磁悬浮离心鼓风机在污水厂中的应用

杜志军

（南京磁谷科技股份有限公司，江苏 南京 210000）

0 前言

近些年来，随着我国经济社会的可持续发展，各行业领域的生产工作逐渐将节能降耗理念的贯彻与落实放在了工作的首要位置。其中，污水厂为了实现节能降耗目标，从工艺生产流程以及设备应用类型等方面进行统筹规划与合理部署，从多个方面实现污水厂节能降耗目标，减少以往的资源浪费以及能耗严重的问题与现象[1]。为了实现节能降耗的目标，污水厂方面主张利用新型机械设备实现对污水处理工艺的节能降耗处理。举例来说，磁悬浮离心鼓风机的推广与应用为我国污水处理厂节能降耗目标的顺利实现提供了良好的技术保障。其原因是磁悬浮离心鼓风机在一定程度上结合了智能化监测控制技术以及高速永磁同步电动机的优势，有效减少了传统风机设备运行过程中存在的能耗问题，具有重要的应用价值。

1 磁悬浮离心鼓风机在污水厂中的应用问题研究

1.1 应用原理分析

磁悬浮离心鼓风机采用一体化结构的方式实现鼓风机设备的高效运转与应用（具体结构图如图1 所示）。一般来说，磁悬浮离心鼓风机在结构组成方面主要以高速电机、变频器以及磁悬浮轴承为主。其中，电机出力轴与叶轮之间采取直连方式，省去了以往齿轮以及联轴器中间的增速装置步骤[2]。与此同时，磁悬浮离心鼓风机在变频自动调节以及风量控制等方面可以发挥出良好功能优势。举例来说，磁悬浮离心鼓风机在变频自动调节以及风量控制参数方面，主动结合智能化监测控制技术，实现了对相关参数数据的监控管理。在该过程中，磁悬浮离心鼓风机与任何机械都不需要接触，同时也不需要润滑油系统。

在标准配置方面，磁悬浮离心鼓风机主要以高速电机、变频器、无油磁性轴承以及安全监控系统等构成。上述部件都统一集成在普通底座位置，一般不需要进行特殊固定。究其原因，主要是因为磁悬浮离心鼓风机在一定程度上结合了磁悬浮轴承功能即转轴悬浮，内置的位置传感器可以根据转轴的位置信号变化，对当前鼓风机设备的运行状态进行全面监控与管理[3]。并根据管理反馈信息，对磁悬浮轴承控制器（如图2 所示）的电流情况进行安全控制。控制工作结束之后，结构内部可以将该控制电流输入磁轴承当中，对转子产生可控的吸力，进而实现转轴悬浮过程。

在同步永磁电机功能原理方面，主要利用同步永磁电机的驱动转轴旋转功能，以变频电源产生频率可调的交变电流为功能原理，将交变电流输入电机定子中，实现转轴高速旋转过程。风机功能主要以实现鼓风过程为主。在风机转动过程中，转轴可以随着高速旋转叶轮的动态变化而变化。一般来说，高速旋转的叶轮会带动周边空气，并将空气从蜗壳进气口吸入，在蜗壳导向与增压的作用下，空气会具备一定的流速特点以及压力性特点。最后从蜗壳出气口鼓出，完成风机鼓风过程。

