大型電機(jī)冷卻風(fēng)扇的實(shí)驗(yàn)測量與模擬計(jì)算

太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文大型電機(jī)冷卻風(fēng)扇的實(shí)驗(yàn)測量與模擬計(jì)算姓名：魏智超申請學(xué)位級別：?？茖I(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：大型電機(jī)冷卻風(fēng)扇的實(shí)驗(yàn)測量與模擬計(jì)算摘要目前，國內(nèi)的空冷電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造維修方便的優(yōu)點(diǎn)，但是與國外高效率的電機(jī)相比，性能上仍然有一些差距。其中電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)耗功較大是造成這一差距的主要原因之一。電機(jī)的冷卻風(fēng)扇是保證電機(jī)穩(wěn)定、持續(xù)工作而不可缺少的部件。電機(jī)冷卻風(fēng)扇的作用是使一定的氣體，克服用機(jī)自身、冷卻器、附加通風(fēng)管道以及過濾器等通風(fēng)回路的風(fēng)阻，以維持一定的氣體流量和流速，使冷卻介質(zhì)連續(xù)不斷的吹拂電機(jī)的發(fā)熱部分，把電機(jī)中的熱損耗散出機(jī)外，這樣電機(jī)就可以在規(guī)定的溫度限制下安全而有效率的運(yùn)行。本文以GB/T1236—2000為依據(jù)，在已經(jīng)設(shè)計(jì)、搭建好的一個(gè)通風(fēng)機(jī)試驗(yàn)平臺上，對新型軸向風(fēng)扇進(jìn)行一系列的風(fēng)洞試驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。特別的，考察3600rpm時(shí)的轉(zhuǎn)速，在不同葉頂頂隙和風(fēng)扇出口面與離擴(kuò)壓管距離下的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。本文以前期的實(shí)驗(yàn)為主，同時(shí)，輔助利用CFD軟件CFX5.7對冷卻風(fēng)扇數(shù)值模擬并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，對數(shù)值計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果進(jìn)行對比分析，以便對冷卻風(fēng)扇進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提出理論指導(dǎo)。所使用的電機(jī)冷卻風(fēng)扇，通過對冷卻風(fēng)扇的葉片和葉型的改造，使得冷卻風(fēng)扇對電機(jī)軸承的冷卻效率得到較大的提高，冷卻效果大大改善。比同樣尺寸下的電機(jī)功率可以提高50%左右，即功率重量比大大提高。通過本次實(shí)驗(yàn)測量的研究，以便于在其他系列設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用。關(guān)鍵詞：冷卻風(fēng)扇、大型電機(jī)、冷卻效率、CFXEXPERIMENTALMEASURINGANDNUMERICALSIMULATIONOFCOOLINGFANSFORLARGESCALEELECTRICALMOTORABSTRACTAtpresent,domesticaircoolingelectricalmotorhasexcellenceofoversimplifiedstructureandconvenienceofmanufacture,butcomparewithoverseashighefficiencyelectricalmotortherearesomedisparities.ThecausationofthedisparityislargepowerdissipationofcoolingfansOfelectricalmotor.CoolingfansaretheincisesablepartsforensuringtheTranquilizationandstandingworkingofelectricalmotor.ThefunctionofCoolingfansforelectricalmotorisensuretheaircontinualfanthepartOfelectricalmotorandmaketheheatapartfromit.Theairmustconquertheresistancefromelectricalmottoritself,coolerandvent-pipe,ThereforetheelectricalmotorcanbesecureandeffectiveoperationatDefinedtemperature.WewillconductaseriesofwindtunnelexperimentonaventilatorIIIExperimenttablewhichhasbeendesignedtotestthenewaxialfanperformanceaccordingtoGB/T1236-2000.Inparticular,wefbcusonInvestigatingwindtunnelexperimentindifferentdiametersofpipesanddifferentlengthatspeedof3600rapm.Inthemeantime,numericalsimulationisperformedusingCFDsotare-CFX5.7andanalyzestheCalculatedresult.WetrytoanalzetheresultofexperimentalandCalculatedtomakeadirectivethecoryfbrcoolingfans5optimizingdesign.KEYWORDS:coolingfans,largescaleelectricalmotor,coolingEfficiency,CFX符號說明b 葉片寬度 (tn)1C 機(jī)翼升力系數(shù)DC 機(jī)翼阻力系數(shù)C 軸承的額定動(dòng)負(fù)荷 (kg)TOC\o"1-5"\h\zD 葉片直徑 (m)d風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管的距離 (mm)Cd 葉頂頂隙 (mm)aF 實(shí)際軸向負(fù)荷 (kg)VF 實(shí)際徑向負(fù)荷 (kg)hL 軸承的額定壽命NM 軸上受的扭矩 (Nm)N 軸所傳遞的功率 (kw)n風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速(r/min)pA壓差 （Pa）P 當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷 （kg）PE 由冷卻風(fēng)量所帶出的熱量 （kW）Mq質(zhì)量流量（kg/s）QA冷卻空氣的溫升（℃）HTOC\o"1-5"\h\zQ 額定風(fēng)量 （m3/s）t環(huán)境溫度（℃）U 葉片的切向速度 （m/s）V 軸向平均速度 （m/s）VIIIZ葉片數(shù)r 繞葉型的環(huán)量P 空氣密度 （kg/m3）a 流量系數(shù)e 膨脹系數(shù)u 運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù) （m/s）太原理工大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：魏智超日期：2012年9月1日太原理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)太原理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。學(xué)位論文作者簽名：魏智超 指導(dǎo)教師簽名：日期：2012年9月1日 日期：2012年9月12日第一章緒論引言近幾年來，隨著國內(nèi)大型空冷電機(jī)的出現(xiàn)，通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及風(fēng)機(jī)的工作性能已起著越來越重要的作用。目前，國內(nèi)的空冷電機(jī)有著結(jié)構(gòu)簡單、制造維修方便的優(yōu)點(diǎn)，但是與國外高效率的電機(jī)相比，性能上仍然有一些差距.其中電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)耗功較大是造成這一差距的主要原因之一，因此對于原有風(fēng)機(jī)進(jìn)行研究與改造已勢在必行。電機(jī)的冷卻風(fēng)扇是保證電機(jī)穩(wěn)定、持續(xù)工作而不可缺少的部件。