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发表于：2012-11-29 21:32:14

楼主

摘要：通过分析回转式空预器液力偶合器、超越离合器故障的原因，提出采用永磁联轴器改进回转式空预器主电机、副电机、气动马达与减速箱的连接方式，消除液力偶合器漏油、超越离合器轴承故障，保证机组安全稳定运行，并为同类型电厂空预器传动连接方式优化提供借鉴和新的设计思路。

关键词回转式空预器；永磁联轴器；连接方式；优化

0 引言

目前国内很多围带传动式空预器的传动方式为一台减速机配备一台主电机、一台副电机以及一台气动马达形式，见图1。主电机和减速箱中间通过液力联轴器连接，副电机与减速箱、气马达与减速箱配有超越离合器。液力偶合器具有启动冲击小，过载保护等功能。楔块式超越离合器的作用是当主电机运行时脱开与副电机、气动马达的旋转传动。目前从全国各个电厂空预器液力偶合器和超越离合器的使用反馈情况看，使用效果都不是很理想，国产液力偶合器质量较差，使用寿命短。各电厂主要以广东中兴、大连和上海交华生产的液力偶合器为主。进口液偶比国产稍好，但也有漏油情况的发生。超越离合器虽然为进口件，但也经常发生故障。这两个部件故障必然导致空预器停运，从而影响机组发电量以及设备安全运行。

宁海电厂5、6号锅炉空预器为上海锅炉厂设计制造的三分仓回转式空预器，型号2－34VI（50°）－90″SMRC，围带传动。其主电机和减速箱连接通过液力偶合器，副电机、气马达配备超越离合器，主电机功率45kW。两台1000MW机组于2009年9月、10月正式投运，运行一年发生空预器液偶轴承异响一次、漏油两次，超越离合轴承故障一次。空预器这两个部件给机组的安全稳定运行、发电量等方面带来了一定的影响。为使机组设备实现更安全、更可靠、更经济目标,就必须采取相应的措施将设备安全隐患进行彻底消除。

1 空预器液偶、超越离合器故障分析

1.1 回转式空预器传动装置使用情况

浙江国华宁海电厂规模为4×600MW 和2×1000MW共6台机组。其空预器均为上海锅炉厂设计供货，从几台空预器的运行情况来看，已多次发生液力偶合器漏油事件，液力偶合器骨架密封经常出现甩油，由于液偶无法在运行中加油，甩油过多将直接导致空预器停运。其中两台空预器连续更换了两个液偶仍然出现甩油，一旦漏油过多，机组需降负荷进行单侧隔离检修，大大增加了运行风险和经济损失，严重影响了机组的安全运行。从其它电厂调研情况看，其液力偶合器使用效果都不是很理想。外高桥第三电厂在机组投产后也发生两次由于液力偶合器轴封处甩油而进行半侧隔离，更换新液偶。国华电力系统内太仓、台山均有反映由于液偶故障造成机组二类障碍的情况。宁海电厂空预器配套的都是上海交华生产的液力偶合器，其它电厂有采用大连液偶和广东中兴的，但都反映使用效果不佳。北仑电厂第一第二发电厂600MW机组虽然采用的是进口液偶，故障率相对较低，但也发生过由于液偶单侧停运空预器的故障。超越离合器主要是轴承发生损坏，或者楔块卡死导致辅助电机飞速跟转。回转式空预器出现液力偶合器、超越离合器故障主要是围带传动结构形式。

根据以上情况，因此有必要尽快对空预器传动装置、液力偶合器进行故障分析，消除影响机组运行的安全隐患，保证机组长期安全、稳定、经济运行。

1.2 回转式空预器传动装置故障分析

回转式空预器的液力偶合器漏油的主要部位在主电机轴与液力偶合器装配的骨架密封部位，也有一些是在易熔塞、液力偶合器结合面。超越离合器故障主要是轴承运行温度高，轴承容易损坏，运行中添加油脂困难。

两个部件故障的主要原因都是空预器整个传动装置的振动。各个负荷下空预器转子膨胀量各不相同，振动与空预器入口烟气温度、烟气量还有传动装置的大齿轮和围带的啮合情况的好坏有关。烟温的高低直接影响空预器转子向外向下的膨胀量，大齿轮和围带长期运行后磨损增加。减速箱处振动偏大，导致液偶轴承松动，增加了骨架密封漏油的可能。1000MW机组空预器传动装置振动比600MW机组的空预器要大很多，减速箱底座的振速大概在10mm/s左右，振幅在120um左右，新建电厂调试初期，大齿轮磨合阶段最高振动达250um。

另外液力偶合器本身制造质量较差，主要体现在（1）轴承外圈和液偶配合较松，解体时轴承会自行掉落。（2）骨架密封本身质量不佳，骨架密封大部分为国产品牌。（3）液偶国产轴承游隙较大，加剧了骨架密封的磨损。夏季温度较高，液偶损坏几率更高。

