大型电机冷却风扇的实验测量与模拟计算

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1、上海交通大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1引言近几年来，随着国内大型空冷电机的出现，通风冷却系统的设计以及风机的工作性能已起着越来越重要的作用。目前，国内的空冷电机有着结构简单、制造维修方便的优点，但是与国外高效率的电机相比，性能上仍然有一些差距。其中电机冷却风机耗功较大是造成这一差距的主要原因之一，因此对于原有风机进行研究与改造已势在必行。电机的冷却风扇是保证电机稳定、持续工作而不可缺少的部件。电机冷却风扇的作用是使一定的气体，克服电机自身、冷却器、附加通风管道以及过滤器等通风回路的风阻，以维持一定的气体流量和流速，使冷却介质连续不断的吹拂电机的发热部分，把电

2、机中的热损耗散出机外，这样电机就可以在规定的温度限制下安全而有效率的运行。叶轮机械动叶顶区域的流场是十分复杂的，包括叶顶区域的泄露流动、叶片的边界层、二次流以及它们之间的相互影响。这些复杂的流动现象影响了压力、效率、机械可靠性和流量。因此，更好的研究这种复杂的流动现象对于提高电机冷却风扇的效率等性能具有非常重要的意义。由于电机结构上的原因，在高压头、小流量下，仍然只能使用单级轴流风机，而转速和叶轮的直径都要受到限制。在这种情况下，通过改变原有风机的叶顶顶隙和风扇出口面离扩压管的距离，来探究其对风机性能所产生的影响，这也是本文所要研究的问题。1上海交通大学硕士学位论文第一

3、章绪论1.1电机轴承发热分析及冷却方式的选择1.2.1引起电机轴承高热的原因电机在工作运行中，电流在定子绕组和转子绕组中产生热量，转子的轴承磨擦也产生热量；另一方面，由于磁场的变化，在铁心内产生热损耗，使得铁心的温度升高。106L=C/P···············································(1.1)()ρhh60n上式表示轴承的额定寿命与C/P值的关系，轴承在额定转速n下，C/P值的变化相应的L值也变化。此设备匹配是在工况改变的情况下使用，在保证能h满足运行需要负载条件下工作，需对G轴总增大出现的附加功率计算，用式(1.2)Mn

4、N−N=97500··········································(1.2)附加n由此可明显看出，在所给定的条件下运转引起电机轴承发热的原因，是在运转工作时作用在油泵和电机轴承二支点间的，G联轴器增大加G锥度短节及联轴器外径增大，旋转时产生的径向力共同对支点轴承的作用使得轴承的实际径向负荷和实际轴向负荷增大。式中：L－轴承的额定寿命；hC－轴承的额定动负荷(kg)；n－轴承的转速(r/min)；P－当量动负荷(kg)；ρ－轴承的寿命系数，对于球轴承ρ＝3，对于滚动轴承10ρ=；3M－轴上受的扭矩(Nm);nN－轴所传递的功率(kW)；

5、当负载平稳时，轴承为额定转速n，工作时作用在轴承上的实际径向负荷Fv的增大和作用在轴承上的实际轴向负荷也在增大，从式中可以看出当量动负荷2上海交通大学硕士学位论文第一章绪论P也在增大。P=XF+kg················································(1.3)vYFa式中：P－当量动负荷(kg)；F－实际径向负荷(kg)；vF－实际轴向负荷(kg)；aX－径向系数；Y－轴向系数；上式表明，当量动负荷的增大会引起以下各种参数的变化。从C/P式中可见，因C/P的值都大于1，当量动负荷的增大，额定动负荷也增大。n为额定，轴承的额定寿

6、命L随C/P值的变化。h1.1冷却方式的选择不同冷却方式下，电机性能参数中最主要的变化是线负荷随着冷却强化而增大。线负荷的增加使得电磁损耗增加，但是由于采用了冷却能力强的介质，对于同等电机来说，总损耗非但不会增加，反而会明显减少。对于不同的冷却介质来说，冷却能力越强，所需要的流量越小，通风损耗和风磨损耗越小，电机效率越高。对于同一种冷却介质来说，流量越大，流速越高，压力、密度越大，冷却效果越好，但是相应的流动损耗和风摩损耗越大，电机效率越低。常见的电机冷却方式有气冷-风冷散热和液冷-水冷散热两种。对电机轴承的风冷散热，是利用电机前端盖的紧固螺栓，将制作的风流导向装置置于

7、电机前端盖处，从电机运转开始就产生风并对端盖轴承中心处进行风冷散热，但风流导向装置对风有阻力。为了使散热装置有足够的风量和风速，需将电机后面风扇的叶片适当加长加宽。通过改造后，完全能够把电机轴承发生的热量散走，有效的保证了电机的正常运转工作。风冷对电机轴承散热改造工艺简单、使用可靠，电机运转即可产生风对轴承进行散热，电机停转风即消失。水冷方式冷却电机轴承不但要有严格的密封3上海交通大学硕士学位论文第一章绪论措施，并因轴承端盖的通水槽沟狭窄容易结垢阻碍水冷散热，使用时需操作和检查。同时，由于水垢的产生及空心铜线被水中的氧离子氧化产生的氧化铜