混流式、軸流式潛水泵溫升試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)研究

一、檢測(cè)原理

溫升試驗(yàn)是評(píng)估潛水泵在額定工況下長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部各部件因能量損耗（主要包括銅損、鐵損、機(jī)械損耗）轉(zhuǎn)化為熱量，導(dǎo)致溫度升高的關(guān)鍵性能與安全指標(biāo)。其核心原理基于熱平衡理論。

1. 熱生成原理：電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，定子繞組因通過(guò)電流產(chǎn)生電阻損耗（銅損），鐵芯因交變磁場(chǎng)產(chǎn)生磁滯與渦流損耗（鐵損），軸承及密封部件因摩擦產(chǎn)生機(jī)械損耗。這些損耗終均轉(zhuǎn)化為熱能，使電機(jī)各部件的溫度升高。

2. 熱傳遞原理：產(chǎn)生的熱量通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種方式向周?chē)橘|(zhì)（水泵內(nèi)部絕緣油、外部輸送介質(zhì)或空氣）散發(fā)。潛水泵因其浸沒(méi)于水中工作，主要依靠?jī)?nèi)部絕緣油/水的對(duì)流與傳導(dǎo)，以及殼體與外部流體的強(qiáng)制對(duì)流進(jìn)行散熱。

3. 熱平衡原理：當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量與散發(fā)到周?chē)橘|(zhì)的熱量相等時(shí)，電機(jī)各部分的溫度將達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)的溫度與環(huán)境溫度之差即為溫升。溫升試驗(yàn)的目的即是測(cè)定在額定電壓、額定頻率、額定流量及揚(yáng)程下，電機(jī)定子繞組、軸承等關(guān)鍵部位達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的溫升值。

4. 電阻法測(cè)溫原理：此為測(cè)量繞組溫升的基準(zhǔn)方法。其科學(xué)依據(jù)是金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度升高而增加，對(duì)于銅繞組，其關(guān)系式為：(R2 - R1) / R1 = (234.5 + t1) * (t2 - t1)。通過(guò)精確測(cè)量繞組在冷態(tài)（試驗(yàn)前）電阻R1和熱態(tài)（試驗(yàn)后）電阻R2，結(jié)合冷態(tài)溫度t1，即可計(jì)算出熱態(tài)平均溫度t2，進(jìn)而求得溫升。該方法反映的是整個(gè)繞組的平均溫升。

5. 埋置檢溫計(jì)法（ETD）原理：在電機(jī)的定子繞組、鐵芯或軸承室等關(guān)鍵部位預(yù)埋溫度傳感器（如熱電偶或鉑電阻）。該方法能直接、實(shí)時(shí)地測(cè)量特定點(diǎn)的溫度，尤其適用于監(jiān)測(cè)溫度高點(diǎn)或熱傳導(dǎo)路徑上的關(guān)鍵點(diǎn)，是對(duì)電阻法的有效補(bǔ)充。

二、檢測(cè)項(xiàng)目

溫升試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目系統(tǒng)性地分為以下幾類(lèi)：

1. 核心溫升項(xiàng)目：

   • 定子繞組溫升：電機(jī)關(guān)鍵的熱評(píng)估項(xiàng)目，直接關(guān)系到絕緣材料的老化速度與壽命，通常采用電阻法作為仲裁方法。

   • 軸承溫度：監(jiān)測(cè)軸承在運(yùn)行中的溫度，評(píng)估其潤(rùn)滑狀態(tài)與壽命，防止因溫升過(guò)高導(dǎo)致潤(rùn)滑失效或抱軸。

   • 定子鐵芯溫升：評(píng)估鐵損造成的發(fā)熱情況，防止鐵芯過(guò)熱損壞繞組絕緣。

   • 潤(rùn)滑/絕緣介質(zhì)溫度：監(jiān)測(cè)泵腔內(nèi)絕緣油或水的溫度，間接反映內(nèi)部整體熱狀態(tài)。

2. 關(guān)聯(lián)運(yùn)行參數(shù)項(xiàng)目：

   • 輸入電參數(shù)：電壓、電流、輸入功率、功率因數(shù)，用于確認(rèn)試驗(yàn)工況是否處于額定狀態(tài)。

   • 水力性能參數(shù)：流量、揚(yáng)程，確保水泵在規(guī)定的性能曲線(xiàn)上運(yùn)行，排除了因工況偏離導(dǎo)致的異常溫升。

   • 環(huán)境/冷卻條件參數(shù)：被試泵浸沒(méi)深度、周?chē)疁?、環(huán)境溫度，這些是計(jì)算溫升的基準(zhǔn)。

3. 特殊檢測(cè)項(xiàng)目：

   • 堵轉(zhuǎn)溫升試驗(yàn)：模擬轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)的異常工況，考核電機(jī)在惡劣發(fā)熱條件下的承受能力及保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

