Perspectivas de aplicación de motores de alto voltaje
La invención de la tecnología de refrigeración por caloducto se remonta a la patente estadounidense solicitada en 1942 y publicada en 1944. De hecho, la primera aplicación exitosa fue en la tecnología aeroespacial de los Estados Unidos en 1964. Posteriormente, con los esfuerzos de la comunidad científica de varios países, la tecnología de tubos de calor ha logrado grandes avances en el diseño teórico, la tecnología de fabricación y los campos de aplicación. En la actualidad, los heatpipes, como tecnología de refrigeración madura, se han utilizado ampliamente en muchos campos industriales. En nuestro país, el Instituto de Mecánica de la Academia de Ciencias de China y otras unidades comenzaron a investigar esta tecnología en los años 50, y han desarrollado sucesivamente varios heatpipes. Después de la década de 1980, más unidades nacionales participaron en la investigación de aplicaciones de la tecnología de tubos de calor, y se ha utilizado con éxito en la industria electrónica, la tecnología espacial, la ingeniería energética y otros campos.
La aplicación de tubos de calor en la tecnología de refrigeración de motores se ha propuesto durante mucho tiempo y se han logrado algunos resultados y se han desarrollado algunos prototipos de motores con capacidad relativamente pequeña. Sin embargo, la mayor parte del trabajo se ha realizado. todavía se encuentra en la etapa de investigación experimental y está lejos de la aplicación práctica en producción. Los investigadores científicos sólo propusieron un documento de estudio de viabilidad sobre refrigeradores de tubos de calor para motores de alto voltaje [1>; o sólo examinaron exhaustivamente las buenas perspectivas de la tecnología de tubos de calor en la refrigeración de motores [2], pero como documento [2]; El autor lleva más de diez años en la conclusión del artículo de hace años que "la aplicación de tubos de calor en la refrigeración de motores aún se encuentra en la etapa de exploración experimental y la capacidad del motor experimental es relativamente pequeña". Realizar la aplicación industrial de los tubos de calor en la refrigeración de motores (especialmente motores grandes y medianos), una gran cantidad de trabajos de investigación teórica y análisis experimental. "Durante el proceso de investigación y desarrollo de este proyecto, no hubo ningún precedente que pudiera imitarse. Confiando en la base del diseño y fabricación de motores y en la experiencia de aplicación exitosa de la tecnología de tubos de calor en otras industrias, y confiando en la sólida capacidad de producción de motores de la planta de fabricación y reparación de energía eléctrica de Liangxiang, hemos desarrollado nosotros mismos una línea de motores grandes y medianos. Una nueva forma de tecnología de refrigeración.
Por lo tanto, hemos llevado a cabo experimentos exploratorios y aplicaciones sobre la aplicación de. Tecnología de refrigeración por heatpipes en motores de alta tensión grandes y medianos.
2 Centrales térmicas de tamaño grande y mediano. Viabilidad de aplicar la tecnología de heatpipes a motores de alta tensión.
2.1 Problemas con los enfriadores tubulares tradicionales
En la actualidad, los enfriadores de motores de alto voltaje grandes y medianos utilizan principalmente estructuras tubulares agua-aire o aire-aire. Cuando el enfriador agua-aire está funcionando, el agua de refrigeración. Fluye hacia el tubo de enfriamiento y el aire caliente dentro del motor fluye a través de la superficie exterior del tubo de enfriamiento bajo la acción de la presión del viento e intercambia calor con el agua de enfriamiento en el tubo, enfriando así el motor. del enfriador de aire es el mismo que el del enfriador de agua-aire, excepto que el agua de enfriamiento en el tubo de enfriamiento se convierte en aire de enfriamiento
Si se utiliza el intercambio de calor aire-aire, es decir, el Aire caliente en el motor enfriado por aire frío externo, el aire caliente sale del tubo y el aire frío ingresa al tubo. El principal problema es que el área de intercambio de calor en el tubo es pequeña, la resistencia al flujo es grande y el refrigerador. es voluminoso
Si se utiliza el intercambio de calor agua-aire, el aire caliente sale de la tubería y el agua de refrigeración entra. El principal problema inicial es:
◆El cobre. La tubería utilizada en el enfriador tiene altos requisitos; de lo contrario, provocará descincificación y corrosión de la tubería de cobre, lo que provocará una fuga de agua en el motor. El agua puede causar daños graves al motor;
◆Altos requisitos de refrigeración. Si el agua no está limpia o los sedimentos bloquean fácilmente las tuberías, el mantenimiento del enfriador será pesado y las tuberías del enfriador deben limpiarse y limpiarse con regularidad. Una vez que el agua se filtre en el motor debido al desgaste, el motor se dañará. dañarse seriamente
◆Debido a la baja temperatura del agua, es fácil ver que la temperatura de la pared de la tubería local es menor que la temperatura del punto de rocío del aire en el motor y el agua de condensación es arrastrada. el aire dañará el aislamiento del motor.
