冷却性能分析（共12篇）
冷却性能分析 篇1
0 引言
2009年1月26日,某核电厂运行人员发现核岛设备冷却水系统(以下简称RRI)的波动箱液位以每小时7mm持续下降。随后运行人员陆续发现上充泵房应急通风系统的两台冷却盘管及控制棒驱动机构通风系统四台中的三台冷却盘管有泄漏。
1 RRI水质要求
RRI根据初始设计,采用磷酸盐作为缓蚀剂控制水质,但实际运行中发现磷酸盐缓蚀剂的缓蚀效果不理想,铁、铜等离子有超标现象(含量1ppm左右),为了避免结垢而影响热交换器效率并防止腐蚀等现象,需要经常换水以满足水质控制的需要,同时WANO评估AF(待改进项)中也指出采用磷酸盐体系,从缓蚀机理并不适用于除盐水系统,建议将磷酸盐缓蚀剂更换成其它更合适的缓蚀剂。为改善核岛设备冷却水水质,在参照国外核电厂的经验的基础上,RRI使用亚硝酸盐类N8338缓蚀剂替代原设计中的磷酸盐,在经核安全局批准后,于2007年10月,电站首先对1号机组设备冷却水进行了缓蚀剂的更换。
更换后1号机组RRI设冷水中的铁和铜离子含量均下降后处于稳定值,一年后铜离子下降到100—200ppb之间。2008年6月对2号机组也完成了缓蚀剂的更换工作。更换成新的缓蚀剂后,系统中铁含量明显降低后保持稳定(500ppb以下),铜含量也明显下降(100-500ppb),但同时化学分析发现氯离子含量超标(最高1.6ppm),直到2009年1月对2号机RRI水进行换水,并重新添加新的合格缓蚀剂后,RRI水质才处于正常。
RRI原设计上采用的是传统的磷酸三钠缓蚀剂,磷酸三钠在密闭系统只是作为p H的缓冲调节剂,利用高p H值使钢铁自然钝化形成的保护膜起到防腐的作用,但在除盐水体系中没有氧化膜或沉淀膜形成,所以无法有效控制氧腐蚀,同时对铜和铜合金没有保护作用。
RRI新更换的亚硝酸钠N8338缓蚀剂为氧化型缓蚀剂,是闭式水系统使用最广泛的缓蚀剂(美国电力科学研究院EPRI2004版闭式水化学导则),能形成致密稳定的钝化膜,阻止可能的氧腐蚀,及其他离子的电位浓差腐蚀,但其同时会产生氨,对铜材料特别是黄铜(海军铜等)存在的潜在应力腐蚀侵害风险。N8338缓蚀剂主要化学成份如下:亚硝酸钠10.0-30.0%,氢氧化钠0.1-1.0%,甲基苯并三氮唑(TTA)1.0-5.0%。其中亚硝酸钠作为钢铁缓蚀剂,TTA作为铜及铜合金缓蚀剂,氢氧化钠调整RRI的p H值。铜及铜合金缓蚀剂TTA的中文名称为“甲基苯并三氮唑”,分子式CH3C6H3N3H,为含氮有机类缓蚀剂,是铜及铜合金非常有效的缓蚀剂。它通过化学吸附作用,在铜表面生成具有保护作用的膜,这层膜具有高的疏水性以及不溶解性,可以在较宽的温度范围和p H值范围内对铜及铜合金起到良好的缓蚀效果,广泛应用在工业闭式冷却水系统中。
2 冷却盘管泄漏原因分析
2.1 材料本身对应力腐蚀开裂敏感
原设计要求上充泵房应急通风系统和控制棒驱动机构通风系统冷却盘管的材料耐磷酸三钠腐蚀,针对此要求制造商和设计单位选用了锡黄铜HSn70-1(俗称海军黄铜),而锡黄铜为的含锌量在30%左右,其表面生成的氧化亚铜膜不稳定,易氧化,特别是在氨性环境中对应力腐蚀破裂非常敏感。
2.2 残留应力过大
根据GB/T 8890-1998“黄铜管的验收技术条件”规定,黄铜管应消除内应力。采用标准GB/T 10567.2-2007“铜及铜合金加工材残余应力检验方法———氨薰试验法”,对铜管内部的残余应力进行了测试,裂纹上存在明显的分叉现象。表明冷却盘管内部存在一定的残余应力。该应力可能来自于铜管的生产,也可能来自于弯管与直管的胀接过程。
2.3 TTA浓度过低且亚硝酸钠会产生一定量的腐蚀性介质氨
在闭式冷却水系统中应用TTA作为铜缓蚀剂时,其含量一般控制在5—100ppm范围内。运行初期N8338缓蚀剂中的TTA的控制值是按照厂家的推荐值控制在1.0ppm左右(1、2号机组分别为0.7ppm和1.2ppm),与EPRI的建议相比控制值过低。同时是在使用磷酸三钠的基础上改进的,当时使用磷酸三钠时,系统中的铜离子含量就较高,说明系统中一直存在腐蚀。在亚硝酸盐作为缓蚀剂的闭式冷却水系统中可能生成氨,溶于水后形成氨水。化学分析结果表明RRI水中有一定量的NH4+离子(1、2号机组分别为1.29ppm和0.54ppm),这些氨根离子是由亚硝酸盐产生的。
2.4 冷却盘管失效综合分析
综上分析,冷却盘管具备了发生应力腐蚀开裂的材料因素、应力因素和环境因素,结合黄铜管开裂性质的诊断结果可以推断,黄铜管的开裂是由于亚硝酸盐生成的氨引起的应力腐蚀造成的。其发生过程推理如下:使用磷酸三钠作为缓蚀剂时,由于没有添加防止铜和铜合金腐蚀的铜缓,铜和铜合金的耐腐蚀性是靠其表面初始生成的Cu2O和Cu O氧化膜,在改用新的N8338缓蚀剂后,铜和铜合金的耐腐蚀性是靠添加的TTA铜缓和铜管表面的铜离子络合并吸附在铜管表面上形成的表面膜来防腐的,该膜主要是在铜管原有的Cu2O膜上生成的。
3 改进措施
RRI的可用性直接影响核安全,在短短一周左右时间共计发现五台RRI冷却盘管泄漏。根据以上分析,存在共模诱因,立即采取了以下改进措施:1)更换破损的换热盘管,盘管材料由原先的锡黄铜改为紫铜管;2)N8338缓蚀剂中TTA的含量由现在的1.0ppm提高到10-20ppm;3)严格控制亚硝酸钠的质量,避免杂质CL离子进入系统,如在热交换器RRI001/002/003/004RF因泄漏隔离检修后,恢复运行前要对热交换器充分清洗(2006年7月8日2RRI003RF隔离检修后取样结果:氯离子含量3500ppm,远远高于系统氯离子控制值150ppb)。采取以上改进措施后,在随后的几个燃料循环过程中未发现有任何泄漏,取得了非常好的效果。
参考文献
[1]设备冷却水系统手册[Z].核电秦山联营有限公司,2005,5.
[2]DVH001/002RF换热盘管破损根本原因分析报告[Z].核电秦山联营有限公司,2009,3.
冷却性能分析 篇2
直升机滑油冷却风扇性能试验及分析
按照国标要求组建了通风机空气动力性能试验专用试验台,对某型直升机国产和进口主减滑油冷却风扇空气动力性能进行了测试,利用专用软件对试验数据进行了处理,并对试验结果进行了对比分析.结果表明,国产风扇工作状态下的性能达到甚至超过了进口风扇,为国产主减滑油冷却风扇的设计定型提供了数据支持.试飞结果表明其完全可以代替进口风扇装机使用.
作 者：谢永奇 余建祖 高红霞 XIE Yong-qi YU Jian-zu GAO Hong-xia 作者单位：北京航空航天大学,北京,100083刊 名：流体机械 ISTIC PKU英文刊名：FLUID MACHINERY年，卷(期)：34(7)分类号：V245.3关键词：直升机 轴流风机 风机性能 试验
冷却性能分析 篇3
关键词：定子冷却水泵；跳闸；缺相跳闸；定子冷却水泵跳闸
中图分类号：TH31 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）29-0094-02
随着机组运行时间的增长，各种设备问题也日益增多，给安全生产带来了重大隐患，而作为全厂动力源泉的电动机首当其冲，对电动机事故跳闸应做好必要防范手段，电动机跳闸原因很多，处理更为复杂，特别是事故跳闸。如何做好应对电机跳闸，减少电机跳闸，保证安全生产已刻不容缓，跳闸是电动机最为常见的故障，本文就我厂低压电动机定子冷却水泵常见的跳闸故障类型，故障原因，并结合我厂实际事故案例进行分析，采取最好的防范措施，减少机组跳闸次数，保证生产现场安全稳定运行，减少不必要的非停事故。
1 事故概述
某发电厂3号与4号机组2×330MW亚临界汽轮发电机组，分别于2008年11月12月份投产，汽轮机为北京北重汽轮电机有限责任公司制造的NC330-17.75/0.39/540/540型亚临界、一次中间再热、单轴、三缸双排汽、采暖抽汽凝汽式机组。发电机为北京北重汽轮发电机有限责任公司生产的T255-460水氢氢冷却、静止硅整流励磁系统、三相隐极式同步发电机。我厂定子冷却水泵的主要作用将定子冷却水箱中的去离子冷却水通过定子冷却水泵打到发电机定子绕组空芯铜导线中，将铜导线中的热量吸收并进入定子冷却水箱中进行冷却，防止定子绕组过热，烧损定子线圈，影响发电机的安全运行。定子冷却水泵在电厂中至关重要，如果定冷水流量低于
30 t/h，延时30s动作于机组跳闸。定子绕组允许的最高温度为120℃。在正常运行条件下，定子绕组温度应不超过90℃，各测试点及定子铁芯的各测试点温度指示大致相同，其标准偏差小于5℃，如果标准偏差大于5℃时，将发出报警信号。发电机定子绕组温度超过120℃，发电机保护动作跳闸。
2 事故经过
2012年01月02日，早9：20，3号机直流110 W第二组电源绝缘监测装置报警就地检查，进行查找，确定机MCC段母线控制装置报警。同时3号机汽机监盘人员发现3B定子冷却水泵跳闸，3A定子冷却水泵联锁启动。电气人员立刻去机MCC段母线查找定子冷却水泵开关。定子冷却水泵开关综合保护装置报警显示“缺相故障报警”并伴有电缆烧焦的气味。将3B定子冷却水泵抽届开关拉出，发现开关控制电缆全部烧损。并伴有一相动力电源断开。
3 定子冷却水泵电动机发生跳闸故障
低压电动机跳闸主要分为电源开关跳闸、接触器跳闸、热继电器跳闸三大类，当然还有现如今应用比较多的变频器故障导致电机跳闸。我们在日常工作中最为常见的是跳电源开关和跳热继电器，跳热继电器是一般的故障，而跳电源开关则是相当严重的故障。定子冷却水泵跳闸在电气方面故障有定子绕组缺相运行，定子绕组首尾反接，三相电流不平衡，绕组短路和接地，绕组过热和转子断条、断路等。
3.1 定子冷却水泵电动机发生跳闸故障的外因
故障外因主要有：电源电压过高或过低；三相电流不平衡；保护器或热继电器整定值过小；开关、接触器及热继电器等元件老化；起动和控制设备出现缺陷；接线错误导致反转；电动机过载；联锁跳闸；电源及引出线缺相、短路或接地；元件连接处虚接及铜铝连接处发热；周围环境温度过高，有粉尘、潮气及对电机有害的蒸气和其它腐蚀性气体、油类等。
3.2 定子冷却水泵电动机发生跳闸故障的内因
