朱首文

(上海電氣集團上海電機廠有限公司，上海 200240)

0 引言

遵化港路熱軋廠初精軋交流電機要求在4 000 kW基礎(chǔ)上增容500～4 500 kW情況下正常溫升運行。由于增容這部分損耗通過現(xiàn)有冷卻器無法處理，所以出現(xiàn)電機線圈繞組溫升高現(xiàn)象，嚴重影響用戶正常生產(chǎn)運行。為了解電機運行工況特性，我公司在增容改進前，于2017年11月到運行現(xiàn)場進行了風溫和水溫側(cè)測量和電機實際工況點記錄，分析并確定了對電機配套冷卻器的改進方案。

1 問題提出

目前電機實際運行工況約為額定功率的150%左右，精初軋電機冷卻器測試數(shù)值如下。

型 號： TBP 4500-12/2800

額定功率： 4 500 kW(改造前4 000 kW)

額定電壓： 1 600 V

額定電流： 1 698 A

勵磁電壓： 190.7 V

勵磁電流： 570.2 A

功率因數(shù)： 1.0

極 數(shù)： 12P

工作方式： S9

頻 率： 5～10 Hz

轉(zhuǎn) 速： 50～100 r/min

防護型式： IP44

絕緣等級： F

環(huán)境溫度： 40 ℃

溫升限值： 定子85 K轉(zhuǎn)子90 K

冷卻方式： IC86W

(1) 初軋電機實際運行工況測試 見表1。

(2) 實際運行工況測試數(shù)據(jù)分析 見表2。

表1 初軋電機實際運行數(shù)據(jù)

表2 實際運行工況測試數(shù)據(jù)

注： 表2中數(shù)值為電機運行平均工況在額定的147%時測得。

從表2內(nèi)風路溫差異常情況來看，電機內(nèi)風路的熱量沒有通過冷卻器帶走。分析存在有兩種可能：一是翅片表面油污等垃圾集結(jié)嚴重，影響熱交換；二是換熱面積不夠，造成熱量帶不出，僅帶出5 K左右的熱量。

(3) 精軋電機實際運行工況測試：發(fā)現(xiàn)兩個水冷卻器芯子，其中有一個芯子進出水溫沒有溫差，均為22 ℃，冷水進同樣溫度冷水出，說明這個水冷卻器芯子內(nèi)回程短路，即冷卻水進去沒通過熱交換直接流出，結(jié)構(gòu)本身制造中出問題。實際繞組溫升最高也證明了這點。

(4) 初軋電機冷卻器兩個風機，設(shè)計方位有偏差，風機出風不是直接吹到兩繞組軸向端口，風路拐彎，造成不必要阻力加大，影響冷卻風量。

(5) 精初軋下面熱風接管軟接口太長，軟管在真空情況下，往里縮很多，截面變小流速加大，也影響系統(tǒng)壓降和風量。

2 冷卻器增容改進方案

2.1 熱工流體性能計算

換熱功率M=F·Δtm·K[kW]

(1)

從式(1)也可看到，如換熱功率M要加大，即增容，必須增大換熱面積F和提高熱交換性能K，所以改進冷卻器就從這兩方面著手，提高總傳熱系數(shù)：

K={1/(αo·do)+1/[2λ·ln(do/di)]+

1/(αi·di)+ro+ri}-1

(2)

式(2)中可看到，提高K值，第一提高αo管外(內(nèi)風路)膜傳熱系數(shù)，即在合理情況下加大風量；第二提高管內(nèi)(水側(cè))αi膜傳熱系數(shù)，即加大水量，但由于管網(wǎng)水量所限，實際上已無法提高。最終決定適當增大翅片管數(shù)量。

2.2 冷卻器結(jié)構(gòu)

(a) 原電機風道系統(tǒng)為坑道結(jié)構(gòu)，按原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進，不利安裝維修。且設(shè)計受坑道尺寸限制，考慮維修空間和增容加大的冷卻器外形，現(xiàn)有的坑道空間限制了原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進。

(b) 把冷卻器系統(tǒng)改成背包式，既有利于安裝維護，又有外形空間的設(shè)計余地。

(c) 背包式冷卻器已有很成熟的雙管板防漏水結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 雙管板防水結(jié)構(gòu)

(d) 維修周期也因拆裝方便大大縮短，即可用備機直接吊換，而原坑道結(jié)構(gòu)做不到，如圖2所示。

電影產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)可視化應用要求能在iOS平臺、Android平臺以及手機Web端運行，且具有美觀的用戶界面以及良好的操作方式與交互性能。但可視化系統(tǒng)并不是靜態(tài)的、一成不變的，且該可視化系統(tǒng)是基于移動端的，這對該系統(tǒng)的性能提出了不小的挑戰(zhàn)。