電機(jī)冷卻風(fēng)扇的作用是使一定的氣體，克服用機(jī)自身、冷卻器、附加通風(fēng)管道以及過濾器等通風(fēng)回路的風(fēng)阻，以維持一定的氣體流量和流速，使冷卻介質(zhì)連續(xù)不斷的吹拂電機(jī)的發(fā)熱部分，把電機(jī)中的熱損耗散出機(jī)外，這樣電機(jī)就可以在規(guī)定的溫度限制下安全而有效率的運(yùn)行。葉輪機(jī)械動(dòng)葉頂區(qū)域的流場是十分復(fù)雜的，包括葉頂區(qū)域的泄露流動(dòng)、葉片的邊界層、二次流以及它們之間的相互影響。這些復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象影響了壓力、效率、機(jī)械可靠性和流量。因此，更好的研究這種復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象對于提高電機(jī)冷卻風(fēng)扇的效率等性能具有非常重要的意義。由于電機(jī)結(jié)構(gòu)上的原因，在高壓頭、小流量下，仍然只能使用單級軸流風(fēng)機(jī)，而轉(zhuǎn)速和葉輪的直徑都要受到限制。在這種情況下，通過改變原有風(fēng)機(jī)的葉頂頂隙和風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管的距離，來探究其對風(fēng)機(jī)性能所產(chǎn)生的影響，這也是本文所要研究的問題。電機(jī)軸承發(fā)熱分析及冷卻方式的選擇引起電機(jī)軸承高熱的原因電機(jī)在工作運(yùn)行中，電流在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生熱量，轉(zhuǎn)子的軸承磨擦也產(chǎn)生熱量；另一方面，由于磁場的變化，在鐵心內(nèi)產(chǎn)生熱損耗，使得鐵心的溫度升高。()hNPCLH6010/6P= (1.1)上式表示軸承的額定壽命與PC/值的關(guān)系，軸承在額定轉(zhuǎn)速n下，PC/值的變化相應(yīng)的hL值也變化。此設(shè)備匹配是在工況改變的情況下使用，在保證能滿足運(yùn)行需要負(fù)載條件下工作，需對G軸總增大出現(xiàn)的附加功率計(jì)算，用式(1.2)NNNMN附加=97500 (1.2)由此可明顯看出，在所給定的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)引起電機(jī)軸承發(fā)熱的原因，是在運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)作用在油泵和電機(jī)軸承二支點(diǎn)間的，G聯(lián)軸器增大加G錐度短節(jié)及聯(lián)軸器外徑增大，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的徑向力共同對支點(diǎn)軸承的作用使得軸承的實(shí)際徑向負(fù)荷和實(shí)際軸向負(fù)荷增大。式中：HL-軸承的額定壽命；C-軸承的額定動(dòng)負(fù)荷(kg)；n-軸承的轉(zhuǎn)速(r/min)；P-當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷(kg)；P-軸承的壽命系數(shù)，對于球軸承P=3,對于滾動(dòng)軸承310=P；nM-軸上受的扭矩(Nm);N-軸所傳遞的功率(kW)；當(dāng)負(fù)載平穩(wěn)時(shí)，軸承為額定轉(zhuǎn)速n,工作時(shí)作用在軸承上的實(shí)際徑向負(fù)荷VF的增大和作用在軸承上的實(shí)際軸向負(fù)荷也在增大，從式中可以看出當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷P也在增大。AvYFXFP+=kg (1.3)式中：p-當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷(kg);VF-實(shí)際徑向負(fù)荷(kg)；AF-實(shí)際軸向負(fù)荷(kg)；X-徑向系數(shù)；Y-軸向系數(shù)；上式表明，當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷的增大會(huì)引起以下各種參數(shù)的變化。