淺談磁懸浮冷水機(jī)組在制藥企業(yè)中的應(yīng)用

1磁懸浮技術(shù)的原理及特點(diǎn)

磁懸浮技術(shù)(E1ectromagneticLevitation或E1ect-romagneticsuspension,簡稱EML技術(shù)或EMs技術(shù))是指利用磁力克服重力使物體懸浮的一種技術(shù)。

磁懸浮系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器和執(zhí)行器四部分組成,假設(shè)在參考位置上,轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向下的擾動(dòng),就會(huì)偏離其參考位置,這時(shí)傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的位移,作為控制器的微處理器將檢測(cè)到的位移變換成控制信號(hào),然后功率放大器將這一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制電流,控制電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力,從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子返回到原平衡位置。因此,不論受到向下或向上的擾動(dòng),轉(zhuǎn)子始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

2磁懸浮技術(shù)在冷水機(jī)組領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展

1842年,英國物理學(xué)家Earnshow提出了"磁懸浮"的概念,此后麥克維爾在2003年向全球正式發(fā)布了第一臺(tái)磁懸浮冷水機(jī)組,這標(biāo)志著磁懸浮冷水機(jī)組的時(shí)代正式開始,磁懸浮技術(shù)開始真正應(yīng)用于冷水機(jī)組。隨后海爾聯(lián)合丹佛斯于2006年推出了第一臺(tái)國產(chǎn)品牌的磁懸浮冷水機(jī)組,但磁懸浮冷水機(jī)組單機(jī)頭冷量段過于狹窄,且機(jī)組安裝的機(jī)頭數(shù)量有限,這就制約了磁懸浮冷水機(jī)組在行業(yè)的發(fā)展及應(yīng)用。

2018年以來,許多具備技術(shù)實(shí)力的廠家正不遺余力地進(jìn)行大冷量壓縮機(jī)的研發(fā),截至目前,100~1600RT的磁懸浮離心式壓縮機(jī)已相繼問世,并持續(xù)刷新磁懸浮單機(jī)頭制冷量的極限,冷量段的上下延伸使離心機(jī)可適用的項(xiàng)目范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。就形式而言,歷次制冷展期間展示了風(fēng)冷、水冷、蒸發(fā)冷、直接制冷式磁懸浮機(jī)組以及磁懸浮熱泵、氣懸浮機(jī)組:就范疇而言,涉及供冷、供暖和冷凍冷藏,標(biāo)志著磁懸浮機(jī)組已進(jìn)入多元化的應(yīng)用領(lǐng)域。

3磁懸浮冷水機(jī)組優(yōu)勢(shì)分析

相較于其他形式的冷水機(jī)組(螺桿式、往復(fù)式、普通離心式等),磁懸浮冷水機(jī)組由于沒有冷凍油系統(tǒng),故具有以下特點(diǎn)。

3.1可靠性提高

由于沒有潤滑油系統(tǒng),不需要建立油壓差或用專門的回油裝置來確保回油,所以磁懸浮冷水機(jī)組可以在較寬的冷卻水溫區(qū)間運(yùn)行(普通螺桿式冷水機(jī)組冷卻水溫度適用范圍為15.5~33℃,磁懸浮冷水機(jī)組冷卻水溫度適用范圍為2.8~40℃),同時(shí)也解決了冬季及過渡季冷卻水溫低難以建立起合適的油壓差從而導(dǎo)致開機(jī)困難的問題。此外,低水溫運(yùn)行時(shí),冷卻水的蒸發(fā)量和補(bǔ)充量減少,從而減緩了冷凝器的結(jié)垢速率,提高了機(jī)組能效。

3.2性能得到改善

在制冷系統(tǒng)里沒有了潤滑油,換熱器的表面不會(huì)形成阻礙傳熱的油膜,由此在蒸發(fā)器里蒸發(fā)溫度提高,在冷凝器里冷凝溫度降低:同時(shí),沒有油路系統(tǒng)的功率消耗,機(jī)組效率也會(huì)因此而提高。

