大型電機(jī)冷卻風(fēng)扇的實(shí)驗(yàn)測量與模擬計算

1、<p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　近幾年來，隨著國內(nèi)大型空冷電機(jī)的出現(xiàn)，通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計以及風(fēng)機(jī)</p><p>　　的工作性能已起著越來越重要的作用。目前，

2、國內(nèi)的空冷電機(jī)有著結(jié)構(gòu)簡單、</p><p>　　制造維修方便的優(yōu)點(diǎn)，但是與國外高效率的電機(jī)相比，性能上仍然有一些差距。</p><p>　　其中電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)耗功較大是造成這一差距的主要原因之一，因此對于原有風(fēng)</p><p>　　機(jī)進(jìn)行研究與改造已勢在必行。</p><p>　　電機(jī)的冷卻風(fēng)扇是保證電機(jī)穩(wěn)定、持續(xù)工作而不可缺少的部件。電機(jī)冷

3、卻</p><p>　　風(fēng)扇的作用是使一定的氣體，克服電機(jī)自身、冷卻器、附加通風(fēng)管道以及過濾</p><p>　　器等通風(fēng)回路的風(fēng)阻，以維持一定的氣體流量和流速，使冷卻介質(zhì)連續(xù)不斷的</p><p>　　吹拂電機(jī)的發(fā)熱部分，把電機(jī)中的熱損耗散出機(jī)外，這樣電機(jī)就可以在規(guī)定的</p><p>　　溫度限制下安全而有效率的運(yùn)行。</p>

4、<p>　　葉輪機(jī)械動葉頂區(qū)域的流場是十分復(fù)雜的，包括葉頂區(qū)域的泄露流動、葉</p><p>　　片的邊界層、二次流以及它們之間的相互影響。這些復(fù)雜的流動現(xiàn)象影響了壓</p><p>　　力、效率、機(jī)械可靠性和流量。因此，更好的研究這種復(fù)雜的流動現(xiàn)象對于提</p><p>　　高電機(jī)冷卻風(fēng)扇的效率等性能具有非常重要的意義。</p><

5、;p>　　由于電機(jī)結(jié)構(gòu)上的原因，在高壓頭、小流量下，仍然只能使用單級軸流風(fēng)</p><p>　　機(jī)，而轉(zhuǎn)速和葉輪的直徑都要受到限制。在這種情況下，通過改變原有風(fēng)機(jī)的</p><p>　　葉頂頂隙和風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管的距離，來探究其對風(fēng)機(jī)性能所產(chǎn)生的影響，</p><p>　　這也是本文所要研究的問題。</p><p><b>

6、　　1</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論</p><p>　　電機(jī)軸承發(fā)熱分析及冷卻方式的選擇</p><p>　　引起電機(jī)軸承高熱的原因</p><p>　　電機(jī)在工作運(yùn)行中，電流在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生熱量，轉(zhuǎn)子的軸承</p><p>　　磨擦也產(chǎn)生熱量；另一方面，由

7、于磁場的變化，在鐵心內(nèi)產(chǎn)生熱損耗，使得鐵</p><p><b>　　心的溫度升高。</b></p><p><b>　　10</b></p><p><b>　　6</b></p><p>　　L = C / P ·····&

8、#183;····································

9、;·····(1.1)</p><p><b>　　( )ρ h</b></p><p><b>　　h 60</b></p><p><b>　　n</b></p><p>　　上式表示軸承的額定壽命與C / P 值的關(guān)系，軸

10、承在額定轉(zhuǎn)速n 下，C / P 值</p><p>　　滿足運(yùn)行需要負(fù)載條件下工作，需對 G 軸總增大出現(xiàn)的附加功率計算，用式(1.2)</p><p>　　由此可明顯看出，在所給定的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)引起電機(jī)軸承發(fā)熱的原因，是在</p><p>　　運(yùn)轉(zhuǎn)工作時作用在油泵和電機(jī)軸承二支點(diǎn)間的，G 聯(lián)軸器增大加 G 錐度短節(jié)及</p><p>　　聯(lián)軸

11、器外徑增大，旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的徑向力共同對支點(diǎn)軸承的作用使得軸承的實(shí)際</p><p>　　徑向負(fù)荷和實(shí)際軸向負(fù)荷增大。</p><p>　　C － 軸承的額定動負(fù)荷(kg)；</p><p>　　n － 軸承的轉(zhuǎn)速(r/min)；</p><p>　　P － 當(dāng)量動負(fù)荷(kg)；</p><p>　　M － 軸上受的扭矩(

12、Nm);</p><p><b>　　n</b></p><p>　　N － 軸所傳遞的功率(kW)；</p><p>　　的增大和作用在軸承上的實(shí)際軸向負(fù)荷也在增大，從式中可以看出當(dāng)量動負(fù)荷</p><p><b>　　2</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論

13、文 第一章 緒論</p><p><b>　　P 也在增大。</b></p><p>　　P = XF + kg·····················

14、83;··························(1.3)</p><p><b>　　v YF</b></p>

15、<p><b>　　a</b></p><p>　　式中： P － 當(dāng)量動負(fù)荷(kg)；</p><p>　　F － 實(shí)際徑向負(fù)荷(kg)；</p><p><b>　　v</b></p><p>　　F － 實(shí)際軸向負(fù)荷(kg)；</p><p><b&

16、gt;　　a</b></p><p><b>　　X － 徑向系數(shù)；</b></p><p><b>　　Y － 軸向系數(shù)；</b></p><p>　　上式表明，當(dāng)量動負(fù)荷的增大會引起以下各種參數(shù)的變化。從C / P 式中可</p><p>　　見，因C / P 的值都大于 1，當(dāng)量動

17、負(fù)荷的增大，額定動負(fù)荷也增大。n 為額定，</p><p><b>　　冷卻方式的選擇</b></p><p>　　不同冷卻方式下，電機(jī)性能參數(shù)中最主要的變化是線負(fù)荷隨著冷卻強(qiáng)化而</p><p>　　增大。線負(fù)荷的增加使得電磁損耗增加，但是由于采用了冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)，</p><p>　　對于同等電機(jī)來說，總損耗非但不

18、會增加，反而會明顯減少。</p><p>　　對于不同的冷卻介質(zhì)來說，冷卻能力越強(qiáng)，所需要的流量越小，通風(fēng)損耗</p><p>　　和風(fēng)磨損耗越小，電機(jī)效率越高。對于同一種冷卻介質(zhì)來說，流量越大，流速</p><p>　　越高，壓力、密度越大，冷卻效果越好，但是相應(yīng)的流動損耗和風(fēng)摩損耗越大，</p><p><b>　　電機(jī)效率越低

