Тақырып: Ортадан тепкіш үрлеуіштердегі магниттік мойынтіректердің/жоғары жылдамдықты қозғалтқыш роторының нақты әлемдік қолданбаларының және өлшенген деректерінің толық интерпретациясы

Кіріспе

Өнеркәсіптік өндірісте үрлегіштер ағынды суларды тазарту, химия, цемент және қағаз сияқты салаларда негізгі энергия тұтынушылары болып табылады. Мысал ретінде ағынды суларды тазартуды алатын болсақ, үрлегіш энергияны тұтыну тазарту қондырғысының жалпы пайдалану шығындарының 50%-60% құрайды. Көптеген жылдар бойы өнеркәсіпте қолданылатын негізгі жабдық Roots үрлегіштері және дәстүрлі ортадан тепкіш үрлегіштер болды. Дегенмен, бұл құрылғыларда ұзын жетек тізбектері, жоғары механикалық үйкеліс және жоғары жұмыс шуы сияқты тән проблемалар бар, бұл энергия тиімділігін одан әрі жақсарту үшін өте шектеулі орын қалдырады.

Механикалық үйкелісті толығымен жоя отырып, үрлегіш роторды 'қалқымалы' ететін технология бар ма? Бұл магниттік мойынтірек / жоғары жылдамдықты қозғалтқыш технологиясымен берілген жауап. Бұл мақалада негізгі технологияға назар аударылады магниттік мойынтірек / жоғары жылдамдықты қозғалтқыш роторы центрифугалық үрлегіштерде оның өнімділігін жан-жақты талдау үшін нақты әлемде қолданылатын жағдайлармен және өлшенген деректермен біріктірілген.

I. Технологиялық инновация: роторды 'флоат' жасау

Магниттік мойынтіректері бар орталықтан тепкіш үрлегіштің негізгі дизайн тұжырымдамасын бір сөйлеммен қорытындылауға болады:  механикалық мойынтіректерді ауыстыру үшін электромагниттік күшті қолдану, ауада ілінген кезде ротордың айналуына мүмкіндік береді.

1.1 Негізгі құрылым

Магниттік мойынтіректері бар орталықтан тепкіш үрлегіш төрт негізгі негізгі құрамдас бөліктерден тұрады:  жоғары тиімді орталықтан тепкіш дөңгелегі, жоғары жылдамдықты тұрақты магнитті синхронды қозғалтқыш, белсенді магниттік тірек жүйесі және арнайы жиілік түрлендіргіші . Негізгі жаңалық магниттік мойынтіректердің және жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың біріктірілген дизайнында жатыр.

Дәстүрлі үрлегіштер көбінесе 'мотор + белдік/беріліс жылдамдығын арттыру + жұмыс дөңгелегі' көп сатылы беріліс құрылымын пайдаланады. Бұл әрқайсысы энергияның жоғалуын білдіретін бірнеше механикалық байланыс нүктелерін қамтиды. Керісінше, магнитті мойынтіректегі орталықтан тепкіш үрлеуші ​​роторды белсенді магнитті мойынтіректердің реттегіштерінде тігінен ілулі күйде, үрлеу дөңгелегін қозғалтқыш білігінің ұзартылған ұшына тікелей бекітеді.  Жылдамдықты арттырғыш немесе муфта қажет емес ; жоғары жылдамдықты қозғалтқыш дөңгелекті тікелей басқарады.

1.2 Белсенді магниттік мойынтіректердің бес дәрежелі еркіндік технологиясы

Ағымдағы негізгі өнімдер бес еркіндік дәрежесіндегі белсенді магниттік подшипник технологиясын пайдаланады. Жүйе нақты уақытта ротордың әр бағыттағы позициялық өзгерістерін анықтау үшін кірістірілген орын ауыстыру сенсорларын пайдаланады. Сигналдар есептеу және күшейту үшін контроллерге жіберіледі, ол электромагниттік күштің шамасын реттеу үшін басқару тогын шығарады, осылайша роторды белгіленген күйде дәл тұрақтандырады. Әдеттегі басқаруды жаңарту жиілігі  секундына 10 000 рет жетуі мүмкін , бұл ротордың орнын динамикалық және дәл түзетуге мүмкіндік береді.

