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      永磁一體螺桿空壓主機技術應用分析

      2016/12/11 13:21:52      點擊:

      引言
        近幾年,永磁電機驅動的螺桿空壓主機,已經在市場上普遍得到應用,特別是一體式的永磁驅動螺桿主機,更是以其節能顯著、體積小易于布置等優點得到客戶的普遍認可。隨著永磁一體螺桿機的廣泛應用,更多的永磁電機廠家也先后進入這個市場,對于永磁一體機與永磁驅動兩體聯軸方式的適宜性討論,持久而熱烈。通潤作為國內永磁一體主機的首個生產廠家,針對大家關心的諸多問題,提供我們自己的觀點,供大家討論與參考。

      正文
      1、一體機設計中的電機溫升問題
        目前的一體式螺桿主機,電機直接安裝在螺桿機頭的吸氣伸軸端。業內很多人,提出了一體機電機溫升的質疑,認為電機直接與螺桿機頭做成一體,螺桿機頭的溫度會傳遞到電機側,導致電機散熱差、溫升高。對于此類觀點,依據本公司實際的設計與應用狀況,做如下幾點說明:
        首先,電機溫升主要依賴于特定工況下的電機設計,筆者所在公司的一體式螺桿主機用永磁電機,是針對一體式結構和空壓行業的運行工況進行的特殊設計,如充裕的服務系數考慮,并經過了詳細的測試確認,不同于市場上運用的通用型永磁電機設計,實際運行時電機溫升狀況良好。對于直接將市場上通用型永磁電機的定、轉子直接安裝在螺桿機頭端部的組裝方式,建議進行比較詳盡的測試,以確認該永磁電機是否適合空壓機特定的結構和工況。圖1為一臺一體式螺桿主機在溫升平衡情況下的溫度分布。由圖可見,即使在溫度平衡條件下,電機端的外殼溫度也不過在40℃左右。

      永磁一體螺桿空壓主機技術應用分析

      永磁一體螺桿空壓主機技術應用分析 

        其次,對于螺桿主機本身,其壓縮空氣從吸氣端到排氣端,是一個壓力逐步增大的過程,相應的溫度也是一個逐步遞增的過程。通常狀況下,吸氣口的溫度接近氣溫,而控制排氣溫度的風機一般設定在大約85℃開啟,所以排氣端的油氣混合物溫度限定在85℃左右,所以電機端的溫度不應超過此值。
        圖3為一臺螺桿單機頭產品在溫升平衡情況下的溫度分布情況,排氣端最高溫度74.8℃,而電機端的最高溫度也僅有60℃左右。
        綜合以上分析可以看出,永磁電機直接安裝在螺桿機器的吸氣伸軸端,螺桿自身的溫升對電機的溫度影響并不大。所以,業內某些電機公司對該結構提出溫升高及永磁體的退磁問題,只是自己的臆斷,根本是沒有依據的討論。

      永磁一體螺桿空壓主機技術應用分析

      2、防護等級問題
        螺桿壓縮機應用于比較廣泛的場合,有些應用場合環境比較差,環境中粉塵、雜質比較多。如果螺桿空壓機自身的防護做的不到位,對于IP23防護等級的一體式螺桿主機,在吸風冷卻時,粉塵、雜質等容易隨著冷卻風進入電機內部,帶磁性的粉塵或雜質會吸附在永磁電機的轉子表面,累積到一定程度,會堵塞氣隙,最終導致電機無法運行。所以,針對特定的使用場合,本公司也設計了相應的產品,推出IP54防護等級的一體式螺桿主機,如圖4所示。

       永磁一體螺桿空壓主機技術應用分析

        該結構完全將冷卻風道移至電機外部,與市場上的IP54電機冷卻方式類同,但同時又秉承了本公司一體式螺桿主機無軸承結構的特點優勢。
      3、永磁一體機的維修保養問題
        對于永磁同步驅動的螺桿主機,其電機沒有軸承,在節約了2個點的效率損失的同時,結構上更加簡單。
        對于一臺常規結構的電機,產生維修概率最高的通常是電機軸承。從這一點分析看,永磁電機驅動的一體式螺桿機,沒有此類問題的維修考慮,趨于免維護,更加的綠色環保。對于永磁電機定轉子的更換,在一體式螺桿主機設計時,進行了充分考慮,拆卸方式非常簡單,易于操作,如圖5圖6所示。

