1 概 述
　　隨著廣州基礎設施建設的日益完善，非開挖技術在市政項目中越來越受到重視和推廣，為了開拓市場，我處從2002年開始引入非開挖技術，先后購買了3臺機械式頂管設備，分別是德國海瑞克AVN系列、日本伊勢機TCC系列和國產(chǎn)揚州DPN系列設備。這三臺頂管機都屬于泥水平衡式，均由頂管機頭、控制室、注漿系統(tǒng)、泥水輸送系統(tǒng)、后方頂進系統(tǒng)等配套設備組成，在配套設備中含有進水泵、排泥泵、油泵、注漿泵共16個泵，這些泵都需要由交流異步電動機進行拖動，但這三臺頂管機泵用電機的配置不同，除了海瑞克AVN電機配有變頻調(diào)速器外，其余兩臺頂管機未配備任何調(diào)速裝置，給實際工作帶來了很大不便，生產(chǎn)成本大大增加。
　　2 設備現(xiàn)狀分析
　　海瑞克頂管設備自動化程度很高，在各個方面均采用了世界上先進的工藝技術，是一臺由計算機控制的現(xiàn)代化頂管設備，其泵用電機調(diào)速系統(tǒng)采用的是由3臺西門子MICRO MASTER系列脈寬調(diào)制（PWM）變頻器，分別控制進水泵、排泥泵和主頂油泵電機的轉速，這樣，通過一臺主計算機就能夠控制3臺變頻器的運行，機手操控非常的方便快捷，同時，通過顯示器顯示的流程圖上的相應圖標以及參數(shù)，還可以實時地了解到當前泵的轉速以及水路的流量等參數(shù)數(shù)值。海瑞克頂管設備采用變頻調(diào)速之后，電機具有了優(yōu)異的性能，調(diào)速范圍大，平滑性高，可以適應不同負載的要求，最終實現(xiàn)隨不同工況靈活控制泥水回路的流量以及主頂速度。
　　伊勢機和揚州頂管機上的各個泵都是單獨控制，沒有用計算機統(tǒng)一控制，當時購買這兩套設備時，為了降低成本，除了伊勢機主頂油泵采用了電磁調(diào)速控制油泵的轉速，其余的泵均未配置任何調(diào)速裝置，工作時水路的流量基本不能控制，油路的流量只能通過調(diào)節(jié)閥門開度以及旁路流量加以簡單控制，這樣的工況不僅損害了電機和泵，而且浪費了大量電能，增加了企業(yè)成本。
　　3 變頻調(diào)速基本原理
　　變頻調(diào)速是通過改變電源頻率實現(xiàn)的電動機速度調(diào)節(jié)過程。變頻調(diào)速技術就是使用變頻調(diào)速器（簡稱變頻器）去拖動電動機。
　　變頻器工作時首先將三相交流電經(jīng)橋式整流為直流電，脈動的直流電壓經(jīng)平滑濾波后在微處理器的調(diào)控下，用逆變器將直流電再逆變?yōu)殡妷汉皖l率可調(diào)的三相交流電源輸出到需要調(diào)速的電動機上。它的特點是調(diào)速平滑、調(diào)速范圍寬、效率高特性好、保護功能齊全、運行平穩(wěn)安全可靠，在生產(chǎn)過程中能獲得最佳速度參數(shù)，是當今節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種主要手段。
　　4 改造措施
　　經(jīng)過對比分析，我們發(fā)現(xiàn)海瑞克頂管機比另外兩臺機有著明顯的性能優(yōu)勢，于是我們決定對另兩臺頂管機泵用電機進行技術改造，改造措施主要是對主頂油泵、進水泵、排泥泵等較大功率電機配備變頻調(diào)速裝置，主要情況如下：
　　4.1 揚州頂管設備
　　揚州頂管設備是由揚州廣鑫公司生產(chǎn)的，于2002年5月投入使用的，該設備購買時沒有配備任何的電機調(diào)速裝置，因此進水泵、排泥泵的流量無法調(diào)節(jié)，主頂油泵的轉速也無法調(diào)節(jié)，只能通過改變油閥的開度來在一定程度上改變主頂油路的流量，調(diào)節(jié)主頂速度，造成實際操作過程很不方便，很難根據(jù)頂進的實際情況來改變泥水回路的流量和頂進速度，頂進過程進展緩慢，連連受挫。
　　為此，我們?yōu)閾P州機主頂油泵電機、進水泵電機、排泥泵電機配備了價格相對低廉的臺灣普傳（PUTRAN）變頻器，每臺變頻器控制一臺電機的轉速。由于揚州機未采用計算機控制，各臺變頻器連至計算機的通訊接口都未使用，直接利用變頻器上控制面板上的旋鈕進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過程中雖然看不見泵的實際轉速，但是可以看見頻率的實時變動，從而可以推斷出泵的大致轉速，也是比較直觀的。
　　4.2 伊勢機頂管設備
　　日本伊勢機頂管設備于2003年7月投入使用，出于成本上的考慮，該設備只有機頭、控制臺、排泥泵和中繼泵是日本原裝，其余設備均由揚州廣鑫公司生產(chǎn)，因此未配備各泵用電機的變頻調(diào)速裝置。為了在主頂速度上實現(xiàn)無級調(diào)速，該設備為主頂2#油泵電機（37KW）配置了電磁調(diào)速系統(tǒng)，即轉差離合器調(diào)速，該調(diào)速系統(tǒng)的特點是在電機軸上裝有一個電磁轉差離合器,由晶閘管控制裝置離合器勵磁繞組的電流，改變這一電流，即可調(diào)節(jié)離合器的輸出轉速。
　　采用轉差離合器電磁調(diào)速后，電動機運行可靠，維護調(diào)速平滑，但是，電磁調(diào)速屬于轉差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)，電機的電樞損耗與磁極轉速之差成比例增大，故低速時電樞發(fā)熱嚴重，效率相當?shù)?。在該設備的操作盤上，有一調(diào)節(jié)轉速的旋鈕，旋鈕以順時針方向旋轉時轉速逐漸增加，但是在該旋鈕的起始低速段以紅色標明，其余段為綠色，說明在起始低速段要警惕，電機在該段范圍內(nèi)不能工作太久，否則容易引起溫度上升，減少電機的使用壽命，工作效率低下。頂管施工時，不少情況是在較低的速度下頂進，也就是主頂油泵的轉速要求較低，這就要求電機與輸出軸固定的磁極的轉速很低，即常常工作在低速狀態(tài)，也就意味著需要消耗無謂、更多的電能，對于柴油發(fā)電機來說，就是消耗了更多柴油，無形中增加了企業(yè)的運