螺旋形電機(jī)水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與散熱計(jì)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(duì)表面冷卻中小型電機(jī)體積小，功率大，能量密度高的特點(diǎn)，給出了電機(jī)水冷螺旋型結(jié)構(gòu)的詳細(xì)計(jì)算過程，為電機(jī)冷卻設(shè)計(jì)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(duì)電機(jī)性能要求越來越高。電機(jī)熱損耗問題制約著大容量電機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)展。根據(jù)冷卻介質(zhì)是否通過電機(jī)內(nèi)部，電機(jī)冷卻方式分為內(nèi)部冷卻和表面冷卻1。中小型電機(jī)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(jī)分為分為空氣冷卻和液體（水或油）冷卻。空氣冷卻，運(yùn)行成本低，摩擦損耗大，散熱效率低，常用在能量密度低，發(fā)熱較低的電機(jī)結(jié)構(gòu)中。水冷電機(jī)，運(yùn)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(jī)結(jié)構(gòu)中。水冷技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)散熱具有很好的冷卻效果。電機(jī)水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心任務(wù)是電機(jī)散熱計(jì)算，使得電機(jī)損耗生熱與冷卻介質(zhì)帶走的熱量達(dá)到平衡，從而控制電機(jī)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(jì)過程2是首先設(shè)計(jì)好水槽的機(jī)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(jì)算出水口溫度，進(jìn)而校核冷卻系統(tǒng)的散熱情況。這種方法，把設(shè)計(jì)的散熱方案的散熱功率作為計(jì)算結(jié)果，與實(shí)際需求的散熱功率對(duì)比。設(shè)計(jì)方案的散熱能力高于實(shí)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(jì)的水槽尺寸并重新計(jì)算直到滿足散熱條件。散熱能力在設(shè)計(jì)之初是未知的，計(jì)算之后才能知道其散熱能力。本文采用另一種方法，對(duì)散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。2. 水冷計(jì)算2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電機(jī)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(jī)的功率為7.5KW。經(jīng)過電磁計(jì)算，電機(jī)總的損耗為 （1）設(shè)所有損耗都轉(zhuǎn)化為熱能，在電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行過程中，熱能被水帶走。因此實(shí)際需要的散熱功率為 （2）冷卻水相關(guān)參數(shù)見表1，表1 水的相關(guān)物理參數(shù)名稱單位符號(hào)數(shù)值流量Q10進(jìn)口溫30出口溫35避溫40導(dǎo)熱系數(shù)0.620663運(yùn)動(dòng)粘度動(dòng)力粘度0.00081動(dòng)力粘度0.00049普朗特?cái)?shù)5.52167（1）當(dāng)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(shí)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(duì)流換熱系數(shù)，L為螺旋水槽伸直后的長度。（5）怒謝爾特?cái)?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(dá)式如下： （11）式中：為螺旋管的曲率半徑。（6）水套長度計(jì)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(jìn)水口溫度，出水口溫度，水槽截面尺寸，利用傳熱學(xué)對(duì)流換熱原理，設(shè)計(jì)了中小型電機(jī)表面冷卻系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)1 陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005；2 吳桂珍等.高能量密度水冷電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與熱力計(jì)算.防爆電機(jī).2008.3；3 楊世銘、陶文銓.傳熱學(xué)M.高等教育出版社,2006