故障内因主要有机械部分损坏，如轴承和轴颈磨损，转轴弯曲或断裂，支架和端盖出现裂缝。旋转部分不平衡或联轴器中心线不一致。所传动的机械发生故障（有摩擦或卡涩现象），甚至造成电动机卡住不转。引起电动机过电流发热，使电动机温度急剧上升，绕组烧毁； 绕组损坏，如绕组对外壳和绕组之间的绝缘击穿，匝间或绕组间短路，绕组各部分之间以及首尾之间的接线发生差错，焊接不良，绕组断线等；铁芯损坏，如铁芯松散和叠片间短路；绑线损坏，如绑线松散、滑脱、断开等。
4 我厂定子冷却水泵跳闸原因分析
低压电动机的跳闸故障外因一般比较容易观察与发现，而内因往往不容易发现。由于电动机的结构型式、制造质量、使用和维护情况的不同，往往可能出现同一故障有不同外观现象，或同一外观现象引起不同的故障。因此要正确判断故障，必须先进行认真细致的观察、研究和分析。然后进行检查与测量，找出故障所在，并采取相应的措施予以排除。步骤如下：
①首先了解电机的型号、规格、使用条件、使用年限，以及电机在发生故障前的运行情况。当时机组负荷
220 MW，定子冷却水泵电机型号Y200L2-2，容量37 kW，电压等级380 W，额定电流69.8 A，角型接线，丹东黄海电机有限公司制造。以运行3年，在故障前运行良好，电机温度25℃，声音正常。由于3号机3A定子冷却水泵振动大，2011年12月02日切换到3B定子冷却水泵运行，正常运行时，3B定冷泵电流58.2 A，定子冷却水流量为80 t/h。
②察看故障现象，察看时要按电动机故障情况灵活掌握，通过观察分析判断，再把电机拆开，测量并仔细观察其内部情况，找出其故障所在。将3B定子冷却水泵进行停电做措施，对3B定子冷却水泵电机三相测绝缘，A相对地绝缘：500 Ω，B相对地绝缘：500 Ω，C相对地绝缘：500 Ω，相间绝缘为0 Ω。并由检修人员对定子冷却水泵电机三相测平衡电阻均为0.5 Ω。电机绝缘均正常。电机故障可排除。故障缩小到3B定子冷却水泵抽屉开关处，表面现象看控制电缆以及接触器全部烧损。同时负荷侧动力电源A相断开，综合报警显示“缺相故障报警”显示。初步判断由于3B定子冷却水泵A相动力电缆与接触器连接处接头接触不良，进行弧光放电打火，导致3B定子冷却水泵抽屉开关电缆烧损，属故障外因。
5 定子冷却水泵事故处理及防范措施
5.1 定子冷却水泵处理
经过检修更换备用抽屉开关，综保装置修改定值完毕，进行空载试验，用电流表测试泵的空载电流，测试数据显示：A、B、C三相电流分别为28 A、28.8 A、29.3 A，A、B、C三相电流相差不大，仅约1.3 A，三相电流不平衡值为4.5%，电动机的额定电流为69.8 A，空载电流为额定电流的40%，符合电动机空载时三相电流不平衡值为仅在10%左右，电流为额定电流的30%～50%的要求，抽屉开关试验正常后接带负荷，重新启动3B定子冷却水泵运行正常，3A定子冷却水泵恢复备用。事故处理完毕，110V直流装置报警复位，报警光字牌消失。缺相运行是常见故障之一。三相电源中只要有一相断路就会造成电动机缺相运行。缺相运行可能由于线路熔断器熔体熔断，开关触点或导线接头接触不良等原因造成。三相电动机缺一相电源后，如在停止状态，由于合成转矩为零而堵转（无法起动）。电动机的堵转电流比正常工作的电流大得多。因此，在此情况下接通电源时间过长或多次频繁地接通电源起动将导致电动机烧毁。运行中的电动机缺一相时，如负载转矩很小，仍可维持运转，仅转速略有下降，并发出异常响声；负载重时，运行时间过长，将会使电动机绕组烧毁。
5.2 防范措施
5.2.1 在开关备件上严把质量关并及时分析保护动作原
因
应选用正规厂家制造的开关，禁止选用工艺不良的开关以及不符合设备型号的开关。使用开关时，必须进行复检，不得走过场，做到防患于未然。集控室发现DCS“发电机断水保护光字牌动作”。运行中发生发电机断水时，则在中控室会发出“发电机断水”光字牌，30 s后，若仍不能恢复水循环，则应将发变组出口断路器跳闸，以保证设备安全。发电机断水的原因可能是：由于一台定子冷却水泵事故或过负荷跳闸，另一台水泵未能联动；发电机冷却水系统严重泄漏；定子冷却水路上发生严重阻塞而导致流量过低等。
5.2.2 制定详尽方案
定子冷却水进水温度超限。运行中出现发电机定子冷却水进水温度超限时，应全面分析出水温度及定、转子绕组和铁芯的温度情况。如未超限，则发电机仍可按额定工况运行。同时，应通知有关人员核对检查，以排除表计本身故障的可能性。如发生超限情况，则应根据当时的运行工况，降低发电机的有功或无功负荷，使各部分温度在限额内运行。在进行上述分析和处理的同时，应寻找冷却水温超限的原因并予以消除。加强电机的运行巡视检查，对电机的保护装置动作情况，电流变化进行详细分析，对轴承温度，轴振动做好记录，发现问题及时查找分析。
6 结 语
随着科学技术不断发展，电动机及控制设备的技术性能也日益完善。在工作中如何正确的使用和掌握其性能，减少故障的发生，保证电力设备安全生产运行，还需要我们在实际工作中不断积累经验，勤加思考，不断的去完善，正确判断电动机、控制设备存在的问题与故障处理，找出故障原因并加以分析，及时采取对策，以保证电动机及传动设备的正常运行。
参考文献：
[1] 熊信银，朱永利.发电厂电气部分[M].北京：中国电力出版社，2009.
[2] 王士政，冯金光.发电厂电气部分[M].北京：中国水利水电出版社，2002.
淬火冷却的分析 篇4
淬火冷却时, 怎样既得到马氏体而又减小变形与避免裂纹呢?要解决这个问题, 可以从两方面着手, 其一是寻找一种比较理想的淬火介质, 其二是改进淬火的冷却方法。
1 淬火冷却介质
1.1 冷却理论。
根据碳钢的等温转变图知道, 淬火要得到马氏体, 其实也并不需要在整个冷却过程中都进行快冷。关键是在“C”曲线的鼻尖附近, 即在650~550℃的温度范围内须快速冷却, 而从淬火温度到650℃之间及400℃以下, 并不需要快冷, 特别是在300~200℃以下发生马氏体转变时, 尤其不应快冷, 否则会因内应力作用而容易引起变形和裂纹。因此, 刚的理想淬火冷却曲线应该是650~550℃快速冷却, 而其他阶段应该慢冷。但是, 到目前为止, 还没有找到一种淬火冷却介质能符合这一理想淬火冷却速度的要求。
1.2 传统冷却介质。淬火时, 最常用的冷却介质是油、水、盐水、碱水。
1.2.1 水。
水是冷却能力较强的淬火介质。来源广、价格低、成分稳定不易变质。缺点是在C曲线的“鼻子”区 (500~600℃左右) , 水处于蒸汽膜阶段, 冷却不够快, 会形成“软点”;而在马氏体转变温度区 (300~100℃) , 水处于沸腾阶段, 冷却太快, 易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力, 致使工件变形甚至开裂。当水温升高, 水中含有较多气体或水中混入不溶杂质 (如油、肥皂、泥浆等) , 均会显著降低其冷却能力。因此水适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工件的淬火冷却。
1.2.2 盐水。
盐水的淬冷能力比水更强, 尤其是在650~550℃的范围内具有很大的冷却能力 (>600℃/s) , 这对保证工件, 特别是碳钢件的淬硬来说是非常有利的。而且由于食盐晶体在工件表面的析出和爆裂, 不仅有效地破坏包围在工件表面的蒸汽膜, 使冷却速度加快, 而且能破坏在淬火加热时所形成的附着在工件表面上的氧化铁皮, 使它剥落下来。因此用盐水淬火的工件, 容易得到高的硬度和光洁的表面, 不易出现硬度不足和软点的缺陷。这是清水淬火所不及的。可是盐水仍然具有清水的缺点, 即在300~100℃温度范围内, 盐水的冷却能力仍然象清水那样相当大, 这将使工件变形严重, 甚至发生开裂。
常用的盐水浓度为10%~15%, 过高的浓度不但不能增加冷却能力, 反而由于溶液粘度的增加使冷却速度有降低的趋势;但含量过低也会减弱冷却能力。所以水中食盐的浓度应经常注意调整。盐水对工件有腐蚀作用, 淬过火的工件必须仔细进行清洗。盐水比较适用于淬形状简单、表面要求光洁、变形要求不严格的碳钢零件, 如螺钉、销子、垫圈、盖等。在生产上, 对于碳钢冷冲模具, 为了保证其获得较深的淬硬层和较高的硬度, 一般用盐水速冷;但为了防止因盐水在300~100℃温度范围的冷却速度过大而可能造成模具的过大变形或裂纹, 所以让模具在盐水中停留一定时间以后应六即转入油中继续冷却, 使马氏体相变在冷却能力比较弱的油中进行。在盐水中停留的时间一般以4~6mm/s计算。
1.2.3 油。
油的淬冷能力很弱, 在650~550℃阶段, 假定18℃水的冷却强度为1, 则50℃油的冷却强度仅为0.25;在300~200℃阶段, 假定18℃水的冷却强度为1, 则50℃油的冷却强度仅为0.11。因此, 在生产上用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。
淬火用传统一般采用矿物质油 (矿物油) 。如机油、变压器油和柴油等。机油一般采用10号、20号、30号机油, 油的号数越大, 黏度越大, 闪点越高, 冷却能力越低, 使用温度相应提高。号数较小的机油则容易着火。
目前使用的新型淬火油主要有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油三种。
高速淬火油是在高温区冷却速度得到提高的淬火油。生产实践表明, 高速淬火油在过冷奥氏体不稳定区冷却速度明显高于普通淬火油, 而在低温马氏体转变区冷速与普通淬火油相接近。这样既可得到较高的淬透性和淬硬性, 又大大减少了变形, 适用于形状复杂的合金钢工件的淬火。光亮淬火油能使工件在淬火后保持光亮表面。在矿物油中加入不同性质的高分子添加物, 可获得不同冷却速度的光亮淬火油。这些添加物的主要成分是光亮剂, 其作用是将不溶解于油的老化产物悬浮起来, 防止在工件上积聚和沉淀。真空淬火油是用于真空热处理淬火的冷却介质。真空淬火油必须具备低的饱和蒸汽压, 较高而稳定的冷却能力以及良好的光亮性和热稳定性, 否则会影响真空热处理的效果。