19、。</b></p><p>　　常見的電機(jī)冷卻方式有氣冷-風(fēng)冷散熱和液冷-水冷散熱兩種。</p><p>　　對電機(jī)軸承的風(fēng)冷散熱，是利用電機(jī)前端蓋的緊固螺栓，將制作的風(fēng)流導(dǎo)</p><p>　　向裝置置于電機(jī)前端蓋處，從電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)開始就產(chǎn)生風(fēng)并對端蓋軸承中心處進(jìn)行</p><p>　　風(fēng)冷散熱，但風(fēng)流導(dǎo)向裝置對風(fēng)有阻力。為了使散熱

20、裝置有足夠的風(fēng)量和風(fēng)速，</p><p>　　需將電機(jī)后面風(fēng)扇的葉片適當(dāng)加長加寬。通過改造后，完全能夠把電機(jī)軸承發(fā)</p><p>　　生的熱量散走，有效的保證了電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作。</p><p>　　風(fēng)冷對電機(jī)軸承散熱改造工藝簡單、使用可靠，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)即可產(chǎn)生風(fēng)對軸</p><p>　　承進(jìn)行散熱，電機(jī)停轉(zhuǎn)風(fēng)即消失。水冷方式冷卻電機(jī)軸承不但

21、要有嚴(yán)格的密封</p><p><b>　　3</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論</p><p>　　措施，并因軸承端蓋的通水槽溝狹窄容易結(jié)垢阻礙水冷散熱，使用時需操作和</p><p>　　檢查。同時，由于水垢的產(chǎn)生及空心銅線被水中的氧離子氧化產(chǎn)生的氧化銅和</p>&l

22、t;p>　　氧化亞銅等沉積造成水路堵塞，繼而產(chǎn)生繞組局部過熱而燒毀。同時，水接頭</p><p>　　及各個密封點(diǎn)處由于承受水壓漏水的問題將造成短路和漏電危險。</p><p>　　比較二種冷卻方式，采用風(fēng)冷卻方式為宜。下面著重分析電機(jī)風(fēng)冷散熱。</p><p>　　電機(jī)風(fēng)冷散熱通風(fēng)分布與升溫方式</p><p>　　電機(jī)風(fēng)冷散熱的幾種

23、風(fēng)路結(jié)構(gòu)</p><p>　　為了把電動機(jī)損耗轉(zhuǎn)化的熱量有效地傳遞出去，冷卻空氣應(yīng)盡量接觸電動</p><p>　　機(jī)發(fā)熱部件（繞組、鐵心、結(jié)構(gòu)件等），冷卻空氣經(jīng)過的路徑中應(yīng)保證發(fā)熱體</p><p>　　有足夠的散熱面積，同時風(fēng)路又要與電動機(jī)結(jié)構(gòu)（電路、磁路）相適應(yīng)。</p><p>　　異步電動機(jī)常用的冷卻風(fēng)路結(jié)構(gòu)有三種：(1)軸向通風(fēng)；

24、(2)徑向通風(fēng)；(3)</p><p>　　軸—徑向混合通風(fēng)。不同的通風(fēng)方式，繞組各點(diǎn)溫度分布情況各不相同，這在</p><p>　　一定程度上影響到電機(jī)最終的冷卻效果。選擇電機(jī)的冷卻風(fēng)路結(jié)構(gòu)時，應(yīng)綜合</p><p>　　考慮電機(jī)容量、極數(shù)、轉(zhuǎn)速、鐵心長度及定、轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)、外徑等參數(shù)，同時</p><p>　　應(yīng)考慮到加工成本工時等因素。下

25、面將著重介紹不同的風(fēng)路結(jié)構(gòu)下定子繞組中</p><p>　　各點(diǎn)溫度分布情況及不同風(fēng)路結(jié)構(gòu)的適用范圍。</p><p><b>　　軸向通風(fēng)</b></p><p>　　軸向通風(fēng)一般采用抽風(fēng)結(jié)構(gòu)。電機(jī)一端安裝離心風(fēng)扇，定子和轉(zhuǎn)子鐵心不</p><p>　　設(shè)徑向風(fēng)道，冷卻氣流從非風(fēng)扇端進(jìn)人之后沿軸向流動，軸向風(fēng)路一般由以

26、下</p><p>　　幾部分組成，如圖 1-1 示。</p><p><b>　　4</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論</p><p><b>　　圖1-1 軸向通風(fēng)</b></p><p>　　Fig1-1. ventilation at

27、 axis direction</p><p>　　a) 定子鐵心外表面</p><p>　　該風(fēng)路的進(jìn)、出風(fēng)口一般由定子壓圈開孔形成。由于鐵心外表面與機(jī)座壁</p><p>　　面一般有較大的間隙，為了增加冷卻空氣的流速進(jìn)而改善冷卻效果，一般在鐵</p><p>　　心外表面增加導(dǎo)流板以形成合適的通風(fēng)面積。</p><p

28、>　　b) 電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子之間氣隙</p><p>　　由于氣隙兩邊定、轉(zhuǎn)子鐵心表面距定、轉(zhuǎn)子繞組距離最近，且電機(jī)的定、</p><p>　　轉(zhuǎn)子表面雜散損耗就產(chǎn)生于氣隙兩邊的鐵心表面，若能增加氣隙部分的空氣流</p><p>　　量，將產(chǎn)生很好的冷卻效果。如能采用定子槽口通風(fēng)，將大大增加氣隙部分的</p><p>　　通風(fēng)面積，使氣隙

29、部分的風(fēng)量分配大大增加。實(shí)驗(yàn)表明，采用定子槽口通風(fēng)時，</p><p>　　盡管通過氣隙的風(fēng)量仍占總風(fēng)量的較小部分，但通過氣隙消散的電機(jī)損耗可占</p><p>　　電機(jī)發(fā)熱損耗的 30％。</p><p>　　c) 轉(zhuǎn)子軸向通風(fēng)孔</p><p>　　通過轉(zhuǎn)子鐵心軸向通風(fēng)孔的冷卻風(fēng)主要帶走轉(zhuǎn)子繞組的銅耗及轉(zhuǎn)子鐵心中</p>&

30、lt;p>　　的其它損耗。在風(fēng)量能夠保證的情況下，通風(fēng)孔的面積并不是主要的，盡量增</p><p>　　加通風(fēng)孔的總周長，也即增加轉(zhuǎn)子鐵心的總散熱面積，將會使冷卻效果更好。</p><p><b>　　d) 定子軛部通風(fēng)</b></p><p>　　定子軛部通風(fēng)方式即是在定子鐵心軛部開一定數(shù)量的通風(fēng)孔，它可直接帶</p>&

31、lt;p>　　走部分定子銅耗及定子鐵耗。為避免定子鐵心部分磁密度過高或增加定子鐵心</p><p>　　的體積，一般不會同時采用定子槽口通風(fēng)與定子軛部通風(fēng)。</p><p><b>　　5</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論</p><p>　　熱空氣從風(fēng)扇端排出。氣流基本直線前進(jìn)，

