CN217643052U - 一种大功率电机冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种大功率电机冷却系统，水冷泵撬设置在一侧，空气散热器和制冷机组9设置在另外一侧；水冷泵撬和冷却撬之间通过管道相连；所述水冷泵撬包括水泵、加热罐、膨胀罐；从冷却撬出水口接入水冷泵撬的低温冷却水通过水冷泵撬供水管道输送到去电机供水口即冷却系统供水口，通过去电机供水口将低温冷却水输送到电机侧冷却器，经过热交换导出电机热量，将高温水通过自电机回水口即冷却系统回水口进入水冷泵撬中的水冷泵撬回水管道，在回水管道上依次安装加热罐、膨胀罐、水泵，回水管道连通至由空冷器和制冷机组组成的冷却撬的供水口。整个系统集成化程度高、可成橇化部署逐步取代传统的冷却塔等冷却设备，应用于各个天然气压气站场。

Description

一种大功率电机冷却系统

技术领域

本实用新型属于大功率电气设备冷却技术领域，尤其涉及一种大功率电机冷却装置。

背景技术

目前随着电力电子技术的发展，中高压大功率变频调速技术日趋成熟，变频电机驱动压缩机组因技术含量高、设备运行评分可靠、效率高、维护简单、运行维护成本低等优点，在外电源可靠的情况下，已经大量应用于天然气长输管道增压领域，替代传统燃气轮机，成为长输管道增压驱动设备的首选。大功率电力电子装置因为功率器件发热密度高必须采用水冷冷却，常规采用冷却塔作为设备冷源。近年来由于节能节水需求的增加，无人化站场理念的贯彻，集成化程度高、可成橇化部署的干式水冷系统逐步取代传统的冷却塔等冷却设备，应用于各个压气站场。

常规冷却系统的外冷一般采用空冷器和冷却塔，冷却塔分为开式和闭式，经过多年的实践经验证明这几种设备均存在诸多弊端。单纯的空冷器受天气影响较大，在散热要求较高的情况下，难以提供持续、稳定、快速的制冷效果。冷却塔运行中需要持续消耗大量水源，在干旱缺水地区水源供应代价非常大。冷却塔的运行过程中需要持续补水，水处理和冬季防冻等维护工作量都很大。冷却塔冷却水系统存在系统结垢、藻菌滋生、水资源浪费、维护管理困难、系统复杂等弊病，给运行管理带来诸多不便。

传统的压气站冷却系统需要分别在不同位置设置相应设备，如水泵、加热器、过滤器、补水装置、冷却塔，设备分散，不便于集中维护，且没有统一的集中控制系统，使得整个常规冷却系统智能化程度低，缺乏控制保护逻辑，难以实现一键启机等功能。在压气站建设过程中，常规水冷系统需新建泵房满足各类设备安装需求，泵房与外冷之间距离较长，之间通过现场焊接管道连接，现场施工量较大。难以实现快速部署投运的要求。

原有的复合式冷却系统，在泵橇结构上与控制策略上存在泵橇结构布置繁琐不便于维护，泵橇结构定型后无法同时兼容纯空冷和复合冷却两种系统，并且在在复合式电机冷却系统中无法做到空气散热器与制冷机组之间的平稳切换，容易造成被冷却设备在切换过程中温度波动较大。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的以上问题，本实用新型公开了一种大功率电机冷却系统。

本实用新型具体采用以下技术方案。

一种大功率电机冷却系统，包括水冷泵撬22、冷却撬23、电机侧冷却器、变频器内置板式换热器；所述冷却撬23包括空气散热器8(亦称为空冷器8)和制冷机组9；其特征在于：

水冷泵撬22、空气散热器8和制冷机组9呈“品”字型设置，水冷泵撬22 设置在一侧，空气散热器8和制冷机组9设置在另外一侧；水冷泵撬22和冷却撬23之间通过管道相连；

