電機(jī)設(shè)計(jì)第六章_李景燦

1、6-1電機(jī)的冷卻方式電機(jī)的冷卻方式6-2 關(guān)于流體關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)知識(shí)6-3風(fēng)扇風(fēng)扇6.1電機(jī)的冷卻電機(jī)的冷卻 近代電機(jī)都采用較高的電磁負(fù)荷，提高材料的利用率。電機(jī)的單機(jī)容量近代電機(jī)都采用較高的電磁負(fù)荷，提高材料的利用率。電機(jī)的單機(jī)容量也日益增大，因此，必須改進(jìn)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)，提高散熱冷力。也日益增大，因此，必須改進(jìn)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)，提高散熱冷力。 除了個(gè)別小型和特種電機(jī)，絕大多數(shù)電機(jī)都是采用風(fēng)扇強(qiáng)迫空氣流動(dòng)來(lái)除了個(gè)別小型和特種電機(jī)，絕大多數(shù)電機(jī)都是采用風(fēng)扇強(qiáng)迫空氣流動(dòng)來(lái)冷卻電機(jī)。冷卻電機(jī)。 根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同來(lái)劃分電機(jī)的冷卻系統(tǒng)較為方便。在電機(jī)制造中，根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同來(lái)劃分電

2、機(jī)的冷卻系統(tǒng)較為方便。在電機(jī)制造中，目前主要冷卻系統(tǒng)按冷卻介質(zhì)分有：目前主要冷卻系統(tǒng)按冷卻介質(zhì)分有：空氣冷卻空氣冷卻 （最為常用。）（最為常用。）油冷卻油冷卻氫冷卻氫冷卻 （采用氫冷，可提高容量，效率也能提高。）采用氫冷，可提高容量，效率也能提高。）水冷卻水冷卻6.1電機(jī)的冷卻電機(jī)的冷卻 空氣冷卻系統(tǒng)空氣冷卻系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低。電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：冷卻效果差、高速電機(jī)引起風(fēng)摩損耗較大。冷卻效果差、高速電機(jī)引起風(fēng)摩損耗較大。（一）開(kāi)路冷卻或閉路冷卻（一）開(kāi)路冷卻或閉路冷卻開(kāi)路式開(kāi)路式：外部空氣外部空氣進(jìn)入電機(jī)進(jìn)入電機(jī)回到周圍環(huán)境中去回到周圍環(huán)境中去按風(fēng)壓產(chǎn)生方

3、式分為：按風(fēng)壓產(chǎn)生方式分為：自然冷卻自然冷卻:1kw以下的小電機(jī)，不安裝風(fēng)扇。以下的小電機(jī)，不安裝風(fēng)扇。自冷通風(fēng)自冷通風(fēng):軸上安裝風(fēng)扇。軸上安裝風(fēng)扇。強(qiáng)迫風(fēng)循環(huán)強(qiáng)迫風(fēng)循環(huán):單獨(dú)風(fēng)機(jī)供風(fēng)。單獨(dú)風(fēng)機(jī)供風(fēng)。閉路式閉路式：電機(jī)內(nèi)部空氣：電機(jī)內(nèi)部空氣在電機(jī)內(nèi)部循環(huán)在電機(jī)內(nèi)部循環(huán)冷卻介質(zhì)產(chǎn)生的冷卻介質(zhì)產(chǎn)生的熱量熱量經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)件如機(jī)殼經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)件如機(jī)殼傳遞給第二介質(zhì)（水）。傳遞給第二介質(zhì)（水）。6.1電機(jī)的冷卻電機(jī)的冷卻 空氣冷卻系統(tǒng)空氣冷卻系統(tǒng)（二）徑向、軸向和混合式通風(fēng)系統(tǒng)（二）徑向、軸向和混合式通風(fēng)系統(tǒng)按電機(jī)內(nèi)部冷卻空氣的流動(dòng)方向，分為徑向、軸向與混合三種徑向通風(fēng)系統(tǒng)：通風(fēng)的冷卻介質(zhì)沿徑向流動(dòng)徑向通風(fēng)系統(tǒng)

4、：通風(fēng)的冷卻介質(zhì)沿徑向流動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：利用轉(zhuǎn)子上能夠產(chǎn)生風(fēng)壓的零部件（如風(fēng)道片，磁極等）的鼓風(fēng)作用，應(yīng)用較廣缺點(diǎn)：通風(fēng)能力較差軸向通風(fēng)系統(tǒng)：通風(fēng)的冷卻介質(zhì)沿軸向流動(dòng)軸向通風(fēng)系統(tǒng)：通風(fēng)的冷卻介質(zhì)沿軸向流動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：便于安裝直徑較大的風(fēng)扇，以加大通風(fēng)量缺點(diǎn)：通風(fēng)強(qiáng)，風(fēng)壓損失小，材料?。坏剌S向方向上冷卻不均勻，且不便于利用轉(zhuǎn)子上部件的鼓風(fēng)作用混合通風(fēng)系統(tǒng)：兼有軸向和徑向兩種通道，但往往是偏重一種混合通風(fēng)系統(tǒng)：兼有軸向和徑向兩種通道，但往往是偏重一種直流電機(jī)：以軸向?yàn)橹鞯幕旌鲜较到y(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)：以徑向?yàn)橹鞯幕旌鲜较到y(tǒng)特點(diǎn)：將氣流分為多股，使冷卻空氣盡可能與電機(jī)的所有發(fā)熱部分相接觸，電機(jī)各部分得到均勻地冷卻。6.

