电动机水冷却结构设计.doc

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煤矿井下用隔爆型三相异步电动机水冷却构造设计
瑞杰
2008级机电一体化专业
摘要 对煤矿井式传热流量〔W〕；q2—对流方式传热热流量〔W〕；λ—导热系数〔W/m℃〕; t2—接触外表〔机座外表〕温度〔℃〕；t3—流体温度〔℃〕；B—机座壁厚〔m〕; A—接触外表面积〔m2〕。
〔3〕我们设定电动机的热量主要来自电动机运行中定转子绕组的损耗、硅钢片铁耗、机械耗及其他杂散损耗，即
H=p2(1/η-1)
式中，H—时机单位时间产生的热量〔kw，KJ/h〕；p2—电动机额定输出功率〔kw〕；η—电动机的效率。
〔4〕我们庙宇电动机冷却水箱里的水为理想液体做定常流动。

如上所述电动机产生的热量绝大局部被具有一定压力和流速的水带出冷却水箱外散发〔传给水箱外壁的热量因量少且散热条件差可发忽略〕，因此对流传热局部是我们研究的重点。对流传热的热流量与其介质性质、流动速度、接触面积、接触面温差有密切关系。热力学试验证明，热流量与的过程关系很大。电动机水冷静系统的水不是在水箱封闭状态对流传热，而是从进口流入，经过部流道吸收热量，再从出口流出。如果按经典理论公式计算与实际状况差异太大。根据水的热力学性质和具体状况，我们采用以下经历公式更符合工程实际要求。
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Φ=SρCp(t进- t出) 〔4〕
式中，Φ—单位时间流出水箱的水带走的热量〔kw，kJ/h〕；s—水流量〔m3/s〕；ρ—介质密度〔kg/ m3〕；Cp—介质比热〔J/kg℃〕；t进—进水口水温，按煤矿井下情况我们设定为30℃；t出—出水口水温，为防止烫伤，我们设定为50℃。
设计的理想状态是电动机运行产生的热量全部由冷却水带走〔忽略水箱外壁和端盖外壁散发的热量〕，使电动机温升保持在绝缘材料的温度限值之。由此建立热平衡方程
Φ≥H 〔5〕
，原热平衡状态将被破坏。电动机产生的热量不能被水带出，导致水箱积水温度不断升高，直至到达沸点温度。这种情况也是电动机水冷却系设计必须考虑的。有关标准规定水冷式电动机当到达额定运行热稳定状态时，断水10min，定子绕组端部温度应不超过相应绝缘材料的温度限值。水具有良好的热容性，由水的比热公式
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Q=CM△t 〔6〕
式中，Q—水吸收的热量〔kw，KJ/h〕；C—比热〔J/kg℃〕；M—质量〔kg〕；△t—温度增量〔℃〕。
可知水的质量越大吸收的热量越多，则能保证电动机部热量不断传出，使定子绕组温度不超过限值。根据水的热容特性和相关标准中对水冷式电动机断水要求的时间和温度限定要求，我们可以建立又一热平衡方程。公式〔3〕为电动机单位时间产生的总热量
Q1=HT 〔7〕
热平衡方程为：Q≥Q1 即
CM△t≥HT 〔8〕
式中，T—电动机断水时间=10min；△t=水沸点温度-设定水箱出口水温。
2 水冷系统最小容积确实定

由热平衡方程〔8〕我们可以初步确定冷却水箱的容积V。将M=ρV代入式〔8〕则
V≥HT/C△tρ〔9〕
为使电动机有较小的构造体积，我们应结合电磁设计、机壳构造设计等具体情况求得水箱的最小容积。

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由热平衡方程〔4〕我们可以初步确定冷却水箱的水流量。将式〔4〕代入式〔5〕，则
S≥H/ρCp〔t出- t进〕 〔10〕

为保证水箱冷却水的不断流动，进入水箱的水流必须具有一定的压力，该压力是封闭管道中水流动的主要能量〔即压能〕，我们高该压力为P1，出口处的水直接放入环境，其压力P2等于大气压〔压力值采用标准工程大气压〕。进水口与出水口的压力差△p相当于不等高水位的势能差〔落差〕，即：P1-P2=△p=h。根据伯努利方程阐述的流体在管道做定常流时的能量守恒和能量转换定律，进水口与出水口水位势能差将转换为整个水流的动能增加。即
P1-P2=△p=h=V2/2g 〔11〕
因出水口压力P2等于标准工程大气压，则
P1=P2+V2/2g 〔12〕
又因水箱的水流