潘志偉

摘要：“唐絞2008”輪領(lǐng)先采用國內(nèi)制造的3kV高壓大功率潛沒式水下泥泵電動機，與水下泥泵配套使用。以此為例，介紹高壓大功率潛水電動機結(jié)構(gòu)、性能、特點，以及在挖泥船上的應(yīng)用管理，旨在拋磚引玉，進一步提升疏浚企業(yè)的船舶設(shè)備管理水平，提高船舶施工效率。

關(guān)鍵詞：高壓潛水電動機 絞吸挖泥船 使用管理

1 概述

“唐絞2008”輪為2 500m3/h非自航絞吸挖泥船，是上海航道局為了進一步拓展國內(nèi)疏浚市場，于2006年為所屬的唐山疏浚公司設(shè)計，并于 2008年建造完工；高壓潛水電動機使用至今，工況良好。

船舶在橋架中部內(nèi)設(shè)一臺高壓潛水電動機（型號YQNWF-1700/16、電壓3kV、功率1 700kW、H級絕緣、IP68防護等級）和一臺水下泥泵（清水流量Q=9 000m3/h，n=400rpm，電機N=1 700kW），潛水電動機經(jīng)聯(lián)軸節(jié)直接驅(qū)動水下泥泵。

高壓潛水電動機采用電軸系統(tǒng)一對一供電原則驅(qū)動，即水下泥泵發(fā)電機通過高壓電纜以一對一的方式向高壓潛水電動機供電驅(qū)動。

機艙內(nèi)，水下泥泵柴油發(fā)電機組的柴油機通過低速強勵磁啟動水下泥泵發(fā)電機，隨著柴油機逐漸升速，潛水電動機的轉(zhuǎn)速也隨之升高，控制電網(wǎng)頻率與電壓之比始終保持為一常數(shù)，在改變柴油機轉(zhuǎn)速的情況下達到電動機變頻調(diào)速效果（該驅(qū)動型式為國外先進挖泥船普遍采用的水下泥泵控制方法）。

2 高壓潛水電動機的結(jié)構(gòu)性能特點

2.1高壓潛水電動機的基本結(jié)構(gòu)

目前，市場上，陸上、水下使用大功率電動機一般選用3-6kV鼠籠式交流異步電動機較多，其基本結(jié)構(gòu)一樣（見圖1和圖2），由定子（固定部分）和鼠籠式轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動部分）兩大部分組成，機體表面均有散熱片結(jié)構(gòu)。

2.2高壓潛水電動機的結(jié)構(gòu)特點

（1） 耐腐蝕

電機的機殼、端蓋采用耐腐蝕鋼板焊接而成，涂覆優(yōu)質(zhì)抗腐蝕瀝青漆，以保證電機外殼不被海水侵蝕，所有緊固件均采用304不銹鋼材質(zhì)。

（2）絕緣要求高

潛水電機采用H級絕緣材料浸漆3遍作為主絕緣，定子浸漆采用真空浸漆方式，以保證電機在高溫（180℃）條件下的絕緣性能和繞組的機械強度正常，確保潛水電機運行可靠。

（3）密封要求高

電機采用復式密閉結(jié)構(gòu)，分成電機內(nèi)腔、隔離室、接線箱幾個腔體。各腔體采用動密封和靜密封結(jié)合的方式密封，靜密封采用密封膠條和密封膠密封；動密封采用機械密封和尾軸油封相結(jié)合的方式，以機械密封為主，油封為輔。電機內(nèi)腔和隔離室內(nèi)均充滿液壓油，電機外裝有高位重力油箱，確保電機內(nèi)部的油壓高于外部的水壓，防止水滲入潛水電動機內(nèi)部。

（4）防護等級高

IP68。

（5）內(nèi)部保護措施全

電機內(nèi)部設(shè)有電機過熱保護傳感器，軸承溫度傳感器，電機內(nèi)腔、隔離室、接線箱設(shè)有進水報警傳感器；各種報警傳感器所傳送的信號，均輸送到電軸控制柜內(nèi)的電機保護器及顯示儀表上，根據(jù)工況發(fā)出指令。

（6）系統(tǒng)還對電機設(shè)有安全運行保護

1.15倍過電壓瞬時動作保護，1.2倍過電流瞬時動作保護，1.1倍過電流3分鐘延時動作保護，電機繞組高溫延時保護，電機進水保護。

（7）電機還安裝了絕緣監(jiān)測裝置，能及時在兆歐表上關(guān)注電機的絕緣電阻變化，起到報警作用。

（8）為防止電機啟動過熱，電動機還設(shè)有二次啟動的時間間隔控制裝置（設(shè)定值為5min）。

2.3 高壓潛水電動機的冷卻結(jié)構(gòu)特點

（1）利用水介質(zhì)來冷卻電機表面溫度。

（2）利用水或空氣介質(zhì)先冷卻電機液壓油循環(huán)管路內(nèi)的液壓油，再由液壓油來冷卻電機溫度。

（3）為了滿足在高溫和低溫環(huán)境中工作，更好地提高電動機工作效率和時間利用率，我們在電動機液壓油管系上加裝一套“液壓油散熱和預(yù)熱裝置”（液壓油通過電機內(nèi)腔底部—過濾器—循環(huán)油泵—散熱器—預(yù)熱器—高位重力油箱—電機內(nèi)腔上部循環(huán)）。

