永磁涡流联轴器的改造应用

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  摘要:简要介绍了永磁涡流联轴器的结构、原理及其应用,并对公司的永磁涡流联轴器现场应用的案例进行了分析。
  关键词:永磁;联轴器;应用
  1.前言
  永磁涡流联轴器属非接触联轴器,一般由左右2个磁体组成,中间由隔离罩将2个磁体分开,内磁体与被动端相连,外磁体与主动端相连。永磁涡流联轴器除了具有弹性联轴器缓冲吸振的功能外,其最大的特点在于他在没有机械接触的情况下,通过磁力耦合将主动端的运动和动力传递给被动端。因此他广泛应用于冶金、化工机械和设备中。
  2.永磁涡流联轴器工作原理
  “永磁半联轴节”上装有多极磁环(N、S 间隔排列),“铜体半联轴节”相对磁环的面上装有铜或铝板。当“永磁半联轴节”为主动端相对金属板做旋转运动时,多极磁环的各磁极连续扫过金属板表面,从金属板表面看多极磁环就是一个变化的磁场,因此该面上就会产生涡电流。根据法拉第电磁感应原理,该涡电流将产生一个与多极磁环相反方向的感应磁场,两个磁场相互作用即使被动端的“铜体半联轴节”受到一个磁转矩的作用而随之异步转动。
  3.永磁涡流联轴器性能特点
  3.1.它是靠非接触的磁力传递转矩。主、被动端不存在机械联结,因此对安装时的对中精度没有严格的要求;本设计的对中偏差在 3mm 以内均可正常工作。
  3.2.主、被动端之间不存在机械振动的传递。据不完全统计,90%以上机械联轴器失效是因对中误差引起的高频机械振动导致销柱或螺栓疲劳失效而损坏。
  3.3.具有软启动功能——尤其对于大功率电机具有过载保护作用。永磁涡流联轴器属于异步磁力驱动器,其原理类似于异步感应电机。只有永磁体与铜体之间存在相对运动时,才能产生感应磁场。同时,它又具有相对恒定磁矩的特性,即当联轴器的结构已经确定,其最大输出磁转矩既为定值,当负载超出该值时即滑脱,而不会将电机“闷死”。
  3.4.对外载导致转速波动具有自动调节功能。永磁涡流联轴器的输出磁转矩与其相对转速差或“滑差率”成正比关系。电机启动瞬间,被动端可视为静止不动,联轴器输出的磁转矩随着电机转速逐渐增大到同步转速而逐渐达到最大值,此时的滑差率最大,该值应大于负载的启动转矩;由此可见,电机在启动的瞬间所受载荷并非拖动设备的启动载荷。随着负载的转动,滑差率逐渐减小,磁转矩也随之减小,达到负载的额定转矩后,滑差率便保持在设定的额定值上,此时联轴器输出的磁转矩即为额定磁转矩。当负载突然增大,其转速必然降低,反映在联轴器上是滑差率增大,进而磁转矩增大,负载得到加速力后转速增加,滑差率随之下降到额定值,重新进入平稳运行过程。
  3.5.维护:永磁涡流联轴器因工作中没有机械接触与摩擦,因此无需任何日常维护。
  4.永磁涡流柔性传动技术的改造应用
  4.1.现场风机设备技术改造的必要性
  CAPL SPM roll clean exhaust fan V-belt每次启动时因负载大,皮带断裂(直接启动
  方式),为避免启动时皮带损坏,CAPL检修时该风机不停机,电量损失大。现场风机情况:风机功率为37KW,转速:2960rpm。工作状态:原来采用皮带传动,正常工作电流60A,但启动时电流达到400A左右(启动时间约25S),经常造成皮带烧损。该设备需要解决的问题是初始启动扭矩很大,以至造成运行过程中的冲击负载对电机及皮带的损害。针对此种工况,使用标准型(FGC)永磁涡流柔性传动联轴器来进行扭矩的传输,能很好地解决此类问题。选用Magna型号:FGC 10.5S。
  4.2.FGC产品结构
  标准型磁力传动装置实物图及结构图
  1-驱动轴 2-永磁体 3-负载轴 4-铜转子
  标准型永磁涡流柔性传动联轴器外形及结构如上图所示,是由两个独立的没有任何接触的转子组成,这两个转子之间有一定的气隙。其中4-导体铜转子与电机输出端驱动轴连接,2-永磁转子与负载输入端负载轴连接,电机在运转过程中,带动导体转子在永磁转子的强磁场中进行切割磁力线运动,产生感应磁场带动永磁转子旋转,从而实现无物理连接的隔空扭矩的传递。
  4.3.传动方式比较
  4.4.改造方案本次设备改造并不改变原有的设备的运行模式,主要为电机 基础改造及安装Magna 永磁涡流柔性传动联轴器(FGC 10.5S)一套。
  4.5.永磁涡流柔性传动联轴器的现场实际效果
  4.5.1.噪声、振动大幅降低。永磁涡流柔性传动联轴器是非接触式连接,靠磁力来传递扭矩,噪声、振动能降低80%左右。
  4.5.2.运行电流有大幅降低、节能。振动和噪音会造成系统的能耗增加2%~3%,启动电流尖值高、持续时间长,也会造成系统的能耗增加,使用永磁涡流柔性传动联轴器将节约能耗12%左右。
  4.5.3.过载保护功能。提高了整个电机驱动系统的可靠性,完全消除了系统因过载而导致的损害现象。
  4.5.4.容忍较。大的安装对中误差,大大简化了安装调试过程。
  4.5.5.绿色。 环保、无污染。永磁涡流柔性传动联轴器结构简单,为免维护机械产品,甚至无需润滑,对环境无任何污染损害。
  4.5.6.成本节俭:按计划检修 4次/月(空运转平均48小时/次检修)
  年节俭电力:P=37kw*48hr*365/7= 92606 kW 年节省费用:92606*0.6327=58,592元
  5.结论
  标准型永磁涡流柔性传动联轴器(FGC)是安装在电机和负载之间的设备,该设备体积小、安装方便无需激光对中、不需要更换电机、适应恶劣环境能力强、可靠性高、维护率低、绿色环保等优点已经逐步取代联轴器和变频等设备。
  参考文献
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  [2]赵克中.磁耦合双向驱动控制器的研究[D].沈陽:东北大学机械学院,2005
  [3]邵利,范瑜. 盘式永磁同步电机建模及仿真[J]. 电机与控制学报. 2006,10(02):013-017
  作者简介:
  孙代如 (1977.01.25—),男,江苏海安人, 张家港浦项不锈钢有限公司,邮编215636
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