5、1電機(jī)的冷卻電機(jī)的冷卻 空氣冷卻系統(tǒng)空氣冷卻系統(tǒng)（三）抽出式和鼓入式（三）抽出式和鼓入式 抽出式：抽出式：冷空氣冷空氣先和電機(jī)的發(fā)熱部件接觸先和電機(jī)的發(fā)熱部件接觸變?yōu)闊峥諝庥娠L(fēng)扇送出；變?yōu)闊峥諝庥娠L(fēng)扇送出； 鼓入式：鼓入式：冷空氣由風(fēng)扇鼓入冷空氣由風(fēng)扇鼓入再與電機(jī)發(fā)熱部件接觸再與電機(jī)發(fā)熱部件接觸變?yōu)闊峥諝馑统?。變?yōu)闊峥諝馑统觥８咚匐姍C(jī)中，風(fēng)扇引起的空氣溫升可達(dá)5，抽出式冷卻能力更強(qiáng)。（四）外冷與內(nèi)冷四）外冷與內(nèi)冷外冷外冷即所謂表面冷卻方式。冷卻介質(zhì)僅通過(guò)繞組的絕緣表面、鐵心和機(jī)殼的表面，間接的將熱量帶走，亦稱為間接冷卻。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、冷卻效果較差，多在中、小型電機(jī)中采用，冷卻介質(zhì)常用空氣。按

6、結(jié)構(gòu)可分為自冷式、自扇冷式和他扇冷式。內(nèi)冷內(nèi)冷即從發(fā)熱件內(nèi)部直接冷卻的方式。采用空心導(dǎo)體，把冷卻介質(zhì)通入導(dǎo)體內(nèi)部直接帶走熱量的方式，如水輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組可采用空氣內(nèi)冷。內(nèi)冷效果雖好，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。內(nèi)部冷卻時(shí)常常采用氫氣或經(jīng)過(guò)處理的純凈水作為冷卻介質(zhì)。與表面氫冷相比，氫內(nèi)冷冷卻效果更好。若進(jìn)一步采用水內(nèi)冷，效果更佳。6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)電機(jī)在運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量全部依靠流體介質(zhì)（空氣、氫氣、電機(jī)在運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量全部依靠流體介質(zhì)（空氣、氫氣、水）帶走。所需的冷卻介質(zhì)總的體積流量可由下式計(jì)算：水）帶走。所需的冷卻介質(zhì)總的體積流量可由下式計(jì)算：溫升。冷卻介質(zhì)通過(guò)電機(jī)

7、后的；冷卻介質(zhì)的比熱容；熱量冷卻介質(zhì)所帶走的損耗式中：aahaahvCmJcpcpq)/()(3由上式所得的流量必須在數(shù)量上按適當(dāng)?shù)谋壤囟ā⑥D(zhuǎn)子的由上式所得的流量必須在數(shù)量上按適當(dāng)?shù)谋壤囟?、轉(zhuǎn)子的冷卻通道流動(dòng)，才能保證冷卻介質(zhì)和定、轉(zhuǎn)子中各發(fā)熱部分冷卻通道流動(dòng)，才能保證冷卻介質(zhì)和定、轉(zhuǎn)子中各發(fā)熱部分具有合適的溫升，因此在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，除了計(jì)算總的流量，具有合適的溫升，因此在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，除了計(jì)算總的流量，還必須初步估計(jì)流量在電機(jī)各部分的分配和流速。還必須初步估計(jì)流量在電機(jī)各部分的分配和流速。6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)流體中常用的名詞：流體中常用的名詞：（一）流體的概念（

8、一）流體的概念流體是由相互間聯(lián)系比較松馳的分子組成，分子之間沒(méi)有像剛性物質(zhì)所具流體是由相互間聯(lián)系比較松馳的分子組成，分子之間沒(méi)有像剛性物質(zhì)所具有的剛性聯(lián)系。這種物質(zhì)稱之為流體。有的剛性聯(lián)系。這種物質(zhì)稱之為流體。為了研究方便，即假定流體是一種連續(xù)介質(zhì)，認(rèn)為流體的分子間沒(méi)有空隙，為了研究方便，即假定流體是一種連續(xù)介質(zhì)，認(rèn)為流體的分子間沒(méi)有空隙，作了這樣假設(shè)才能應(yīng)用數(shù)學(xué)工具。然而這種宏觀模型只能得到流體的平均作了這樣假設(shè)才能應(yīng)用數(shù)學(xué)工具。然而這種宏觀模型只能得到流體的平均力學(xué)特性。力學(xué)特性。（二）流體的壓縮性（二）流體的壓縮性根據(jù)流體在壓力的作用下其體積的改變程度不同，流體可分為可壓縮的和根據(jù)流體在

