干冰清洗技术在大型电机定转子清理中的应用

干冰清洗技术在大型电机定转子清理中的应用

刘熹张明磊林西国王玉炯

（华电国际邹县发电厂山东邹城273522）

摘要：通过分析大型高压循环水泵电机定转子脏污的原因及其清理过程，介绍了干冰清洗技术的原理及特点。通过与传统电气清洗剂清洗电机比较，分析干冰清洗技术过程控制对电机清洗效果的影响，得出了大型高压电机定转子采用干冰清洗的最佳参数与优化方案。验证表明，采用干冰清洗技术能够高效进行电机表面除污，与传统电气清洗剂清理方法相对，效果更佳。

关键词：干冰清洗；电机；定转子；清洗效果

0引言

干冰清洗技术经过多年的发展，已被广泛应用于众多领域，如工业模具的表面清理，汽车工业中的油污、积碳清理，航空工业中引擎积碳清洗及飞机表面除漆，核工业设备的除污，食品加工中的烤炉及输送带清理等[1]。在我国电力行业中，主要用于清洗燃机喷头、汽轮机叶轮、叶片等部件锈垢，电力设备外表面污垢在线清理等，也有用于变电站绝缘子清污[2],发电机定子铁芯除锈等应用[3]。

本文介绍一起采用干冰清洗技术清理大型循环水泵高压电机定转子绕组严重堵塞的案例，相比传统的电机清洗方法具有较大优势，通过比较分析不同条件下的清洗效果，提炼了针对大型高压电机定转子清理的优化方案与最佳清洗参数。

1.循环水泵电机的概况

邹县发电厂600MW机组循环水泵电机，采用上海电机厂生产的YL2500-16型非全封闭式大型立式轴瓦电机，额定功率2500KW，额定电压6kV，额定电流312A。自投产20余年以来，电机定、转子内部长期积累的油垢、粉尘阻碍电机散热，电机在高负荷运行时经常出现电机绕组发热现象，严重影响设备的安全稳定运行。为消除电机绕组频繁发热缺陷，目前主要通过加大循环泵电机定转子清理频次，约每隔2年解体清理一次电机，以缓解电机绕组发热难题。而传统的电机定转子清理工艺方法，主要采用电气清洗剂等化学清洗方法进行现场清理，清理效果不理想，同时清理后容易造成电机绕组受潮，电机绕组绝缘回升较慢，工期较长，影响机组无备用工况下的安全运行系数。

为了有效解决循环水泵电机绕组通风孔不易清理干净，传统清洗方法清理后电机绝缘回升较慢等问题，利用干冰清洗的无污染、无磨损、工期短，易于实现目标值的除污优势，最终选用干冰清洗新工艺技术在循泵电机定转子清理中进行应用研究。

2.干冰清洗的技术原理及特点

干冰清洗技术已广泛应用于众多领域多年，其工艺技术及设备非常成熟．诸多专业的干冰清洗公司可以为各相关行业提供清洗服务。

干冰清洗是利用压缩空气作为动力，干冰颗粒（固体CO2）通过干冰清洗机以高速喷射至电机绕组或铁芯表面，然后撞击动能散逸，干冰粒与清洗表面发生极其快速的热转移，常压下，固体二氧化碳瞬间直接升华，但并非仅仅依赖干冰颗粒的动能，同时利用干冰的超低温性能达到除污目的。因不同热膨胀系数的两种不同材料，它们之间的温差会破坏两种材料间的结合。干冰粒（-78.5℃）通过干冰清洗机冲击电机污垢表面，使污垢冷冻至脆化龟裂，影响电机绕组表面粘附污垢的机械性能，干冰粒钻进污垢裂缝后，在几千分之一秒内气化，其体积瞬间膨胀600～800倍，形成微爆炸效应，将污垢剥离物件表面。细归纳起干冰的清洗的原理有三点：一是通过能量的转移实现二氧化碳瞬间升华。二是低温环境下冷冻污垢。三是微爆炸剥离污垢。

