一种立式屏蔽电机换热器故障处理装置及使用方法

1.本发明属于电机冷却系统热控制与热管理安全技术领域，具体涉及一种立式屏蔽电机换热器故障处理装置及使用方法。


背景技术：

2.屏蔽电机是用于输送剧毒性、腐蚀性、放射性、易燃易爆、贵重液体以及泄漏后会造成重大危害液体的一种电机，广泛应用于核电、化工等领域。屏蔽电机冷却一般采用一、二次双冷却水系统设计，电机内部旋转辅叶轮驱动的一次冷却水，一次冷却水在电机内部吸收定转子屏蔽套、定子绕组、铁心等部件的热量，同时润滑轴承，一次冷却水离开电机进入换热器后，把热量放出，传递给换热器中的二次冷却水，换热器采用螺旋管直接缠绕在机壳外侧，起到强化换热作用，是近期屏蔽电机发展的重点方向。
3.屏蔽电机正常运行时，二次冷却水通过换热器进口法兰进入到换热器上部由螺旋管及内外罩板围成的螺旋槽内，由上至下流动，吸收机壳及螺旋管内一次冷却水的热量，最终进入到换热器底部，通过换热器二次冷却水出口法兰，流出换热器，完成电机的冷却。
4.当立式屏蔽电机换热器故障，如换热器二次冷却水断供时，换热器二次冷却水进出口阀门关闭，螺旋槽内二次冷却水流速为零，即“死水”状态，此时，电机仍然正常运行，电磁损耗发热现象仍在进行，一次冷却水在电机内部及螺旋管内正常循环，但换热器二次冷却水路故障，无法实现一次冷却水和二次冷却水的常规热量交换，将导致电机的一次冷却水温度连续升高，当其温度过高时会导致电机出现损坏，甚至出现更严重的安全问题，所以，针对该种情况，必须改善二次冷却水的水循环，加强一次冷却水与二次冷却水之间的传热，给解决故障预留更长的时间。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种立式屏蔽电机换热器故障处理装置及使用方法。
6.本发明的具体内容如下：
7.一种立式屏蔽电机换热器故障处理装置及使用方法，它包括机壳、换热器、储水容器、引线、机壳上锻件、电机一次冷却水进口管、换热器二次冷却水进口法兰、换热器二次冷却水出口法兰、电机一次冷却水进口、换热器二次冷却水进口阀门、换热器二次冷却水出口阀门、旁路供水装置、螺旋管、螺旋槽、内外罩板、空气腔、水腔、环形隔板、圆形连通孔、上升管、下降管、温度水量调节阀、感温包、液位计、储水容器进口及截止阀，其特征在于：换热器由内外两层螺旋管缠绕而成，螺旋管及内外罩板之间围成的水道为螺旋槽，螺旋槽同样为内外两层，螺旋槽内为二次冷却水，四根螺旋管及螺旋槽均并联，四根螺旋管与电机一次冷却水进口管连接。引线引出位置及换热器的上方与电机一次冷却水进口的下方之间，机壳上锻件外侧固定设置360
°
环形储水容器，储水容器内设置环形隔板，将储水容器分成两个独立且连通的空气腔和水腔，环形隔板上部开设直径与上升管流通截面积相同的两个圆形
连通孔，通过这两个圆形连通孔，使得空气腔和水腔相互连通，且空气腔的体积是水腔体积的四分之一或更小倍数，电机一次冷却水进口管穿过空气腔，水腔上安装液位计，给水水位上限距环形隔板圆形连通孔一定距离，储水容器下端壁面与换热器上端壁面之间通过两根下降管和两根上升管连接，上升管与下降管等径，两根下降管均设置在水腔底部，水腔内的冷水在重力和密度差作用下，流入到下降管内，进入指定的螺旋槽内向下流动；两根上升管均设置在空气腔上，密度小的热水上升，分别进入指定的内层螺旋槽及外层螺旋槽内，在浮升力作用下向上流动，通过两根上升管进入空气腔内，形成冷却水的自然对流循环冷却换热作用。两根下降管上均布置安装温度水量调节阀，通过感温包检测水温来控制阀门的开度，感温包放置在换热器二次冷却水出口法兰下部，上升管上无需安装阀门，上升管、下降管及圆形连通孔均设置在相同圆周角位置，储水容器进口位置设置在换热器二次冷却水进口阀门前方相同圆周角处，在换热器二次冷却水进口管路上设置旁路供水装置，旁路上设置截止阀。
8.电机启动时，旁路供水装置经储水容器进口向水腔供水，水腔的水位上限在圆形连通孔的下边缘，有一下移空间距离，当水腔内的冷却水达到水位上限，关闭旁路供水装置上的截止阀，然后开启换热器二次冷却水进口阀门，二次冷却水正常连续不断的向换热器供水。