9、壓力的作用下其體積的改變程度不同，流體可分為可壓縮的和不可壓縮的兩種。因此水是不可壓縮的，空氣是可壓縮的。但是在實(shí)際應(yīng)不可壓縮的兩種。因此水是不可壓縮的，空氣是可壓縮的。但是在實(shí)際應(yīng)用中由于用中由于空氣的流速不大，壓力變化也不大，使得體積的變化也不大空氣的流速不大，壓力變化也不大，使得體積的變化也不大，因，因此，把空氣當(dāng)作不可壓縮的流體來(lái)處理。此，把空氣當(dāng)作不可壓縮的流體來(lái)處理。6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)流體中常用的名詞：流體中常用的名詞：（三）流體的粘滯性三）流體的粘滯性粘滯性表現(xiàn)為一種抗拒流體流動(dòng)的內(nèi)部摩擦力或粘滯阻力。這種摩擦力的粘滯性表現(xiàn)為一種抗拒流體流動(dòng)的內(nèi)部

10、摩擦力或粘滯阻力。這種摩擦力的大小正比于流體層滑動(dòng)時(shí)的速度梯度，公式為：大小正比于流體層滑動(dòng)時(shí)的速度梯度，公式為：流體的性質(zhì)及溫度。動(dòng)力粘度系數(shù)，取決于化；動(dòng)方向上流體流速的變速度梯度，即垂直于流單位面積上的摩擦力式中：dndvdndv（四）理想流體和真實(shí)流體（四）理想流體和真實(shí)流體真實(shí)流體是可壓縮的，而且有粘滯性。理想流體即不考慮可壓縮性和粘滯真實(shí)流體是可壓縮的，而且有粘滯性。理想流體即不考慮可壓縮性和粘滯性。研究時(shí)先從理想流體出發(fā)，得出運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后按真實(shí)情況加以修正。性。研究時(shí)先從理想流體出發(fā)，得出運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后按真實(shí)情況加以修正。6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)流體中

11、常用的名詞：流體中常用的名詞：（五）層流及紊流（五）層流及紊流流體在管道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為流體在管道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為層流層流和和紊流紊流兩種。兩種。層流層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體平行平行于管道表面流動(dòng)于管道表面流動(dòng)，各層平行運(yùn)動(dòng)各層平行運(yùn)動(dòng)，之間，之間沒(méi)有流體交換沒(méi)有流體交換。作作紊流紊流運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體的質(zhì)點(diǎn)不再保持平行于管壁的運(yùn)動(dòng)，而是運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體的質(zhì)點(diǎn)不再保持平行于管壁的運(yùn)動(dòng)，而是以平均流速以平均流速向各個(gè)方向作無(wú)規(guī)則的擾動(dòng)向各個(gè)方向作無(wú)規(guī)則的擾動(dòng)。層流層流層流6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)流體中常用的名詞：流體中常用的名詞：（五）層流及紊流（五）層流及紊流如何判斷流

12、體運(yùn)動(dòng)是層流還是紊流？如何判斷流體運(yùn)動(dòng)是層流還是紊流？通常用一個(gè)無(wú)量綱的量即通常用一個(gè)無(wú)量綱的量即雷諾數(shù)雷諾數(shù)來(lái)判斷流體運(yùn)動(dòng)情況。來(lái)判斷流體運(yùn)動(dòng)情況。當(dāng)當(dāng)Re2300時(shí)為時(shí)為紊流紊流。雷諾數(shù)在一定程度上反映了流體本身的慣性和粘滯性。在同雷諾數(shù)在一定程度上反映了流體本身的慣性和粘滯性。在同樣條件下，粘滯性小，樣條件下，粘滯性小，密度大的流體比較容易產(chǎn)生紊流。密度大的流體比較容易產(chǎn)生紊流。6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)流體中常用的名詞：流體中常用的名詞：（六）流體的壓力（六）流體的壓力-靜壓力靜壓力與與動(dòng)壓力動(dòng)壓力靜壓力即為流體受壓縮的程度，單位用靜壓力即為流體受壓縮的程度，單

13、位用Pa來(lái)表示。來(lái)表示。靜壓力也靜壓力也可看作是被壓縮流體單位體積內(nèi)所儲(chǔ)存的位能。可看作是被壓縮流體單位體積內(nèi)所儲(chǔ)存的位能。動(dòng)壓力表示運(yùn)動(dòng)的流體單位體積中所具有的動(dòng)能動(dòng)壓力表示運(yùn)動(dòng)的流體單位體積中所具有的動(dòng)能，可表示為：，可表示為：運(yùn)動(dòng)速度流體密度；式中：vvpg22靜壓力與動(dòng)壓力之和稱為靜壓力與動(dòng)壓力之和稱為全壓力全壓力，即單位體積流體中所包含，即單位體積流體中所包含的的總機(jī)械能總機(jī)械能。6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)流體的動(dòng)能位能；流體內(nèi)部靜壓力對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)重力的位能；式中2221:21vpghCvpgh1221Cgvgphh.,21,2為全壓頭為動(dòng)壓頭為靜壓頭為程高h(yuǎn)g