3.3運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用減少

由于沒有了復(fù)雜的油系統(tǒng),不需要進(jìn)行油路系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)和維修,在日常運(yùn)行中磁懸浮機(jī)組只需要做蒸發(fā)器、冷凝器水垢處理清洗,所以維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用將大大減少。

3.4振動(dòng)和運(yùn)行噪聲小

磁懸浮壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)軸以及離心葉輪都處于沒有直接接觸的懸浮狀態(tài),沒有了機(jī)械摩擦,就不會(huì)產(chǎn)生一般壓縮機(jī)常有的機(jī)械振動(dòng),因此,壓縮機(jī)運(yùn)行極為安靜,其聲音甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水泵的聲音。

3.5啟動(dòng)電流低

磁懸浮機(jī)組采用變頻啟動(dòng)與內(nèi)置軟啟動(dòng)相結(jié)合的啟動(dòng)方式,啟動(dòng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于星三角等普通的啟動(dòng)方式,啟動(dòng)過程對(duì)電網(wǎng)的沖擊極小,對(duì)配電容量要求低,能節(jié)省投資。

3.6能夠反置運(yùn)行

當(dāng)冷凍水出水溫度高于冷卻水進(jìn)水溫度時(shí),機(jī)組進(jìn)入反置運(yùn)行。反置運(yùn)行時(shí),冷水機(jī)組功耗極低,與水泵的功耗在一個(gè)量級(jí),同時(shí)水系統(tǒng)可省去水側(cè)經(jīng)濟(jì)器,實(shí)現(xiàn)"自由冷卻"。相較于傳統(tǒng)的自由冷卻方案,反置運(yùn)行不僅可以簡化水路系統(tǒng),減少初投資,而且能維持恒定的冷凍水出水溫度,使機(jī)組能在更廣的運(yùn)行范圍內(nèi)輸出冷量。

4磁懸浮冷水機(jī)組在某制藥企業(yè)應(yīng)用情況

某制藥企業(yè)中,螺桿式冷水機(jī)組與磁懸浮冷水機(jī)組在同一車間運(yùn)行,互為備用機(jī)。經(jīng)過對(duì)螺桿式冷水機(jī)組及磁懸浮冷水機(jī)組在相同的運(yùn)行條件下進(jìn)行觀察及運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量,可以得出以下結(jié)論:

(1)磁懸浮冷水機(jī)組在加減載運(yùn)行時(shí)聲音遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于螺桿式機(jī)型。磁懸浮冷水機(jī)組在加載時(shí),在壓縮機(jī)1.5m范圍內(nèi),壓縮機(jī)的運(yùn)行聲音僅為m56B,更適用于制藥公司這種輕工業(yè)類型的企業(yè)。

(2)在相同的運(yùn)行條件下,磁懸浮冷水機(jī)組輸入電流小于螺桿式機(jī)型。在冷卻水進(jìn)水溫度21.5~24.4℃、輸入電壓400~405V的工況下,在冷凍水溫差近似相等的條件下,經(jīng)過三組數(shù)據(jù)的計(jì)算,磁懸浮冷水機(jī)組與單螺桿機(jī)型輸入電流的比率分別為7m.48%、72.28%、88.73%,平均值為79.1m%。分析該數(shù)據(jù)可得,在負(fù)載、運(yùn)行工況極度相似的條件下,兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行相同的時(shí)間,磁懸浮冷水機(jī)組相比螺桿式冷水機(jī)組節(jié)能表現(xiàn)更為顯著,在制藥企業(yè)中降能增效的表現(xiàn)更為突出。

(3)通過對(duì)數(shù)據(jù)的觀察可知,磁懸浮冷水機(jī)組對(duì)冷凍水出水溫度控制較好(偏差0.2℃以內(nèi)),出水溫度漂移不大,能夠自由高效地根據(jù)熱負(fù)荷調(diào)整壓縮機(jī)功率,提供溫度恒定的冷凍水,更好地服務(wù)于末端,更適用于制藥公司這種對(duì)冷凍水溫度控制要求較高的企業(yè)。