9.电机正常运行时，空气腔内为空气，使机壳上锻件与水腔不直接接触，起到隔热作用，且机壳上锻件一次冷却水进口管穿过空气腔，避免了其内部的一次冷却水将热量传递给水腔中的低温水，防止减小水自然循环的动力。
10.当立式屏蔽电机换热器故障时，如换热器二次冷却水停供故障出现时，两根下降管上的温度水量调节阀打开，水腔内的冷水通过下降管进入指定的换热器内外层螺旋槽内，吸收一次冷却水及机壳的热量后，进入指定的换热器内外层的螺旋槽内，最终冷却水通过上升管进入到空气腔，作为水的中转容器，待水位高度超过中间环形隔板上部的圆形连通孔下边缘，重新流入水腔，储水容器内的冷却水完成一次内部自然循环，强化冷却了螺旋管内一次冷却水，可延长一次润滑水达到警报温度的时间，提高系统的热安全性。
11.当故障解除，换热器二次冷却水进口阀门和换热器二次冷却水出口阀门打开，换热器强制水循环恢复，空气腔及水腔内的热水因为重力作用通过下降管和上升管流入到换热器中，换热器螺旋槽内的二次冷却水在外部二次冷却水供水系统压力作用下，将全部从换热器二次冷却水出口法兰流出换热器，待空气腔及水腔内的热水水位为零后，排放完成，冷却水不再向上流动，自然水循环消失，手动调节温度水量调节阀到合适温度，使得阀门处于关闭状态，然后，打开储水容器旁路供水装置上的截止阀，向水腔供水，通过液位计判断水腔内冷却水是否达到充水量上限，达到上限关闭截止阀，为下次故障做好准备。尤其应当说明的是，当立式屏蔽电机换热器故障时，螺旋槽中二次冷却水的温度差、高度差总是存在，循环动力一直存在，这样可以继续进行下一次循环，直到故障结束。
12.本发明提供了一种立式屏蔽电机换热器故障处理装置及使用方法。具备以下有益效果：
13.1.在电机机壳外布置换热器，换热器由内外两层螺旋管缠绕而成，螺旋管及内外罩板之间围成的水道为螺旋槽，螺旋槽同样为内外两层，螺旋槽内为二次冷却水，四根螺旋管及螺旋槽均并联，螺旋管与螺旋槽在离心力作用下均具有强化换热的特点，保证了一次
冷却水的充分散热；
14.2.该立式屏蔽电机上锻件外侧设置有储水容器，使得二次冷却水储水量增加，总的循环水流量增加，且高处的储水容器与低处的换热器之间的高度增加，加速冷却水自然循环的流动，使得立式屏蔽电机冷却系统的冷却效果更好；
15.3.该立式屏蔽电机机壳上锻件处一次冷却水进口管穿过空气腔，当立式屏蔽电机换热器故障时，换热器内的热水通过上升管进入空气腔内，此时的热水较一次冷却水进口管内的一次冷却水进口温度低，空气腔内的热水继续冷却一次冷却水，继而降低了机壳上锻件处电机一次冷却水的进口温度，增强了电机内部的冷却效果。
16.4.当电机正常运行时，该立式屏蔽电机的储水容器中的空气腔内为空气，起到隔绝电机机壳及一次冷却水进水管热量的作用，当立式屏蔽电机换热器故障时，空气腔则变为循环水的一个暂时的存储空间，即水的中转容器，并形成一个连续的水循环，且把高温水和低温水分开。
17.5.该立式屏蔽电机的储水容器中的水腔内为冷水，当立式屏蔽电机换热器故障时，换热器内的二次冷却水水温升高，利用水腔内的冷水和换热器中的热水的高低温水的密度差，加速冷却水自然循环的流动，并且延缓了一次冷却水润滑失效的时间，为屏蔽电机抢修赢得了宝贵的时间，提高系统的热安全性。
附图说明
18.图1为本发明结构总体示意图；
19.图2为本发明中换热器的局部剖视图；
20.图3为本发明中省略电机及换热器之外的储水容器剖视图；
21.图4为本发明中内层螺旋管及下降管布置示意图；
22.图5为本发明中外层螺旋管及下降管布置示意图；
23.图6为本发明中省略电机及换热器之外的储水容器周向位置关系示意图。
24.图中：1、机壳；2、换热器；3、储水容器；4、引线；5、机壳上锻件；6、电机一次冷却水进口管；7、换热器二次冷却水进口法兰；8、换热器二次冷却水出口法兰；9、电机一次冷却水进口；10、换热器二次冷却水进口阀门；11、换热器二次冷却水出口阀门；12、旁路供水装置；3-1、空气腔；3-2、水腔；3-3、环形隔板；3-4、圆形连通孔；3-4-1、1号圆形连通孔；3-4-2、2号圆形连通孔；3-5、上升管；3-5-1、1号上升管；3-5-2、2号上升管；3-6、下降管；3-6-1、1号下降管；3-6-2、2号下降管；3-7、温度水量调节阀；3-8、感温包；3-9、液位计；12-1、储水容器进口；12-2、截止阀；2-1、内层1号螺旋管；2-2、内层2号螺旋管；2-3、内层1号螺旋槽；2-4、内层2号螺旋槽；2-5、外层1号螺旋管；2-6、外层2号螺旋管；2-7、外层1号螺旋槽；2-8、外层2号螺旋槽；2-9、内罩板；2-10外罩板。
