于龙、端木昭勇、高连达、苏德
满洲里达赉湖热电有限公司
摘要：
近年来，随着永磁技术的发展，磁性联轴器的应用也越来越广泛，磁性联轴器是通过导体铜盘和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传递。实现了在驱动和被驱动间没有机械联接。本位结合此技术，以达赉湖热电公司为实例，对其在锅炉制粉系统磨煤机上联轴器的应用进行分析。
关键词：磁性联轴器，磨煤机
一、概述
满洲里达赉湖热电公司机组所配HG-670/13.7-HM18型锅炉，是哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计、制造的超高压参数单汽包自然循环锅炉，单炉膛，一次中间再热，平衡通风，室内布置，固态排渣煤粉炉。锅炉制粉系统采用6台FM318-700型风扇磨煤机直吹式制粉系统，4台运行，1台备用，一台检修备用；采用高温炉烟、冷风和热风三种干燥剂制粉系统。单台机组制粉系统磨煤机为六台，磨煤机叶轮直径3180mm；叶轮重量23吨（含打击板），由于叶轮质量较重，惯性大，启动扭矩大，造成磨煤机电机鼠笼条损坏,从2016年检修期发现此问题后，逐步打开#23.#25.#13磨煤机均发现鼠笼条断裂。其中#13磨煤机鼠笼条断裂严重进行鼠笼条整体更换。运用鼠笼式电动机故障检测仪检测发现两台机组剩余9台未解体电机鼠笼条均有断裂迹象。鼠笼条断裂主要原因为超负载启动，启动期间电机鼠笼条通流较大感应电流，重载启动时定子电流约为额定电流的7倍左右而很快升温，感应电流的温升与电流的平方成正比，温升后使通条屈服强度下降；同时启动时转子笼条会产生径向电磁力，此电磁力与启动电流的平方成正比，再加上电磁扭矩的剧烈冲击,使笼条与端环在相对运动中产生较大剪切力和端环不平衡转动的离心力, 频繁启动使效应累积至材质疲劳极限,就会导致笼条断裂。断裂后将导致电动机振动增大，若出现整体断裂情况时，笼条翘起将造成扫膛而整体损坏电动机定子绕组，严重情况造成电机整体动静碰磨事故。
目前采用修复更换转子笼条的解决方式，无法避免启动期间断条问题发生，仍可能再次发生断裂，为从根本上杜绝笼条断裂情况，需要采取降低负载启动扭矩的改造措施，以延长电机使用寿命，减少电机鼠笼条故障。在可能实现的技术路线上将现有联轴器更换为永磁调速器（磁性联轴器）软启动方式可解决此问题。
二、磁性联轴器方案论证
1.设备参数
为采取降低负载启动扭矩及启动电流为出发点将现有的刚性柱销联轴器更改为永磁联轴器，现就该技术路线进行论证：为考虑启动方案的可行性，与磨煤机生产厂家、相关磁性联轴器设备厂家进行沟通，生产厂家给出了磨煤机的转动惯量，静态负载转矩等数据，结合相关数据及磨煤机启动特性核算了启动转矩，最终确认选择C2500-12型永磁联轴器能够满足磨电机的启动要求，磨煤机参数情况 ：
磨煤机电动机功率为800KW，定子额定电压6KV，额定转速497r/min。负载为磨煤转轮，转轮重量为23吨，转轮直径3.18米，转动惯量为30853kg·m2，联轴器联接方式为尼龙柱销联轴器，磨煤电机型号：YFM800-4-12，产地：重庆赛力盟电机有限公司，额定功率：800KW，额定转速：498rpm额定电压：6000V额定电流：106.4A
结合行业内磁力传动器安装及使用情况，磁性联轴器使用最大的传动功率3700KW，我单位为800 KW电机在功率及负荷范畴可完全满足要求。
2.磁性联轴器构成与工作原理
磁性联轴器是通过导体铜盘和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传递。实现了在驱动（电动机）和被驱动（磨煤机）间没有机械联接，其工作原理是：一端稀有金属氧化物硼铁钕永磁体和另一端感应磁场相互作用产生转矩。
由图而所示，永磁联轴器主要由导体转子、永磁转子二部分组成。导体转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，导体转子和永磁转子之间有间隙（称为气隙）。这样电动机和负载由原来的硬（机械）联接转变为软（磁）联接，
磁感应是通过磁体和导体之间的相对运动产生的，也就是说，永磁传动器的输出转速始终都比输入转速小，转速差称为滑差。典型情况下，在电动机满转时，永磁传动器的滑差在1% ~ 3%之间。
4.永磁联轴器启动转矩分析
结合现有尼龙销联轴器磨煤机各运行工况功率计转矩分别如下：
磨煤机空载带叶轮运行工况：
电流57A-60A，对应实际功率：1.732*60*6000*0.76=473.87KW
对应实际转矩：9550*473.87/500=9050.92N.M
磨煤机带载运行电流65-70A，对应实际功率：1.732*70*6000*0.76=552.85KW
对应实际转矩：9550*552.85/500=10559.43N.M
磨煤机大量回粉电流峰值90A，对应实际功率：1.732*90*6000*0.76=710.81KW
对应实际转矩：9550*710.81/500=13576.47N.M
磨煤机额定工况：
功率：800KW
对应实际转矩：9550*800/500=15280N.M
经与磨煤机设备制造厂家沟通，磨煤机转动最小转矩载3822 N.M，如果电动机产生大于3822N.m转矩，转轮即可以转动，正常启动转矩一般按照1.8倍的转动最小转矩考量，即3800*1.8=6840N.M。计划更换的C2500-12型永磁联轴器匹配800KW功率的电机最大可实现的传动转矩为14800 N.M，经核算该转矩参数可满足磨煤机启动、常规运行及磨煤机大量回粉时所需转矩。在额定工况下电动机产生的额定启动转矩，在50S（磨煤机实际启动时间46-55S）左右的时间使磨煤机达额定转速。
三.结论
结合磨煤机的传动系统的改造，用C2500-12型永磁联轴器代替尼龙柱销联轴器，实现轻载启动、柔性传动，以解决目前存在的电机启动扭矩过大，启动电流过大造成的鼠笼条断裂问题。永磁传动器具有高可靠性、无刚性连接传递扭矩、永磁传动器透过气隙传递转矩，电机与负载设备转轴之间无需机械连接，电机旋转时带动导磁盘在装有强力稀土磁铁的磁盘所产生的强磁场中切割磁力线，因而在导磁盘中产生涡电流，该涡电流在导磁盘上产生反感磁场，拉动导磁盘与磁盘的相对运动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。
永磁传动器传递转矩的能力不受电动机轴和负载轴之间由于安装未对中原因而产生的小角度或者小偏移的影响，启动时从扭矩传递由低到高逐步实现，启动电流小，使用寿命长，设计寿命30年，永磁传动器安装简单方便，不需要对现有电动机和供电电源进行任何改动。磁性联轴器软启动改造方案能满足电机启动要求，可有效解决鼠笼条断裂问题，工作可靠、后续维护工作量小，按照磨煤机电机及轴承箱之间间距可满足永磁传动器的安装需求。取消原尼龙联轴器。现有联轴器总长度大于500mm，减速机输入轴中心到输出轴端外壳尺寸约600mm，计划安装的C2500-12型永磁联轴器外径尺寸约1000mm，半径500mm满足安装的空间需要，所以无需改动基础，电机位置不变。
参考文献：
1.赵英梅、王红艳.鼠笼条电动机转子断条产生的原因分析及处理.机械管理开发[J]2008.1003-773X