供水水泵电机散热系统分析.pdf
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1、第 61 卷 第 8 期Vol.61 No.82023 年 8 月August 2023农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT&VEHICLE ENGINEERINGdoi:10.3969/j.issn.1673-3142.2023.08.033供水水泵电机散热系统分析李双凤1,陈锦华2(1.650051 云南省昆明市昆明理工大学设计研究院有限公司;2.650504云南省昆明市昆明理工大学机电工程学院)摘要 老旧小区普遍存在供水形式落后、供水设备陈旧且放置空间小以及设备维护不到位等情况,引起水压不稳、水源二次污染等问题。一体化供水设备具有安防功能、避免二次污染、占地面积
2、小等优点,针对大多数一体化供水设备的设备间空间较小、设备密度较大、散热较差,导致水泵电机寿命缩短的问题,对使用自然风冷、强迫风冷以及强迫水冷 3 种不同散热系统的电机,使用 ANSYSIcepak 模拟不同设备间环境温度,对 3 种电机温升进行分析,比较不同散热系统在不同室温下的散热情况,找出适合于环境温度变化较大的电机散热系统。结果显示,自然风冷温升最大,强迫风冷受环境影响较大,强迫水冷受设备间温度影响较小,可使电机稳定在较为理想的温度值。因此,使用强迫水冷散热系统的电机可有效降低电机运行温度,延长设备使用年限,提高供水可靠性。关键词 一体化供水设备;水泵电机;散热系统;ANSYSIcepa
3、k 中图分类号 TM34;TU821.2 文献标志码 A 文章编号 1673-3142(2023)08-0163-04引用格式:李双凤,陈锦华.供水水泵电机散热系统分析 J.农业装备与车辆工程,2023,61(8):163-166.Analysis of heat dissipation system of pump motorLIShuangfeng1,CHENJinhua2(1.DesignResearchInstituteCo.,Ltd.,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650051,Yunnan,China;2.Facult
4、yofMechanicalandElectricalEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650500,Yunnan,China)AbstractInoldcommunities,backwardwatersupplyforms,outdatedwatersupplyequipment,smallspaceforwatersupplyequipment,andinadequatemaintenanceofequipment,whichcauseproblemssuchasunstablewaterpressurea
5、ndsecondarypollutionofwatersourcesgenerallyexist.Theintegratedwatersupplyequipmenthadtheadvantagesofsecurityfunction,avoidingsecondarypollution,andreducingtheareaofoccupation.Formostintegratedwatersupplyequipment,theequipmentroomspacewassmall,theequipmentdensitywaslarge,andtheheatdissipationwaspoor,
6、whichledtoshorteningofthelifeofthepumpmotor.Formotorsusingthreedifferentcoolingsystems,naturalaircooling,forcedaircoolingandforcedwatercooling,ANSYSIcepakwasusedtosimulatedifferentequipmentundertheenvironmentaltemperatureandanalyzedthetemperatureriseofthethreemotors,comparetheheatdissipationperforma
7、nceofdifferentcoolingsystemsatdifferentroomtemperatures,andidentifythemotorcoolingsystemsuitableforsignificantenvironmentaltemperaturechanges.Theresultshowedthattemperatureriseofthenaturalaircoolingsystemwasthelargest,theforcedseparatecoolingsystemwasgreatlyaffectedbytheenvironment,andtheforcedwater
8、coolingsystemwaslessaffectedbythetemperature,sothemotorcanbestabilizedatamoreidealtemperaturevalue.Therefore,usingamotorwithaforcedwatercoolingsystemcaneffectivelyreducetheoperatingtemperatureofthemotor,prolongtheservicelifeoftheequipment,andimprovethereliabilityofwatersupply.Key wordsintegratedwate
9、rsupplyequipment;pumpmotor;heatdissipationsystem;ANSYSIcepak0 引言目前,市政管网虽然得到较大发展,但资源配置却不平衡。老旧小区普遍采用市政自来水直供或屋顶水箱供水的形式,在用水高峰期,市政自来水压力不足,难以满足住户用水需求;使用屋顶水箱供水方式的老旧小区,屋顶水箱因无法及时维护,长时间使用会出现大量污垢、滋生细菌,导致二次水体污染。目前老旧小区供水设备改造,对于需要加压供水的小区,可选择具有液位检测装置、消毒装置、浊度、余氯以及安防等功能的一体化供水设备,既能满足小区供水要求,也能避免二次污染1。为满足水箱容量,老旧小区放置一体化
10、供水设备的空间一般较小,电机内部发热、有效散热区域不足成为电机散热的难点2-3,并且电机长时间运行导致温度上升4-5、电机内部绝缘材料寿命缩短,使得发热量增加。采用高效电机散热系统可有效提高电机的稳定性和可靠性,其中风冷和液冷是电机常用的散热方式。风冷成本低、可靠度高、安装方收稿日期:2022-05-24164农业装备与车辆工程 2023 年便;水冷系统散热效率可达到风冷的 50 倍左右,但复杂程度高于风冷6-7。由于设备密度过大,散热效果不理想,电机温度过高致使其寿命缩短,运行效率降低。本文使用 SolidWorks 软件对水泵电机自然冷却、强迫对流以及强迫水冷进行三维建模。大多数一体化供水
11、设备均由不锈钢焊接而成,不具备隔热功能,因此,选择不同的设备间温度,使用 ANSYSIcepak 软件对 3 种散热系统进行分析,分析设备间温度变化对各散热系统的供水水泵电机温升的影响,选择受环境温度影响较小的散热系统为电机进行散热。1 理论分析导热、辐射换热和对流换热是热量传递的 3 种基本方式,热量从高温区域传递至低温区域是热量传递的基本规律8。热量传递的计算公式为Q=KAt 式中:Q 热流量,W;K 换热系数,W/(m2);A换热面积,m2;冷热介质间的温差,。对流换热是设备散热的主要方式,流动的气体或液体与设备散热部件表面之间接触,不同温度发生热量交换。本文使用的对流换热分为自然对流、
12、强迫空气对流以及强迫水冷对流,如表 1 所示9。自然对流具有无噪音、经济可靠等特点;强迫对流主要通过风机或水泵驱动散热介质,冷流体与发热部件发生热量交换进行冷却。表 1 不同流换热系数及特性Tab.1 Heat transfer coefficient and characteristics of different flow冷却方式换热系数/(W/(m2)相对效率功率密度复杂程度空气自然对流100.1低很低强迫对流(空气)400.4中低强迫对流(水冷)100010高高2 建立模型2.1 几何模型 本文以 1 台 2.2kW 水泵电机为研究对象,建立电机三维模型,为下一步计算电机的温度场分布提
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