此外, 还应用硝盐或碱浴作为淬火冷却介质。实践表明, 在高温区域碱浴的冷却能力比油强而比水弱, 硝盐浴的冷却能力则比油略弱;在低温区域, 碱浴和硝盐的冷却能力都比油弱。碱浴和硝盐浴的冷却性能既能保证奥氏体向马氏体转变, 不发生中途分解, 又能大大减少工件的变形和开裂的倾向, 因此这类介质广泛应用于截面不大、形状复杂、变形要求严格的碳素工具钢、合金工具钢等工件, 作为分级淬火或等温淬火的冷却介质。碱浴虽然冷却能力比硝盐浴强一些, 工件的淬硬层也比用硝盐浴深一些, 但因碱浴蒸气有较大的刺激性, 劳动条件差, 所以在生产中使用得不如硝盐浴广泛。
2 淬火方法
由于淬火冷却介质不能完全满足淬火质量的要求, 所以在热处理工艺方面还应考虑从淬火方法上去加以解决。常用淬火方法可按冷却方式分为单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等。
单液淬火。将工件加热后使用单一介质冷却, 最常使用的有水和油两种。为防止工件过大的变形和开裂, 工件不宜在介质中冷至室温, 可在200~300℃出水或油, 在空气中冷却。单液淬火操作简单易行, 广泛用于形状简单的工件。
双介质淬火。工件加热后, 先淬入水或其他冷却能力强的介质中冷却至400℃左右, 迅速转入油或其他冷却能力较弱的介质中冷却。“水淬油冷”法使用得相当普遍。先淬入冷却能力强的介质, 工件快速冷却可避免钢中奥氏体分解。低温段转入冷却能力较弱的介质可有效减少工件的内应力, 降低工件变形和开裂倾向。本工艺的关键是如何控制在水中停留的时间。根据经验, 按工件厚度计算在水中停留的时间, 系数为0.2~0.3s/mm, 碳素钢取上限, 合金钢取下限。这种工艺适用于碳素钢制造的中型零件 (直径10~40mm) 和低合金钢制造的较大型零件。
马氏体分级淬火。工件加热后, 淬入温度处于马氏体点附近的介质中, 停留一段时间, 然后取出空冷。分级温度应选择在该钢种过冷奥氏体的稳定区域, 以保证分级停留过程中不发生相变。分级的目的是使工件内外温度趋于一致, 减少在后续冷却过程中的内应力及变形和开裂倾向。此工艺适用于形状复杂, 变形要求严格的合金钢件。高速钢制造的工具淬火多用此工艺。
贝氏体等温淬火。工件加热后, 淬入温度处于该钢种下贝氏体转变范围的介质中, 保温使之完成下贝氏体转变, 然后取出空冷, 等温温度控制要求严格。常用钢种的等温温度和时间可查机械手册。等温淬火工艺特别适用于要求变形小、形状复杂, 尤其还要求较高强韧性的零件。
摘要：淬火冷却时, 怎样既得到马氏体而又减小变形与避免裂纹呢?要解决这个问题, 可以从两方面着手, 其一是寻找一种比较理想的淬火介质, 其二是改进淬火的冷却方法。
关键词：淬火,冷却介质,内应力,变形和开裂,淬硬层
参考文献
[1]史美堂.金属材料与热处理[M].上海:上海科学技术出版社.
冷却性能分析 篇5
请确保表示零件、浇注系统、冷却管道和模具的层均可见。使用 Ctrl 键以及 “选择”工具旋转模具并选择所有 6 个面。单击（“网格”选项卡 > “网格”面板 > “密度”）打开“定义网格密度”对话框。设置“全局网格边长”以体现模具内部边长，或接受默认值。在左侧面板中，选择第一个模具面，然后在“所选实体的网格密度”部分取消选中“使用全局网格边长”。将会激活“目标边长度”条目框。在“目标边长度”框中，输入合适的模具外部边长。模具外部边长可以是内部边长的 3-4 倍。单击“应用”采用该模具面的新外部边长。
在所有剩余模具面上重复步骤 5-7，最后单击“关闭”。
第二步：创建模具表面网格
选择“模具外表面”层并将其激活。
单击 “网格”选项卡 > “网格”面板 > “3D 模具网格”）打开“生成 3D 模具网格”对话框。
在“表面”选项卡上检查外部和内部模具曲面边长，并确保“外部模具曲面边长”大于内部模具曲面边长。如有必要可进行编辑，通常情况下默认值即可满足要求。单击“立即划分网格”。将显示一个对话框，建议您在创建曲面网格后、重新划分网格以创建 3D 模具网格前，检查曲面网格。单击“确定”关闭消息对话框并开始网格划分过程。
网格划分完成后，检查网格日志以确定是否存在网格划分错误，并使用网格修复工具对出现的错误进行修复。
第三步：要将模具表面网格转换为 3D 模具网格：
在“方案任务”窗格中双击“创建 3D 模具网格”以打开“生成 3D 模具网格”对话框。
选择“四面体”选项卡并检查其中各值。如有必要可进行编辑，通常情况下默认值即可满足要求。
冷却性能分析 篇6
【关键词】汽车发动机；冷却系统；设计；稳定性；研究
伴随着汽车发动机冷却系统设计方法的不断优化，汽车发动机冷却系统产生的废热密度也在迅速增加，设计人员在对其进行设计过程中，就必须充分考虑到重要区域的散热问题。不然，即使是一个小小的故障，也很容易造成大面积范围的破坏，大大降低了汽车发动机冷却系统的散热能力，最终导致汽车发动机冷却系统无法正常运行。因此，本文就以汽车发动机冷却系统设计与稳定性为重点研究课题，总结出一些自身的看法与建议。
一、汽车发动机冷却系统的概述
一般来说，人们比较希望汽车发动机冷却时间不要过长，这是因为汽车发动机冷却系统在启动过程中，会排放大量的污染物，需要消耗大量的油，严重破坏了周围环境质量，其次，汽车发动机冷却系统的结构设计也是与其运行时间有着很大的关联，现代的汽车发动机冷却系统已经彻底解决了上述中存在的问题，大大提高了汽车发动机冷却系统的稳定性，有效减少了油耗的过度排放，大大降低了环境污染程度，发动机的热量系统将由总的发动机控制系统进行控制管理，充分考虑到节能环保等方面的问题。
二、汽车发动机冷却系统的特点
传统的汽车发动机冷却系统的主要特点是对发动机起到了很好的保护效果，往往忽视了油耗排放以及燃料污染的问题。先进的冷却系统采用系统化、模块化设计方法，统筹考虑每项影响因素，使冷却系统既保证发动机正常工作，又提高发动机效率和减少排放，现代汽车发动机冷却系统从设计、构造、应用过程中，都都应该着重注意这些问题，现代的汽车发动机冷却系统设计最大的特点是采用了大量先进的结构设计形式及设计方法，充分考虑了每一个特殊的因素，加强了汽车发动机冷却系统稳定性的优化设计，使其能够保持在良好的运行状态，在高效率工作的同时，又可以降低油耗的排放，这种设计形式具有十分广阔的发展前景。
2.1温度设定点
汽车发动机冷却系统在实际的应用过程中，由于受到自身原因或其他因素的影响，使得发动机的使用性能无法充分的发挥，这并不是只改变其中一项条件就可以解决的。那么，想要保证发动机的正常运行，提高其整体的使用性能，就必须对汽车发动机冷却系统进行全面的分析和优化，尽可能将冷却液温度保持在合理的范围内，另外，汽车发动机冷却系统温度的最高值是取决于周围区域温度状况的变化，最好是使用金属温度的设定点，这样可以有效的保护发动机不受到损坏。然而，因为汽车发动机冷却系统自身存在的独特性，其冷却温度的高低是完全以散热率为主的，那么，汽车发动机冷却系统运行状态不佳的话，很容易使汽车发动机冷却系统产生较高的油耗。
2.2提高温度设定点
提高工作温度设定点是一种比较受欢迎的方法。提高温度有许多优点，它直接影响发动机损耗和冷却系统的效果，以及发动机排放物的形成。提高工作温度将提高发动机机油温度，降低发动机摩擦磨损，降低发动机燃油消耗。研究表明，发动机工作温度对摩擦损失有很大影响。将冷却液排出温度提高到150℃，使气缸温度升高到195℃，油耗则下降4%-6%。将冷却液温度保持在90℃--115℃围内，使发动机机油的最高温度为140℃，则油耗在部分负荷时下降10%，提高工作温度也明显影响冷却系统的性能。提高冷却液或金属温度会改善发动机和散热气热传递的效果，降低冷却液的流速，减小水泵的额定功率，从而降低发动机的功率消耗。此外，可采用不同的传热方式，进一步减小冷却液的流速。
2.3降低温度设定点
降低冷却系统的工作温度可提高发动机充气效率，降低进气温度。这对燃烧过程、燃油效率及排放有利。降低温度设定点可以节省发动机运行成本，提高部件使用寿命。研究表明，若气缸盖温度降低到50℃，点火提前角可提前3°而不发生爆震，充气效率提高2%，发动机工作特性改善，有助于优化压缩比和参数选择，取得更好的燃油效率和排放性能。
2.4精确冷却系统
精确冷却系统主要体现在冷却水套的结构设计与冷却液流速的设计，在精确冷却系统中，热关键区，如排气门周围，冷却液有较大的流速，热传递效率高，冷却液的温度梯度变化小。这样的效果来自缩小这些地方冷却液通道的横截面，提高流速，减少流量，精确冷却系统的设计关键在于确定冷却水套的尺寸，选择匹配的冷却水泵，保证系统的散热能力能够满足低速大负荷时关键区域工作温度的需求，发动机冷却液流速的变化范围相当大，从怠速时1ms-1到最大功率时5ms-1。因此应将冷却水套和冷却系统整体考虑，相互补充，发挥最大潜力，研究表明，采用精确冷却系统，可在发动机整个工作转速范围，冷却液流量下降40%。对气缸盖上冷却水套的精确设计，可使普通冷却道的流速从1. 4ms-1提高到4ms-1，大大提高气缸盖传热性，将气缸盖的金属温度降低到60℃。
2.5分流式冷却系统
分流式冷却系统为另外一种冷却系统。在这种冷却系统中，气缸盖和气缸体由各自的液流回路冷却，气缸盖和气缸体具有不同的温度。分流式冷却系统具备特有的优势，可使发动机各部分在最优的温度设定点工作，冷却系统的整体效率达到最大。每个冷却回路将在不同冷却温度设定点或流速下工作，创造理想的发动机温度分布，理想的发动机热工作状态是气缸盖温度较低而气缸体温度相对较高。气缸盖温度较低可提高充气效率，增大进气量。
三、结束语
综上所述，可以得知，汽车发动机冷却系统的优化设计对于发动机整体的使用性能有着至关重要的作用，更是汽车发动机冷却系统稳定性的有力保障。因此，相关人员必须高度重视汽车发动机冷却系统设计与稳定性问题，进一步提高发动机的保护能力，减少油耗的过度排放，加强对汽车发动机冷却系统的优化设计，使其充分发挥自身的重要性能，从而确保汽车发动机冷却系统的正常运行，为人们带来更多的便利。
参考文献
[1]王义春，杨英俊.混介动力车辆冷却系统优化设计[J].北京理工大学学报，2004， （1）.
