电机冷却系统可靠性影响分析

电动机冷却系统可靠性影响分析摘要：电动机的安全稳定运行，有赖于两个方面，一个是合理的使用，即出功，又出力；另一个是长期细致的维护将故障消失在萌芽状态。对超期服役的电机第二方面尤为重要。本论文主要围绕延长期的电机在使用条件方面如通风、冷却等方面进行讨论。关键词：通风冷却使用寿命故障分析1、前言电动机在工业与农业生产中的使用非常广泛，如机床、起重设备、运输机械、鼓风机、各种泵类以及日常生活中的电扇、医疗设备等装置中广泛应用，随着使用年限的增长，使用数量的增多，损坏情况也不断增加，但是电动机在发生故障前都会有一些表面故障现象出现，如果能够及时发现这些故障现象，准确判断故障发生的原因，及时采取相应措施，确保最优化运行和最小化不定期停工，就可避免设备过早损坏，对于环境不良，易燃、易爆危险场所、频繁起动、过载运行等要加强日常维护和保养，及时发现和消除隐患。2、电机的散热原理安全合理的使用电机是电机正常运转的保证，电机的使用寿命是由多种因素决定的，如电气绝缘，机械摩擦，机械疲劳，环境温度，使用方法等等，一些突发事故也能终止电机的使用寿命。在这些因素中电气绝缘部分的寿命是各种因素中的最主要的原因之一，而老化是导致绝缘下降的最主要原因，导致老化的主要原因有高温、潮湿、使其热老化，高电压、强电场使其电老化，摩擦、振动使其疲劳、损耗、破裂等，正确的解决这些问题，至少有效的改善使用方法、环境，细心的维护，都可以使电机达到使用设计年限。甚至延长使用寿命。高电压，大电机的使用年限一般为35000小时以上，有些资料统计为20年寿命，影响高电压大电机的绝缘寿命的主要因素是电老化，当然还有温度和机械因素，由于在高电压下将产生电离，电晕，电介质老化现象。这就是绝缘材料的分子结构发生了逐步的变质和损坏。这部分的老化过程不容易控制，由于大电机一般都设计为高电压，而且为额定电压，电机必须运行在这个电压下，所以改善电机的使用条件很大部分落在了改善通风和冷却上。3、电动机的绝缘温度要求温度保护要求：对于B级绝缘电机，测温元件报警温度为120℃,保护跳闸温度为130℃，对于F级绝缘B级考核电机报警温度为130℃,保护跳闸温度为140℃，对于F级绝缘F级考核电机报警温度为140℃,保护跳闸温度为150℃，5000Kw以上的电机温度保护下降5℃。滑动轴承报警温度为75℃,保护跳闸温度为80℃，出油温度为65℃。滚动轴承报警温度为90℃,保护跳闸温度为95℃。表一电动机的绝缘等级要求4、电动机的主要冷却方式电机的运行过程就是能量转换过程，在转换中有一部分转变成机械能，这是有用功。还有一部分为无用功，如铁损、铜损、杂损及机械损耗等等都将以热量形式表现出来，电机的温度如果过高，长期工作运行在高温状态，电机的绝缘寿命将大打折扣，所以进行良好的电机通风及冷却也是延长大电机寿命的主要办法，电动机主要的冷却方式有气冷、液冷、气液冷、蒸发冷却和空调冷却五种，气冷介质包括空气和氢气等；液冷介质包括水、油、氟利昂类介质以及无污染化合物类氟碳介质。但由于电动机本身的生产成本以及环境设计要求，目前我厂生产现场使用的电动机基本是通常采用空气冷却、水冷却、水汽混合冷却三种冷却方式。4.1空气冷却空气通风冷却是应用最早也是应用最广泛的冷却方式，从微型机组到巨型机组具有采用。空冷又分为自然通风冷却和强迫通风冷却。自然通风冷却是指电机不需要另行设置通风机，电机运行时靠转子旋转产生的的动能迫使空气流动，利用空气与电机发热部位的温差将热量传递给空气，达到冷却电机的目的。自然通风冷却只能用于体积相对较大，功率较小的电机。强迫通风冷却方是利用通风机和转子产生的压力迫使空气流动，达到冷却电机的目的。同时强迫通风冷却又分为外冷和内冷。外冷是对电机外壳进行冷却，内冷是将空气强迫通入电机内部缝隙和风道对电机定子和转子进行冷却。