32、因此這種風(fēng)路的風(fēng)阻較低，相</p><p>　　對較高的空氣流動速度可以確保熱傳遞的效率。由于鐵心中沒有徑向通風(fēng)道，</p><p>　　這使得沿線圈長度方向的繞組溫升變化較大，如圖 1-2 示。</p><p>　　圖1-2 定子繞組溫升特性分布（軸向通風(fēng)）</p><p>　　Fig1-2. the distribution charac

33、teristics with stator coil temperature</p><p>　　由于定子繞組端部完全暴露于冷卻空氣中，所以繞組端部溫升較低。在鐵</p><p>　　心中，沿空氣流動方向，由于空氣溫度不斷升高，定子繞組溫升也逐漸升高。</p><p>　　但在鐵心出風(fēng)處，由于鐵心側(cè)表面及繞組出槽部分的冷卻作用，繞組溫升反而</p>&

34、lt;p><b>　　有所下降。</b></p><p>　　由圖 1-2 的繞組溫升分布可看出，這種冷卻方式的溫升分布相差較大，鐵</p><p>　　心越長，這個差別越明顯，所以這種風(fēng)路結(jié)構(gòu)一般不允許鐵心太長（以接觸傳</p><p>　　導(dǎo)方式散熱的筋外冷電機(jī)除外）。</p><p>　　這種通風(fēng)結(jié)構(gòu)在電機(jī)體

35、積較小、轉(zhuǎn)速較高（風(fēng)速較高）的情況下使用較多，</p><p>　　其缺點(diǎn)是通風(fēng)損耗較大，沿電動機(jī)軸向溫度分布不夠均勻。諸如目前國內(nèi)生產(chǎn)</p><p>　　的中型高壓（6kV,10kV）Y,YR 系列，中心高為 H355, H400,H450 的 4 極和 6</p><p>　　極以及 H500 的 4 極電機(jī)等。</p><p><

36、;b>　　徑向通風(fēng)</b></p><p>　　冷卻空氣由兩側(cè)對稱進(jìn)人。冷卻空氣的主要部分經(jīng)定子線圈端部，轉(zhuǎn)子軛</p><p>　　部風(fēng)路，轉(zhuǎn)子徑向風(fēng)道，氣隙－定子徑向風(fēng)道，最后經(jīng)定子鐵心中部排出，如</p><p><b>　　圖 1-3 示。</b></p><p><b>　　6<

37、;/b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論</p><p>　　圖1-3 徑向通風(fēng)（兩側(cè)對稱通風(fēng)）</p><p>　　Fig1-3. ventilation at radial direction (symmetrical ventilation)</p><p>　　這種風(fēng)路結(jié)構(gòu)由于對稱進(jìn)風(fēng)，每一路風(fēng)只需經(jīng)

38、過一半的鐵心長度，在電機(jī)</p><p>　　轉(zhuǎn)子線速度較高的情況下，可以不用安裝風(fēng)扇，而靠轉(zhuǎn)子風(fēng)道片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)</p><p>　　壓來產(chǎn)生冷卻風(fēng)量。而對于轉(zhuǎn)子線速度較低的大型電機(jī)，一般需要在兩端安裝</p><p>　　風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生足夠的冷卻風(fēng)量。</p><p>　　這種通風(fēng)結(jié)構(gòu)一般用于大型電機(jī)中，定子、轉(zhuǎn)子風(fēng)道可采取對齊與錯開兩&l

39、t;/p><p>　　種方式。這兩種方式的區(qū)別是：在電機(jī)轉(zhuǎn)子線速度較高、轉(zhuǎn)子風(fēng)道片旋轉(zhuǎn)能夠</p><p>　　產(chǎn)生足夠高的風(fēng)壓的情況下，應(yīng)盡量采用定子、轉(zhuǎn)子風(fēng)道片錯開的形式，這樣</p><p>　　可強(qiáng)迫冷卻空氣軸向地流經(jīng)氣隙，達(dá)到更好的冷卻效果，而且還可以防止定子、</p><p>　　轉(zhuǎn)子風(fēng)道對齊時可能引起的哨叫聲。而如果轉(zhuǎn)子線速度較低，

40、可采取定、轉(zhuǎn)子</p><p>　　風(fēng)道對齊的方式以盡量減少風(fēng)阻增加冷卻空氣流量。</p><p>　　這種通風(fēng)方式的定子繞組溫度特性分布如下圖 1-4 所示：</p><p>　　圖1-4 定子繞組溫升特性分布（徑向通風(fēng)）</p><p>　　Fig1-4. the distribution characteristics with sta

41、tor coil temperature(ventilation at radial direction)</p><p><b>　　7</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論</p><p>　　由于定子繞組端部散熱面積較大，所以靠近端部處溫升較低，由于出槽口</p><p>　　處鐵心表

42、面的散熱效果，故繞組在該點(diǎn)溫度最低。這種通風(fēng)方式的軸向風(fēng)溫較</p><p>　　為均勻，溫度變化并不很大，鐵心部分的繞組溫升基本相同?？傮w來說繞組各</p><p><b>　　部分溫升差異很小。</b></p><p>　　這種通風(fēng)方式的通風(fēng)損耗小，散熱面積大，沿電動機(jī)軸向的溫升分布比較</p><p>　　均勻。但

43、其缺點(diǎn)是需要設(shè)置徑向通風(fēng)道，因而使得電動機(jī)軸向尺寸略為增大，</p><p><b>　　也增加了加工成本。</b></p><p><b>　　軸——徑向混合通風(fēng)</b></p><p>　　采用軸——徑向混合通風(fēng)主要有兩種方式：</p><p>　　a) 電機(jī)一側(cè)安裝離心風(fēng)扇。</p>

44、;<p>　　圖1-5 軸—徑向混合通風(fēng)（一側(cè)進(jìn)風(fēng)）</p><p>　　Fig1-5. axis-radial direction blended ventilation(ventilation in one side)</p><p>　　冷卻空氣主要經(jīng)由轉(zhuǎn)子軛部風(fēng)路→轉(zhuǎn)子通風(fēng)道→氣隙→定子通風(fēng)道→(定</p><p>　　子線圈直線部分/定子鐵心

45、通風(fēng)道表面)→定子線圈端部→冷卻風(fēng)扇最后排出。</p><p><b>　　如圖 1-5 示。</b></p><p>　　這種通風(fēng)方式仍為一端進(jìn)風(fēng)，另一端出風(fēng)，鐵心不宜太長。目前國內(nèi)廣泛</p><p>　　應(yīng)用于中型高壓（6kV, 10kV） Y,YR 系列的 4 極,6 極、8 極、10 極及 12 極異</p><p