從PC/式中可見，因PC/的值都大于1,當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷的增大，額定動(dòng)負(fù)荷也增大。n為額定,軸承的額定壽命hL隨PC/值的變化。冷卻方式的選擇不同冷卻方式下，電機(jī)性能參數(shù)中最主要的變化是線負(fù)荷隨著冷卻強(qiáng)化而增大。線負(fù)荷的增加使得電磁損耗增加，但是由于采用了冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)，對于同等電機(jī)來說，總損耗非但不會(huì)增加，反而會(huì)明顯減少。對于不同的冷卻介質(zhì)來說，冷卻能力越強(qiáng)，所需要的流量越小，通風(fēng)損耗和風(fēng)磨損耗越小，電機(jī)效率越高。對于同一種冷卻介質(zhì)來說，流量越大，流速越高，壓力、密度越大，冷卻效果越好，但是相應(yīng)的流動(dòng)損耗和風(fēng)摩損耗越大，電機(jī)效率越低。常見的電機(jī)冷卻方式有氣冷-風(fēng)冷散熱和液冷-水冷散熱兩種。對電機(jī)軸承的風(fēng)冷散熱，是利用電機(jī)前端蓋的緊固螺栓，將制作的風(fēng)流導(dǎo)向裝置置于電機(jī)前端蓋處，從電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)開始就產(chǎn)生風(fēng)并對端蓋軸承中心處進(jìn)行風(fēng)冷散熱，但風(fēng)流導(dǎo)向裝置對風(fēng)有阻力。為了使散熱裝置有足夠的風(fēng)量和風(fēng)速，需將電機(jī)后面風(fēng)扇的葉片適當(dāng)加長加寬。通過改造后，完全能夠把電機(jī)軸承發(fā)生的熱量散走，有效的保證了電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作。風(fēng)冷對電機(jī)軸承散熱改造工藝簡單、使用可靠，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)即可產(chǎn)生風(fēng)對軸承進(jìn)行散熱，電機(jī)停轉(zhuǎn)風(fēng)即消失。水冷方式冷卻電機(jī)軸承不但要有嚴(yán)格的密封措施，并因軸承端蓋的通水槽溝狹窄容易結(jié)垢阻礙水冷散熱，使用時(shí)需操作和檢查。同時(shí)，由于水垢的產(chǎn)生及空心銅線被水中的氧離子氧化產(chǎn)生的氧化銅和氧化亞銅等沉積造成水路堵塞，繼而產(chǎn)生繞組局部過熱而燒毀。同時(shí)，水接頭及各個(gè)密封點(diǎn)處由于承受水壓漏水的問題將造成短路和漏電危險(xiǎn)。比較二種冷卻方式，采用風(fēng)冷卻方式為宜。下面著重分析電機(jī)風(fēng)冷散熱。電機(jī)風(fēng)冷散熱通風(fēng)分布與升溫方式電機(jī)風(fēng)冷散熱的幾種風(fēng)路結(jié)構(gòu)為了把電動(dòng)機(jī)損耗轉(zhuǎn)化的熱量有效地傳遞出去，冷卻空氣應(yīng)盡量接觸電動(dòng)機(jī)發(fā)熱部件（繞組、鐵心、結(jié)構(gòu)件等），冷卻空氣經(jīng)過的路徑中應(yīng)保證發(fā)熱體有足夠的散熱面枳，同時(shí)風(fēng)路又要與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)（電路、磁路）相適應(yīng)。異步電動(dòng)機(jī)常用的冷卻風(fēng)路結(jié)構(gòu)有三種：（1）軸向通風(fēng)；（2）徑向通風(fēng)；（3）軸一徑向混合通風(fēng)。不同的通風(fēng)方式，繞組各點(diǎn)溫度分布情況各不相同，這在一定程度上影響到電機(jī)最終的冷卻效果。選擇電機(jī)的冷卻風(fēng)路結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)綜合考慮電機(jī)容量、極數(shù)、轉(zhuǎn)速、鐵心長度及定、轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)、外徑等參數(shù)，同時(shí)應(yīng)考慮到加工成本工時(shí)等因素。下面將著重介紹不同的風(fēng)路結(jié)構(gòu)下定子繞組中各點(diǎn)溫度分布情況及不同風(fēng)路結(jié)構(gòu)的適用范圍。軸向通風(fēng)軸向通風(fēng)一般采用抽風(fēng)結(jié)構(gòu)。