2.2 Ventajas de utilizar un enfriador de aire con tubo de calor
El enfriador con tubo de calor es completamente diferente de los dos refrigeradores tradicionales anteriores en términos. del principio de intercambio de calor El principio del efecto térmico cuando el medio de enfriamiento cambia de estado, es decir, el medio de enfriamiento necesita absorber calor cuando cambia de líquido a gas y necesita liberar calor cuando cambia de gas a líquido. un nuevo método de enfriamiento, que abre una nueva forma de enfriamiento de motores
El enfriador de tubo de calor reemplaza al enfriador de tubo tradicional y tiene las siguientes ventajas
a) Para aire a aire. Transferencia de calor por aire:
Utilice la alta tasa de transferencia de calor del tubo de calor. El rendimiento térmico convierte la transferencia de calor dentro del tubo de aire frío en transferencia de calor fuera del tubo, por lo que es fácil de expandir.
La zona de intercambio de calor reduce el volumen y el peso del enfriador;
La resistencia al flujo fuera del tubo es baja.
b) Para la transferencia de calor agua-aire:
●El agua no fluye en cada tubo, sino que sale desde el tubo de calor hasta el tubo final. Siempre que la partición esté bien sellada, se puede evitar que entre agua en el motor;
●Cada tubo de calor es un elemento de transferencia de calor independiente. Incluso si resulta dañado por la erosión hídrica, el agua no se filtrará al lado del aire, lo que garantiza el funcionamiento seguro del motor. Y el fallo de algunos heatpipes no tendrá ningún impacto en el rendimiento de todo el dispositivo. A diferencia de un enfriador tubular, una vez que tiene una fuga, se debe apagar;
●Este diseño facilita el ajuste de la temperatura de la superficie del tubo de calor para mantenerlo por encima de la temperatura del punto de rocío del aire en circulación, evitando gotas de condensación. en el aire y garantizando los requisitos de aislamiento del motor.
2.3 Problemas que deben resolverse al utilizar la tecnología de tubos de calor para enfriadores de aire de motor
Dado que se requieren equipos de motor grandes para garantizar un funcionamiento seguro y estable, el diseño y la fabricación de tubos de calor debe cumplir estrictos requisitos de confiabilidad.
La principal dificultad técnica en la aplicación de refrigeradores de caloducto en motores de alto voltaje es el cálculo y selección de parámetros de diseño como el tipo de caloducto, material, proceso, tamaño, etc. En términos de construcción real y transformación, es necesario Cuando se renueva el espacio, el efecto de enfriamiento es, en principio, mejor que el del refrigerador original. Al mismo tiempo, se deben considerar factores como el control de los costos de producción para ahorrar el mayor dinero posible.
A juzgar por el desarrollo actual de la tecnología de tuberías de calor, ya sea transferencia de calor aire-aire o transferencia de calor agua-aire, se debe decir que el diseño es relativamente maduro y el diseño de ingeniería Los parámetros son relativamente completos. A juzgar por nuestro conocimiento de la tecnología de caloductos, los tipos de caloductos que se pueden seleccionar incluyen materiales de tubería y fluidos de trabajo, que pueden cumplir con nuestros requisitos de diseño.