具体实施方式
25.为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明专利，但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明专利的范围，此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明专利的概念。
26.实施例：如图1、图2、图3、图4、图5及图6所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种立式屏蔽电机换热器故障处理装置及使用方法，它包括机壳1、换热器2、储水容器3、引线4、机壳上锻件5、电机一次冷却水进口管6、换热器二次冷却水进口法兰7、换热器二次冷却水出口法兰8、换热器二次冷却水进口阀门10、换热器二次冷却水出口阀门11、旁路供水装置12。换热器2包括：内层1号螺旋管2-1、内层2号螺旋管2-2、内层1号螺旋槽2-3、内层2号螺旋槽2-4、外层1号螺旋管2-5、外层2号螺旋管2-6、外层1号螺旋槽2-7、外层2号螺旋槽2-8、内罩板2-9及外罩板2-10。储水容器3包括：空气腔3-1、水腔3-2、环形隔板3-3、圆形连通孔3-4、1号圆形连通孔3-4-1、2号圆形连通孔3-4-2、上升管3-5、1号上升管3-5-1、2号上升管3-5-2、下降管3-6、1号下降管3-6-1、2号下降管3-6-2、温度水量调节阀3-7、感温包3-8、液位计3-9、旁路供水装置12、储水容器进口12-1及截止阀12-2。在机壳1外布置换热器2，换热器2由四根螺旋管缠绕而成，且四根螺旋管双侧并联，保证了一次冷却水的充分散热，换热器内层螺旋管单根长度小于外层螺旋管单根长度，螺旋管弯管半径不小于100mm(内径)，盘管螺距40mm，螺旋槽由螺旋管、机壳1、内罩板2-9及外罩板2-10围成，内层1号螺旋管2-1与内层2号螺旋管2-2、机壳1及内罩板2-9之间为内层1号螺旋槽2-3，内层2号螺旋管2-2与内层1号螺旋管2-1、机壳1及内罩板2-9之间为内层2号螺旋槽2-4；外层1号螺旋管2-5与外层2号螺旋管2-6、内罩板2-9及外罩板2-10之间为外层1号螺旋槽2-7，外层2号螺旋管2-6与外层1号螺旋管2-5、内罩板2-9及外罩板2-10之间为外层2号螺旋槽2-8，内层1号螺旋槽2-3、内层2号螺旋槽2-4、外层1号螺旋槽2-7及外层2号螺旋槽2-8内为二次冷却水，内层1号螺旋管2-1、内层2号螺旋管2-2、外层1号螺旋管2-5、外层2号螺旋管2-6内为一次冷却水，内层1号螺旋管2-1与电机一次冷却水第一进口管6-1连接；内层2号螺旋管2-2与电机一次冷却水第二进口管6-2连接；外层1号螺旋管2-5与电机一次冷却水第三进口管6-3连接；外层2号螺旋管2-6与电机一次冷却水第四进口管6-4连接。引线4引出位置及换热器2的上方与电机一次冷却水进口9的下方之间，机壳上锻件5外侧固定设置360
°
环形储水容器3，储水容器3内设置环形隔板3-3，将储水容器3分成两个独立且连通的空气腔3-1和水腔3-2，且空气腔3-1的体积是水腔3-2体积的四分之一，电机一次冷却水进口管6穿过空气腔3-1，水腔3-2上安装液位计3-9。储水容器3下端壁面与换热器上端壁面之间通过两根上升管3-5和两根下降管3-6连接，两根下降管上安装温度水量调节阀3-7，温度水量调节阀3-7上的感温包3-8安装在换热器二次冷却水出口法兰8的下部，上升管上无需安装阀门。两根下降管3-6均设置在储水容器3的水腔底部，其中1号下降管3-6-1固定设置在内层螺旋管上方，即圆周角-36
°
处，至内层1号螺旋管2-1和内层2号螺旋管2-2之间，使得水腔3-2中的冷却水通过重力和密度差作用下，流入到1号下降管3-6-1内进入指定的内层1号螺旋槽2-3内流动；2号下降管3-6-2固定设置在外层螺旋管上方，即圆周角36