14、vgph理想流體運(yùn)動(dòng)方程（柏努利方程）理想流體運(yùn)動(dòng)方程（柏努利方程） 根據(jù)流體力學(xué)理論，流體的穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程為：該方程表示理想流體在穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，單位體積內(nèi)所包含的總能量保持不變。將方程兩邊除以g得：該式各項(xiàng)單位為m，是長(zhǎng)度的量綱，稱之為壓頭。由于電機(jī)冷卻系統(tǒng)的流體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的高度位置基本保持不變，即h為常數(shù)項(xiàng)，可以歸到C1中。于是方程變?yōu)椋?221Cgvgph該式表明在流體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中全壓頭保持不變，靜壓頭與動(dòng)壓頭之間可以相互轉(zhuǎn)換，即高壓靜止的流體可以轉(zhuǎn)化為低壓高速的流體，反之亦然。6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)實(shí)際流體在管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)的損耗實(shí)際流體在管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)的損耗實(shí)

15、際流體總是存在著粘滯性，流體運(yùn)動(dòng)時(shí)總會(huì)遇到各種阻力，實(shí)際流體總是存在著粘滯性，流體運(yùn)動(dòng)時(shí)總會(huì)遇到各種阻力，因此必然要引起能量的損耗。因此必然要引起能量的損耗。損耗分為兩類：一類是損耗分為兩類：一類是摩擦損耗摩擦損耗，另一類是，另一類是局部損耗局部損耗。摩擦損耗摩擦損耗：由流體的粘滯性引起的，它把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能；：由流體的粘滯性引起的，它把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能；局部損耗局部損耗：是由于管道形狀發(fā)生突變，或流道轉(zhuǎn)彎等，引起流：是由于管道形狀發(fā)生突變，或流道轉(zhuǎn)彎等，引起流體質(zhì)點(diǎn)間的相互碰撞，體質(zhì)點(diǎn)間的相互碰撞，產(chǎn)生渦流產(chǎn)生渦流，導(dǎo)至額外的內(nèi)部摩擦損耗。，導(dǎo)至額外的內(nèi)部摩擦損耗。在電機(jī)冷卻系統(tǒng)中，通風(fēng)道

16、形狀復(fù)雜多變，顯然流體的能量損在電機(jī)冷卻系統(tǒng)中，通風(fēng)道形狀復(fù)雜多變，顯然流體的能量損耗主要是局部損耗。耗主要是局部損耗?？紤]到運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各種損耗，則柏努利方程應(yīng)寫(xiě)為：考慮到運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各種損耗，則柏努利方程應(yīng)寫(xiě)為：)(2121222211壓力的減少量pvpvp6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)實(shí)際流體在管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)的損耗實(shí)際流體在管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)的損耗（一）摩擦損耗（一）摩擦損耗如果流體在截面不變的管道流動(dòng)時(shí)，則流體在管道兩端的速度如果流體在截面不變的管道流動(dòng)時(shí)，則流體在管道兩端的速度相等，即：相等，即：耗。時(shí)由摩擦產(chǎn)生的靜壓損運(yùn)動(dòng)到位置是流體從位置因此可得：于是由：212121

17、2122221121pppppvpvpvv6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)壓力的減小。成正比，表現(xiàn)為流體靜與個(gè)常數(shù)并且由實(shí)驗(yàn)證明形狀相似的管道中是一局部損耗系數(shù)，在幾何式中：2221vpvp實(shí)際流體在管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)的損耗實(shí)際流體在管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)的損耗（二）局部損耗（在電機(jī)冷卻系統(tǒng)中，流體能量的主要損耗）（二）局部損耗（在電機(jī)冷卻系統(tǒng)中，流體能量的主要損耗）局部損耗也以動(dòng)壓力的形式來(lái)表示：以下討論幾種局部損耗的計(jì)算方法：1、管道截面突然擴(kuò)大或突然縮小1221)1 (vAA速值是對(duì)應(yīng)小截面處的流此時(shí)A1A2v1v26.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)212)1 (21v

18、AA流速值是對(duì)應(yīng)于小截面處的實(shí)際流體在管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)的損耗實(shí)際流體在管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)的損耗（二）局部損耗（在電機(jī)冷卻系統(tǒng)中，流體能量的主要損耗）（二）局部損耗（在電機(jī)冷卻系統(tǒng)中，流體能量的主要損耗）1、管道截面突然擴(kuò)大或突然縮小局部損耗系數(shù)可用下式計(jì)算：A2A1v1v22、出口和入口出口是截面突然擴(kuò)大，即1,2A表示出口處流體帶走全部的動(dòng)能，動(dòng)壓頭為零。入口處的局部損耗系數(shù)隨入口的結(jié)構(gòu)情況而不同。共有三類，如書(shū)中表6-1所示。喇叭形入口的損耗最小。6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)實(shí)際流體在管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)的損耗實(shí)際流體在管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)的損耗（二）局部損耗（在電機(jī)冷卻系統(tǒng)中，流體能量的主要