超越离合器由于转速高，轴承采用油脂润滑，在运行中加油十分困难，冷却效果差，大部分超越离合器夏季运行温度都到60℃以上，有的70~80℃。目前制造商也关注到此类问题，因此有些新建电厂对减速箱进行了改进，已将超越离合器改至减速箱内部，采用油浴润滑，效果不错。但对于已投运的电厂来说改造减速箱代价太大。

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图1 回转式空气预热器传动装置连接方式

1.3 液偶、超越离合器故障的影响

当液力偶合器及超越离合器发生故障时，需停运故障侧空预器，一般检修更换时间为1~2小时，但由于空预器停运需隔离降温和恢复措施，总计需7~8小时左右，对于发电厂来说8个小时的经济损失可想而知。另外停运单侧空预器还需停运风机、隔离烟风挡板，给运行操作带来较大的风险。液偶的使用寿命大概为1年，其轴承、骨架密封磨损后更换质量无法保证，一般都是采用整体更换方式。超越离合器为进口件，每次损坏后更换的费用较高。大大增加了维护费用。

2 改进方案对比

为了减小液偶和超越离合器对空气预热器安全稳定运行的影响，就必须对空预器传动装置连接方式进行有针对性的改进。

要彻底消除液偶的隐患，只有取消液力偶合器。取消液力偶合器的方案有两种：一种是电机改为变频的方式，另一种改磁力联轴器。目前部分新建的电厂开始设计采用变频方式取消液偶，并且取消了气动马达、辅助电机和主电机容量一致，可以达到一运一备。如北仑电厂、谏壁电厂，空预器主副电机采用变频电机，目前反映运行正常。磁力联轴器目前空预器上在用的基本是电磁联轴器，外高桥二期空预器为进口，其主电机和减速箱连接方式为电磁联轴器，通过电磁传递扭矩。陡门电厂也采用电磁联轴器，从使用情况来说维修工作量较少，只是利用检修更换磁力联轴器的一些铝片。

方案一，主、副电机改为变频方式。副电机只在检修、主电机故障和空预器清洗时使用。此方案修改工作量大，需增加变频器、控制柜、更换变频抗干扰电缆。改造后可取消气动马达及气马达处超越离合器，主电机侧液力偶合器和副电机减速箱等部件，但副电机侧还需保留一个超越离合器。目前大部分空预器采用变频方式的电厂当空预器启动后一直采用变频方式运行，但变频器也偶尔会发生故障，因此有些电厂在设计上做了优化，空预器启动时以变频方式启动，从0rpm 到1480rpm，用时大概为60 秒，到达额定转速后变频器输出启动完成信号由切换控制器断开变频器，3 秒后控制器切换主电机到工频电网运行。值得注意的是由于变频器的启动只能从零转速开始，当从副电机切换到主电机工作时，从零速启动的主变频器会对正在旋转的转子产生刹车作用，从而对减速箱齿轮造成较大冲击。因此必须保证空预器转子转速接近零转速时才允许启动主电机。而副电机输出轴装有超越离合器，因此当从主驱动直接切换到副电机时不必考虑减速箱的冲击问题，但副电机超越离合器的存在，也相应增加了一个故障点。变频方式对于新投产机组可减少气马达等设备的初投资，较为适用，对于已投产机组来说改造的费用较大。

方案二，改为磁力联轴器，目前国内有为数不多的几家电厂进口的空预器采用电磁联轴器，使用效果不错。结构简单，可以彻底消除液力偶合器等隐患，但还需配套电气系统。目前在一些航运、水泵节能上采用的永磁联轴器引起我们的注意。永磁联轴器由一个与电机端联接的导磁体和一个与负载端联接的永磁体组成，两者没有任何接触，电机转动导磁体通过切割永磁体的磁力线产生磁感应力，从而实现电机与负载之间的扭矩传递。当磁力线通过导磁体（铜导体），静止时不会有作用。当两者有相对运动，磁力线在导体中移动产生感应涡电流，进而在铜导体上产生感应磁场，而产生扭距，越靠近时磁力线密度越密集，扭距越大，相对运动越快，产生扭距也越大。永磁联轴器后运行维护成本低，启动时能实现电机软启动，电机峰值电流降低，负载端超过力矩后能保护电机不超电流。比电磁联轴器少了电气附件，更加安全可靠。永磁联轴器根据电机容量进行配套生产，其磁力在温度200℃以下不会消失。由于电机和减速箱处联轴器没有接触，对减速箱骨架密封运行寿命也有较大的好处。永磁联轴器维修成本低，安装方便。

