电机水冷系统设计与散热计算

1、螺旋形电机水冷系统设计与散热计算孙利云四JI建筑职业技术学院四川德阳618000摘要：本文从传热基本理论出发，针对表面冷却中小型电机体积小，功率大，能量密度高的特点，给出了电机水冷螺旋型结构的详细计算过程，为电机冷却设计提供参考方案。关键词：水冷，散热，螺旋型.引言现代工业的发展对电机性能要求越来越高。电机热损耗问题制约着大容量电机设计发展。根据冷却介质是否通过电机内部，电机冷却方式分为内部冷却和表面冷却1。中小型电机由于体积的限制，常采用表面冷却的方式。按冷却介质的不同，可以把电机分为分为空气冷却和液体(水或油)冷却。空气冷却，运行成本低，摩擦损耗大，散热效率低，常用在能量密度低，发热较低的

2、电机结构中。水冷电机，运行成本高，摩擦损耗小，散热效率高，常用在能量密度高，发热量大的电机结构中。水冷技术应用于电机散热具有很好的冷却效果。电机水冷结构设计的核心任务是电机散热计算，使得电机损耗生热与冷却介质带走的热量达到平衡，从而控制电机温升再允许范围内。止匕外，冷却介质流速是散热能力重要影响因素之一。冷却介质的流速与压头及流经管道阻力有关。压头由水循环系统的泵产生。流经管道阻力取决于冷却结构的具体形式。螺旋型结构是指水槽在壳体中成螺旋型分布以往的设计过程2是首先设计好水槽的机构尺寸，设定入水口温度、水槽温度、水流速度等参数，计算出水口温度，进而校核冷却系统的散热情况。这种方法，把设计的散热

3、方案的散热功率作为计算结果，与实际需求的散热功率对比。设计方案的散热能力高于实际需要的散热能力，则视为方案可行；反之，方案失败。修改预先设计的水槽尺寸并重新计算直到满足散热条件。散热能力在设计之初是未知的，计算之后才能知道其散热能力。本文采用另一种方法，对散热结构进行设计。.水冷计算结构设计电机的基本结构尺寸如图1所示,水套外径200mm,水套截面尺寸为宽24mm,高4mm,图1.转子2.定子3.外壳4水套电机的功率为7.5KW。经过电磁计算，电机总的损耗为P损=1.137KW(1)设所有损耗都转化为热能，在电机稳定运行过程中，热能被水带走。因此实际需要的散热功率为P散=P=1.137KW(2

4、)冷却水相关参数见表1,表1水的相关物理参数单位符号8M:LminQ10进口温Ctin30出口温Cttout35避温Ctw40导热系数Wmk九0.620663动粘2ms78.12510一力粘fkgms0.00081运度动度的质量。(4)冷却水从水套壁吸收热量=aDDeLit(9)a为对流换热系数，L为螺旋水槽伸直后的长度。(5)怒谢尔特数网Nu=D=0.023Re0.8Prm&r(10),f上式适用范围如下：壁面与水流间温差小于20C30C,Re.104动力粘度0.000490.7:二Pr<120,普朗特数Pr5.52167D>60；De;r二110.3DeRo(11)(1

5、)当量直径4A4abDe=0.00833m(3)U2ab式中：a、b分别为水槽的宽和高，A为水槽截面积，U为水槽湿润周长。(2)雷诺数平均温度t'.'t'tf=Inout=32.5C(4)2平均温升t=tw-tf=7.5C(5)流速Qw=1.389m/s(6)A雷诺数Re=wDe=13675.2(7)V由此可以判断，水系统流态为湍流。(3)水流吸收的热量=Cpm(tout-tin)(8)式中，m为单位实际内流过水槽截面式中：&为考虑螺旋管道的修正系数,表达式如下:式中：R0为螺旋管的曲率半径。(6)水套长度计算由式(8)(11)联立求解得水槽长度L=2.578m(12)螺旋槽圈数2.578n=4.19(13)二19010取螺旋槽圈数为5则水槽段长度为，Ls=5父25+(5-1炉10=165mm(14)结论本文从散热能力出发，选择进水口温度，出水口温度，水槽截面尺寸，利用传热学对流换热原理，设计了中小型电机表面冷却系统。参考文献1陈世坤.电