46、><b>　　步電機(jī)中。</b></p><p>　　b) 電機(jī)兩側(cè)安裝軸流式風(fēng)扇如圖 1-6 示。</p><p><b>　　8</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論</p><p>　　圖1-6 軸—徑向混合通風(fēng)（兩側(cè)進(jìn)風(fēng)）</p><p

47、>　　Fig1-6. radial-axis direction blended ventilation(ventilation in two sides)</p><p>　　定子采用槽口通風(fēng)，這大大增加了氣隙中的空氣流量。轉(zhuǎn)子風(fēng)道數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)</p><p>　　少于定子風(fēng)道數(shù)目，這是為了避免高速情況下風(fēng)摩耗太大及產(chǎn)生過高噪聲。電</p><p>　　機(jī)的風(fēng)壓

48、由對稱的兩只軸流風(fēng)扇產(chǎn)生，優(yōu)化設(shè)計的軸流風(fēng)扇可以達(dá)到很高的效</p><p>　　率，噪聲也可降到最低。轉(zhuǎn)子風(fēng)道集中在鐵心中間，這使得冷卻空氣由轉(zhuǎn)子徑</p><p>　　向風(fēng)道流進(jìn)定子徑向風(fēng)道時，有較大部分軸向流經(jīng)氣隙，進(jìn)一步改善了冷卻效</p><p><b>　　果。</b></p><p>　　冷卻空氣進(jìn)人電動機(jī)

49、后，大體上分成三條獨(dú)立的路徑流動：(1)經(jīng)線圈端部</p><p>　　流向定子鐵心表面；(2)直接流經(jīng)氣隙及定子槽口，然后進(jìn)人定子徑向風(fēng)道；(3)</p><p>　　經(jīng)轉(zhuǎn)子軸向風(fēng)道流向轉(zhuǎn)子徑向風(fēng)道的部分。如上圖 1-6 示。</p><p>　　相應(yīng)的定子繞組溫度特性分布如下圖 1-7 所示：</p><p>　　圖1-7 定子繞組溫升特

50、性分布（混合通風(fēng)）</p><p>　　Fig1-7. the distribution characteristics with stator coil temperature(blended ventilation)</p><p><b>　　9</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論</p>&

51、lt;p>　　這種通風(fēng)方式兼有前兩種通風(fēng)方式的特點(diǎn)，溫升分布特性是以電動機(jī)鐵心</p><p>　　為中心兩端基本對稱分布，定子繞組溫度分布比較均勻，冷卻效果較好。其缺</p><p><b>　　點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。</b></p><p><b>　　本論文的主要工作</b></p><p>

52、;　　在本文中，將按照試驗(yàn)要求在已經(jīng)設(shè)計并搭建的實(shí)驗(yàn)平臺上，對冷卻風(fēng)扇</p><p>　　進(jìn)行符合 GB/T 1236-2000 標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)洞試驗(yàn)，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，并對不</p><p>　　同工況下所得的流量與壓差、風(fēng)機(jī)效率特性曲線進(jìn)行比較分析。</p><p>　　本文以前期的實(shí)驗(yàn)為主，同時，輔助運(yùn)用旋轉(zhuǎn)機(jī)械專用 CFD 軟件 CFX 5.7</p

53、><p>　　建立模型和數(shù)值計算，使用實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)，對冷卻風(fēng)扇進(jìn)行數(shù)值計算，并</p><p>　　進(jìn)行性能分析，對數(shù)值計算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果進(jìn)行對比分析，以便對冷</p><p>　　卻風(fēng)扇進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計提出理論指導(dǎo)。</p><p><b>　　本論文的科學(xué)意義</b></p><p>　

54、　本論文所進(jìn)行的大型電機(jī)冷卻風(fēng)扇的實(shí)驗(yàn)研究工作，能夠全面地了解冷卻</p><p>　　風(fēng)扇在不同工況下的性能；同時通過運(yùn)用 CFD 軟件進(jìn)行數(shù)值計算，與實(shí)驗(yàn)所得</p><p>　　到的結(jié)果進(jìn)行對比分析，可以得到影響電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能的因素，為以后在電</p><p>　　機(jī)冷卻風(fēng)扇的設(shè)計與應(yīng)用提供依據(jù)。</p><p><b>　

55、　10</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹</p><p>　　第二章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹</p><p>　　以標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道做實(shí)驗(yàn)的工作流體是空氣，并且壓力和溫度要在冷卻風(fēng)機(jī)出</p><p>　　口或在冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)口處正常的大氣范圍之內(nèi)。對于恒速特性來說，冷

56、卻風(fēng)機(jī)應(yīng)</p><p>　　在規(guī)定的轉(zhuǎn)動速度下工作。在對冷卻風(fēng)機(jī)特性線上的任意點(diǎn)進(jìn)行測量之前，冷</p><p>　　卻風(fēng)機(jī)應(yīng)該持續(xù)運(yùn)行一段時間，直到取得其達(dá)到穩(wěn)態(tài)的工作狀態(tài)，其速度的波</p><p>　　動范圍不超過規(guī)定轉(zhuǎn)速的± 0.5% 。大氣壓力、干球溫度和濕球溫度應(yīng)在規(guī)定的</p><p>　　冷卻風(fēng)機(jī)特性所要求的在實(shí)驗(yàn)

57、環(huán)境內(nèi)取得讀數(shù)。對冷卻風(fēng)機(jī)特性曲線上的各點(diǎn)，</p><p>　　實(shí)驗(yàn)風(fēng)道中的壓力應(yīng)在不少于 1min 期間作觀測。如果讀數(shù)始終出現(xiàn)隨機(jī)變化，</p><p>　　則要記錄足夠多的觀測點(diǎn)，以確保得到的平均值在精度范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)觀察分為</p><p>　　目測和掃描閥兩部分，以備后期處理相互對照，電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩由轉(zhuǎn)速扭矩儀</p><p>&l

58、t;b>　　打印出。</b></p><p><b>　　計算方法</b></p><p>　　本試驗(yàn)所有計算均按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。整個計算使用的單位是 SI(國際單位</p><p>　　制)。其結(jié)果也用此單位表示，即用帕斯卡( Pa )表示壓力，用瓦特(W )表示功率，</p><p>　　用立方米每

59、秒( m3 / s )表示容積質(zhì)量。</p><p><b>　　流量的確定</b></p><p>　　流量的測定按照 GB/T 2624 和 ISO 3966 的規(guī)定進(jìn)行，使用這種方法測得的</p><p>　　流量符合本實(shí)驗(yàn)的要求。</p><p>　　管路內(nèi)流量計(標(biāo)準(zhǔn)的一次裝置)</p><