19、損耗）（二）局部損耗（在電機(jī)冷卻系統(tǒng)中，流體能量的主要損耗）3、管道突然改變方向、管道突然改變方向局部損耗系數(shù)可用下式計(jì)算局部損耗系數(shù)可用下式計(jì)算：其損耗取決于管道形狀、彎曲角度及尺寸大小等因素有關(guān)。其損耗取決于管道形狀、彎曲角度及尺寸大小等因素有關(guān)。在電機(jī)中氣流方向的改變而引起的局部損耗，可用下式計(jì)算：在電機(jī)中氣流方向的改變而引起的局部損耗，可用下式計(jì)算：。的大小查圖，根據(jù)轉(zhuǎn)角空氣動(dòng)阻力系數(shù)管道中空氣的速度式中：662aavvp6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)221vp通過(guò)管道的體積流量。管道的截面積；氣體則為風(fēng)阻；管道的流阻，當(dāng)流體為式中：vvvqAAZZqqAAvAvp

20、222222222)(221管道的流阻與風(fēng)阻管道的流阻與風(fēng)阻流體通過(guò)管道時(shí)所產(chǎn)生的任何損耗均可表示為動(dòng)壓力的形式：流體通過(guò)管道時(shí)所產(chǎn)生的任何損耗均可表示為動(dòng)壓力的形式：為了計(jì)算上的方便，將上式改寫(xiě)為：為了計(jì)算上的方便，將上式改寫(xiě)為：通常將流阻寫(xiě)成：通常將流阻寫(xiě)成：222AAZ對(duì)于計(jì)算截面突然變大或變小的風(fēng)阻時(shí)，對(duì)于計(jì)算截面突然變大或變小的風(fēng)阻時(shí)，A應(yīng)取小截面處的面積，應(yīng)取小截面處的面積， 則對(duì)應(yīng)則對(duì)應(yīng)于小截面處的流速的系數(shù)。于小截面處的流速的系數(shù)。6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)風(fēng)阻的串聯(lián)與并聯(lián)風(fēng)阻的串聯(lián)與并聯(lián)在計(jì)算與研究通風(fēng)問(wèn)題時(shí)，經(jīng)常用在計(jì)算與研究通風(fēng)問(wèn)題時(shí)，經(jīng)常用風(fēng)阻聯(lián)

21、接圖風(fēng)阻聯(lián)接圖來(lái)替代實(shí)際風(fēng)道，這種聯(lián)接圖稱為來(lái)替代實(shí)際風(fēng)道，這種聯(lián)接圖稱為風(fēng)路圖風(fēng)路圖。如圖所示。如圖所示。Z1為入口風(fēng)阻為入口風(fēng)阻Z2為擴(kuò)大阻為擴(kuò)大阻Z3為轉(zhuǎn)彎風(fēng)阻為轉(zhuǎn)彎風(fēng)阻Z4為縮小風(fēng)阻為縮小風(fēng)阻Z5為擴(kuò)大風(fēng)阻為擴(kuò)大風(fēng)阻流過(guò)上述風(fēng)阻的流量相同，氣體通過(guò)流過(guò)上述風(fēng)阻的流量相同，氣體通過(guò)整個(gè)管道所需的全部壓力（總損耗）等于各部分壓力損耗的總和，即：整個(gè)管道所需的全部壓力（總損耗）等于各部分壓力損耗的總和，即：nnddvvvvvvdZZZZZZZZqZqZqZqZqZqZ1543212524232221212345qvqvZ1Z2Z3Z4Z56.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)22

22、1221121212212112221)11(1)1 ()1 ()(ZZZZZqqZqqqZqpZqZpppvvvvvvdvd風(fēng)阻的串聯(lián)與并聯(lián)風(fēng)阻的串聯(lián)與并聯(lián)qv1qv2qvqv12435678Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7+Z8此時(shí)支路此時(shí)支路中的風(fēng)壓降為：中的風(fēng)壓降為：21121321)(vvqZqZZp支路支路的風(fēng)壓降為：的風(fēng)壓降為：222226542)(vvqZqZZZp由于支路由于支路與支路與支路具有公共的入口與出口，因此二支路的壓降應(yīng)相等。即具有公共的入口與出口，因此二支路的壓降應(yīng)相等。即如果有如果有n個(gè)風(fēng)阻并聯(lián)，則等值總風(fēng)阻為：個(gè)風(fēng)阻并聯(lián)，則等值總風(fēng)阻為：87121)1(1ZZZZ

23、ZZZdnnd總于是上圖總風(fēng)阻為6.2關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)3vvvZqpqp流體通過(guò)管道所需的功率流體通過(guò)管道所需的功率流體通過(guò)管道引起的總壓降為：流體通過(guò)管道引起的總壓降為：2vZqp 該壓降就必須的該壓降就必須的升壓裝置升壓裝置來(lái)維持，才能保證流體（氣體）能夠連續(xù)不斷來(lái)維持，才能保證流體（氣體）能夠連續(xù)不斷地通過(guò)風(fēng)阻地通過(guò)風(fēng)阻Z，該，該升壓裝置采用風(fēng)扇升壓裝置采用風(fēng)扇。風(fēng)扇的作用在于將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榱鳌ｏL(fēng)扇的作用在于將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的動(dòng)能及位，從而提高流體的壓頭，維持所需的流量。體的動(dòng)能及位，從而提高流體的壓頭，維持所需的流量。流體通過(guò)管道所消耗的功率為：流體通過(guò)管

