寇得領 梅黎峰 張傲雪
摘 要：文章詳細介紹了磁懸浮離心鼓風機結構組成、運行原理以及設備優缺點，與常見的羅茨風機和離心風機進行了性能比較。在此基礎上，介紹了磁懸浮離心鼓風機在山東某水泥廠風機改造中的應用，通過改造，設備運轉平穩，節能效果明顯，現場噪音明顯下降，在風量提高17%的情況下，節能16.67%，每年節電近259200 kWh。
關鍵詞：磁懸浮離心鼓風機；節能降耗；羅茨風機；離心風機
0 前言
目前水泥行業環保形勢日趨嚴峻，將粉塵排放量控制在達標數值非常重要。在這過程中還要考慮到各類型設備的能耗問題，其中風機作為水泥廠高耗能中一員，其節能減耗勢在必行。然而應用多年 的羅茨風機、多級離心風機、單級離心風機在此已經遇到瓶頸，需要更為節能的風機來推動綠色環保，而近期兩年內大熱的磁懸浮離心鼓風機為解決這一問題提供了思路。
1 磁懸浮離心鼓風機介紹
1.1 原理
磁懸浮離心鼓風機是采用磁懸浮軸承的透平設備的一種。其主要結構是鼓風機葉輪直接安裝在電機軸延伸端上，而轉子被垂直懸浮于主動式磁性軸承控制器上，不需要增速器及聯軸器，實現由高速電 機直接驅動，由變頻器來調速的單級高速離心鼓風機。該類風機采用一體化設計，其高速電機、變頻器、磁性軸承控制系統和微處理控制盤等均采用一體設計和集成，其核心是磁懸浮軸承和永磁電機技術，結構示意圖見圖1。
磁懸浮軸承的功能是實現轉軸懸浮。它通過內置的位置傳感器檢測轉軸的位置信號，將此信號送入磁懸浮軸承控制器進行調理、運算和放大得到控制電流，再將該控制電流輸入磁軸承，產生對轉子可控的吸力，從而實現轉軸的懸浮。
同步永磁電機的功能是驅動轉子軸的旋轉。它通過變頻電源產生頻率可調的交變電流，將此交變電流輸入電機定子即產生旋轉磁場，帶動轉軸高速旋轉。
風機的功能是實現鼓風。隨轉軸一同做高速旋轉的葉輪帶動空氣從渦殼的進氣口進入，空氣在蝸殼的導向與增壓作用下成為具有一定流速與壓力的氣體，臨末從渦殼的出氣口鼓出，這就實現了風機的鼓風。
1.2 磁懸浮離心鼓風機的結構
磁懸浮離心鼓風機的主要部件包括高效離心葉輪、磁懸浮軸承、同步永磁電機和專用變頻器四部分。
（1）高速離心葉輪。葉輪采用三元流動理論設計及參數優化，使葉輪效率化，工作區域廣；其材質采用高強度鍛鋁或鈦合金，抗變形能力強；經過數控加工中心精密加工而成，防腐性能更好。經過國家流體實驗室專家測得葉輪工作點效率可達85%，見圖2。
（2）高速永磁同步電機。在電機的主軸上安裝永磁鐵，保證主軸磁性。電機的定子硅鋼片纏繞的線圈，產生震蕩磁力，在運轉過程中轉速和震蕩磁場保持一致，實現同步。永磁電動機采用磁懸浮軸承，具有無機械摩擦、低噪音、低振動以及壽命長的特點，轉速可達50 000 r/min，見圖3。
（3）磁懸浮軸承。通過可控的電磁吸力使轉軸穩定地懸浮，在旋轉過程中轉軸不受任何機械阻力，因此效率高、無磨損、無需維護、無需潤滑油、沽出的空氣也絕不含油，見圖4。
（4）電機智能控制系統。磁懸浮鼓風機一般采用無矢量變頻控制，用調節頻率的方法來控制永磁電機的旋轉，進而控制鼓風機的流量，滿足各種工況使用。智能控制系統可以預測喘振和實現就地控制，且設備安裝了GPRS系統可以實現遠程監控和數據傳輸。
1.3 磁懸浮鼓風機的優點
（1）高效率、節能。采用自主設計的高效離心葉輪、高效同步永磁電機驅動和無接觸式磁懸浮軸承技術，與傳統的容積式羅茨風機相比節能30%；與傳統的齒輪增速單級離心鼓風機相比節能約12%。
（2）低振動、低噪音。采用先進的磁懸浮軸承系統，轉動部件與機械系統無接觸，無機械摩擦，運轉穩定，振動小，整體噪音很低。
（3）無潤滑油、無機械保養。采用先進的磁懸 浮軸承系統，省去了傳統風機所必需的復雜齒輪變速箱及油性軸承系統，做到了無潤滑油、無機械保養。有效降低了用戶的維護成本，保證了風機系統的穩定性。