所述水冷泵撬22包括水泵1、加热罐18、膨胀罐19；从冷却撬23出水口接入水冷泵撬22的低温冷却水通过水冷泵撬供水管道输送到去电机供水口即冷却系统供水口27，通过去电机供水口将低温冷却水输送到电机侧冷却器，经过热交换导出电机热量，将高温水通过自电机回水口即冷却系统回水口28进入水冷泵撬22中的水冷泵撬回水管道，在回水管道上依次安装加热罐18、膨胀罐19、水泵1，回水管道连通至由空气散热器8和制冷机组9组成的冷却撬23的供水口。

本实用新型进一步包括以下优选方案。

所述水泵1采用主备模式，即包括并列设置的第一主泵01和第二主泵02，每一个主泵均配置止回阀2和水泵出口压力表3。

水冷泵撬回水管道通过第一阀门5连接至空气散热器供水口，通过空气散热器供水管连接至空气散热器的进水端；在止回阀2和第一阀门5之间的水冷泵撬回水管道上引出水冷泵撬连接管道，水冷泵撬连接管道另一端与水冷泵撬供水管道联通，在所述水冷泵撬连接管道靠近水冷泵撬回水管道的一侧设置第二阀门 24，在所述水冷泵撬连接管道靠近水冷泵撬供水管道的一侧设置第三阀门11；在所述第二阀门24和第三阀门11之间的水冷泵撬连接管道连接通过制冷机组供水口31的制冷机供水管；水冷泵撬供水管道通过外冷回水口29连接制冷机组9 的制冷机出水管。

水冷泵撬22壳体两端分别开设5个进水出口，其中一端设置冷却系统供水口27和冷却系统回水口28，另一端设置外冷供水口31、制冷机组供水口30、外冷回水口29。

在水冷泵撬内部将加热罐18和膨胀罐19呈对角设置；自冷却系统回水口 28至加热罐18的水冷泵撬回水管道与外冷回水口29至冷却系统供水口27之间的水冷泵撬供水管道在水冷泵撬23内部上方平行设置，其中水冷泵撬供水管道将将加热罐18和膨胀罐19分隔成左右两侧，水泵1、止回阀2、水泵出口压力表3设置在膨胀罐19的一侧并且靠近加热罐18的一端。

加热罐18至膨胀罐19以及膨胀罐19至水泵1之间的水冷泵撬回水管道设置水冷泵撬23内部下方，水冷泵撬回水管经过止回阀2后迂回然后向上布设达到外冷供水口29高度后水平延伸至外冷供水口29，制冷机组供水口30设置在外冷供水口29和外冷回水口31之间，外冷回水口31引入的水冷泵撬供水管道、制冷机组供水口30引入的制冷机组供水管道、外冷供水口29所引入的水冷泵撬回水管道沿垂直面平行布置，并通过垂直设置的水冷泵撬连接管道连接，并且在相邻两管道之间的连接管道分别设置第三阀门和第二阀门。

在靠近冷却撬23供水口的水冷泵撬供水管道上安装过滤器26，该过滤器26 能够通过过滤器阀门短接；在靠近去电机供水口即冷却系统供水口27的水冷泵撬供水管道上依次安装泵撬出水压力变送器12和泵撬出水温度变送器13。

在自电机回水口和加热罐18之间的水冷泵撬回水管道上依次安装泵撬回水流量变送器15、泵撬回水压力表16、泵撬回水温度变送器17；

在膨胀罐19和水泵1之间的水冷泵撬回水管道上安装水泵入口压力变送器 20。

在水泵1和第一阀门5之间的水冷泵撬回水管道上安装水泵出口压力变送器 4，在空气散热器8的供水管和回水管上分别安装空气散热器入口压力表6(亦称为空冷器入口压力表)和空气散热器出口压力表7(亦称为空冷器出口压力表)，在制冷机组9的回水管上安装制冷机组9出口压力表10。

环境温度变送器21安装在泵撬外部，控制器集成在泵橇中或者安装在室内屏柜间；

控制器实时接收泵撬回水流量变送器测量的回水流量信号、各温度变送器测量的温度信号，并根据测量信号分别通过阀门控制单元、空冷器启动控制单元、制冷机组启动控制单元实现冷却撬不同冷却方式的切换控制。

