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通风冷却系统对YBXKK防爆电机绕组温升的影响_胡荣博.pdf
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1、研发与设计收稿日期 2023 01 10作者简介胡荣博(1989),女,硕士,信阳职业技术学院,讲师,研究方向为新能源汽车技术。通风冷却系统对 YBXKK 防爆电机绕组温升的影响胡荣博1,蔡合超2,陈伟伟2,安海峰2,王一品2(1 信阳职业技术学院,河南信阳464000;2 卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司,河南南阳473008)关键词 电机稳态温升;通风冷却系统;单侧风路结构;对称风路结构 摘要 电机稳态温升是关系到电机使用寿命和运行可靠性的重要因素,其各主要部位的温度分布和定子绕组平均温升均受到通风冷却系统的制约。为了揭示电机温升与风路结构的关系,通过 FLUENT 分析软件,分别对单侧风
2、路结构和对称风路结构两种不同结构进行整机温度场模拟计算。研究结果表明,对称风路结构较之单侧风路结构绕组温升降低了 16 K,效果显著。该研究成果对 YBXKK 防爆电机的通风系统设计提供了一定参考。中图分类号TM357 文献标识码A 文章编号 1004 9118(2023)01 0009 05DOI:10 14023/j cnki dqfb 2023 01 002Ventilation Cooling System Influence on Winding Temperatureise of YBXKK Explosionproof MotorHu ong-bo1,Cai He-chao2,C
3、hen Wei-wei2,An Hai-feng2,Wang Yi-pin2(1 Xinyang Vocational and Technical College,Xinyang,Henan,464000;2 Wolong Electric Nanyang Explosion Protection Group Co,Ltd,Nanyang Henan 473008)Key words:steady temperature rise of motor;ventilation cooling system;single air circuitstructure;symmetrical air ci
4、rcuit structureAbstract:The steady temperature rise of the motor is a main factor to the service life and opera-tion reliability of the motor The temperature distribution of its main parts and the average tempera-ture rise of the stator winding are restricted by the ventilation cooling system In ord
5、er to reveal therelationship between the temperature rise of the motor and the air circuit structure,the temperaturefield of the whole machine is simulated and calculated for the single air circuit structure and the sym-metrical by using the FLUENT analysis software It shows that the winding tempera
6、ture rise of sym-metrical air circuit structure is 16K lower than the single one The research provides some referencefor the ventilation system design of YBXKK explosionproof motor0引言YBXKK 防爆电机通风系统属于全封闭内装式圆周布管空空冷却自扇冷结构,该电机具有相同体积功率更大、相同功率中心高更低、重量轻、振动小、噪声低、使用维护方便等特点,所以该产品系列电机备受用户的信赖和推崇。但电机的稳态温升和内部各零部件
7、的温度分布则是保证电机9研发与设计通风冷却系统对 YBXKK 防爆电机绕组温升的影响长期安全可靠运行的先决条件。因此在确保电机运行可靠性的基础上,如何通过电磁、结构、通风之间的最佳协调,实现不同部位的发热量与冷却能力的最佳匹配,达到降低绕组温升的目标则是该系列产品优化迭代升级的难题。文献1 研究了通风结构对高速列车异步牵引电机散热性能的影响;文献2 研究了电机运行时各个通风槽内冷却气体的流动状况及电机内局部温升分布情况;文献3 探讨了不同形状的通风槽钢对通风沟内流体流动及传热产生的影响;文献4 研究了电机内部各通风道的冷却空气流量分布与内部流场特征。由于该类电机的内风路属于单独的封闭结构并不与
8、外部环境直接接触,所以电机各个部位的热量能否及时散发出去则取决于内部冷却系统的设计是否合理有效。本文采用全面数字化虚拟仿真技术,以 YBXKK560 2 1 250 kW 10 kV 电机为研究对象,分别进行单侧风路和对称风路两种不同结构的整机温度场模拟计算。旨在从内在研究出风路结构对电机散热的影响,从而使该电机获得较好的温升效果,为 YBXKK 系列防爆电机的通风系统设计提供了参考。1电机物理模型1 1通风冷却系统设计随着电机制造业的发展,电机的单机容量日益增大。而单机容量的增大则导致损耗的提升,这些损耗最终绝大部分变成热量,使电机各部分温度升高。为保证电机长期有效地运行,必须确保电机各部分
9、温度维持在温升限度以内,这就需要根据各部分损耗来分配冷却介质,这样一来通风技术的改进则显得至关重要。而通风冷却技术改进的关键则是改善通风系统。YBXKK560 2 1 250 kW 10 kV 电机通过对单侧风路和对称风路两种不同风路结构的通风系统进行数字化虚拟仿真对比计算。两种通风系统结构均由内风路和外风路两部分构成,内风路依靠内风扇提供压力,将转子热量以及定子绕组热量带出,经过与冷却管外壁的充分接触,将热量传递给冷却管内壁;外部风路则依靠外风扇,将电机内部循环气流回路的热量通过冷却管内壁带走,以实现电机与周围介质的热交换。两种冷却系统外风路结构一样,冷却空气在动力元件离心外风扇的旋转增压作
10、用下经风罩圆周进气口进入风罩内腔后端、吸风嘴、外风扇、风罩内腔前端,最后流入冷却管内部。内风路:单侧风路结构冷却系统,电机内部冷却空气在动力元件离心风扇的旋转增压作用下从非轴伸端处腔体进入绕组端部空腔,绕流冷却线圈端部后分为两路:一路气流轴向进入转子通风道后经转子径向风道流经气隙,并与另外一路直接轴向进入气隙的气流汇合,然后一部分气流轴向流出进入轴伸端线圈端部;另一部分经定子径向通风道进入定子铁心背部空间后从中间支板流出,绕流冷却线圈端部后再次与从气隙流出的气流汇合后经风扇流出最后进入冷却器,构成内部循环通风系统。对称风路结构冷却系统,电机内部冷却空气从机座与挡风板处空腔进入,在风压元件轴流扇
11、的旋转增压作用下分为两部分:一部分流经线圈端部后经机座挡板处出风口流出;另一部分轴向进入线圈端部下侧空腔后,一路进入转子轴向风道后由转子径向通风道流出进入气隙,一路进入定转子气隙后与上一路气流汇合后直接进入定子径向通风道流入定子铁心背部,最后进入冷却器,构成内部循环通风系统。该电机通风系统单侧风路结构和对称风路结构示意图如图 1 和图 2 所示。图 1单侧风路结构通风系统结构示意图图 2对称风路结构通风系统结构示意图01电气防爆 2023 年 2 月第 1 期1 2基本假设及边界条件根据该电机的结构特性及通风冷却系统,做以下假设5:(1)电机流体场雷诺数很大(e 2 320),其内部流体流动状
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