（4）易安裝、易維護。磁懸浮離心鼓風機重量輕、體積小、無需大型起吊設備，兩名普通的技術人員就可以輕松的完成安裝工作。而日常維護僅僅需要更換空氣過濾布，方便簡單。
（5）系統集成性高。鼓風機本身已經集成了就地控制和變頻系統于一體，不需要單獨設立變頻柜及操作柜。通過風機自身的控制面板就可以實現各種功能額設定和對流溫度、電機轉數、出風壓力、風量、消耗功率等參數進行查詢。高效過濾器、冷卻系統、全自動防喘振系統、停電和故障保護系統等，實時觸摸屏，為操作工人帶來方便及減少操作事故的發生。
（6）遠程監控。鼓風機增加了遠程監控功能，更便捷、更及時地為客戶貼身服務。實現了遠程集中控制及數據的無線遠程傳輸，為風機的運行提供了必要的技術參數依據和故障查詢依據。
2 磁懸浮離心鼓風機與羅茨風機、普通離心風機的比較
在水泥廠整個運營中，常見的鼓風機有羅茨風機，大型離心風機，他們都是高耗能、高噪音設備。
（1）羅茨鼓風機。羅茨鼓風機利用兩個葉形轉子或者三個葉形轉子在氣缸內作相對運動來壓縮和輸送氣體，其結構簡單、制造方便，易于控制和維護，但是效率低于多級、單級離心風機，氣流脈動與噪音大，在水泥廠中多用于生料庫庫內外環充氣、窯頭一次風、回轉窯及分解爐送風。
（2）離心鼓風機。當電機轉動帶動風機葉輪旋轉時，葉輪中葉片之間的氣體也跟著旋轉，并在離心力的作用下甩出這些氣體，氣體流速增大，使氣體在流動中把動能轉換為靜壓能，然后隨著流體的增壓，使靜壓能又轉換為速度能，通過排氣口排出氣體，而在葉輪中間形成了一定的負壓，由于入口呈負壓，使外界氣體在大氣壓的作用下立即補入，在葉輪連續旋轉作用下不斷排出和補入氣體，從而到達連續鼓風的目的。
離心鼓風機根據其工作葉輪數量分為多級離心鼓風機和單級離心鼓風機。由于離心鼓風機在大風量時效率遠高于羅茨風機，在水泥廠多被用于窯頭窯尾煙囪排風機、水泥磨及煤磨排風機、原料磨及輥壓機循環風機、窯尾高溫風機等。
常用的鼓風機能耗依次為：羅茨風機＞多級離心鼓風機＞單級離心鼓風機，綜合性能比較見表1。
3 磁懸浮離心鼓風機在水泥廠中的應用
離心風機和羅茨風機在水泥廠應用較多，但其缺點是高耗能、高噪音，而磁懸浮風機正好避開了這一問題，下面就以羅茨風機作為對象進行分析。
山東某水泥廠風機改造前后數據對比見表2，從表2可知，該風機改造前運行總風量為 228 m3/min， 改造后運行總風量為 267 m3/min，改造后風量提高了17.11%；改造前電流為 512.79 A，改造后 電流為427.33A，節約16.67%。
磁懸浮鼓風機的節能效果明顯，通過計算每年可節約103.68 t標準煤，可減少243 t二氧化碳排放。
4 磁懸浮離心鼓風機目前存在的問題
（1）整體采購價格較羅茨風機昂貴，但隨著掌握該技術的國內生產廠家越來越多，技術越來越成熟，其價格也在逐步趨近合理化。
（2）磁懸浮風機需要對磁懸浮軸承供電來提供磁力，并且需要一套備用電源及備用軸承，來避免突然斷電對風機造成損壞。
（3）磁懸浮軸承及控制器相對其他類型的軸承來說，結構復雜，出現故障難以及時維修，需要廠家到廠維修，甚至返廠維修，可能存在維修費用高、周期長的問題。
5 結語
（1）磁懸浮鼓風機具有高效節能、低振動、低噪音、無潤滑油、無機械保養的優點；另外磁懸浮鼓風機體積小，自動化程度高，方便安裝易維護，運行振動小，噪音低，非常適合水泥廠節能降耗改造。
（2）磁懸浮鼓風機雖然購置費用及維修費用較貴，但是每年節約的能耗足以抵消該費用的攤銷，且在未來的2年后實現大大的盈利，它的面世，將為水泥、冶金、石化等眾多行業帶來革命性的變化，將為國家的節能減排事業做出更大的貢獻。
來源：《水泥工程》 2020年01期
（版權歸原作者或機構所有）
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