3 永磁联轴器的应用

宁海电厂5、6号机利用停机检修期间，在空预器上用永磁联轴器替代了液力偶合器。根据原液力偶合器尺寸在不改变的主电机的位置的情况下进行改造。联轴器采用标准型，其功率按主电机功率45kW进行选型，其特点是结构简单，维护量少。启动方式还是与原空预器气马达、辅马达、主马达的方式，以减少对空预气减速箱的冲击。从试验情况看，用永磁联轴器启动的主电机的启动电流与液偶时一致，均为176A，说明用永磁联轴器启动时瞬间力矩较小，对减速箱和电机的冲击较小，减速箱运行是安全的。目前设备已连续试运6个月，运行一切正常，液力偶合器漏油的问题得到了彻底的解决，为机组安全运行提供了坚实的保障，大大节省了由于这两个设备故障引起的经济损失。联轴器导磁体和永磁体通过联接涨套固定在电机和减速机轴上，日常如果检修减速箱骨架密封不需要像以往那样需先将电机移开后把液力偶合器拆下，然后再检修骨架密封。另外主电机的位置也不需要动，因此一次安装完成后不需要再重复找中心。简单方便，需要注意的是在拆永磁联轴器前需安装八个内六角螺栓，用以固定永磁体和导磁体之间的间隙。由于联轴器永磁体和导磁体之间相互不接触，从另一方面看还有利于延长减速机输入轴骨架密封的使用寿命。宁海电厂永磁联轴器在国内空预器上是首次应用。目前采用的是标准型的，缺点是无法自动调节转速，对于电机需设电流高报警和超电流保护，空预器发生卡涩时需切断电机电源。随着目前技术的发展，现在已开发出限矩型和调速型的。

限矩型磁力联轴器【1】的两片相互连接的永磁体与导磁体之间，在初始位置时两者的空气间隙一定。电机启动后，与电机连接的导磁体很快达到电机的额定转速，这样导磁体与永磁体之间有相对的速度差。速度差产生的磁感应力拉动两者之间的间隙逐渐变小。随着距离减小，传递的扭矩增大，与负载连接的永磁体转动速度逐渐加快，最后达到一个额定速度运行的标准间隙时，电机和负载之间可以通过扭矩的传递,实现同速转动。当负载突然出现过载或卡死的情况下，与负载连接的永磁体转动速度很快下降到零，而与电机连接的导磁体继续按照电机的速度转动，两者之间产生的相对速度差产生的磁感应力，能迅速将两者之间的间隙拉大超过设定间隙，这种距离使得导磁体与永磁体之间失去相互间的磁作用力，从而在电机与负载之间失去扭矩传递。这样，实现当负载超过某个限定值的情况下，电机得到完全保护。

调速型永磁联轴器【1】由铜转子、永磁转子和控制器三个部分组成，见图2。调速型永磁联轴器可实现变频器调速功能，铜转子（带铜环的钢制转子）与电机轴连接，永磁转子（带永磁材料的铝制转子）与减速箱的轴连接。铜转子和永磁转子之间有空气间隙（称为气隙），而没有传递扭矩的机械连接。在电机转动时，铜转子的铜环上在切割永磁体的磁力线时产生感应涡电流，而感应涡电流的磁场与永磁体的磁场之间的作用力实现了电机与工作机之间的扭矩传递。当气隙小时，调速型永磁传动装置的传动能力强；相反，气隙大时传动能力小。而控制器可通过手动或控制信号调节气隙的大小。

图2 调速型永磁联轴器机构图

目前建议空预器传动装置连接优化方式为副电机侧安装调速型永磁联轴器，主电机侧安装限矩式永磁联轴器。这样可以完全取消气动马达、液力偶合器、超越离合器以及副电机的减速箱。气动马达也可选择保留，增加一个方便拆装的联轴器，运行时需完全与空预器减速箱输入轴脱开，紧急需要时把气动马达和减速箱连上，实现气动马达盘车功能。调速型永磁联轴器和变频器一样可控制空预器转速，主要用于空预器启动、检修和清洗时用，也可作为主电机的备用。副电机采用调速型联轴器与减速箱连接，主电机侧采用限矩式永磁联轴器。保险的空预器启动方式为先启动副电机，调速型联轴器通过调节联轴器气隙使空预器慢慢启动，副电机启动到四分之一主电机额定转速后可启动主电机，主电机启动完成后将副电机气隙调大使副电机慢慢停运。气隙拉至最大时联轴器还有少量力矩，因此副电机需采用制动电机或者加一个电磁制动器，电磁制动器在副电机失电后自动抱住副电机轴，目的是主电机运行时对副电机进行制动，防止跟转。由于磁力联轴器有气隙，可以做到一边转，一边不转，这样就完全代替了超越离合器的功能。

限矩式永磁联轴器替代液力偶合器，彻底解决液偶渗油问题，另外还起到对电机和减速箱的保护作用。可调式永磁联轴器替代气动马达、超越离合器和取消了副电机减速箱，减少了故障点和设备初投资。永磁联轴器设备成本比变频器要低，运行维护费用低，对一些新建的电厂尤为适用，可大大降低空预器初投资费用，另一方面大大增加了空预器的可靠型。每个电厂都可根据实际设备情况来进行改造。

4 结束语

永磁联轴器在宁海电厂空预器上的成功应用在国内尚属首次，对传统围带传动式空预器传动装置的连接方式选择产生了一定的影响，对解决目前空预器液偶、超越离合器故障起到了积极的作用，彻底解决目前国内同类型机组空预器液偶、超越离合器运行安全隐患。通过对可调式永磁联轴器的探索，促进空气预热器传动方式进行合理设计，减少空预器制造、生产运行成本。

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