电动机水冷却结构设计.docx

文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
电动机水冷却结构设计
煤矿井下用隔爆型三相异步电动机水冷却结构设计
姜瑞杰
2008级机电一体化专业
摘 要 对煤矿井下用隔爆型三相异步电动机水冷却系统及结构的设计进行探讨。围绕电动机温度场分析、热平衡计算、冷却系统水流参数计算、冷却水箱结构设计几个方面，并结合实践阐述了相关设计理论和设计方法。
关键词 煤矿井下用隔爆型三相异步电动机：水冷却系统；水冷式结构
0 引言
煤矿井下设备采用的隔爆型三相异步电动机其冷却系统常采用水冷式结构（通常为ICW37）。这是基于煤矿井下特殊的环境条件和煤矿设备特殊的运行状况决定的。煤矿井下水冷式电动机具有以下特点：
（1）煤矿井下作业场狭窄，设备留给时机的安装空间较小，环境空气流动性差。电动机采用风（空气）冷却结构，效果受到很大影响。尤其是在采掘面，当煤块、粉尘等堆积物阻塞电动机外部的通风散热通道时，电动机通风散热状况将更加恶劣。而采用水冷静却结构，则避免了这个缺点。煤矿井下一般不缺压力源，水的导热系数远远大于空气。只要时机的水冷静系统流道结构设计合理，其冷却效果和可靠性优于风冷静式电动机。
（2）煤矿井用电动机因受设备安装要求限制，往往要求有较小的外形体积和简单的外形结构。水冷式电动机结构上没有风扇、风罩、散热片等零件，并且水道布置在封闭的壳体之内，因此其外形简约，体积小于相同功率的风冷式电动机。
（3）煤矿井下采掘、运输等设备，因其特殊的工作条件，往往负荷波动很大，所用电动机超负荷运行状况进有发生，造成电动机温升增高。另外在设计这些设备使用的电动机时，考虑到其外形体积和功率大小两方面要求，往往采用减小电动机定、转子铁心外径，加长定、转子铁心长度的设计方案。由典型的时机温升设计理论可知，铁心较长的时机其热负荷往往偏高，温升计算误差也较大，这两方面的原因致使电动机的温升处于不可靠状态。尽管采用提高电动机绝缘等级的方法进行弥补，但电动机使用寿命也将大打折扣。而水冷式结构的电动机具有较好的冷却效果，可弥补电动机温升设计误差及超负荷运行带来的缺点。
（4）水冷式电动机无风扇、风罩等零件，因此不会产生风摩损耗和噪声，并且冷却水箱还具有吸振减振效果，这些又形成了电动机效率较高、噪声低、振动小的优点。
从以上分析可以看出水冷却系统在煤矿井下用电动机上的重要作用，因此对其系统和结构的设计研究必要。目前国内许多电机厂家都积累了各自在此方面的宝贵经验，亟待进行理论性的整理和提高。本文试对此问题展开初步探讨。
1 水冷式电动机的温度场分析与热平衡计算
温度场分析
水冷式电动机的温度场同风冷式电动机基本相似，其不同处在于风冷式电动机是靠自带风扇吹动机壳外的空气带走热量，而水冷式电动机是利用包在机壳外水箱里水的流动带走热量。介质的物理特性有较大差异。进行水冷式时机温度场热路分析，可以借用风冷式电动机等效热路模型。见图1。
从等效热路可以看出，整个热路系统传热方式多样，传热路线复杂。根据实际工程的要求，我们可以对问题做以下简化和设定。
（1）电动机的温度分布沿圆周方向对称，电动机在圆周方向冷却条件相同。
（2）对时机内部的各种传热方式和路线进行简化，认定电动机运行产