該裝置特點：

① 在高溫環(huán)境中，散熱器先冷卻液壓油，再由液壓油來冷卻電機溫度；提高了電機的散熱效果。

② 在低溫環(huán)境中（低于-15℃），預(yù)加熱器先加熱液壓油，再由液壓油來提高電機啟動時的溫度； 提高了電機的時間利用率。

③ 在正常施工中，該裝置還能保持電動機滿負荷工作的最佳溫度（70℃～80℃），提高了電機的施工效率。

2.4高壓潛水電動機的性能特點

（1）由于高壓大功率潛水電動機的工作電流比常用的380V電機電流小得多，從而使高壓電機的體積大大減??；節(jié)約了電機安裝空間，降低了設(shè)備的成本。

（2）由于潛水電動機與高壓發(fā)電機功率接近，從而減小了發(fā)電柴油機的能耗備用功率，降低了柴油機的燃潤油消耗成本等。

（3）潛水電動機控制系統(tǒng)比液體油馬達系統(tǒng)簡單方便，控制速度快，使用效率高，運行時間長，維護管理簡單。

（4）高壓潛水電動機直接通過聯(lián)軸節(jié)來驅(qū)動水下泥泵或絞刀頭，節(jié)省了以往傳動的長軸、軸承座、齒輪箱及輔助設(shè)備，減少了電機在驅(qū)動負荷過程中的能量損失，提高了傳動效率。

（5）高壓潛水電動機具有結(jié)構(gòu)合理、安裝方便、性能可靠特點，是長期工作于水下環(huán)境的理想驅(qū)動設(shè)備。

2.5高壓潛水電動機的電軸系統(tǒng)

為了提高高壓大功率異步電動機的啟動、運行、控制、保護性能，船上采用一種新型的電機電軸控制系統(tǒng)。電軸系統(tǒng)設(shè)備主要包括（水下泥泵用的）高壓潛水交流異步電動機、高壓同步發(fā)電機、電軸控制柜、高壓接線箱、中性點接地屏及高壓專用電纜組成（見圖3）。

電軸系統(tǒng)作用：水下泥泵發(fā)電機通過高壓電纜以一對一的方式向高壓潛水電動機供電驅(qū)動。

電軸系統(tǒng)特點：系統(tǒng)發(fā)電機專為潛水電動機供電使用，無需斷路器及其他連接，不作為電網(wǎng)用電，系統(tǒng)較好地解決了同船不同電壓等級設(shè)備的用電問題；該電軸系統(tǒng)是一種很獨特的交流電動機的起動方式，帶有小范圍的調(diào)速性能，效率較高，配置方便的一種電氣傳動型式，通過降低柴油轉(zhuǎn)速來降低發(fā)電機的頻率，來實現(xiàn)電動機在低壓低頻的條件下起動，在改變柴油機轉(zhuǎn)速的情況下達到電動機變頻調(diào)速效果。

電軸系統(tǒng)特別適合工程船舶疏浚設(shè)備的驅(qū)動電動機，目前已廣泛用于疏浚工程船舶。

3 高壓潛水電動機在挖泥船上的應(yīng)用管理

隨著國內(nèi)沿海、島嶼填海造地開發(fā)建設(shè)，航道挖深和疏浚維護的需求增大，我國疏浚行業(yè)也根據(jù)市場的發(fā)展需求，不斷地在建造一系列設(shè)施先進的大型耙吸式、絞吸式挖泥工程船。這樣，高壓潛水電動機也不斷地在絞吸挖泥船（在絞吸船上應(yīng)用于水下泥泵和絞刀頭的驅(qū)動）、耙吸挖泥船以及海底采礦工程船、海底電纜鋪設(shè)工程船、煤礦水下采挖等行業(yè)得到應(yīng)用。同時高壓潛水電動機制造行業(yè)也隨著國內(nèi)外市場的需求也得到了開發(fā)、制造，其技術(shù)性能也在不斷的完善。

為了確保高壓潛水電動機在挖泥船上安全運行，我們需做好電軸系統(tǒng)設(shè)備的檢查、使用、維護、管理工作。

（1）首先船舶應(yīng)根據(jù)電軸系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)要求和施工情況制訂和完善“設(shè)備的操作規(guī)程和管理制度”。

