船舶低溫淡水循環泵電機高溫故障的解決

［摘 要］某船舶3 臺低溫淡水循環泵在2020 年9 月試航時，均發生高溫過載損壞現象。文章圍繞故障現象進行分析測試，對葉輪進行評估測量，經過計算葉輪的切削量，最終采用切割葉輪解決過載高溫問題，保證設備正常冷卻。

［關鍵詞］中央冷卻系統；過載；葉輪直徑；切削

［中圖分類號］TM623 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）02–0064–03

某船舶中央冷卻系統共2 套（如圖1 所示）；配備板式冷卻器3 臺，換熱面積332.8 m2 ；3 臺低溫淡水循環泵，排量680 m3/h，用于冷卻機艙各個設備；2臺主機高溫淡水備用泵，排量135 m3/h ；2 臺主機低溫淡水備用泵，排量150 m3/h ；3 臺主海水泵，排量250 m3/h。

1 低溫淡水循環泵電機高溫故障

1.1 故障經過

2020 年9 月20 日，船舶出塢后啟動1 號低溫淡水泵進行系統檢查，進出口閥全開，1 號板式冷卻器進出口閥全開，電機電流85 A（額定電流90.5 A），泵出口壓力420 kPa，電機溫度56℃。

2020 年9 月22 日，1 號泵運轉42 h 后自動停止。檢查發現控制箱2 個接觸器故障，電機表面溫度達99℃，測量電機絕緣V 和W 相為零。

啟動低溫淡水備用泵投入使用，同時檢查2 號低溫淡水泵工況為：電流85 A，電機溫度65℃，泵出口壓力420 kPa。在運轉4.5 h 后電流90 A，電機溫度80℃，并且電機溫度持續上升。備用泵啟動2 h 后，壓力410 kPa，運轉電流95 A，電機溫度84℃，隨即停泵。

將電機溫度、電流、排量進行對比發現，電機存在過載運行情況，隨即停止水泵，以防出現電機過載故障。

立即打開隔離閥， 使2 號淡水泵同時供應1號、2 號低溫淡水冷卻系統。關小進口閥開度到至1/3， 此時該泵出口壓力180 kPa， 進口壓力–80 kPa，低溫淡水溫度35.2℃，滿足設備正常運行，電機溫度緩慢下降至73℃。為了保證航行安全，臨時使用2 臺軸流風機進行輔助冷卻。

1.2 故障排查

廠修前，3 臺泵單向閥故障，備用泵出口與2號系統隔離閥關不嚴，備用泵進口與1 號低溫淡水系統隔離閥關不嚴，1 號、2 號低溫淡水系統嚴重串水，板式冷卻器臟污。

1.2.1 電機工作狀況檢查

3 個板冷進出口閥關閉2/3，拆除隔離閥的氣動驅動機構，稍開備用泵出口與2 號系統隔離閥，稍開備用泵進口與1 號系統隔離閥，2 號低溫淡水泵進口閥全開，此時2 號低溫淡水泵電機溫度81℃，出口壓力420 kPa，電流90 A。30 min 后，2 號低溫淡水泵電機溫度85℃，同時1 號低溫淡水系統膨脹水箱滿溢，隨即恢復管路閥門原始狀態。

測量2 號低溫淡水泵和備用淡水泵三相電流，均為89A，未發現不平衡。

重新測量2 號淡水泵電機和備用泵電機絕緣，拆開接線盒，拆除電纜測量，測量結果均為1 800 M左右，絕緣正常。

1.2.2 電機高溫原因分析

根據說明書中泵性能曲線圖（如圖2 所示）分析電機高溫原因。

水泵電機功率計算公式為：

P=KPe/n （ 1）

式中，Pe為水泵有效功率；n為水泵的效率；K為電動機的安全系數，一般取1.1～1.3。

根據泵性能曲線可知，當泵達到額定排量時，根據說明書可知泵額定效率79%，該泵安全系數K取1.1，根據式（1）計算，此時電機功率為97 kW，電流為80.4 A，實際電機運行時最高達到95 A，由此可推斷：當管路通暢、閥門換新的情況下，泵排量增加，軸功率輸出增加時，電機過載，引起電機發熱高溫。

1.2.3 電機檢修分析

3 臺水泵電機均發生運行負荷高、電機溫度高、運行電流接近或者超過額定電流的情況。拆解其中1臺電機測量發現，轉子硅鋼片表面發藍，轉子籠條受損，該臺電機長時間高負荷運轉，電機已經燒損。

