爐用水冷電動機.doc

爐用水冷電動機熱管式冷卻技術(shù)的發(fā)明可以溯源于1942年申請并于1944年公布的美國專利，而實際上最早的成功應用是在1964年美國的宇航技術(shù)上，隨后在各國科學界的努力下，熱管技術(shù)在理論設計、制造工藝以及應用領域上都取得了極大發(fā)展。目前，作為一種成熟的冷卻技術(shù)，熱管作用高效傳熱元件已在許多工業(yè)領域得到推廣應用。我國從上世紀50年代由中科院力學所等單位開始開展此項技術(shù)的研究工作，并陸續(xù)研制成功各種熱管；80年代以后我國更多單位參與熱管技術(shù)的應用研究，而且在電子工業(yè)、空間技術(shù)、能源工程等領域獲得了成功應用。 對于熱管在電機的冷卻技術(shù)中的應用早已有人提出，并取得了一定的成果，還研制出一些容量比較小的電動機樣機，但大多數(shù)工作仍處于試驗研究階段，離實際生產(chǎn)應用有一段距離。研究者或者僅是提出了高壓電動機熱管式冷卻器的可行性研究論文1，或者僅綜述性地展望了熱管技術(shù)在電機冷卻方面的良好前景2，但正如文獻2作者十幾年前在文章結(jié)語中所說，“熱管在電機冷卻中的應用還處于試驗探索階段，試驗電機的容量都比較小。要實現(xiàn)熱管在電機冷卻（特別是大中型電機）中的工業(yè)應用，還要做大量的理論研究和試驗分析工作?！蔽覀冊谶M行此項“高壓電動機熱管式冷卻器研制”課題的研究、開發(fā)過程中，沒有可以模仿的先例，靠我們自己掌握的電機設計和制造基礎以及其它行業(yè)成功的熱管技術(shù)應用經(jīng)驗，依靠良鄉(xiāng)電力修造廠雄厚的電機生產(chǎn)能力，完全靠自己走出了一條大中型電機冷卻技術(shù)的新路。 2.2 使用熱管式空氣冷卻器的優(yōu)點 熱管式冷卻器與上述兩種傳統(tǒng)冷卻器的換熱原理截然不同，利用的是冷卻介質(zhì)物態(tài)變化時的熱效應原理，即冷卻介質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時需要吸收熱量，由氣態(tài)變成液態(tài)時需要釋放熱量。這是一種全新的冷卻方式，為電機的冷卻開辟了新的途徑。 熱管式冷卻器代替常規(guī)的列管式冷卻器，將具有以下優(yōu)點。 a)對于空空型換熱： 利用熱管的高傳熱性能，將冷空氣的管內(nèi)換熱轉(zhuǎn)換為管外換熱，這樣就很容易擴展 換熱面積，從而減少冷卻器的體積和重量； 管外流動阻力小。 b)對于水空型換熱： 水不在每根管子的管內(nèi)流，而在熱管端管外流，只要隔板密封的好，就可以避免水漏到電機內(nèi)； 每根熱管都是獨立的傳熱元件，即使由于水沖磨損損壞，水也不會漏到空氣一側(cè)，這就能保證電機的安全運行，而且，少數(shù)熱管的失效不會對整個設備的性能有什么影響。不像列管式冷卻器一旦泄漏，必須停機處理； 設計上便于調(diào)節(jié)熱管的表面溫度，以保持在循環(huán)空氣的露點溫度以上，避免冷凝水滴出現(xiàn)在空氣中，保證對電機的絕緣要求。 2.3 熱管技術(shù)用于電機空氣冷卻器上需要解決的問題 由于大型電機設備要求必須保證安全、穩(wěn)定的運行，熱管的設計和制作必須要滿足可靠性方面的苛刻要求。 熱管式冷卻器在高壓電動機上的應用，主要技術(shù)難點是熱管型式、材料、工藝、尺寸等設計參數(shù)的計算和選擇，以及在實際施工改裝方面，要求在原有電機列管式冷卻器的空間上進行改裝，冷卻效果原則上應優(yōu)于原冷卻器，同時還要考慮控制生產(chǎn)成本等因素，盡量節(jié)約資金。 從目前熱管技術(shù)的發(fā)展來看，無論是對空空型換熱還是水空型換熱，設計應該說比較成熟，工程設計參數(shù)也比較齊全。