电动机水冷却结构设计.docx

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 对煤矿井下用隔爆型三相异步电动机水冷却系统
及构造的设计进展探讨。 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、 冷却水箱构造设； B—机座壁厚〔m〕； A一接触 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=p 2(1/ 2)
式中， H —时机单位时间产生的热量〔 kw ， KJ/h 〕 ； p2— 电动机额定输由功率〔kw〕；刀一电动机的效率。
〔 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。
热平衡计算
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。
O=S £p（t 进-t 出）〔4〕
式中，①一单位时间流由水箱的水带走的热量〔kw,kJ/h〕;
s一水流量〔m3/s〕； p 一介质密度〔kg/ m3〕； Cp一介质比热
〔 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
O>H〔5〕
当发生异常状况造成水流中断时，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
Q=CM △ t 〔 6〕
式中，Q—水吸收的热量〔kw, KJ/h〕； C一比热〔J/kgC〕；
M—质量〔kg〕； At一温度增量〔C〕o
可知水的质量越大吸收的热量越多， 那么能保证电动机部
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>Qi即
CM At>HT 〔8〕
式中，T —电动机断水时间二10min ; 4t=水沸点温度-设定 水箱出口水温。
水冷系统最小容积确实定
冷却水箱最小容积确实定
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= N代入式〔8〕那么
V> HT/C At p 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。
冷却水箱的水流量确定
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〕 ，那么
S> H/ 禽〔t 出-t 进〕 〔10〕
冷却水箱水流压力确实定
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 Pi,由口处的水直接放入环境，具压力
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：Pl-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=V 2/2g〔 11〕
因出水口压力P2 等于标准工程大气压，那么
P1=P2+V2/2g〔 12〕
又因水箱的水流量已由式〔10〕确定，在我们根据工程构
造要求选用适宜的进水口和出水口标准件管接头， 确定其截面
积计算其流速后，就可进一步计算由进水压力Pi。式〔12〕是
把水作为稳态定常流动的理想液体进展计算的， 但因冷却水箱
中水道构造原因及水并非理想液体， 水流过程不可愕然地产生
沿程压力损失和局部压力损失。 实际选用进