峽南泵站高壓電機(jī)冷卻系統(tǒng)所存問題分析與改進(jìn)措施

1工程簡(jiǎn)介

福清市水系聯(lián)排聯(lián)調(diào)中心閩江調(diào)水管理站峽南泵站是利用閩江南港烏龍江水源,設(shè)泵站抽水,通過(guò)隧道、壓力管道等水工建筑輸水至福清各個(gè)工業(yè)區(qū)以及龍高、江陰地區(qū)的縣級(jí)大型水利工程。取水泵站位于閩江南港烏龍江南岸,坐落在峽南烏龍江大橋下游峽樟公路邊,由取水建筑、進(jìn)水閘、進(jìn)水漸變段、進(jìn)水前池、主廠房和副廠房等組成。泵站出水口為壓力鋼管,由6個(gè)支管和主管組成,主管內(nèi)徑2.6m。根據(jù)福清需水量要求,一期安裝一臺(tái)單機(jī)1800kw的立式離心水泵和兩臺(tái)單機(jī)容量為800kw的臥式離心泵組,設(shè)計(jì)抽水流量4.85m3/s。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及承擔(dān)平潭綜合試驗(yàn)區(qū)供水和龍江生態(tài)補(bǔ)水等任務(wù)后,用水量增長(zhǎng)明顯,泵站現(xiàn)有抽水能力已不滿足實(shí)際用水需求。2017年,對(duì)兩臺(tái)800kw臥式離心泵組進(jìn)行改造,對(duì)一臺(tái)1800kw立式離心泵組進(jìn)行更新,并加裝3臺(tái)1800kw立式離心泵組,以提升供水能力,設(shè)計(jì)總抽水流量達(dá)到10m3/s。

2高壓電機(jī)冷卻方法分類及冷卻系統(tǒng)分析

眾所周知,電機(jī)運(yùn)行過(guò)程其實(shí)就是電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程,在這個(gè)過(guò)程中不可避免地將產(chǎn)生損耗。這些損耗絕大部分會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量,從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組、鐵芯及其他部件的工作溫度升高。由于電動(dòng)機(jī)使用的絕緣材料對(duì)溫度有限制,故電機(jī)冷卻任務(wù)是散發(fā)電機(jī)內(nèi)部損耗產(chǎn)生的熱量,使電機(jī)各部位溫升維持在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi),并力求內(nèi)部溫度均勻化。電機(jī)通常采用氣體或液體作為冷卻介質(zhì),常見的有空氣和水,對(duì)應(yīng)稱之為空冷或水冷?？绽涑Ｒ姷挠腥忾]空氣冷卻和開啟式空氣冷卻:水冷常見的有水套式冷卻和熱交換器冷卻。電機(jī)冷卻器是電機(jī)的主要換熱部件,是維持電機(jī)運(yùn)行的重要部分,直接影響電動(dòng)機(jī)的溫升、出力和使用壽命。

2.1冷卻方法分類

2.1.1自然冷卻（表面冷卻）

自然冷卻的電機(jī)不需要特殊方法冷卻電機(jī)各部分,僅靠轉(zhuǎn)子自身轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)空氣。此類電機(jī)運(yùn)行時(shí)表面溫度較高,可能對(duì)周邊設(shè)備和物料產(chǎn)生影響。

2.1.2自扇冷卻（自冷）

自通風(fēng)電機(jī)發(fā)熱部分由內(nèi)裝風(fēng)扇或由電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分上附加的特種裝置進(jìn)行冷卻,是通過(guò)電機(jī)自身旋轉(zhuǎn)移動(dòng)空氣從而實(shí)現(xiàn)冷卻,空氣移動(dòng)速度與電機(jī)速度有關(guān)。

2.1.3強(qiáng)迫風(fēng)扇冷卻（強(qiáng)冷或獨(dú)立風(fēng)扇冷卻）

強(qiáng)迫風(fēng)扇冷卻電機(jī)含有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī),保證風(fēng)量恒定且與電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān),是通過(guò)風(fēng)扇吹電機(jī)表面散熱筋實(shí)現(xiàn)散熱。

2.1.4介質(zhì)冷卻（水、氫氣、油）

常見的介質(zhì)冷卻為水冷卻。電機(jī)中大量損耗產(chǎn)生的熱量經(jīng)過(guò)電機(jī)表面擴(kuò)散到周圍空氣中。當(dāng)電機(jī)在某一情況下工作時(shí),為防止電機(jī)各部位過(guò)高的溫升,有時(shí)在電機(jī)最熱部分備有特別的通道或裝有水的管子,電機(jī)內(nèi)部循環(huán)空氣將內(nèi)部熱量帶至被水冷卻的表面。

高壓電機(jī)的冷卻方式有很多,常見的就是以上幾種,采用何種冷卻方式,關(guān)系到電機(jī)參數(shù)選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、重量和造價(jià)、安全穩(wěn)定運(yùn)行等方面。因此,應(yīng)根據(jù)高壓電機(jī)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行選擇,包括電機(jī)的長(zhǎng)、高,安裝地方能否滿足需求,并且要確定哪種冷卻方式能夠滿足要求。