   • 負(fù)載突變溫升試驗(yàn)：考核水泵在負(fù)載急劇變化時(shí)，熱慣性與溫度瞬態(tài)響應(yīng)特性。

三、檢測(cè)范圍

混流式、軸流式潛水泵廣泛應(yīng)用于大流量、中低揚(yáng)程的場(chǎng)合，其溫升試驗(yàn)覆蓋以下行業(yè)領(lǐng)域的具體要求：

1. 水利工程與防汛排澇：用于泵站、河道排水。要求水泵在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行下，溫升穩(wěn)定且低于限值，確保汛期可靠運(yùn)行。

2. 農(nóng)業(yè)灌溉：用于大型灌區(qū)。需適應(yīng)不同水質(zhì)，溫升試驗(yàn)需考慮介質(zhì)雜質(zhì)對(duì)散熱可能的影響。

3. 市政水務(wù)：用于污水處理廠的提升泵站、雨水泵站。環(huán)境惡劣，試驗(yàn)需驗(yàn)證其在含有固體顆粒介質(zhì)中運(yùn)行的溫升可靠性。

4. 工業(yè)冷卻與循環(huán)水系統(tǒng)：用于電廠、化工廠的循環(huán)水供應(yīng)。要求水泵在特定水溫下（可能較高）仍能滿(mǎn)足溫升要求。

5. 水產(chǎn)養(yǎng)殖與水域治理：用于水體交換、增氧。關(guān)注長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的低能耗與低溫升。

6. 礦山與冶金：用于礦井排水、冶煉廠冷卻水循環(huán)。工況苛刻，需驗(yàn)證其抗過(guò)載能力和溫升裕度。

四、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)潛水泵溫升限值、試驗(yàn)方法均有嚴(yán)格規(guī)定，但存在細(xì)微差異。

核心評(píng)判：各標(biāo)準(zhǔn)均以電機(jī)絕緣材料的耐熱等級(jí)（如A、E、B、F、H級(jí)）為基礎(chǔ)規(guī)定溫升限值，確保絕緣材料在其壽命期內(nèi)不發(fā)生熱老化擊穿。試驗(yàn)方法的核心（如電阻法）一致，但在熱穩(wěn)定判定、冷卻介質(zhì)條件、測(cè)量點(diǎn)布置等細(xì)節(jié)上可能存在差異。

五、檢測(cè)方法

1. 直接負(fù)載法（基準(zhǔn)方法）：

   • 操作要點(diǎn)：將水泵安裝于符合標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)臺(tái)位上，接入負(fù)載（如水池、壓力箱），調(diào)節(jié)閥門(mén)或轉(zhuǎn)速，使其在額定電壓、額定頻率下達(dá)到額定流量和揚(yáng)程。連續(xù)運(yùn)行，每隔30分鐘記錄一次各點(diǎn)溫度和電參數(shù)，直至在1小時(shí)內(nèi)溫升變化不超過(guò)2K，即認(rèn)為達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)。立即斷電，迅速測(cè)量熱態(tài)繞組電阻。

   • 關(guān)鍵控制：工況穩(wěn)定性的維持；熱態(tài)電阻測(cè)量的快速性與準(zhǔn)確性；冷卻介質(zhì)條件的監(jiān)控。

2. 等效負(fù)載法（如回饋法）：

   • 操作要點(diǎn)：對(duì)于大功率水泵，直接負(fù)載能耗巨大。可采用對(duì)拖方式，或用變頻器將能量回饋電網(wǎng)。通過(guò)精確控制，使電機(jī)輸入功率、電流與實(shí)際負(fù)載工況等效。

   • 關(guān)鍵控制：等效性的驗(yàn)證，確保繞組中的電流（產(chǎn)生銅損）與實(shí)際負(fù)載一致，鐵損和機(jī)械損耗也得到合理模擬。