從我們對熱管技術(shù)的掌握情況來看，可供選擇的熱管類型包括管材和工質(zhì)，是能夠滿足我們的設計要求的。 為保證電動機長期可靠的工作，熱管材料和工質(zhì)的選擇以及制作工藝質(zhì)量的檢測等方面，需要嚴格把關(guān)，不能留下質(zhì)量隱患。 冷卻器容量的設計上，在考慮冷卻效果不低于原冷卻器的前提下，還要留有進一步擴展容量的空間，需要時可以靠增加熱管元件，方便地達到增大冷卻效果的目的。因此對熱管容量和結(jié)構(gòu)尺寸的設計，應當對具體型號電動機有相對準確和具體的計算方案。 3 熱管式冷卻器 隨著熱管技術(shù)的發(fā)展，目前可供選擇的材料、工藝以及設計參數(shù)都比較完備。具體的設計和計算，詳見本課題研制報告，不在此重復。 熱管冷卻器采用鋁軋翅片管，其結(jié)構(gòu)為分離式熱管結(jié)構(gòu)，這樣比較容易布置換熱面。 采用分離式熱管結(jié)構(gòu)便于布置電機循環(huán)氣流（熱氣流）和冷卻空氣（冷氣流）的流道，也減少了穿過隔板的管子根數(shù)，對密封有利。 此外，熱管冷卻器設計為冷、熱氣流完全逆流換熱，可以減少使用熱管的數(shù)量。 在熱管質(zhì)量保證方面，熱管工質(zhì)的選用要保證長壽命和安全性，選用氨作為經(jīng)過長期考驗的工質(zhì)，氨和鋁可以長期相容，工作的溫度范圍也適合作空氣冷卻器使用，而且它的熱性能也非常好。 4 試驗電動機的選擇和安裝試驗 根據(jù)良鄉(xiāng)電力修造廠正常的生產(chǎn)進度，選擇了三臺不同型號的高壓電動機進行了熱管式冷卻器的設計和計算，分別是YMKQ600-6型650kW6kV高壓電動機、YMK600-6-10型630kW10kV高壓電動機和YMKQ500-6型450kW6kV高壓電動機，分別屬于三家不同的用戶，被拖動設備全部是磨煤機。 我們在經(jīng)過詳細論證和計算以后，在三臺電動機上分別安裝了熱管式冷卻器取代原設計的列管式冷卻器。 三臺電動機中第一臺電機因某些客觀原因沒有進行型式試驗，但隨訪用戶反映電動機運行情況良好，未見異常。后兩臺電動機專門取同樣型號，僅冷卻器是傳統(tǒng)的列管式冷卻器，分別在北京重型電機廠進行包括性能考核在內(nèi)的型式試驗。4臺電動機的對比性試驗結(jié)果顯示電動機溫升有所降低，但不是十分明顯，這是因為熱管設計時為控制試驗成本，取用的熱管容量與原冷卻器容量比較接近，在實際安裝空間上留有一定的擴展裕度，如果需要，完全可以再增大熱管容量，使溫度降得更多一些。 實際運行和性能考核試驗結(jié)果表明，我們在高壓電動機上安裝熱管式冷卻器技術(shù)改造項目是成功的。 5 熱管冷卻器在電動機冷卻技術(shù)上的應用前景 熱管式冷卻器與傳統(tǒng)的列管式空空型或水空型冷卻器相比較，因換熱原理不同，其優(yōu)點是顯而易見的。首先是換熱效率高，其次是相應的冷卻器重量輕，造價低，同時還不存在管道堵塞問題，使維護工作量減少，由于不用水，也就不存在漏水引起的電動機故障問題，對節(jié)約水資源也大為有益。熱管式冷卻器首次在高壓電動機上的成功應用顯示應用前景十分可觀。 1）在大中型高壓電動機上更換傳統(tǒng)的列管式空空型冷卻器，可以改善冷卻效果，延長電動機的使用壽命，并減少了冷卻系統(tǒng)故障，從而提高了電動機的運行可靠性。 2）在大中型高壓電機上更換傳統(tǒng)的水空型冷卻器，可以節(jié)約大量的水資源，在我國北方缺水地區(qū)具有重要的經(jīng)濟價值和社會效益。 3）若在大型發(fā)電機上更換傳統(tǒng)的水空型氣體（氫氣或空氣）冷卻器，既達到降低發(fā)電機溫升、提高出力能力的重要目的，還可以節(jié)約大量的水資源。 