大型泵站主电动机滑动轴承水冷却系统比较.pdf
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1、为比较大型泵站主电动机滑动轴承不同水冷却系统优缺点,对滑动推力轴承和导轴承发热量和传热进行计算,根据轴承温度控制条件,求得最小需要冷却水流量与进水温度的关系 介绍了传统供排水、盘管、板式热交换器和冷水机组 种水冷却系统,计算该 种水冷却系统运行能耗,并进行综合比较分析 研究结果表明:传统供排水冷却系统能耗大,泵吸水管口易堵塞,油冷却器内壁易结垢;与传统供排水冷却系统相比,盘管式水冷却系统节能 ,无堵塞、结垢问题;板式换热器冷却系统节能 ,节能率最高,但仍存在堵塞、结垢问题;冷水机组冷却系统节能 ,节能率次之,但具有节能、不结垢、无进水口堵塞问题和运行维护方便等综合优势关键词:水冷却系统;大型泵
2、站;电动机滑动轴承;能耗;可靠性;综合比较中图分类号:;文献标志码:文章编号:():仇宝云,方涛,赵文军,等 大型泵站主电动机滑动轴承水冷却系统比较 排灌机械工程学报,():,(),():,(),(,;,;,):,:,排灌机械工程学报第 卷 ,:;大型立式水泵机组电动机滑动轴承浸在电动机机架油缸的润滑油中,润滑油内设置油冷却器,润滑轴承摩擦面并吸收摩擦热量通过油冷却器金属管壁传给其内冷却水带走 如果冷却能力不足或效果不好,则轴承瓦温度升高,引起烧瓦 学者对各冷却系统进行了研究 刘新泉等 比较了电动机推力轴承损耗与冷却器用水量,指出冷水机组与循环供水装置可靠、节能 谢文祥等 研究发现在发电机组推
3、力轴承结构参数不变的情况下,增加冷却器的容量,可有效降低油温和轴瓦温度 等 验证了计算水泵水轮机双向推力轴承 模型,并改进了 模型精度 赵文军等 对采用冷水机组循环的冷却水系统进行计算,结果表明,闭式冷水机组冷却水系统相较于其他冷却水系统节能效果显著 也有学者分析了复合热泵热水系统特性 以及对蓄冰槽 形盘管进行数值计算与结构优化 ,但在大型泵站主电动机滑动轴承水冷却系统优化方面的研究甚少为比较大型泵站主电动机滑动轴承不同水冷却系统优缺点,文中对滑动推力轴承和导轴承发热量和传热进行计算,综合分析并比较 种水冷却系统的运行能耗,并进行分析,从而为泵站电动机轴承冷却系统的设计和运行维护提供一定的参考
4、 传热与最小需要冷却水流量计算 滑动推力轴承摩擦功率计算大型电动机推力轴承和导轴承摩擦产生热量,计算推力轴承摩擦功率的公式为 ,()(),(),()上述式中:为水泵轴向水推力,;为水的密度,;为重力加速度,;为轴向水推力系数,通常 ;为叶轮直径,;为主水泵运行扬程,;为推力瓦表面压强,;为机组转动部分自重,;为修正系数,;和分别为推力瓦所在圆弧的内径和外径,;为推力轴承摩擦功率,;为推力轴承镜板与轴瓦间的摩擦系数;为角速度,油冷却器传热计算滑动轴承冷却热量传递途径为轴承润滑油冷却器冷却水外界,计算各部分传热系数 )油侧传热系数 ,()其中 (),()式中:为油侧努塞尔数;为油导热系数,();为
5、冷却管外径,;,分别为油侧雷诺数和普朗特数;,分别为冷却管等效直径、圆周占积率、平均分布直径)铜管传热系数 ,()式中:为管导热系数,();为管内径,)水侧传热系数 ,()其中 ,()式中:为水的导热系数,();,分别为水侧努塞尔数、雷诺数和普朗特数)油冷却器总传热系数 ,()第 期仇宝云,等大型泵站主电动机滑动轴承水冷却系统比较其中,()式中:为总传热热阻,取电动机导轴承摩擦功率为推力轴承摩擦功率的 ,油冷却器冷却负荷等于轴承摩擦热量减去油缸散热量,则油冷却器冷却热负荷 为 (),()式中:为油缸内油温,;为环境空气温度,;为润滑油接触油缸壁的面积,;,分别为油缸内壁润滑油的对流换热系数、油