（2）做好電軸系統(tǒng)設(shè)備的日、周、月、季、年的“養(yǎng)護計劃”和“完工記錄”。

（3）做好電軸系統(tǒng)設(shè)備的型號、性能參數(shù)及設(shè)備重大維修、配件更換、運行時間等“檔案記錄”工作。

（4）定期對電機液壓油進行理化和光鐵譜化驗；油超標需進行過濾或換油處理。

（5）潛水電動機在啟動運行過程中的注意事項：

① 潛水電動機啟動前：檢查電機高位油箱油位是否正常；盡可能讓電機浸沒在水中，提高電機的冷卻效果。

② 在寒冷環(huán)境中：提前1小時啟動電機內(nèi)腔液壓油循環(huán)油泵，觀察真空表情況；開啟預(yù)加熱器對電機液壓油加熱來提高電動機啟動時的運行溫度。

③ 潛水電動機采用電軸控制系統(tǒng)啟動運行：備車后，先啟動水下泵發(fā)電柴油機轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速40%左右（柴油機的啟動轉(zhuǎn)速），穩(wěn)定運行后，再啟動電軸控制柜按鈕開關(guān)給發(fā)電機施加強勵磁（發(fā)電機勵磁電流由船上380V電源經(jīng)電軸控制柜供給），通過控制發(fā)電機的勵磁電流來形成閉環(huán)系統(tǒng)；發(fā)電機在額定勵磁狀態(tài)下按設(shè)計值輸出電壓，潛水電動機在此電壓下啟動并驅(qū)動水下泥泵運轉(zhuǎn)；隨著發(fā)電柴油機緩慢的調(diào)到額定轉(zhuǎn)速時，潛水電機也同步加速到額定轉(zhuǎn)速；空載運行10分鐘開始挖泥，使電機油溫平穩(wěn)上升。剛開始挖泥的時候濃度控制在25%以下，待電機油溫上升到25℃時正常挖泥，使泥漿濃度控制在60%之內(nèi)。在啟動運行時，要觀察電流表，使電流不超出設(shè)計范圍。

④ 為防止電機啟動過熱，禁止頻繁起動，每次起動時間間隔應(yīng)在20分鐘以上。

⑤ 潛水電動機穩(wěn)定運行后：經(jīng)常觀察儀表上的運行參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)；觀察潛水電動機是否有異常振動和異常聲響，觀察高位油箱油位是否正常和水下電機處是否有油花漂浮到水面，防止電機軸封和管路接頭等漏油。

⑥ 對于潛水電動機內(nèi)部進水故障要視進水的部位區(qū)別處理。當顯示為隔離室進水時，電機尚可運行，但要提前做好電機檢修的準備工作；當顯示電機內(nèi)腔進水時，必須立即停止電機的運行做檢修處理（防止電機內(nèi)部短路擊穿燒壞）。

⑦ 觀察電機絕緣電阻變化，定期檢測電機絕緣情況。（電機絕緣低的主要因素：電機內(nèi)進水，軸承磨損產(chǎn)生導電的金屬微粒，液壓油系統(tǒng)內(nèi)混入外界的導電物，絕緣漆的脫落，轉(zhuǎn)子與定子的碰擦等。）

⑧ 駕駛臺操作人員在施工過程中如發(fā)現(xiàn)水下泵電軸系統(tǒng)報警指示，立即采取脫泵處理，然后采取降速等穩(wěn)定措施并與機艙當班人員聯(lián)系及時處理。

⑨ 電動機在運轉(zhuǎn)過程中如發(fā)現(xiàn)有突變報警時，機艙當班人員應(yīng)立即在電軸控制柜前手動脫泵處理，然后通知駕駛臺采取相應(yīng)的降速等措施，并通知電機員到場處理檢查。

船舶管理人員在日常管理中，必須認真負責，嚴格遵守電軸系統(tǒng)設(shè)備的操作規(guī)程和管理制度，通過觀察和檢查及時發(fā)現(xiàn)和處理相關(guān)問題，才能確保設(shè)備的安全運行，提高施工效率。

4結(jié)束語

高壓潛水電動機在挖泥船上不斷地得到應(yīng)用和科學管理，其目的是降低船舶設(shè)備成本和管理成本，提高挖泥船的施工效率。同時也促進國內(nèi)生產(chǎn)的高壓潛水電動機產(chǎn)品和技術(shù)得到進一步發(fā)展和提高。

參考文獻：

[1]“唐絞2008”輪船舶相關(guān)資料.

[2]“天津市普友機電設(shè)備制造有限公司”制造的 YQNWF-1700/16潛沒式水下泥泵電動機的相關(guān)資料.