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掃描冷卻風(fēng)直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)工況的改進(jìn)論文
摘要：詳細(xì)介紹了在北侖電廠二期工程直流掃描風(fēng)系統(tǒng)安裝調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的風(fēng)機(jī)和配套電機(jī)選型不配合導(dǎo)致無法滿足設(shè)計(jì)要求的情況，分析了其原因，并提出了相應(yīng)的解決方法。
關(guān)鍵詞：掃描冷卻風(fēng) 直流電機(jī) 改進(jìn)
1 概述
掃描冷卻風(fēng)系統(tǒng)用于爐膛火焰監(jiān)測(cè)器探頭的冷卻、清掃，使其能正常地監(jiān)視爐膛火焰情況。北侖電廠二期工程機(jī)組的掃描風(fēng)系統(tǒng)由美國(guó)S＆L公司設(shè)計(jì)、提供，配備有2臺(tái)100％容量的交流掃描風(fēng)機(jī)和1臺(tái)100％容量的直流掃描風(fēng)機(jī)，進(jìn)口氣源可以是外界大氣或送風(fēng)機(jī)出口空氣。
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書，在正常情況下，1臺(tái)交 流掃描風(fēng)機(jī)運(yùn)行，另1臺(tái)交流掃描風(fēng)機(jī)以及直流掃描風(fēng)機(jī)處于熱備用狀態(tài)。當(dāng)運(yùn)行的交流掃描風(fēng)機(jī)跳閘或出口壓力低低時(shí)，另1臺(tái)交流掃描風(fēng)機(jī)延時(shí)3 s后自啟動(dòng)；當(dāng)2臺(tái)交流掃描風(fēng)機(jī)均跳閘或同時(shí)運(yùn)行出口壓力仍低低時(shí)，直流掃描風(fēng)機(jī)延時(shí)3s后自啟動(dòng)。為保證爐膛火焰監(jiān)測(cè)器探頭冷卻效果，設(shè)計(jì)要求各火焰監(jiān)測(cè)器探頭處冷卻風(fēng)壓力不低于3．0 kPa，流量不小于17 Nm3／min。設(shè)備主要技術(shù)規(guī)范如表1。
2 存在的問題
當(dāng)進(jìn)入分系統(tǒng)調(diào)試階段時(shí)，發(fā)現(xiàn)與掃描風(fēng)機(jī)配套的直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型不甚合理，導(dǎo)致直流掃描風(fēng)機(jī)遲遲不能投入正常備用，嚴(yán)重威脅著設(shè)備乃至機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。主要表現(xiàn)在：
�。�1）直流電機(jī)輸出功率雖然與交流電機(jī)一致，但額定轉(zhuǎn)速卻遠(yuǎn)高于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，使得當(dāng)風(fēng)機(jī)出口擋板開度大于20％后，就引起直流電機(jī)過電流保護(hù)動(dòng)作而跳閘。因?yàn)楦鶕?jù)有關(guān)風(fēng)機(jī)理論，離心式風(fēng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速n成2次方關(guān)系，因此當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升后相應(yīng)負(fù)載也隨之增大，從而導(dǎo)致拖動(dòng)電機(jī)電流劇增。另一方面，當(dāng)出口擋板開度小于20％時(shí)，火焰監(jiān)測(cè)器探頭出口處壓力和流量都達(dá)不到設(shè)計(jì)值，無法滿足火檢探頭的安全運(yùn)行要求。而且鍋爐改造后燃燒器層整體提高了3 m，增大了掃描冷卻風(fēng)的管線阻力，加劇了上述二者之間的矛盾。
�。�2）直流電機(jī)啟動(dòng)回路采取了直接啟動(dòng)方式，瞬間最大啟動(dòng)電流大約為1500 A左右，對(duì)廠區(qū)應(yīng)急直流供電系統(tǒng)（蓄電池組）沖擊很大．
3 解決方法的提出和實(shí)施
鑒于以上情況，考慮在原設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上作一改進(jìn)，即在電機(jī)電樞回路中串入電阻，以解決直流掃描風(fēng)機(jī)不能正常投入備用狀態(tài)的問題。其原因有以下幾點(diǎn)：
