1. مقدمة

في تحويل المياه، والتحكم في الفيضانات والصرف الصحي، ومعالجة مياه الصرف الصحي، وري الأراضي الزراعية، وحماية البيئة، وما إلى ذلك، يتم استخدام مشاريع الحفاظ على المياه ذات البوابات ذات الرفع المنخفض والتدفق الكبير على نطاق واسع. عادة، معظم المضخات منخفضة السرعة المستخدمة في مشاريع الحفاظ على المياه هذه هي مضخات منخفضة السرعة أقل من 500 دورة / دقيقة. تشمل محركات ضخ المياه شائعة الاستخدام المحركات غير المتزامنة والمحركات المتزامنة والمحركات الغاطسة الخاصة. ومع ذلك، يتم تحقيق العديد من السرعات المنخفضة من خلال الاعتماد على محركات عالية السرعة متصلة بمخفضات السرعة. نظرًا لأن المخفضات نفسها بها خسائر ميكانيكية وسهلة التآكل، فإن هذا النوع من نظام المضخات منخفضة السرعة يؤدي أيضًا إلى انخفاض الكفاءة واستهلاك الطاقة العالي والضوضاء والاهتزاز العالي والحجم الكبير والصيانة العالية.

ومع ذلك، تتمتع المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم بمزايا تطبيقية لا مثيل لها في مثل هذه التطبيقات الهندسية للحفاظ على المياه. تم تصميم المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم ليكون ذو سرعة منخفضة ويمكنه تشغيل المكره مباشرة، مما يلغي الحاجة إلى هيكل المخفض. كفاءة النظام الإجمالية عالية، والضوضاء والاهتزازات صغيرة، والعملية أكثر أمانًا وموثوقية. إنها تتعاون مع نظام التحكم الخاص بالمغناطيس الدائم لتشكيل نظام القيادة، بالاعتماد على المزايا الهائلة للحفاظ على الطاقة وحماية البيئة، وقد أصبح اتجاهًا جديدًا في تطوير المضخات منخفضة السرعة.

2. حالة التطبيق الحالية للمضخات ذات الرأس المنخفض والتدفق العالي والسرعة المنخفضة في مشاريع الحفاظ على المياه

2.1 مضخة التدفق المتقاطع للعمود مع محرك غير متزامن + مخفض

الشكل الهيكلي والتطبيق الهندسي لمضخة التدفق المتقاطع للعمود مع محرك غير متزامن + مخفض موضح في الشكل 1. يتم تشغيل هذا النوع من مضخة التدفق المتقاطع للعمود العمودي بشكل عام بواسطة محرك غير متزامن ذو 4 أقطاب إلى 8 أقطاب + مخفض. الطول المحوري كبير، والعتاد المخفض سهل الارتداء، ويجب استبدال زيت التشحيم بانتظام. عبء عمل الصيانة كبير، وتكلفة الصيانة مرتفعة، والنظام أقل كفاءة. نظرًا لوجود أجزاء دوران واحتكاك عالية السرعة، فإن ضجيج الاهتزاز مرتفع وكفاءة النظام منخفضة.

2.2 مضخة عمود مائلة ذات محرك غير متزامن

يظهر الشكل 2 الشكل الهيكلي والتطبيق الهندسي لمضخة المحور المائل ذات المحرك غير المتزامن ذات المحرك المباشر. تتراوح سرعة المحرك غير المتزامن المستخدمة في هذا النوع من مضخة العمود المائل ذات المحرك غير المتزامن بشكل عام بين 200 و 300 دورة / دقيقة. على الرغم من أن المحرك غير المتزامن منخفض السرعة يقود المخفض مباشرة، إلا أن المحرك غير المتزامن متعدد الأقطاب منخفض السرعة يتأثر بالهيكل والتكنولوجيا وتبديد الحرارة. يتأثر بعوامل عديدة، ويكون هيكل المحرك معقدًا، والعملية صعبة، والمحرك كبير الحجم، والكتلة، وكفاءة منخفضة، وعامل القدرة cos صغير للغاية (عمومًا حوالي 0.6، وحتى أقل عند الأحمال المنخفضة، وارتفاع -يجب تكوين تعويض الطاقة التفاعلية). علاوة على ذلك، فإن التيار التفاعلي للمحرك كبير، لذا يجب زيادة قدرة نقل وتوزيع الطاقة بنسبة 1/3 على الأقل.