4）我們這次只開發(fā)了空空型熱管式冷卻器，今后若開發(fā)水空型熱管式冷卻器，只需將熱管的冷端通水冷卻即可，這種熱管式冷卻器熱端置于電機頂部，與電機內(nèi)部熱空氣進行換熱，而把熱管冷端或置于電機頂上最上部，或置于電機側(cè)面，防止漏水引起電機故障，進一步的研究有待于將來繼續(xù)進行。 5）發(fā)電機的冷卻器，無論是空氣冷卻器（如大多數(shù)水輪發(fā)電機和抽水蓄能發(fā)電電動機、全空冷的汽輪發(fā)電機）還是氫氣冷卻器（如采用氫氣冷卻的大多數(shù)大型汽輪發(fā)電機），其基本工作原理都與電動機的冷卻器一樣，盡管冷卻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有許多型式，但總體上說仍屬于傳統(tǒng)的列管式冷卻器進行熱交換范疇，我們在電動機上的成功經(jīng)驗，為下一步進行發(fā)電機冷卻器的改造打下了很好的基礎。發(fā)電機冷卻器的改造預期應能取得類似電動機的效果，如降低電機內(nèi)部溫升、減少冷卻器故障幾率、減少檢修工作量、提高設備可靠性等等，其經(jīng)濟效益將極為可觀。 6 應用及效益分析 高壓電動機熱管式冷卻器的應用單位主要是各發(fā)電廠以及其它工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)電動機檢修部門和電動機制造廠。由于此類電動機數(shù)量很多，并且在各種工業(yè)生產(chǎn)部門都屬于重點動力設備，所以項目的應用對象非常廣泛，應用前景廣闊，具有很大的經(jīng)濟效益和社會效益。 由于熱管式冷卻器比傳統(tǒng)的列管式冷卻器換熱效率高，并且冷卻器重量較輕，造價較低，同時還不存在管道堵塞問題，使維護工作量減少，由于不用水，也就不存在漏水引起的電動機故障問題，對節(jié)約水資源也大為有益，因此熱管式冷卻器在高壓電動機上應用的經(jīng)濟效益十分可觀。 1）在電廠大中型高壓電動機上更換傳統(tǒng)的列管式冷卻器，可以改善運行條件和提高發(fā)電機組設備的可靠性，為電廠持續(xù)安全發(fā)電帶來良好的經(jīng)濟效益，通常減少一次發(fā)電設備非正常停運事故，避免的直接經(jīng)濟損失以數(shù)百萬元計算，間接經(jīng)濟損失更加巨大。 2）在大中型高壓電機上更換傳統(tǒng)的水空型冷卻器，可以節(jié)約大量的水資源，在我國北方缺水地區(qū)具有重要的經(jīng)濟價值和社會效益。資料顯示，單臺電動機節(jié)水可達38萬噸/年1。 3）若在大型發(fā)電機上應用熱管式冷卻器，既可以達到降低發(fā)電機溫升、提高發(fā)電機可靠性的重要目的，還可以節(jié)約大量的水資源，其經(jīng)濟效益將極為可觀。 全國僅各發(fā)電廠（暫不考慮其它工業(yè)部門）在運的帶舊式冷卻器的高壓電動機數(shù)量為數(shù)千臺，做舊電動機改造的應用前景就非常廣闊，同時每年電力部門新投產(chǎn)的高壓電動機有數(shù)百臺，采用此技術(shù)按保守計算，每年改裝或新生產(chǎn)合計不少于500臺，每臺冷卻器產(chǎn)值按1.5萬元至2萬元計算，利潤按20%計算，則每年總的產(chǎn)值達到1千萬元，利潤超過200萬元。 由于高壓電動機數(shù)量巨大，并且在各種生產(chǎn)部門都屬于重點動力設備，其冷卻器改造項目可以帶來改善設備運行條件、增長設備使用壽命和提高設備運行可靠性指標，以及節(jié)約工業(yè)用水等好處，雖然每臺電動機的改造經(jīng)濟效益相對還是有限的，但從整個部門、整個地區(qū)，甚至全國范圍來看，其創(chuàng)造的經(jīng)濟效益和社會效益就極其可觀了。另外，若進一步開發(fā)成功發(fā)電機冷卻器上的應用技術(shù)，那么在單臺發(fā)電機上產(chǎn)生的經(jīng)濟效益就將更為可觀。 