       永磁一體螺桿空壓主機技術應用分析

       永磁一體螺桿空壓主機技術應用分析 

        本公司的永磁驅動一體式螺桿主機,其后端蓋子為一種專利結構。在設計時,考慮了兩種因素,其一是采用隔磁材料制作,在轉子通過時,與轉子不產生磁力影響;其二是尺寸設計,控制在轉子脫離配合主軸時,該后蓋充分起到導向保持作用。在以上兩種考慮下,永磁轉子的拆裝非常簡單方便。
      4、永磁一體機與控制的匹配問題
        永磁驅動一體式螺桿主機,在使用過程中,與控制的匹配經歷了選擇、磨合及相互調整,最終達到了比較理想的匹配。當前的市場是一個性能與成本同等競爭的環境,單一的追求性能或單一的追求低價,是無法俘獲用戶的青睞;诠P者所在公司的使用經驗,做以下兩方面的話題探討。
        其一是轉速的選擇:對于一體式螺桿主機,基于其調頻的控制因素、電機的無軸承結構因素,在電機轉速的設計上具備了更寬的選擇,各大廠家對于設計轉速高和設計轉速低,各執一詞。復盛空壓機|http://www.fsair.cn設計高轉速,從電機設計角度,可以獲得更高的電機效率,從使用角度,采用直驅聯接替代目前市場上的皮帶機,避免了皮帶結構帶來的一系列缺陷,如效率損失,節能約1-2%、皮帶壽命差,皮帶結構帶來的軸向力等。雖然螺桿一體機運行噪音相對于低速略高,但只要空壓機系統能做良好的隔音措施,影響并不大。設計低轉速,從電機的震動與噪音角度,應該比較低,但其缺陷主要是需要較大的機頭實現同等排氣量;
        其二是控制系統的選擇:目前空壓機行業競爭日趨激烈,對于永磁電機用變頻器功率選擇,希望也能實現與電機同檔。對于這樣的要求,變頻器廠家也在努力調整應對,但就這樣的要求,我們認為存在以下問題需要考慮。假設,一臺37kW的永磁電機驅動的空壓機,依據如下公式分析。在設計時,假設電壓取值為340V,設計的額定電流為74A,小于37kW變頻器的電流允許值,實現了同檔匹配的目的,但該機器安裝到客戶使用現場后,可能會出現如下情況。一種狀況:如該使用企業在用電高峰期,電網出現下差浮動,電機輸入電壓降低,要繼續維持37kW的輸出,只能采用提升電流來滿足,電流的長時間增加,最終導致變頻器保護,空壓機不能正常工作;另外一種狀況:當該空壓機使用了較長時間后,濾網壓差變大,提供同等空氣用量的情況下,電機功率增大,由于電壓沒有上升空間,只能通過電流的增加來實現,也會出現變頻器保護情況。在這里需要說明的一點,空壓機的使用是壓力恒定,而壓力體現在電機驅動上,為恒轉矩輸出。對于永磁電機,轉矩大致可以線性地對應到電流,所以當出現濾網的壓差過高時,對于同檔配置變頻器的情況,可能會出現因電流過高出現變頻器保護,而該故障是無法通過降低轉速來解決的。

      永磁一體螺桿空壓主機技術應用分析

        其中P——額定功率;37kW;
        U——電機輸入線電壓,由于變頻器存在壓降,依據變頻器不同,在電網電壓為380V時,該電壓通常在340V-350V。該值不是恒定值,還受電網浮動的影響,按照國家電網標準,電網允許下浮動7%,可能該電壓值會更低;
        I——額定電流,A;
        cosψ——功率因數,永磁電機的功率因數較高,通常在0.95-1;
        η——電機效率。
      5、期望
        永磁電機驅動的一體式螺桿主機,綠色、環保、節能,順應市場客戶的需要,是一種產品發展的進步。在其進入市場的過程中,大家應給予其更多的理解和期待,使其得到更好發展,走的更遠。

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