循環熱水沖洗浸海水電動機方案設計

張在龍，陳建峰，王錫源

(青島北海船舶重工有限責任公司 修船分廠，山東 青島　266400 )

船舶運行中海浪噴濺、海損后艙室進水，閥門、設備或管路泄漏，都可能導致船舶電動機被海水浸泡。使海水中的鹽分遺留在電動機定子繞組和鐵芯內部，從而造成電動機絕緣低、短路、接地、鐵芯銹蝕等問題，嚴重影響電動機正常使用，甚至會使電動機損壞或報廢。

此類電動機下船后通過對其檢查判斷，通常在銹蝕不太嚴重的情況下，使用熱水清洗和浸泡以去除鹽分。傳統清洗方式先使用熱水清洗機沖洗再用熱水長時間浸泡的方法，浸泡電動機的水箱放水和給水采用人工方式，工作強度較大，水箱內熱水浸泡沒有循環，沖洗不充分，效果不理想。因此提供一種循環熱水沖洗浸海水電動機的方案設計，以期達到良好的清洗效果和降低勞動強度的目的。

1　浸海水電動機清洗的任務要求

某集裝箱班輪進廠修理，該輪艏部海損造成側推間進水，整個側推電動機浸泡在海水中，排水后，側推電動機拆回車間。因為該電動機電壓等級高、所用材料及加工工藝特殊、絕緣處理工藝較復雜，大修成本較高而且也需要浸泡清洗以去除鐵芯內部鹽分，時間較長；換新電動機的周期更長，大修和換新難以滿足班輪緊迫的船期要求，而且經勘驗發現，由于該電動機在水中浸泡時間較短，鐵芯銹蝕不太嚴重，經檢查其定子線圈絕緣材料未發現明顯老化現象，基本狀況良好，僅繞組縫隙和結構縫隙存留海水和析出鹽分，可以采用熱水清洗修復。

該電動機為6 600 V中壓電動機，鐵芯直徑約為1 000 mm，定子鐵芯長度約為1 400 mm，此電動機尺寸較大，現有的清洗槽無法浸泡該尺寸電動機，清洗機的熱水供給能力也無法滿足要求，因此需要設計制作一套帶加熱功能的循環清洗裝置以滿足生產要求。

2　方案設計要點

2.1加熱器設計和選擇

根據該側推電動機定子尺寸，初步設計水箱尺寸為1 800 mm(長)×1 400 mm(寬)×1 400 mm(高)的箱體裝置(如圖1所示)，以保證足夠的空間放置加熱器、液位及溫度傳感器等各元件。水位加至1 200 mm左右便可足夠浸沒電動機，熱水清洗電動機要求水溫能夠在1 h內由15 ℃加熱到85 ℃，并在放水換水后短時間提升水溫，同時循環清洗電動機時溫度能保持在75～85 ℃。以下為熱量Q計算公式。

Q=c×m×Δt,

(1)

式中：c為水比熱容，4.2×103J/(kg·℃) ；m為水的質量，按1 200 mm水位計約為3 000 kg；Δt為水的溫差，可取70 ℃。

計算得出Q=2.94×108J,換算可知約需要81.7 kW的加熱功率可滿足上述加熱要求，選擇船用380 V加熱管45 kW×2組或15 kW×6組即可滿足設計需要。

2.2循環水泵設計和選擇

由于該循環水系統對壓力和揚程要求不高，只要滿足將整個箱體循環1次不超過10 min即可，保證水箱內有足夠的水流量以達到充分沖洗的效果，對照國產泵樣本性能參數應該接近ISG 50-125A型，根據計算公式：

P×η=q×H×ρ×g/3 600,

(2)

式中：P為消耗功率，W;η為效率，取0.65;q為排量，m3/h;H為揚程，m;ρ是液體密度，kg/m3;g取9.8 N/kg。

核算該泵吸排口為D50 mm，排量約29 m3,揚程約為13 m，消耗功率約1 789 W。

本著降本增效原則和輕便可靠的理念，組織技術人員將船用廢舊的水泵做了梳理，找到了1臺電動機功率為2.2 kW 、泵吸排口為D48 mm、葉輪直徑為125 mm的離心式管道泵，該泵性能參數與國產ISG 50-125A型基本一致，用于該裝置可以實現每小時10次左右的水循環能力，13 m的揚程可以保證在此裝置基本無高度差的工況下有足夠的沖洗力和良好的循環沖洗效果，可以滿足沖洗要求。

2.3自動控制系統設計

1)加熱部分控制。加熱部分控制采用PT100溫度傳感器配套TC1溫度繼電器使用，溫度繼電器設置在75～85 ℃。低于75 ℃時，由TC1控制接觸器KM1閉合，加熱器工作；高于85 ℃，時加熱器停止工作，由低位浮球進行保護，防止意外情況干燒損傷電動機和加熱器，如圖2所示。

2)循環水部分控制。循環水泵由主接觸器KM2控制，由KT1控制循環水泵的工作時間，KT1采用施耐德RE11-R系列時間繼電器 (模式選擇：Li-MODE；參數設定:T1=20 min，T2=40 min；占空比：0.33)。以此種設定方式工作的循環水泵為斷續工作制，每循環20 min便停止工作40 min，以沖洗和浸泡結合實現良好的沖洗效果。

3)自動給水、排水和水位控制。水位由液位繼電器LR1(選用施耐德RM4-L系列液位繼電器,配備LA9-RM201電極探針使用 )控制。其中B1為電極外殼接地,B2為高位,B3為低位。給水和排水分別由電磁閥SV1與SV2控制，換水時間則由時間繼電器KT2(選用施耐德RE11-R系列時間繼電器;模式選擇：A-MODE;參數設定:T=4 h)進行控制。水箱注滿水，水位到達B2位置(1 200 mm)控制。開始加熱和沖洗過程后，KT2開始計時，4 h后KT2控制SV2開始排水，水位降至B3位置(400 mm)，關閉排水閥，同時打開給水閥，開始注水，注水至B2位置(1 200 mm)，再次重新開始計時，循環工作。

在此過程中，低位B3位置應高于水泵吸口位置，防止出現水位過低的干燒現象。如此工作，每4 h可將全箱水更換2/3，經過4～6次的循環，也就是16～24 h的工作，即可達到良好的稀釋和沖洗效果，殘留的鹽分可清洗干凈。

3　方案實施和驗證

電動機解體后外殼和內部已全部被海水浸泡，內部軸承潤滑油也被浸出，同時還有細小顆粒物污染繞組。

首先按傳統工藝將定子用高壓熱水和801中性水基清洗劑沖洗干凈，約2 h左右去除油污、表面的鹽水和其他顆粒物。然后將水箱注水，同時將電動機定子吊進水箱，注滿水后送電，打開此裝置的控制系統，此時加熱器和循環水泵開始加熱。4 h后，排水開始工作，排至低水位自動加滿水，重復上述工作。經過24 h設備運行，整個循環沖洗、加熱、換水過程運行正常，并且僅需一名值班人員進行監護即可。清洗完成并經過烘烤干燥后，繞組對地絕緣達到了500 MΩ以上，使用船方10 kV高壓絕緣表測量也達到了200 MΩ以上。在8月濕度較大的情況下留置待裝48 h，絕緣特性可靠無下降現象，符合工藝標準要求，達到了方案設計要求和目的。船東對整個修復過程和浸泡沖洗的工藝非常滿意，達到了船東對成本和修期的要求。

圖2　自動熱水循環沖洗浸海水電動機裝置控制原理圖(不含主回路)

4　結束語

此自動循環沖洗裝置自動化程度高，且簡便易操作，開始工作后無需其他操作，大大降低了連續沖洗作業帶來的勞動強度，沖洗過程總計用水約15 t，用電估算在500 kW·h以內，設備結構和運行維護簡單可靠，成本費用較低。在電動機被海水浸泡后不大修、不換新的情況下，提供了一種自動熱水循環清洗的方案， 取得了良好的清洗效果和經濟價值。