（1）在電樞回路串入電阻，可以有效地降低啟動(dòng)電流，將啟動(dòng)電流值限制在允許的范圍之內(nèi)（見圖1）。
�。�2）在電樞回路串入電阻，可以改變電樞端電壓，進(jìn)而可降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即將電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)念~定的3500r／min調(diào)整至與風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速相近的區(qū)域，以滿足風(fēng)機(jī)的工作要求（見圖2）。
�。�3）盡管在電樞回路串入電阻后，會(huì)將一部分電能消耗在電阻上，降低了電機(jī)效率，但從總體考慮還是值得的。這是因?yàn)椋褐绷鲯呙栾L(fēng)機(jī)是交流掃描風(fēng)機(jī)的備用，實(shí)際投入運(yùn)行的機(jī)會(huì)甚低，通常是在全廠交流電源失去時(shí)作為應(yīng)急使用的。因而對(duì)直流掃描風(fēng)機(jī)來說，效率和經(jīng)濟(jì)性是次要的，主要決定因素應(yīng)該是投運(yùn)的可靠性以及對(duì)廠區(qū)應(yīng)急直流電源系統(tǒng)的影響。在電樞回路串入電阻，可以使直流電機(jī)可靠運(yùn)行，還能避免直流電源系統(tǒng)不受大電流的沖擊，維護(hù)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
根據(jù)以上分析以及廠商提供的設(shè)備參數(shù)，進(jìn)行了需要串入電阻值的試算。已知直流電機(jī)為并勵(lì)方式，Pn＝5．5 kW，n＝3500 r／min，Un＝220 V，In＝29．5 A，Ifn＝1．35A,Ra=0.164Ω。根據(jù)以下基本公式,并近似地認(rèn)為=常數(shù)，2ΔUb＝2V，串入電阻前后Ia也不變：
1）Un－Ia×Ra－2ΔUb＝n×Ce×
2）Un－Ia×（Ra＋Rj）－2ΔUb＝n′×Ce×
3）Ia＝In－Ifn
4）Ist＝Un／Ra
5）η＝Pn／P1
經(jīng)過計(jì)算，得到以下數(shù)據(jù)：
當(dāng)串入電阻值Rj＝2Ω時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)電流以及效率對(duì)比如表2。
根據(jù)得到的計(jì)算數(shù)據(jù)，利用滑線變阻器串入電樞回路的方法進(jìn)行了試驗(yàn)。當(dāng)滑線變阻器阻值為2Ω時(shí)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：
電機(jī)穩(wěn)定電流：24．8 A
轉(zhuǎn)速：2650r／min
火檢探頭處出口壓力：3．65 kPa
火檢探頭處出口流量：22 Nm3／min
由此可見，在電機(jī)電樞回路中串入的電阻值是恰當(dāng)?shù)摹Ｔ诖嘶A(chǔ)上，要求設(shè)備供貨商美國(guó)的S＆L公司提供2Ω、功率為3 kW左右的電阻，并要求能夠可靠散熱。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，電機(jī)瞬間啟動(dòng)電流、穩(wěn)定電流均在可接受的范圍內(nèi)，各個(gè)火焰監(jiān)測(cè)器探頭出口處壓力、流量均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)值，說明了對(duì)直流掃描風(fēng)機(jī)電機(jī)改造的效果十分顯著。自此，北侖電廠二期工程3、4、5號(hào)機(jī)組直流掃描風(fēng)機(jī)系統(tǒng)均投入了正常備用，消除了運(yùn)行設(shè)備的不安全因素，提高了系統(tǒng)和機(jī)組的穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)：
�。�1］宋銀賓主編．電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)．冶金工業(yè)出版社
�。�2］許實(shí)章主編．電機(jī)學(xué)（上）．機(jī)械工業(yè)出版社
［3］郭立君主編．泵與風(fēng)機(jī)．水利電力出版社
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