李德金

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心， 甘肅 白銀 730400）

1 節(jié)能減排背景下高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能的設(shè)計意義

隨著科技的不斷發(fā)展，高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能技術(shù)不斷優(yōu)化。例如采用節(jié)能減排的高壓電動機(jī)材料，采用新型高效節(jié)能的高壓電動機(jī)控制器，采用高效節(jié)能的變頻器，采用新型高效的高壓電動機(jī)冷卻方式等等。這些技術(shù)創(chuàng)新和革新可以不斷提高高壓電動機(jī)的能效水平，從而增強(qiáng)高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能性能。在實際應(yīng)用中，高壓電動機(jī)的效率取決于其額定功率、最大功率和負(fù)載能力。由于額定功率和空載損耗是固定的，高壓電動機(jī)的效率取決于負(fù)載能力。如果負(fù)載能力低，高壓電動機(jī)的效率就會降低。當(dāng)負(fù)載率高時，高壓電動機(jī)將快速啟動。高壓電動機(jī)的效率直接受到負(fù)荷率的影響，即使在空載條件下，其功率因數(shù)也會很低，僅能達(dá)到0.2～0.3。但是，隨著負(fù)荷率的增加，高壓電動機(jī)的功率因數(shù)也會相應(yīng)增加，從而提高其效率。將通風(fēng)節(jié)能理念融入高壓電動機(jī)當(dāng)中，可以減輕高壓電動機(jī)對環(huán)境造成的污染，推動高壓電動機(jī)逐步向節(jié)能減排方向發(fā)展。

節(jié)能減排背景下高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能設(shè)計是一個綜合性的工程，需要多種節(jié)能減排和降本增效技術(shù)相互配合才能達(dá)到最佳通風(fēng)節(jié)能效果。例如，通過加強(qiáng)高壓電動機(jī)的設(shè)計，可以提高高壓電動機(jī)的應(yīng)用效率；通過改進(jìn)高壓電動機(jī)控制系統(tǒng)，降低高壓電動機(jī)的負(fù)荷率；通過采用高效節(jié)能的設(shè)備，降低高壓電動機(jī)的能耗等。這些不同的技術(shù)手段可以相輔相成，形成一個完整的高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)，從而達(dá)到最有效的降本增效效果。

2 節(jié)能減排背景下高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能的設(shè)計方法

2.1 高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能總體結(jié)構(gòu)

高壓電動機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)能把高壓電動機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量（主要是鐵損和銅耗）帶走，以保證高壓電動機(jī)電氣活性材料運(yùn)行在合適的溫度。高壓電動機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)是密閉、雙路、徑向強(qiáng)迫自循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)，每臺高壓電動機(jī)定子外圈均布設(shè)置10 臺空冷器，單臺冷卻容量850 kW，高壓電動機(jī)原設(shè)計冷卻風(fēng)量為150 m3/s。為了有效地提高高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能設(shè)計，工作人員需要首先繪制出一個完整的架構(gòu)圖。本次設(shè)計高壓電動機(jī)的設(shè)計步驟為：

1）根據(jù)高壓電動機(jī)余熱量計算高壓電動機(jī)所需的通風(fēng)量；

2）計算消除室內(nèi)有害物所需送風(fēng)量；

3）計算高壓電動機(jī)運(yùn)行所需空氣量及局部排風(fēng)量。

2.2 高壓電動機(jī)散熱量

高壓電動機(jī)散熱量計算公式如下：

式中：Ne為高壓電動機(jī)額定功率，取785.2 kW；B為高壓電動機(jī)的耗油率，取0.12；q為發(fā)熱值，柴油取35 261 kJ/kg；η1為高壓電動機(jī)散向周圍空氣的熱量系數(shù)，取5%。代入數(shù)值計算得Q1=231.6 kW。

2.3 主控芯片的選取

STM32，又稱STM32F103C8T6，已成為一款應(yīng)用廣泛的高性能數(shù)據(jù)處理器，具有312 K 緩存，在保證數(shù)據(jù)安全性和效率的同時，可以滿足多行數(shù)據(jù)的高速傳輸。該微處理器具有大量的IO 口，其中有三個采用串行連接，可以承受-35～70 ℃的極低溫度，并且可以多次使用，以滿足各種應(yīng)用場景的需求。RTC 具有自動定時功能，但其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過48 單片機(jī)。

2.4 加強(qiáng)采集模塊的設(shè)計

為了在節(jié)能減排的背景下實現(xiàn)高壓電機(jī)的節(jié)能通風(fēng)效果，工作人員需要實時監(jiān)控其運(yùn)行速度，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄鼙O(jiān)控平臺。在節(jié)能減排的大背景下，高壓電機(jī)的通風(fēng)節(jié)能設(shè)計工作一般分為兩個階段。第一階段在原制造單位的協(xié)助下實施，主要措施是改變風(fēng)量分布，提高風(fēng)量利用率。目前，它們都在六個單元上實施。第二階段改進(jìn)是在2 號機(jī)組定子改造期間實施的，主要措施是減少供熱，提高冷卻效率，優(yōu)化氣流組織。兩個方案的改進(jìn)都達(dá)到了預(yù)期的效果。

