阅读说明：本技术 大型立式轴流泵同步电机主轴轴承油冷系统及油冷方法 (Oil cooling system and oil cooling method for main shaft bearing of large vertical axial-flow pump synchronous motor ) 是由 李典基 顾建利 朱吉生 李庆义 董庆杰 崔彦平 许金民 杨世明 丁莹莹 姚辉勇 于 2020-07-09 设计创作，主要内容包括：大型立式轴流泵同步电机主轴轴承油冷系统及油冷方法,包括：电机,所述电机内设有定子和转子,转子与动力轴连接,动力轴通过推力轴承和导轴承进行支撑,推力轴承和导轴承外侧分别设有油腔,油腔内有冷却油,油腔内设有温度传感器和油位传感器；冷油机,所述冷油机通过循环管路分别与推力轴承油腔和导轴承油腔相连,推力轴承油腔和导轴承油腔内热的冷却油通过管道流到冷油机内,在冷油机内和冷媒进行热交换,冷却后的冷却油再回流到油腔内对推力轴承和导轴承进行冷却。设备占用厂房空间减少,故障率低,维护更加简单,热传导效率高,冷却效果更好,使用寿命延长。(A large vertical axial-flow pump synchronous motor spindle bearing oil cooling system and an oil cooling method comprise the following steps: the cooling oil cooling device comprises a motor, wherein a stator and a rotor are arranged in the motor, the rotor is connected with a power shaft, the power shaft is supported by a thrust bearing and a guide bearing, oil cavities are respectively arranged on the outer sides of the thrust bearing and the guide bearing, cooling oil is arranged in the oil cavities, and a temperature sensor and an oil level sensor are arranged in the oil cavities; and the cooling oil machine is respectively connected with the thrust bearing oil cavity and the guide bearing oil cavity through a circulating pipeline, cooling oil in the thrust bearing oil cavity and the guide bearing oil cavity flows into the cooling oil machine through pipelines, the cooling oil exchanges heat with a refrigerant in the cooling oil machine, and the cooled cooling oil flows back into the oil cavity to cool the thrust bearing and the guide bearing. The equipment occupies less workshop space, has low failure rate, is simpler to maintain, has high heat conduction efficiency, better cooling effect and prolonged service life.)

大型立式轴流泵同步电机主轴轴承油冷系统及油冷方法

技术领域：

本发明涉及大型轴流泵同步电机轴承冷却技术领域，尤其涉及一种大型立式轴流泵同步电机主轴轴承油冷系统及油冷方法。

背景技术：

大型泵站轴流泵水泵机组主电机为同步电机，在运行时推力轴承及导轴承会产生大量的热量，必须及时进行冷却。现在主机组的冷却是采用技术供水直接冷却方式，主要存在下述问题：技术供水系统直接从湖中取水，虽然设有滤水器进行过滤，但是滤水器只能过滤掉大于其滤网的杂质，无法解决所有杂质尤其是青苔、悬浮质泥沙等。受水硬度、水生物及酸碱度等影响造成水泵及技术供水系统设备磨损及水垢加剧，缩短系统设备如水泵、阀门、油冷却器及管路等使用寿命。机组内部冷却器采用小口径铜管常年磨损，严重的可导致冷却器铜管穿孔，严重影响机组运行安全。该技术供水冷却水系统故障率高，影响安全生产。

现在行业内采用了一个较前技术供水方案可靠的技术，即循环冷却水系统。系统为封闭式循环，冷却水在管道中经管道增压泵，增加动力后进入轴瓦冷却器制冷后，由出水管道流入主机组冷却器，在冷却器内进行热交换，把主机组冷却器内因主机组运行产生的热量带走，经管道回水管再回流经过过滤器、管道增压泵、轴瓦冷却器，从而实现对主机组的冷却。该系统中可以设定管道回水温度，当回水温度不高于设定温度时轴瓦冷却器的压缩机就不工作，达到节能效果。该技术只是在冷却水质方面做了改进，结构复杂、需要新建冷却机组泵房等，投资大，同样存在可靠性问题及维护复杂等问题。该技术冷却原理没有改变，热量由轴承传导给冷却油，再由冷却油传导给冷却水系统，通过冷却水系统将热量带走，这种间接导热的方式，热传导效率低，无形中增加了更多的能源损耗。

现有的冷却方式中，由一套冷却水系统对推力轴承和导轴承同时进行冷却，相同流量的冷却水分别经过推力轴承和导轴承进行冷却，但是由于推力轴承和导轴承油腔内的工作环境、摩擦受力、空间、体积大小等不同，很容易出现推力轴承和导轴承温度高低不同的情况，从而导致推力轴承和导轴承的热膨胀系数发生差异，内部结构的应力发生变化，动力轴旋转时推力轴承和导轴承会出现略微的不同步、卡顿、额外受力等情况，时间久了便会加快推力轴承和导轴承的损坏，缩短使用寿命。

