导读

某船舶中央冷却系统共2套（如图1所示）；

配备板式冷却器3台，换热面积332.8 m²；

3台低温淡水循环泵，排量680 m³/h，用于冷却机舱各个设备；

2台主机高温淡水备用泵，排量135 m³/h ；

2台主机低温淡水备用泵，排量150 m³/h ；

3台主海水泵，排量250 m³/h。

▲图1 中央冷却系统

一、低温淡水循环泵电机高温故障

1、故障经过

2020年9月20日，船舶出坞后启动1号低温淡水泵进行系统检查，进出口阀全开，1号板式冷却器进出口阀全开，电机电流85 A（额定电流90.5 A），泵出口压力420 kPa，电机温度56℃。

2020年9月22日，1号泵运转42 h 后自动停止。

检查发现控制箱2个接触器故障，电机表面温度达99℃，测量电机绝缘 V 和 W 相为零。

启动低温淡水备用泵投入使用，同时检查2号低温淡水泵工况为：电流85 A，电机温度65℃，泵出口压力420 kPa。

在运转4.5 h 后电流90 A，电机温度80℃，并且电机温度持续上升。

备用泵启动2 h 后，压力410 kPa，运转电流95 A，电机温度84℃，随即停泵。

将电机温度、电流、排量进行对比发现，电机存在过载运行情况，随即停止水泵，以防出现电机过载故障。

立即打开隔离阀，使 2 号淡水泵同时供应 1号、2 号低温淡水冷却系统。

关小进口阀开度到 至 1/3，此时该泵出口压力 180 kPa，进口压力 –80 kPa，低温淡水温度35.2℃，满足设备正常运行，电机温度缓慢下降至73℃。

为了保证航行安全，临时使用2台轴流风机进行辅助冷却。

2、故障排查

厂修前，3台泵单向阀故障，备用泵出口与2号系统隔离阀关不严，备用泵进口与1号低温淡水系统隔离阀关不严，1号、2号低温淡水系统严重串水，板式冷却器脏污。

（1）电机工作状况检查

3个板冷进出口阀关闭2/3，拆除隔离阀的气动驱动机构，稍开备用泵出口与2号系统隔离阀，稍开备用泵进口与1号系统隔离阀，2号低温淡水泵进口阀全开，此时2号低温淡水泵电机温度81℃，出口压力420 kPa，电流90 A。30 min 后，2号低温淡水泵电机温度85℃，同时1号低温淡水系统膨胀水箱满溢，随即恢复管路阀门原始状态。

测量2号低温淡水泵和备用淡水泵三相电流，均为89A，未发现不平衡。

重新测量2号淡水泵电机和备用泵电机绝缘，拆开接线盒，拆除电缆测量，测量结果均为1 800 MΩ左右，绝缘正常。

（2）电机高温原因分析

根据说明书中泵性能曲线图（如图2所示）分析电机高温原因。

▲图2 泵性能曲线

水泵电机功率计算公式为 ：

P=KPe/n    （1）

式中，Pe为水泵有效功率；

n为水泵的效率；

K为电动机的安全系数，一般取1.1~1.3。

根据泵性能曲线可知，当泵达到额定排量时，根据说明书可知泵额定效率79%，该泵安全系数K取1.1，根据式（1）计算，此时电机功率为97 kW，电流为80.4 A，实际电机运行时最高达到95 A，由此可推断：

当管路通畅、阀门换新的情况下，泵排量增加，轴功率输出增加时，电机过载，引起电机发热高温。

（3） 电机检修分析

3台水泵电机均发生运行负荷高、电机温度高、运行电流接近或者超过额定电流的情况。

拆解其中1台电机测量发现，转子硅钢片表面发蓝，转子笼条受损，该台电机长时间高负荷运转，电机已经烧损。

（4）电机维修方案

1）对发蓝转子进行更换铜条、大修处理。

2）定子重新更换绝缘等级 H 级的线圈、槽绝缘、绝缘漆。

3）对电机进行加强通风优化改造，降低电机本体温度，如加大风扇、增加导风筒。

（5）分析电机高温故障原因

对3台低温淡水循环泵故障前后所有细节进行分析发现，启动1号低温淡水循环泵时，主机淡水系统尚有少量空气，1号主机低温淡水备用泵和1号主机高温淡水备用泵一直在运转。

根据图1可知，1号主机低温淡水备用泵（排量150 m³/h）具有为1号低温淡水循环泵（排量580 m3/h）分流的作用。

因此进行下列测试：

①启动2号主机低温淡水循环泵；

②启动2号主机高温淡水循环泵；

③启动主机（主机机带淡水泵排量与备用泵相同），合离合定速；

④全开2号低温淡水循环泵进出口阀，主要目的是最大限度地为2号低温淡水循环泵分流。

2号低温淡水循环泵电机电流78 A，泵出口压力420 kPa，电机温度82.7℃。

2 h 后电机温度下降为79.1℃，并且有持续缓慢下降趋势。 

同时检查发现电机冷却风扇并不能全覆盖电机，电机温度的最高点恰好是风量最小处。

在将临时冷却风机撤离后电机温度突增至83.0℃，随后持续监控电机温度8 h 内都稳定在83.0℃。

此次测试证明，当管路通畅、阀门换新的情况下，泵排量增加，轴功率消耗增加，电机过载，会引起电机发热高温。

二、电机过载解决方案

经过以上电机运行电流过大、出现过载故障问题的分析，可适当减小泵排量，降低电机输出轴功率，进而减小电机运行电流。

为适应该泵的性能要求，满足正常使用及扩大泵的使用区域，切割叶轮外径是解决上述问题既经济又简单的方法之一，因此，定量确定切割量与性能变化的关系至关重要。

1、叶轮切削

根据国内外对切割定律的研究，我国通常采用以下公式确定叶轮的切割量：

式中，Q为泵额定排量、H为额定扬程、P为额定功率、D₂为叶轮原始外径，Q₁为叶轮切割后泵的实际流量、H₁为叶轮切割后泵的实际扬程、P₁为叶轮切割后泵的实际功率、D₂'为叶轮切割后外径。

经过计算叶轮切削量，叶轮原直径 D=291.4 mm，额定功率为90 kW。

当电机电流为75 A 时，泵消耗轴功率为55.9 kW，叶轮直径 D₂=285.2 mm。

叶轮切削6.2 mm 后，经过动平衡试验等装复后的实测泵和电机振动数据见表1。

该低温淡水循环泵属于中频振动，振动速度的数值较为关键。

根据 GB/T 7021—2019《离心泵名词术语》和 GB/T 2298—2010《机械振动、冲击与状态监测词汇》，该船舶低温淡水循环泵属于第二类，泵的分类见表2。

根据 GB/T 29531—2013《泵的振动测量与评价方法》，评价泵的振动级别，该泵的振动级别为 C 类，数据合格，见表3。

2、切削后试验

机旁观察 1 号低温淡水循环泵实际工况，电机电压 700 V，电流 75 A，泵运转 24 h 后电机温度为 80.2 ℃。 

泵 出 口 压 力 F1=340 kPa，泵吸口压力F2=40 kPa，扬程 H=300 kPa。

1号低温淡水系统所有冷却设备全部运转后，淡水温度33.4℃ ；

艉 Z 推为最远端，艉 Z 推冷却水温度36.0℃，冷却水压力160 kPa，艉 Z 推电机三相绕组平均温度46℃，变压器三相绕组温度39℃。

冷却效果良好。

机旁观察2号低温淡水循环泵实际工况，电机电压700 V，电流72A，泵运转24 h 后电机温度为82℃。

泵出口压力 F1=360 kPa，泵吸口压力 F2=40 kPa，扬程 H=32 m。

2号低温淡水系统所有冷却设备全部运转后，淡水温度35.2℃；

艉侧推为最远端，艉侧推冷却水温度37.4℃，冷却水压力在160~180 kPa 波动，艉侧推电机三相绕组平均温度47℃，变压器三相绕组温度39℃。

冷却效果良好。

试验结果表明，叶轮切割后电机过载导致高温烧毁的故障得到彻底解决。

三、结束语

此次低温淡水冷却水系统故障完美解决，为同类型船的同类故障提供了案例参考。

设备管理人员平时必须加强对设备的维护保养，认真阅读并理解说明书，及时审慎处理，这样才能管理好设备，使用好设备，维护保养好设备，整体提高装备管理水平。

参考文献

[1] 杨琳 . 离心泵叶轮切割计算公式的推导 [J]. 新疆农业大学学报，2003（1）：80-83.

[2] 邵海江，向永谭 . 离心泵叶轮切割方法 [J]. 工业设计，2016（7）：186-187.

[3] 逐海堂，陈晶晶 . 离心泵叶轮切割方法及其实用性分析 [J].通用机械，2014（8）：86-88.

[4] 王承禄，孙铁，张丹 . 非设计工况下离心泵叶轮改造与流场分析 [J]. 石油化工高等学校学报，2015，28（1）：89-92.

原创作者系：

中海油田服务股份有限公司    孙　浩

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