電機(jī)一端安裝離心風(fēng)扇，定子和轉(zhuǎn)子鐵心不設(shè)徑向風(fēng)道，冷卻氣流從非風(fēng)扇端進(jìn)入之后沿軸向流動(dòng)，軸向風(fēng)路一般由以下幾部分組成，如圖1-1示。圖1-1軸向通風(fēng)圖1-1軸向通風(fēng)Figl-1.Ventilationataxisdirectiona）定子鐵心外表面該風(fēng)路的進(jìn)、出風(fēng)口一般由定子壓圈開孔形成。由于鐵心外表面與機(jī)座壁面一般有較大的間隙，為了增加冷卻空氣的流速進(jìn)而改善冷卻效果，一般在鐵心外表面增加導(dǎo)流板以形成合適的通風(fēng)面積。b）電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子之間氣隙由于氣隙兩邊定、轉(zhuǎn)子鐵心表面距定、轉(zhuǎn)子繞組距離最近，且電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子表面雜散損耗就產(chǎn)生于氣隙兩邊的鐵心表面，若能增加氣隙部分的空氣流量，將產(chǎn)生很好的冷卻效果。如能采用定子槽口通風(fēng)，將大大增加氣隙部分的通風(fēng)面積，使氣隙部分的風(fēng)量分配大大增加。實(shí)驗(yàn)表明，采用定子槽口通風(fēng)時(shí),盡管通過氣隙的風(fēng)量仍占總風(fēng)量的較小部分，但通過氣隙消散的電機(jī)損耗可占電機(jī)發(fā)熱損耗的30%。c）轉(zhuǎn)子軸向通風(fēng)孔通過轉(zhuǎn)子鐵心軸向通風(fēng)孔的冷卻風(fēng)主要帶走轉(zhuǎn)子繞組的銅耗及轉(zhuǎn)子鐵心中的其它損耗。在風(fēng)量能夠保證的情況下，通風(fēng)孔的面積并不是主要的，盡量增加通風(fēng)孔的總周長，也即增加轉(zhuǎn)子鐵心的總散熱面積，將會(huì)使冷卻效果更好。d）定子枕部通風(fēng)定子朝部通風(fēng)方式即是在定子鐵心扼部開一定數(shù)量的通風(fēng)孔，它可直接帶走部分定子銅耗及定子鐵耗。為避免定子鐵心部分磁密度過高或增加定子鐵心的體積，一般不會(huì)同時(shí)采用定子槽口通風(fēng)與定子規(guī)部通風(fēng)。熱空氣從風(fēng)扇端排出。氣流基本直線前進(jìn)，因此這種風(fēng)路的風(fēng)阻較低，相對較高的空氣流動(dòng)速度可以確保熱傳遞的效率。由于鐵心中沒有徑向通風(fēng)道，這使得沿線圈長度方向的繞組溫升變化較大，如圖1-2示?！鱮一宣子畿空融電亶化值&Tq長度圖1-2定子繞組溫升特性分布（軸向通風(fēng)）圖1-2定子繞組溫升特性分布（軸向通風(fēng)）Figl-2.Thedistributioncharacteristicswithstatorcoiltemperature由于定子繞組端部完全暴露于冷卻空氣中，所以繞組端部溫升較低。在鐵心中，沿空氣流動(dòng)方向，由于空氣溫度不斷升高，定子繞組溫升也逐漸升高。但在鐵心出風(fēng)處，由于鐵心側(cè)表面及繞組出槽部分的冷卻作用，繞組溫升反而有所下降。由圖1-2的繞組溫升分布可看出，這種冷卻方式的溫升分布相差較大，鐵心越長，這個(gè)差別越明顯，所以這種風(fēng)路結(jié)構(gòu)一般不允許鐵心太長（以接觸傳導(dǎo)方式散熱的筋外冷電機(jī)除外）。這種通風(fēng)結(jié)構(gòu)在電機(jī)體積較小、轉(zhuǎn)速較高（風(fēng)速較高）的情況下使用較多，其缺點(diǎn)是通風(fēng)損耗較大，沿電動(dòng)機(jī)軸向溫度分布不夠均勻。諸如目前國內(nèi)生產(chǎn)的中型高壓(6kV,10kV)Y,YR系列，中心高為H355,H400,H450的4極和6極以及H500的4極電機(jī)等。徑向通風(fēng)冷卻空氣由兩側(cè)對稱進(jìn)入。冷卻空氣的主要部分經(jīng)定子線圈端部，轉(zhuǎn)子甄部風(fēng)路，轉(zhuǎn)子徑向風(fēng)道，氣隙一定子徑向風(fēng)道，最后經(jīng)定子鐵心中部排出，如圖1-3示。圖1-3徑向通風(fēng)(兩側(cè)對稱通風(fēng))圖1-3徑向通風(fēng)(兩側(cè)對稱通風(fēng))Figl-3.Ventilationatradialdirection(symmetricalventilation)這種風(fēng)路結(jié)構(gòu)由于對稱進(jìn)風(fēng)，每一路風(fēng)只需經(jīng)過一半的鐵心長度，在電機(jī)轉(zhuǎn)子線速度較高的情況下，可以不用安裝風(fēng)扇，而靠轉(zhuǎn)子風(fēng)道片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)壓來產(chǎn)生冷卻風(fēng)量。