24、道所消耗的功率為：量的關(guān)系式非線性的。復(fù)雜得多，其風(fēng)壓與風(fēng)因而風(fēng)路計(jì)算與電路要。風(fēng)量平方與風(fēng)阻的乘積電阻的乘積。風(fēng)壓降是注意：電壓降是電流與電壓降風(fēng)壓降電流流量電阻風(fēng)阻路有相似：風(fēng)路在某種程度上與電IqRZv6.3風(fēng)扇風(fēng)扇風(fēng)扇的作用：產(chǎn)生足夠的壓力以驅(qū)送所需的氣體通過(guò)電機(jī)。離心式：離心式：能產(chǎn)生較高壓力但效率低在風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，處于其葉能產(chǎn)生較高壓力但效率低在風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，處于其葉片間的氣體受離心力的作用向外飛逸。因而在風(fēng)扇葉輪出口片間的氣體受離心力的作用向外飛逸。因而在風(fēng)扇葉輪出口處形成壓力氣流進(jìn)出離心式風(fēng)扇時(shí)，一般要發(fā)生運(yùn)動(dòng)方向的處形成壓力氣流進(jìn)出離心式風(fēng)扇時(shí)，一般要發(fā)生運(yùn)動(dòng)方向的改變。改變。優(yōu)

25、點(diǎn)：它能產(chǎn)生較高壓力（最適宜一般中小型電機(jī)的通風(fēng)系優(yōu)點(diǎn)：它能產(chǎn)生較高壓力（最適宜一般中小型電機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)的需要）；統(tǒng)的需要）；缺點(diǎn)：效率較低缺點(diǎn)：效率較低。 軸流式軸流式：效率高，但不能產(chǎn)生較高的壓力在風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣體受：效率高，但不能產(chǎn)生較高的壓力在風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣體受其葉片鼓動(dòng)沿軸向運(yùn)動(dòng)，在風(fēng)扇出口處形成壓力。其葉片鼓動(dòng)沿軸向運(yùn)動(dòng)，在風(fēng)扇出口處形成壓力。優(yōu)點(diǎn)：效率高，氣流進(jìn)出時(shí)一般不改變運(yùn)動(dòng)方向；優(yōu)點(diǎn)：效率高，氣流進(jìn)出時(shí)一般不改變運(yùn)動(dòng)方向；缺點(diǎn)：產(chǎn)生的壓力較低，僅適應(yīng)低壓下供給大量氣體（一般用在高速電機(jī)）。缺點(diǎn)：產(chǎn)生的壓力較低，僅適應(yīng)低壓下供給大量氣體（一般用在高速電機(jī)）。 混合式：混合式：

26、在中等壓力下效率較高，制造復(fù)雜工作原理介于前面二者。在中等壓力下效率較高，制造復(fù)雜工作原理介于前面二者。優(yōu)點(diǎn)：在中等壓力下具有較高的效率；優(yōu)點(diǎn)：在中等壓力下具有較高的效率；缺點(diǎn)：制造比較復(fù)雜（較少采用）。缺點(diǎn)：制造比較復(fù)雜（較少采用）。nn軸向風(fēng)向軸向風(fēng)向徑向風(fēng)向徑向風(fēng)向6.3風(fēng)扇風(fēng)扇理想的離心式風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力理想的離心式風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力 n徑向風(fēng)向工作原理：當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，片間的空氣被離心力向著工作原理：當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，片間的空氣被離心力向著徑向方向甩出去，產(chǎn)生所需氣壓；又使得葉輪內(nèi)外徑徑向方向甩出去，產(chǎn)生所需氣壓；又使得葉輪內(nèi)外徑處空氣相對(duì)真空，氣壓變低，于是新的氣體又不斷地處空氣相對(duì)真空，

27、氣壓變低，于是新的氣體又不斷地葉輪內(nèi)徑的外部補(bǔ)充進(jìn)來(lái)。葉輪內(nèi)徑的外部補(bǔ)充進(jìn)來(lái)。風(fēng)罩理想風(fēng)扇的假定：即風(fēng)扇在工作時(shí)沒(méi)有任何理想風(fēng)扇的假定：即風(fēng)扇在工作時(shí)沒(méi)有任何的損耗，流過(guò)葉片的氣體與葉片的外形平行的損耗，流過(guò)葉片的氣體與葉片的外形平行。設(shè)風(fēng)扇工作時(shí)產(chǎn)生的壓力為設(shè)風(fēng)扇工作時(shí)產(chǎn)生的壓力為p，通過(guò)的流量，通過(guò)的流量為為qv，由于是理想風(fēng)扇，外界對(duì)風(fēng)扇所做的，由于是理想風(fēng)扇，外界對(duì)風(fēng)扇所做的機(jī)械功全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w所獲得的功率。即機(jī)械功全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w所獲得的功率。即作用在葉輪上的轉(zhuǎn)矩葉輪旋轉(zhuǎn)的角速度；式中：TpqTv6.3風(fēng)扇風(fēng)扇ttttvrVvmrvrVvmr2221211111：葉輪出口處的動(dòng)量矩為：