болмағандықтан , үш негізгі техникалық артықшылықтарға қол жеткізіледі: 'нөлдік үйкеліс, нөлдік май ластануы, нөлдік тозу'.  физикалық байланыс  Ротор мен мойынтіректердің арасында Бұл білдіреді:

• Майлау майы қажет емес  – жеткізілетін ауа мүлдем таза, екіншілік ластануды жояды.

• Механикалық тозу жоқ  – жабдықтың қызмет ету мерзімі едәуір ұзарады.

• Техникалық қызмет көрсету айтарлықтай жеңілдетілген  – тек сүзгі материалдарын мерзімді ауыстыруды қажет етеді.

1.3 Жоғары жылдамдықты тұрақты магнитті синхронды қозғалтқыш – ротордың қуат өзегі

Ротордың тұрақты суспензиясы тек міндетті шарт болып табылады; сонымен қатар дөңгелекті жоғары жылдамдықпен айналдыру үшін күшті жетек қажет. Магниттік мойынтіректері бар орталықтан тепкіш үрлегіш  жоғары жылдамдықты тұрақты магнитті синхронды қозғалтқышты (PMSM) пайдаланады  , оның роторында көміртекті талшықты жеңмен оралған және қорғалған беткі тұрақты магниттер бар.

Неліктен көміртекті талшықты жеңді пайдалану керек? Себебі қарапайым: ротор 20 000 айн/мин асатын жылдамдықпен айналады, тұрақты магниттерді орасан зор орталықтан тепкіш күшке ұшыратады. Жоғары берік жең шектеуі болмаса, ротор оңай ыдырайды. Көміртекті талшықты материалдың тығыздығы төмен және өте жоғары беріктігі бар, бұл оны осы талапты қолдану үшін өте қолайлы етеді. Жұптастырылған сирек жер тұрақты магниттері жоғары магнит өрісінің энергиясын қамтамасыз етеді, бұл қозғалтқыштың жоғары жылдамдықта жоғары тиімділігін қамтамасыз етеді.

Қазіргі уақытта мұндай жоғары жылдамдықты PMSMs тиімділігі  96% немесе тіпті 97% жетуі мүмкін. дәстүрлі асинхронды қозғалтқыштардан әлдеқайда жоғары

II. Нақты әлемдегі қолданба сценарийлері

2.1 Ағынды суларды тазарту: энергияны үнемдеу және тұтынуды азайту үшін негізгі шайқас алаңы

Ағынды суларды тазарту магнитті мойынтіректері бар орталықтан тепкіш үрлегіштерді қолданудың ең үлкен саласы болып табылады, өйткені тазартудың биологиялық аэробты кезеңі үздіксіз ауыр аэрацияны қажет етеді, үрлегіштер жыл бойы тәулік бойы жұмыс істейді.

Тяньцзиньдегі  TEDA жаңа су көзі Батыс ағынды суларды тазарту зауытында ескі Roots үрлегіштері Yisheng Technology компаниясының жоғары тиімді энергияны үнемдейтін магнитті мойынтіректері бар орталықтан тепкіш үрлегіштермен ауыстырылды. Өлшенген деректер қайта жаңғыртудан кейін көрсетті. энергияны үнемдеу деңгейі 26,5%-ға жеткенін және шу 85 дБ-ден төмен түскенін .

Одан да маңызды оқиға Шэньси провинциясындағы жартылай жерасты ағынды суларды тазарту қондырғысынан келеді. Зауыт тәулігіне 20 000 тонна ағынды суды тазартады, үш YG75 және үш YG100 Yisheng магнитті мойынтіректері бар үрлегіштерді пайдалана отырып, бүкіл ағынды суларды тазарту процесіне терең кіреді. Аэрацияны дәл бақылау арқылы зауыт  тұнба ылғалдылығын 60%-дан төмен түсіруге, нөлдік ағынды суларды шығаруға және 100% қалпына келтірілген суды қайта пайдалануға қол жеткізді . Жоба нақты уақыт режимінде діріл, температура және ток сияқты негізгі жұмыс параметрлерін жинап, тексеру жүктемесін 50%-ға азайтатын 'Feixuan Cloud' IoT мониторинг платформасын пайдаланады.

2.2 Химия өнеркәсібі: үздіксіз жұмыс істеу шарттарын талап етеді

Химия өнеркәсібіндегі ауаны жеткізу талаптары жиі - жоғары ағын жылдамдығы мен жоғары қысымды ғана емес, сонымен қатар үздіксіз жұмыс сенімділігіне өте жоғары талаптарды қояды.