循环水泵电机现场清理中选择喷射冲击力大的单喉管喷嘴干冰清洗机，该系统将直径约1～3mm的干冰小颗粒，由干冰清洗机供入压缩空气管道，加速后从喷嘴喷出，携带干冰颗粒的空气以0.5MPa以上的压力冲击电机污垢表面，当干冰与压缩空气混合物被喷射到电机绕组表面污垢层后，污垢层的表面急剧降温而变脆，利用混合气流的冲击力与低温效应，在绕组表面冲击点造成“微型爆炸”，将污垢层吹扫剥离,随之气流沿绕组表面扩散带走被剥离的污秽。

干冰清洗电机具有以下特点：(1)电机定、转子绕组通风孔孔洞空间狭小，可以对狭小孔洞空间进行清洗。喷头从孔洞深入，对绕组、铁芯深处进行清洗。（2）其清洗介质干冰颗粒为绝缘介质，在清洗过程中挥发，避免了设备的二次污染(3)清洗效率高，清洗效果显著。(4)于冰颗粒不具磨损性，对电机绕组、铁芯形成的二次伤害小，安全性能强。(5)清洗过程干燥，对电机绕组绝缘影响小。

3.过程控制对电机清洗效果的影响

对油泥堵塞严重的电机进行干冰清洗过程中，过程参数的控制会影响干冰清洗的效果。如干冰清洗机的排气压力、干冰流量的大小，干冰清洗机喷嘴相对于污垢表层的距离，角度及移动速度，均能影响干冰清洗的效率与效果。

图1电机定子清理前后效果对比图

在实际清洗过程中，要充分考虑-78℃的低温是否会对电机引线、定子绕组等部位的绝缘材料造成损害、局部热胀冷缩后是否会引起结露受潮等问题。经查阅相关资料[3]，干冰清洗过程中，由于清洗时间短，距铁芯等表面O.5mm以下部位的最低温度约为-5℃，短时间内绝缘不至于严重受损．若喷射压力较高，同一部位停留时间较长时，干冰碰到定子绕组端部表面，会造成其主绝缘外层防晕材料和绝缘漆的剥落，因此在端部绕组清洗中则需要降低喷射压力，调节参数进行控制，避免端部绝缘损伤。

（1）喷射压力对电机清洗效果的影响。因电机不同部位的污垢成分组成及湿度存在差异，湿度大，垢层薄的污秽在3-4bar的压力下即可以一次清除干净；而湿度小，垢层厚的污秽需要5-8bar的压力才可以一次或多次清除，更高的压力条件下虽然除污效果强，但对绕组的绝缘漆剥落损伤同样增大。

（2）干冰流量枪喷嘴移动速度对清洗效果的影响。在生产现场清洗中，喷嘴的移动速度将直接影响清洗的费用与效果，移动速度快，重度污垢层难以清洗干净；速度慢，相同清洗面积耗费的干冰多，造成浪费，而且增加成本。理想的方法是重污秽处移动速度放缓，轻污秽处速度加快。

（3）距离对清洗效果的影响。当喷出的干冰呈扇形喷射在电机污秽表面时，若电机污秽表面与喷嘴过远，干冰颗粒还未达到污秽表面即已升华，达不到清洗效果；距离太近，能清洗到的污秽表面面积过小而影响清洗效果，同时电机绕组单位时间内受干冰低温冷冻的影响大。

针对循环水泵绕组表面油泥厚度大及通风孔堵塞严重的特殊环境，在不剥离电机表面绝缘漆层的情况下，尽量满足干冰清洗机一次喷射清理电机表面污秽洁净，通过在循环水泵电机现场清理中得到验证，使用5-8bar压力，4m3/min气流量的洁净高压空气，保持干冰流量枪嘴离清洗面的距离约3-5cm为最佳，清洗工期与效果较为理想。

4.清洗效果分析

（1）外观检查

循环水泵电机经干冰清洗后，电机定转子绕组表面清洁，通风孔内油污、结垢几乎全部清除，通风孔畅通，铁芯表面干净平整，端部绕组未出现绝缘漆的剥落现象。清理后2小时进行电机绝缘测试，电机各项指标符合标准，电机定子清理前后的外观对比如下图所示。