Para garantizar el funcionamiento confiable a largo plazo del motor, la selección de materiales de tubería de calor y fluidos de trabajo y la inspección de la calidad del proceso de fabricación deben controlarse estrictamente para evitar riesgos de calidad.
En términos del diseño de capacidad del refrigerador, bajo la premisa de que el efecto de enfriamiento no es menor que el del refrigerador original, todavía hay espacio para una mayor expansión de la capacidad, si es necesario. El efecto se puede lograr fácilmente agregando elementos de tubería de calor. Por lo tanto, el diseño de la capacidad del tubo de calor y el tamaño estructural requiere un plan de cálculo relativamente preciso y específico para tipos específicos de motores.
3 Enfriadores de tubos de calor
Con el desarrollo de la tecnología de tubos de calor, los materiales, procesos y parámetros de diseño disponibles se han vuelto relativamente completos. Para obtener cálculos de diseño detallados, consulte el informe de investigación sobre este tema y no se repetirá aquí.
El enfriador de tubo de calor utiliza tubos de aletas enrolladas de aluminio y su estructura es una estructura de tubo de calor separada, lo que facilita la disposición de la superficie de intercambio de calor.
La estructura de tubos de calor separados facilita la disposición de los canales de flujo para el flujo de aire circulante del motor (flujo de aire caliente) y el aire de refrigeración (flujo de aire frío). También reduce el número de tubos que pasan a través de la partición. , lo cual es beneficioso para el sellado.
Además, el enfriador de tubos de calor está diseñado para un completo intercambio de calor a contracorriente del flujo de aire frío y caliente, lo que puede reducir la cantidad de tubos de calor utilizados.
En términos de garantía de calidad de los caloductos, la selección de los fluidos de trabajo de los caloductos debe garantizar una larga vida útil y seguridad. Cuando se selecciona amoníaco como fluido de trabajo probado en el tiempo, el amoníaco y el aluminio son compatibles durante mucho tiempo, el rango de temperatura de funcionamiento también es adecuado para enfriadores de aire y su rendimiento térmico también es muy bueno.
4 Prueba de selección e instalación de motores de prueba
De acuerdo con el programa de producción normal de la planta de fabricación y reparación de energía eléctrica de Liangxiang, se seleccionaron tres tipos diferentes de motores de alto voltaje para su diseño y El cálculo del enfriador de tubo de calor, a saber, el motor de alto voltaje YMKQ600 -6 650kW6kV, el motor de alto voltaje ymk 600-6 10 630 kw 10kV, el motor de alto voltaje YMKQ500-6 450kW6kV, pertenecen a tres empresas diferentes.
Después de una demostración y un cálculo detallados, instalamos refrigeradores de tubos de calor en los tres motores para reemplazar los refrigeradores de tubos originales.
Debido a algunas razones objetivas, el primero de los tres motores no se sometió a pruebas de tipo, pero los usuarios posteriores informaron que el motor funcionó bien y no tuvo anomalías. Los dos últimos motores se fabrican especialmente con el mismo modelo, sólo que el enfriador es un enfriador de tubo tradicional, y las pruebas de tipo, incluida la evaluación del rendimiento, se llevan a cabo en la Fábrica de Maquinaria Pesada de Beijing. Los resultados de las pruebas comparativas de los cuatro motores muestran que el aumento de temperatura del motor ha disminuido, pero no es muy obvio.
Esto se debe a que, para controlar los costos de prueba al diseñar el tubo de calor, la capacidad del tubo de calor es cercana a la capacidad del enfriador original y existe un cierto margen de expansión en el espacio de instalación real. Si es necesario, se puede aumentar la capacidad del tubo de calor para permitir que la temperatura baje aún más.
Los resultados reales de las pruebas de funcionamiento y rendimiento muestran que el plan de transformación técnica de instalar enfriadores de tubos de calor en motores de alto voltaje es exitoso.