本实用新型具有以下有益的技术效果。

泵橇内部集成化程度高，度高结构集成度高且便于维护，占地空间小。泵橇内部集成了整个水循环系统所需的动力控制及辅助设备，占地空间在3m*3m之内，占地空间远小于泵房，设备集中维护方便；

整个系统智能化程度高整个系统运行无需人为干预，可以实现一键启机等功能；整个系统基于PLC及各类传感器配置了完善的控保逻辑和远程控制能力，具备温度保护，流量保护，压力保护，水泵切换，故障自检，热备模式等控保功能，并且冷却系统可以根据供/回水温度自行判断冷却系统运行模式并自动调节冷却容量，自动控制风机，制冷机组，以及电动阀门，保证水温稳定满足设备需要；整个系统通过通讯以及硬接点与压气站场上位机连接，站控可以直接启停，实现一键启机。

冷却系统可根据环境温度情况与被冷却器件负荷情况，中空冷器与制冷机组切换智能且平稳，在切换过程中温度平稳不会突变。为避免温度有较大波动；系统首先启动制冷机组，此时制冷机组与空冷器同时运行，一段时间后当系统需要根据供回水温度判断制冷机已经对全水路发挥效力后，系统会逐级关闭空冷器风机，直至完全关闭防止水温突变。

本实用新型通过水冷系统自动控制实现空冷器和制冷机组的自动切换，满足水冷系统全年不间断运行。在气温不高时优先采用空冷器冷却，具有节能、可靠的优势；当夏季气温升高、空冷器冷却能力不足时，采用制冷机组冷却，可实现节能冷却和高温冷却的互补。空冷和制冷混合型水冷系统的冷却水循环和冷冻水循环都属于密闭式循环，具有环保、节水、零排放优点。

附图说明

图1为本实用新型大功率电机冷却系统结构示意图；

图2为本实用新型大功率电机冷却系统整体安装示意图；

图3为本实用新型泵撬内部的结构示意图。

其中，所有附图中的附图标记含义如下：

1-水泵，2-止回阀，3-水泵出口压力表，4-水泵出口压力变送器，5-第一阀门，6-空气散热器入口压力表(亦称为空冷器入口压力表)，7-空气散热器出口压力表(亦称为空冷器出口压力表)，8-空气散热器(亦称为空冷器)，9-制冷机组，10-制冷机组出口压力表，11-第三阀门阀，12-泵撬出水压力变送器，13- 泵撬出水温度变送器，14-被冷却设备，15-泵撬回水流量变送器，16-泵撬回水压力表，17-泵撬回水温度变送器，18-加热罐，19-膨胀罐，20-水泵入口压力变送器，21-环境温度变送器，22-水冷泵撬，23-冷却撬，24-第二阀门，25-电动执行器，26-过滤器，27-冷却系统供水口，28-冷却系统回水口，29-外冷回水口，30-外冷供水口，31-制冷机组供水口，32-外部管道。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如附图1和图2所示，本实用新型公开的一种大功率电机冷却系统，包括水冷泵撬22、冷却撬23、电机侧冷却器、变频器内置板式换热器；所述冷却撬23 包括空冷器8和制冷机组9。

水冷泵撬22、空气散热器8和制冷机组9呈“品”字型设置，水冷泵撬22 设置在一侧，空气散热器8和制冷机组9设置在另外一侧；水冷泵橇22和冷却撬23之间通过管道32相连。