60、p>　　可以使用的流量計有文丘里噴管、孔板、錐形進(jìn)口和進(jìn)口噴管。前兩種流</p><p>　　量計可以接在風(fēng)管的進(jìn)口或出口以及兩段風(fēng)管之間使用。錐形進(jìn)口和進(jìn)口噴管</p><p>　　只可接到從自由空間吸入空氣的進(jìn)口風(fēng)管。</p><p><b>　　11</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二

61、章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹</p><p>　　通過管路內(nèi)壓差流量計的質(zhì)量流量一般表達(dá)式如下：</p><p>　　式中： q ——質(zhì)量流量(kg/s)；</p><p><b>　　m</b></p><p>　　d ——喉道直徑(m)；</p><p><b>　　h<

62、;/b></p><p>　　ρ ——上游密度( kg / m2 )</p><p><b>　　u</b></p><p>　　?p ——壓差(Pa)；</p><p><b>　　α ——流量系數(shù)；</b></p><p><b>　　ε ——膨脹系數(shù)；&

63、lt;/b></p><p><b>　　p</b></p><p>　　ρ = u ·······················&

64、#183;·····························(2.2)</p><p><b>　　u R&

65、lt;/b></p><p><b>　　Θ w u</b></p><p>　　正常情況下，Θ 應(yīng)為流量計上游流體溫度。</p><p><b>　　u</b></p><p>　　當(dāng)流量計位于試驗(yàn)通風(fēng)機(jī)進(jìn)口側(cè)時：</p><p><b>　　q P（或P

66、）</b></p><p><b>　　2</b></p><p>　　Θ = Θ ? + ······················&

67、#183;···········(2.3)</p><p><b>　　m rx ex</b></p><p><b>　　u sgu q c</b></p><p><b>　　2 2</b>

68、;</p><p><b>　　2A ρ c</b></p><p><b>　　u u p m p</b></p><p>　　A 是流量計上游管道的面積；對于進(jìn)口孔板或進(jìn)口噴嘴 A = ∞ 。</p><p><b>　　u u</b></p><p&g

69、t;　　當(dāng)流量計在試驗(yàn)通風(fēng)機(jī)出口側(cè)時：</p><p>　　采用迭代法求得 q 值。</p><p><b>　　m</b></p><p>　　對于給定的裝置，ε 是壓比函數(shù)，而α 是雷諾數(shù)的函數(shù)。這些系數(shù)的計算</p><p>　　在接下來會做詳細(xì)介紹。根據(jù)進(jìn)口流管的不同，分別討論。</p><p

70、><b>　　12</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹</p><p><b>　　用錐形進(jìn)口測定流量</b></p><p>　　只能在開放式(自由)進(jìn)口條件下才可使用錐形進(jìn)口。</p><p><b>　　幾何形狀<

71、;/b></p><p>　　錐形進(jìn)口尺寸和公差在圖 2-1 中示出，型線應(yīng)該是軸向?qū)ΨQ，錐體與端面</p><p>　　及錐體與圓筒喉部之間接合均無隆起及凸出的銳邊。進(jìn)口的軸線和風(fēng)道的軸線</p><p><b>　　應(yīng)該是一致的。</b></p><p>　　圖2-1 錐形進(jìn)口幾何形狀</p>&

72、lt;p>　　Fig.2-1 Geometrical form of taper import</p><p><b>　　網(wǎng)篩加載</b></p><p>　　符合圖 2-2 的可調(diào)節(jié)網(wǎng)篩加載與錐形進(jìn)口允許一起使用，但流量系數(shù)α 的</p><p><b>　　誤差增大。</b></p><p&

73、gt;　　圖2-2 自由進(jìn)口文丘里噴嘴或有可調(diào)節(jié)篩網(wǎng)加載的錐形進(jìn)口</p><p><b>　　13</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹</p><p>　　Fig.2-2 Free import Venturi spout or regulative griddle taper im

74、port</p><p>　　網(wǎng)篩、防渦流裝置及支承應(yīng)該具有在使用要求的強(qiáng)度和剛度不變的情況下，</p><p>　　具有最小的迎風(fēng)面積。例如，任何單個橫向構(gòu)件都不應(yīng)出現(xiàn)大于 2％的堵塞。</p><p>　　支承應(yīng)該確保網(wǎng)篩在中部不發(fā)生彎曲。</p><p>　　d 或 3mm 及長度最大 0.05d 的支承環(huán)或者采用其他方式消除壁上的漏&

75、lt;/p><p><b>　　h h</b></p><p><b>　　泄。</b></p><p><b>　　進(jìn)口區(qū)</b></p><p>　　在進(jìn)口區(qū)內(nèi)，對于流入進(jìn)口空氣的自由運(yùn)動不應(yīng)有任何外部障礙，并且任</p><p>　　何渦流的速度不要超

76、過噴嘴喉部速度的 5％。</p><p>　　應(yīng)該確保差壓計的高壓盤上記錄的壓力讀數(shù)為進(jìn)口區(qū)環(huán)境壓力。</p><p><b>　　錐形進(jìn)口性能</b></p><p>　　按照上述要求制造的錐形進(jìn)口用于壓比 r ≥ 0.96 ，即 ?p < 4000Pa 時不必</p><p><b>　　d</

77、b></p><p><b>　　做校準(zhǔn)。</b></p><p><b>　　用錐形進(jìn)口。</b></p><p>　　圖2-3 錐形進(jìn)口復(fù)合流量系數(shù)αε</p><p>　　Fig.2-3 Compound flow modulusαε of taper import</p>

78、<p><b>　　14</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹</p><p>　　對于 d ≤0.5m：m＝0.01107，c＝0.8824，αε ＝0.94；</p><p><b>　　h max</b></p><p>　

79、　對于 0.5m< d <2m：m＝0.00963＋0.04783 d ＋0.05533 d 2 ，</p><p><b>　　h h h</b></p><p>　　c＝0.9715－0.2058 d ＋0.05533 d 2</p><p><b>　　h h</b></p><p&g

80、t;　　αε ＝0.9131＋0.0623 d －0.01567 d 2</p><p><b>　　max h h</b></p><p>　　對于 d 2 ≥2m：m＝0.03459，c＝0.7812，αε ＝0.975。</p><p><b>　　h max</b></p><p><

81、b>　　誤差</b></p><p>　　在連續(xù)件內(nèi)不允許有任何網(wǎng)篩加載情況下，可適用的基本誤差為±1.5％。對此</p><p>　　應(yīng)算術(shù)地增加（當(dāng)應(yīng)用時）與低Re 和網(wǎng)篩負(fù)載相關(guān)的凈附加誤差。</p><p><b>　　d</b></p><p>　　由于低 Re （即 Re <

82、3×105 ）而產(chǎn)生的附加誤差（％）表示如下：</p><p><b>　　d d</b></p><p>　　由于符合 2.3.2 均勻網(wǎng)篩出現(xiàn)的附加誤差要用算術(shù)方法增加 0.5％。</p><p>　　如果使用αε 校正值代替 2.3.4 中給出的值可以降低這些誤差。可以用按照</p><p>　　ISO

