Վերնագիր. Իրական աշխարհի կիրառությունների ամբողջական մեկնաբանություն և մագնիսական առանցքակալի / բարձր արագությամբ շարժիչի ռոտորի չափված տվյալները կենտրոնախույս փչակներում

Ներածություն

Արդյունաբերական արտադրության մեջ փչակները էներգիայի հիմնական սպառողներն են այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են կեղտաջրերի մաքրումը, քիմիական, ցեմենտը և թուղթը: Որպես օրինակ վերցնելով կեղտաջրերի մաքրումը, օդորակիչի էներգիայի սպառումը կազմում է մաքրման կայանի ընդհանուր գործառնական ծախսերի 50%-60%-ը: Երկար տարիներ արդյունաբերության մեջ օգտագործվող հիմնական սարքավորումները եղել են Roots փչակները և ավանդական կենտրոնախույս փչակները: Այնուամենայնիվ, այս սարքերը ունեն բնորոշ խնդիրներ, ինչպիսիք են երկար շարժիչ շղթաները, բարձր մեխանիկական շփումը և բարձր աշխատանքային աղմուկը, ինչը շատ սահմանափակ տեղ է թողնում էներգաարդյունավետության հետագա բարելավման համար:

Կա՞ տեխնոլոգիա, որը կարող է փչակի ռոտորը դարձնել «լողացող»՝ ամբողջությամբ վերացնելով մեխանիկական շփումը: Սա հենց պատասխանն է, որը տրվում է մագնիսական առանցքակալների / բարձր արագությամբ շարժիչի տեխնոլոգիայի կողմից: Այս հոդվածը կենտրոնանում է հիմնական տեխնոլոգիայի վրա մագնիսական առանցքակալ / բարձր արագությամբ շարժիչի ռոտոր , որը զուգորդվում է իրական աշխարհի կիրառման դեպքերի և չափված տվյալների հետ՝ կենտրոնախույս փչակներում դրա կատարողականությունը համապարփակ վերլուծելու համար:

I. Տեխնոլոգիական նորարարություն. ռոտորի պատրաստում 'բոց'

Մագնիսական առանցքակալով կենտրոնախույս փչակի հիմնական նախագծման հայեցակարգը կարելի է ամփոփել մեկ նախադասությամբ.  Օգտագործելով էլեկտրամագնիսական ուժ՝ մեխանիկական առանցքակալները փոխարինելու համար, ինչը թույլ է տալիս ռոտորին պտտվել օդում կախված վիճակում:

1.1 Հիմնական կառուցվածքը

Մագնիսական առանցքակալով կենտրոնախույս փչակը բաղկացած է չորս հիմնական բաղադրիչներից՝  բարձր արդյունավետության կենտրոնախույս շարժիչ, բարձր արագությամբ մշտական ​​մագնիսական համաժամանակյա շարժիչ, ակտիվ մագնիսական կրող համակարգ և հատուկ հաճախականության փոխարկիչ : Հիմնական նորարարությունը մագնիսական առանցքակալների և բարձր արագությամբ շարժիչի ինտեգրված դիզայնն է:

Ավանդական փչակները հիմնականում օգտագործում են «շարժիչ + գոտի/փոխանցման արագության բարձրացում + շարժիչ» փոխանցման բազմաստիճան կառուցվածք: Սա ներառում է բազմաթիվ մեխանիկական շփման կետեր, որոնցից յուրաքանչյուրը ներկայացնում է էներգիայի կորուստ: Ի հակադրություն, մագնիսական առանցքակալով կենտրոնախույս փչակը ուղղակիորեն ամրացնում է օդափոխիչի շարժիչը շարժիչի լիսեռի երկարացված ծայրի վրա, իսկ ռոտորը ուղղահայաց կախված է ակտիվ մագնիսական առանցքակալների կարգավորիչների վրա:  Արագության բարձրացման կամ միացման կարիք չկա . արագընթաց շարժիչը ուղղակիորեն քշում է շարժիչը:

1.2 Հինգ աստիճանի ազատության ակտիվ մագնիսական կրող տեխնոլոգիա

Ընթացիկ հիմնական արտադրանքները օգտագործում են հինգ աստիճանի ազատության ակտիվ մագնիսական կրող տեխնոլոգիա: Համակարգն օգտագործում է ներկառուցված տեղաշարժման սենսորներ՝ իրական ժամանակում յուրաքանչյուր ուղղությամբ ռոտորի դիրքային փոփոխությունները հայտնաբերելու համար: Ազդանշաններն ուղարկվում են վերահսկիչ՝ հաշվարկման և ուժեղացման համար, որը ելնում է հսկիչ հոսանքը՝ էլեկտրամագնիսական ուժի մեծությունը կարգավորելու համար՝ դրանով իսկ ճշգրիտ կայունացնելով ռոտորը սահմանված դիրքում: Տիպիկ կառավարման թարմացման հաճախականությունը կարող է հասնել  վայրկյանում 10,000 անգամ , ինչը հնարավորություն է տալիս ռոտորի դիրքի դինամիկ և ճշգրիտ շտկմանը:

Քանի որ , ձեռք են բերվել երեք հիմնական տեխնիկական առավելություններ. «զրոյական շփում, զրոյական յուղի աղտոտում, զրոյական մաշվածություն»:  ֆիզիկական շփում չկա  ռոտորի և առանցքակալների միջև Սա նշանակում է.

• Ոչ մի քսայուղ չի պահանջվում  . առաքվող օդը բացարձակապես մաքուր է՝ վերացնելով երկրորդական աղտոտումը:

• Մեխանիկական մաշվածություն չկա  . սարքավորումների ծառայության ժամկետը մեծապես երկարաձգվում է:

• Սպասարկումը մեծապես պարզեցված է  . պահանջվում է միայն զտիչի պարբերական փոխարինում:

1.3 Բարձր արագությամբ մշտական ​​մագնիս համաժամանակյա շարժիչ – ռոտորի ուժային միջուկը

Ռոտորի կայուն կասեցումը միայն նախապայմանն է. այն նաև հզոր շարժիչ է պետք՝ շարժիչը բարձր արագությամբ պտտելու համար: Մագնիսական առանցքակալով կենտրոնախույս փչակը օգտագործում է  բարձր արագությամբ մշտական ​​մագնիս համաժամանակյա շարժիչ (PMSM)  , որի ռոտորն ունի մակերևույթի վրա տեղադրված մշտական ​​մագնիսներ, որոնք փաթաթված և պաշտպանված են ածխածնային մանրաթելային թևով:

Ինչու՞ օգտագործել ածխածնի մանրաթելից թև: Պատճառը պարզ է. ռոտորը պտտվում է 20000 պտ/րոպից ավելի արագությամբ՝ մշտական ​​մագնիսներին ենթարկելով հսկայական կենտրոնախույս ուժի: Առանց բարձր ամրության թևի զսպման, ռոտորը հեշտությամբ կքայքայվի: Ածխածնային մանրաթելային նյութն ունի ցածր խտություն և չափազանց բարձր ամրություն, ինչը այն դարձնում է իդեալական այս պահանջկոտ կիրառման համար: Հազվագյուտ հողերի մշտական ​​մագնիսները ապահովում են մագնիսական դաշտի բարձր էներգիա՝ ապահովելով շարժիչի բարձր արդյունավետությունը բարձր արագության դեպքում:

Ներկայումս նման արագընթաց PMSM-ների արդյունավետությունը կարող է հասնել  96%-ի կամ նույնիսկ ավելի քան 97%-ի  , ինչը շատ ավելի բարձր է ավանդական ինդուկցիոն շարժիչներից:

II. Իրական աշխարհի կիրառման սցենարներ

2.1 Կեղտաջրերի մաքրում. հիմնական մարտադաշտը էներգիայի խնայողության և սպառման կրճատման համար

Կեղտաջրերի մաքրումը մագնիսական կրող կենտրոնախույս փչակների կիրառման ամենամեծ տարածքն է, քանի որ մաքրման կենսաբանական աերոբային փուլը պահանջում է շարունակական ծանր օդափոխում, երբ փչակները աշխատում են 24/7 ամբողջ տարին:

հին  Tianjin TEDA New Water Source West Կեղտաջրերի մաքրման կայանում Roots փչակները փոխարինվել են Yisheng Technology-ի բարձր արդյունավետությամբ էներգախնայող մագնիսական կրող կենտրոնախույս փչակներով: Չափված տվյալները ցույց են տվել, որ վերազինումից հետո  էներգախնայողության մակարդակը հասել է 26,5%-ի, իսկ աղմուկը իջել է 85 դԲ-ից ցածր:.

