泵站同步電機潤滑油冷卻工藝缺陷分析及對策

李典基，顧建利

（南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250102）

大型立式軸流泵在泵站工程中應用非常普遍，立式軸流泵同步電機結構轉動部分多懸掛在上機架推力軸承上，同步電機工作時，推力軸承承受的荷載往往很大，例如，南水北調某泵站電機荷載重量達到143 t，推力軸承和導軸承摩擦產生的熱量傳導給電機潤滑油，根據《泵站技術管理規程》（GB/T 30948-2014），滑動軸承允許最高工作溫度70 ℃[1]，需要采取措施及時對油進行冷卻。傳統冷卻方式主要是通過加壓水泵抽取自然水源冷卻，水源有河道水或者井水等[2-3]，最近比較流行的有循環水冷卻潤滑油，近期又開發了油冷機冷卻潤滑油新技術。

1 電機潤滑油冷卻工藝存在的缺陷

某泵站機組技術供水采用在泵站水泵層安裝2 臺供水泵直接從出水池取水，運行方式是一用一備，對電機上油缸、下油缸和填料函同時供水，在運行期間發現存在一些安全隱患。1）出水池內水中泥沙含量較高，大量泥沙和雜物會隨著供水泵進入機組冷卻器內，開機抽水時間稍長就會導致機組冷卻器內大量泥沙淤積，冷卻水循環不暢，較為細點的冷卻管道受阻無法對機組進行冷卻。機組上下油缸冷卻器內淤積的泥垢等在平時無法進行清理，只有等到機組大修時才能進行清理。不到大修年限的機組只能運行時要求運行值班人員加強巡視、加強管理，無形中增加運行值班人員的工作量。管路中的Y 型濾水器頻繁堵塞，造成運行人員的維修量加大，甚至機組無法運行。2）供水泵采用臥式離心泵，泵體較小，運行期間出水池內貝類、魚類、青蛙、水草等雜物吸入泵體內，造成泵體堵塞，供水壓力下降，曾多次立即停機拆卸供水泵清理雜物。由于水中的一些生物隨著冷卻用水進入管道以后，非運行期就在管道中繁殖生根，越來越多就會發生阻塞管道的現象，這種生物一旦進入冷卻器內極難容易清除，導致供水管道阻塞壓力不足，危及到機組的安全運行。3）原供水系統所采用的供水泵都是根據4臺機組所需冷卻能力的最大值來選購的，揚程、流量和管道壓力都是固定的，無論開一臺機組還是多臺機組系統的能耗都是固定的，這樣就使得該系統的能耗過高。4）原供水管道采用鑄鐵管，內壁受河水侵蝕極易銹蝕，在多次檢查中已經發現閘閥件、壓力表、示流計等安裝部位出現不同程度的銹蝕和堵塞。冬季由于環境溫度較低，外部水路、甚至冷卻器盤管有結冰凍裂的可能，可能導致冷卻系統無法正常使用。

2 采取的解決對策

2.1 方案一：采用冷水機組循環水冷卻潤滑油

采用閉式循環水系統原理（如圖1 所示），是將電機油冷卻器接入制冷系統中，降低循環水的溫度，進而用冷卻的水降低油溫，水的作用是載冷劑，而且可以根據設定要求，適度降低油溫，從而降低軸瓦的溫度，保證機組冷卻水在設定最佳溫度下運行，確保電機的連續穩定運行。

冷水機組可使用自來水進行補水，一是自來水硬度和酸堿度較小，對管道壁和機組冷卻器的腐蝕性較小，有利于設備運行；二是自來水水質較好無雜質，不會造成管道堵塞。冷水機組運行屬于循環封閉式，在運行時的水量幾乎無損耗，且冷水機組系統內設置有高位補水箱，只需要在開機運行前給補水箱注滿水即可。