1.2.4 電機維修方案

（1）對發藍轉子進行更換銅條、大修處理。

（2）定子重新更換絕緣等級H 級的線圈、槽絕緣、絕緣漆。

（3）對電機進行加強通風優化改造，降低電機本體溫度，如加大風扇、增加導風筒。

1.2.5 分析電機高溫故障原因

對3 臺低溫淡水循環泵故障前后所有細節進行分析發現，啟動1 號低溫淡水循環泵時，主機淡水系統尚有少量空氣，1 號主機低溫淡水備用泵和1 號主機高溫淡水備用泵一直在運轉。根據圖1 可知，1 號主機低溫淡水備用泵（排量150 m3/h）具有為1 號低溫淡水循環泵（排量580 m3/h）分流的作用。因此進行下列測試：①啟動2 號主機低溫淡水循環泵；②啟動2 號主機高溫淡水循環泵；③啟動主機（主機機帶淡水泵排量與備用泵相同），合離合定速；④全開2 號低溫淡水循環泵進出口閥，主要目的是最大限度地為2 號低溫淡水循環泵分流。

2 號低溫淡水循環泵電機電流78 A，泵出口壓力420 kPa，電機溫度82.7℃。2 h 后電機溫度下降為79.1℃，并且有持續緩慢下降趨勢。 同時檢查發現電機冷卻風扇并不能全覆蓋電機，電機溫度的最高點恰好是風量最小處。在將臨時冷卻風機撤離后電機溫度突增至83.0℃，隨后持續監控電機溫度8 h 內都穩定在83.0℃。

此次測試證明，當管路通暢、閥門換新的情況下，泵排量增加，軸功率消耗增加，電機過載，會引起電機發熱高溫。

2 電機過載解決方案

經過以上電機運行電流過大、出現過載故障問題的分析，可適當減小泵排量，降低電機輸出軸功率，進而減小電機運行電流。為適應該泵的性能要求，滿足正常使用及擴大泵的使用區域，切割葉輪外徑是解決上述問題既經濟又簡單的方法之一，因此，定量確定切割量與性能變化的關系至關重要。

2.1 葉輪切削

根據國內外對切割定律的研究，我國通常采用以下公式確定葉輪的切割量：

式中，Q為泵額定排量、H為額定揚程、P為額定功率、D2為葉輪原始外徑，Q1為葉輪切割后泵的實際流量、H1為葉輪切割后泵的實際揚程、P1為葉輪切割后泵的實際功率、D2'為葉輪切割后外徑。

經過計算葉輪切削量，葉輪原直徑D=291.4 mm，額定功率為90 kW。當電機電流為75 A 時，泵消耗軸功率為55.9 kW，葉輪直徑D2=285.2 mm。

葉輪切削6.2 mm 后，經過動平衡試驗等裝復后的實測泵和電機振動數據見表1。

該低溫淡水循環泵屬于中頻振動，振動速度的數值較為關鍵。根據GB/T 7021—2019《離心泵名詞術語》和GB/T 2298—2010《機械振動、沖擊與狀態監測詞匯》，該船舶低溫淡水循環泵屬于第二類，泵的分類見表2。

根據GB/T 29531—2013《泵的振動測量與評價方法》，評價泵的振動級別，該泵的振動級別為C 類，數據合格，見表3。

2.2 切削后試驗

機旁觀察1 號低溫淡水循環泵實際工況， 電機電壓700 V，電流75 A，泵運轉24 h 后電機溫度為80.2 ℃。泵出口壓力F1=340 kPa， 泵吸口壓力F2=40 kPa，揚程H=300 kPa。

1 號低溫淡水系統所有冷卻設備全部運轉后，淡水溫度33.4℃ ；艉Z 推為最遠端，艉Z 推冷卻水溫度36.0℃，冷卻水壓力160 kPa，艉Z 推電機三相繞組平均溫度46℃，變壓器三相繞組溫度39℃。冷卻效果良好。

機旁觀察2 號低溫淡水循環泵實際工況，電機電壓700 V，電流72A，泵運轉24 h 后電機溫度為82℃。泵出口壓力F1=360 kPa，泵吸口壓力F2=40 kPa，揚程H=32 m。2號低溫淡水系統所有冷卻設備全部運轉后，淡水溫度35.2℃ ；艉側推為最遠端，艉側推冷卻水溫度37.4℃，冷卻水壓力在160～180 kPa 波動，艉側推電機三相繞組平均溫度47℃，變壓器三相繞組溫度39℃。冷卻效果良好。

試驗結果表明，葉輪切割后電機過載導致高溫燒毀的故障得到徹底解決。

3 結束語

此次低溫淡水冷卻水系統故障完美解決，為同類型船的同類故障提供了案例參考。設備管理人員平時必須加強對設備的維護保養，認真閱讀并理解說明書，及時審慎處理，這樣才能管理好設備，使用好設備，維護保養好設備，整體提高裝備管理水平。

參考文獻

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