6、缸内壁油漆层传热系数、油缸壁传热系数、油缸外壁油漆层传热系数和油缸外壁空气对流换热系数 最小需要冷却水流量计算)按冷却器进出水温差计算冷却用水量,(),()式中:为电动机轴承需要冷却水流量,;为水比热容,();为油冷却器进出水温差,取决于散热条件,一般 )按瓦温确定最小需要冷却水流量 大型电动机推力瓦采用巴氏合金瓦或弹性金属塑料瓦,要求瓦温不得超过 ,运行控制瓦温 以下 计算泵站不同开机台数时电动机轴承最小需要冷却水流量 与进水温度 关系如图 所示图 轴承最小需要冷却水流量与进水温度关系曲线 推力瓦温 的计算公式 为 (),()式中:为推力轴承传热面积,;为推力轴承传热系数,();为冷却器传热
7、面积,;为水的密度,;为水比热容,();为冷却水进水温度,当推力瓦温 为最高允许瓦温 时,根据式(),冷却水最小需要流量 为 ()()滑动轴承水冷却系统滑动轴承水冷却系统主要有 种,分别为传统供排水冷却系统、盘管软水冷却系统、板式换热器软水冷却系统和冷水机组软水冷却系统,下面对这 种水冷却系统进行能耗计算与综合比较分析 传统供排水冷却系统泵站技术供水分为直接供水和间接供水 图 为直接供水从上游河道取水输送到用水部件后排出的传统供排水冷却系统示意图图 传统供排水冷却系统示意图 盘管软水冷却系统盘管式软水冷却系统属于闭式系统,如图 所示,冷却水用软水通过水泵在系统中循环,冷却器流出的高温水经盘管向
8、盘管外水体传递热量冷却 盘管式软水冷却系统无传统供水方式的取水口堵塞和内壁结垢问题图 盘管式软水冷却系统示意图 排灌机械工程学报第 卷 板式换热器软水冷却系统图 为板式换热器软水冷却系统示意图 系统增加一套冷流侧供水泵回路系统,从外界取水向外界排水 热流侧采用软水,将热流侧出口高温冷却水引入板式换热器,热量传给冷流侧冷水后排出图 板式换热器软水冷却系统示意图 冷水机组软水冷却系统冷水机组软水冷却系统是一种新型的泵站轴承冷却系统,采用冷水机组冷却热流侧流出的高温软水冷却水 冷水机组分为风冷式和水冷式,泵站常用如图 所示的风冷式冷水机组图 冷水机组软水冷却系统示意图 种轴承水冷却系统能耗计算比较
9、传统供排水冷却系统能耗计算用式()计算单台电动机轴承最小需要冷却水流量 供水泵需要扬程 按式()计算,即 ,()其中 ,(),()式中:为净扬程,;为管路总水力损失,包括沿程水力损失 、局部水力损失 和冷却器水力损失,;下标“”表示第 种水冷却系统;为管道沿程阻力系数;为管道长度,;为管道内径,;为管道截面积,;为管内流量,;下标“”“”表示第 管段和第 部位式()和供水泵扬程性能曲线联立求解泵工况,即 ,()式中:为供水泵扬程,;,为常系数将式()解出的供水泵运行流量(应满足式()每台机组最小冷却水流量的要求)和扬程代入式()计算供水泵功率,即 ,()式中:为供水泵效率 盘管软水冷却系统能耗
10、计算根据式()计算盘管软水冷却系统的最小需要冷却水流量 系统需要扬程 为 ,()其中 ,()式中:为盘管水力损失,;,分别为盘管沿程水力损失和局部水力损失,盘管冷却负荷、板式换热器冷却负荷 和冷水机组冷却负荷 均为冷却器冷却负荷减去系统管道散热量,即,()式中:为冷却系统管路散热量,盘管设计计算公式分别为,()其中 (),(),()式中:为盘管传热面积,;为考虑管壁污垢的安全系数,取 ;为盘管传热系数,();,分别为盘管进、出口水温和廊道水温,;为盘管内冷却水与盘管外廊道水平均温差,;,分别为盘管长度和外径,同样,联立系统需要扬程和水泵扬程性能曲线求解供水泵实际工况流量、扬程和功率等参数 板式
11、换热器软水冷却系统能耗计算根据式()计算板式换热器软水冷却系统的 第 期仇宝云,等大型泵站主电动机滑动轴承水冷却系统比较最小需要冷却水流量 系统热流侧供水泵需要扬程 为 ,()其中 (),()(),(),()上述式中:,分别为热流侧需要扬程、管路沿程水力损失、局部水力损失、板式换热器热流侧水力损失和油冷却器水力损失,;为板式换热器热流侧进出口压力降,;为修正系数,取 ;为摩擦系数;为换热器内部流道长度,;为特征长度,;为换热器内流速,;,分别为流体黏度和壁面黏度,;与 按板片结构而定;为冷却液体雷诺数冷流侧供水泵需要扬程 为 ,()式中:,分别为冷流侧需要扬程、净扬程(从泵站同一侧取水、回水时
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