°
处，至外层1号螺旋管2-5和外层2号螺旋管2-6之间，使得水腔3-2内的冷却水通过重力和密度差作用下，流入到2号下降管3-6-2内进入指定的外层1号螺旋槽2-7内流动，冷却水在浮升力作用下向上流动，分别进入内层2号螺旋槽2-4及外层2号螺旋槽2-8内，通过上升管3-5进入空气腔3-1内，形成冷却水的自然对流换热作用。两根上升管3-5均设置在空气腔3-1部，且上升管3-5上不设置阀门，其中1号上升管3-5-1固定设置在内层2号螺旋槽2-4上方，即圆周角-36
°
处，2号上升管3-5-2固定设置在外层2号螺旋槽2-8上方，即圆周角36
°
处，即1号上升管3-5-1与1号下降管3-6-1在同一圆周位置，2号上升管3-5-2与2号下降管3-6-2在同一圆周位置。储水容器3内的环形隔板3-3
上部开设直径与上升管3-5流通截面积相同的两个圆形连通孔3-4，1号圆形连通孔3-4-1圆周方向开设位置与1号上升管3-5-1及1号下降管3-6-1相同，2号圆形连通孔3-4-2圆周方向开设位置与2号上升管3-5-2及2号下降管3-6-2相同，且圆形连通3-4均距储水容器3顶部留有一定距离。换热器二次冷却水进口阀门10前连接管相同圆周角处，安装旁路供水装置12，通过储水容器进口12-1向水腔3-2供水，旁路供水装置12上设置截止阀12-2。
27.电机启动时，旁路供水装置12经储水容器进口12-1向水腔3-2供水，水腔3-2的水位上限在1号圆形连通孔3-4-1及2号圆形连通孔3-4-2下边缘，有一下移空间距离，当水腔3-2内的冷却水达到水位上限，关闭旁路供水装置12上的截止阀12-2，然后开启换热器二次冷却水进口阀门10，二次冷却水正常连续不断的向换热器2供水。
28.电机正常运行时，空气腔3-1内为空气，起到隔热及防止冷热水在储水容器3内直接混合，电机一次冷却水进口管6穿过空气腔3-1，防止一次冷却水将热量传递给水腔3-2，下降管3-6的温度水量调节阀3-7关闭，换热器2内的二次冷却水及螺旋管中的一次冷却水及正常流动，实现强制循环冷却。
29.当立式屏蔽电机换热器故障时，如换热器二次冷却水停供故障，换热器二次冷却水进口阀门10和换热器二次冷却水出口阀门11关闭，电机仍然正常运行，温度水量调节阀3-7通过感温包3-8检测到换热器2的二次冷却水水温异常，此时，两根下降管3-6上的温度水量调节阀3-7打开，水腔3-2内的冷水通过下降管3-6进入换热器内层1号螺旋槽2-3及外层1号螺旋槽2-7内，吸收一次冷却水及机壳1的热量后，冷却水在浮升力的作用下向上流动，进入换热器的内层2号螺旋槽2-4和外层2号螺旋槽2-8内，最终冷却水通过1号上升管3-5-1及2号上升管3-5-2进入到空气腔3-1内，待水位高度达到并超过中间环形隔板3-3上部的1号圆形连通孔3-4-1和2号圆形连通孔3-4-2下边缘位置，重新进入水腔3-2，完成一次储水容器产生的二次冷却水流动内部自然循环，进而循环冷却电机，延长一次润滑水达到警报温度的时间，提高系统的热安全性。
30.当故障解除，换热器二次冷却水进口阀门10和换热器二次冷却水出口阀门11打开，换热器2强制水循环恢复，手动调节下降管3-6上的温度水量调节阀3-7上的温度，使得温度水量调节阀门3-7常开，空气腔3-1及水腔3-2内的热水因为重力作用通过1号下降管3-6-1、2号下降管3-6-2、1号上升管3-5-1及2号上升管3-5-2流入到换热器2中，换热器螺旋槽内的二次冷却水在外部二次冷却水供水系统压力作用下，将全部从换热器二次冷却水出口法兰8流出换热器，待空气腔3-1及水腔3-2内的热水排放完成，手动调节温度水量调节阀3-7到合适温度，使得温度水量调节阀3-7处于关闭状态，此时打开换热器二次冷却水进口阀门10前方旁路供水装置12上的截止阀12-2，通过储水容器进口12-1向水腔3-2供水，通过液位计3-9来确定水腔3-2内冷却水达到充水量上限后，关闭截止阀12-2，为下次故障做好准备。
31.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。