3. 空載法（間接法，需換算）：

   • 操作要點(diǎn)：電機(jī)在空載下運(yùn)行至熱穩(wěn)定，測(cè)得空載溫升。然后通過(guò)理論計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)公式，結(jié)合額定電流與空載電流的比值，推算出額定負(fù)載下的溫升。

   • 關(guān)鍵控制：此方法精度較低，依賴(lài)于換算公式的準(zhǔn)確性，通常僅用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證或初步評(píng)估，不作為型式試驗(yàn)的仲裁方法。

六、檢測(cè)儀器

1. 電參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)：

   • 功率分析儀：高精度、寬頻帶，能同時(shí)測(cè)量電壓、電流、功率、功率因數(shù)等，精度通常優(yōu)于0.1%。

   • 電流互感器與電壓互感器：用于擴(kuò)展量程，需與功率分析儀匹配，保證相位和幅值精度。

2. 溫度測(cè)量系統(tǒng)：

   • 直流電阻測(cè)試儀（電橋）：用于電阻法測(cè)溫，要求測(cè)量速度快、精度高、抗干擾能力強(qiáng)，以捕捉斷電后繞組的電阻瞬態(tài)變化。

   • 多通道溫度巡檢儀：用于接收和記錄來(lái)自預(yù)埋熱電偶、鉑電阻（Pt100）等傳感器的信號(hào)，需具備高精度和良好的通道隔離性能。

   • 溫度傳感器：熱電偶（T型、K型）用于點(diǎn)測(cè)溫，響應(yīng)快；鉑電阻（Pt100）精度高、穩(wěn)定性好，常用于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)和關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

3. 水力參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)：

   • 電磁流量計(jì)/超聲波流量計(jì)：用于精確測(cè)量流量，無(wú)活動(dòng)部件，壓力損失小。

   • 壓力變送器/壓力傳感器：安裝在泵進(jìn)出口，用于測(cè)量揚(yáng)程，要求量程和精度合適。

4. 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)：

   • 集成上述儀器，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)與分析，自動(dòng)繪制溫升曲線(xiàn)，判斷熱穩(wěn)定狀態(tài)。

七、結(jié)果分析

1. 數(shù)據(jù)處理：

   • 根據(jù)電阻法公式計(jì)算繞組平均溫升。

   • 整理各測(cè)溫點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)溫度及溫升數(shù)據(jù)。

   • 繪制關(guān)鍵部位（如繞組、軸承）的溫升-時(shí)間曲線(xiàn)。

2. 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 絕對(duì)限值法：將實(shí)測(cè)的各部位溫升與所采用標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 755）中規(guī)定的對(duì)應(yīng)絕緣等級(jí)的溫升限值進(jìn)行比對(duì)。任何一項(xiàng)超過(guò)限值即判定為不合格。例如，B級(jí)絕緣繞組（電阻法）溫升不得超過(guò)80K。

   • 趨勢(shì)分析法：分析溫升曲線(xiàn)。正常的溫升曲線(xiàn)應(yīng)平滑上升，終趨于穩(wěn)定。若出現(xiàn)溫升持續(xù)急劇上漲無(wú)法穩(wěn)定，或出現(xiàn)異常波動(dòng)，則表明可能存在機(jī)械摩擦加劇、冷卻通道堵塞、絕緣劣化等故障。

   • 對(duì)比分析法：與同型號(hào)產(chǎn)品的歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)或設(shè)計(jì)預(yù)期值進(jìn)行對(duì)比。若在相同工況下溫升顯著偏高，則需探究材料、工藝或裝配上的差異。

   • 綜合性診斷：結(jié)合電參數(shù)（如電流是否平衡、功率是否正常）和水力參數(shù)（如揚(yáng)程、流量是否達(dá)標(biāo)）進(jìn)行綜合分析。例如，電流偏高伴隨溫升過(guò)高，可能指向轉(zhuǎn)子問(wèn)題或過(guò)載；揚(yáng)程不足伴隨溫升正常，可能更偏向于水力模型問(wèn)題。

通過(guò)系統(tǒng)性的溫升試驗(yàn)與深度結(jié)果分析，不僅能驗(yàn)證潛水泵產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性與制造的質(zhì)量可靠性，更能為其安全、、長(zhǎng)壽命運(yùn)行提供至關(guān)重要的數(shù)據(jù)支撐和保障。