電機冷卻水道設計

1、螺旋形電機水冷系統(tǒng)設計與散熱計算龐 瑞上海聯(lián)孚新能源科技集團有限公司 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構的詳細計算過程，為電機冷卻設計提供參考方案。關鍵詞：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計發(fā)展。根據冷卻介質是否通過電機內部，電機冷卻方式分為內部冷卻和表面冷卻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)熱較低的電機結構

2、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)熱量大的電機結構中。水冷技術應用于電機散熱具有很好的冷卻效果。電機水冷結構設計的核心任務是電機散熱計算，使得電機損耗生熱與冷卻介質帶走的熱量達到平衡，從而控制電機溫升再允許范圍內。此外，冷卻介質流速是散熱能力重要影響因素之一。冷卻介質的流速與壓頭及流經管道阻力有關。壓頭由水循環(huán)系統(tǒng)的泵產生。流經管道阻力取決于冷卻結構的具體形式。螺旋型結構是指水槽在殼體中成螺旋型分布以往的設計過程2是首先設計好水槽的機構尺寸，設定入水口溫度、水槽溫度、水流速度等參數，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，把設計的散熱方案的散熱

3、功率作為計算結果，與實際需求的散熱功率對比。設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。修改預先設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，對散熱結構進行設計。2. 水冷計算2.1結構設計電機的基本結構尺寸如圖1所示，水套外徑200mm，水套截面尺寸為寬24mm，高4mm，圖11.轉子 2.定子 3.外殼 4.水套電機的功率為7.5kw。經過電磁計算，電機總的損耗為 （1）設所有損耗都轉化為熱能，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）冷卻水相關參數見表1，表1

4、水的相關物理參數名稱單位符號數值流量q10進口溫30出口溫35避溫40導熱系數0.620663運動粘度動力粘度0.00081動力粘度0.00049普朗特數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）雷諾數平均溫度 （4）平均溫升 （5）流速 （6）雷諾數 （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為單位實際內流過水槽截面的質量。（4） 冷卻水從水套壁吸收熱量 （9）為對流換熱系數，l為螺旋水槽伸直后的長度。（5）怒謝爾特數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，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 （13）取螺旋槽圈數為5則水槽段長度為，（14）結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，利用傳熱學對流換熱原理，設計了中小型電機表面冷卻系統(tǒng)。參考文獻1 陳世坤.電機設計m.北京:機械工業(yè)出版社.