大型灯泡贯流泵机组电机通风冷却研究

论文摘要

大型灯泡贯流泵装置水流顺直、效率高、投资省,是低扬程泵站较为合理的泵型。但其电机位于几乎密闭的灯泡体内,运行环境差,热故障率高,电机通风冷却要求高。本文在“十一五”国家科技支撑计划重点项目、全国百篇优秀博士学位论文作者专项基金项目等资助下,开展对大型灯泡贯流泵机组电机通风冷却的研究。主要研究内容和成果如下：（1）总结不同结构形式灯泡贯流泵机组电机的冷却途径,研究灯泡壳外流道水对电机的冷却作用,计算电机运行平均温升。淮阴三站、淮安三站电机定子绕组平均温升分别为37.25K、31.53K。（2）研究电机运行功率、气隙不均匀度、制造误差、环境温湿度和电网参数波动等因素对电机温升的影响,介绍几个因素对电机温升的影响值。结果表明,气隙不均时,电机的最高温度在热空气出口的最小气隙处。淮阴三站各因素对电机温升的总影响范围为[-11.20,24.62]℃。应用实测电机温升数据现场,验证了理论结果的正确性。（3）分析灯泡贯流泵机组电机不同通风冷却方式的特点,比较典型通风方式的冷却效果及能耗,提出冷却系统的选用方法和提高性能的措施。考虑通风灰尘结垢对电机大修周期及大修费用的影响,在保证冷却效果的前提下,比较不同通风冷却方式的经济性,提出进风过滤开敞式通风和不锈钢灯泡壳密闭循环通风两种新型通风冷却方式。研究表明,开敞式强迫通风冷却系统安装维修性、可靠性较好；密闭式强迫通风循环系统结构复杂；提出的新型通风冷却方式可实现清洁通风,延长机组大修周期,节省大修费用,因而具有较好经济性。（4）分析环境温度时间分布,以电机不过热为前提,建立电机温度关于环境温度和通风量的关系式。计算恒定风量通风费用,优化定速风机的运行台数,优化变频调速风机的转速,比较风机系统的运行费用。研究表明,优化定速风机运行台数和变频调速风机工况后,可分别节省风机年运行费用0.724～0.744万元和1.791～2.266万元,变频调速风机节能率超过28.9%,1～1.3年即可收回变频所增加成本,成果对提高冷却系统的运行经济性有一定实用意义。本文的主要创新点：（1）通过分析比较典型灯泡贯流泵机组电机的通风冷却方式,提出两种新型通风冷却方式,新型通风冷却方式具有良好的经济性。（2）研究电机运行功率、气隙不均匀度、制造误差、环境温湿度和电网参数波动等因素对电机温升的影响,合理确定通风量。（3）提出了确定冷却系统定速风机运行台数的方法,以及优化变频调速风机工况的方法,优化运行后通风系统的节能效果明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 大型灯泡贯流泵机组电机通风冷却研究目的和意义
• 1.2 大型灯泡贯流泵机组电机通风冷却研究现状
• 1.3 大型灯泡贯流水轮机组电机通风冷却研究现状
• 1.3.1 灯泡贯流水轮机组电机通风冷却方式
• 1.3.2 电机通风冷却研究方法
• 1.4 存在问题
• 1.5 本文研究内容
• 2 灯泡贯流泵机组结构形式与电机通风冷却
• 2.1 灯泡贯流泵机组结构形式
• 2.1.1 总体结构
• 2.1.2 工况调节方式
• 2.1.3 传动方式
• 2.2 电机冷却途径与冷却介质
• 2.2.1 全气冷
• 2.2.2 全液冷
• 2.2.3 液冷-气冷
• 2.2.4 蒸发冷却
• 2.2.5 空调冷却
• 2.3 灯泡贯流泵机组电机冷却计算理论
• 2.3.1 电机发热量计算
• 2.3.2 电机通风散热计算
• 2.3.3 灯泡体外水流对灯泡体内热空气的冷却计算
• 2.3.4 通风回路阻力计算与风机选择
• 2.4 典型灯泡贯流泵机组电机通风冷却系统计算
• 2.4.1 淮安三站通风系统
• 2.4.2 淮阴三站通风系统
• 2.4.3 蔺家坝站冷却系统
• 3 电机温升的主要影响因素及分析
• 3.1 电机温升主要影响因素
• 3.1.1 电机极限耐热温度
• 3.1.2 电机定子绕组温度
• 3.2 运行功率对电机温升的影响研究
• 3.3 制造误差对电机温升的影响研究
• 3.3.1 绕组误差对电机温升的影响值
• 3.3.2 铁芯误差对电机温升的影响
• 3.3.3 基于概率的综合制造误差对电机温升的影响
• 3.3.4 实例分析
• 3.4 环境温湿度对电机温升的影响
• 3.4.1 环境温湿度对电机与热空气温差的影响
• 3.4.2 环境温湿度对冷却空气温升的影响
• 3.4.3 电机定子绕组温度计算
• 3.4.4 空气湿度对电机绝缘的影响
• 3.5 气隙不均对电机温升的影响
• 3.5.1 影响气隙不均的因素分析
• 3.5.2 气隙不均对电机运行参数的影响
• 3.5.3 气隙不均时电机与空气的热交换
• 3.5.4 电机气隙不均通风冷却实测验证与分析
• 3.6 电网参数波动对电机温升的影响研究
• 3.6.1 电网电压波动对电机温升的影响
• 3.6.2 电网频率变化对电机温升的影响
• 3.6.3 电网电压波动、频率变化对电机温升的综合影响
• 4 灯泡贯流泵机组电机冷却方式比较及选用
• 4.1 电机冷却系统组成分析
• 4.2 冷却系统经济性比较
• 4.2.1 冷却系统费用组成
• 4.2.2 冷却系统经济性分析
• 4.2.3 典型灯泡贯流泵机组电机冷却系统经济性比较
• 4.3 冷却系统可靠性、维修性和耐久性分析
• 4.3.1 可靠性
• 4.3.2 维修性
• 4.3.3 耐久性
• 4.4 冷却系统综合性能比较、分析及选用
• 4.4.1 典型灯泡贯流泵机组电机冷却系统性能分析
• 4.4.2 典型灯泡贯流泵机组电机冷却系统性能比较
• 4.4.3 灯泡贯流泵机组电机冷却方式选用
• 4.4.4 不确定因素对电机温升的综合影响
• 4.4.5 提高通风冷却系统可靠性和经济性的途径和措施
• 5 电机通风冷却运行优化
• 5.1 电机温度与冷却风量的关系
• 5.1.1 环境温度时间密度分布
• 5.1.2 所需风量计算方法
• 5.2 风机通风费用计算方法
• 5.2.1 恒量风机运行费用
• 5.2.2 优化定速风机开机台数运行费用
• 5.2.3 变频调速风机运行费用
• 5.3 实例分析及通风费用比较
• 5.3.1 恒量风机运行时电机温度
• 5.3.2 优化定速风机开机台数时电机温度
• 5.3.3 变频调速风机时电机温度
• 5.3.4 通风费用比较
• 6 总结与展望
• 6.1 研究成果总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文