28、葉輪進(jìn)口處的動(dòng)量矩為體速度的切向分量。葉輪內(nèi)、外半徑處的氣、葉輪的內(nèi)、外半徑；、氣體的密度；內(nèi)流過(guò)的氣體體積；時(shí)間式中：則：ttttvttttvvrrtVvrvrqvrvrtVTvrvrVTtFtr2121112211221122)()()()(理想的離心式風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力理想的離心式風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力 根據(jù)動(dòng)量矩定理，在穩(wěn)定流動(dòng)中，某一時(shí)間根據(jù)動(dòng)量矩定理，在穩(wěn)定流動(dòng)中，某一時(shí)間t內(nèi)流體內(nèi)流體動(dòng)量矩動(dòng)量矩的變化，等于同一時(shí)間的變化，等于同一時(shí)間內(nèi)所加入的內(nèi)所加入的沖量矩。沖量矩。度為葉輪內(nèi)外徑處的線速、式中：于是：2111221122)()(uuvuvuvrvrqqqTpttttvvv只要葉輪的

29、轉(zhuǎn)速和尺寸已知，只要葉輪的轉(zhuǎn)速和尺寸已知，u1與與u2就能確定；而就能確定；而v1t與與v2t則需要利用速度三角形則需要利用速度三角形來(lái)確定。來(lái)確定。 6.3風(fēng)扇風(fēng)扇Aqwvrsinrww uwv理想的離心式風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力理想的離心式風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力 以下分析氣體的各速度分量。在葉輪的任意半徑以下分析氣體的各速度分量。在葉輪的任意半徑r處，葉片的線速度已定即處，葉片的線速度已定即u= r，因此在這一半徑處的氣體，具有該線速度分量；同時(shí)葉片間的氣體一定有一個(gè)徑向因此在這一半徑處的氣體，具有該線速度分量；同時(shí)葉片間的氣體一定有一個(gè)徑向的速度分量的速度分量w wr，其值為流量，其值為流量qv除以葉

30、輪在除以葉輪在r處的相應(yīng)圓柱形面積，即：處的相應(yīng)圓柱形面積，即：由前面的假定，即風(fēng)扇是理想的，所以葉片間的氣體只能沿著與葉片外形平行的方由前面的假定，即風(fēng)扇是理想的，所以葉片間的氣體只能沿著與葉片外形平行的方向流動(dòng)。當(dāng)向流動(dòng)。當(dāng)r處的葉片切線與圓外切線的夾角為處的葉片切線與圓外切線的夾角為 時(shí)，則氣體沿葉片的速度時(shí)，則氣體沿葉片的速度w w與與w wr之之間的關(guān)系為：間的關(guān)系為：于是當(dāng)葉輪以給定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片間氣于是當(dāng)葉輪以給定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片間氣體有兩個(gè)速度分量，其一是隨葉片一起旋轉(zhuǎn)體有兩個(gè)速度分量，其一是隨葉片一起旋轉(zhuǎn)的線速度的線速度u；其二是相對(duì)葉片的速度；其二是相對(duì)葉片的速度w

31、w。如圖。如圖所示。葉片間氣體的絕對(duì)速度所示。葉片間氣體的絕對(duì)速度v則為則為w w與與u的的矢量和。矢量和。入口角出口角出口角6.3風(fēng)扇風(fēng)扇22221111coscoswuvwuvtt理想的離心式風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力理想的離心式風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力 若在葉輪的內(nèi)徑與外徑處，葉片切線與圓周的切線的夾角各為若在葉輪的內(nèi)徑與外徑處，葉片切線與圓周的切線的夾角各為 1與與 2，則由入口與，則由入口與出口處的速度三角形可知：出口處的速度三角形可知：根據(jù)三角形的余弦定理，得：根據(jù)三角形的余弦定理，得：ttvuvuvuvuwvuvuvuvuw2222222222222221121211112121212cos22c

32、os2第一項(xiàng)第一項(xiàng)是葉片間氣體柱在旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用而產(chǎn)生的靜壓力；是葉片間氣體柱在旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用而產(chǎn)生的靜壓力；第二項(xiàng)第二項(xiàng)是氣體在出口處比在入口處的相對(duì)速度減少而轉(zhuǎn)化的靜壓力；是氣體在出口處比在入口處的相對(duì)速度減少而轉(zhuǎn)化的靜壓力；第三項(xiàng)第三項(xiàng)為氣體獲得的動(dòng)壓力。為氣體獲得的動(dòng)壓力。6.3風(fēng)扇風(fēng)扇)(21)(212222222221212111wvuvuwvuvutt)(21)(21)(21)(2122222121221122vvwwuupuvuvptt式中得將上式代入理想的離心式風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力理想的離心式風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力 將上式改寫(xiě)成：將上式改寫(xiě)成：空載運(yùn)行時(shí)空載運(yùn)行時(shí)，