(4)由于采用無油設(shè)計(jì),磁懸浮冷水機(jī)組在北方冬季運(yùn)行時(shí),避免了傳統(tǒng)的螺桿式冷水機(jī)組因冷卻水溫度過低而無法建立起合適的油壓差,導(dǎo)致開機(jī)困難的情況,磁懸浮冷水機(jī)組可以在冷卻水溫度較低的工況下運(yùn)行,從而保證機(jī)組的正常可靠運(yùn)行,保障生產(chǎn)任務(wù)的安全持續(xù)進(jìn)行,更適用于制藥公司這種冷水機(jī)組全年運(yùn)行的企業(yè)。

具體運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

5磁懸浮冷水機(jī)組在制藥企業(yè)應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及現(xiàn)有解決辦法

相較于其他類型的企業(yè),制藥企業(yè)的冷水機(jī)組運(yùn)行具有以下特點(diǎn):全年3m5天運(yùn)行,不能隨意停機(jī),對(duì)冷凍水溫度控制要求較高,要求冷水機(jī)組能夠持續(xù)、穩(wěn)定地提供溫度符合要求的冷凍水。

根據(jù)企業(yè)性質(zhì),筆者發(fā)現(xiàn)磁懸浮冷水機(jī)組在實(shí)際使用中存在以下問題:

(1)由于磁懸浮冷水機(jī)組屬于離心式冷水機(jī)組,因此喘振是其必須面對(duì)的一個(gè)問題。磁懸浮冷水機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生喘振現(xiàn)象,可通過增載的方式來抑制機(jī)組喘振,但這樣可能會(huì)造成機(jī)組異常增載,從而報(bào)警停機(jī),影響生產(chǎn)。很多廠家為了避免機(jī)組發(fā)生喘振,會(huì)采用在出口位置增設(shè)自動(dòng)防喘振閥或在運(yùn)行系統(tǒng)中設(shè)置獨(dú)立運(yùn)行的回流旁路的措施,但從實(shí)際體驗(yàn)來看,這種方式也不能完全避免機(jī)組喘振。因此,要避免喘振,在機(jī)組選型時(shí)就要十分注意,冷量選擇要合理,保證機(jī)組時(shí)刻在較高的負(fù)載下運(yùn)行,在保證機(jī)組發(fā)揮出更高的效率的同時(shí)仍能穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)磁懸浮壓縮機(jī)屬于離心式壓縮機(jī),離心式壓縮機(jī)屬于速度型,在高低壓壓差大的工況下能力不足,所以在日常運(yùn)行中,需保證冷卻塔散熱能力良好、冷卻水流量充足、冷凝器換熱效果良好,才能保證磁懸浮冷水機(jī)組穩(wěn)定、高效、節(jié)能運(yùn)行。相比于南方城市,北方城市水質(zhì)較差,易結(jié)水垢,容易堵塞冷凝器,所以建議在機(jī)組冷卻水進(jìn)水口加裝過濾器并做到及時(shí)清洗,以免冷卻水流量不足,機(jī)組高低壓壓差過大,發(fā)生異常增載,導(dǎo)致報(bào)警停機(jī)。另外,在機(jī)組日常運(yùn)行過程中,需時(shí)刻注意冷卻水流量是否能夠滿足要求。

(3)磁懸浮控制系統(tǒng)的可靠與否直接關(guān)系到磁懸浮冷水機(jī)組能否正常運(yùn)行,作為磁懸浮軸承的"大腦",控制中心在磁懸浮冷水機(jī)組中承擔(dān)著重要作用。由于磁懸浮軸承的精密性,軸承位置傳感器每分鐘將和控制中心進(jìn)行數(shù)千次的數(shù)據(jù)傳輸,因此控制系統(tǒng)的控制精度和控制邏輯直接決定了磁懸浮冷水機(jī)組的生產(chǎn)水平,這就是各廠家生產(chǎn)的磁懸浮冷水機(jī)組的差異之處,也是決定了磁懸浮冷水機(jī)組是否可以被制藥企業(yè)接受的一個(gè)重要考量標(biāo)準(zhǔn)。