循環冷水機組布置在室外和室內方案要求：1）循環冷水機組置于露天，最好配置防曬棚，以免陽光直照，機組上端與防曬棚頂距離應保證在3 m 以上；機組安裝在地面上時，要選擇不被水淹到的地方，要避免安裝在低洼之處；在長期溫度低于冰點或降雪量多的地方，要筑一道混凝土基礎，使機組高于地面至少300 mm。機組周圍應有不少于800 mm 的檢修空間。軸瓦冷卻機組可直接安裝于屋頂、地面等任何方便安裝的場所，最好不要讓陽光直照機組，機組周邊應留有通風空間，以便能與外界空氣保持良好的對流熱交換。機組機座應平整，并設置排水溝，以排除凝結水、化霜水和雨水，機座上應放置防震減振墊。2）如果冷水機組安裝在某泵站水泵層，雖然空間較大，但仍屬于密閉空間；水泵層高度僅為5 m 高左右，去除設備本身高度2 m，設備上部散熱空間滿足不了設計要求，另外水泵層無專門的進氣、排氣系統，冷水機組產生的熱量積聚勢必會造成水泵層溫度升高，主機泵溫度也會隨之升高，也會使主電機的溫度升高，因此不利于主機組運行。如確實需要安裝在水泵層，則需要增加進排氣系統，增加投資。

該方案基本解決了自然取水存在的缺陷，設備運行可靠性得到很大提高，但也帶來一些新問題，如：安裝在室外需要建設較大面積的機房，在冬季還需做好防凍保暖措施；屬于二級轉換冷卻裝置，結構復雜，工程量大等。本技術現在是南水北調泵站大型水泵電機潤滑油冷卻主流技術[4]。

2.2 方案二：油冷機組直接冷卻潤滑油

圖2 油冷機組直接冷卻原理圖

針對方案一的缺點，開發了一種油冷機組直接冷卻潤滑油技術，即采用一種壓縮機制冷的油冷機，它的原理接近于空調，只是空調是冷卻空氣，油冷機是冷卻潤滑油。可直接將電機油缸內的潤滑油抽出進行體外冷卻后再重新注入電機油缸，和方案一相比，對安裝位置要求低，占地面積小，大大節省投資[5]。

工作原理：當制冷系統工作時，壓縮機將制冷劑氣體吸入進行壓縮后變成高溫高壓的氣體，然后排出送入冷凝器，與由冷凝風機產生的穿過冷凝器的低溫進風進行熱交換，使高溫高壓的制冷劑氣體冷凝為常溫高壓的液體，同時低溫進風變成高溫出風被排出。常溫高壓的制冷劑液體被節流閥節流成低溫低壓的液體進入板式蒸發器，在板式蒸發器內與同時進入的較高溫度的油進行熱交換，使低溫低壓的液體制冷劑吸熱蒸發為低溫低壓的氣體，最后被壓縮機吸入重新循環運行。較高溫度的潤滑油則被降溫后流出板式蒸發器，通過油泵抽回到電機油缸中（原理如圖2 所示）。本技術的難點是需要打開電機油缸上下蓋，對循環油路進行改造。

此方案具有如下優點：1）冷卻效果好，控溫精確，由于是直接冷卻潤滑油，油冷機感溫裝置直接感受油溫，當油溫超過設定溫度時自動開啟制冷系統冷卻，當油溫低于設定溫度時停止制冷系統。2）安裝使用方便，安裝只需用油管將油冷機與油缸連接起來即可，平時只需開關機操作。維護簡單，平時只需一至兩個月一次將空氣過濾網上的灰塵去除即可。3）高可靠性，使用時無水產生，也無結冰風險。該項技術值得大力推廣，已開始研究推廣。

3 結 語

泵站立式軸流泵同步電機運行時采取措施保證潤滑油的油溫正常非常重要，傳統方法是采用加壓水泵抽取自然水源通過和水管連接的冷卻器在電機油缸內和冷卻油進行熱交換，運行過程中水質或水量常常不能滿足運行要求，對機組的安全造成不利影響。采用冷水機組循環水冷卻潤滑油技術和油冷機組直接冷卻潤滑油技術都能解決上述問題，油冷機組直接冷卻潤滑油技術減掉了用水做載冷劑的工藝過程，對系統進行了簡化，可靠性、經濟性更高，值得推廣應用。