箱式高壓電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

周振寶

摘 要：箱式高壓電機(jī)冷卻系統(tǒng)屬于一類比較復(fù)雜的空-空冷卻或空-水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從箱式高壓電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)來看，潛在一些設(shè)計(jì)不合理問題。本次在分析箱式高壓電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對箱式高壓電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法進(jìn)行分析，以期提高箱式高壓電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性及科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：箱式高壓電機(jī)；冷卻系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號：TM302 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0134-01

對于箱式高壓電機(jī)冷卻系統(tǒng)來說，主要指的是封閉式電動機(jī)內(nèi)腔空氣的熱量經(jīng)傳遞至冷卻器，然后由冷卻器傳遞至電動機(jī)之外的介質(zhì)的一種冷卻模式。通常情況下，箱式高壓電動機(jī)冷卻系統(tǒng)根據(jù)電動機(jī)內(nèi)冷卻空氣流動方向，可分為三類：其一，徑向；其二，軸向；其三，混合式。電機(jī)則根據(jù)防護(hù)等級分為開起式和封閉式兩類，這兩類電機(jī)均采取徑向通風(fēng)模式。但是，對于箱式高壓電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，尚且存在設(shè)計(jì)不合理問題。本文對“箱式高壓電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)”進(jìn)行分析意義重大。

1 冷卻器管的排列布局選

從現(xiàn)狀來看，冷卻管的形狀大部分是圓形管，只有少部分廠家使用的橢圓形管。然而，從實(shí)際情況來看，圓形管工藝在操作上比較簡單，且散熱性能優(yōu)良。在冷卻器管排布方面，廠家主要采取的是矩形排布與M形布置[1]。對于這兩種布置方法來說，各有各的優(yōu)勢，需根據(jù)廠家的實(shí)際情況加以明確。如選擇不當(dāng)則會影響電機(jī)散熱能力，致使電機(jī)的溫升超標(biāo)。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，一般如下選擇：（1）在2、4極電機(jī)上由于電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，能夠產(chǎn)生的足夠的風(fēng)壓，選擇矩形排布。此種排布能夠有效的減小冷卻器的高度，節(jié)省材料成本。（2）在6極及以上極數(shù)的電機(jī)上一般選擇M型排布形式，此種排列形式風(fēng)路的風(fēng)阻較小，能夠提高通風(fēng)的效果，實(shí)測冷卻能力相對矩形排列要高。此種排布形式冷卻器的體積大。（3）設(shè)計(jì)時注意冷卻管間距的大小，對于矩形排布還需要注意冷卻器頂部預(yù)留高度的大小防止局部風(fēng)阻的過大。

2 外風(fēng)罩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

外風(fēng)罩設(shè)計(jì)不夠合理問題體現(xiàn)在：風(fēng)從豎直方向轉(zhuǎn)到水平的冷卻器方向很多廠家均使用彎脖結(jié)構(gòu)，希望減小轉(zhuǎn)彎風(fēng)阻，提高通風(fēng)效果。實(shí)際結(jié)果由于慣性定律大量的風(fēng)都集中到了風(fēng)扇罩外徑出，找造成了冷卻器頂端風(fēng)速特別高，下部冷卻器風(fēng)速非常低，局部管出風(fēng)速度接近零。此結(jié)果造成了冷卻管的大量浪費(fèi)且降低了冷卻能力。為解決上述現(xiàn)象設(shè)計(jì)時可采用下述方法：

（1）增加縱向?qū)эL(fēng)與橫向?qū)эL(fēng)柵，調(diào)整好擋風(fēng)柵空間布局及其各部件的安裝角度。（2）調(diào)整外風(fēng)扇設(shè)計(jì)的形狀及其相對擋風(fēng)柵的相對位置，確保擋風(fēng)柵各網(wǎng)格內(nèi)的風(fēng)量盡可能均勻。由于擋風(fēng)柵將冷卻器的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)行的分配，可以保證冷卻器管出風(fēng)均勻。（3）在外風(fēng)扇罩設(shè)計(jì)時可以根據(jù)有限元分析的結(jié)果進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，實(shí)際生產(chǎn)時可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)。（4）一旦確定好相對位置關(guān)系后，要進(jìn)行測繪定型。在制造時要嚴(yán)格按照尺寸要求進(jìn)行焊接。經(jīng)試驗(yàn)如果不符合尺寸要求，偏差5mm即可能影響30%以上的風(fēng)量分布。在外風(fēng)罩設(shè)計(jì)不夠合理的情況下，還會存在難以對風(fēng)量進(jìn)行合理分配的狀況。嚴(yán)重影響電機(jī)的冷卻效果。