对此，开发一种先进高效、安全可靠的大型轴流泵同步电机轴承冷却技术，成为行业内亟需解决的技术难题。

发明内容

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本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种大型立式轴流泵同步电机主轴轴承油冷系统及油冷方法，解决了以往水冷器技术引起的故障率高、事故多发问题，解决了以往水冷器技术间接导热、热传导效率低的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

大型立式轴流泵同步电机主轴轴承油冷系统，包括：

电机，所述电机内设有定子和转子，转子与动力轴连接，动力轴通过推力轴承和导轴承进行支撑，推力轴承和导轴承外侧分别设有油腔，油腔内有冷却油，油腔内设有温度传感器和油位传感器；

冷油机，所述冷油机通过循环管路分别与推力轴承油腔和导轴承油腔相连，推力轴承油腔和导轴承油腔内热的冷却油通过管道流到冷油机内，在冷油机内和冷媒进行热交换，冷却后的冷却油再回流到油腔内对推力轴承和导轴承进行冷却。

所述循环管路包括与冷油机出油口相连的供油总管、以及与冷油机回油口相连的回油总管，所述供油总管分别连接第一供油管和第二供油管，所述回油总管分别连接第一回油管与第二回油管，第一供油管和第一回油管分别与推力轴承油腔的进口和出口相连，第二供油管和第二回油管分别与导轴承油腔的进口和出口相连。

所述推力轴承油腔的进口和出口设在底部一侧，所述导轴承油腔的进口和出口设在底部。

所述推力轴承油腔和导轴承油腔内均设有分散结构，所述分散结构用于将冷却油均匀分散，使冷却油与推力轴承和导轴承充分进行热交换。

所述分散结构包括水平设在油腔内底部与进口相连的环形套管，沿圆周在环形套管上设有若干根竖直向上的导油管，导油管顶端伸至油腔顶部，冷却油由下向上顺序从出口排出。

所述第一供油管上设有第一供油泵，所述第二供油管上设有第二供油泵，所述第一回油管上设有第一回油泵，所述第二回油管上设有第二回油泵，第一供油泵、第二供油泵、第一回油泵、第二回油泵、温度传感器和油位传感器分别与PLC控制系统相连。

所述回油总管上设有过滤器。

大型立式轴流泵同步电机主轴轴承油冷方法，将电机的推力轴承和导轴承油腔内热的冷却油通过管道流到外部的冷油机内，在冷油机内和冷媒进行热交换，冷却后的冷却油再回流到油腔内对推力轴承和导轴承进行冷却。

从冷油机输出的冷却油进入油腔内，先通过分散结构使冷却油均匀分散，使冷却油与推力轴承和导轴承充分进行热交换。

冷油机与推力轴承油腔和导轴承油腔之间分别设有一套循环管路，两套循环管路上分别设有供油泵和回油泵，对推力轴承油腔和导轴承油腔内冷却油的流量进行单独控制，使推力轴承和导轴承的温度处于相同水平。

本发明采用上述方案，具有以下优点：

(1)取消了以往复杂的水冷器系统，投资减少三分之一，设备占用厂房空间减少，故障率低，维护更加简单；

(2)推力轴承和导轴承油腔内的冷却油通过管道流到外部的冷油机内，在冷油机内和冷媒进行热交换，冷却后的冷却油再回流到油腔内对推力轴承和导轴承进行冷却，热传导效率高，冷却效果更好；

(3)鉴于推力轴承和导轴承油腔内特殊的环形内腔结构，为了避免冷却油进入油腔后直接从出口排出，在油腔内专门设计了分散结构，使进入油腔的冷却油可以均匀分散，并可延长冷却油在油腔内的冷却时间，使冷却油在油腔内充分进行能量转换，对推力轴承和导轴承进行冷却，大大提升冷却效率；

(4)推力轴承和导轴承油腔内冷却油的流量可单独控制，保证推力轴承和导轴承的温度基本处于相同水平，避免其热膨胀系数发生差异及内部结构的应力发生变化，延长其使用寿命。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中电机的放大结构示意图。

图3为本发明分散结构的俯视结构示意图。

图中，1、电机，2、定子，3、转子，4、动力轴，5、推力轴承，6、导轴承，7、水泵叶轮，8、油腔，9、温度传感器，10、油位传感器，11、冷油机，12、供油总管，13、回油总管，14、第一供油管，15、第二供油管，16、第一回油管，17、第二回油管，18、环形套管，19、导油管，20、第一供油泵，21、第二供油泵，22、第一回油泵，23、第二回油泵，24、过滤器。

具体实施方式

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为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

如图1-3所示，大型立式轴流泵同步电机主轴轴承油冷系统，包括：

电机1，所述电机1内设有定子2和转子3，转子3与动力轴4连接，动力轴4带动水泵叶轮7旋转，为水的输送提供动力，动力轴4通过推力轴承5和导轴承6进行支撑，推力轴承5和导轴承6外侧分别设有油腔8，油腔8内有冷却油，油腔8内设有温度传感器9和油位传感器10；