空冷结构简单，无需辅助绝缘的温度等级A级E级B级F级H级最高允许温度(℃)105120130155180绕组温升限值(K)607580100125性能参考温度(℃)8095100120145设备，管道设施少，费用低廉，维护方便，但空气比热容和导热系数小，需要较大的散热面积和通风量，才能达到预期的冷却效果。自行通风式电机只要进出风口不被堵塞，基本上不会出现冷却系统故障。4.2水冷却全空冷费用低，结构简单，但冷却效果不好，液体相比于气体比热大，导热系数高，随着技术发展，目前电机采用水冷代替部分气冷已经相当普遍，尤其在大型高压电动机或部分小型特种电机应用更为广泛，如定子绕组采用水冷，转子绕组采用空冷，以获得良好的冷却效果。但是水冷过程中的氧离子、氯离子会腐蚀管道产生CuO和Cu2O等沉淀物以及CaCO3等水垢堵塞管路，严重会导致电机绕组因局部散热而烧毁。同时由于承受水压，水接头和各密封点存在漏水问题，造成电机短路和漏电危险。因此，采用水冷却的电动机就对冷却循环水的水质（低钙工业软化水：悬浮物＜10mg/L；滤网尺寸≤0.3mm；PH值7-7.5；硬度8-9ºdH）以及相关附属设备现场维护提出了一定的要求。目前，我厂大电机一般采用通风冷却和密闭循环水冷却，理论上这是一个比较理想的不受干扰的独立系统，如下图所示：图一电动机设备使用现场从上图可以看出，此类电动机体积庞大，冷却系统与电机主系统相互分离，处于电机上方，为一独立设施，能够进行拆装，同时具有压力检测仪表。通过现场调研，此类电机未发现因冷却系统损坏现象。下图为相应的维护记录。水冷器2014.6.5粗轧下辊冷却器清扫图二电动机维护记录但在现场检查时发现部分单位的电机，此类电机冷却系统与电机为一整体部件且由于安装环境恶劣，安装位置空间狭小，散热情况差，冷却循环水先通过主力设备冷却循环系统再进入电动机的冷却循环系统，同时冷却水管径较小，再加上主力设备存在漏水现象，造成电机大量损坏（安装位置如下图所示）。图三电动机设备使用现场通过现场调研发现，以上两类型的电动机冷却系统虽然都是采用山顶水作为冷却循环水，但对前一种电动机的冷却系统影响不大，通过查看维修台账就可以明显看出，前一种电机未进行过修理，后一种电机2013-2014年度共维修70台次，其中因叶轮不平衡造成轴承损坏41台次，占整个修理频次的58.6%，因主力设备漏水及冷却循环水阻塞导致电机线圈烧损29台次，约占整个修理频次的41.4%。近期，通过加强管理采取：定期对在用电机冷却水管路用氮气进行吹扫疏通，对电机冷却器有弱酸进行反冲洗；出炉后对叶轮、炉台电机在此设备内部内部进行检查，防止杂物进入；行车吊运内罩、冷却罩时不允许从空炉台上方通行，防止炉台进水等措施，在没有更换水质的情况下故障率大大降低，2015年度截止目前为止，除部分电机因因叶轮不平衡造成轴承损坏进行修理，未再发生因主力设备漏水及冷却循环水阻塞导致电机线圈烧损的故障。5、日常注意事项（1）、事前预防，对比技术协议或工艺操作规程要求，给电动机提供合格冷却水，降低电动机冷却系统堵塞几率。（2）、采取水冷却的电动机应定期清理冷却循环管路，消除隐患，延长电动机使用寿命。同时结合现场实际情况改善电动机所处环境，增强电动机散热效能。（3）、采取空气冷却的电动机应安装在通风良好的地方，温度最好在100C到400C之间，相对空气湿度最好低于75%。（4）、定期对空冷冷却器只要定期检查并及时清理电机表面的灰尘、油脂、碳粉、金属粉屑及氧化物，注意电动机的进出风口，不得使排出的热空气进入进风口产生重复循环，或者一台电机排出的热空气直接进入另一台电机。（5）、加强现场操作人员技能培训，使其在操作、安装、拆卸设备时，严格按照规程、标准进行处理，增强其责任心，减少因人为原因造成的电动机损坏故障发生的频率。6、结束语电机冷却系统不稳定运行虽然对电机安全运行存在一定影响，但只要设备维护人员能够及时维护，对水冷却器、空冷器内部进行定期清理，完全能够满足电动机冷却系统需要。同时，各使用单位应提高电机安全运行的重视程度，尽可能的为电机稳定运行提供有利条件，延长电机使用寿命。