3 內(nèi)風(fēng)路各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在風(fēng)路設(shè)計(jì)過程中，總是存在著一些部位，出現(xiàn)通風(fēng)面積不夠的問題，或出現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成風(fēng)路風(fēng)阻特別大的問題。為此需要實(shí)施有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。以箱式高壓電機(jī)進(jìn)風(fēng)口的優(yōu)化設(shè)計(jì)為例，具體優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：

（1）問題分析。目前的箱式高壓電機(jī)，首先有必要符合現(xiàn)場安裝的基礎(chǔ)條件，或替代原本進(jìn)口電機(jī)的要求。通常情況下，設(shè)計(jì)過程中電機(jī)安裝尺寸能夠滿足要求，但是內(nèi)部冷卻風(fēng)路設(shè)計(jì)卻難以滿足相應(yīng)的要求。常因?yàn)殍F心長度與機(jī)座尺寸的限制，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)部進(jìn)風(fēng)口偏小。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)量難以滿足電機(jī)冷卻所需要的風(fēng)量。然而，又因?yàn)殡姍C(jī)在安裝現(xiàn)場有一定的要求，不可增長機(jī)座。因此，便有必要采取其他改進(jìn)方法。（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。將筋板改成帶導(dǎo)風(fēng)筒的擋風(fēng)板，進(jìn)而對2種結(jié)構(gòu)的風(fēng)路作有限元仿真。因?yàn)轱L(fēng)路相對于電機(jī)軸心圓來說是對稱的，因此有必要計(jì)算徑向狹窄區(qū)域。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)全新的風(fēng)路風(fēng)量略高于原來風(fēng)路風(fēng)量。進(jìn)一步進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這次設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)使電機(jī)風(fēng)量不夠的狀況得到有效解決，進(jìn)而使安裝尺寸受到限制問題得到有效解決，同時也使得需要考慮冷卻風(fēng)量的情況得到有效解決[2]。此外，從現(xiàn)在的市場來看，所需要的電機(jī)的種類非常之多，且存在很多非標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)。在這樣的情況下，便需要結(jié)合實(shí)際需要，設(shè)計(jì)優(yōu)化的冷卻風(fēng)路結(jié)構(gòu)。當(dāng)電機(jī)極數(shù)多轉(zhuǎn)速低的時候，風(fēng)壓很難滿足冷卻系統(tǒng)的要求的情況下，可把上部冷卻器改成IC666冷卻結(jié)構(gòu)形式，而電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子則不帶其他能夠產(chǎn)生風(fēng)壓的零部件，僅依靠冷卻器上安裝的獨(dú)立存在的風(fēng)機(jī)將電機(jī)內(nèi)部冷卻系統(tǒng)循環(huán)帶動，進(jìn)一步使冷卻電機(jī)的效果得到有效增強(qiáng)。

4 結(jié)語

綜上所述，確保箱式高壓電機(jī)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，對于此項(xiàng)設(shè)計(jì)目前尚且存在一些問題。因此，便需要保證冷卻器排列布局以及外風(fēng)罩設(shè)計(jì)的合理性以及科學(xué)性。此外，還有必要對高壓電機(jī)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。相信從以上方面加以優(yōu)化設(shè)計(jì)，箱式高壓電機(jī)冷卻效果將得到有效體現(xiàn)，進(jìn)一步為增加冷卻電機(jī)的效果奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]張鳳閣，王秀平，賈廣隆，金石.無刷雙饋電機(jī)復(fù)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014（01）：77-84.

[2]宋運(yùn)雄，彭曉，劉萬太.繞線型無刷雙饋電機(jī)的有限元分析[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（02）：5-8.