83、3966 要求的皮托靜壓管或用流量系數(shù)誤差不超過 1.0％的一次儀表方法進(jìn)</p><p>　　行校準(zhǔn)。網(wǎng)篩質(zhì)量或容積流量值的綜合誤差可取±2％。</p><p>　　用文丘里噴管測定流量</p><p><b>　　安裝</b></p><p>　　對于標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)道中試驗(yàn)，在進(jìn)口或出后風(fēng)室中應(yīng)使用多噴嘴。它們可能

84、不同</p><p>　　但它們在尺寸和半徑上，相對于風(fēng)室軸線應(yīng)是對稱定位。</p><p>　　本試驗(yàn)中使用 4 個相同的文丘里噴管對稱定位。</p><p><b>　　15</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹</p><p><

85、;b>　　幾何形狀</b></p><p>　　多噴嘴及文丘里噴嘴的尺寸和公差如圖 2-4 所示。外形應(yīng)該是軸向?qū)ΨQ的</p><p>　　及出口邊緣應(yīng)是直角銳邊，并且沒有毛刺、刻痕或者倒圓。噴嘴軸線和它們所</p><p>　　安裝的風(fēng)室的軸線應(yīng)該是平行的，噴嘴喉部尺寸 L 應(yīng)為 0.6d±0.005d （推薦</p>&

86、lt;p><b>　　h</b></p><p>　　的）或者 0.5 d ±0.005d 。</p><p><b>　　h h</b></p><p>　　圖2-4 噴嘴幾何形狀</p><p>　　Fig.2-4 Geometrical form of spout</p&

87、gt;<p>　　噴嘴應(yīng)有的橢圓段如圖 2-4 所示，但也可以使用兩個或三個半徑近似成橢</p><p>　　圓，在任何點(diǎn)法線方向與標(biāo)準(zhǔn)橢圓形相差不大于 0.015d 。</p><p><b>　　h</b></p><p>　　噴嘴的喉徑 d 應(yīng)該在橢圓的短軸和噴嘴出口處測量（精度 0.001d ）。應(yīng) 該</p>

88、<p><b>　　h h</b></p><p>　　45°間隔上取四個測量值并且這些值都應(yīng)在平均值的±0.002d 之內(nèi)。在喉部進(jìn)</p><p><b>　　h</b></p><p>　　口處平均值可大于 0.002d ，但不小于在噴嘴出口上的平均值。</p><

89、;p><b>　　h</b></p><p>　　噴嘴表面要求相當(dāng)光滑以至直尺在其表面上沒有刮碰并且表面局部凸起峰</p><p>　?。逯祽?yīng)不大于 0.001d 。</p><p><b>　　h</b></p><p><b>　　16</b></p>

90、<p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹</p><p>　　當(dāng)噴嘴使用在風(fēng)室中，可以使用圖 2-4 所示出的任一種型式。</p><p>　　在噴嘴排氣口直接與管道或擴(kuò)散段連接時，應(yīng)該使用喉部有測孔的噴嘴并</p><p>　　且噴嘴出口采用法蘭連接。</p><p>　　噴嘴喉部的測孔應(yīng)該

91、有 4 個間隔 90°的靜壓測孔與壓力計相連。</p><p>　　當(dāng)風(fēng)管與噴嘴連接時，喉徑與進(jìn)口風(fēng)管的直徑比應(yīng)不超過 0.525。連接到噴</p><p>　　嘴上游側(cè)的風(fēng)管應(yīng)是直的均勻圓形截面。當(dāng)用于提供一測量段時，應(yīng)有其直徑</p><p>　　～6.75 倍的長度和當(dāng)用于出口風(fēng)管時，應(yīng)有直徑 9.5～9.75 倍的長度。</p>&l

92、t;p><b>　　進(jìn)口區(qū)</b></p><p>　　多噴嘴定位應(yīng)該使各噴嘴的中心線與風(fēng)室壁距離不小于 1.5 d 。同時使用</p><p><b>　　h</b></p><p>　　的任何兩個噴嘴中心間的最小距離應(yīng)是較大噴嘴的 3d ，d 是大噴嘴的直徑。</p><p><b&

93、gt;　　h h</b></p><p>　　多噴嘴與文丘里噴嘴的性能</p><p>　　符合 2.4.3 要求制造的多噴嘴裝置對壓比 r > 0.9（即?p < 10kPa ）未校準(zhǔn)</p><p><b>　　d</b></p><p><b>　　下可使用。</b>&

94、lt;/p><p>　　噴嘴流量系數(shù)α 由下列表達(dá)式計算：</p><p>　　式中： Re ——對應(yīng)于出口直徑的雷諾數(shù)，由下列表達(dá)式估算：</p><p><b>　　d</b></p><p><b>　　2ρ ?p</b></p><p>　　Re = 0.95εd 

95、15;10 ···································(2.7

96、)</p><p><b>　　u 6</b></p><p><b>　　d h t</b></p><p><b>　　+ 0.048</b></p><p><b>　　u</b></p><p>　　α ——噴嘴上游的動能系

97、數(shù)，對于管道內(nèi)噴嘴為 1.043，對于風(fēng)室中噴嘴</p><p><b>　　Au</b></p><p>　　和多噴嘴或自由進(jìn)口噴嘴為 1；</p><p>　　β = dh / D （對于風(fēng)室它可以取作零）（對于管道內(nèi)噴嘴 β ≤ 0.525）；</p><p><b>　　D 為風(fēng)道直徑；</b&g

98、t;</p><p><b>　　17</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹</p><p>　　C 是噴嘴排出系數(shù)。</p><p>　　膨脹系數(shù)由下式計算：</p><p><b>　　p ? ?p ?p</b>&

99、lt;/p><p><b>　　r = ?</b></p><p>　　= u 1 ························&

100、#183;····················(2.9)</p><p><b>　　d p</b></p><p><b>　　p</b>&l

101、t;/p><p><b>　　u u</b></p><p><b>　　上式可由下式代替：</b></p><p><b>　　κ ?1 2 /</b></p><p><b>　　κ ? β ?</b></p><p>　　r κ

102、1 4 1 r κ</p><p>　　ε = ······························

103、3;···(2.10)</p><p><b>　　d d</b></p><p>　　κ ? ? β r 1?</p><p><b>　　1 1 2</b></p><p><b>　　4 κ r</b></p><p>

104、;<b>　　/</b></p><p><b>　　d d</b></p><p>　　質(zhì)量流量由下列表達(dá)式給出：</p><p><b>　　對于多噴嘴</b></p><p><b>　　n</b></p><p><b

