)檢修工作量,節(jié)省了人力物力成本。適合在冷卻風(fēng)扇場(chǎng)景使用。

主要優(yōu)勢(shì):

1)永磁直驅(qū)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載,去除了減速機(jī),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,基本實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。

2)去除了減速機(jī)和傳動(dòng)軸,系統(tǒng)傳動(dòng)效率在0.93,在額定頻率以下運(yùn)行時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩特性,滿足設(shè)備重載啟動(dòng)要求,設(shè)備運(yùn)行更節(jié)能。

3)設(shè)備占用空間小,沒有潤(rùn)滑油及減速機(jī)備品備件等消耗。

4)變頻器控制可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng),減少了對(duì)負(fù)載設(shè)備的沖擊,延長(zhǎng)其使用壽命。

5)低負(fù)載情況下,可以適當(dāng)降低運(yùn)行頻率,達(dá)到更好的節(jié)能效果。

3、永磁直驅(qū)電機(jī)的選型

3.1 負(fù)載運(yùn)行功率因數(shù)、效率對(duì)比

冷卻塔風(fēng)機(jī)改造前功率為 75 kW,額 定 電 流160 A,運(yùn)行電流最大為76 A左右,負(fù)載率約為56%,異步電機(jī)與永磁電機(jī)不同運(yùn)行負(fù)載下效率、功率因數(shù)對(duì)比見圖1

01.png

永磁直驅(qū)電機(jī)跟冷卻塔風(fēng)扇直連葉輪轉(zhuǎn)速一 致,n0=n=155 r/minn為 風(fēng) 扇 轉(zhuǎn) 速),所 需 軸 功 率P=1.732UIcosφη1η2η3=1.732×0.38×76×0.855×0.86×0.95×0.9633.5 kW),所需扭矩T=9 550P/n0=9 550 ×33.5÷155= 2 064N·m)。

永磁直驅(qū)電機(jī)性能參數(shù)見表1,改造后實(shí)物見圖2。

02.png

3.2 永磁電機(jī)的缺點(diǎn)

永磁同步電機(jī)一般都選擇稀土永磁材料(釹鐵硼)作為永磁體,目前稀土材料價(jià)格比較昂貴,前期的投資成本較高。稀土永磁同步電機(jī)在溫度過高時(shí),在沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)作用下,或者在劇烈的機(jī)械振動(dòng)時(shí)可能產(chǎn)生不可逆退磁,使電機(jī)性能下降,甚至無(wú)法使用。所以使用環(huán)境上要注意電機(jī)散熱方案的制訂和防止振動(dòng)的措施。

4、改造后效果分析

冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)采用 2 臺(tái) 55 kW永磁直驅(qū)電機(jī)后,在相同運(yùn)行工況下,單臺(tái)永磁電機(jī)秋冬季每小時(shí)電流平均降低約35 A,運(yùn)行中實(shí)測(cè)電壓340 V左 右,取U=340 V,cosφ=0.97,η=0.95,則 功 率 為P=1.732UIcosφη=1.732×0.34×35×0.97×0.95=18.9kW),預(yù) 計(jì) 每 小 時(shí) 可 節(jié) 電 18.9 kWh。春夏季每小時(shí)電流平均降低約 28 A,運(yùn) 行 中 實(shí) 測(cè) 電 壓 370 V左 右,取U=370 V,cosφ=0.97,η=0.95,則 功 率 為:P=1.732UIcosφη=1.732×0.37×28×0.97×0.95=16.5kW),預(yù) 計(jì) 每 小 時(shí) 可 節(jié) 電 16.5 kWh。根據(jù)改造前后電能計(jì)量表計(jì)量數(shù)據(jù)對(duì)比,秋冬季單臺(tái)電機(jī)每小時(shí)可節(jié)電17 kWh,春夏季單臺(tái)電機(jī)每小時(shí)可節(jié)電15 kWh,按照全年70%運(yùn)轉(zhuǎn)率計(jì)算,單臺(tái)電機(jī)年節(jié)電約9.8萬(wàn)kWh。

5、結(jié)束語(yǔ)

冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造成永磁電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)后,解決了設(shè)備漏油及振動(dòng)大等問題,提高了設(shè)備運(yùn)行效率,節(jié)電效果明顯,每小時(shí)節(jié)電約15~17 kWh,節(jié)電率40%,同時(shí)減少了維護(hù)量,提高了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率,延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。

                                                           (編輯 張 迪)

                                                           文章引用水泥雜志


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