所述水冷泵撬22包括水泵1、加热罐18、膨胀罐19、各类仪表以及管道组成的冷却系统。其中，从冷却撬23接入水冷泵撬22的低温冷却水通过水冷泵撬供水管道输送到去电机供水口，在靠近冷却撬23供水口的水冷泵撬供水管道上安装过滤器26，该过滤器26能够通过过滤器阀门短接。在靠近去电机供水口即冷却系统供水口27的水冷泵撬供水管道上依次安装泵撬出水压力变送器12和泵撬出水温度变送器13。通过去电机供水口将低温冷却水再输送到电机侧冷却器及变频器内置板式换热器，经过热交换导出电机和变频器热量，再将高温水通过自电机回水口即冷却系统回水口28进入水冷泵撬22中的水冷泵撬回水管道，然后依次通过加热罐18、膨胀罐19、水泵1、止回阀2，再通过第一阀门5连接至去空冷器供水口30，然后通过空冷器供水管连接至空冷器的进水端；在止回阀2 和第一阀门5之间的水冷泵撬回水管道上引出水冷泵撬连接管道，水冷泵撬连接管道另一端与水冷泵撬供水管道联通，在所述水冷泵撬连接管道靠近水冷泵撬回水管道的一侧设置第二阀门24，在所述水冷泵撬连接管道靠近水冷泵撬供水管道的一侧设置第三阀门11。在所述第二阀门24和第三阀门11之间的水冷泵撬连接管道连接通过去制冷机供水口31的制冷机组9进水口的制冷机供水管；水冷泵撬供水管道通过外冷回水口29连接制冷机组9出水口的制冷机出水管。电动控制器25同时控制第一阀门和第二阀门。

在过滤器26和去电机供水口的水冷泵撬供水管道上依次安装泵撬出水压力变送器12和泵撬出水温度变送器13。

在自电机回水口和加热罐18之间的水冷泵撬回水管道上依次安装泵撬回水流量变送器15、泵撬回水压力表16、泵撬回水温度变送器17。

在膨胀罐19和水泵1之间的水冷泵撬回水管道上安装水泵入口压力变送器 20。

所述水泵1采用主备模式，即包括并列设置的第一主泵01和第二主泵02，每一个主泵均配置止回阀2和水泵出口压力表3。

在水泵1和第一阀门5之间的水冷泵撬回水管道上安装水泵出口压力变送器 4。

在空冷器8的供水管和回水管上分别安装空冷器入口压力表6和空冷器出口压力表7。在制冷机组9的回水管上安装制冷机组9出口压力表10。

水冷泵橇22是为整个冷却系统水路循环提供动力的设备，其核心为内部的水泵1，在干式水冷系统中泵橇内集成了流量、温度、压力等仪器仪表，以及加热罐、电动阀门等配置，可以实现整个系统流量、温度、压力等参数的监测与控制。环境温度变送器21安装在泵撬外部，整个系统的控制器(图中未示出)可集成在泵橇中，也可按要求安装在室内屏柜间。

参见附图2，本实用新型优化了水冷泵橇22内部设计，水冷泵撬22壳体两端分别开设5个进水出口，其中一端设置冷却系统供水口27和冷却系统回水口 28，另一端设置外冷供水口30、制冷机组供水口31、外冷回水口29；在水冷泵撬内部将加热罐18和膨胀罐19呈对角设置；自冷却系统回水口28至加热罐18 的水冷泵撬回水管道与外冷回水口29至冷却系统供水口27之间的水冷泵撬供水管道在水冷泵撬23内部上方平行设置，其中水冷泵撬供水管道将将加热罐18 和膨胀罐19分隔成左右两侧，水泵1、止回阀2、水泵出口压力表3设置在膨胀罐19的一侧并且靠近加热罐18的一端。加热罐18至膨胀罐19以及膨胀罐19 至水泵1之间的水冷泵撬回水管道设置水冷泵撬23内部下方，水冷泵撬回水管经过止回阀2后迂回然后向上布设达到外冷供水口30高度后水平延伸至外冷供水口30，制冷机组供水口31设置在外冷供水口30和外冷回水口29之间，外冷回水口29引入的水冷泵撬供水管道、制冷机组供水口31引入的制冷机组供水管道、外冷供水口30所引入的水冷泵撬回水管道沿垂直面平行布置，并通过垂直设置的水冷泵撬连接管道连接，并且在相邻两管道之间的连接管道分别设置第三阀门和第二阀门。

去外冷橇设置有三个进出水口，分别为外冷回水口(29)、外冷供水口(30)、制冷机组供水口(31)，其中制冷机组供水口与外冷回水口之间设置旁通，通过对旁通阀门的调节和安装封板，水冷泵橇可以实现同一种泵橇即可用在纯空冷水冷系统也可以用在复合冷系统(纯空冷系统和复合冷系统)。