图1 悬磁浮离心鼓风机结构示意图

1.2 内部结构分析

关于磁悬浮离心鼓风机内部结构，我们一般可以从高速离心叶轮、高速永磁同步电动机、磁悬浮轴承以及电机控制系统结构等4 个方面进行研究与分析：1） 在高速离心叶轮结构方面，主要采取三元流设计方法，促使磁悬浮离心鼓风机运行效率得以达到最大化标准。与此同时，在原材料的选择上，主要对高强度铝合金材料进行精密加工，保证叶轮工作点最高效率可以达到85%标准[4]。2）在高速永磁同步电动机结构方面，最高钻速基本上可以达到42 000 rpm。究其原因，主要是因为永磁电动机主要采用磁悬浮轴承方式，在运行过程中可以发挥出无机械摩擦以及低噪声等功能优势，在提高电动机整体运行效率的同时，减少噪声污染问题。3）在磁悬浮轴承结构方面，该结构主要利用可控的电磁吸力，促使转轴保持稳定悬浮状态。在旋转过程中，转轴基本上不会受到任何机械阻力的影响，因此在运作效率以及维护效率方面的表现较为良好。由于转轴不会受到任何机械阻力的影响，因此磨损较少，具有较强的应用价值。4） 在电机控制系统结构方面，设计人员主要利用调节频率的方法实现对永磁电机转速问题的合理控制，以保证鼓风机流量达到预期要求。从以往的控制经验来看，电机控制系统在应用过程中，能够与磁悬浮控制系统以及整机控制系统合为一体，实现高质量、高效率运转。

图2 磁悬浮轴承示意图

1.3 应用优势分析

1.3.1 节能效益良好

与传统机械设备不同，磁悬浮离心鼓风机在节能效益以及运行效益方面的表现较为良好。究其原因，主要是因为磁悬浮离心鼓风机在结构系统设计方面，主张利用自主设计的高效离心叶轮以及高效同步永磁电机的驱动方式，实现磁悬浮离心鼓风机的高效运行。与传统的容积式罗茨风机相比，在节能效益方面基本上可以提高30%左右。而与传统多级离心风机相比，在节能效率方面基本上可以提高20%左右[5]。

因此，磁悬浮离心鼓风机在节能效益与运行效果方面表现良好。与此同时，磁悬浮离心鼓风机在噪声污染方面的表现要比其他风机设备好得多。原因是由于磁悬浮离心鼓风机主要采用先进的磁悬浮轴承系统，转动部件与机械系统之间无接触，因此不会产生任何机械摩擦，所产生的噪声问题较少。

1.3.2 易于维护管理

磁悬浮离心鼓风机在核心技术方面，主要利用了磁悬浮轴承技术，减少了传统风机设备所必需的油性轴承系统的使用，从真正意义上实现了无润滑油、无机械保养的目标。结合污水厂应用反馈的情况来看，污水厂通过合理应用磁悬浮离心鼓风机，不仅有效降低了机械设备的维护成本，同时还有效提高了爆气系统以及整个污水厂的运行安全水平，因此该设备具有重要的应用价值[6]。

除此之外，磁悬浮离心式鼓风机的质量和体积较小，在安装作业期间不需要任何大型起吊设备，仅凭技术人员手工操作就可以完成。最重要的是，在日常维护管理过程中，工作人员只需要定期更换空气过滤布即可达到良好的维护管养效果。

1.3.3 实现远程监控目标

磁悬浮离心鼓风机采用远程监控技术，初步实现了对运行状态的全周期管理。设备系统可以利用远程监控功能，对当前磁悬浮离心鼓风机的运行情况进行了解和掌握。一旦发现机械设备运行异常的问题，系统内部会及时发出警报提醒管理人员深入现场、解决问题[7]。除此之外，磁悬浮离心鼓风机采用远程集中控制以及数据无线远程传输功能，为污水厂风机设备的安全运行提供了良好的参数数据。工作人员可以根据技术参数数据的反馈情况，定位设备故障位置并采取针对性措施加以解决。

2 悬浮离心鼓风机在污水厂的应用实例分析

污水处理厂在一期工程风机设备的选择方面，主要利用3 台多级离心风机实现系统高效运转过程。在二期工程风机设备的选择方面，主要利用2 台多级离心风机实现系统高效运转过程。结合实际运行情况来看，多级离心风机虽然在一定程度上实现了高效运转过程，但是由于其风机内部机械摩擦问题严重，因此经常会发出较大声响，噪声污染问题严重。同时，多级离心风机在维护管理方面存在一定难度，例如，多级离心风机在运转过程中常常会因受到其他因素的干扰而出现故障隐患问题。现场作业人员在排查故障隐患问题时，由于缺乏智能控制技术作为依托，导致在故障问题定位以及处理方面只能凭借过往经验。总体来看，利用多级离心风机进行运转处理，无论是在运转效率还是在运转效益方面均未达到预期目标。为了及时解决这一问题，污水处理厂主张采用磁悬浮离心鼓风机取代多级离心风机的方式，提高污水处理厂风机设备的运转效率。在正式处理过程中，现场作业人员将原来的多级离风机以备用风机形式进行合理应用，经过半年的运行处理，具体参数情况见表1。