33、指葉輪外徑的出風(fēng)口全部封閉，則有，指葉輪外徑的出風(fēng)口全部封閉，則有qv=0，w w=0，v=u，故空載時(shí)所，故空載時(shí)所產(chǎn)生的壓力為：產(chǎn)生的壓力為：)()(21)(212122212221220uuuuuup空載運(yùn)行時(shí)，空載運(yùn)行時(shí)，風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力只與葉輪的內(nèi)、外徑相關(guān)只與葉輪的內(nèi)、外徑相關(guān)而與葉的形狀無(wú)關(guān)。而與葉的形狀無(wú)關(guān)。6.3風(fēng)扇風(fēng)扇111112222222222222tan2tan22tanbrquvbrquvbrqAqvvuvvvtvtvvrrt同理可得：代入上式得：又由于的切向分量為由圖可得速度理想離心式風(fēng)扇的外特性理想離心式風(fēng)扇的外特性當(dāng)風(fēng)扇負(fù)載運(yùn)行時(shí)，就有當(dāng)風(fēng)扇負(fù)

34、載運(yùn)行時(shí)，就有qv0，那么，那么風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力pL與流量與流量qv間的關(guān)系稱之為間的關(guān)系稱之為風(fēng)扇的外特性。風(fēng)扇的外特性。vLttttqbuuprurubbbuvuvpvv)tan1tan1(2)()(122122112221112221得：，以及，并考慮在一般情況下代入、將6.3風(fēng)扇風(fēng)扇vLvLqbuupqp)tan1tan1(2)()(122122如下：即外特性之間的關(guān)系與流量壓力理想離心式風(fēng)扇的外特性理想離心式風(fēng)扇的外特性入口角出口角出口角出口角；入口角；葉片寬度；葉輪內(nèi)圓線速度；葉輪外圓線速度；空氣密度；式中：211122bruru從上式可以分析入口角從上式可以分析入

35、口角 1與出口角與出口角 2的變化對(duì)風(fēng)扇特性有影響。的變化對(duì)風(fēng)扇特性有影響。6.3風(fēng)扇風(fēng)扇理想離心式風(fēng)扇的外特性理想離心式風(fēng)扇的外特性按1，2之間的關(guān)系離心式分扇可分為三類： 2= 1，外特性是一條平行于橫軸的直線，即壓力與流量無(wú)關(guān)。例如，外特性是一條平行于橫軸的直線，即壓力與流量無(wú)關(guān)。例如 2= 1=90，稱為稱為徑向式葉片徑向式葉片，優(yōu)點(diǎn)是可以逆轉(zhuǎn)，但效率低。，優(yōu)點(diǎn)是可以逆轉(zhuǎn)，但效率低。 2 1 ， 290，稱為，稱為前傾式前傾式葉片，其外特性向上傾斜，主要用于低速單方向旋葉片，其外特性向上傾斜，主要用于低速單方向旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，效率較高。轉(zhuǎn)的電機(jī)，效率較高。 2 1 ， 211=221qv0

36、)(2122uu Lp一般而言，入口角一般而言，入口角 190，這樣取值可以減少氣體進(jìn)，這樣取值可以減少氣體進(jìn)入風(fēng)扇時(shí)的損耗。入風(fēng)扇時(shí)的損耗。風(fēng)扇葉片的傾角對(duì)靜壓力與動(dòng)壓力的分配也有影響，風(fēng)扇葉片的傾角對(duì)靜壓力與動(dòng)壓力的分配也有影響，在電機(jī)的冷卻系統(tǒng)中在電機(jī)的冷卻系統(tǒng)中動(dòng)壓力往往要先轉(zhuǎn)化為靜壓力才動(dòng)壓力往往要先轉(zhuǎn)化為靜壓力才能充分利用能充分利用，但轉(zhuǎn)化總是要損失一些壓力。因此希望，但轉(zhuǎn)化總是要損失一些壓力。因此希望風(fēng)扇產(chǎn)生的全壓力中的靜壓力占的比例要大些。而風(fēng)扇產(chǎn)生的全壓力中的靜壓力占的比例要大些。而前前傾式風(fēng)扇產(chǎn)生的靜壓力較少傾式風(fēng)扇產(chǎn)生的靜壓力較少，因此很少在電機(jī)中采用。，因此很少在電機(jī)中采用。6.3風(fēng)扇風(fēng)扇實(shí)際離心式風(fēng)扇的外特性和功率實(shí)際離心式風(fēng)扇的外特性和功率實(shí)際離心式風(fēng)扇具有下列一些損耗：實(shí)際離心式風(fēng)扇具有下列一些損耗：沖擊損耗沖擊損耗：氣體進(jìn)入葉片時(shí)，因沖擊損耗而失去一部分壓：氣體進(jìn)入葉片時(shí)，因沖擊損耗而失去一部分壓力。力。摩擦損耗與局部損耗摩擦損耗與局部損耗：氣體在葉片間流動(dòng)，由于摩擦損耗：氣體在葉片間流動(dòng)，由于摩擦損耗與局部損耗而失去一部分壓力。這部分損耗與局部損耗而失去一部分壓力。這部分損耗與流量與流量qv的平方的平方成正比。成正比