而對于轉(zhuǎn)子線速度較低的大型電機(jī)，一般需要在兩端安裝風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生足夠的冷卻風(fēng)量。這種通風(fēng)結(jié)構(gòu)一般用于大型電機(jī)中，定子、轉(zhuǎn)子風(fēng)道可采取對齊與錯(cuò)開兩種方式。這兩種方式的區(qū)別是：在電機(jī)轉(zhuǎn)子線速度較高、轉(zhuǎn)子風(fēng)道片旋轉(zhuǎn)能夠產(chǎn)生足夠高的風(fēng)壓的情況下，應(yīng)盡量采用定子、轉(zhuǎn)子風(fēng)道片錯(cuò)開的形式，這樣可強(qiáng)迫冷卻空氣軸向地流經(jīng)氣隙，達(dá)到更好的冷卻效果，而且還可以防止定子、轉(zhuǎn)子風(fēng)道對齊時(shí)可能引起的哨叫聲。而如果轉(zhuǎn)子線速度較低，可采取定、轉(zhuǎn)子風(fēng)道對齊的方式以盡量減少風(fēng)阻增加冷卻空氣流量。這種通風(fēng)方式的定子繞組溫度特性分布如下圖1-4所示：圖1-4定子繞組溫升特性分布（徑向通風(fēng)）圖14定子繞組溫升特性分布（徑向通風(fēng)）由于定子繞組端部散熱面積較大，所以靠近端部處溫升較低，由于出槽口處鐵心表面的散熱效果，故繞組在該點(diǎn)溫度最低。這種通風(fēng)方式的軸向風(fēng)溫較為均勻，溫度變化并不很大，鐵心部分的繞組溫升基本相同。總體來說繞組各部分溫升差異很小。這種通風(fēng)方式的通風(fēng)損耗小，散熱面積大，沿電動(dòng)機(jī)軸向的溫升分布比較均勻。但其缺點(diǎn)是需要設(shè)置徑向通風(fēng)道，因而使得電動(dòng)機(jī)軸向尺寸略為增大，也增加了加工成本。軸 徑向混合通風(fēng)采用軸——徑向混合通風(fēng)主要有兩種方式：a）電機(jī)一側(cè)安裝離心風(fēng)扇。圖1-5軸一徑向混合通風(fēng)（一側(cè)進(jìn)風(fēng)）Figl-5.Axis-radialdirectionblendedventilation（ventilationinoneside）冷卻空氣主要經(jīng)由轉(zhuǎn)子扼部風(fēng)路f轉(zhuǎn)子通風(fēng)道一氣隙f定子通風(fēng)道f（定子線圈直線部分/定子鐵心通風(fēng)道表面）f定子線圈端部一冷卻風(fēng)扇最后排出。如圖1-5示。這種通風(fēng)方式仍為一端進(jìn)風(fēng)，另一端出風(fēng)，鐵心不宜太長。目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用于中型高壓（6kV,10kV）Y.YR系列的4極,6極、8極、10極及12極異步電機(jī)中。b）電機(jī)兩側(cè)安裝軸流式風(fēng)扇如圖1-6示。

圖1-6軸一徑向混合通風(fēng)（兩側(cè)進(jìn)風(fēng)）圖1-6軸一徑向混合通風(fēng)（兩側(cè)進(jìn)風(fēng)）Figi-6.Radial-axisdirectionblendedventilation（ventilationintwosides）定子采用槽口通風(fēng)，這大大增加了氣隙中的空氣流量。轉(zhuǎn)子風(fēng)道數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于定子風(fēng)道數(shù)目，這是為了避免高速情況下風(fēng)摩耗太大及產(chǎn)生過高噪聲。電機(jī)的風(fēng)壓由對稱的兩只軸流風(fēng)扇產(chǎn)生，優(yōu)化設(shè)計(jì)的軸流風(fēng)扇可以達(dá)到很高的效率，噪聲也可降到最低。轉(zhuǎn)子風(fēng)道集中在鐵心中間，這使得冷卻空氣由轉(zhuǎn)子徑向風(fēng)道流進(jìn)定子徑向風(fēng)道時(shí)，有較大部分軸向流經(jīng)氣隙，進(jìn)一步改善了冷卻效果。