Мысалы, Шаньдун провинциясындағы шина зауытының көміртекті қара цехында бастапқы жану ауа үрлегіші 900 кВт көп сатылы орталықтан тепкіш желдеткіш болды. Оны Yisheng YG700 магнитті мойынтіректі үрлегішпен ауыстырғаннан кейін желдеткіш  100 кПа қысымда 400 м⊃3;/мин дәл шығыс береді. үздіксіз жұмыс істеу үшін 10 кВ жоғары вольтты қуат тарату жүйесімен сәйкес келетін Технологиялық талаптарды толығымен қанағаттандыра отырып, жұмыс қуаты 700 кВт-қа дейін төмендеді.

Басқа химиялық компанияның ағынды суларды аэрациялауды қайта жаңғырту жобасында бір магнитті мойынтіректі үрлегіш  38,2% қуат үнемдеуге қол жеткізді.  бірдей жұмыс жағдайында жыл сайын 975 000 кВт/сағ үнемдеп, СО₂ шығарындыларын 556,9 тоннаға азайтып, 2021 және 2024 жылдар аралығында тағы бір химиялық компания күкіртсіздендіру тотығу процестеріне арналған төрт магнитті мойынтіректі үрлегіштерді кезекпен орнатып, орташа жылдық жалпы қуатты үнемдеуге 1,67 миллион кВт/сағ және шығындарды 1,203 миллион юань үнемдеуге қол жеткізді,  орташа қуат үнемдеу көрсеткіші 30%-дан асады..

2.3 Цемент өнеркәсібі: шаңы жоғары ортадағы тұрақты өнімділік

Цемент зауыттарында шаңның жоғары деңгейі және үлкен жұмыс ауытқулары бар, бұл үрлегіштер үшін ауыр сынақ. Шаньдун провинциясындағы цемент зауыты қайта жөндеу кезінде магнитті мойынтіректері бар орталықтан тепкіш үрлеуді енгізгеннен кейін,  ауа ағынының 17%-ға артқанына қарамастан, ол 16,67% энергия үнемдеуге қол жеткізді , жыл сайын 259 200 кВт/сағ үнемдейді, сонымен қатар алаңдағы шуды айтарлықтай төмендетті.

III. Құрастырылған өлшенген деректер: магниттік мойынтіректердің үрлегіші шын мәнінде қанша үнемдейді?

Магниттік мойынтіректері бар орталықтан тепкіш үрлегіштердің нақты өнімділігін көрнекі түрде көрсету үшін біз әртүрлі салалардан өлшенген деректерді жинадық.

Кесте: Өнеркәсіптегі магниттік мойынтіректері бар ортадан тепкіш үрлегіштерді қолданудан алынған өлшенген деректер

Бұл жиынтық кесте айқын үлгіні көрсетеді:  Магнитті мойынтіректері бар орталықтан тепкіш үрлегіштер әртүрлі салаларда және жұмыс жағдайларында әдетте 20%-30% немесе одан да жоғары қуат үнемдеуге қол жеткізеді , жеке оңтайландырылған жағдайлары 38%-дан асады.

Айта кету керек, энергияны үнемдеу пайданың бір бөлігі ғана. Магниттік подшипниктік жабдық сонымен қатар  техникалық қызмет көрсету құнын айтарлықтай төмендетеді . Мысалы, шина зауытындағы көміртекті қара цехта техникалық қызмет көрсету шығындары 80%-ға төмендеді, бұл тек мерзімді сүзгіні өзгертуді қажет етеді. Дизайн мерзімі де айтарлықтай ұзартылды – дәстүрлі Roots үрлегіштері әдетте әр 1-2 жыл сайын күрделі жөндеуді қажет етеді, ал магнитті мойынтіректері бар үрлегіштердің жобалық мерзімі дейін болуы мүмкін. 20 жылға .

IV. Өлшенетін мәліметтерді терең талдау

4.1 Энергия үнемдеу эффектісін деконструкциялау: көп аспектілерден тиімділік арттыру

Магниттік мойынтіректері бар орталықтан тепкіш үрлегіштердің энергияны үнемдеу әсері бір фактордан емес, бірнеше технологиялардың жинақталуынан туындайды:

(1) Тікелей жетек құрылымы беріліс жоғалуларын болдырмайды.  Дәстүрлі Roots үрлегіштері тісті берілістерге немесе белдік жетектеріне сүйенеді, механикалық берілістің әрбір қадамы 3%-5% қуат жоғалтады. Магниттік мойынтіректі үрлегіштер қозғалтқыштан доңғалаққа тікелей жетекті пайдалана отырып, 100%-ға жуық қуат беру тиімділігіне қол жеткізеді – дәстүрлі беріліспен басқарылатын бір сатылы орталықтан тепкіш үрлеушілермен салыстырғанда шамамен 12% үнемдейді.

