李林華 張建波 劉東全 周明仙

摘要：滇中有色GM65H-3離心鼓風機自投運以來，由于安裝廠房空間受限，設備產生的熱量使用強化換熱軸流風機進行換熱，但無法滿足現(xiàn)場的散熱需求，到夏天氣溫高時室內溫度高達42℃，對電氣設備安全運行帶來了嚴重威脅。通過對室內發(fā)熱設備發(fā)熱量及強制換熱的計算，對電動機的結構原理、內部散熱原理進行分析，最終利用電動機內部強制換熱導風系統(tǒng)壓力優(yōu)勢將熱風排風口收集、導風到室外，有效的解決了由于電機熱量在室內惡性循環(huán)導致設備廠房整體升溫的情況。最終實現(xiàn)了設備運行環(huán)境良好，能耗降低的雙重收貨，促進了通過設備改進推進企業(yè)安全、環(huán)保、節(jié)能發(fā)展。

關鍵詞：大型電動機;離心鼓風機;廠房散熱;強化換熱;導熱系統(tǒng)

中圖分類號：TG355.1+8 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0084-02

0 ?引言

隨著科學技術的發(fā)展，精密儀器儀表逐步代替了人工對設備運行的監(jiān)測，高溫使用環(huán)境對普通電氣監(jiān)測設備安全運行帶來了較大的隱患。滇中有色離心鼓風機廠房內安裝了3臺型號為GM65H-3的離心鼓風機，電機裝機功率為1800kW，風機轉速為13121轉/min，配套溫度、振動、流量、壓力等在線監(jiān)測裝置。3臺設備共同安裝在一間半密閉的廠房內，由于廠房設計較緊湊，設備產生的熱量較高，雖然采取了部分散熱手段，但是仍然不能有效解決室內溫度高的問題，每年夏季均存在設備由于環(huán)境溫度引起的異常報警，給設備安全運行帶來了隱患。對如何解決廠房內溫度高的問題，已經(jīng)成為公司迫不及待的攻關項目，本文結合實際對室內大型電機的導熱系統(tǒng)進行了探索及改進。

1 ?強制通風散熱需求計算

1.1 通風機組通風量計算

對于通風機機組而言，主要需散熱的設備是電動機，因此計算風量按電動機散熱量考慮。

電動機散熱量（kJ/h）按式（1）估算：

Q=860·N·（1-η） ? ? ? ? ?（1）

式中：N—電動機的額定功率，kW;η—額定功率時的電機效率，%。

根據(jù)經(jīng)驗公式計算可得電動機散熱總量為：4179600kJ/h。

1.2 大型鼓風機機組通風量計算

鼓風機散熱量（kJ/h）

Q=Nf·860·hf ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：Nf—鼓風機軸功率，kW;hf—散熱系數(shù)，一般取hf=0.01～0.02，取值0.02。

根據(jù)經(jīng)驗公式計算可得鼓風機散熱總量為：92880kJ/h。

1.3 散熱所需的通風量（m3/h）

（3）

式中：Cp—空氣比熱容，一般取Cp=1kJ/（kg.℃）;σ進—進風口處空氣密度，kg/m3，取值1.293;Δt—隔聲罩進出口處的空氣溫度差，Δt=t排-t進，Δt一般取15～30℃，取值20。

根據(jù)經(jīng)驗公式計算可得散熱所需通風量為：165215.8m3/h。

根據(jù)廠房局限性，按照50%的有效導熱性能計算，最終強制通風量需確保330431.6m3/h才能保證強制換熱效果。

根據(jù)計算公式可以看出，鼓風機的散熱量2.2%，在整個散熱研究過程中，可以忽略不計，因此，以下研究重點為電機發(fā)熱量的強化換熱。

2 ?電機溫度分布分析

在溫度場分析中，采用流固耦合傳熱分析方法，散熱系數(shù)由有限元計算迭代決定，以提高端部繞組及定轉子溫度場計算的準確性。同時，在本次研究過程中，假設定子鐵心損耗與繞組銅耗分布均勻，通過流固耦合仿真可得定子與繞組絕對溫度分布云圖，結果如圖1所示。定子軸向溫升分布也不均勻、繞組平均溫升明顯大于定子，所有熱負荷均集中在電機定子及繞組。

若軸向風道與氣隙處為冷卻氣體入口，溫度較低，按照常溫（25℃）計算，冷卻氣體在從轉子幅板流向定子背部的過程中，溫度逐漸升高，總體來講，冷卻空氣的溫升較低。定子繞組由于有2.1mm厚云母帶且發(fā)熱量較大，溫升最高。結果如圖2所示。