冷卻空氣進(jìn)人電動(dòng)機(jī)后，大體上分成三條獨(dú)立的路徑流動(dòng)：（1）經(jīng)線圈端部流向定子鐵心表面；（2）直接流經(jīng)氣隙及定子槽口，然后進(jìn)人定子徑向風(fēng)道；（3）A,-* rTcx*圖1-7定子繞組溫升特性分布（混合通風(fēng)）圖1-7定子繞組溫升特性分布（混合通風(fēng)）這種通風(fēng)方式兼有前兩種通風(fēng)方式的特點(diǎn)，溫升分布特性是以電動(dòng)機(jī)鐵心為中心兩端基本對稱分布，定子繞組溫度分布比較均勻，冷卻效果較好。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。本論文的主要工作在本文中，將按照試驗(yàn)要求在已經(jīng)設(shè)計(jì)并搭建的實(shí)驗(yàn)平臺上，對冷卻風(fēng)扇進(jìn)行符合GB/T1236-2000標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)洞試驗(yàn)，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，并對不同工況下所得的流量與壓差、風(fēng)機(jī)效率特性曲線進(jìn)行比較分析。本文以前期的實(shí)驗(yàn)為主，同時(shí)，輔助運(yùn)用旋轉(zhuǎn)機(jī)械專用CFD軟件CFX5.7建立模型和數(shù)值計(jì)算，使用實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)，對冷卻風(fēng)扇進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并進(jìn)行性能分析，對數(shù)值計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果進(jìn)行對比分析，以便對冷卻風(fēng)扇進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提出理論指導(dǎo)。本論文的科學(xué)意義本論文所進(jìn)行的大型電機(jī)冷卻風(fēng)扇的實(shí)驗(yàn)研究工作，能夠全面地了解冷卻風(fēng)扇在不同工況下的性能：同時(shí)通過運(yùn)用CFD軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，與實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)果進(jìn)行對比分析，可以得到影響電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能的因素，為以后在電機(jī)冷卻風(fēng)扇的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供依據(jù)。第二章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹以標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道做實(shí)驗(yàn)的工作流體是空氣，并且壓力和溫度要在冷卻風(fēng)機(jī)出口或在冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)口處正常的大氣范圍之內(nèi)。對于恒速特性來說，冷卻風(fēng)機(jī)應(yīng)在規(guī)定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度下工作。在對冷卻風(fēng)機(jī)特性線上的任意點(diǎn)進(jìn)行測量之前，冷卻風(fēng)機(jī)應(yīng)該持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，直到取得其達(dá)到穩(wěn)態(tài)的工作狀態(tài)，其速度的波動(dòng)范圍不超過規(guī)定轉(zhuǎn)速的%5.0±。大氣壓力、干球溫度和濕球溫度應(yīng)在規(guī)定的冷卻風(fēng)機(jī)特性所要求的在實(shí)驗(yàn)環(huán)境內(nèi)取得讀數(shù)。對冷卻風(fēng)機(jī)特性曲線上的各點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)風(fēng)道中的壓力應(yīng)在不少于Imin期間作觀測。