冷油机11，所述冷油机11通过循环管路分别与推力轴承5油腔和导轴承6油腔相连，推力轴承5油腔和导轴承6油腔内热的冷却油通过管道流到冷油机11内，在冷油机11内和冷媒进行热交换，冷却后的冷却油再回流到油腔8内对推力轴承5和导轴承6进行冷却，热传导效率高，冷却效果更好。

所述循环管路包括与冷油机11出油口相连的供油总管12、以及与冷油机11回油口相连的回油总管13，所述供油总管12分别连接第一供油管14和第二供油管15，所述回油总管13分别连接第一回油管16与第二回油管17，第一供油管14和第一回油管16分别与推力轴承5油腔的进口和出口相连，第二供油管15和第二回油管17分别与导轴承6油腔的进口和出口相连。从冷油机11出来的冷却油一支路经供油总管12、第一供油管14进入推力轴承5油腔，在推力轴承5油腔内对推力轴承5冷却后，再经第一回油管16、回油总管13回流到冷油机11；另一支路经供油总管12、第二供油管15进入导轴承6油腔，在导轴承6油腔内对导轴承6冷却后，再经第二回油管17、回油总管13回流到冷油机11，在冷油机11内和冷媒进行热交换，如此循环。

所述推力轴承5油腔的进口和出口设在底部一侧，所述导轴承6油腔的进口和出口设在底部。所述推力轴承5油腔和导轴承6油腔内均设有分散结构，所述分散结构用于将冷却油均匀分散，使冷却油与推力轴承5和导轴承6充分进行热交换。所述分散结构包括水平设在油腔8内底部与进口相连的环形套管18，沿圆周在环形套管18上设有若干根竖直向上的导油管19，导油管19顶端伸至油腔8顶部，冷却油由下向上顺序从出口排出。推力轴承5油腔的顶部设有开拆卸的防护罩，分散结构从上方吊装放入推力轴承5油腔内，推力轴承5油腔底部对分散结构进行支撑；导轴承6油腔的底部设有开拆卸的防护罩，分散结构从下方放入导轴承6油腔内，导轴承6油腔底部对分散结构进行支撑；分散结构可选用耐油腐蚀的轻质材料制成。冷却油从底部进口进入油腔8，先进入分散结构的环形套管18，然后进入若干个导油管19，导油管19对冷却油进行分散，并可延长冷却油在油腔8内的时间，冷却油经若干个导油管19由下向上进入油腔8，在油腔8内对推力轴承5和导轴承6进行冷却后，冷却油再按由下向上的顺序从底部出口排出，提升冷却效率。

所述第一供油管14上设有第一供油泵20，为冷却油进入推力轴承5油腔提供动力，所述第二供油管15上设有第二供油泵21，为冷却油进入导轴承6油腔提供动力，所述第一回油管16上设有第一回油泵22，为冷却油从推力轴承5油腔回流到冷油机11提供动力，所述第二回油管17上设有第二回油泵23，为冷却油从导轴承6油腔回流到冷油机11提供动力，第一供油泵20、第二供油泵21、第一回油泵22、第二回油泵23、温度传感器9和油位传感器10分别与PLC控制系统相连，可单独进行控制。温度传感器9可实时检测推力轴承5油腔和导轴承6油腔内的温度，并发送信号给PLC控制系统，当推力轴承5油腔内的温度高于导轴承6油腔内的温度时，PLC控制系统控制第一供油泵20和第一回油泵22的工作频率升高，从而加快推力轴承5油腔内冷却油的流量，加快热交换使推力轴承5油腔内的温度降低；反之，当推力轴承5油腔内的温度低于导轴承6油腔内的温度时，PLC控制系统控制第二供油泵21和第二回油泵23的工作频率升高，从而加快导轴承6油腔内冷却油的流量，加快热交换使导轴承6油腔内的温度降低，以保证推力轴承5和导轴承6的温度基本处于相同水平，避免其热膨胀系数发生差异及内部结构的应力发生变化，延长其使用寿命。油位传感器10可实时检测推力轴承5油腔和导轴承6油腔内的油位，保证推力轴承5油腔和导轴承6油腔内的油量稳定。

所述回油总管12上设有过滤器24，过滤器24可将冷却油内的杂质进行过滤。

大型立式轴流泵同步电机主轴轴承油冷方法，将电机1的推力轴承5和导轴承6油腔内热的冷却油通过管道流到外部的冷油机11内，在冷油机11内和冷媒进行热交换，冷却后的冷却油再回流到油腔8内对推力轴承5和导轴承6进行冷却。

从冷油机11输出的冷却油进入油腔8内，先通过分散结构使冷却油均匀分散，使冷却油与推力轴承5和导轴承6充分进行热交换。

冷油机11与推力轴承5油腔和导轴承6油腔之间分别设有一套循环管路，两套循环管路上分别设有供油泵和回油泵，对推力轴承5油腔和导轴承6油腔内冷却油的流量进行单独控制，使推力轴承5和导轴承6的温度处于相同水平。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。