3 現(xiàn)場安裝情況

3.1 制定安裝改造工序

由于空氣-水冷卻器要座落在電機頂部，電機頂部必須加接口和開孔，所以初軋和精軋預先制訂了安裝工序，如圖3所示，以保障現(xiàn)場改裝的順利進行。安裝工序制訂后，與港陸廠有關(guān)技術(shù)人員商討，并取得一致意見。

3.2 改造難點和注重點

圖2 坑道式結(jié)構(gòu)冷卻器

圖3 初/精軋電機空氣-水冷卻器改裝工序圖

3.2.1 由于電機頂部需加接口和開孔，初軋電機為對開電機罩殼，沒拆卸開孔技術(shù)難題。但精軋電機中間段為不可拆卸整體結(jié)構(gòu)，所以給頂部開口帶來了難度，即殼體內(nèi)是定轉(zhuǎn)子，如氧乙炔割孔，則直接影響定轉(zhuǎn)子。最后決定利用罩殼加強筋與電機筋板間四公分左右間隙鋪設(shè)加濕石棉布，以遮擋氧乙炔割孔的火焰和廢渣。這樣，逐步鋪擋、逐步切割，解決了這個難題。

3.2.2 由于電機頂部接口焊接和開孔有很大的線能量，即熱脹冷縮，形成熱應力變形。特別是拆卸后焊接和開孔，如掌握不好變形問題，待分體罩殼焊接割孔結(jié)束后組裝，會造成裝不上的嚴重問題。所以在這過程中，嚴格要求電焊工按規(guī)定要求、工序操作：

(1) 接口要先焊后割，保證接口本體剛度。即接口與電機罩殼焊接成整體后，能形成一定剛度，以抗衡割孔后的變形。

(2) 接口焊縫不能連續(xù)焊，必須焊一小段，換個地方再焊一小段，這樣可大大減小焊縫的線能量，有效控制焊接變形。

3.2.3 風機旋向確認：由于該風葉為后傾式葉型，一旦旋向錯誤，會使電流增大兩倍額定值，不僅會影響風量，嚴重的是開機兩三分鐘，就會造成風機配用電機冒煙燒壞。最終在現(xiàn)場有關(guān)人員配合下，頂部四個電機每個電機點動起動檢查確認旋轉(zhuǎn)方向，并用電流表監(jiān)測(雖可以根據(jù)旋向標記)，確保風機電機絕對安全。

3.2.4 因冷卻器冷卻芯子是橫置，和大家了解的常規(guī)豎置芯子不同，故安裝水管人員須清楚進出水管方位，以確保冷卻器內(nèi)熱交換效果：冷風與冷水側(cè)交換，熱風與熱水側(cè)交換，否則將會影響熱交換效果。

3.2.5 電機因改型為背包式，原坑道下風口都要封掉。原坑道內(nèi)有電纜布置，故電機底部封口也成了本次改造不小的難題。最后根據(jù)風路不能短路，不能有互相干擾原則，中間風口封死，兩端小風口進行了底部封口處理。

4 超負載運行情況

(1) 初軋電機5月22日和5月28日運行記錄 見表3。

(2) 精軋電機5月22日和5月28日運行記錄 見表4。

5 改造前后運行對比分析

(1) 初軋電機改造前后運行工況測試數(shù)據(jù)分析 見表5。

(2) 精軋電機改造前后運行工況測試數(shù)據(jù)分析 見表6。

表3 初軋電機的運行記錄

表4 精軋電機運行記錄

表5 初軋電機改造前后運行測試數(shù)據(jù)

表6 精軋電機改造前后運行測試數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

(1) 由于電機有較大幅度增容要求，冷卻器結(jié)構(gòu)體積需有較大增加，已不適應原有的坑道面積，所以適合改為背包式安裝型式；

(2) 適當匹配風機空氣動力，以提高其熱交換性能，確保內(nèi)風路的特定風量；

(3) 通過加大翅片管數(shù)量，合理地增大熱交換面積，達到充分熱交能力，以匹配電機增容工況運行；

(4) 便于維護；

(5) 大大減小內(nèi)風路系統(tǒng)壓力降，可增大內(nèi)風路流量，表4就可清楚地看到，內(nèi)風路設(shè)計溫差為20 K，而表4溫差僅12 K。說明合理匹配風機(原匹配22 kW風機，現(xiàn)只配15 kW風機)、改善系統(tǒng)流動狀態(tài)、減小壓力降等起到了行之有效的作用；

(6) 電機采用背包式冷卻器，沒有油垢污染；

(7) 嚴格控制接口和割孔焊接變形。

綜上所述，合理增加換熱面積、優(yōu)化管內(nèi)流速、匹配風機空氣動力、改善冷卻器內(nèi)空氣流動狀態(tài)、根本性改造結(jié)構(gòu)等措施，是一個改造類似坑道冷卻型電機可借鑒的例子。