Wheatstone, 고출력 해저 모터의 냉각 단순화

펌프, 파이프, 열 교환기, 밸브, 제어 장치 - 간접 액체 냉각 시스템으로 인해 수십 개의 오류 지점이 추가됩니다. Wheatstone은 해저 모터 열 관리에 대한 보다 간단한 접근 방식을 취합니다.

해저 모터 설계에서 열 관리는 심각하게 과소평가되는 과제입니다.

고출력 해저 모터는 작동 중에 상당한 열을 발생시킵니다. 580kW 수중 모터를 예로 들면 고정자와 회전자 철 손실, 구리 손실, 오일 마찰 손실의 중첩을 제어해야 합니다. 그렇지 않으면 온도 상승이 모터 서비스 수명과 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 저전압, 저속, 고토크 작동 중에 수중 차량용 추진 모터는 높은 고정자 권선 전류와 심한 발열을 경험하며, 공간적 제약으로 인해 열을 방출하기 어렵습니다.

이를 해결하기 위해 기존 솔루션은 고출력 해저 모터에 독립 냉각 시스템을 장착하여 강제 냉각을 달성했습니다. 이러한 시스템에는 일반적으로 냉각 펌프, 냉각 파이프, 열 교환기, 밸브, 저장소, 온도 센서, 유량 센서, 컨트롤러, 전기 연결이 포함됩니다. 각 구성 요소는 잠재적인 고장 지점입니다.

간접 액체 냉각: 복잡할수록 취약해집니다.

간접 액체 냉각은 금속 매개체를 통해 열원에서 액체를 격리하고, 열은 고체를 통해 액체로 전도된 후 배출됩니다. 이 접근 방식은 육지에서 잘 작동합니다. 심해에서는 문제가 명백해집니다.

실패 지점 1: 냉각 펌프 - 회전 구성 요소 신뢰성 병목 현상

간접 액체 냉각 시스템은 냉각 펌프를 사용하여 냉각수 순환을 구동합니다. 펌프 자체는 베어링, 임펠러, 씰 및 기타 마모되기 쉬운 구성 요소를 포함하는 회전 기계입니다. 심해 고압 환경에서 펌프의 기계적 씰은 메인 모터와 동일한 동적 씰링 문제에 직면합니다. 펌프가 고장나면 전체 냉각 시스템이 마비되고 모터 온도가 통제 불능 상태가 됩니다.

실패 지점 2: 파이프 및 부속품 — 누출 '시한폭탄'

냉각수는 모터 내부의 열을 흡수하여 해수와 접촉하는 하우징 열교환기로 펌핑됩니다. 이를 위해서는 모터 내부와 외부 열교환기 사이를 순환하는 냉각수가 필요합니다. 배관이 길고 피팅이 많을수록 누출 위험이 커집니다. 심해 고압에서 헐거운 피팅이나 오래된 씰로 인해 냉각수 누출이 발생할 수 있습니다. 냉각수 누출이 모터 내부로 누출되어 절연 불량이 발생하거나 냉각 시스템이 냉각수를 오염시키는 해수 등이 있습니다.

실패 지점 3: 열 교환기 - 부식과 오염의 이중 위협

해수와 접촉하는 하우징 열교환기는 부식성이 강한 해수에 영구적으로 잠겨 있습니다. 염화물 구멍, 해양 생물 오염 및 퇴적물 침식 - 열 교환기 성능은 시간이 지남에 따라 지속적으로 저하됩니다. 열교환 효율이 떨어지면 냉각 시스템 용량도 줄어들고, 모터 온도도 점차 올라가는 악순환이 시작된다.

실패 지점 4: 전기 제어 시스템 — 심해의 '연약한 신경'

간접 액체 냉각 시스템에는 모터 온도를 모니터링하는 온도 센서, 냉각수 흐름을 모니터링하는 유량 센서, 펌프 속도를 조절하는 컨트롤러가 필요합니다. 이러한 모든 전기 부품은 심해 고압 환경에서 잠재적인 고장 지점이 됩니다. 센서 드리프트, 컨트롤러 오류, 통신 중단 등 체인에 오류가 발생하면 냉각 시스템이 작동하지 않게 됩니다.

실패 지점 5: 무게 증가 - 탑재량 감소

외부 냉각 시스템을 추가하면 모터 구동 시스템의 복잡성이 증가하여 장비 신뢰성이 저하됩니다. 동시에 수중 장비는 추가 냉각 시스템을 탑재해야 하므로 무게가 증가하고 유효 탑재량 용량이 감소합니다.