5 Perspectivas de aplicación de los enfriadores de tubos de calor en la tecnología de refrigeración de motores
En comparación con los enfriadores aire-aire tubulares tradicionales o los enfriadores de agua-aire, los enfriadores de tubos de calor tienen un intercambio de calor diferente Los principios tienen ventajas obvias. Una es que la eficiencia del intercambio de calor es alta y la otra es que el enfriador correspondiente es liviano y de bajo costo. Al mismo tiempo, no hay problema de bloqueo de tuberías, lo que reduce la carga de trabajo de mantenimiento. Debido a que no se utiliza agua, no hay fallas en el motor causadas por fugas de agua y también es muy propicio para ahorrar recursos hídricos. La primera aplicación exitosa de refrigeradores de tubos de calor en motores de alto voltaje muestra que las perspectivas de aplicación son muy prometedoras.
1) Reemplazar el tradicional enfriador tubular aire-aire en motores de alto voltaje grandes y medianos puede mejorar el efecto de enfriamiento, extender la vida útil del motor, reducir las fallas del sistema de enfriamiento y, por lo tanto, mejorar la confiabilidad operativa del motor.
2) Reemplazar los enfriadores tradicionales de agua-aire en motores de alto voltaje grandes y medianos puede ahorrar una gran cantidad de recursos hídricos y tiene un importante valor económico y beneficios sociales en áreas con escasez de agua en el norte de mi país. país.
3) Si el enfriador tradicional de agua-aire (hidrógeno o aire) se reemplaza en un generador grande, no solo puede reducir el aumento de temperatura del generador y aumentar la producción, sino que también puede ahorrar mucho. de los recursos hídricos.
4) Esta vez solo desarrollamos refrigeradores de tubos de calor aire-aire. Si en el futuro se desarrolla un enfriador de tubo de calor agua-aire, solo será necesario enfriar el extremo frío del tubo de calor. El extremo caliente de este enfriador de tubo de calor se coloca en la parte superior del motor para intercambiar calor con el aire caliente dentro del motor, mientras que el extremo frío del tubo de calor se coloca en la parte superior o lateral del motor para evitar fugas de agua y falla del motor. Es necesario continuar con más investigaciones en el futuro.
5) El principio de funcionamiento básico del enfriador del generador, ya sea un enfriador de aire (como la mayoría de los hidrogeneradores y motores de generación de energía de almacenamiento por bombeo, generadores de turbina totalmente enfriados por aire) o enfriadores de hidrógeno (por ejemplo , la mayoría de los generadores de turbina grandes utilizan refrigeración por hidrógeno), que son los mismos que los refrigeradores de motor. Aunque hay muchas estructuras internas del enfriador, sigue siendo un enfriador de tubo tradicional para el intercambio de calor. Nuestra exitosa experiencia en motores ha sentado una buena base para el siguiente paso de transformar los refrigeradores de generadores. Se espera que la transformación del enfriador del generador logre efectos similares a los del motor, como reducir el aumento de temperatura interna del motor, reducir la probabilidad de falla del enfriador, reducir la carga de trabajo de mantenimiento y mejorar la confiabilidad del equipo. , sus beneficios económicos serán extremadamente considerables.
6 Análisis de aplicaciones y beneficios
Las unidades de aplicación de los enfriadores de tubos de calor para motores de alto voltaje son principalmente departamentos de mantenimiento de motores y fabricantes de motores de empresas de producción industrial, como plantas de energía. Debido a la gran cantidad de estos motores, que son equipos de energía clave en diversos sectores de producción industrial, este proyecto tiene una amplia gama de aplicaciones, amplias perspectivas de aplicación y enormes beneficios económicos y sociales.
En comparación con los refrigeradores de tubos tradicionales, los refrigeradores de tubos de calor tienen una mayor eficiencia de transferencia de calor, un peso más ligero y un menor costo. Al mismo tiempo, no hay problema de obstrucción de tuberías, lo que reduce la carga de trabajo de mantenimiento. Debido a que no se utiliza agua, no hay fallas en el motor causadas por fugas de agua y también es muy propicio para ahorrar recursos hídricos. Por lo tanto, los beneficios económicos de aplicar enfriadores de tubos de calor a motores de alto voltaje son muy considerables.