(2) Мотордың тиімділігі айтарлықтай жақсарды.  Жоғары жылдамдықты PMSMs 96%-97% тиімділікке қол жеткізе алады, ал дәстүрлі қозғалтқыштар ішінара жүктемелерде жиі 90% тиімділіктен төмен түседі. Қозғалтқыштың өзі осылайша тиімділіктің шамамен 7-10 пайыздық пунктін 'шығарады'. Мысалы, Nanjing CIGU Technology жабдығы 18 000-40 000 айн/мин номиналды жылдамдық диапазонында және 40-150 кВт қуат диапазонында жүйенің тұрақты тиімділігін сақтайды.

(3) Магниттік подшипниктер өте аз қуат тұтынады.  Белсенді магниттік мойынтіректердің қуат тұтынуы әдетте 1 кВт-тан төмен, ал салыстырмалы механикалық мойынтірек пен маймен майлау жүйесі жиі бірнеше есе тұтынады. CRRC Yongji Electric эксперименттік деректері оның магниттік мойынтіректері 22 000 айн/мин жылдамдықта тұрақты жұмыс істейтінін, мойынтіректердің қуат тұтынуы өте төмен деңгейде екенін көрсетеді.

(4) Үш өлшемді ағын дөңгелегін аэродинамикалық оңтайландыру.  Жоғары жылдамдықты орталықтан тепкіш дөңгелек үш өлшемді (3D) ағынды жобалау теориясын пайдаланады. Параметрлік оңтайландырудан кейін жұмыс дөңгелегі дәстүрлі жұмыс доңғалақтарына қарағанда әлдеқайда кең жоғары тиімділік диапазоны бар жұмыс нүктесінде 85%-ға дейін тиімділікке қол жеткізе алады. Бұл дизайн әртүрлі ауа ағыны жағдайында жоғары тиімділікті сақтайды, бұл оны ағынды суларды тазарту сияқты құбылмалы жүктемелері бар қолданбаларға әсіресе қолайлы етеді. CRRC өнімдері кең ауқымды жоғары тиімділікке қол жеткізу үшін осындай 3D ағыны жоғары тиімді дөңгелектерді пайдаланады.

Осы факторлардың үйлесімі дәстүрлі желдеткіштермен салыстырғанда жалпы жүйе тиімділігін 85%-дан астамға арттырады, жан-жақты энергия үнемдеу жылдамдығы 20%-30% диапазонында тұрақты.

4.2 Операциялық тұрақтылық деректері

Өнеркәсіптік жабдық үшін энергияны үнемдеу 'тұрақты' болуы бірдей маңызды. Мұнда сенімділікті көрсететін негізгі көрсеткіштер берілген:

• Дірілді басқару:  Магниттік мойынтіректердің діріл деңгейі дәстүрлі мойынтіректерге қарағанда кішірек. Қалыпты жұмыс кезінде дірілдің ауырлығын 0,5 мм/с шегінде басқаруға болады. Жүйе өзін-өзі теңестіру технологиясын және белсенді дірілді азайту дизайнын пайдаланады, нәтижесінде дене дірілі өте төмен болады.

• Зияткерлік бақылау:  Жабдық нақты уақыт режимінде ондаған параметрлерді, соның ішінде ауа ағынын, қысымды, мойынтірек температурасын, орама температурасын және ротор орбитасын бақылайтын интеллектуалды басқару жүйесімен жабдықталған. Ол бірнеше жұмыс режимдерін (тұрақты ағын, тұрақты жылдамдық, тұрақты қысым) және бірнеше басқару әдістерін (жергілікті, орталық басқару, сымсыз) қолдайды.