2.3 مضخة التدفق المحوري العمودي غير المتزامنة ذات السرعة المنخفضة العمودية

يوضح الشكل 3 الشكل الهيكلي والتطبيق الهندسي لمضخة التدفق المحوري العمودي غير المتزامنة ذات السرعة المنخفضة والتي تعمل بمحرك رأسي. هذا النوع من مضخة التدفق المحورية العمودية التي يقودها محرك عمودي غير متزامن منخفض السرعة هو نفس مضخة المحور المائل يقودها مباشرة محرك غير متزامن. يتميز المحرك متعدد الأقطاب منخفض السرعة ببنية معقدة وعملية صعبة وحجم كبير وكتلة كبيرة وكفاءة منخفضة وعامل طاقة منخفض للغاية.

2.4 محرك غير متزامن + مخفض ومحرك غير متزامن منخفض السرعة مضخة تدفق متقاطعة غاطسة مدفوعة مباشرة

بالنسبة للمحرك غير المتزامن + المخفض والمضخات ذات التدفق العرضي الغاطسة ذات المحرك المنخفض السرعة غير المتزامنة، تكون مشاكل اهتزاز النظام والضوضاء العالية أكثر وضوحًا، والهيكل أكثر تعقيدًا. يتأثر هيكل المحركات غير المتزامنة منخفضة السرعة بشكل أساسي بالحجم الكبير للمحرك غير المتزامن، وتكون المشكلات مثل انخفاض مساحة المقطع العرضي لقناة التدفق أكثر وضوحًا.

3 المزايا الهائلة للمحركات ذات المغناطيس الدائم منخفضة السرعة وعزم الدوران العالي

3.1 تطوير وتطبيق المحركات ذات المغناطيس الدائم

محرك المغناطيس الدائم هو جهاز يستخدم المغناطيس الدائم لإنشاء مجال مغناطيسي مثير لتحقيق تحويل الطاقة الكهروميكانيكية. منذ ظهور مواد المغناطيس الدائم NdFeB عالية الكفاءة ذات خصائص مغناطيسية أعلى وأسعار أقل نسبيًا في عام 1983، تحول تركيز البحث والتطوير في الداخل والخارج إلى محركات المغناطيس الدائم الصناعية والمدنية. وفي السنوات العشر الماضية، كان لها العديد من التطبيقات الناجحة في مختلف الصناعات. إن كفاءة المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم NdFeB عالي الكفاءة عند الحمل المقدر أعلى بنسبة 2٪ إلى 8٪ من كفاءة المحرك غير المتزامن التعريفي بنفس المواصفات، ويمكنه الحفاظ على كفاءة عالية وكفاءة عالية ضمن نطاق الحمل المقدر 25%~120%. عامل الطاقة الكبير يجعل تأثير توفير الطاقة أكثر أهمية أثناء عملية التحميل الخفيف.

3.2 مقارنة هياكل الجزء الثابت والدوار لمحركات المغناطيس الدائم منخفضة السرعة والمحركات غير المتزامنة منخفضة السرعة

لمزيد من التحليل لخصائص محركات المغناطيس الدائم منخفضة السرعة وعزم الدوران العالي، فيما يلي تحليل لمزايا محركات المغناطيس الدائم بناءً على الاختلافات في الهياكل المحددة للجزء الثابت والدوار لمحركات المغناطيس الدائم ذات 20 قطبًا و المحركات غير المتزامنة ذات 20 قطبًا. يوضح الشكل 4 الجزء الثابت والدوار للمحرك ذو المغناطيس الدائم، ويوضح الشكل 5 الجزء الثابت والدوار للمحرك غير المتزامن.