流量计即泵撬回水流量变送器15安装至系统回水口位置，将所测量流量信号上传至控制器，在电机侧冷却器或变频器内置板式换热器供水入口处即冷却系统供水口27安装泵撬出水温度变送器13，在系统回水口28处安装泵撬回水温度变送器17，在泵橇外部安装用于测量环境温度的环境温度变送器21，所述泵撬出水温度变送器13(监测供水温度)、泵撬回水温度变送器17(监测回水温度)、环境温度变送器21(监测环境温度)将所测量温度信号实时上传至控制器。

在泵橇供水口位置安装泵撬出水压力变送器12，在泵撬回水口位置安装泵撬回水压力变送器16、在水泵的出口处设置水泵出口压力变送器4，所述各压力变送器将所测量供水压力信号实时上传至控制器。

所述控制器分别与阀门控制单元、空冷器启动控制单元、制冷机组启动控制单元相连。

所述控制器实时接收泵撬回水流量变送器15、泵撬出水温度变送器13、泵撬回水温度变送器17、环境温度变送器21、回水压力变送器20、水泵出口压力变送器4的测量信号，并根据测量信号分别通过阀门控制单元、空冷器启动控制单元、制冷机组启动控制单元实现冷却撬不同冷却方式的切换控制。

本实用新型冷却系统是不通过喷淋方式完成冷却介质换热的水冷系统，整个换热过程无需额外耗费水，完全依靠空气对循环介质进行降温的冷却系统。系统结构主要由两部分构成，分为泵橇与外冷橇，又根据外冷橇设备的不同划分为纯空冷干式水冷系统和复合型干式水冷系统。

水冷系统利用自身控制系统完成整个水路各设备的监控和保护功能，采用基于PLC的控制系统,稳定可靠，可将所有信号上传至上传给压缩机组控制系统；对实时性要求较高的远程控制信号和报警信号，外水冷系统通过开关量接点与被冷却设备监控系统进行通讯；对信息量较大的在线参数、设备状态监测及外水冷系统报警信息报文，系统通过总线(MODBUS RTU)与上位机进行通讯，实现与上位机交叉连接，上位既可以直接控制整个水冷系统启停，实现一键启机，全自动化运行。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率电机冷却系统，包括水冷泵撬(22)、冷却撬(23)、电机侧冷却器、变频器内置板式换热器；所述冷却撬(23)包括空气散热器(8)和制冷机组(9)；其特征在于：

水冷泵撬(22)、空气散热器(8)和制冷机组(9)呈“品”字型设置，水冷泵撬(22)设置在一侧，空气散热器(8)和制冷机组(9)设置在另外一侧；水冷泵撬(22)和冷却撬(23)之间通过管道相连；

所述水冷泵撬(22)包括水泵(1)、加热罐(18)、膨胀罐(19)；从冷却撬(23)出水口接入水冷泵撬(22)的低温冷却水通过水冷泵撬供水管道输送到去电机供水口即冷却系统供水口(27)，通过去电机供水口将低温冷却水输送到电机侧冷却器，经过热交换导出电机热量，将高温水通过自电机回水口即冷却系统回水口(28)进入水冷泵撬(22)中的水冷泵撬回水管道，在回水管道上依次安装加热罐(18)、膨胀罐(19)、水泵(1)，回水管道连通至由空气散热器(8)和制冷机组(9)组成的冷却撬(23)的供水口。

