1、1高压潜水电动机在绞吸挖泥船上的应用管理摘要：“唐绞 2008”轮领先采用国内制造的 3kV 高压大功率潜没式水下泥泵电动机，与水下泥泵配套使用。以此为例，介绍高压大功率潜水电动机结构、性能、特点，以及在挖泥船上的应用管理，旨在抛砖引玉，进一步提升疏浚企业的船舶设备管理水平，提高船舶施工效率。 关键词：高压潜水电动机 绞吸挖泥船 使用管理 1 概述 “唐绞 2008”轮为 2 500m3/h 非自航绞吸挖泥船，是上海航道局为了进一步拓展国内疏浚市场，于 2006 年为所属的唐山疏浚公司设计，并于 2008 年建造完工；高压潜水电动机使用至今，工况良好。 船舶在桥架中部内设一台高压潜水电动机（型
2、号 YQNWF-1700/16、电压 3kV、功率 1 700kW、H 级绝缘、IP68 防护等级）和一台水下泥泵（清水流量 Q=9 000m3/h，n=400rpm，电机 N=1 700kW） ，潜水电动机经联轴节直接驱动水下泥泵。 高压潜水电动机采用电轴系统一对一供电原则驱动，即水下泥泵发电机通过高压电缆以一对一的方式向高压潜水电动机供电驱动。 机舱内，水下泥泵柴油发电机组的柴油机通过低速强励磁启动水下泥泵发电机，随着柴油机逐渐升速，潜水电动机的转速也随之升高，控制电网频率与电压之比始终保持为一常数，在改变柴油机转速的情况下达到电动机变频调速效果（该驱动型式为国外先进挖泥船普遍采用的水2下
3、泥泵控制方法） 。 2 高压潜水电动机的结构性能特点 2.1 高压潜水电动机的基本结构 目前，市场上，陆上、水下使用大功率电动机一般选用 3-6kV 鼠笼式交流异步电动机较多，其基本结构一样（见图 1 和图 2） ，由定子（固定部分）和鼠笼式转子（转动部分）两大部分组成，机体表面均有散热片结构。 2.2 高压潜水电动机的结构特点 （1） 耐腐蚀 电机的机壳、端盖采用耐腐蚀钢板焊接而成，涂覆优质抗腐蚀沥青漆，以保证电机外壳不被海水侵蚀，所有紧固件均采用 304 不锈钢材质。（2）绝缘要求高 潜水电机采用 H 级绝缘材料浸漆 3 遍作为主绝缘，定子浸漆采用真空浸漆方式，以保证电机在高温（180）条
4、件下的绝缘性能和绕组的机械强度正常，确保潜水电机运行可靠。 （3）密封要求高 电机采用复式密闭结构，分成电机内腔、隔离室、接线箱几个腔体。各腔体采用动密封和静密封结合的方式密封，静密封采用密封胶条和密封胶密封；动密封采用机械密封和尾轴油封相结合的方式，以机械密封为主，油封为辅。电机内腔和隔离室内均充满液压油，电机外装有高位重力油箱，确保电机内部的油压高于外部的水压，防止水渗入潜水电动3机内部。 （4）防护等级高 IP68。 （5）内部保护措施全 电机内部设有电机过热保护传感器，轴承温度传感器，电机内腔、隔离室、接线箱设有进水报警传感器；各种报警传感器所传送的信号，均输送到电轴控制柜内的电机保护
5、器及显示仪表上，根据工况发出指令。（6）系统还对电机设有安全运行保护 1.15 倍过电压瞬时动作保护，1.2 倍过电流瞬时动作保护，1.1 倍过电流 3 分钟延时动作保护，电机绕组高温延时保护，电机进水保护。 （7）电机还安装了绝缘监测装置，能及时在兆欧表上关注电机的绝缘电阻变化，起到报警作用。 （8）为防止电机启动过热，电动机还设有二次启动的时间间隔控制装置（设定值为 5min） 。 2.3 高压潜水电动机的冷却结构特点 （1）利用水介质来冷却电机表面温度。 （2）利用水或空气介质先冷却电机液压油循环管路内的液压油，再由液压油来冷却电机温度。 （3）为了满足在高温和低温环境中工作，更好地提高
6、电动机工作效率和时间利用率，我们在电动机液压油管系上加装一套“液压油散热和预热装置” （液压油通过电机内腔底部过滤器循环油泵散热器预4热器高位重力油箱电机内腔上部循环） 。 该装置特点： 在高温环境中，散热器先冷却液压油，再由液压油来冷却电机温度；提高了电机的散热效果。 在低温环境中（低于-15） ，预加热器先加热液压油，再由液压油来提高电机启动时的温度； 提高了电机的时间利用率。 在正常施工中，该装置还能保持电动机满负荷工作的最佳温度（7080） ，提高了电机的施工效率。 2.4 高压潜水电动机的性能特点 （1）由于高压大功率潜水电动机的工作电流比常用的 380V 电机电流小得多，从而使高压
7、电机的体积大大减小；节约了电机安装空间，降低了设备的成本。 （2）由于潜水电动机与高压发电机功率接近，从而减小了发电柴油机的能耗备用功率，降低了柴油机的燃润油消耗成本等。 （3）潜水电动机控制系统比液体油马达系统简单方便，控制速度快，使用效率高，运行时间长，维护管理简单。 （4）高压潜水电动机直接通过联轴节来驱动水下泥泵或绞刀头，节省了以往传动的长轴、轴承座、齿轮箱及辅助设备，减少了电机在驱动负荷过程中的能量损失，提高了传动效率。 （5）高压潜水电动机具有结构合理、安装方便、性能可靠特点，是长期工作于水下环境的理想驱动设备。 2.5 高压潜水电动机的电轴系统 5为了提高高压大功率异步电动机的启