7 結(jié)論熱管式冷卻器取代傳統(tǒng)的列管式冷卻器，在高壓電動機上應用，可以給電動機運行性能和檢修維護帶來明顯的好處。首先設計適當?shù)臒峁苁嚼鋮s器可以降低電動機的溫升，改善運行狀態(tài)，提高運行性能，其次是減少了冷卻器的維護工作量，并且基本上避免了向電動機內(nèi)漏水的可能性，從而明顯地提高了電動機的運行可靠性，這對保證發(fā)電廠發(fā)電設備安全穩(wěn)定運行，無疑具有重要的實際意義和廣闊的工業(yè)應用前景，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。熱管式冷卻器在高壓電動機上的應用，主要技術(shù)難點是熱管型式、材料、工藝、尺寸等設計參數(shù)的計算和選擇，以及在實際施工改裝方面，要求在原有電機列管式冷卻器的空間上進行改裝，冷卻效果原則上應優(yōu)于原冷卻器，同時還要考慮控制生產(chǎn)成本等因素，在初步探索性研究的熱管容量設計方面，已經(jīng)留有一定的裕度。針對三臺不同容量的高壓電動機的空空型熱管式冷卻器的設計和安裝是成功的。如果還需要再提高冷卻器冷卻效果，只需再增加幾只熱管就可以解決。根據(jù)空空型熱管式冷卻器的研制開發(fā)成功經(jīng)驗，我們確信完全可以進一步開發(fā)電動機水空型熱管式冷卻器和汽輪發(fā)電機 用的水空型熱管式氣體（氫氣或空氣）冷卻器，擴大熱管式冷卻器在電廠電機設備的應用范圍。 用途應用各種電動機中應用最廣的是交流異步電動機（又稱感應電動機 ）。它使用方便、運行可靠、價格低廉、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動力機常用同步電動機 （見同步電機）。同步電動機不但功率因數(shù)高，而且其轉(zhuǎn)速與負載大小無關(guān)，只決定于電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍調(diào)速的場合多用直流電動機。但它有換向器，結(jié)構(gòu)復雜，價格昂貴，維護困難，不適于惡劣環(huán)境。20世紀70年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電動機的調(diào)速技術(shù)漸趨成熟，設備價格日益降低，已開始得到應用 。電動機在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時運行制、斷續(xù)周期運行制）下所能承擔而不至引起電機過熱的最大輸出機械功率稱為它的額定功率，使用時需注意銘牌上的規(guī)定。電動機運行時需注意使其負載的特性與電機的特性相匹配，避免出現(xiàn)飛車或停轉(zhuǎn)。電動機能提供的功率范圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級。 電動機的使用和控制非常方便，具有自起動、加速、制動、反轉(zhuǎn)、掣住等能力，能滿足各種運行要求；電動機的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設備等各方面廣泛應用。一般電動機調(diào)速時其輸出功率會隨轉(zhuǎn)速而變化。我國電機產(chǎn)品種類繁多，但效率不高。與發(fā)達國家比，平均效率低3-5個百分點，運行效率低10-20個百分點。而低效電機更有50%節(jié)能潛力。目前我國約有1億臺工業(yè)電動機，2500萬臺壓縮機，3000萬臺風機和泵。但具備設計、生產(chǎn)、測試高效電機能力的企業(yè)只有30-50家。