2.4.1 第一方案

1）密封轉(zhuǎn)子支撐臂回風(fēng)出口35%。原設(shè)備制造單位于2005 年對5 號機(jī)組轉(zhuǎn)子支撐臂孔上回風(fēng)口密封進(jìn)行了50%和35%的對比試驗。試驗表明，當(dāng)上回風(fēng)出口段的密封性為35%時，效果最佳。在此狀態(tài)下，總風(fēng)量從165 m3/s 下降到145 m3/s，隨著總風(fēng)量的增加，總風(fēng)量略有下降。當(dāng)下回風(fēng)量由23 m3/s 增加到50 m3/s，占總風(fēng)量的35%左右，達(dá)到了原設(shè)計預(yù)期。

2）增加本地設(shè)備風(fēng)量。根據(jù)原設(shè)計集電環(huán)室風(fēng)管的對稱布局，在集電環(huán)室額外增加一個風(fēng)管。在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上，集熱器環(huán)室通風(fēng)量增加一倍。

3）提高風(fēng)能利用效率。調(diào)整轉(zhuǎn)子上下導(dǎo)風(fēng)板間隙，在動態(tài)轉(zhuǎn)動下將密封間隙控制在5 mm 以內(nèi)，消除漏風(fēng)壁對通風(fēng)流通的阻礙。將集熱器環(huán)室上下導(dǎo)風(fēng)板之間的密封間隙調(diào)整到5 mm 以內(nèi)，密封兩個刷座之間的間隙，減少漏風(fēng)，使冷卻空氣集中在加熱部件表面，從而提高冷卻效率。

2.4.2 第二方案

利用高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能改造工作，對高壓電動機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計，減少定子發(fā)熱，提高冷卻效率，改變風(fēng)量分布。具體措施和方法如下：在高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能設(shè)計階段，優(yōu)化電磁參數(shù)，在滿足性能參數(shù)的條件下選擇較低的磁通密度。定子齒處的最大磁通密度為1.88 T，以降低定子棒的整體溫度水平。定子鐵芯采用優(yōu)質(zhì)硅鋼片，采用B50A250 材料制成。原設(shè)計通風(fēng)溝共50 層，每層高度為4 mm。為滿足通風(fēng)降溫要求，在保持通風(fēng)截面的前提下，將每層風(fēng)管高度增加至5 mm，將風(fēng)管層數(shù)減少至55 層。

原子結(jié)構(gòu)為小齒壓板結(jié)構(gòu)，后張緊螺釘處有較大的漏氣間隙。定子改造時采用大齒狀壓板結(jié)構(gòu)，壓螺通過鐵芯沖孔板預(yù)留孔，因此此部分不再有漏氣間隙。

3 節(jié)能減排背景下高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能的設(shè)計措施

3.1 加強(qiáng)高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能減排設(shè)計

通過加強(qiáng)對高壓電動機(jī)的優(yōu)化設(shè)計，可以提高高壓電動機(jī)的應(yīng)用效率，從而增強(qiáng)高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能減排。例如，使用節(jié)能減排的高壓電動機(jī)材料，優(yōu)化高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能結(jié)構(gòu)，降低高壓電動機(jī)損耗問題。通過改變負(fù)載的大小和類型，高壓電動機(jī)可以更穩(wěn)定地運(yùn)行并降低其能耗。高壓電動機(jī)的控制系統(tǒng)對高壓電動機(jī)的能耗有重要的影響。通過改進(jìn)高壓電動機(jī)的控制系統(tǒng)，可以降低高壓電動機(jī)的負(fù)荷率，從而降低高壓電動機(jī)的能耗。例如，采用高效節(jié)能的高壓電動機(jī)控制器，使用高效節(jié)能的變頻器，采用改進(jìn)的高壓電動機(jī)控制策略。此外，通過優(yōu)化高壓電動機(jī)的啟停控制方法，可以降低高壓電動機(jī)的啟停次數(shù)，降低高壓電動機(jī)的能耗。在高壓電動機(jī)的使用過程中，還可以使用高效節(jié)能的設(shè)備來降低高壓電動機(jī)的能耗。例如，使用高效節(jié)能的傳動裝置，使用高效節(jié)能的軸承，以及使用高效節(jié)能的散熱方法。此外，通過選擇合適的高壓電動機(jī)規(guī)格和型號，可以避免高壓電動機(jī)過大或過小，從而降低高壓電動機(jī)的能耗。

