永磁偶合器在VPSA制氧系统应用_杨瑜亮.pdf

永磁偶合器在 VPSA 制氧系统应用杨瑜亮1黄忠念2，3鲁杰3张旭3(1:南京钢铁股份有限公司江苏南京 210044;2:南京玛格耐特智能科技有限公司江苏南京 210008;3:南京航空航天大学江苏南京 210016)摘要描述了永磁偶合器的结构和工作原理，对比分析了永磁偶合器和弹性柱销联轴器的工作特性。介绍了永磁偶合器在南钢制氧厂 3 号制氧系统上应用效果和效益。结果表明，永磁偶合器具有对中良好、隔振减振性能优良特点，完全可以替代弹性柱销联轴器，具有良好的经济和社会效益。关键词VPSA 制氧系统永磁偶合器隔振减振中图法分类号TH133 4TH138 9文献标识码BDoi:10.3969/j.issn.1001 1269.2022.06.023Application of Permanent Magnet Coupler in VPSA Oxygen Making SystemYang Yuliang1Huang Zhongnian2，3Lu Jie3Zhang Xu3(1:Nanjing Iron Steel Co，Ltd，Nanjing 210044;2:Nanjing Magnet Intelligent Technology Co，Ltd，Nanjing 210008;3:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016)ABSTRACTThe structure and working principle of the permanent magnet coupling are described，and theworking characteristics of the permanent magnet coupling and the elastic pin coupling are compared and analyzedThe application effect and benefit of permanent magnet coupling in No 3 oxygen production system of NangangOxygen Production Plant are introducedThe results show that the permanent magnet coupling has thecharacteristics of good centering，excellent vibration isolation and vibration reduction performance，and cancompletely replace the elastic pin coupling，which has good economic and social benefitsKEYWORDSVPSAPermanent magnet couplerVibration isolation1前言南钢制氧厂 3#VPSA 制氧系统的动力系统由1 台电机、1 台罗茨风机和 1 台罗茨真空泵组成，电机采用双出轴 1 拖 2 的方式运行，电机与罗茨鼓风机和罗茨真空泵均通过套柱销联轴器连接。电机型号 YXKK800 10，功 率 2240kW，转 速595r/min。罗茨风机机型号 ZRB 7000，额定流量 938.3m3/min，额 定 转 速 590r/min，轴 功 率815.5kW，排气压力 49kPa，进气压力 0kPa。罗茨真空泵型号 ZRB 900BV，额定流量 1345.4m3/min，额定转速 590r/min，轴功率 1263.3kW，排气压力 0kPa，进气压力 53.3kPa。由于对中比较困难等原因，导致振动大，最大振动速度和振动位移分别达到了 10.6mm/s 和281.8m，对中需要的时间比较长，影响生产。同时，电机轴承温度升高，电机轴承维修比较频繁。501Total No 280December 2022冶金设备METALLURGICAL EQUIPMENT总第 280 期2022 年 12 月第 6 期2022 年 12 月第 6 期作者简介:杨瑜亮，男，1982 年生，高级工程师，从事空分制氧生产、设备管理等工作，邮箱:yyl19820326126 com上述多种原因造成动力系统经常发生故障，系统故障率高，一般无故障周期不超过 6 个月，每年需要更换新弹性柱销联轴器，严重影响生产且具有一定的安全隐患1 2。由于永磁偶合器具有重量轻、无机械接触易对中、传动过程中各设备轴间相互作用的轴向力和径向力小、效率高、散热好等多种优点3 6。2021 年 1 月安装了永磁偶合器代替原弹性柱销联轴器，安装后，3#制氧系统升级改造后的电机振动速度和振动位移分别下降 69.0 80.3%和60.0 81.9%，振动位移均达到了 A 级;鼓风机的振动速度和振动位移分别下降了 8.5 33.8%和20.3 64.1%，振动位移均达到了 B 级;真空泵的振动速度和振动位移分别下降了 9.3 26.7%和13.9 52.4%，能耗大幅降低降低，已经使用了 2年，系统没有发生过任何故障，可靠性明显提高，值得推广。2工作原理所研发新型永磁偶合器结构如图 1 所示。图 1永磁偶合器结构图由图 2 可知，永磁偶合器由导体转子组件和永磁转子组件组成，安装在电机轴的导体转子组件和安装在负载轴的永磁转子组件相对运动，在导体转子组件中产生涡流，通过永磁场与感应磁场之间的相互作用实现转矩的传递。