一些工業(yè)電機系統(tǒng)用戶對電機系統(tǒng)節(jié)能所帶來的經(jīng)濟效益缺乏認識，或?qū)M行電機系統(tǒng)節(jié)能改造的技術(shù)問題存在障礙，并且缺乏有效的信息平臺分享電機系統(tǒng)節(jié)能改造方面的成功經(jīng)驗。中國標準化研究院資環(huán)分院院長助理張新在發(fā)言中表示，我國高效電機市場規(guī)模僅占全部市場的10%-15%，而且這些高效電機90% 用于出口。市場調(diào)查表明，高效電機和普通電機的銷售價格分別為70元/kw-90元/kw和約40元/kw。此外，電機系統(tǒng)效率低下，長期低效率運行。電機系統(tǒng)匹配不合理，大馬拉小車現(xiàn)象嚴重?！皬捻椖康?00個案例來看，電機改進的潛力很大，幾乎在一半左右。目前先進技術(shù)主要依賴進口，價格昂貴，好的技術(shù)應用不廣泛。由于制度、技術(shù)、企業(yè)意識等多方面原因，我國電機系統(tǒng)節(jié)能改造改進空間很大。若實現(xiàn)運行效率提高2個百分點，將在全國范圍節(jié)電200億度?！睆埿抡f。據(jù)介紹，從上世紀90年代始，美國開始啟動電機改進計劃。近年來，澳大利亞、加拿大等國普遍趨向加速各類電動機的更新?lián)Q代，革新電動機的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將帶有信息處理和控制功能的裝置與電動機集成一體，成為機電一體化產(chǎn)品，已成為電動機發(fā)展的必然趨勢。電動機日益向高性能、高精度、大容量、小型化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。多種手段推廣發(fā)展高效電機由于電機使用量大面廣，國家發(fā)改委十分重視高效電機產(chǎn)品的推廣。為期3年的節(jié)能產(chǎn)品惠民工程，通過財政補貼方式，加強高效節(jié)能產(chǎn)品的推廣使用，提高用能產(chǎn)品能源效率。國家發(fā)改委副主任解振華曾表示，今后3年，對能效等級為1級或2級以上的空調(diào)、冰箱、平板電視、電機等10類產(chǎn)品進行推廣。據(jù)標準化研究院相關(guān)人士介紹，我國電動機能效等級共分三級，一級能效最高。能效標識于2008年6月1日開始實施，主要常見于家用電冰箱、房間空氣調(diào)節(jié)器、電動洗衣機等。目前共有282個電機生產(chǎn)廠家進行了電機能效標識備案，在備案的電機中，3級占到了97.22%，一級只有0.07%。推廣高效電機意義不只在于提高能源效率，促進節(jié)能減排。專家建議，電機企業(yè)可以考慮開展如下工作。一是開展產(chǎn)品碳足跡評價（產(chǎn)品碳標識），以應對可能來自發(fā)達國家或一些組織的貿(mào)易要求（綠色貿(mào)易壁壘）。二是開展組織層面的溫室氣體量化核算工作。溫室氣體管理將成為上市公司的可持續(xù)報告中十分重要的內(nèi)容，也是企業(yè)社會責任的重要體現(xiàn)。研討會上，歐盟駐華代表處商務、能源和環(huán)境部長李明對“中國電機系統(tǒng)節(jié)能挑戰(zhàn)項目”做出積極評價：“經(jīng)過三年的努力，中國電機系統(tǒng)節(jié)能挑戰(zhàn)項目建立起一個全國性的電機系統(tǒng)節(jié)能信息平臺，幫助用戶了解電機系統(tǒng)節(jié)能改造的技術(shù)方法，促進用戶、節(jié)能服務公司與節(jié)能管理部門之間的溝通合作。加強標準及配套政策的實施力度，提高電機系統(tǒng)的運行效率，為中國的節(jié)能戰(zhàn)略做出了積極貢獻?！辈糠蛛姍C參數(shù)商品描述：YTAE變頻系列電磁制動三相異步電動機是按JB/T6456-92標準制造的帶交流圓盤式電磁制動器的三相異步電動機。