泵站同步电机润滑油冷却工艺缺陷分析及对策

李典基，顾建利

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250102）

大型立式轴流泵在泵站工程中应用非常普遍，立式轴流泵同步电机结构转动部分多悬挂在上机架推力轴承上，同步电机工作时，推力轴承承受的荷载往往很大，例如，南水北调某泵站电机荷载重量达到143 t，推力轴承和导轴承摩擦产生的热量传导给电机润滑油，根据《泵站技术管理规程》（GB/T 30948-2014），滑动轴承允许最高工作温度70 ℃[1]，需要采取措施及时对油进行冷却。传统冷却方式主要是通过加压水泵抽取自然水源冷却，水源有河道水或者井水等[2-3]，最近比较流行的有循环水冷却润滑油，近期又开发了油冷机冷却润滑油新技术。

1 电机润滑油冷却工艺存在的缺陷

某泵站机组技术供水采用在泵站水泵层安装2 台供水泵直接从出水池取水，运行方式是一用一备，对电机上油缸、下油缸和填料函同时供水，在运行期间发现存在一些安全隐患。1）出水池内水中泥沙含量较高，大量泥沙和杂物会随着供水泵进入机组冷却器内，开机抽水时间稍长就会导致机组冷却器内大量泥沙淤积，冷却水循环不畅，较为细点的冷却管道受阻无法对机组进行冷却。机组上下油缸冷却器内淤积的泥垢等在平时无法进行清理，只有等到机组大修时才能进行清理。不到大修年限的机组只能运行时要求运行值班人员加强巡视、加强管理，无形中增加运行值班人员的工作量。管路中的Y 型滤水器频繁堵塞，造成运行人员的维修量加大，甚至机组无法运行。2）供水泵采用卧式离心泵，泵体较小，运行期间出水池内贝类、鱼类、青蛙、水草等杂物吸入泵体内，造成泵体堵塞，供水压力下降，曾多次立即停机拆卸供水泵清理杂物。由于水中的一些生物随着冷却用水进入管道以后，非运行期就在管道中繁殖生根，越来越多就会发生阻塞管道的现象，这种生物一旦进入冷却器内极难容易清除，导致供水管道阻塞压力不足，危及到机组的安全运行。3）原供水系统所采用的供水泵都是根据4台机组所需冷却能力的最大值来选购的，扬程、流量和管道压力都是固定的，无论开一台机组还是多台机组系统的能耗都是固定的，这样就使得该系统的能耗过高。4）原供水管道采用铸铁管，内壁受河水侵蚀极易锈蚀，在多次检查中已经发现闸阀件、压力表、示流计等安装部位出现不同程度的锈蚀和堵塞。冬季由于环境温度较低，外部水路、甚至冷却器盘管有结冰冻裂的可能，可能导致冷却系统无法正常使用。

2 采取的解决对策

2.1 方案一：采用冷水机组循环水冷却润滑油

采用闭式循环水系统原理（如图1 所示），是将电机油冷却器接入制冷系统中，降低循环水的温度，进而用冷却的水降低油温，水的作用是载冷剂，而且可以根据设定要求，适度降低油温，从而降低轴瓦的温度，保证机组冷却水在设定最佳温度下运行，确保电机的连续稳定运行。

冷水机组可使用自来水进行补水，一是自来水硬度和酸碱度较小，对管道壁和机组冷却器的腐蚀性较小，有利于设备运行；二是自来水水质较好无杂质，不会造成管道堵塞。冷水机组运行属于循环封闭式，在运行时的水量几乎无损耗，且冷水机组系统内设置有高位补水箱，只需要在开机运行前给补水箱注满水即可。

循环冷水机组布置在室外和室内方案要求：1）循环冷水机组置于露天，最好配置防晒棚，以免阳光直照，机组上端与防晒棚顶距离应保证在3 m 以上；机组安装在地面上时，要选择不被水淹到的地方，要避免安装在低洼之处；在长期温度低于冰点或降雪量多的地方，要筑一道混凝土基础，使机组高于地面至少300 mm。机组周围应有不少于800 mm 的检修空间。轴瓦冷却机组可直接安装于屋顶、地面等任何方便安装的场所，最好不要让阳光直照机组，机组周边应留有通风空间，以便能与外界空气保持良好的对流热交换。机组机座应平整，并设置排水沟，以排除凝结水、化霜水和雨水，机座上应放置防震减振垫。2）如果冷水机组安装在某泵站水泵层，虽然空间较大，但仍属于密闭空间；水泵层高度仅为5 m 高左右，去除设备本身高度2 m，设备上部散热空间满足不了设计要求，另外水泵层无专门的进气、排气系统，冷水机组产生的热量积聚势必会造成水泵层温度升高，主机泵温度也会随之升高，也会使主电机的温度升高，因此不利于主机组运行。如确实需要安装在水泵层，则需要增加进排气系统，增加投资。

该方案基本解决了自然取水存在的缺陷，设备运行可靠性得到很大提高，但也带来一些新问题，如：安装在室外需要建设较大面积的机房，在冬季还需做好防冻保暖措施；属于二级转换冷却装置，结构复杂，工程量大等。本技术现在是南水北调泵站大型水泵电机润滑油冷却主流技术[4]。

2.2 方案二：油冷机组直接冷却润滑油

图2 油冷机组直接冷却原理图

针对方案一的缺点，开发了一种油冷机组直接冷却润滑油技术，即采用一种压缩机制冷的油冷机，它的原理接近于空调，只是空调是冷却空气，油冷机是冷却润滑油。可直接将电机油缸内的润滑油抽出进行体外冷却后再重新注入电机油缸，和方案一相比，对安装位置要求低，占地面积小，大大节省投资[5]。

工作原理：当制冷系统工作时，压缩机将制冷剂气体吸入进行压缩后变成高温高压的气体，然后排出送入冷凝器，与由冷凝风机产生的穿过冷凝器的低温进风进行热交换，使高温高压的制冷剂气体冷凝为常温高压的液体，同时低温进风变成高温出风被排出。常温高压的制冷剂液体被节流阀节流成低温低压的液体进入板式蒸发器，在板式蒸发器内与同时进入的较高温度的油进行热交换，使低温低压的液体制冷剂吸热蒸发为低温低压的气体，最后被压缩机吸入重新循环运行。较高温度的润滑油则被降温后流出板式蒸发器，通过油泵抽回到电机油缸中（原理如图2 所示）。本技术的难点是需要打开电机油缸上下盖，对循环油路进行改造。

此方案具有如下优点：1）冷却效果好，控温精确，由于是直接冷却润滑油，油冷机感温装置直接感受油温，当油温超过设定温度时自动开启制冷系统冷却，当油温低于设定温度时停止制冷系统。2）安装使用方便，安装只需用油管将油冷机与油缸连接起来即可，平时只需开关机操作。维护简单，平时只需一至两个月一次将空气过滤网上的灰尘去除即可。3）高可靠性，使用时无水产生，也无结冰风险。该项技术值得大力推广，已开始研究推广。

3 结 语

泵站立式轴流泵同步电机运行时采取措施保证润滑油的油温正常非常重要，传统方法是采用加压水泵抽取自然水源通过和水管连接的冷却器在电机油缸内和冷却油进行热交换，运行过程中水质或水量常常不能满足运行要求，对机组的安全造成不利影响。采用冷水机组循环水冷却润滑油技术和油冷机组直接冷却润滑油技术都能解决上述问题，油冷机组直接冷却润滑油技术减掉了用水做载冷剂的工艺过程，对系统进行了简化，可靠性、经济性更高，值得推广应用。