يحتوي الجزء الثابت للمحرك غير المتزامن عمومًا على أكثر من 120 ملفًا، ويحتوي قضيب النحاس الدوار عمومًا على أكثر من 100 قضيب نحاسي. بالمقارنة مع المحركات ذات المغناطيس الدائم، فإن عمليات الجزء الثابت والدوار للمحركات غير المتزامنة أكثر تعقيدًا، مما يجعل من الصعب على الشركات المصنعة للمحركات العامة إنتاجها. خاصة عندما يدور دوار المحرك غير المتزامن، يكون للقضيب النحاسي للدوار جهد منخفض وتيار كبير، كما أن الدوار لديه تيار إيدي ويولد كمية كبيرة من الحرارة، مما يؤدي إلى مشاكل تبديد الحرارة الشائكة (يعتمد بشكل عام التصدير الشعاعي والمحوري خارج الجسم وغيرها من تدابير تبديد الحرارة الشاملة)، يجب زيادة حجم الدوار. لا يحتاج دوار المحرك المغناطيسي الدائم إلى تبديد الحرارة، مما يبسط العملية والهيكل بشكل كبير، ويحسن السلامة والموثوقية.

3.3 مزايا المحركات ذات المغناطيس الدائم منخفضة السرعة المستخدمة في المضخات منخفضة السرعة

تُستخدم المحركات ذات المغناطيس الدائم منخفضة السرعة في المضخات منخفضة السرعة ولها المزايا التالية:

① حجم صغير، كتلة صغيرة، سهلة التركيب، متطلبات منخفضة للمرافق الأساسية وغيرها من المرافق الداعمة. على سبيل المثال، كتلة محرك مغناطيسي دائم منخفض السرعة ذو 20 قطبًا 300r/min تعادل فقط 1/2 إلى 1/3 محرك غير متزامن بنفس السرعة؛

②توفير الطاقة والكفاءة، والكفاءة العامة للمحركات ذات المغناطيس الدائم أعلى من 96% وعامل الطاقة أعلى من 0.97، في حين أن كفاءة المحركات غير المتزامنة أقل من 92% وعامل الطاقة حوالي 0.66؛

③ انخفاض الاهتزاز والضوضاء، الرفع المنخفض والمضخة ذات السرعة المنخفضة ذات التدفق الكبير تستخدم نظام محرك مغناطيسي دائم. لا يوجد جزء تشغيل عالي السرعة. المحرك نفسه لديه انخفاض مستوى الضجيج والاهتزاز. في الوقت نفسه، يتم التخلص من المخفض وأجهزة النقل الأخرى. يتم التخلص من المخفض وأجهزة النقل الأخرى. تقليل الاهتزاز والضوضاء، مما يجعل نظام النقل بأكمله أقل اهتزازًا وضوضاءً؛

④ نظرًا للهيكل البسيط لمحرك المغناطيس الدائم، لا توجد مشكلة في تبديد الحرارة في الدوار، وبالتالي فإن التشغيل أكثر أمانًا وموثوقية، وعبء الصيانة صغير؛

⑤ سهولة التحكم بذكاء، باستخدام محول تردد خاص، تحكم مريح في السرعة، وظائف حماية كاملة من الأخطاء، عزم دوران كبير، نطاق تنظيم واسع للسرعة، وتشغيل نظام آمن ومستقر؛

⑥نظرًا لأن الدوار لا يحتوي على تيار مستحث، فإن الدوار لا يولد حرارة، وله ارتفاع في درجة الحرارة المنخفضة، ويسهل تبديد الحرارة؛

⑦ نظرًا لأن التيار التفاعلي صغير جدًا، فإن التيار الإجمالي للمحرك أقل بنسبة 1/3 من تيار المحرك غير المتزامن، مما يمكن أن يقلل من متطلبات السعة لنقل الطاقة وتوزيعها (بما في ذلك المحولات والمفاتيح والكابلات، إلخ) وتقليل الاستثمار في نظام نقل وتوزيع الطاقة.