（2）绕组温度

电机清理后组装完毕投入运行后，经过运行数据观察，在相同运行工况下，采用干冰清洗过后的循环水泵电机，电机的散热率及绕组温度明显优于其他同类型电机，电机绕组温度从修前的106℃降至约80℃。有效避免了电机的夏季发热，保障设备安全度夏，取得满意的效果。且经过10个月的运行观察，电机绕组温度在80余度上下稳定，未出现电机发热或温度反弹现象。

图2电机清理前后的温度变化曲线

5.传统电气清洗剂与干冰清洗电机的对比

干冰清洗在大型电机清理中的应用作为一项新工艺技术，其优势已经得到充分证实。尤其是它具有操作快捷、简单、安全、环保等特点，可以有效地清除电机绕组定、转子内长期积累的油垢、粉尘以及沉积的硅酸盐垢。而传统的电气清洗剂清理方法，电机清理后通风孔清理效果不太理想，深层无法清理干净，电气清洗剂未完全挥化前电机绝缘低，并且清理过程中刺激性气味太大，对工作人员健康不利。干冰清洗与传统的电气清洗剂清洗工艺相比，有诸多优势，主要体现在以下四个方面。

（1）在电机清理过程中，干冰清洗技术可减少65%的停机时间，相对传统的化学清洗方法，将一台电机清理时间缩短为2-3天，保证设备快速恢复备用。

（2）提高电机绕组绝缘水平。选择合理的参数和施工方案，干冰清洗产生冲击力既不破坏绕组表面绝缘涂层，又高效清除电机绕组间污秽，不导电或残留表面，电机绝缘水平有效提高。

（3）较之传统的电气清洗剂等化学清洗方法，清理效果显著，无刺激性气味，环保安全。能够保护作业人员的身心健康与厂房内空气质量，不影响他人作业，不会造成二次污染。

（4）较之传统的清洗方法，干冰清洗具备工期短、易于实现目标、费用低、清洗效果显著等优点，清理效果如图3、图4所示，在设备清洗中可获得广泛的推广价值。

图3传统工艺清洗电机定子后的效果

图4干冰清洗电机定子后的效果

6.结论

（1）从循环水泵电机定转子采用干冰清洗技术清理的经验可以看出。干冰清洗大型高压电机定、转子污垢不会对电机的绝缘造成损坏．该方法安全可靠，而且工期短，易于实现目标值，因而能够很好地应用于电机定转子的清洗。

（2)清理大型循环水泵高压电机实践表明，当使用5-8bar压力，4m3/min气流量的洁净高压空气，保持干冰流量枪嘴离清洗面的距离约3-5cm时，干冰清洗技术对电机绕组的清洗能达到理想效果。

（3)与传统的电气清洗剂方法相比，干冰清洗技术提高了除污效率，应用于电机污垢的清理时有着较大的优势。减少停机时间，保障设备的安全稳定生产，极大提高了经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]我国干冰清洗技术的应用现状及展望[J].刘洋.清洗世界,2006,01:25-28.

[2]谢广文，赵程，石玉龙，等．喷射于冰表面清理技术的原理及应用[J]．化工设备与防腐，2000(3)：23-24．

[3]干冰清洗技术在发电机铁芯锈蚀处理中的应用[J].卢洪坤,许宏伟,李晨,崔竹叶.浙江电力,2013,04:45-47+51.

作者简介

刘熹（1986年12月-），男，山东邹城人，助理工程师，主要从事发电厂电气设备检修工作。

张明磊（1973年12月-），男，山东曲阜人，高级工程师，主要从事发电厂电气设备的检修管理工作。

林西国（1974年09月-），男，山东邹城人，高级工程师，主要从事发电厂技术管理工作。

王玉炯（1967年10月-），男，山东邹城人，高级技师，主要从事发电厂电气设备检修工作。