3.2 加強(qiáng)高壓電動機(jī)維護(hù)和檢修

高壓電動機(jī)應(yīng)具備穩(wěn)定運(yùn)行、低故障率等特點。穩(wěn)定運(yùn)行是指高壓電動機(jī)在長時間運(yùn)行過程中能夠保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，不會出現(xiàn)頻繁的停機(jī)或故障。低故障率則是指高壓電動機(jī)的故障發(fā)生概率較低，能夠減少維修和更換的頻率。為了提高高壓電動機(jī)的可靠性，可以采用優(yōu)質(zhì)的材料和零部件，進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和檢測，以及定期的維護(hù)和保養(yǎng)。為了達(dá)到最佳的能效，高壓電動機(jī)必須具有較大的負(fù)荷率。如果負(fù)荷率大于70%，可以獲得很好的性能，達(dá)到80%以上的最優(yōu)狀態(tài)；相反，如果負(fù)荷率小于70%，則可以獲得較差的性能，并且達(dá)到較差的成本效益。通過采取措施防止高壓電動機(jī)過載，達(dá)到通風(fēng)節(jié)能的目的。由于高壓電動機(jī)的高溫特性，應(yīng)盡可能降低所需的額外功耗，以保證其正常工作狀態(tài)。定期維護(hù)和檢修高壓電動機(jī)也是提供高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能減排和降本增效的重要部分。通過定期清洗高壓電動機(jī)、更換高壓電動機(jī)的磨損部件、調(diào)整高壓電動機(jī)的運(yùn)行參數(shù)等，可以保證高壓電動機(jī)的正常運(yùn)行，降低高壓電動機(jī)的能耗。此外，還可以通過對高壓電動機(jī)進(jìn)行定期檢測和診斷，及時發(fā)現(xiàn)高壓電動機(jī)的故障和問題，避免故障擴(kuò)大化，降低高壓電動機(jī)的能耗。

3.3 提升工作人員的管理水平

高壓電動機(jī)使用過程中人員的操作和管理對高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能設(shè)計也有重要影響。因此，通過培訓(xùn)人員，提高管理技能，可以降低高壓電動機(jī)的誤操作和不當(dāng)使用，從而降低高壓電動機(jī)的能耗。例如，提高人員的安全意識，加強(qiáng)高壓電動機(jī)的管理和維護(hù)等。加強(qiáng)高壓電動機(jī)的定期保養(yǎng)工作，可以延長高壓電動機(jī)的使用壽命。工作人員應(yīng)建立以電機(jī)應(yīng)用為基礎(chǔ)的設(shè)備管理制度，嚴(yán)格落實電機(jī)維修管理職責(zé)，加強(qiáng)對電機(jī)使用和維修記錄的科學(xué)記錄。工作人員應(yīng)定期關(guān)注電機(jī)運(yùn)行的環(huán)境，檢查和清潔電機(jī)內(nèi)部的系統(tǒng)設(shè)備，保持通風(fēng)的環(huán)境。這樣可以有效避免有害氣體對電機(jī)的影響。同時，工作人員需要嚴(yán)格按照相關(guān)操作和要求進(jìn)行操作，減少因操作不當(dāng)造成的故障損壞。

3.4 合理選擇高壓電動機(jī)起動裝置

高壓電動機(jī)應(yīng)具備高效率、低能耗等特點。高效率是指高壓電動機(jī)在轉(zhuǎn)換電能為機(jī)械能時的能量損失較低，能夠更有效地利用電能。低能耗則是指高壓電動機(jī)在運(yùn)行過程中消耗的能量較少，能夠減少對能源的需求。高壓電動機(jī)的高效性能可以通過優(yōu)化設(shè)計、采用高效的材料和制造工藝等方式來實現(xiàn)。無刷無環(huán)起動器可有效啟動11～60 kW 的高低壓繞線電機(jī)。它的優(yōu)點是啟動過程不需要任何外力，不需要更換啟動環(huán)，也不用擔(dān)心粉塵污染。啟動器采用頻率敏感變阻器技術(shù)，應(yīng)用于電機(jī)軸上，無需額外啟動裝置即可實現(xiàn)自動啟動。通過對液體變阻器起動器的改進(jìn)，可以更精確地控制大繞線電機(jī)的運(yùn)行。該裝置通過調(diào)節(jié)兩極之間的液阻，使兩極板之間的距離保持一定的差異，從而使整個電機(jī)的運(yùn)行更加平穩(wěn)。

4 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，節(jié)能減排背景下高壓電動機(jī)通風(fēng)節(jié)能的設(shè)計工作的高效開展，需要有科學(xué)合理的工作方案作指導(dǎo)，因此工作人員需要在此基礎(chǔ)上對高壓電動機(jī)內(nèi)外部的環(huán)境進(jìn)行充分考慮，使得高壓電動機(jī)的通風(fēng)節(jié)能工作在具體的實施過程中能夠與節(jié)能減排的發(fā)展相適應(yīng)，進(jìn)而讓企業(yè)經(jīng)營管理水平得到有效提高。高壓電動機(jī)應(yīng)長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，此過程會產(chǎn)生巨大能耗，若想達(dá)到節(jié)能減排的設(shè)計效果，應(yīng)對節(jié)能減排的通風(fēng)節(jié)能設(shè)計展開科學(xué)的分析，結(jié)合高壓電動機(jī)運(yùn)行情況來確定通風(fēng)節(jié)能控制方法，進(jìn)而滿足節(jié)能減排與降本增效的工作目標(biāo)。