李俊國（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

油田注水系統(tǒng)是油田生產(chǎn)過程中的高耗能系統(tǒng)，受油田注水開發(fā)調(diào)整力度不斷加大，注水泵運行出現(xiàn)低效高耗。為保證啟動需求，注水泵電動機配置裝機功率大，運行負載率達不到合理范圍，導(dǎo)致電動機、注水泵效率低，能耗高；同時受運行過程中偏心震動影響，注水泵及電動機的運保維護難度極大，嚴重影響了注水系統(tǒng)的正常運行。

永磁耦合器已經(jīng)在其他工業(yè)領(lǐng)域得到規(guī)模應(yīng)用，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，節(jié)能降耗效果顯著。

1 永磁耦合器的結(jié)構(gòu)與原理

永磁耦合器用于電動機和注水泵等負載間傳遞轉(zhuǎn)矩，以此實現(xiàn)電動機與負載之間非接觸柔性傳動。通過調(diào)節(jié)電盤與導(dǎo)磁盤之間的氣隙大小可以調(diào)節(jié)負載轉(zhuǎn)速，從而達到匹配負載工況、節(jié)能降耗的目的[1]。

永磁耦合器由導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和調(diào)速器組成（圖1），通過漲緊套與電動機軸及注水泵負載端連接。通過導(dǎo)體和永磁體之間的氣隙實現(xiàn)由電動機到負載的轉(zhuǎn)矩傳輸，可實現(xiàn)電動機和負載間無機械連接的傳動方式[2]。其工作原理是當(dāng)兩者之間相對運動時，導(dǎo)體組件切割磁力線，在導(dǎo)體中產(chǎn)生渦電流，渦電流進而產(chǎn)生反感磁場，與永磁體產(chǎn)生的磁場交互作用，從而實現(xiàn)兩者之間的轉(zhuǎn)矩傳遞。

圖1 永磁耦合器結(jié)構(gòu)及安裝示意圖

2 永磁耦合器特性

1）永磁耦合器具備空載啟動和軟啟動功能，能保證電動機在重載狀態(tài)下輕載啟動，從而減緩對設(shè)備沖擊，提高傳動效率（圖2）。注水泵及配套電動機運行震動較大，永磁耦合器能較好實現(xiàn)震動緩沖，同時保證軸向?qū)χ小?/p>

2）有效解決電動機啟動困難問題，與電動機硬連接的剛性傳動相比，可以至少降低1個電動機機座號，從而實現(xiàn)減少電動機無功損耗，降低對電網(wǎng)的沖擊，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，達到節(jié)電效果[3]。

3 永磁耦合器與變頻等技術(shù)對比

為滿足注水泵實際運行需求，流量調(diào)整均采用在負載端安裝調(diào)整閥、回流閥等方式，進行流量和壓力的控制；但受帶載啟動影響，容易影響管路的密封性能，加速泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴重時損壞注水泵設(shè)備，影響正常生產(chǎn)。

圖2 永磁耦合器啟動特性曲線

與調(diào)整閥相比，注水泵應(yīng)用變頻器控制具備可自動調(diào)速的優(yōu)點，當(dāng)泵進出口壓力大時能提升電動機的保護性能，節(jié)能效果顯著。但是應(yīng)用變頻器的不足在于成本高，現(xiàn)場安裝時受場地限制，同時變頻具有高次諧波，易污染電網(wǎng)，會嚴重影響注水站的變電運行安全[3]。

永磁耦合傳動技術(shù)應(yīng)用在油田注水泵控制上，離心泵的特點是負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速成正比[4]。永磁耦合器的輸入轉(zhuǎn)矩等于輸出轉(zhuǎn)矩，負載和電動機之間減少機械連接，能有效隔離電動機的機械震動，不會將其傳遞給注水泵等拖動的負載，特別適合現(xiàn)場對機械裝置振動對中的傳動要求，能夠有效改善傳動效果，提高機械傳動效率[5]。

此外，應(yīng)用永磁耦合技術(shù)，能做到輕載啟動（空載啟動），輕載停機，實現(xiàn)良好的軟啟與軟停功能，有效降低電動機的沖擊電流，也解決電動機頻繁啟停帶來的系統(tǒng)故障問題，提高注水系統(tǒng)的可靠性。

4 現(xiàn)場試驗及效果

現(xiàn)場試驗應(yīng)用永磁耦合器2臺。從測試數(shù)據(jù)可以看出，改造后，2 臺注水泵電動機的啟動電流分別下降109 A和48 A，下降了12.56%（圖3）；改造前后對注水泵電動機的能耗參數(shù)進行測試，電動機平均輸入功率從82.2 kW 下降到74.7 kW，下降了9.1%；平均泵水單耗從5.55 kWh/m3降到5.05 kWh/m3，下降了9.0%（表1）。

試驗應(yīng)用結(jié)果表明，應(yīng)用永磁耦合器可以降低電動機啟動轉(zhuǎn)矩，避免電動機啟動困難和超負荷燒電動機的風(fēng)險，為注水泵電動機進一步降載優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

圖3 永磁耦合與傳統(tǒng)聯(lián)結(jié)啟動電流測試對比

表1 永磁耦合器現(xiàn)場試驗效果對比

通過現(xiàn)場測試，2 臺注水泵應(yīng)用永磁耦合器后，平均日節(jié)電276 kWh，按每度電0.6183 元計算，年創(chuàng)效益5.97萬元。應(yīng)用永磁耦合器，在保證電動機安全有效傳動的同時，提高了注水效率，確保了平穩(wěn)可靠運行，節(jié)能降耗效果顯著。

5 結(jié)論

1）永磁耦合器具備空載或輕載啟動特性，可不通過機械連接傳遞動力，改善傳動效果，提高機械傳動效率。

2）永磁耦合器具有動力傳遞的軟特性，可以極大地減少由于載荷變化引起的部件沖擊、振動，提高設(shè)備部件的疲勞壽命，實現(xiàn)對注水泵等設(shè)備的保護。

3）對比應(yīng)用永磁耦合器前后的能耗及運行費用結(jié)果表明，采用永磁耦合技術(shù)傳遞動力運行可靠，節(jié)能效果好，注水單耗可降低9.0%，與其他傳統(tǒng)技術(shù)相比更適用于油田關(guān)鍵生產(chǎn)崗位。