摘要：分析了污水系統存在問題，并提出了改進方案。闡述了永磁調速技術原理、技術優勢及應用效果。結果表明，永磁調速技術可實現了電機與負載之間的轉矩傳輸，改變電機輸出功率大小，在污水泵上安裝，調節永磁調速驅動器氣隙實現對污水泵流量、壓力的連續控制，降低污水泵的泵水單耗。
　　關鍵詞：永磁調速，節能降耗
　　某污水站設計規模2.0×104m3/d，站內安裝ZXA200-4500B外輸泵3臺，電機功率132kW，單臺排量9600m3/d，該站處理某區西部聚驅采出水和部分某聯合站水驅水，處理水量8000m3/d，濾后水除外輸至某注水站回注外，部分濾后水靠重力輸送至某轉油放水站加熱回摻井口。該站外輸泵每天外輸水量7600m3/d，啟運1臺外輸泵，單泵的負荷為79.17%，外輸水泵單耗0.21kWh/m3。
　　1存在問題及改造方案
　　由于某污水站的負荷較低，僅為40%，同時，3臺外輸水泵匹配單一，該站外輸水泵單耗高，外輸水泵單耗0.21kWh/m3。針對某污水站外輸水泵負荷低，能耗高的問題，規劃在2#外輸水泵安裝永磁調速驅動器1套，降低該站外輸水能耗，同時對輸水系統根據凈化水罐液位進行閉環控制，降低崗位工人勞動強度。改造投資39萬元。
　　2永磁調速技術
　　2.1技術原理
　　永磁調速技術是永磁調速驅動器透過氣縫傳遞轉矩，電機與負載設備轉軸之間無需機械連接，電機旋轉時帶動導磁盤在裝有強力稀土磁鐵的磁盤所產生的強磁場中切割磁力線，因而在導磁盤中產生渦電流，該渦電流在導磁盤上產生反感磁場，拉動導磁盤與磁盤的相對運動，從而實現電機與負載之間的轉矩傳輸。見圖1。在工業水泵上安裝，通過調節永磁調速驅動器氣隙實現工業水泵流量和/或壓力的連續控制[1]。當永磁調速驅動器接到一個壓力、流量、液面高度等信號后，就傳輸到永磁調速驅動器的控制器上，控制器對信號進行識別和轉換后，產生一個機械操作指令，來調節導磁體和永磁體之間的間隙大小，從而根據適時的負載輸入扭矩的要求，調節永磁調速驅動器輸入端的扭矩大小，來最終改變電機輸出功率大小，實現對工業水泵輸出流量和/或壓力的連續控制，實現電機節能和提高電機工作效率。
　　
　　
　　
　　
　　
　　圖1永磁調速技術原理圖
　　2.2技術優勢
　　2.2.1調速范圍較寬，自身效率高，節能效果明顯
　　根據實際應用，在全速運轉時，永磁調速器的工作效率能達到97%以上，而通過永磁調速器調速后的能耗則降低到原來能耗的75%～33%。安裝永磁調速器之后，在對系統的總體評估中，總回報提高、節能效果及運行負擔的減少都很明顯。
　　2.2.2減低振動和容許偏心
　　80%以上的轉動設備都是由于振動而出現故障的，大多數的振動都是因為軸心偏移，另外是由于設備的不平衡和共振。振動會破壞密封圈的彈力，升高軸承和設備的溫度。永磁耦合技術提供了一種最好的解決振動方法。永磁耦合技術減振的關鍵在于通過空氣間隙傳遞扭矩，而沒有直接的物理連接。空氣間隙最小為1/8英寸(3.175mm)。偏心是安裝和維修成本的主要原因。一般可允許的偏離為0.05mm甚至更小，需要激光對心。永磁耦合技術允許0.75mm的偏離而且沒有振動，直接就可以進行對心安裝。
　　2.2.3沖擊型負載和堵轉自動保護
　　由于電機和負載的軸端沒有直接的物理連接，振動不會傳遞，對于沖擊型負載及有堵轉可能的過程中具有通過滑差實現緩沖與自動保護功能,故障大大減少。因此可以很簡單的解決驅動系統的問題。
　　2.2.4功率質量
　　永磁耦合技術不會受功率質量的影響，在功率質量很差或者在低壓期間都可以工作。只要有有效的能量使電機轉動，永磁耦合技術就可以工作。同時，永磁耦合技術也不會影響設備的功率質量。不會產生諧波，瞬時高壓或者其他與功率質量有關的問題。
　　3現場應用
　　某污水站2#外輸水泵，額定排量400m3/h，揚程60m，電機額定轉數1475r/min。改造泵于2010年5月18日上午9時開始運轉，調試過程中，執行器開度由20％逐步上升到90％，水量由180m3/h上升到400m3/h，電流由78A上升到192A，電機轉數由482r/min上升到1377r/min。具體數據見表1。
　　表1某污水站2#外輸泵永磁調速器運行數據表
　　時間 執行器開度
　　（％） 水泵轉數
　　（r/min） 泵出口壓力
　　（MPa） 泵出口閥門
　　開度（％） 泵出口水量
　　（m3/h） 電機電流
　　（A） 調速器溫度
　　（℃）
　　9:00 20 482 0.1 100 180 78 32
　　9:05 30 546 0.1 100 202 76 37
　　9:10 40 641 0.1 100 235 81 38
　　9:15 50 751 0.1 100 264 92 48
　　9:20 60 937 0.1 100 309 108 54
　　9:25 70 1210 0.16 100 364 155 48
　　9:30 90 1377 0.19 100 400 192 39
　　4實施效果
　　2#泵試運前，該站運行同型號的3#外輸水泵，排量255m3/h，泵出口壓力0.67MPa，電流165A，實施后，某站2#外輸水泵的泵壓由改造前的0.6MPa下降至0.08MPa，改造泵運行平穩，泵壓差明顯降低，輸水單耗由0.21kWh/m3下降至0.09kWh/m3，節電率58.3％，年節電33.55×104kWh，節省電費18.35萬元，投資回收期2.13年。見表2。
　　表2某污水站2#污水泵永磁調速器數據對比表
　　 電流(A) 污水量(m3) 污水泵耗(kWh) 泵水單耗(kWh/m3)
　　安裝前 180 7659 1600 0.21
　　安裝后 80 7531 668 0.09
　　差值 -100 -128 -932 -0.12
　　5結論及認識
　　根據該項目的實施情況，永磁調速技術有很好的節電效果。該項技術可以使污水站根據水量的變化實行調節，該項技術具有以下技術優勢。
　　（1）電機和負載的軸端沒有直接的物理連接，振動不會傳遞，對于沖擊型負載及有堵轉可能的過程中具有通過滑差實現緩沖與自動保護功能,故障大大減少。
　　（2）電機完全在空載下啟動,大幅降低啟動電流。
　　（3）無諧波污染，不傷害電機，不影響電網功因。
　　（4）容忍對心誤差,一般可允許的偏離為0.05mm甚至更小，需要激光對心。永磁耦合技術允許0.75mm的偏離而且沒有振動，直接就可以進行對心安裝。
　　（5）該項技術在現場應用需要一定的技術條件。改造泵需有連軸器，同時電機末端要有1.5m的安裝空間。
　　參考文獻：
　　[1]羅英俊，萬仁溥.采油技術手冊[M].北京：石油工業出版社,2005.