导体转子组件和永磁转子组件无机械连接，两组件间形成3mm 6mm 的气隙，永磁偶合器可以容忍更大的对中误差。永磁偶合器与弹性柱销联轴器对比分析如下:扭矩特性对比:利用 Ansys 软件，根据永磁偶合器性能分析，可得出其扭矩特性曲线如图 2。永磁偶合器的在转差率约为 10%时扭矩达到最大值，转差率为 2%达到额定转矩。图 2扭矩特性对比角向刚性、径向刚性对比:采用有限元分析并结合实际测定，得出永磁偶合器和弹性套柱销联轴器的角向刚性对比分析图(图 3)、径向刚性对比分析图(图 4)。图 3角向刚性对比图 4径向刚性对比如图 3，角向对中误差量小于 1.2时，弹性柱销联轴器和永磁偶合器的角向刚性都趋于线性。永磁偶合器的角向刚性(约 10kN/)远小于弹性套柱销联轴器的角向刚性(约 132kN/)。如图4，径向对中误差量小于 1.7mm 时，柱销联轴器和永磁偶合器的径向刚性都趋于线性。永磁偶合器的径向刚性(约 2kN/mm)远小于弹性套柱销联轴器的径向刚性(约 28kN/mm)。3应用案例永磁偶合器代替弹性柱销联轴器应用于 3#VPSA 制氧系统，采用振动多功能测振仪对 3#VPSA 电机传动装置的振动进行了全面的检测，测点布置如图 5。通过对振动数据的分析，得到振动频谱图 611，分析如下。综上，可得知改造前后鼓风机和真空泵的振动频谱成本基本相似，120Hz 的振动频率的振动6012022 年 12 月第 6 期总第 280 期冶金设备值变化不大，其它频率的振动均有一定程度的降低，2、3 和 4 倍频下降幅度最大;改造前，电机的振动频谱显示120Hz 及其20Hz 的伴频振动大，改造后 120Hz 及其 20Hz 的伴频振动基本消失，以 1倍、2 倍和 3 倍频的振动为主，振动相比改造前大幅度下降。此外，通过振动数据得知，3#制氧系统升级改造后的电机振动速度和振动位移分别下降69.0 80.3%和 60.0 81.9%，振动位移均达到了 A 级;鼓风机的振动速度和振动位移分别下降了 8.5 33.8%和 20.3 64.1%，振动位移均达到了 B 级;真空泵的振动速度和振动位移分别下降了 9.3 26.7%和 13.9 52.4%。图 5测点布置图图 6含永磁偶合器电机鼓风机侧垂直方向振速频谱图 7含永磁偶合器电机真空泵侧垂直方向振速频谱图 8含永磁偶合器鼓风机非驱动侧垂直方向振速频谱图 9含永磁偶合器鼓风机电机驱动侧垂直方向振速频谱图 10含永磁偶合器真空泵非驱动侧垂直方向振动速度频谱图 11含永磁偶合器真空泵电机驱动侧垂直方向振速频谱改后电机轴承对环境的相对温升 29.1，比改前相对温升 34.8低 5.7(如表 1)。表 1永磁偶合器安装温升数据对比制氧系统技术指标改前温度/改后温度/3#环境温度31.026.0轴承温度65.845.1温升34.829.1升级改造后 3#制氧系统电机平均电流比改造前低 2.3A，能耗降低约 31.8kW，能耗降低1.8%(如表 2)。表 2永磁偶合器安装电气数据对比制氧系统测量电流/A平均电流/A能耗/kW3#84.2 174.4129.31789.383.0 171.0127.01757.5(转 94 页)701杨瑜亮等:永磁偶合器在 VPSA 制氧系统应用2022 年 12 月第 6 期参考文献 1 万理想，丁保华，徐军，等 多绳摩擦提升机衬垫硬度对摩擦系数影响的试验研究J 煤矿机械，2008，29(8):31 33 2 封士彩 多绳摩擦提升钢丝绳与衬垫间磨损机理的研究 J 煤矿机械，2001，(11):22 24 3 李同清 基于(火积)与 MCA 的衬垫摩擦接触行为研究 D 江苏:中国矿业大学，2014 4 Kuss F，Lebon F Stress based finite element methods forsolving 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107 页)4结论研发了新型无接触式永磁偶合电机传动装置，可实现振动控制隔振减振与节能的目的，突破大功率电机传动装置对中误差故障的制约瓶颈，同时基于振动频谱分析诊段方案可实现电机传动故障的预知性检修。实施了大功率电机传动实验平台实验，结果表明永磁偶合器具有对中良好、隔振减振性能优良特点，完全可以替代弹性柱销联轴器，具有良好的经济和社会效益。参考文献 1 蒋能强，任海峰，李亮，等 联轴器防振圈失效引起设备不对中案例分析J 设备管理与维修，2019(09):115 116 2 赵博，谷伟伟，潘渤，等 柔性联轴器平行不对中轴系振动特性分析 J 机械科学与技术，2022:1 6 3 田杰，徐严磊 安装误差下径向永磁联轴器振动特性分析 J 机械传动，2020，44(01):137 142 4 陈宏奎，张炳福，朱立平基于 Ansoft 的永磁磁力耦合器转矩特性研究 J 煤炭技术，2017，36(03):288 291 5 高庆忠，韩钧如，邱健鹏，等 联合式永磁涡流耦合器有限元振动特性研究 J 沈阳工程学院学报(自然科学版)，2020，16(03):45 49 6 郭永存，方成，王鹏彧，等可调速型盘式磁力耦合器永磁体温度场研究 J 工矿自动化，2017，43(08):61 66(收稿日期:2022 03 25)492022 年 12 月第 6 期总第 280 期冶金设备