从表1 中不难看出，经过改造处理后的鼓风机设备，无论是在节能减耗方面，还是在运行效率方面均得到了明显加强。结合改造前后功率对比的情况来看，鼓风机年节约电量约为66 万度电。该数字可以有效证明磁悬浮离心鼓风机对污水处理厂的重要意义。根据现场人员的反馈情况来看，磁悬浮离心鼓风机的推广应用不仅减少了污水厂的运行管理费用，同时比多级风机的噪声污染少得多。经过半年的运行处理之后，磁悬浮离心式鼓风机在风量方面得到了明显提高，可以有效帮助污水处理厂加速处理日常工艺流程。除此之外，污水处理厂采用的磁悬浮鼓风机的体积较小，同时自动化程度较高，可以为污水处理厂节能降耗改造目标的顺利实现提供良好保障。鉴于磁悬浮离心式鼓风机应用的重要性，建议国内污水处理厂在选择风机设备使，应该优先选择悬浮离心式鼓风机并对其合理应用，以保证可以提高污水处理的运行质量和运行效益。

表1 各类风机参数

3 磁悬浮离心鼓风机在污水厂的应用管理措施分析

虽然磁悬浮离心鼓风机可以为污水厂工艺流程提供良好的质量保障，但是这并不意味着磁悬浮离心鼓风机在日常应用中不需要任何维护与管理。工作人员应该按照磁悬浮离心鼓风机的应用原理以及应用流程，对磁悬浮离心鼓风机在污水厂中的应用问题进行统筹规划与合理部署。与此同时，污水处理厂工作人员应该加强对磁悬浮离心鼓风机应用管理问题的重视。例如，在日常维护管理过程中，工作人员需要定期更换空气过滤布，以保证可以达到良好的维护效果。

在该过程中，所选用的空气过滤布必须满足一定的质量标准后，才可以进行应用。除此之外，污水处理厂工作人员应该定期针对磁悬浮离心鼓风机智能监控系统反馈的数据信息内容，对当前磁悬浮离心鼓风机的运行状态进行全面了解，主要根据磁悬浮离心鼓风机的运行状态反馈数据，判断当前磁悬浮离心鼓风机是否存在磨损问题，一旦发现隐患，必须即刻定位故障隐患位置，并根据故障问题的具体成因，采取针对性的措施进行预防。必要时，也可以结合智能化技术等新兴技术，实现对磁悬浮离心式鼓风机设备运行状态的全程监督，根据运行状态反馈情况，确定合适的运行管理方案，避免对磁悬浮离心鼓风机的运行安全造成不利影响。

4 结论

总的来说，磁悬浮离心鼓风机的推广与应用为我国污水处理厂的工艺流程发展提供了全新的技术支撑。从多个污水处理厂的应用反馈情况来看，在工艺生产过程中，通过合理地应用磁悬浮离心鼓风机，不仅减少了以往鼓风机设备的噪声污染问题，同时还有效提升了鼓风机设备的运行效益与运行质量。最重要的是磁悬浮离心鼓风机在运行过程中不会因机械摩擦问题的影响而出现设备磨损或者噪声污染的问题。由于磁悬浮离心鼓风机应用的重要性，因此污水处理厂工作人员对磁悬浮离心鼓风机的应用问题予以高度重视，可以按照磁悬浮离心鼓风机的应用原理和应用流程，将磁悬浮离心鼓风机合理地应用于污水处理厂的工作中。