1) Reemplazar los refrigeradores tubulares tradicionales en motores de alto voltaje grandes y medianos en plantas de energía puede mejorar las condiciones de operación y confiabilidad de la unidad, y brindar buenos beneficios económicos para la energía continua y segura de la planta de energía. generación. Por lo general, los accidentes por paradas anormales de los equipos de generación de energía se reducen, las pérdidas económicas directas evitadas se calculan en millones de yuanes y las pérdidas económicas indirectas son aún mayores.
2) Reemplazar los enfriadores tradicionales de agua-aire en motores de alto voltaje grandes y medianos puede ahorrar una gran cantidad de recursos hídricos y tiene un importante valor económico y beneficios sociales en áreas con escasez de agua en el norte de mi país. país. Los datos muestran que un solo motor puede ahorrar hasta 380.000 toneladas de agua al año [1>;
3) Si el enfriador de tubo de calor se aplica a generadores grandes, no solo puede reducir el aumento de temperatura del generador y mejorar la confiabilidad del generador, sino que también ahorra una gran cantidad de recursos hídricos y sus beneficios económicos serán considerables.
Hay miles de motores de alto voltaje con refrigeradores viejos funcionando en las centrales eléctricas de mi país (sin considerar otros sectores industriales por el momento). Las perspectivas de aplicación de la modernización de motores viejos son muy amplias. Al mismo tiempo, cada año se ponen en producción cientos de motores de alto voltaje en el campo energético. Según cálculos conservadores, el número total de modificaciones o nuevas producciones al año no es inferior a 500 unidades. El valor de producción de cada refrigerador se calcula entre 15.000 y 20.000 yuanes, y la ganancia se calcula como 20, es decir, el total de todo el año.
Debido a la gran cantidad de motores de alto voltaje, que son equipos de energía clave en varios departamentos de producción, el proyecto de renovación del enfriador puede mejorar las condiciones de operación del equipo, extender la vida útil del equipo, mejorar los indicadores de confiabilidad de operación del equipo y ahorrar beneficio agua industrial, etc. Si bien los beneficios económicos de cada transformación motriz son relativamente limitados, desde la perspectiva de todo el departamento, de toda la región e incluso del país, los beneficios económicos y sociales que genera son sumamente considerables. Además, si la tecnología de aplicación de los refrigeradores de generadores se sigue desarrollando con éxito, los beneficios económicos generados por un solo generador serán aún más considerables.
7 Conclusión
La aplicación de enfriadores de tubos de calor en lugar de enfriadores de tubos tradicionales en motores de alto voltaje puede aportar beneficios obvios al rendimiento operativo y al mantenimiento del motor.
En primer lugar, diseñar un enfriador de tubo de calor adecuado puede reducir el aumento de temperatura del motor, mejorar el estado operativo y mejorar el rendimiento operativo. En segundo lugar, reduce la carga de trabajo de mantenimiento del enfriador y básicamente evita la posibilidad de que se filtre agua al motor, mejorando así significativamente la confiabilidad operativa del motor. Esto sin duda tiene una importancia práctica importante y amplias perspectivas de aplicación industrial, y tiene una importancia social obvia. eficiencia y beneficios económicos.
La principal dificultad técnica en la aplicación de refrigeradores de tubos de calor en motores de alto voltaje es el cálculo y selección de parámetros de diseño como el tipo de tubo de calor, el material, el proceso, el tamaño, etc. En la construcción y transformación reales. En principio, se requiere que el efecto de enfriamiento sea mejor que el del refrigerador original cuando se renueva el espacio y el costo de producción debe controlarse al mismo tiempo. El diseño de la capacidad del tubo de calor deja un cierto margen para la exploración preliminar.
El diseño e instalación de enfriadores de heatpipes aire-aire para tres motores de alto voltaje de diferentes capacidades fue un éxito. Si necesita mejorar el efecto de enfriamiento del refrigerador, puede agregar más tubos de calor.
Basándonos en la exitosa experiencia en la investigación y el desarrollo de enfriadores de caloductos aire-aire, estamos convencidos de que podemos seguir desarrollando enfriadores de caloductos agua-aire para motores y enfriadores de caloductos agua-aire para turbinas. generadores y ampliar el uso de enfriadores de tubos de calor en motores de plantas de energía Ámbito de aplicación en el dispositivo.