《電機水冷系統(tǒng)設(shè)計與散熱計算》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《電機水冷系統(tǒng)設(shè)計與散熱計算(3頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
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