冷却性能分析 篇7
钢铁工业已经成为国内耗能和排放大户, 重点企业的吨钢能耗与国际先进水平相比要高出20%~30%。目前, 各重点钢铁企业正在响应国家节能降耗的产业政策, 走发展循环经济、节约能源、改善环境、提升企业综合能力的道路。
冶金炉 (高炉、转炉、电炉、加热炉) 汽化冷却技术作为重大的节能技术正在取代传统的水冷技术, 成为各大钢铁企业发展的重点节能技术, 其中我国步进梁式加热炉汽化冷却技术于20世纪90年代末才开始运用, 目前该项技术已经日趋成熟[1]。
1 加热炉工业水冷却存在的问题
加热炉的冷却有工业水冷却和汽化冷却2种方式。工业水冷却存在以下问题:
1) 支撑梁管壁腐蚀、结垢。在循环使用过程中, 水冷方式的冷却水通过冷却塔后会吸取大气中的氧气, 从而促使冷却系统管件内壁产生腐蚀。另外, 水中所含的硬度在不断加热与浓缩分解及化合的复杂过程中, 形成暂硬、永硬絮状物及水垢, 固结并堵塞在步进加热炉的冷却构件内。使这部分冷却构件过热, 发生裂纹而造成渗漏事故, 破坏了加热炉的正常运行[2]。
2) 水冷却系统需消耗较多的电能和自来水。水冷却时, 冷却水带走的热量占炉膛热支出的5%~10%, 有的甚至高达15%~20%, 水冷却中巨大的热能白白浪费[3]。
3) 冷却水温低, 导致钢坯黑印加重, 影响产品质量, 降低成材率。
4) 运行可靠性差。在循环水冷却系统上, 安装了水泵、阀门、冷却塔等许多设备, 它们中的任何一台不能正常工作, 都有可能影响整个循环系统的运行, 造成事故, 影响生产[4]。
5) 维护成本高。为防止事故发生, 必须仔细调节水量, 定期停产清洗系统管道, 定期更换冷却部件。这样不但增加了停产检修时间, 还使生产成本大幅度上升。即使对循环水进行定期投药, 仍不能彻底解决结垢及腐蚀问题。步进炉一旦发生渗漏事故, 再冷却修理更换冷却构件, 升温再生产过程中, 需要较长的时间, 这对连续生产的轧钢厂来说, 会造成很大的经济损失。
6) 有室外冷却水系统, 占地大, 污染大。
2 加热炉水冷却改汽化冷却方案
节能减排是一个系统工程, 利用步进梁式加热炉汽化冷却技术是其中的一个环节。在解决低参数蒸汽高效利用的问题后, 步进梁式汽化冷却技术将会在全国范围内逐步取代步进梁式加热炉水冷的方式。
2.1 炉底支撑梁的强度
支撑梁由水冷却改为汽化冷却, 管内冷却介质温度提高, 相比于水冷, 应力要小。冷却介质压力提高, 但是介质的内压力对支撑梁所产生的应力远小于支撑梁的运行应力, 所以支撑梁只需按钢坯荷载及加热工艺要求决定其管径及壁厚。汽化冷却支撑梁材质同水冷却支撑梁材质均为20g。
在工程设计计算中, 通常是将各种复杂因素一并在钢管材料的许用应力中考虑。根据不同的支撑梁冷却方式, 钢管材料的许用应力取值不同。采用水冷方式时, 一般取[σ]=110MPa;采用汽化冷却方式时, 可取[σ]=100MPa。当汽化冷却运行压力大于1.3MPa时, 许用应力值还需适当降低。钢管材料的弹性模量E可统一取值, 一般取E=1.7×105M Pa[5]。
计算步骤为选用某种规格钢管组成要求的结构, 其断面系数Wx大于要求值Wx', 同时最大挠度fmax与其跨度之比不大于0.2%。
2.2 炉底支撑梁的膨胀问题
支撑梁及立柱对于步进炉而言承受着钢坯的重压, 受火焰及高温烟气冲刷。在汽化冷却中又是极重要的冷却构件, 冷却水温提高后沿长度及垂直方向的热膨胀增大。水梁及立柱处于十分恶劣的状态, 特别是固定梁及立柱还要作矩形运动, 它们既要满足工艺条件, 又要满足汽化冷却要求。在水冷却改为汽化冷却的过程中, 解决水梁的膨胀变化问题是决定汽化冷却成败的关键之一。设计中, 通常以加热炉支撑梁双立柱为固定点, 采用水冷却方式时, 取水梁膨胀系数为1/1000;采用汽化冷却时, 取膨胀系数为 (2.5~3) /1000。
2.3 回路设置问题
加热炉选取不同的冷却方式, 其支撑梁与立柱间的连接方式不一样, 介质循环回路不一样, 如图1、图2所示。
考虑到原有水冷方案中立柱的结构形式, 以及加热炉实际运行工况的复杂多样性和不可预见性, 为防止汽水混合物在立柱封头区域内汽水分离形成气阻导致循环停滞, 故设计了相应的回路方案 (见图3) , 通过控制循环倍率及介质循环流速, 将汽化点控制在纵梁范围内, 最终汽水混合物流经纵梁、上升管回到汽包中, 保证了循环的畅通。
2.4 焊缝检测及水压试验
整个汽化冷却系统为高温有压系统。对由水冷却改为汽化冷却后的管路应按相关标准对其进行焊缝检测及水压试验, 以确保汽化冷却装置本体部件以及外部管道的制造、安装质量和管路系统各连接处的严密性。
2.5 系统排污
为防止软水中的残留盐分由于炉水蒸发而浓缩, 在受热面上产生二次水垢, 可在炉水中加入药剂, 使之形成松软的水渣, 通过排污除掉。加热炉由水冷改为汽化冷却时, 由于其纵梁与立柱结构的特殊性, 如何设置排污也是需解决的问题。
2.6 厂房空间
加热炉的汽化冷却系统, 设置1台汽包, 1台除氧器, 2台强制循环水泵, 2台给水泵。没有可直接利用的软水的工厂, 还需配置软水装置和软水箱。为保证汽化冷却系统的安全, 水泵均配有事故电源或设置备用柴油泵。设备的增加必然要考虑到车间空间是否足够。
3 经济效益分析
步进梁式加热炉采用汽化冷却, 不仅技术可行, 运行平稳, 而且经济效益显著。
1) 节约用水。
炉底支撑梁采用水冷却时需大量工业新水, 以某钢厂180t/h步进炉为例, 采用水冷却需消耗工业水800t/h左右, 而汽化冷却仅需软水11t/h, 年节约工业新水552万t。
2) 热损失少, 热效率高。
由于汽化冷却比水冷却热负荷大, 支撑梁与冷却介质温度都有所提高, 所以相应减少水冷热损失, 提高热效率。水冷却每千克水带走热量83.6k J, 汽化冷却时每千克软水带走热量2090k J, 以180t/h步进炉为例, 需冷却水800t/h左右, 则带走热量66.9MJ/h;汽化冷却时需软水11t/h, 则带走热量22.9MJ/h, 因此汽化冷却可减少热量损失44M J/h, 年钢产量按80万t计算, 年可节省196GJ热量。
3) 回收蒸汽利用。
汽化冷却可把占炉膛热量10%左右的热损失以饱和蒸汽形式回收利用, 效益可观。以180t/h步进炉为例, 汽化冷却可产生8.8t/h的蒸汽, 年回收蒸汽39111t。
4) 延长冷却元件寿命, 提高作业率。
由于使用软化水, 并经除氧脱气后不含氧和杂质, 软水对支撑梁的腐蚀极小, 且无结垢现象, 延长炉梁使用寿命, 而采用水冷却时, 加热炉水梁每2a局部就要更换, 5a全部更换, 仅设备检修费用每年在15万元左右;由此而造成的加热炉停炉损失就更大了, 一般抢修时需停炉5d, 以180t/h线2座炉日产8640吨钢计算, 每日生产效益达259万元, 一次抢修事故造成单炉生产5d, 就损失达1350万元。而采用汽化冷却后, 管道腐蚀、结垢、堵塞、烧塌炉梁现象消除了, 提高了炉子作业率, 其经济效益是显著而巨大的[3]。
5) 减少水印温差, 提高加热质量, 改善加热、轧制质量, 这是汽化冷却的间接效益。
6) 环境保护。
水冷却循环系统热水, 要在大气中冷却后再送回炉内, 对环境造成湿污染和热污染, 而汽化冷却避免了对环境的污染。
4 结语
实践表明, 在大型步进梁式炉上采用汽化冷却技术是可行可靠的, 而且经济效益是巨大的, 值得推广应用。传统的加热炉水冷方式如果改成汽化冷却, 还需要设计人员进一步优化, 主要的工作是在设计循环回路时, 变参照为精确计算, 这需要设计一个好的计算模型来对整个循环系统作出精确的预判和进一步优化, 使整个系统在更加经济的条件下运行, 发挥这项技术在节能方面更加突出的优势。
摘要：从节能和安全生产两方面出发, 简述目前冶金加热炉支撑梁冷却方式的现状及发展趋势, 分析支撑梁工业水冷却与汽化冷却的特点及改造的可行性, 认为加热炉采用汽化冷却经济可行, 是一项值得推广的节能技术。
关键词：加热炉,水冷却,改造,汽化冷却
参考文献
[1]杨智勇, 范乃春, 姚群.步进梁式加热炉汽化冷却系统设计研究[J].冶金动力, 2008, (1) :57-58.
[2]刘仲尧.步进梁式加热炉汽化冷却的应用研究[J].能源技术, 1996, (1) :33-36.
[3]张劲松, 陈新.步进梁式加热炉汽化冷却技术的应用[J].冶金能源, 2002, 21 (1) :44-45.
[4]索勇, 尹成雷.汽化冷却系统在轧钢加热炉上的应用[J].山东冶金, 1998, 20 (6) :22-23.
冷却塔喷嘴性能测试 篇8
常用喷嘴的主要特性主要包括泄流能力、喷溅范围、喷溅的均匀性、液滴大小、冲击力、材料等。冷却塔喷头设计、选型比较关注的是泄流能力、喷溅范围、喷溅均匀性, 可以用图3试验装置进行测量。喷溅装置安装在试验水池内, 由水泵经供水管供水, 水池底面方格布置, 水池深精度±1毫米, 试验水池内安装一水平器, 保证水池水位稳定。进水压力、进水流量, 喷头到水池顶面高度H都可以调整。
1泄流能力即泄流量
指单个喷嘴单位时间内所排泄的水量, 用公式表示为
式中Q—泄流量, m3/s;
μ—流量系数;
A—管嘴出口处过流面积, m2;
H—作用在管嘴出口断面的水头, m;
g—重力加速度, m/s2;
2喷嘴的喷溅范围
用相机拍下喷头喷射的正投影, 然后在照片上确定喷淋水直线部分, 在直线部分测量其角度, 通过调整喷嘴高度和压力测出不同喷淋半径和流量。根据实验测得Q、H、和喷洒半径α可以做出相应的曲线, 如根据表1一组实验数据绘出了图4 H-α曲线, 为冷却塔布水设计提供参考依据。测量的数据越多, 计算的μ值、绘制的性能曲线也就越准确。
3 喷溅的均匀性
喷溅的均匀性是指在喷溅范围内各点的淋水密度是否均匀, 喷嘴安装在水池底面, 调整不同的喷嘴高度h, 测量该高程上的淋水密度, 看喷嘴的淋水是否均匀。因为喷嘴的淋水是轴对称的, 所以测量一个半径上的值就可以了。测量方法是用一个长方形的接水槽, 分割成若干小格 (每格如10cm×10cm) , 放在要测的高程上, 计量接水时间, 测出每格的水量, 并算出该高程上径向每格的淋水密度, 淋水均匀性程度用溅水均匀性分布系数来表示, 溅水均匀分布系数表达式如下:
式中:ao—溅水均匀分布系数;
N—小方格总数。
用式4-1计算器均方差ao, 用以判断其均匀性, 对于单个喷嘴, ao越小说明其均匀性好, 但是在冷却塔中是多喷头共同运行交叉喷淋的, 交叉后的喷淋均匀性随喷嘴的布置方式, 间距, 压头变化, 所以淋水的均匀性不能用一个喷头来衡量, 而应测量其组合下的淋水分布。
4 结论
喷嘴的评价标准为 : 一定压力下的流量、喷洒面积、喷洒角度, 喷洒的均匀性, 相同压力下喷洒流量越大、喷洒越均匀、角度越大性能就越好;另外冷却水量在一定范围内变化时, 喷洒无明显恶化, 不易堵塞, 污物容易清理, 易更换和维修也非常重要, 当然所有优良因素均有的喷嘴比较难找, 这就需要根据具体要求有所取舍, 选择符合设计需求的喷嘴。
参考文献
[1]赵振国.冷却塔[M].中国水利水电出版社.
[2]侯红立, 王银华等.冷却塔淋水填料性能试验台的研制[M].工业用水与废水, 2010.
[3]薛新宇, 柳平增等.喷头综合性能测试实验台的研制及应用[M].2006中国农机化.
冷却系统的维护及故障分析 篇9
关键词：BGTB型100kW短波发射机,冷却系统,维护,改造,常见技术故障
1 冷却系统的用途
BGTB5141型100 k W短波发射机常用冷却方式有由风冷和水冷组成。
1.1 风冷系统
日常维护中,发射机风冷应用于电子管顶端冷却、发射机及其环境的通风可以分为高压风冷却和低压风冷却,整个主机箱的强制风冷为低压风冷;高压风冷系统主要冷却高末电子管管座、前级电子管管座、隔直电容、灯丝变压器及功率开关、1单元主机箱里九单元元器件也用到冷风冷却等。
1.2 水冷却系统
水冷系统包括一台冷凝器、冷却水泵和水箱和离子束处理器及水热交换器和发射机主机组之间一些相应的水管。水冷却系统用于冷却射频放大器单元中的调谐电容、电阻、短路棒和π网络线圈。水冷却系统使用单一水泵向蒸发锅和水冷的射频元件供水,一个单独的储水箱(汽水分离水箱)装在1单元低周机箱内9单元调制器控制器下方。水是从水箱里抽出并送到蒸发锅去,从锅里溢出的水又返回到水箱作下次循环,锅里产生的水蒸汽经汽水分离箱送至热交换器的蒸汽盘管中,在那里将蒸汽冷凝成水最后返回汽水分离箱完成闭路循环。从水泵中打出的热水也是直接送到热交换器内的水冷盘管中,在那里水被冷却到水冷的射频元件可用的适宜温度。
2 冷却系统的维护
每月月检对风机运行检查、风机相关端子排、3个风接点进行检查,清洗模块风机过滤板和机房空调保持开状态,特别是宽放里面和功率模块风接点必须要保持正常工作,才能保证发射机正常播音的前提。
在汽水分离水箱中安装有滤网,以拦截可能进入管道系统的任何骤积物。如果滤网中积累了大量的不寻常的渣滓,须更多次地清洁滤网。因此,任何时候,都应保持与蒸发锅和相连的耐热玻璃蒸汽管的清洁,当这些蒸汽玻璃管需要清洁时,用肉眼就可以判断。
定期对水阻表值的校准,水阻要保持在200kΩ/cm2以上,树脂罐参与水循环用于纯化水,由于刚装进离子罐的离子交换能力比较强,使用时可以把离子罐的阀门开小些,待树脂交换能力下降后再开大,这样可以延长树脂寿命。
由于蒸发锅的水管都装有电解“替死鬼”。这些“替死鬼”必须伸进软水管的卡子大约3mm,以便这个卡子能保护水系统的密封性,定期地检查“替死鬼”的情况,需要时将其更换,一般蒸发“锅替死鬼”每半年应检查1次。
定期检查水箱处的4个水位接点:蒸发锅水流量接点2S7、高水位切断接点2S6、低水位告警接点2S5、低水位切断接点2S4、及调制器风接点4A1S1和4A2S2。
机房定期冲洗冷凝器过滤网、检查水泵运转情况,每次清洗水路,排放水路后泵内有空气,试水泵时应先将出水阀门关小一点,启动水泵运转后观察水压表值,若水压力慢慢升高至正常,慢慢打开阀门至最大,若水压不正常,到水泵配电箱来回切换主备水泵空气开关多次,若水压短时间起不来,就要断开水泵电源,防止水泵长时间空转烧坏密封圈。
3 冷却系统典型故障分析
国家新闻出版广电总局2023台的机房维护的BGTB5141-100 k W短波发射机,它在水冷系统上与DF-100A型发射机相同。是两个水泵,一个为主用,一个作为备份,当一个水泵出现故障时,另一个会自动启动,来完成对发射机的冷却。
3.1 水泵的自动控制原理
3.1.1 主用水泵启动
当合主控后,热交换器1K3得电,其接点(53、54)闭合,使继电器5K1得电,(5K1是延时继电器,延时时间可调,本机设置为3秒,5K1得电3秒后,其接点4,1打开,6,8闭合)。115V控制电经1K4(L4、T4)至1TB1-20,再到5TB1-7、5TB1-16端,再经过5K1常闭点(4,1)至5TB1-15,此时5S1接点(1,4)、(2,6)是接通的,115V经过5S1(6,2)至5K2常闭点(NC21、NC22)使5K3得电,5K3得电后:
1)其接点(1,4)(2,5)(3,6)闭合,使3相380V送至水泵B2,水泵开始工作。
2)5K3的常闭点5K3(NC21、NC22)打开,靶式流量计5WC1接点闭合,延时继电器5K1在得电3秒后,其常闭接点5K1(4,1)打开,115V控制电可以通过5WC1接点加至5K3,主用水泵保持工作,同时常开接点5K1(6,8)闭合,为自动启动备用水泵做好准备。
3.1.2 备用水泵的启动
主用水泵出现问题,导致无水流或水流很小,靶式流量计5WC1将会打开,而5K1(4,1)已经断开,致使5K3失电,5K3(NC21、NC22)闭合。5K1(6,8)也是闭合的,115V控制电经过5K1(6,8)至5S1(4,1)至5K3(NC21、NC22)使5K2得电,其接点(1,4)(2,5)(3,6)闭合,3相380V送至水泵B1,备用水泵开始工作,完成水泵自动倒备份的过程。
3.1.3 水泵主用与备用的选择
水泵的主、备实际上不是固定的,它的主、备设定是通过它开关5S1来控制的。简单说,在水流正常、5WC1接点闭合的情况下,115V控制电流经5WC1所控制的水泵为主用;另一个为备份。5S1(4,1)(6,2)接通时,B2为主用,当豆开关5S1扳至5S1(3,1)(5,2)接通时,B1为主用。
3.2 水泵自动控制故障一例
故障现象:在每次合主控3秒钟以后,系统自动倒至备用水泵。
分析:出现这种情况可能最大的是两种情况:1)主用水泵本身有问题,使水流量很小,或根本没有水流;2)靶式流量计有问题,根本不起作用。
在合主控后,经过观察主用水泵的入水水压、出水水压,水压都正常,第一种可能性被排除,那很可能就是流量计有问题,检查靶式流量计,发现流量计内部微动开关破碎,其接点无法接通,导致开关失灵。
处理:断主控、断控制后,将流量计换新,重新合主控后,试机正常,故障排除。
4 冷却系统技改方案
按照100 k W发射机逻辑控制原理,冷凝器是否运转,应该作为发射机加灯丝逻辑条件之一,可发射机厂家配备的设备,直接短路相应的冷凝器检测点,造成发射机只要一加电,就默认判断为冷凝器已经工作,起不到检测的作用,这是该机型设计的缺陷所在。换句话说,就是发射机的冷凝器即使不工作,灯丝也照样能加上。这样的好处是,播音中如果冷凝器风机出现故障,发射机还能维持工作一段时间,但这种情况下,水温飙升,直至到达65℃,发射机过热保护掉灯丝。
机房在一次播音过程就发生过一次这样事故,值班员开机器播音,但冷凝器空开是断开的,冷却没有启动,值班人员没发现,发射机只要一加电,就默认判断为冷凝器已经工作,机器可以加上灯丝加高压播音,最后造成水温过高,水温开关2S5常闭接点断开,CPLD检测到断开信号,输出控制使发射机掉高压、灯丝,造成停播。机房针对这次停播事故改造在冷凝器空开上加一个附属空开,只要冷凝器空开断开,附属空开也断开,机器加不上灯丝,保障播音安全。
机房通过蒸发锅水流量接点2S7、高水位切断接点2S6、低水位告警接点2S5、低水位切断接点2S4、调制器风机风接点4A1S1和4A2S2的改造,只要这些接点有故障,其他条件正常,通过技术加入小豆开关,可以更快、更方便,保障安全播出,为停播事故节省更多时间。图1是调制器风机风接点4A1S1和4A2S2的技改线路,其他接点都一样原理。当其中某一个接点故障时,相应风接点开关打开,导致主风机辅助继电器1A18K3不动作,1K47、1K14未吸合,所以灯丝未上,偏压未上,只要我们判断正确,迅速合小豆开关,保障机器安全播音。(K8为小豆开关)
5 结语
通过上面的简单介绍,了解了冷却系统对发射机安全播出的重要性,而对于发射机安全播出的前提来说是要要求机房的技术人员要有过硬的业务知识,扎实做好基层业务,注意技术细节,在平常工作中积累经验,在日常的检修维护中善于发现才是最重要的。此外,主观上也要求每位值班员遵守机房上班、检修制度,做好日常巡视及维护保养工作,对应急预案的熟悉和故障分析、故障现象分析到位,及时做出正确判断,尽量缩短停播时间。希望本文能对工作在一线的同行有所帮助。
参考文献
[1]刘固蒂.SWK-Ⅱ型短波室内交换开关电控系统的维护[J].西部广播电视,2016(1).
主变冷却系统常见故障分析 篇10
雨季和高温季节, 变压器冷却系统运行频繁, 易发缺陷。变压器冷却系统缺陷虽不会直接导致变压器损坏, 但经常存在缺陷必将影响冷却系统的散热效率, 使变压器温升增大, 加快绝缘老化, 严重影响变压器的正常运行及使用寿命。
以下对缺陷进行了分析, 制定出有效的整改措施, 降低变压器冷却系统缺陷率。
2 冷却系统缺陷的现状调查
变压器冷却系统主要分为两部分:冷却装置和控制系统。冷却装置系指散热器 (冷却器) 、风机和潜油泵等机械装置;控制系统系指控制风机运转和潜油泵运转的电气回路和电器元件。本文按经常发生缺陷的类别进行了统计, 见表1。
由于散热器的形式直接影响了主变冷却系统的效率, 影响了缺陷发生率, 所以首先需要对散热器的形式进行统计。
2.1 散热器形式统计
变压器冷却装置一般都可拆卸。其中不强迫循环的称为散热器, 强迫循环的称为冷却器。此外需要了解几种主要的冷却系统:
自然冷却装置:常用于小容量变压器, 通过空气自然对流的形式进行散热, 常见于35kV主变压器。
吹风冷却装置:常用于中等容量变压器, 采用风机吹风的方式加强散热。常见于110kV主变压器。其中吹风冷却装置的散热器按照外形又分为两种形式:扁管式、冷却片式。而冷却片式散热器按照风机吹风的方向也分为两种形式:底部吹风、侧向吹风。
强迫油循环风冷冷却装置:常用于大容量变压器, 采用风机吹风的方式加强散热。常见于220kV及500kV主变压器。
2.2 缺陷冷却风扇电机型号统计
风扇电机的型号和质量都会直接影响冷却系统缺陷发生率。扁管式、冷却片式和强迫油循环风冷式冷却装置都使用风扇来加强散热。某局主变风扇电机的缺陷共有43起, 按照电机型号统计结果型号为BF2-4Q4的风扇电机缺陷较多 (占总数的63%) 。这种风扇多用于扁管式散热器中以加强上下的空气对流。
2.3 发生缺陷的时间统计
风扇是否运转和主变的油温有密切的关系。抛开主变自身内部发生缺陷导致油温升高外, 决定油温高低的主要因素有两点:一是主变负荷大小;二是环境温度高低。统计如下:
通过图1可看出, BF2-4Q4型的缺陷比例很大, 在每年的2月至5月和6月至9月是缺陷高发期。其余类型的风扇电机缺陷分布相对分散。
除季节因素的影响外, 根据实际工作经验发现, 在2000年左右投产的110kV变压器中使用的风扇电机大多数在运行了3～5年出现问题。而220kV变压器上使用的风扇电机大多数在运行了10～13年发生故障。
2.4 二次控制元件发生缺陷的数据统计
除了由于风扇电机故障导致冷却系统发生缺陷外, 二次控制元件故障导致冷却系统发生缺陷的数量为19起。
可见二次控制元件缺陷多发生在上半年, 并在3至7月有一个高峰。和风扇电机故障的柱状图对比后, 发现缺陷趋势大致相同, 即在3至7月份较多发。 (见图3 )
2.5 其他部件故障导致发生缺陷的数据统计
此外, 电缆绝缘破损、潜油泵损坏、散热器开裂、散热器蝶阀漏油、风扇电机熔断器底座损坏也会导致冷却系统的故障。统计如表2。
电缆、蝶阀、冷却器、潜油泵、熔断器都容易在每年的6月、7月份发生缺陷, 和风扇电机缺陷发生趋势大致相同。
3 冷却系统缺陷的分析
3.1 冷却器的形式
BF2-4Q4型的风扇电机主要安装于扁管式的散热器中。扁管散热器冷却系统不足主要表现为以下几点:
1) 风机支架结构不合理, 在一根槽钢上布置了两台风扇电机, 当风扇电机运转时会产生较大的震动, 造成电机的保险和接线容易松脱, 最终导致电机缺相烧坏。
2) 扁管式散热器的散热效率差, 损耗大。当散热器自身的散热效率低下的时候, 就会致使风扇电机长时间运转, 最终缩短了电机的寿命。
3.2 风扇电机结构及质量
3.2.1 风扇电机结构
1) 风扇电机没有遮挡, 雨水、潮气易顺电机轴或接线盒等缝隙进入, 造成轴承锈蚀、卡塞或线圈绝缘降低。
2) 风扇电机采用保险保护电机, 只有短路保护, 无过载保护, 且易造成缺相烧坏电机。
其他类型的电机故障与自身结构的关系不大, 主要与所安装的环境有关。
3.2.2 风扇电机产品质量
根据风扇电机缺陷统计表可以看出, 除了冷却器散热不良和电机本身结构不完善造成电机容易发生故障外, 电机本身的质量也是关键因素。
3.3 季节和环境影响
3.3.1 季节因素
图1中直观地显示了季节因素对冷却系统故障发生率的影响。每年的4至10月份气温逐渐升高, 雨季逐渐来临。这一段时间同样也是缺陷的高发期, 并且在4、5月份和8、9月份达到一个高峰。而在气温较为寒冷的11、12月和1月均没有发生缺陷或者缺陷发生很少。随着气温的逐渐升高和雨季的到来, 每年都会出线两次相对集中的故障发生区间 (即4、5月份和8、9月份) 。而2 月份的缺陷会突然增加, 是因为风扇电机在寒冷的季节长时间不运转, 线圈铁芯不发热驱潮, 待几个月后再启动带电运转时, 由于电机受潮绝缘降低而烧坏电机。
3.3.2 环境因素
在风扇电机缺陷统计表中, 安装于冷却片式散热器上的OBF风扇电机故障率明显高于同类产品。经过调查发现, 处于市区中心地带变电站, 受土地限制而采用高层布置, 为了隔离噪音又将主变放置在室内。变压器室内通风换气条件差, 室内温度较高, 电机长期不得不运行于高温环境下才能确保室内通风, 这就容易造成电机损坏。
3.3.3 负荷因素
负荷的影响和环境温度的影响类似, 负荷大油温高时, 风扇电机长时间运转, 易损坏。而在负荷较低的情况, 潮气沿密封不严处进入电机内部, 风扇电机又长时间不运转, 线圈铁芯不发热驱潮, 导致电机绝缘降低, 再启动时带电运转后, 易烧坏电机。
3.4 控制元件的质量
二次元件的故障原因主要和控制箱振动、箱体密封差、交流接触器质量差、工作环境温度高有关。
3.5 电缆、蝶阀等部件发生缺陷
有必要对这些缺陷进行分析, 减少冷却系统缺陷。
3.5.1 电缆
发生故障都是橡皮电缆, 并发生于6、7月份。其原因为主变在高温季节运行时身中的绝缘油难免会有渗漏。高温和油污会使得橡皮电缆迅速老化, 使绝缘降低, 最终发生过热烧损或者产生相间短路导致风机停运。
3.5.2 蝶阀
故障发生于高温和寒冷季节里, 是由于橡胶和金属膨胀率不通导致产生间隙而漏油, 或者由于长期运行于高温老化而渗油。因此选用弹性好, 耐高温、耐油、耐老化、气密性好的橡胶是解决此类缺陷的有效手段。
3.5.3 冷却器
运行年限长和当时的加工工艺不良是缺陷发生的主要原因。
3.5.4 潜油泵
潜油泵的运转和风扇电机一样, 长期不间断地运行会减少潜油泵的使用年限。且潜油泵也常常由于检修时间短不能每次都对其进行解体检修, 造成年久失修而发生故障。
4 防止措施
4.1 改进冷却器形式
对运行接近30年的老旧高耗能铝线圈变压器, 或者主变负载不能满足1～3年的负荷增长速度的, 应安排改造工作同时更换主变和冷却系统, 在此期间应每年至少严格按检修导则对控制系统和风扇电机进行一次检修。
对于其他主变, 首先要考察其负荷发展情况, 综合考虑该区域电网规划后, 再结合负荷发展情况按以下方法检修:
1) 若主变负载情况还留有较大空余, 且近5年内负荷都不会有较大增长的:将扁管式散热器改造为较完善的侧吹风或自冷方式。彻底解决冷却效率低、缺陷多的问题。
2) 若主变负载情况已经达到满载的80%左右, 且近3～5年内负荷将会有较大增长的按本节第3条处理。
4.2 改进电机结构
选用结构改进后的电机, 特别是BF2-4Q4型的电机。应使被改进后的电机具有防雨水渗透、防潮气侵袭的功能。同时改进落后的控制保护, 不仅要具备有短路保护, 还要具备无过载保护, 减少因缺相烧坏电机的现象。
4.3 改进控制保护部分
将电机的保险保护改为三相联动, 并具备过载和短路保护的电机断路器 (小空开) 保护;将空开安装于落地控制箱内, 减少振动导致空开误动或损坏的概率;更换橡皮电缆为耐油不易老化的电缆。严把进货质量关, 改善工作环境, 改善维修策略。由于冷却器的风机在运行10～15年故障率偏高, 宜对已运行10年的变压器风机每台进行抽样解体检修, 若发现有故障趋势则安排对该台变压器所有风机进行大修。若运行情况良好则可至1～2年后再进行抽样解体检修。
5 结束语
对主变冷却系统的常见缺陷认真统计分析后, 提出了具体的整改措施, 并将整改措施落实到了当年的大修技改计划中, 通过实施后明显减少了主变冷却系统的缺陷, 对如何有效地降低主变冷却系统故障提供一种可行的参考方案。
参考文献
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[4]云南电网公司.QB/YW206-01-2009, 2009.变电站运行管理标准[S].
冷却性能分析 篇11
关键词：机械密封；机封；冷却水；供水方式；水泵；机械密封冷却水超温；动环；静环
中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）17-0073-03
机械密封为动静密封，其动环与水泵的泵轴固定在一起，形成一个整体，与泵轴一同做高速转动；其静环与静环压盖用定位销等方式固定在一起，再由紧固螺栓固定在泵壳上静止不动。动环、静环由动环上的压力弹簧预先压缩顶在一起，由一定的预紧力，其预紧力大小于转速和其密封液体的工作压力有关。当水泵工作时，水泵泵轴高速转动，将电机的电能经由水泵叶轮转换成流体的机械能。这时工质水获得高压力、高速度，将会从水泵的动静间隙处泄漏出去，而在机械密封处，水泵的动环在静环上高速旋转，会建立其一个高压的水膜，阻止内部工质水继续向外泄漏，只有少量的水蒸发而散失到空气中去。在这个过程中，由于动环与静环之间有着高速的转动摩擦，会产生大量的热量，使动环、静环密封面处温度身高。这时必须动环与静环必须得到有效的冷却，使其温度不会持续升高，才能保证其持续可靠工作。同时机械密封对工质中固体颗粒物杂质要求较高，如果水中固体杂质较多，且其硬度较大，杂质进入动环和静环之间的密封面处，将会划伤密封面，产生沟痕，破坏密封，导致泄漏。因此，合理选择机械密封冷却水供水方式直接关系到机械密封的使用情况。
1 直接冷却
机械密封动环、静环摩擦产生的热量依靠泵内的工质水自然冷却，没有任何外部强制冷却。此种冷却方式对泵内水的清洁度要求较高，水中杂质应很少。水温比较低，水泵转速不高的情况下，可以采用这种冷却方式。电厂闭式冷却水泵有采用此种冷却方式的。水泵水温比较低，在30～40 ℃之间，电机转速在1 000 r/min，闭式水水质良好，每次循环都在入口滤网处得到过滤，这种冷却方式能够保证水泵机械密封的正常工作。内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司，一期两台600 MW机组，共六台闭式冷却水泵机械密封就采用这种冷却方式，机组2010年11月份投产之间，机械密封使用正常。
需要注意的是，这种冷却方式的机械密封在安装时一定要注意调整好动环与静环之间的压缩量。如果压缩量不够，则无法密封泵腔内的压力水。如果压缩量过大，则由于这种直接冷却方式的冷却效果有限，可能导致机械密封动环、静环摩擦副摩擦产生的热量过多，不能得到有效的冷却，使机械密封动环、静环温度升高，炸裂动环或静环，使机封损坏报废。
2 出口高压水冷却
在水泵叶轮出口，工质水压力升高，引一路水至水泵机械密封处。水泵机械密封与水泵叶轮入口很近，压力低于水泵出口压力。这样水泵出口的水就会向水泵机械密封处流动，有一部分工质水在做“再循环”，将机械密封处摩擦产生的带走。
例如，内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司一期供热改造工程，其机组原本是2×600 MW直接空冷汽轮发电机组，后经供热改造，从中压缸至低压缸抽出部分排汽送至热网换热器换热，其配套的热网循环泵4台，热网循环泵的机械密封冷却方式就是采用从叶轮出口因一路高压水冷却机械密封的。其高压水压力在0.56～0.70 MPa左右，水泵入口压力在0.41～0.43 MPa左右。高压水经管路引入机械密封处，冷却机械密封后，又回到叶轮入口，实现再循环的同时，将机械密封动环、静环摩擦产生的热量带走，降低摩擦副的温度，达到保护机械密封的作用。
这种冷却方式对泵的转速适应型较高，对于低转速和高转速同样适用。但是对水质要求较高。由于叶轮出口水直接引回到机械密封处，如果水质杂质较多，将会破坏机械密封密封面，导致泄漏。
固体颗粒物破坏机械密封密封面的机理是：当固体颗粒物杂质进入机械密封密封面，就会划伤机械密封的密封面，或者加快机械密封密封面的磨损，这时工质水中的水垢和油污、油泥等在轴、轴套表面的堆积速度超过动环、静环这对摩擦副的磨损速度，就会使动环不能够补偿磨耗位移，致使动环与静环之间的间隙增大，水从间隙向外渗漏，造成泄漏，机封失效。选择硬对石墨的摩擦副作动环、静环，因为固体颗粒物杂质会嵌入到石墨密封环里面，不如硬对硬的摩擦副做动环、静环配合的寿命长。在杂质较多的场合，建议选择硬对硬的摩擦副作动环、静环配合的机械密封，但不是解决问题的根本方法。
通常对于水质良好、清洁度高的，叶轮出口水可以直接引到机械密封处；对于水稍差的，可以在“再循环”管路上增设一个Y形滤网，过滤水中杂质，提高水的清洁度，延长机械密封工作寿命。根据现场实际情况，可以选择只有一路或一用一备设两路密封水。但是对于水质不好，清洁度较低的情况，不建议使用这种冷却方式。
内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司一期供热改造工程选用的热网循环水泵即是采用这种冷却方式。热网循环水泵工质水经升压后输送到市区供热，在这一过程中，水质得不到很好的控制。市区换热站、热网主管道、分支管道中水质都有可能降低。尤其是在热用户处，散热器种类质量各有不同，市民根据自身经济条件、个人需求选择不同的散热设备，从而向供热水中引入了不同量的杂质。热网水在回到供热首站后，虽经自动反冲洗滤水器过滤，但是由于过滤器本身就不是精过滤器，导致水中较为细小的颗粒杂质没有得到全部过滤。尤其是在供暖初期，市区散热器经过一个夏天的腐蚀，杂质脱落进入水中，水中杂质较多。
在这种情况下，水中杂质进入机械密封密封面，就会划伤密封面，产生沟痕，使机械密封无法密封内部压力水，导致其泄漏失效。
针对此种情况，建议从外部引用电厂中水质较好的凝结水或凝结水补水（除盐水）等。应注意的是：外部引用的机械密封冷却水的压力必须高于机械密封处的水压，这样才能够冷却机械密封。这样在机械密封的周围就建立起一个“小环境”。在这个小环境里面，水质良好，杂质很少，机械密封密封面不会受到划伤。这些外部冷却水同时可以向热网补充少量的水，可以作为补水的一部分，减少补水泵的启停次数。
但是这种外部供水冷却方式，需要引管、布置截止阀、减压阀及压力表等设备，较为复杂，增加了投入，维护量也增加了，但提高了机械密封工作的可靠性。只适应于水质不好的场合。实际应用中，需要结合现场实际，根据热网水杂质情况，合理选择直接“再循环”冷却或外部引水强制冷却。
3 外部换热器冷却
热电厂的给水泵给水温度高，依据内蒙古国华发电有限公司一期600 MW空冷发电机组，负荷在325 MW时，水温为157 ℃，负荷在360 MW时，水温为162 ℃，负荷在500 MW时，水温为176 ℃，远高于机械密封允许工作温度。机械密封报警温度为80 ℃，保护值为95 ℃，当机械密封冷却水水温达到95 ℃时，延迟3 s保护动作，给水泵就会跳泵。所以机械密封在工作时，必须严格控制其水温，否则会因为超温，而退出运行，甚至使机械密封密封面炸裂。
在水泵转动运转时，机械密封动环外部有一圈齿形泵，它与泵轴同转速转动。在机械密封外部有一个回路，其间有一个换热器。机械密封冷却水在齿形泵的驱动下，在回路内做循环流动，在外部换热器里面得到冷却降温，回到机械密封动静环摩擦处，冷却动静环，带走摩擦产生的热量，重新在齿形泵的驱动下，进入外部换热器换热冷却，从而完成一个循环。
在电厂由于负荷降低，给水泵停泵备用时，水泵停止运转。这时齿形泵随之停止运转，使机械密封冷却水停止循环，得不到外部换热器的有效冷却。同时，在给水泵停备时，为了保证给水泵筒体温差不超过规定值。在高压给水管道上引出一路给水，引入到给水泵内部，使其内部叶轮、壳体、筒体等温差，在合适的范围内，不致产生过大温差使内部零部件热膨胀不均，避免在启动时碰磨。
但这就引来了一个新的问题，暖泵的高温高压水流过水泵内部，将热量传递到机械密封处。而这时机械密封冷却水没有循环起来，得不到外部换热器的冷却。机械密封处水温持续升高，超过报警值。甚至与超过保护值，使水泵退出备用。
这时可以采取限制暖泵流量，或者暂时关闭暖泵门，使进入泵内的高温水流量减少，从而限制了向机械密封处传递的热量，以此来保证机械密封处水温不至超过保护值，水泵能够投入备用。
但是这种操作方法增加了人员的操作任务，同时暖泵门处工质水的压力为给水压力，为全厂最高压力，以内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司为例，其给水泵额定压力为32 MPa，温度在150～180 ℃之间，经常性开关阀门容易造成危险。
上述情况给机组可靠运行带来了隐患。根据上述情况，可以采取这样的措施。在给水泵正常运行时，其机械密封冷却水得到外部换热器的有效冷却，完全可以满足冷却机械密封，带走摩擦热量和泵体传递热量的要求。在给水泵停备期间，可以使用外部强制冷却方式，冷却机械密封，使机械密封处水温控制在较低的温度范围内，同时，暖泵水可以正常投入，保证筒体温差也在可控范围内。这时，要求外部机械密封冷却水的压力必须高于进过节流套的给水压力。只要外部强制冷却水压力稍高于经过节流套的给水压力，外部强制冷却水就可以进入泵内，冷却机械密封。内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司一期，锅炉电动调速给水泵就是这种外部换热器的机械密封冷却方式。在给水泵运行时，机械密封冷却水水温正常，能够满足冷却机械密封的需要，水泵运转正常。但是在停备时，其驱动端机械密封冷却水在20 min内快速上升超过报警值80 ℃，逼近保护值95 ℃。
一般情况下，就需要人员就地调整暖泵门开度，限制暖泵流量以降低机械密封水温度，同时需要兼顾给水泵筒体温差，增加了人员操作的工作量。
现根据就地实测，在给水泵停运时，经过节流套节流给水泵机械密封处水压只有0.6 MPa，这个压力值比较低，其凝结水泵出口压力3.5 MPa。完全可以进过节流减压后作为给水泵机械密封冷却水的外部强制冷却水源。
凝结水作为外部强制冷却水源的优点有：
①水压满足使用要求，凝结水泵工频运行时出口压力为3.5 MPa，高于给水泵节流套后机械密封腔室的0.6 MPa。即使对凝结水泵做变频改造后，其出口最低压力仍为1.15 MPa，同样满足冷却冷却机械密封供水需要。
②凝结水水温低于给水泵机械密封报警值。600 MW空冷机组电动给水泵组给水温度通常在150～180 ℃之间，而凝结水的水温在30～50 ℃之间，凝结水完全可以作为冷却机械密封的水源。
③凝结水泵提供的是机组凝结水，凝结水虽然没有经过化学精处理及除氧器处理。但是由于汽轮发电机组，工质水绝大部分是循环使用，即使少量补充水，也是经过严格处理的除盐水。凝结水本身的固体颗粒物杂质极少，完全可以满足冷却给水泵机械密封的要求。虽然其没有经过精处理处理和除氧器除氧，但是可以通过限制其供水压力，减少供给流量，使极少量的凝结水进入给水系统，而且只是在给水泵停运时才提供外部强制冷却水，所以不会对给水品质产生影响。
外部强制冷却供水方式的设置方式：
①凝结水取水点应在凝结水再循环管道阀门前，不便在凝结水主管道上取点。
②在取水支管上应设置截止阀和减压阀。设置截止阀可以可靠隔离给水与凝结水，在发生意外事故时，能够及时可靠地隔断两个系统。设置减压阀，便于调整供水压力，使其匹配给水泵机械密封密封腔室压力，在凝结水压力变动时仍可满足给水泵机械密封冷却水供水压力的需要。
③在减压阀后设置过滤滤网。虽然凝结水水质较好，但仍设置磁性过滤器，增加一层保险。磁性过滤器即可吸附铁锈等磁性杂质，又可过滤污泥等，从而更加保证供水水质良好。此处可以设置双路，一用一备，在运行状态即可保证供水的同时清洗备用过滤器。
④在每台给水泵机械密封外部，使用三通接头，将外部强制供水与内部循环冷却水连接起来。同时应设置针型阀，便于切换：在给水泵运行时，关闭外部强制供水，使用水泵内部工质水冷却循环；在给水泵停止运行，开启暖泵门时，开启外部强制供水冷却机械密封。暖泵与冷却机械密封同时进行，互不干扰。针型阀处水的压力和温度都较低，操作风险性远小于暖泵门处。
4 三种冷却方式的处理
热电厂、发电厂及石油化工行业中，水泵设备众多，机械密封的使用极其广泛。仔细研究机械密封的冷却方式是有着实际意义的。本文论及的三种冷却方式，是较为常见的机械密封冷却方式。分别对三种方式的使用场合和实际中出现的一些问题做了简要的分析，并针对出现的问题提出了一些处理方法。
4.1 直接冷却方式
直接冷却方式使用方便，发电厂现场没有就地改造的必要，可以由制造厂制造好后直接安装使用，最为简便。但是其对于水质的要求最高，对工质参数的限制比较严格。在小型泵中应用较多，在大型水泵中应用较少。
4.2 出口高压水冷却使用方式
出口高压水冷却使用也较为方便，一般制造厂在水泵制造时，便将叶轮出口处钻好取水孔，在机械密封静环压盖上或机械密封腔室上部开设小孔，使用小管径管直接连接，或增设过滤。制造难度不大，现场维护量也不大。机械密封能够得到很好的冷却，适用范围较第一种直接冷却方式更为广泛。但其对水质要求较高，不适用于水质较差、固体颗粒物杂质较多的场合适用。
4.3 外部换热器
外部换热器适用于水温高的给水等场合。机械密封需要密封的工质水水温高，其冷却水必须有外部换热器（如螺旋管换热器、管壳式换热器等）强制冷却才能满足冷却要求。但是对于泵体内热量能够持续传递到机械密封处的，在自身冷却水停止循环时，建议增加外部强制供水冷却，以使机械密封时刻处于可靠状态。
机械密封的冷却方式有很多种，并不局限于以上三种。现场工作者可根据实际情况，合理选择机械密封冷却方式，以最大限度延长机械密封使用寿命，提高设备的可靠性。
参考文献：
[1] 李必祥，王牛.如何提高石化用泵机械密封的性能及寿命[J].石油化工设备技术，1994，（6）.
冷却圆筒传动系统分析与改造 篇12
关键词：冷却圆筒,改造,柔性传动
0 引言
韶关冶炼厂是一家采用ISP工艺的大型铅锌冶炼企业。冷却圆筒是烧结流程返粉破碎工序的重要设备之一, 其主要作用是将破碎后的返粉冷却。韶关冶炼厂二系统冷却圆筒在1996年投产时采用的是固定齿轮传动, 齿轮副磨损严重, 工作噪声大, 设备故障多, 作业率低, 严重影响了正常生产。为此, 工厂在2005年对其传动系统进行了改进, 采用BF型柔性传动系统替代了原来的固定齿轮副传动系统, 多年的生产实践证明, 其运行效果良好。
1 改造前传动系统存在的问题及其原因分析
1.1 冷却圆筒基本参数
规格:ϕ3 000 mm×9 000 mm;工作能力:140～160 t/h;筒体装置 (含滚圈、齿圈、内部衬板) 重量:46 110 kg;进料温度:300 ℃;出料温度:100 ℃。
1.2 使用中存在的问题
改造前, 冷却圆筒传动系统的传动路线是电动机→联轴器→减速机→联轴器→小齿轮→大齿圈。开式齿轮副中的小齿轮安装在基础上, 大齿圈通过圆周方向的焊接弹簧板固定在筒体上。
在实际生产中, 冷却圆筒运行噪声大、振动大。小齿轮、大齿圈啮合精度差, 磨损速度快, 小齿轮每年都需要更换, 大齿圈的寿命也只有3年。弹簧板经常因剪切力而发生断裂, 每年都需要更换2～3块。
1.3 原因分析[1]
大齿圈安装在筒体上, 其回转中心与筒体回转中心一致。由于筒体装置本身较重, 因此在大齿圈处发生较大挠曲, 从而导致大齿圈与小齿轮的轴线不平行, 如图1所示。在工作时, 筒体的回转轴线随着内部物料、温度的变化而变化, 因此大齿圈的回转中心并不是固定的, 而是不断变化的, 这就导致开式齿轮副的中心距发生变化, 从而使大齿圈与小齿轮的齿侧间隙发生变化。筒体挠度越大, 开式齿轮副的齿侧间隙就越小。齿侧间隙的变化导致运行时产生振动和噪音。
1—理论中心线 2—实际中心线 3—大齿圈 4—滚圈
随着工作时筒体中心线挠曲的加大, 大齿圈的回转中心线与安装时的中心线发生偏转, 大齿圈与小齿轮轴线的平行度也随之降低, 齿面在齿宽方向发生偏斜, 造成大、小齿轮在相互啮合时轮齿间发生偏载, 这也会导致轮齿磨损加剧, 严重时甚至有可能出现断齿。
回转筒体由于设备维护的需要, 要定期窜窑。窜窑时, 筒体在轴向上将发生位移, 造成大齿圈与小齿轮在啮合面产生相对滑移, 加剧了轮齿的磨损。
2 传动系统的改造
2.1 BF型柔性传动的特点
BF型柔性传动系统适用于头部传动或中部传动的回转类设备[2]。采用BF型柔性传动系统后, 冷却圆筒的传动路线是电动机→液力耦合器→减速机→万向联轴器→悬挂小齿轮→大齿圈。
2.2 改造内容
弹簧板改用鞍座结构, 大齿圈通过鞍座、弹簧板固定在筒体上。小齿轮安装在装有4个滚轮的厢体内, 构成悬挂小车。在大齿圈两侧有经过机械加工的凸缘作为悬挂小车滚轮的滚道。在小齿轮两端装有挡环, 用于保证大小齿轮的侧向间隙。悬挂小车通过弹性支撑杆与基础连接。弹性支撑杆的作用是使悬挂小车保持在大齿轮上的位置, 同时承受传动啮合分力, 并平衡悬挂小车自身重量对大齿圈和筒体造成的部分附加载荷, 消除附加载荷对筒体的不利影响。弹性支撑杆两端采用关节轴承连接, 以保证悬挂小车相对基础的三维自由度运动, 实现悬挂小车与大齿圈的同步位移。为适应采用柔性传动后小齿轮轴线的变化, 小齿轮与减速机之间的联轴器连接改为万向轴连接。改造后冷却圆筒的传动构造如图2所示。
1—筒体 2—鞍座 3—弹簧板 4—悬挂小车滚轮 5—大齿圈6—万向轴 7—弹性支撑杆 8—小齿轮 9—悬挂小车厢体
2.3 改造效果
弹簧板采用鞍座结构后, 受力均匀, 解决了以前经常断裂的问题, 大齿圈的更换也较原结构方便, 维修更换时间大幅度减少。采用柔性传动结构后, 小齿轮悬挂在大齿圈上, 小齿轮的轴线随着大齿圈轴线的变化而变化, 两齿轮的中心距能始终保持不变, 大小齿轮的接触精度有明显提高, 这就减少了齿轮啮合时的偏载和冲击力, 降低了接触应力, 减小了齿轮磨损, 提高了齿轮的承载能力, 延长了使用寿命。由于小齿轮悬挂在大齿圈上, 小齿轮在轴线方向始终随大齿轮移动, 所以窜窑时, 大齿圈与小齿轮在啮合面不产生相对滑移, 消除了改造前因窜窑而产生的齿面磨损。
由于大小齿轮轴线能始终保持平行, 中心距保持不变, 因此保证了大小齿轮的良好啮合。运行时的噪声和振动都较改造前有明显改善。改造前后齿面接触、振动、噪声情况如表1所示[3]。
改造后, 维护费用降低, 维修时间缩短。改造前, 大齿圈使用寿命约为3年, 小齿轮为1年。改造后, 大齿圈、小齿轮的使用寿命可达8年。按小齿轮2万元、大齿圈12万元计, 年平均可减少备件费用4.25万元。原更换大齿圈需20天, 现仅需4天, 年平均维修时间可减少140 h以上。
改造后, 冷却圆筒运行平稳, 噪音、振动较改造前明显降低, 现场工作环境明显改善。采用柔性传动后, 设备的故障率明显降低, 作业率大幅度提高, 设备的维护工作量下降, 工人的劳动强度大大降低。
3 结语
实施改造后, 多年的生产实践证明, 采用柔性传动的冷却圆筒承载力大、作业率高、故障少、使用寿命长、运行可靠、维护费用低, 保证了工厂生产的正常进行, 每年可为工厂新增效益100万元以上, 改造取得了良好的效果。柔性传动系统在冷却圆筒上的成功应用为有色冶金工厂回转类设备传动系统的改进提供了有益的经验。
参考文献
[1]周慧玲, 王建平.BF型柔性传动在回转窑上的应用[J].烧结球团, 2009 (1) :5～7
[2]成大先.机械设计手册单行本:机械传动[M].北京:化学工业出版社, 2004