能否完美解決上述問題將直接影響到制藥企業(yè)對(duì)磁懸浮冷水機(jī)組的選擇。

6磁懸浮冷水機(jī)組在制藥企業(yè)應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

由于制藥企業(yè)的特殊性質(zhì)和對(duì)冷凍水系統(tǒng)的特殊要求,磁懸浮冷水機(jī)組在制藥企業(yè)應(yīng)用時(shí)需注意以下問題:

(1)磁懸浮軸承是磁懸浮冷水機(jī)組的核心部件,斷電停機(jī)時(shí),如何確保轉(zhuǎn)子安全平穩(wěn)"著地"是磁懸浮冷水機(jī)組需要重點(diǎn)解決的問題之一?，F(xiàn)在普遍采取的方式是使用電容器供電,在突然斷電時(shí),電容器中的電可以保證軸承轉(zhuǎn)速逐漸減慢直至停止,從而使軸承安全"著地",因此電容器在磁懸浮冷水機(jī)組中有著不可替代的作用。但在實(shí)際使用中,電容器組因?yàn)橘|(zhì)量、使用條件等原因,存在損壞的現(xiàn)象,電容器組的損壞會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)組超速報(bào)警,為保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行,需定時(shí)檢查電容器組并做好相應(yīng)備件的儲(chǔ)備,以便發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換。

(2)在日常運(yùn)行過程中,機(jī)組控制柜也是需要注意的重點(diǎn),因?yàn)榇艖腋±渌畽C(jī)組的傳感器與控制柜在運(yùn)行過程中每分鐘需要進(jìn)行數(shù)千次數(shù)據(jù)傳輸,故機(jī)組最好不要安裝在電磁場(chǎng)較強(qiáng)的地方,以免造成電磁干擾,最好再在數(shù)據(jù)傳輸線上加裝磁環(huán)以減少電磁干擾。在日常巡檢過程中,要多注意各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù),及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常,可以觀察出機(jī)組控制是否正常。

(3)磁懸浮冷水機(jī)組運(yùn)行過程中采用變頻控制算法、智能化自適應(yīng)控制系統(tǒng),對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的響應(yīng)更及時(shí),壓縮機(jī)可更快達(dá)到最優(yōu)轉(zhuǎn)速,最大限度實(shí)現(xiàn)節(jié)能潛力,但這也意味著機(jī)組的電氣控制部分承擔(dān)了更重要的任務(wù)。電氣部分負(fù)荷更大,需要良好散熱,若散熱不及時(shí),會(huì)導(dǎo)致機(jī)組控制部分溫度過高,機(jī)組報(bào)警。目前電氣控制部分采用水冷式散熱,使用冷卻水與廠家的冷卻液進(jìn)行換熱,因此在日常運(yùn)行中需根據(jù)廠家要求及時(shí)更換冷卻液,避免散熱不良:若條件允許,也可采用機(jī)組冷凍水進(jìn)行換熱,但需注意水管結(jié)露問題,以免冷凝水進(jìn)入機(jī)組電氣柜。

7結(jié)語

基于目前市場(chǎng)對(duì)磁懸浮冷水機(jī)組的整體認(rèn)可與了解程度不高,磁懸浮冷水機(jī)組在市場(chǎng)上的占有率不高。隨著磁懸浮技術(shù)的不斷發(fā)展與人們對(duì)磁懸浮冷水機(jī)組的不斷深入了解,磁懸浮冷水機(jī)組將會(huì)逐步進(jìn)入各行各業(yè),也會(huì)因?yàn)槠銲РLV值高、高效節(jié)能,噪聲低、安靜舒適,運(yùn)行過程穩(wěn)定可靠,冷卻水溫度區(qū)間較寬等諸多優(yōu)點(diǎn),成為冷水機(jī)組領(lǐng)域的新寵。本文從發(fā)展歷程、技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用情況等方面對(duì)磁懸浮冷水機(jī)組進(jìn)行了仔細(xì)分析,相信本文可對(duì)磁懸浮冷水機(jī)組進(jìn)入制藥類企業(yè)應(yīng)用起到一定的推動(dòng)作用。