以上綜合分析可以看出，電機在運行過程中，所有熱負荷均集中在電機中部，即定子鐵心和定子繞組最集中的區(qū)域。轉子、氣隙、定子、繞組溫度分布，通過電機內部強化換熱后與軸向流體分析速度云圖分析基本一致，證明風機內部換熱系統(tǒng)對自身熱交換起到較大的作用。

3 ?通風方式的選擇

3.1 現(xiàn)場強制排風風機的選擇

由于現(xiàn)場位置受限，能夠按照強制通風機的位置只有6個點位，按最大安裝尺寸選擇，現(xiàn)場具備安裝條件的風機風量為25000m3/h/臺，則風機強制排風量為150000m3/h，與實際需求330431m3/h相差甚遠。

3.2 自排系統(tǒng)探索與改進

如何恰當?shù)厥拐滞饪諝饩鶆虻亓鬟^散熱設備，將其熱量帶走，以免發(fā)生高溫不散、燒壞設備現(xiàn)象，必須進行人工有組織的空氣流動，將熱空氣盡量排除室外，使用室外的冷空氣進入發(fā)熱設備內部，經(jīng)過與發(fā)熱設備熱交換后，熱空氣從上部出口排出。通過對電機結構的研究，該電機整體結構及電機散熱結構原理如圖3所示。

通過對電機及散熱結構的研究發(fā)現(xiàn)，電機的散熱進風口為電機前后端，排風口為兩側面，內部散熱為強制進排風，根據(jù)通風原理，結合廠房實際情況，現(xiàn)場完全具備安裝導風罩及風管的條件。為進一步對電機導熱系統(tǒng)的研究，對現(xiàn)場進行了改進，在電機的兩側面增加散熱收集導風罩，在導風罩出口安裝導風管道，將熱風從電機出口直接導至室外，如圖4所示。

4 ?現(xiàn)場試驗及數(shù)據(jù)對比

4.1 改進后設備熱量分布測量

通過對電機導熱系統(tǒng)進行探索、改進，正常投入運行后，對電機的熱量分布進行熱成像儀成像分析，電機定子、轉子區(qū)域的熱量明顯低于導風罩的溫度，導熱系統(tǒng)的改進將電機內部的熱量通過電機自身的排風系統(tǒng)及改進的導熱系統(tǒng)有效的輸送機傳遞，有效的解決了由于電機熱量在室內循環(huán)導致設備廠房整體升溫的情況。

4.2 改進后設備廠房的溫度對比情況

通過廠房同一時間段的測溫記錄進行對比，可以看出廠房溫度從2019年6月份的最高溫度41.6℃降低至37.1℃。如表1所示。

5 ?結論

通過對離心鼓風機廠房內3臺GM65H-3的離心鼓風機電機導熱系統(tǒng)安裝完成后，對設備內部的集中溫度的轉移，室內溫度、機組運行溫度及電機負荷均有好處，達到了設備安全運行，能耗降低的雙重收益。在后續(xù)的生產過程中，將電機導熱系統(tǒng)作為新設備采購的重要設施進行參考，同時對具備改造條件的室內大型電機進行逐步的改造，為設備安全運行及環(huán)保節(jié)能做出貢獻。

參考文獻：

[1]李海峰.SVG設備排風系統(tǒng)改造[J].電工技術，2017，2（A）：94-101.

[2]張林虎.泵站大型電機通風散熱優(yōu)化方案的探討[J].水利水電，2019（23）：114-118.

[3]劉建新，喬月強，姚利民.高速率大功耗傳輸設備機房散熱問題研究[J].郵電設計技術，2019（5）：84-88.

[4]姚丙雷，劉朋鵬，王建輝，韋福東.高壓高速電機通風與散熱分析[J].電機與控制應用，2019（46）：70-75.

[5]朱祖澤，賀家齊.設備機房空氣對流的研究[Z].湖北省廣播電視總臺技術中心，2003.

[6]韓敏，沈恒根.某柴油發(fā)動機試驗廠房通風降溫的數(shù)值模擬分析[J].建筑熱能通風空調，2020，39（6）：68-72.

[7]趙良省.噪聲與振動控制技術[M].北京：化學工業(yè)出版社出版，2005：49-51.

[8]黃群驥.機房內冷熱通道氣流組織形式的評析[J].機房技術與管理，2012（4）：24-27.

[9]袁華銳，王會義，李超榮.基于傳輸設備散熱方式的機房空間資源規(guī)劃[J].電信工程技術與標準化，2017（8）：64-68.