Wheatstone의 접근 방식: 더 간단한 솔루션으로 복잡한 문제 해결

특수 목적 모터 분야에서 20년 이상의 전문 경험을 보유한 Jiangsu Wheatstone은 간접 액체 냉각보다 더 간단하고 안정적인 고출력 해저 모터 열 관리를 위한 다양한 솔루션을 제공합니다.

솔루션 1: 오일 배스 자연 대류 냉각 — 펌프 없음, 배관 없음

휘트스톤 심해 모터는 오일 충전 구조를 사용하며 모터 내부는 절연유로 채워져 있습니다. 작동 중 로터 회전은 내부 오일의 자연 대류를 유도하여 권선과 코어에서 하우징으로 열을 전달한 다음 해수와 열을 교환합니다. 냉각 펌프 없음, 외부 배관 없음, 열 교환기 없음 — 최소 고장 지점.

솔루션 2: 압력 보상형 오일 충전 구조 - 내부 및 외부 압력 균형

초심해 조건의 경우, Wheatstone은 압력 보상 오일 충전 구조를 사용합니다. 즉, 모터 내부는 절연 오일로 채워져 있으며 보상막은 내부 오일 압력과 외부 수압의 균형을 유지합니다. 모터 전체의 압력 차이가 0에 가까워집니다. 오일은 단열 매체와 냉각 매체라는 두 가지 목적으로 사용됩니다.

솔루션 3: 직접 축사 수냉 - 심해 저온 환경 활용

심해수온은 0℃로 낮아 천연의 고품질 냉각원을 제공합니다. Wheatstone은 하우징과 해수 사이의 직접적인 열 교환이 가능하도록 하우징 방열 구조 설계를 최적화합니다. 자연 냉각은 정상 상태 온도 상승을 크게 줄일 뿐만 아니라 열 정상 상태에서 출력 토크를 약 10% 증가시킬 수 있습니다. 중간 열 교환 매체 없음 — 최단 열 저항 경로.

솔루션 4: 적응형 냉각 구조 - 모터 자체의 회전력 활용

최첨단 적응형 냉각 개념을 바탕으로 Wheatstone은 내부 냉각 매체 순환을 구동하기 위해 로터 자체의 회전력을 사용하여 모터 로터 샤프트에 임펠러 구조를 통합할 수 있습니다. 추가 펌프, 열 교환기, 냉각 오일 또는 전기 제어가 필요하지 않으며 전체 구조가 더 간단합니다..

솔루션 5: 전체 사이클 시뮬레이션 검증 - 설계 단계에서 열 흐름 계산

Wheatstone은 전자기-열-유체 결합 시뮬레이션을 개발 프로세스에 통합하여 작동 조건을 기반으로 온도장 계산 모델을 설정하고 유체 구조 상호 작용 자동 열 전달을 달성하며 내부 및 외부 냉각 매체의 흐름을 시뮬레이션합니다. 경험에 기반한 시행착오를 통해 열 설계를 정량화 가능하고 검증 가능한 엔지니어링 지표로 변환.

적용 가능한 표준 참조

표준	범위
IEC 0034:2022	회전 전기 기계 - 1부: 정격 및 성능
IEC 0034-	회전 전기 기계 - 부품 : 냉각 방법(IC 코드)
API 17F	해저 생산 제어 시스템 - 해저 장비 설계 표준
ISO 1328-	석유 및 천연가스 산업 – 해저 생산 시스템의 설계 및 운영

고출력 해저 모터가 수심 3,000m에서 지속적인 출력을 제공할 때; 냉각 시스템에 더 이상 펌프, 배관, 열 교환기, 밸브 및 복잡한 전기 제어 장치가 필요하지 않은 경우 추가 냉각 시스템으로 인해 유효 탑재량이 더 이상 소모되지 않는 경우, 모든 심해 장비 전원 시스템 내에서 Wheatstone 맞춤형 해저 모터는 가장 간단한 솔루션으로 가장 복잡한 열 문제를 해결합니다.

휘트스톤 소개

특수 목적 모터 분야에서 20년 이상의 전문 경험을 보유한 Wheatstone은 해저 모터, 방폭 서보 모터, 고온 모터 및 축 자속 모터를 포함한 포괄적인 포트폴리오를 제공합니다. 이 회사는 ISO 9001 및 IATF 1949 인증을 받았습니다. 해저 모터 시리즈는 500m, 3000m, 000m 및 8000m의 4가지 수심 등급을 포괄하며 오일 배스 자연 대류, 압력 보상 오일 충전, 직접 하우징 수냉 및 적응형 냉각을 포함한 다양한 열 관리 솔루션을 제공하며 50W~200kW의 맞춤형 솔루션을 제공합니다.

맞춤형 해저 모터 열 관리 상담 및 솔루션에 대해서는 휘트스톤 기술팀에 문의하세요.