電機水冷系統(tǒng)設(shè)計與散熱計算

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1、螺旋形電機水冷系統(tǒng)設(shè)計與散熱計算孫利云四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川德陽 618000摘要：本文從傳熱基本理論出發(fā)，針對表面冷卻中小型電機體積小，功率大，能量密度高的特點，給出了電機水冷螺旋型結(jié)構(gòu)的詳細計算過程，為電機冷卻設(shè)計提供參考方案。關(guān)鍵詞：水冷，散熱，螺旋型1.引言現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對電機性能要求越來越高。電機熱損耗問題制約著大容量電機設(shè)計發(fā)展。根據(jù)冷卻介質(zhì)是否通過電機內(nèi)部，電機冷卻方式分為內(nèi)部冷卻和表面冷卻1。中小型電機由于體積的限制，常采用表面冷卻的方式。按冷卻介質(zhì)的不同，可以把電機分為分為空氣冷卻和液體（水或油）冷卻?？諝饫鋮s，運行成本低，摩擦損耗大，散熱效率低，常用在能量密度低，發(fā)熱較

2、低的電機結(jié)構(gòu)中。水冷電機，運行成本高，摩擦損耗小，散熱效率高，常用在能量密度高，發(fā)熱量大的電機結(jié)構(gòu)中。水冷技術(shù)應(yīng)用于電機散熱具有很好的冷卻效果。電機水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心任務(wù)是電機散熱計算，使得電機損耗生熱與冷卻介質(zhì)帶走的熱量達到平衡，從而控制電機溫升再允許范圍內(nèi)。此外，冷卻介質(zhì)流速是散熱能力重要影響因素之一。冷卻介質(zhì)的流速與壓頭及流經(jīng)管道阻力有關(guān)。壓頭由水循環(huán)系統(tǒng)的泵產(chǎn)生。流經(jīng)管道阻力取決于冷卻結(jié)構(gòu)的具體形式。螺旋型結(jié)構(gòu)是指水槽在殼體中成螺旋型分布以往的設(shè)計過程2是首先設(shè)計好水槽的機構(gòu)尺寸，設(shè)定入水口溫度、水槽溫度、水流速度等參數(shù)，計算出水口溫度，進而校核冷卻系統(tǒng)的散熱情況。這種方法，把設(shè)計的散

3、熱方案的散熱功率作為計算結(jié)果，與實際需求的散熱功率對比。設(shè)計方案的散熱能力高于實際需要的散熱能力，則視為方案可行；反之，方案失敗。修改預(yù)先設(shè)計的水槽尺寸并重新計算直到滿足散熱條件。散熱能力在設(shè)計之初是未知的，計算之后才能知道其散熱能力。本文采用另一種方法，對散熱結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。2. 水冷計算2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計電機的基本結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示，水套外徑200mm，水套截面尺寸為寬24mm，高4mm，圖11.轉(zhuǎn)子 2.定子 3.外殼 4.水套電機的功率為7.5KW。經(jīng)過電磁計算，電機總的損耗為 （1）設(shè)所有損耗都轉(zhuǎn)化為熱能，在電機穩(wěn)定運行過程中，熱能被水帶走。因此實際需要的散熱功率為 （2）冷卻水相關(guān)參數(shù)見

4、表1，表1 水的相關(guān)物理參數(shù)名稱單位符號數(shù)值流量Q10進口溫30出口溫35避溫40導(dǎo)熱系數(shù)0.620663運動粘度動力粘度0.00081動力粘度0.00049普朗特數(shù)5.52167（1）當量直徑（3）式中：、分別為水槽的寬和高，A為水槽截面積，U為水槽濕潤周長。（2）雷諾數(shù)平均溫度 （4）平均溫升 （5）流速 （6）雷諾數(shù) （7）由此可以判斷，水系統(tǒng)流態(tài)為湍流。（3）水流吸收的熱量 （8）式中，m為單位實際內(nèi)流過水槽截面的質(zhì)量。（4） 冷卻水從水套壁吸收熱量 （9）為對流換熱系數(shù)，L為螺旋水槽伸直后的長度。（5）怒謝爾特數(shù)3（10）上式適用范圍如下：壁面與水流間溫差小于2030，；式中：為考慮螺旋管道的修正系數(shù)，表達式如下： （11）式中：為螺旋管的曲率半徑。（6）水套長度計算由式（8）（11）聯(lián)立求解得水槽長度 （12）螺旋槽圈數(shù) （13）取螺旋槽圈數(shù)為5則水槽段長度為，（14）結(jié)論本文從散熱能力出發(fā)，選擇進水口溫度，出水口溫度，水槽截面尺寸，利用傳熱學(xué)對流換熱原理，設(shè)計了中小型電機表面冷卻系統(tǒng)。參考文獻1 陳世坤.電機設(shè)計M.北京:機械工業(yè)出版社.2005；2 吳桂珍等.高能量密度水冷電機冷卻系統(tǒng)設(shè)計與熱力計算.防爆電機.2008.3；3 楊世銘、陶文銓.傳熱學(xué)M.高等教育出版社,2006