制動器采用最先進的交流制動技術(shù)，由3相380V電源直接供電，無整流裝置具有制動力矩調(diào)節(jié)范圍大，并可實現(xiàn)二級調(diào)速，具有快速制動及制動可靠等優(yōu)點，適用于要求快速停止，準確定位，往復運轉(zhuǎn)，防止滑行的各種機械中作主軸傳動和輔助傳動用。如升降機械，運輸機械，包裝機械，食品機械，印刷機械，木工機械，減速機械，冶金機械，鍛壓機械，建筑機械等。該系列電動機符合國家電工委員會（IEC）標準，冷卻IC0141，采用B級絕緣，也可制為F級、H級。防護等級：電動機為IP44，制動器IP23，可在溫度不超過40攝時度的環(huán)境內(nèi)連續(xù)運行。也可制為電機IP55、制動器IP55。YTAE變頻系列電磁制動三相異步電動機是采用Y2機座的電磁制動三相異步電動機具有外形美觀等特點。主要技術(shù)參數(shù)型號額定功率KW額定電流A轉(zhuǎn)速r/min效率%功率因數(shù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流額定電流最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩制動力矩N.MYTYTAE63M1-20.180.532800690.752.36.02.34YTYTAE 63M2-20.250.672800720.782.36.02.34YTYTAE 71M1-20.370.992800700.812.26.12.25YTYTAE 71M2-20.551.412800730.822.26.12.35YTYTAE 80M1-20.751.842830770.832.26.12.310YTYTAE 80M2-21.12.592830790.842.27.02.310YTYTAE 90S-21.53.412840800.852.27.02.320YTYTAE 90L-22.24.822840830.852.27.02.320YTYTAE 100L-236.252860840.862.27.02.335YTYTAE 112M-248.252890860.862.27.02.345YTYTAE 132S1-25.511.12900880.902.27.02.375YTYTAE 132S2-27.515.02900880.902.27.02.375YTYTAE 160M1-21120.02940900.902.27.02.3150YTYTAE 160M2-21528.12940910.902.27.02.3150YTYTAE 160-218.534.12940910.902.27.02.3150YTYTAE 180M-22241.22940900.902.07.02.3250YTYTAE 200L1-23055.62940910.902.07.02.3300YTYTAE 200L2-23768.02940910.902.07.02.3300YTYTAE 225M-24581.22960930.902.07.02.3450YTYTAE 63M1-40.120.481400600.632.46.02.44YTYTAE 63M2-40.180.651400640.662.46.02.44YTYTAE 71M1-40.250.75138067.50.752.26.02.25YTYTAE 71M2-40.371.05138068.50.752.26.02.25YTYTAE 80M1-40.551.51390730.762.46.02.310YTYTAE 80M2-40.752.0139074.50.762.36.02.310YTYTAE 90S-41.12.751400780.782.26.52.320武漢索特南洋電機有限公司是由南