A3：科技智慧
●郭 磊 樊建华 邢延峰
摘要：针对水厂卧式离心泵变频电机散热风扇运行状态监测不便的问题，提出加装可视化LED信号指示灯的改造方案。通过实时显示风扇启停、故障状态，提升设备的可维护性与安全性。本文详细阐述设计原理、实施方法及经济效益，为类似设备场景提供参考。
关键词：散热风扇、LED信号指示灯、可视化
一、研究背景与需求分析
1.离心泵变频电机的重要性。离心泵变频电机是自来水厂的核心设备，更是水厂节能降耗、安全运营和智慧化管理的关键设备；负责供水压力调节、平滑启停、动态调速，能有效防止水锤效应、保护管网系统、维持水压稳定、提升供水安全性与连续性；实时根据用水量变化，灵活调整流量和压力，避免超压或欠压，同时减少机械冲击与磨损，降低故障率，延长水泵、阀门及管网的使用寿命，节省维护成本。并实现远程监控和智能调节，提升水厂运行效率及应对突发状况的能力。
2.散热风扇的关键作用。水厂离心泵变频电机的散热风扇主要用于维持电机的工作温度在安全范围内，确保设备稳定运行。其其核心作用包括：①主动散热，通过强制空气循环，快速带走电机运行时因电磁损耗和机械摩擦产生的热量，防止内部元件过热，避免绝缘老化或部件损坏。②适应变频工况变频电机转速随供水需求动态调整，散热需求随之波动。风扇可根据温度传感器信号或负载变化自动调节风速，实现高效散热与节能的平衡。③延长设备寿命持续的温度控制，减少热应力对电机绕组、轴承等关键部件的损伤，降低故障率，延长整体使用寿命。④保障运行稳定性，避免因高温导致效率降低、振动增加的性能下降，确保离心泵在不同运行工况下持续可靠供水。⑤防止电机过热导致停机或损坏，
3.需求驱动。目前水厂离心泵变频电机在长期运行中，主要依赖散热风扇来保障电机温控，缺乏运行状态可视化监测，日常运行维护人员需要快速判断风扇是否正常运转，避免因风扇故障引发电机的连锁反应。
二、目前现状与问题分析
1.当前散热风扇控制与监测情况现状描述。①目前离心泵变频电机散热风扇通常由电机控制系统直接供电，而变频电机散热风扇运行状态缺乏独立直观的可视化信号监测指示。只能够依赖工作人员人工巡检，利用测温枪和听声音的方式判断散热风扇运行是否正常，故障难以快速及时发现；②由于受工作环境噪音影响工作人员难以及时准确判断散热风扇是否正常运行，可能导致在风扇故障时不能及时发现并处理，进而引发电机过热故障，影响水泵正常安全生产，甚至造成设备损坏和供水中断等严重后果。
2.问题分析。（1）效率低：人工巡检难以快速及时发现；（2）风险高：隐性故障可能引发停机事故；（3）成本高：电机维修或更换费用高昂。
三、加装方案设计
1.信号指示灯选型：选用信号指示灯为防护等级IP40，型号LD11S-22，开孔尺寸为Φ22mm的常规配电箱用白色交流220V的LED 指示灯；此种指示灯的优点是亮度高、寿命长、颜色醒目直观，适合在水厂复杂环境下长期稳定工作。
2.安装位置确定：通过将 LED信号指示灯安装在电机现场控制箱面板位置，可确保工作人员能够方便直观地观察到指示灯显示状态，同时又不会受到其他设备的干扰或遮挡。
3.电路连接设计：通过将LED信号指示灯安装在电机散热风扇运行回路的连接方式，使指示灯能够准确反映风扇的运行状态。风扇运行时指示灯亮，停止时指示灯灭，该安装方式不仅不影响原有散热风扇和电机的正常运行，而且能够实时监测散热风扇运行电源的工作状态，避免缺相故障的发生。
4.创新点：
（1）低成本改造：无需更换原有散热风扇，仅需加装高亮度LED指示灯。
（2）可视化监控：便于人工进行设备安全巡视，使离心泵变频电机散热风扇运行状态直观明了，避免因散热失效引发电机烧毁事故。
（3）兼容性强：适配水厂不同离心泵变频调速电机型号，如：南京溧水丰盛机电制造有限公司YKK500L-6型高压变频调速电机、YVF2-355M-4型低压变频调速电机。
（4）预防性维护：通过可视化信号有效降低故障排查时间。
四、实施步骤与计划
1.准备工作：在安装电机散热风扇可视化LED信号指示灯前，进行安装位置研讨论证、制定安装方案、采购安装工具和材料。
2.安装过程：线路断电并进行验电确认、悬挂“禁止合闸，有人作业”警示标示牌、按照设计安装位置钻孔、连接电线、LED信号指示灯安装、线路恢复供电，每一步操作过程清晰明了，确保电气设备绝缘良好。
3.调试与测试：在安装完成后，对信号指示灯和散热风扇联动功能进行调试，模拟风扇运行和停止状态，检查指示灯是否正确显示工作运行状态，确保加装系统能够稳定可靠运行。
五、预期效果与效益分析
1.运行状态可视化：通过加装信号指示灯，工作人员不仅能够在远处清晰直观地了解散热风扇的运行情况，无需靠近设备或借助其他复杂工具进行判断，大大提高了工作效率和设备监控的便利性；而且减少非计划停机处置时间和延长了电机运行安全性与连续性。
2.故障预警与及时处理：一旦散热风扇出现故障，信号指示灯熄灭，工作人员能够在第一时间发现并及时维修或更换风扇，避免故障进一步恶化导致电机损坏，有效降低了设备故障率和维修成本，提高了水厂的生产安全性和可靠性。
3.延长设备寿命：通过实时监测散热风扇运行状态，确保电机始终在良好的散热条件下工作，减少了因过热引起的电机部件磨损和老化，从而延长了变频水泵电机的使用寿命，为水厂安全生产节约了运营成本。
4.获得效益：
①2台变频电机散热风扇可视化信号指示灯改造成本约16元，节省因散热风扇停转导致电机设备故障的高昂维修费用。②提高了变频电机设备的利用率，同时有力保障了供水的安全稳定运行。
六、结论
通过变频水泵电机散热风扇加装信号指示灯，实现了设备运行状态可视化，降低了运维风险，技术方案简单可靠，可推广至水厂离心泵变频电机运行状态可视化加装改造，完善和提高水厂设备监测与预警系统的智能化、可视化程度，为保障水厂高效、稳定安全运行提供更加可靠的保障。
参考文献：
1.《GB/T 12785-2014 潜水电泵试验方法》
2.王建军. 变频电机散热系统优化设计[J]. 机电工程, 2020.
附录：
1.电路原理图
2.改造前后对比照片：
改造前（下图）：控制箱面板无LED指示
改造后（下图）：控制箱面板新增Φ22mm白色LED指示
