一种高效电机潜水搅拌器的研究与应用.PDFVIP

一种高效电机潜水搅拌器的研究与应用 顾遥 （赛莱默 （中国）有限公司，上海 200051） 摘 要：以高效潜水搅拌器为研究目的，对搅拌器应用进行电动机理论分析，利 用当前高效永磁同步电机的应用，解决潜水搅拌器在污水处理过程中效率偏低的 现象。通过实验数据及现场实践案例，充分说明了异步起动永磁同步电机搅拌器 具有高效性，及可观的节能效益和经济效益。 关键词：高效电机 LSPM 潜水搅拌器 生命周期成本 1 引言 污水用潜水搅拌器作为一种在全浸没条件下连续工作，兼搅拌混合和推流功 能为一体的浸没式设备，可适用于各类污水处理的搅拌，能对周围水体进行搅拌、 混合，从而提高污水处理效率。搅拌器选型和应用对提高污水厂污水处理率和优 化污泥排放具有非常关键的作用。 但是目前潜水搅拌器普遍电机效率不高，额定功率因数偏小，这是搅拌器自 身的应用特点造成的。据初步统计，在污水处理工艺过程中搅拌混合的能耗占总 能耗的近 20%。近年来，随着电力电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料 的快速发展，高效永磁同步电动机得以迅速的推广应用。高效电机在潜水搅拌器 中使用，极大降低污水处理的能耗，对于日益紧缺的能源来说，具有重要的现实 意义。 2 传统潜水搅拌器 2.1 潜水搅拌器选型 大家知道，整体流速 目前仍是污水处理中最可行的对通用搅拌状态进行定量 分析的方法，整体流动是由潜水搅拌器射流的动量驱动的，其根本上就是搅拌器 [1] 的反应推力，它与搅拌器的位置共同决定着所产生的流动形式 。 搅拌器推力是由潜水电机旋转带角度叶轮产生，电动机的高效与否某种程度 上直接决定了搅拌器的效率。搅拌器需要产生越大水下推力，意味着电机需要越 大的转矩，因此根据三相鼠笼型异步电动机的特性，搅拌器电机的转速一般都比 较低，从而实现更大的转动扭矩。见以下电机转速及扭矩公式： 60f 转速公式：n (n -转速 rpm/min，f -电源频率Hz，p -磁极对数) p P 扭矩公式：T 9550 (T -扭矩N/m, P -输出功率 KW, n -电机转速rpm/min) n 因此在没有变频装置下，T 与 n 成反比，n 越小，T 越大； 2.2 搅拌器异步电机特点 目前企业中广泛应用的是三相鼠笼型异步感应电动机 （图 1）,电机容量越 小，效率就越低，随着电机容量的增大，电机效率得到改善。一般来讲，潜水搅 拌器的功率都较小 (低于 22kW)，也导致异步电机效率不可能很高。而且潜水搅 [2] 拌器普遍更低，电机效率≤75%，额定功率因数≤0.7，有时甚至非常低 ；并且 搅拌器若选型不当或工况变化，低于 50%负载运行，电机效率还将显著下降。 图 1 三相鼠笼型异步电动机效率曲线 异步电动机产生旋转磁场，要求电源供给必要的励磁电流，异步电动机定、 转子之间的气隙是很小的，中小型励磁电流是无功电流，该电流增大会使异步电 [3] 1.12pATIP 机的功率因数变坏 （功率因数降低） 。励磁电流为：I0 M N K