•  Ток соғудың алдын алу:  Магниттік мойынтіректі үрлегіштер кернеуді болжау және кернеуге қарсы функциялармен жабдықталған. Тым төмен кіріс қысымы немесе жылдамдықтың кенет төмендеуі сияқты тұрақсыз жағдайларда жүйе жабдықтың қауіпсіздігін тиімді қорғай отырып, автоматты түрде реттеледі. Аномалиялар анықталған кезде, жүйе автоматты түрде ескертеді және жылдамдық пен ауа ағынын реттейді.

• Электр қуатын өшіруден қорғау:  Жабдық қосалқы мойынтіректермен және өздігінен жұмыс істейтін электр қуатын өшірудің резервтік жүйесімен жабдықталған. Күтпеген жерден электр қуаты өшіп қалған жағдайда, ол роторды әлі де ілулі күйде ұстап, жылдамдықтың төмендеуіне байланысты мойынтіректердің зақымдалуын болдырмайды.

V. Болашаққа болжам

Магниттік подшипниктер/жоғары жылдамдықты қозғалтқыш роторы технологиясындағы серпіліс орталықтан тепкіш үрлегіштерді 'механикалық беріліс дәуірінен' 'электромагниттік тікелей жетек дәуіріне' ауыстырды. Өнеркәсіптік деректерге сәйкес, жаһандық өнеркәсіптік магниттік мойынтіректерді үрлегіштер нарығының кірісі шамамен болды 

2032 жылға қарай 1,292 млрд, жылдық күрделі өсу қарқыны (CAGR) шамамен 16,2% құрайды. Қытай нарығы да қарқынды өсуде. Магниттік мойынтіректері бар орталықтан тепкіш үрлегіштер энергияны көп тұтынатын бірнеше секторларда кең ауқымды қолдануға қол жеткізді және 'Өнеркәсіптік және ақпараттық технологиялар саласындағы энергияны үнемдеу және көміртекті азайту технологиялары мен жабдықтардың ұсыныстар каталогына (2025 жылғы басылым)' енгізілген.

CRRC Yongji Electric сияқты отандық кәсіпорындар жоғары жылдамдықты магниттік мойынтірек роторының дизайнын, көміртекті талшықты жеңді қолдануды және белсенді магниттік мойынтіректерді біріктіруді қоса алғанда, негізгі технологияларда жетістіктерге жетті. Олардың өнімдері қозғалтқыштың тиімділігі 96% -дан асатын 22 000 айн / мин жылдамдыққа қол жеткізе алады. Yisheng Technology, Tianrui Heavy Industry және Nanjing CIGU Technology сияқты компаниялар да өз салаларында магнитті мойынтіректердің үрлегіштерін инженерлік орналастыруды үздіксіз дамытады.

'Қос көміртекті' стратегиясы ілгерілеген сайын магнитті мойынтірек / жоғары жылдамдықты қозғалтқыш технологиясы ағынды суларды тазарту, химиялық және цементтегі дәстүрлі бекіністерден түтін газдарын күкіртсіздандыру, биологиялық ашыту және минералды флотация сияқты кең өнеркәсіптік сценарийлерге дейін кеңейіп, өнеркәсіптік энергияны үнемдеу және көміртекті азайту үшін маңызды күшке айналады деп күтілуде.

Қорытынды

Магниттік мойынтіректерді / жоғары жылдамдықты қозғалтқыш роторын орталықтан тепкіш үрлегіштерде қолдану өзінің құндылығын бірқатар өлшенген деректермен дәлелдеді – 20%-38% энергия үнемдеу, техникалық қызмет көрсету шығындарының 80% төмендеуі, 20 жылға дейінгі дизайн мерзімі және 80 дБ төмен шу деңгейі. Бұл сандардың артында 'нөлдік үйкеліс, нөлдік май, нөлдік тозу' техникалық тұжырымдамасының сәтті жүзеге асырылуы жатыр.

Жабдықтарды жаңартуға және энергияны үнемдейтін қайта жаңартуға ұмтылатын өнеркәсіптік кәсіпорындар үшін магнитті мойынтіректері бар орталықтан тепкіш үрлеу тек қуатты үнемдейтін машина емес; бұл жалпы өмірлік циклдің операциялық шығындарын азайтатын жүйелік шешім. Энергия құнының өсуінің бүгінгі дәуірінде оның өтелу мерзімі барған сайын қысқаруда – Нинбо Ванхуа жобасындағы 3,4 жылдан Ningbo Mitsubishi Chemical жобасындағы 1,9 жылға дейін. Нақты жағдайларға сүйене отырып, экономиканы есептеуге тұрарлық.