105、>　　π</b></p><p>　　qm = ε∑ α 2 2ρ ? ···························&

106、#183;··········(2.11)</p><p><b>　　( d ) p</b></p><p><b>　　i i u</b></p><p><b>　　4 1</b></p&g

107、t;<p><b>　　對于文丘里噴管</b></p><p><b>　　n 式中：∑( )</b></p><p><b>　　2</b></p><p>　　αi d ——各個開放式噴嘴直徑平方乘以它們各自的流量系數(shù)的</p><p><b>　　

108、i 1</b></p><p><b>　　和；</b></p><p><b>　　ρ ——上游密度。</b></p><p><b>　　u</b></p><p><b>　　誤差</b></p><p>　　對于

109、 Re ≥ 1.2×104</p><p>　　d 排出系數(shù) C 的誤差為±1.2％。</p><p><b>　　18</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹</p><p>　　通風(fēng)機(jī)空氣功率和效率</p><p>&

110、lt;b>　　建議三種方法：</b></p><p>　　第一種由單位質(zhì)量功的概念導(dǎo)出；另外兩種使用容積流量和壓力概念及流</p><p>　　體可壓縮性效應(yīng)的修正系數(shù)計算得出。</p><p>　　這三種方法給出相同的結(jié)果，對于壓比等于 1.3 時不超過千分之幾。</p><p>　　本試驗(yàn)中使用由單位質(zhì)量功的概念導(dǎo)出。&

111、lt;/p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　ρ +</b></p><p><b>　　1 ρ</b></p><p><b>　　ρ</b></p><p>　　m = ··

112、3;····································&#

113、183;·········(2.14)</p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　p</b></p><p>　　ρ =

114、1 ····································&#

115、183;··············(2.15)</p><p><b>　　1 Θ</b></p><p><b>　　R</b></p><p><b>　　w 1<

116、;/b></p><p><b>　　p</b></p><p>　　ρ = ························

117、;···························(2.16)</p><p><b>　　2</b></p&g

118、t;<p><b>　　2 Θ</b></p><p><b>　　R</b></p><p><b>　　w 2</b></p><p>　　得的電機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速和扭矩算得軸功率，以此計算通風(fēng)機(jī)電機(jī)軸效率。</p><p><b>　　通風(fēng)機(jī)電機(jī)軸效率：

119、</b></p><p><b>　　P</b></p><p>　　η ·······················

120、3;······························(2.17)</p><p><b>　　

121、a =</b></p><p><b>　　u</b></p><p><b>　　P</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　19</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論

122、文 第三章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)</p><p>　　第三章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)背景與要求</b></p><p>　　本文所使用的電機(jī)冷卻風(fēng)扇，通過對冷卻風(fēng)扇的葉片和葉型的改造，使得</p><p>　　冷卻風(fēng)扇對電機(jī)軸承的冷卻效率得到較大的提高，冷卻效果大大改善。比同樣</p

123、><p>　　尺寸下的電機(jī)功率可以提高 50%左右，即功率重量比大大提高。本文以 GB/T</p><p>　　1236－2000 為依據(jù)，在已經(jīng)設(shè)計、搭建的大型冷卻風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺上，對新型軸</p><p>　　向風(fēng)機(jī)進(jìn)行一系列的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。特別的，考察轉(zhuǎn)速為 3600 rpm 時，葉頂頂隙</p><p>　　mm；7.5mm；5mm 三個不同葉

124、頂頂隙，風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管的距離</p><p>　　d=40mm、d=20mm、d=0mm 出口風(fēng)管，這九種情況下的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。我們得到</p><p>　　大量數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。通過對出口邊界條件的細(xì)化，來分析</p><p>　　出口邊界條件對冷卻效率的影響。圖 3-1 為實(shí)驗(yàn)裝置布置總圖：</p><p>　　圖3-1 實(shí)

125、驗(yàn)裝置布置總圖</p><p>　　Fig.3-1 Schematic of experimental equipment</p><p><b>　　20</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動抽風(fēng)(葉片裝配直徑為 416

126、mm)，空氣</p><p>　　由大氣進(jìn)入風(fēng)室，流經(jīng)整流網(wǎng)柵，形成均勻流場，再通過異徑直管和擴(kuò)壓管流</p><p>　　出。在此過程中通過測量室內(nèi)靜壓差，進(jìn)口動壓和軸的轉(zhuǎn)速及扭矩來計算風(fēng)扇</p><p>　　(圖 3-2)性能。</p><p>　　圖3-2 葉片裝配圖 圖3-3 葉片</p><p>　　Fig

127、.3-2 Schematic of blade Fig.3-3 Blade</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計</b></p><p>　　由于本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)臺體積較大，所以實(shí)驗(yàn)在室外進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖：</p><p>　　圖3-4 實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)風(fēng)口實(shí)物圖 圖3-5 實(shí)驗(yàn)電機(jī)實(shí)物圖</p><p>　　Fig.3-

128、4 Schematic of experimental platform Fig.3-5 Schematic of experimental electric</p><p>　　intake motor</p><p><b>　　21</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)</p>

129、<p>　　整個裝置由電動機(jī)，變頻儀，扭矩儀，軸系，風(fēng)扇，風(fēng)室，法蘭板，進(jìn)口</p><p>　　風(fēng)管，異徑直風(fēng)管和墊箱等部分組成。</p><p>　　電動機(jī)：本實(shí)驗(yàn)采用的是三相異步電機(jī)，其功率為 4kw，額定電壓為 380V。</p><p>　　變頻儀：由于本實(shí)驗(yàn)要求電動機(jī)轉(zhuǎn)速為 3600 轉(zhuǎn)，需要 60Hz 的激勵電流，</p>&l

130、t;p>　　而中國電網(wǎng)頻率為 50Hz，需要通過變頻來達(dá)到要求。</p><p>　　扭矩儀：用來測量實(shí)驗(yàn)過程中電機(jī)轉(zhuǎn)速和軸的扭矩。</p><p>　　冷卻風(fēng)扇：冷卻風(fēng)扇是電機(jī)冷卻的主要的壓力元件。冷卻風(fēng)扇的作用是使</p><p>　　一定的氣體壓力，克服電機(jī)自身、冷卻器、附加通風(fēng)管道及過濾器等通風(fēng)回路</p><p>　　的風(fēng)阻，

131、以維持一定的氣體流量和流速，使冷卻介質(zhì)連續(xù)不斷的吹拂電機(jī)的發(fā)</p><p>　　熱部分，把電機(jī)中的熱損耗散出機(jī)外，這樣電機(jī)就可以在規(guī)定的溫度限制下安</p><p><b>　　全運(yùn)行了。</b></p><p>　　圖3-6 新型風(fēng)扇實(shí)物圖</p><p>　　Fig.3-6 Schematic of experim