8、动、运行、控制、保护性能，船上采用一种新型的电机电轴控制系统。电轴系统设备主要包括（水下泥泵用的）高压潜水交流异步电动机、高压同步发电机、电轴控制柜、高压接线箱、中性点接地屏及高压专用电缆组成（见图 3） 。 电轴系统作用：水下泥泵发电机通过高压电缆以一对一的方式向高压潜水电动机供电驱动。 电轴系统特点：系统发电机专为潜水电动机供电使用，无需断路器及其他连接，不作为电网用电，系统较好地解决了同船不同电压等级设备的用电问题；该电轴系统是一种很独特的交流电动机的起动方式，带有小范围的调速性能，效率较高，配置方便的一种电气传动型式，通过降低柴油转速来降低发电机的频率，来实现电动机在低压低频的条件下起
9、动，在改变柴油机转速的情况下达到电动机变频调速效果。 电轴系统特别适合工程船舶疏浚设备的驱动电动机，目前已广泛用于疏浚工程船舶。 3 高压潜水电动机在挖泥船上的应用管理 随着国内沿海、岛屿填海造地开发建设，航道挖深和疏浚维护的需求增大，我国疏浚行业也根据市场的发展需求，不断地在建造一系列设施先进的大型耙吸式、绞吸式挖泥工程船。这样，高压潜水电动机也不断地在绞吸挖泥船（在绞吸船上应用于水下泥泵和绞刀头的驱动） 、耙吸挖泥船以及海底采矿工程船、海底电缆铺设工程船、煤矿水下采挖等行业得到应用。同时高压潜水电动机制造行业也随着国内外市场的需求也得到了开发、制造，其技术性能也在不断的完善。 6为了确保高
10、压潜水电动机在挖泥船上安全运行，我们需做好电轴系统设备的检查、使用、维护、管理工作。 （1）首先船舶应根据电轴系统设备的技术要求和施工情况制订和完善“设备的操作规程和管理制度” 。 （2）做好电轴系统设备的日、周、月、季、年的“养护计划”和“完工记录” 。 （3）做好电轴系统设备的型号、性能参数及设备重大维修、配件更换、运行时间等“档案记录”工作。 （4）定期对电机液压油进行理化和光铁谱化验；油超标需进行过滤或换油处理。 （5）潜水电动机在启动运行过程中的注意事项： 潜水电动机启动前：检查电机高位油箱油位是否正常；尽可能让电机浸没在水中，提高电机的冷却效果。 在寒冷环境中：提前 1 小时启动电
11、机内腔液压油循环油泵，观察真空表情况；开启预加热器对电机液压油加热来提高电动机启动时的运行温度。 潜水电动机采用电轴控制系统启动运行：备车后，先启动水下泵发电柴油机转速至额定转速 40%左右（柴油机的启动转速） ，稳定运行后，再启动电轴控制柜按钮开关给发电机施加强励磁（发电机励磁电流由船上 380V 电源经电轴控制柜供给） ，通过控制发电机的励磁电流来形成闭环系统；发电机在额定励磁状态下按设计值输出电压，潜水电动机在此电压下启动并驱动水下泥泵运转；随着发电柴油机缓慢的调到额定转速7时，潜水电机也同步加速到额定转速；空载运行 10 分钟开始挖泥，使电机油温平稳上升。刚开始挖泥的时候浓度控制在 2
12、5%以下，待电机油温上升到 25时正常挖泥，使泥浆浓度控制在 60%之内。在启动运行时，要观察电流表，使电流不超出设计范围。 为防止电机启动过热，禁止频繁起动，每次起动时间间隔应在 20分钟以上。 潜水电动机稳定运行后：经常观察仪表上的运行参数是否在正常范围内；观察潜水电动机是否有异常振动和异常声响，观察高位油箱油位是否正常和水下电机处是否有油花漂浮到水面，防止电机轴封和管路接头等漏油。 对于潜水电动机内部进水故障要视进水的部位区别处理。当显示为隔离室进水时，电机尚可运行，但要提前做好电机检修的准备工作；当显示电机内腔进水时，必须立即停止电机的运行做检修处理（防止电机内部短路击穿烧坏） 。 观
13、察电机绝缘电阻变化，定期检测电机绝缘情况。 （电机绝缘低的主要因素：电机内进水，轴承磨损产生导电的金属微粒，液压油系统内混入外界的导电物，绝缘漆的脱落，转子与定子的碰擦等。 ） 驾驶台操作人员在施工过程中如发现水下泵电轴系统报警指示，立即采取脱泵处理，然后采取降速等稳定措施并与机舱当班人员联系及时处理。 电动机在运转过程中如发现有突变报警时，机舱当班人员应立即在电轴控制柜前手动脱泵处理，然后通知驾驶台采取相应的降速等措施，8并通知电机员到场处理检查。 船舶管理人员在日常管理中，必须认真负责，严格遵守电轴系统设备的操作规程和管理制度，通过观察和检查及时发现和处理相关问题，才能确保设备的安全运行，提高施工效率。 4 结束语 高压潜水电动机在挖泥船上不断地得到应用和科学管理，其目的是降低船舶设备成本和管理成本，提高挖泥船的施工效率。同时也促进国内生产的高压潜水电动机产品和技术得到进一步发展和提高。 参考文献： 1“唐绞 2008”轮船舶相关资料. 2“天津市普友机电设备制造有限公司”制造的 YQNWF-1700/16 潜没式水下泥泵电动机的相关资料.