2.2冷卻系統(tǒng)分析

2.2.1全空冷卻（空空冷）

全空冷卻是指定子鐵芯繞組、轉(zhuǎn)子鐵芯繞組都通過(guò)空氣冷卻?？諝馔ㄟ^(guò)風(fēng)機(jī)作用,產(chǎn)生的冷卻風(fēng)量經(jīng)過(guò)定子、轉(zhuǎn)子中的風(fēng)溝形成空冷循環(huán)系統(tǒng),并通過(guò)布置在定子機(jī)座外側(cè)周圍的空氣冷卻器進(jìn)行熱交換,達(dá)到冷卻目的。該系列電動(dòng)機(jī)具有造價(jià)低、輔助設(shè)備少、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)方便的特點(diǎn)。

2.2.2半水內(nèi)冷方式（空水冷）

半水內(nèi)冷方式是指定子鐵芯繞組采用水冷、轉(zhuǎn)子鐵芯繞組采用空氣冷卻的方式。液體相比于氣體比熱容更大,導(dǎo)熱系數(shù)高。隨著技術(shù)發(fā)展,電機(jī)采用水冷代替部分氣冷已相當(dāng)普遍,尤其在大型高壓電動(dòng)機(jī)及部分小型特種電機(jī)中使用更為廣泛,以獲得良好的冷卻效果。

目前,絕大多數(shù)異步電機(jī)都采用以空氣為冷卻介質(zhì)的冷卻系統(tǒng),對(duì)于大功率、小體積或高速電機(jī)采用循環(huán)液冷卻。我站兩臺(tái)800kw電機(jī)就是采用空氣冷卻,而4臺(tái)1800kw電機(jī)為水冷卻方式。

3目前我站電機(jī)冷卻系統(tǒng)存在的主要問題

3.1空氣冷卻系統(tǒng)

空氣冷卻式電機(jī)只要進(jìn)出風(fēng)口不被堵塞,基本上不會(huì)出現(xiàn)冷卻系統(tǒng)故障。因此,平時(shí)注意經(jīng)常對(duì)電機(jī)側(cè)面進(jìn)出風(fēng)口濾網(wǎng)灰塵進(jìn)行清理。

3.2水冷卻系統(tǒng)

鑒于我站工藝要求和生產(chǎn)需要,電機(jī)開動(dòng)頻繁、機(jī)械沖擊大、震動(dòng)大,且采用直流冷卻水系統(tǒng),即冷卻水只經(jīng)換熱器一次利用后就排掉,致使這種水冷式電機(jī)冷卻系統(tǒng)故障及由此引發(fā)的其他故障時(shí)有發(fā)生,主要表現(xiàn)為以下兩方面:

（1）電機(jī)外部冷卻管路損壞,冷卻介質(zhì)流失導(dǎo)致冷卻壓力減小,冷卻能力下降,引起電機(jī)溫度上升。

（2）由于是直流水冷卻系統(tǒng),如圖1所示,冷卻水管道直接從水泵出水口接出,冷卻水雜質(zhì)較多,含有較多的雜草、塑料袋、塑料繩等物質(zhì),容易卡住壓差式自清洗過(guò)濾器,導(dǎo)致自動(dòng)排污閥失效,冷卻管道堵塞腐蝕,導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱,影響設(shè)備的安全運(yùn)行。

4電機(jī)冷卻系統(tǒng)改進(jìn)措施

空氣冷卻式電機(jī)只要定期對(duì)電機(jī)側(cè)面進(jìn)出風(fēng)口濾網(wǎng)進(jìn)行清理,就基本上不會(huì)出現(xiàn)冷卻故障,因此改進(jìn)措施主要針對(duì)水冷卻系統(tǒng)。

4.1對(duì)于外部冷卻管路損壞問題,應(yīng)加強(qiáng)日常維護(hù)管理

(1）事前預(yù)防,對(duì)比技術(shù)協(xié)議或工藝操作規(guī)程,對(duì)電機(jī)冷卻管路進(jìn)行加固處理,減小電機(jī)震動(dòng)對(duì)冷卻管路的影響。

(2）加強(qiáng)巡查,及時(shí)排查冷卻管路是否腐蝕損壞,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換管道。

(3）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的技能培訓(xùn),使其在操作、安裝、拆卸設(shè)備時(shí),嚴(yán)格按照規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理,增強(qiáng)責(zé)任心,減少人為因素導(dǎo)致電機(jī)故障的發(fā)生。

4.2對(duì)于冷卻管道堵塞問題

(1）將直流水冷卻系統(tǒng)改為循環(huán)水冷卻系統(tǒng),如圖2所示。在循環(huán)水系統(tǒng)中,冷卻水采用經(jīng)凈化處理的自來(lái)水,經(jīng)換熱器后溫度升高,由冷卻塔或其他冷卻設(shè)備將水溫降下來(lái),再由泵將水送到冷卻水管道循環(huán)使用。

(2）雖然循環(huán)冷卻系統(tǒng)消除了冷卻水中塑料膜等垃圾,但是自來(lái)水仍然對(duì)管道有一定腐蝕作用,且長(zhǎng)期使用還會(huì)產(chǎn)生污泥,因此還應(yīng)定期對(duì)循環(huán)冷卻管路進(jìn)行清理,以消除隱患。

5結(jié)語(yǔ)

雖然電機(jī)冷卻系統(tǒng)不穩(wěn)定會(huì)對(duì)電機(jī)的安全運(yùn)行造成一定影響,但只要設(shè)備維護(hù)人員能夠及時(shí)維護(hù),對(duì)水冷器、空冷器內(nèi)部及時(shí)進(jìn)行清理,就完全能夠滿足電機(jī)冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行需要。