Նույնիսկ ավելի ներկայացուցչական դեպքը գալիս է Շանսի նահանգի կիսաստորգետնյա կեղտաջրերի մաքրման կայանից: Գործարանը մաքրում է օրական 20,000 տոննա կեղտաջրեր՝ օգտագործելով երեք YG75 և երեք YG100 Yisheng մագնիսական կրող փչակներ, որոնք խորապես ինտեգրված են կեղտաջրերի մաքրման ողջ գործընթացին: Օդափոխման ճշգրիտ հսկողության միջոցով կայանը հասել է  տիղմի խոնավության 60%-ից ցածր պարունակություն, կեղտաջրերի զրոյական արտահոսք և 100% վերականգնված ջրի վերաօգտագործում : Նախագիծն օգտագործում է «Feixuan Cloud» IoT մոնիտորինգի հարթակը, որն իրական ժամանակում հավաքում է հիմնական գործառնական պարամետրերը, ինչպիսիք են թրթռումը, ջերմաստիճանը և հոսանքը՝ նվազեցնելով ստուգման ծանրաբեռնվածությունը 50%-ով:

2.2 Քիմիական արդյունաբերություն. շարունակական շահագործման պայմաններ պահանջող

Քիմիական արդյունաբերության մեջ օդի մատակարարման պահանջները հաճախ ավելի խիստ են՝ ոչ միայն բարձր հոսքի արագություն և բարձր ճնշում, այլև շարունակական շահագործման հուսալիության շատ բարձր պահանջներ:

Օրինակ, Շանդուն նահանգի անվադողերի գործարանի ածխածնի սև արտադրամասում այրման օդի սկզբնական օդափոխիչը 900 կՎտ հզորությամբ բազմաստիճան կենտրոնախույս օդափոխիչ էր: Այն Yisheng YG700 մագնիսական կրող փչակով փոխարինելուց հետո օդափոխիչը ապահովում է  400 մ⊃3;/րոպե ճշգրիտ ելք 100 կՊա ճնշման դեպքում , որը համընկնում է 10 կՎ բարձր լարման բաշխման համակարգի հետ՝ շարունակական աշխատանքի համար: Մինչև գործընթացի պահանջները լիովին բավարարելը, գործառնական հզորությունը իջավ մինչև 700 կՎտ:

Մեկ այլ քիմիական ընկերության կեղտաջրերի օդափոխության վերազինման նախագծում մեկ մագնիսական առանցքակալով փչակն ապահովել է  էներգախնայողության մակարդակը 38,2%  նույն աշխատանքային պայմաններում՝ տարեկան խնայելով 975,000 կՎտժ և նվազեցնելով CO₂ արտանետումները 556,9 տոննայով: 2021-ից 2024 թվականների ընթացքում մեկ այլ քիմիական ընկերություն հաջորդաբար տեղադրեց չորս մագնիսական կրող փչակներ՝ ծծմբաթափման օքսիդացման գործընթացների համար՝ հասնելով տարեկան միջին ընդհանուր էներգիայի խնայողության 1,67 միլիոն կՎտժ և ծախսերի խնայողության՝ 1,203 միլիոն RMB-ի, իսկ  միջին էներգիայի խնայողության մակարդակը գերազանցում է 30%-ը:.

2.3 Ցեմենտի արդյունաբերություն. կայուն արդյունավետություն բարձր փոշու միջավայրում

Ցեմենտ գործարաններն ունեն փոշու բարձր մակարդակ և աշխատանքային մեծ տատանումներ, ինչը ծանր փորձություն է փչակների համար: Այն բանից հետո, երբ Շանդուն նահանգում ցեմենտի գործարանը վերազինում է մագնիսական առանցքակալով կենտրոնախույս փչակը, այն հասավ  16,67% էներգիայի խնայողության՝ չնայած օդի հոսքի 17% աճին , տարեկան խնայելով մոտ 259,200 կՎտժ՝ տեղում աղմուկի նկատելի նվազմամբ:

III. Կազմված չափված տվյալներ. Որքա՞ն է իրականում խնայում մագնիսական կրող փչակը:

Մագնիսական կրող կենտրոնախույս փչակների իրական աշխատանքը տեսողականորեն ցուցադրելու համար մենք հավաքել ենք չափված տվյալներ տարբեր ոլորտներից:

Աղյուսակ. Չափված տվյալներ մագնիսական կրող կենտրոնախույս փչակներից արդյունաբերության մեջ

Այս ամփոփ աղյուսակը բացահայտում է հստակ օրինաչափություն.  մագնիսական առանցքակալներով կենտրոնախույս փչակներն ընդհանուր առմամբ հասնում են 20%-30% կամ ավելի էներգիայի խնայողության տարբեր ոլորտներում և գործառնական պայմաններում , իսկ անհատական ​​օպտիմիզացված դեպքերը գերազանցում են 38%-ը:

Հարկ է նշել, որ էներգիայի խնայողությունը միայն օգուտի մի մասն է: Մագնիսական կրող սարքավորումը բերում է նաև  պահպանման ծախսերի զգալի կրճատում : Օրինակ, անվադողերի գործարանի ածխածնային սև արտադրամասում սպասարկման ծախսերը նվազել են 80%-ով, ինչը պահանջում է միայն ֆիլտրի պարբերական փոփոխություններ: Դիզայնի ժամկետը նույնպես զգալիորեն երկարաձգվում է. ավանդական Roots փչակները սովորաբար պահանջում են հիմնովին վերանորոգում յուրաքանչյուր 1-2 տարին մեկ, մինչդեռ մագնիսական կրող փչակները կարող են ունենալ մինչև  20 տարի նախագծման ժամկետ:.

IV. Չափված տվյալների խորը վերլուծություն

4.1 Էներգախնայողության էֆեկտի ապակառուցում. արդյունավետության ձեռքբերումներ բազմաթիվ ասպեկտներից

Մագնիսական կրող կենտրոնախույս փչակների էներգախնայողության ազդեցությունը բխում է ոչ թե մեկ գործոնից, այլ բազմաթիվ տեխնոլոգիաների կուտակումից.

(1) Ուղղակի շարժիչ կառուցվածքը վերացնում է փոխանցման կորուստները:  Ավանդական Roots փչակները հիմնվում են շարժակների կամ գոտիների շարժիչների վրա, մեխանիկական փոխանցման յուրաքանչյուր քայլ կրում է էներգիայի 3%-5% կորուստ: Մագնիսական առանցքակալներով փչակներն օգտագործում են ուղիղ շարժիչ շարժիչից դեպի շարժիչ՝ հասնելով մոտ 100% էներգիայի փոխանցման արդյունավետության՝ խնայելով մոտավորապես 12%՝ համեմատած ավանդական փոխանցման շարժիչով միաստիճան կենտրոնախույս փչակների հետ:

(2) Շարժիչի արդյունավետությունը զգալիորեն բարելավվել է:  Բարձր արագությամբ PMSM-ները կարող են հասնել 96%-97% արդյունավետության, մինչդեռ ավանդական շարժիչները հաճախ ընկնում են 90% արդյունավետությունից մասնակի բեռների դեպքում: Այդպիսով, շարժիչն ինքն է «արդյունահանում» մոտ 7-10 տոկոսային կետի արդյունավետության բարձրացում: Օրինակ, Nanjing CIGU Technology-ի սարքավորումները պահպանում են համակարգի կայուն արդյունավետությունը 18,000-40,000 rpm գնահատված արագության միջակայքում և 40-150 կՎտ հզորության միջակայքում:

(3) Մագնիսական առանցքակալները շատ քիչ էներգիա են սպառում:  Ակտիվ մագնիսական առանցքակալների էներգիայի սպառումը սովորաբար 1 կՎտ-ից ցածր է, մինչդեռ համեմատելի մեխանիկական առանցքակալը և նավթի քսման համակարգը հաճախ սպառում է մի քանի անգամ: CRRC Yongji Electric-ի փորձարարական տվյալները ցույց են տալիս, որ նրա մագնիսական առանցքակալները կայուն են աշխատում 22000 պտույտ/րոպեում, իսկ առանցքակալների էներգիայի սպառումը պահվում է շատ ցածր մակարդակի վրա:

(4) Եռաչափ հոսքի շարժիչի աերոդինամիկական օպտիմալացում:  Բարձր արագությամբ կենտրոնախույս շարժիչը օգտագործում է եռաչափ (3D) հոսքի նախագծման տեսություն: Պարամետրային օպտիմիզացումից հետո շարժիչը կարող է հասնել մինչև 85% արդյունավետության իր աշխատանքային կետում՝ շատ ավելի լայն բարձր արդյունավետության աշխատանքային տիրույթով, քան ավանդական շարժիչները: Այս դիզայնը պահպանում է բարձր արդյունավետությունը տարբեր օդային հոսքի պայմաններում, ինչը հատկապես հարմար է դարձնում այն ​​տատանվող բեռների կիրառման համար, ինչպիսին է կեղտաջրերի մաքրումը: ՀՌԿԿ-ի արտադրանքներում օգտագործվում են նման 3D հոսքի բարձր արդյունավետությամբ շարժիչներ՝ լայնածավալ բարձր արդյունավետությամբ շահագործման հասնելու համար:

Այս գործոնների համակցությունը մեծացնում է համակարգի ընդհանուր արդյունավետությունը ավելի քան 85%-ով, համեմատած ավանդական օդափոխիչների հետ՝ էներգախնայողության համապարփակ գործակիցը կայուն է 20%-30% միջակայքում:

4.2 Գործառնական կայունության տվյալներ

Արդյունաբերական սարքավորումների համար նույնքան կարևոր է, թե արդյոք էներգիայի խնայողությունները «կայուն» են: Ահա հուսալիությունը արտացոլող հիմնական ցուցանիշները.

• Վիբրացիայի կառավարում.  Մագնիսական առանցքակալների թրթռման մակարդակը մեծության կարգով ավելի փոքր է, քան ավանդական առանցքակալները: Սովորական շահագործման դեպքում թրթռումների խստությունը կարող է վերահսկվել 0,5 մմ/վրկ-ի սահմաններում: Համակարգն օգտագործում է ինքնահավասարակշռման տեխնոլոգիա և ակտիվ թրթռումների նվազեցման դիզայն, ինչը հանգեցնում է մարմնի չափազանց ցածր թրթռման:

• Խելացի մոնիտորինգ.  Սարքավորումը հագեցած է խելացի կառավարման համակարգով, որը վերահսկում է տասնյակ պարամետրեր իրական ժամանակում, ներառյալ օդի հոսքը, ճնշումը, կրող ջերմաստիճանը, ոլորման ջերմաստիճանը և ռոտորի ուղեծիրը: Այն աջակցում է մի քանի գործառնական ռեժիմների (մշտական ​​հոսք, մշտական ​​արագություն, մշտական ​​ճնշում) և կառավարման բազմաթիվ մեթոդներ (տեղական, կենտրոնական հսկողություն, անլար):

•  Լիցքաթափման կանխարգելում.  Մագնիսական կրող փչակները հագեցված են ալիքների կանխատեսման և հակահաճախական գործառույթներով: Անկայուն պայմաններում, ինչպիսիք են չափազանց ցածր մուտքային ճնշումը կամ արագության հանկարծակի անկումը, համակարգը ավտոմատ կերպով կարգավորվում է՝ արդյունավետորեն պաշտպանելով սարքավորումների անվտանգությունը: Երբ հայտնաբերվում են անոմալիաներ, համակարգը ավտոմատ կերպով նախազգուշացնում և կարգավորում է արագությունը և օդի հոսքը, որպեսզի խուսափի բարձրացման շրջան մտնելուց:

• Էլեկտրաէներգիայի խափանումների պաշտպանություն.  Սարքավորումը հագեցած է օժանդակ առանցքակալներով և ինքնասնուցմամբ հոսանքազրկման պահուստային համակարգով: Էլեկտրաէներգիայի անսպասելի անջատման դեպքում այն ​​կարող է դեռևս պահել ռոտորը կախված վիճակում՝ կանխելով առանցքակալների վնասը՝ արագության քայքայման պատճառով:

V. Ապագա հեռանկար

Մագնիսական առանցքակալների / բարձր արագությամբ շարժիչի ռոտորի տեխնոլոգիայի առաջընթացը կենտրոնախույս փչակները տեղափոխել է «մեխանիկական փոխանցման դարաշրջանից» դեպի «էլեկտրամագնիսական ուղիղ շարժիչի դարաշրջան»: Համաձայն արդյունաբերության տվյալների, համաշխարհային արդյունաբերական մագնիսական առանցքակալների փչակների շուկայի եկամուտը մոտավորապես կազմել է 

1,292 միլիարդ մինչև 2032 թվականը, բաղադրյալ տարեկան աճի տեմպերով (CAGR) մոտ 16,2%: Չինական շուկան նույնպես ուժեղ աճ է ցույց տալիս։ Մագնիսական կրող կենտրոնախույս փչակներն արդեն հասել են լայնածավալ կիրառման մի քանի բարձր էներգիա սպառող ոլորտներում և ներառվել են «Ազգային արդյունաբերական և տեղեկատվական տեխնոլոգիաների ոլորտի էներգիայի խնայողության և ածխածնի նվազեցման տեխնոլոգիաների և սարքավորումների առաջարկությունների կատալոգում (2025թ. հրատարակություն)»:

Ներքին ձեռնարկությունները, ինչպիսիք են CRRC Yongji Electric-ը, առաջընթաց են գրանցել հիմնական տեխնոլոգիաներում, ներառյալ բարձր արագությամբ մագնիսական առանցքակալների ռոտորի դիզայնը, ածխածնային մանրաթելերի թևի կիրառումը և ակտիվ մագնիսական առանցքակալների ինտեգրումը: Նրանց արտադրանքը կարող է հասնել մինչև 22000 պտ/րոպ արագություն, իսկ շարժիչի արդյունավետությունը գերազանցում է 96%-ը: Ընկերությունները, ինչպիսիք են Yisheng Technology-ը, Tianrui Heavy Industry-ն և Nanjing CIGU Technology-ն, նույնպես շարունակաբար խթանում են իրենց համապատասխան ոլորտներում մագնիսական կրող փչակների ինժեներական տեղակայումը:

Քանի որ «երկակի ածխածնի» ռազմավարությունը զարգանում է, ակնկալվում է, որ մագնիսական առանցքակալների / բարձր արագությամբ շարժիչի տեխնոլոգիան կեղտաջրերի մաքրման, քիմիական և ցեմենտի ավանդական հենակետերից կընդլայնվի դեպի ավելի լայն արդյունաբերական սցենարներ, ինչպիսիք են ծխատար գազերի ապածծմբացում, կենսաբանական խմորում և հանքային ֆլոտացիա՝ դառնալով արդյունաբերական էներգիայի խնայողության և ածխածնի նվազեցման կարևոր ուժ:

Եզրակացություն

Մագնիսական առանցքակալի / բարձր արագությամբ շարժիչի ռոտորի կիրառումը կենտրոնախույս փչակներում ապացուցել է իր արժեքը մի շարք չափված տվյալների միջոցով՝ 20%-38% էներգախնայողություն, 80% կրճատում սպասարկման ծախսեր, մինչև 20 տարի նախագծման ժամկետ և 80 դԲ-ից ցածր աղմուկի մակարդակ: Այս թվերի հետևում թաքնված է «զրոյական շփում, զրո յուղ, զրոյական մաշվածություն» տեխնիկական հայեցակարգի հաջող իրականացումը։

Արդյունաբերական ձեռնարկությունների համար, ովքեր փնտրում են սարքավորումների արդիականացում և էներգախնայող վերազինում, մագնիսական առանցքակալով կենտրոնախույս փչակը պարզապես ավելի էներգաարդյունավետ մեքենա չէ. դա համակարգային լուծում է, որը նվազեցնում է կյանքի ցիկլի ընդհանուր ծախսերը: Էներգիայի ծախսերի աճի այսօրվա դարաշրջանում դրա վերադարձի ժամկետը գնալով ավելի կարճ է դառնում՝ 3,4 տարուց Ningbo Wanhua նախագծում մինչև 1,9 տարի Ningbo Mitsubishi Chemical նախագծում: Հիմնվելով իրական աշխարհի դեպքերի վրա՝ արժե հաշվարկել տնտեսագիտությունը: