书城工业电力变压器冷却系统设计
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第13章 变压器用油泵(3)

几何相似条件是,两个叶轮主要过流部分一切相对应的尺寸成一定的比例,所有的对应角相等。现设有两台油泵的叶轮,一个为模型油泵的叶轮,其符号以下角标m表示,另一个为实际油泵的叶轮,其符号以不带下角标表示。

运动相似的条件是,两叶轮对应点上水流的同名速度方向一致,大小互成比例。也即在相应点上油流速度三角形相似。所以,在几何相似的前提下,运动相似就是工况相似。

1.第一相似定律

第一相似定律是用来确定两台在相似工况下运行的油泵的流量之间相互关系。

2.第二相似定律

第二相似定律是用来确定两台在相似工况下运行的油泵的扬程之间的相互关系。

3.第三相似定律

第三相似定律是确定两台在相似工况下运行的油泵轴功率之间的关系。

在提升液体的密度相等时,两台相似油泵的轴功率与转速的三次方、线性比例尺的五次方成正比,与机械效率成反比。

实际应用中,如果实际油泵与模型油泵的尺寸相差不大,且转速相差也不大时,可近似地认为三种局部效率都不随尺寸而变。

5.4油泵使用说明

1.变压器油泵型号

2.变压器油泵使用条件

①环境温度:-30℃~50℃;

②输送液体:变压器油;

③变压器油泵入口油温最高:95℃最低:高于变压器油凝固点5℃;

④电源:三相交流,额定电压380V,额定频率50Hz。

⑤工作方式:联系运行。油泵轴承在正常维护保养条件下,运转寿命至少为5年,但期间要定期进行巡查。早期发现轴承异常现象的最简单的方法是检查运转有无异音。

可用5钢棒触及监听。轴承发生异音时要增加检查密度,异音越来越大时,应尽快拆卸检查。声音长期没有变化,可以判定轴承无异常。

3.油泵安装前的检查

(1)安装前在进油口处盘动叶轮,转动应轻快灵活,如有停滞或摩擦现象,必须校正叶轮偏摆,其两端密封环直径处园跳动应不超过0.1mm。

(2)检查油泵电机定子冷态绝缘电阻,用500V兆欧表测量,不低于10MΩ。

(3)叶轮旋转方向:接线盒端子U、V、W与电源A、B、C相对应,则其转向与前头所示相同,反之调相处理。

(4)油泵在空载不充油运行时应首先在进油口注入少量洁净变压器油,保证轴承的润滑,试验时间不得超过3分钟,运转时声音应均匀、和谐、无杂音。

(5)油泵安装在管路运行前,应先将内腔注满变压器油,并打开冷却器顶端高点放气塞排出空气后封好。

4.油泵保养与维护

变压器油泵解体后,重新装配时应注意以下几点:

(1)拆解现场必须清洁干燥,泵零件特别是定子表面无灰尘杂质及导电物质,以保证绝缘介电强度。

(2)重复耐电压试验为1600V/min。

(3)密封圈无老化、表面划伤,弹性良好,否则换新。

(4)油泵主要零部件止口密封处无磕碰划痕锈蚀。

(5)叶轮与轴承磨损严重时,应及时配原厂更换。

(6)装配后应经70~80℃变压器油、0.5MPa压力,历时6h的渗漏试验检查。

5.普通油泵安装尺寸

6.盘式电机油泵外形安装尺寸

7.普通油泵技术参数

8.盘式油泵技术参数

5.5国内外油泵综述

1.国内油泵

目前国内常用的变压器油泵产品主要有两类:一是普通型变压器油泵,二是盘式电机变压器油泵,特别的有升用泵和轴流泵。

普通型油泵采用派生设计的专用三相异步电动机直轴驱动叶轮,电机潜油运行,全密封设计。90年代前大量运行,国外90%左右的同类产品均为这种结构。它的主要特点是安全可靠,结构紧凑,性能稳定。在我国自50年代自制第一台引进前苏联变压器油泵以来,已经历了四代系列。QB型为第一代产品,60年代以前,该产品配转向视窗、铸铁壳体、胶板密封;YB型为第二代产品,于70年代至80年代中期,该产品铸铁壳体结构,全端双轴承,采用O型密封结构;B型为第三代产品,始于80年代中中期至90年代末,全钢板壳体复合结构;B2型为全钢板矩形流道结构B3型为全钢板模压涡形流道结构;B4型为第四代产品,是现有生产并大量选用,该产品为全钢板壳体无焊缝,或精密铸钢结构,低转速(<1000rpm)、高效率、高可靠性。

盘式电机变压器油泵的结构特点是:采用轴向气隙的感应电动机,其定子与直接嵌入油泵叶轮中的转子沿轴向耦合,其电磁作用力是轴向的,这一点类似于锥形转子的三相异步电机,因此,它非常适合做制动用的刹车电机,即:不通点时转子是一个被动的惰性轮,通电后由于轴向磁拉力,转子吸向定子,靠定转子间摩擦片耦合制动。盘式电机制成变压器油泵最先始于日本,由日本兵库县帝国电机制作所(株)生产,80年代开始传入我国,用于中国大陆和日本新干线电气化铁路车载牵引变压器,80年中期我国于湖南跃进电机厂研制生产,90年代初使用于变压器油泵,即为盘式电机变压器油泵,目前大型变压器已全面采用。因为盘式电机变压器油泵的主要优点有:

(1)盘式电机的关键技术是定、转子铁心的卷绕冲制。冲卷完成的定转子铁心下脚只有槽部分,材料利用率可以高达70%以上。

(2)盘式电机定、转子径向平面展开,不仅易于电工嵌线,而且散热条件非常好,这一点优于普通型三相异步电机。

(3)盘式电机做成变压器油泵,转子与叶轮构成一体非常紧凑,易于密封处理。轴向长度大大缩短,虽然径向较粗,但外观看起来还是比较简洁的。

(4)盘式电机适于做成多极电机,只要直径不限,做成6极、8极、10极等都很方便,适于制成低转速油泵。

2.钢板泵和精铸泵

国内油泵根据泵体形状不同通常又分为钢板泵和精铸泵,特别是电网公司和电厂等用户在订购变压器签约合同中对变压器附件项,关于油泵事宜总分不清钢板泵和精铸泵的区别。

钢板泵即壳体采用钢板卷制,手工焊接成形,其优点:与铸铁壳体相比,渗漏明显减少,重量轻。但缺点也比较明显,因为钢板较薄(常用4~6mm厚),焊接受热冷却,再受热易变形,影响壳体整机的同新度;钢板焊接后,壳体流道内部焊渣不易清理,影响清洁度;流道成方形,不规范,棱角多,阻力大,效率低,效率通常不会超过45%。整个壳体是钢板卷,全部通过手工焊接成形,因技术工艺等原因,壳体渗漏概率仍然很大。

精铸泵壳体由精密铸钢成形,泵体流道根据水力模型,圆滑过度,流道曲线为阿基米德螺旋结构,并将壳体一次性精密铸造成形,经销除应力,细化粒子组织处理不变形,不渗漏。内腔表面光滑无杂质,效率高,比钢板原高15%。

3.普通型油泵与盘式油泵性能比较

使用盘式油泵替代普通油泵时,一定要对冷却器的分控制箱的热保护过电流继电器进行整定或更换。因为盘式油泵的启动和满载电流均超过普通型油泵电流值的1.5倍以上。

4.国内外油泵性能状况

目前全世界生产变压器油泵比较有名的企业,据现有资料掌握有:日本帝国电机制作所(株)、美国克普莱·卡订诺制造厂(Manufarturing Plant Keeprite condinal)、前苏联(现是乌克兰扎不罗斯)制造厂、波兰变压器油泵厂、德国GEA、瑞典EAS、加拿大Unifin公司等比较着名。国内有浙江尔格(原为三门尔格)、长春第二电机、陕西临潼、湖南跃进、北京富特等五家公司。

从轴承先进性分析,目前国内油泵轴承精密度普遍提高到E级或D级。而加拿大Unifin公司用特殊铜轴套制作油泵的轴承,在油泵旋转时,此铜轴套的转子和轴套不接触,两者之间有一层油膜起润滑隔离作用,这样可减少相互之间的磨损带来的危害性。

从油泵寿命来分析,该油泵为国内外最先进。

从国内外技术参数指标水平分析:

(1)相同流量、扬程的泵,国内外产品的额定功率基本相等,国内尔格油泵较低,说明国内外产品在这方面水平相等。

(2)同样的额定功率,产品在运行中的耗电量可能有高有低,这就要看机组效率的高低。日本帝国电机,根据其样本提供的数据,可核算出其机组效率在40%~50%之间,不超过50%。国内一些厂家提供的效率基本与JB/T2012《变压器油泵》规定相当,有的厂提出的效率指标,比JB/T20112规定的高,而与所绘的性能曲线之间相互矛盾。机组效率是泵效率与电机效率之积,因此整机效率总比泵或电机单独的效率低,输油的效率比输水的效率又低,因为油的黏度比水的大,美国水力协会标准有黏度对泵性能影响的换算方法,其中有效率修正系数Kn,如一台泵输水时η=0.85,输油时Kη=0.85,则输油时泵效率η泵=0.85×0.85=0.7225,设所用电机额定功率为4kW,输油时电机效率为η机=0.75,这时油泵机组(整机)的效率η=η泵·η机-7225×0.75=0.542,由此可见机组效率超过50%是有可能的,但泵与电机的效率都高于80%以上。如果泵效率达不到0.85,只能达到0.5~0.7,那么机组效率就达不到50%。

(3)外形尺寸及重量。相同性能的泵,其外形尺寸和重量,国内外相比,国外产品尺寸和重量都较小,虽然国内产品尺寸和重量都稍大一些,但机组经过试制改进,可以达到与国外基本相同的指标。

(4)壳体的渗漏试验压力根据JB/T20112-1999标准,日本帝国电机制作所,标准规定均为0.5MPa,;历时6h密封试验,无渗漏。而美国、法国、德国、加拿大方面规定0.35MPa,为此,无论铸钢、铸铁、钢板焊接,不仅能承受,且有相当大的裕量,无所谓先进落后,只要在运行中保证不渗漏即可。

5.6变压器用其他型号油泵

变压器除了冷却器常用的普通油泵和盘式油泵外,还有片式散热上用的升降泵、轴流泵、混流泵,以及牵引变压器上用的电力机车油泵。

1.升降泵

SZB型变压器油泵(又称为升降泵),广泛适用于变压器片式散热器上。根据变压器负载的变化,散热器可进行强油循环风冷、自然循环风冷等形式。该油泵结构紧凑,体积小,重量轻,使用灵活方便,消耗功率小,运行安全可靠,维修简单,寿命长。

使用条件:

(1)海拔高度:不超过1000m;

(2)环境温度:-25℃~+40℃;

(3)输送液体:变压器油;

(4)电源:三相交流,额定电压380V,频率50Hz;

(5)工作方式:连续运行;

从进口方向看泵的旋转方向为逆时针方向。

2.轴流泵

BZ型轴流泵主要用于大型电力变压器片散冷却中,当油泵运转时,起强迫油循环作用,当油泵不转时,油泵兼作管路,由变压器油自然冷却。

3.电力机车油泵

电力机车变压器油泵运行于运动中的电力机车上,要求抗冲击和防振动性能强,防护等级高,一般为户内使用。

电力机车牵引变压器油泵为壳体与电动机组合一体的结构形式。油泵部分:采用离心式泵,叶轮直接安装在电机轴端,靠叶轮旋转的离心力作用产生压差。泵壳将工作轮排出的高速汇流动能转化成压力,迫使变压器油进行循环。电动机部分:采用潜油结构,并进行特殊设计,以平衡电压、电流、频率的波动所带来的不良影响,并按轴功率配用电机,并能在入口油温不超过80℃的热变压器油内长期运行,电机热量一分部经油热量传给机壳,机壳将热散发到周围的空气中,但主要部分经泵壳的高压区,由前轴承座上的几个进油孔将油压入机壳内,而后油受叶轮负压作用,经轴中心回油孔至前轴承流回叶轮入口处,从而使油周而复始进行循环冷却,保证散热性良好。壳体与机座采用特种钢板材质焊接加工成型,防渗漏能力强。电磁线采用航空用的特种电磁线,轴承采用E级滚动轴承,前后端均为E308Z,使用寿命长。