132、ental new type fan</p><p>　　風(fēng)室：長 2m，寬 0.9m，高 1.5m，在其內(nèi)部模擬均勻流場，測量室內(nèi)靜壓</p><p><b>　　差。</b></p><p>　　法蘭板：布滿均勻網(wǎng)格，使進(jìn)口空氣經(jīng)過之后變得流場均勻。</p><p>　　進(jìn)口風(fēng)管：由 4 個直徑 96mm 的文丘里噴

133、管和 1 個直徑 261mm 的錐形進(jìn)</p><p>　　口噴管組成，所有風(fēng)管均經(jīng)過校驗(yàn)以滿足實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　22</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)</p><p>　　圖3-7 文丘里噴管 圖3-8 錐形噴管</p><p&

134、gt;　　Fig.3-7 Venturi spout Fig.3-8 Taper import</p><p>　　異徑直風(fēng)管：由實(shí)驗(yàn)要求而定制的直徑，分別為 437mm、431mm 和 426mm；</p><p>　　長度分別為 100mm、120mm 和 140mm 的不同規(guī)格的直風(fēng)管。</p><p>　　墊箱：用來固定電機(jī)，扭矩儀，以防止在他們實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)

135、生位置的偏移，</p><p>　　從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中斷甚至失敗。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動抽風(fēng)，空氣由大氣經(jīng)過進(jìn)口風(fēng)管進(jìn)入</p><p>　　風(fēng)室，流經(jīng)法蘭板，近似形成均勻流場，再通過異徑直管和擴(kuò)壓管流出。在此</p><p>　　過程中通過測量室內(nèi)靜壓差，進(jìn)口動壓和軸的轉(zhuǎn)速及扭矩來計算風(fēng)扇性能。</p>

136、;<p>　　圖3-9 電機(jī)，扭矩儀與風(fēng)扇的連接</p><p>　　Fig.3-9 Connection of electric motor, torque with fan</p><p><b>　　23</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)</p><p&g

137、t;<b>　　實(shí)驗(yàn)儀器及介紹</b></p><p>　　本節(jié)按照測量物理量的不同來分類介紹儀器以及他們的規(guī)格與安裝使用方</p><p><b>　　法。</b></p><p>　　風(fēng)室內(nèi)平均壓力的測量</p><p><b>　　a) 測量方法</b></p>

138、;<p>　　使用 U 型管實(shí)時顯示和美國 Scanivalve 公司的 DSA-3017 多路壓力掃描閥</p><p>　　采集總壓和靜壓差，一段接壁測孔或接壓力測量平面內(nèi)皮托靜壓管組成的壓力</p><p><b>　　接頭。</b></p><p>　　為確定此平面的平均靜壓差，壓力計的另一端應(yīng)敞開與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的大氣壓<

139、;/p><p><b>　　力相通。</b></p><p>　　為了確定通風(fēng)機(jī)壓力測量平面對應(yīng)的壓差，壓力計的一端或兩端可接至按</p><p>　　d)布置的 4 個測孔接頭之間。</p><p><b>　　b) 壁測孔的使用</b></p><p>　　在標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道內(nèi)，進(jìn)

140、行壓力測量的每一截面上，平均靜壓差按照 3.3.1 c)</p><p>　　結(jié)構(gòu)布置的 4 個壁孔的靜壓差平均值取得。</p><p><b>　　c) 測孔的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　每一個測孔均通過風(fēng)道壁，它符合圖 3-10 中所示的尺寸范圍。</p><p>　　孔徑 a 應(yīng)不小于 1. 5 mm，不大于

141、 5 mm 和不大于 0. 04D。</p><p>　　當(dāng)風(fēng)道流速與通風(fēng)機(jī)進(jìn)口和出口速度相當(dāng)時，則需要特別注意。在這種情</p><p>　　況下，孔應(yīng)位于風(fēng)道直段處．該處沒有接頭或其他不規(guī)則的部分（距上游段 D,</p><p>　　下游段 D/2 的距離,D 為風(fēng)道直徑）。當(dāng)風(fēng)道非常大時．實(shí)際上是不能滿足此條</p><p>　　件的，

142、在這種情況下，可以采用 3.3.1 f)中規(guī)定的皮托靜壓管法。</p><p><b>　　24</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)</p><p>　　圖3-10 管壁壓力測孔的結(jié)構(gòu)</p><p>　　Fig.3-10 Structure of pressure eye

143、let on wall</p><p><b>　　d) 位置和連接</b></p><p>　　當(dāng)采用圓形風(fēng)道時，4 個孔的位置應(yīng)該等距分布在圓周上。當(dāng)采用矩形風(fēng)</p><p>　　道時，孔的位置應(yīng)位于 4 個側(cè)面的中心位置（本實(shí)驗(yàn)風(fēng)室為矩形）。4 個相似的</p><p>　　孔接到單個的壓力計上。</p&g

144、t;<p><b>　　e) 合格檢查</b></p><p>　　應(yīng)當(dāng)注意的是，要保證所有管子和接頭均無堵塞和漏泄，并且應(yīng)將管子中</p><p>　　的液體排凈。在進(jìn)行連續(xù)觀察之前，4 個測孔的壓力應(yīng)在最大流量處連續(xù)進(jìn)行</p><p>　　進(jìn)行檢查，看其是否有缺陷，如果檢查未發(fā)現(xiàn)缺陷，則應(yīng)檢查流量是否穩(wěn)定。</p>

145、;<p>　　f) 皮托靜壓管的使用</p><p>　　在圓形風(fēng)道適當(dāng)?shù)膲毫y量平面內(nèi)，至少選擇 4 個點(diǎn)，這 4 個點(diǎn)應(yīng)等距、</p><p>　　對稱軸線分布在圓周上，距離壁面中心點(diǎn)大約為風(fēng)道直徑的 1/8?；蛘?，當(dāng)采</p><p>　　用矩形風(fēng)道時，距離每一壁面中心為管道寬度的 1/8。在穩(wěn)定流量的條件下，</p><p&

146、gt;　　應(yīng)讀取每一點(diǎn)靜壓差讀數(shù)，并進(jìn)行平均計算；另一方面，如果需要，可將 4 個</p><p>　　分開的皮托靜壓管的靜壓接頭連接在一起，以便得到平均讀數(shù)。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)使用掃描閥 DSA-3017 來測量空氣的靜壓和總壓，并通過 LabVIEW</p><p>　　數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的平臺采集通過掃描閥采集的數(shù)據(jù)。大氣壓力則是通過校準(zhǔn)過的</p&

147、gt;<p><b>　　25</b></p><p>　　上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)</p><p>　　大氣壓力計測得。使用掃描閥 DSA-3017 采集壓力，它可以同時測 16 路壓力，</p><p>　　U 型管的壓力讀數(shù)僅供目測監(jiān)控，它的目測數(shù)據(jù)對于掃描閥的結(jié)果是一種監(jiān)控</p>