2.根据权利要求1所述的大功率电机冷却系统，其特征在于：

所述水泵(1)采用主备模式，即包括并列设置的第一主泵(01)和第二主泵(02)，每一个主泵均配置止回阀(2)和水泵出口压力表(3)。

3.根据权利要求1或2所述的大功率电机冷却系统，其特征在于：

水冷泵撬回水管道通过第一阀门(5)连接至空气散热器供水口，通过空气散热器供水管连接至空气散热器的进水端；在止回阀(2)和第一阀门(5)之间的水冷泵撬回水管道上引出水冷泵撬连接管道，水冷泵撬连接管道另一端与水冷泵撬供水管道联通，在所述水冷泵撬连接管道靠近水冷泵撬回水管道的一侧设置第二阀门(24)，在所述水冷泵撬连接管道靠近水冷泵撬供水管道的一侧设置第三阀门(11)；在所述第二阀门(24)和第三阀门(11)之间的水冷泵撬连接管道连接通过制冷机组供水口(31)的制冷机供水管；水冷泵撬供水管道通过外冷回水口(29)连接制冷机组(9)的制冷机出水管。

4.根据权利要求3所述的大功率电机冷却系统，其特征在于：

水冷泵撬(22)壳体两端分别开设5个进水出口，其中一端设置冷却系统供水口(27)和冷却系统回水口(28)，另一端设置外冷供水口(30)、制冷机组供水口(31)、外冷回水口(29)。

5.根据权利要求4所述的大功率电机冷却系统，其特征在于：

在水冷泵撬内部将加热罐(18)和膨胀罐(19)呈对角设置；自冷却系统回水口(28)至加热罐(18)的水冷泵撬回水管道与外冷回水口(29)至冷却系统供水口(27)之间的水冷泵撬供水管道在水冷泵撬(22)内部上方平行设置，其中水冷泵撬供水管道将加热罐(18)和膨胀罐(19)分隔成左右两侧，水泵(1)、止回阀(2)、水泵出口压力表(3)设置在膨胀罐(19)的一侧并且靠近加热罐(18)的一端。

6.根据权利要求5所述的大功率电机冷却系统，其特征在于：

加热罐(18)至膨胀罐(19)以及膨胀罐(19)至水泵(1)之间的水冷泵撬回水管道设置水冷泵撬(22)内部下方，水冷泵撬回水管经过止回阀(2)后迂回然后向上布设达到外冷供水口(30)高度后水平延伸至外冷供水口(30)，制冷机组供水口(31)设置在外冷供水口(30)和外冷回水口(29)之间，外冷回水口(29)引入的水冷泵撬供水管道、制冷机组供水口(31)引入的制冷机组供水管道、外冷供水口(30)所引入的水冷泵撬回水管道沿垂直面平行布置，并通过垂直设置的水冷泵撬连接管道连接，并且在相邻两管道之间的连接管道分别设置第三阀门和第二阀门。

7.根据权利要求3所述的大功率电机冷却系统，其特征在于：

在靠近冷却撬(23)供水口的水冷泵撬供水管道上安装过滤器(26)，该过滤器(26)能够通过过滤器阀门短接；在靠近去电机供水口即冷却系统供水口(27)的水冷泵撬供水管道上依次安装泵撬出水压力变送器(12)和泵撬出水温度变送器(13)。

8.根据权利要求7所述的大功率电机冷却系统，其特征在于：

在自电机回水口和加热罐(18)之间的水冷泵撬回水管道上依次安装泵撬回水流量变送器(15)、泵撬回水压力表(16)、泵撬回水温度变送器(17)；

在膨胀罐(19)和水泵(1)之间的水冷泵撬回水管道上安装水泵入口压力变送器(20)。

9.根据权利要求8所述的大功率电机冷却系统，其特征在于：

在水泵(1)和第一阀门(5)之间的水冷泵撬回水管道上安装水泵出口压力变送器(4)，在空气散热器(8)的供水管和回水管上分别安装空气散热器入口压力表(6)和空气散热器出口压力表(7)，在制冷机组(9)的回水管上安装制冷机组出口压力表(10)。

10.根据权利要求9所述的大功率电机冷却系统，其特征在于：

环境温度变送器(21)安装在泵撬外部，控制器集成在泵橇中或者安装在室内屏柜间；

控制器实时接收泵撬回水流量变送器测量的回水流量信号、各温度变送器测量的温度信号，并根据测量信号分别通过阀门控制单元、空冷器启动控制单元、制冷机组启动控制单元实现冷却撬不同冷却方式的切换控制。

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