如果讀數(shù)始終出現(xiàn)隨機(jī)變化，則要記錄足夠多的觀測點(diǎn)，以確保得到的平均值在精度范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)觀察分為目測和掃描閥兩部分，以備后期處理相互對照，電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩由轉(zhuǎn)速扭矩儀打印出。計(jì)算方法本試驗(yàn)所有計(jì)算均按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。整個(gè)計(jì)算使用的單位是SI（國際單位制）。其結(jié)果也用此單位表示，即用帕斯卡（Pa）表示壓力，用瓦特（W）表示功率，用立方米每秒（sm/3）表示容積質(zhì)量。流量的確定流量的測定按照GB“2624和ISO3966的規(guī)定進(jìn)行，使用這種方法測得的流量符合本實(shí)驗(yàn)的要求。管路內(nèi)流量計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)的一次裝置）可以使用的流量計(jì)有文丘里噴管、孔板、錐形進(jìn)口和進(jìn)口噴管。前兩種流量計(jì)可以接在風(fēng)管的進(jìn)口或出口以及兩段風(fēng)管之間使用。錐形進(jìn)口和進(jìn)口噴管只可接到從自由空間吸入空氣的進(jìn)口風(fēng)管。太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第二章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹12通過管路內(nèi)壓差流量計(jì)的質(zhì)量流量一般表達(dá)式如F：對于給定的裝置，e是壓比函數(shù)，而a是雷諾數(shù)的函數(shù)。這些系數(shù)的計(jì)算在接下來會(huì)做詳細(xì)介紹。根據(jù)進(jìn)口流管的不同，分別討論。太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第二章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹13用錐形進(jìn)口測定流量只能在開放式（自由）進(jìn)口條件下才可使用錐形進(jìn)口。幾何形狀錐形進(jìn)口尺寸和公差在圖2-1中示出，型線應(yīng)該是軸向?qū)ΨQ，錐體與端面及錐體與圓筒喉部之間接合均無隆起及凸出的銳邊。進(jìn)口的軸線和風(fēng)道的軸線應(yīng) 該 是 一 致 的。圖2-1錐形進(jìn)口幾何形狀圖2-1錐形進(jìn)口幾何形狀Fig.2-1Geometricalformoftaperimport網(wǎng)篩加載符合圖2-2的可調(diào)節(jié)網(wǎng)篩加載與錐形進(jìn)口允許一起使用，但流量系數(shù)a的誤 差 增 大圖2-2自由進(jìn)口文丘里噴嘴或有可調(diào)節(jié)篩網(wǎng)加載的錐形進(jìn)口圖2-2自由進(jìn)口文丘里噴嘴或有可調(diào)節(jié)篩網(wǎng)加載的錐形進(jìn)口太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第二章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹14Fig.2-2FreeimportVenturispoutorregulativegriddletaperimport網(wǎng)篩、防渦流裝置及支承應(yīng)該具有在使用要求的強(qiáng)度和剛度不變的情況下，具有最小的迎風(fēng)面積。例如，任何單個(gè)橫向構(gòu)件都不應(yīng)出現(xiàn)大于2%的堵塞。支承應(yīng)該確保網(wǎng)篩在中部不發(fā)生彎曲。網(wǎng)篩應(yīng)精確地切割并且應(yīng)該安裝徑向厚度最大0.01211d的或6mm和最小0.008hd或3mm及長度最大0.05hd的支承環(huán)或者采用其他方式消除壁上的漏泄。進(jìn)口區(qū)在進(jìn)口區(qū)內(nèi)，對于流入進(jìn)口空氣的自由運(yùn)動(dòng)不應(yīng)有任何外部障礙，并且任何渦流的速度不要超過噴嘴喉部速度的5%。應(yīng)該確保差壓計(jì)的高壓盤上記錄的壓力讀數(shù)為進(jìn)口區(qū)環(huán)境壓力。錐形進(jìn)口性能按照上述要求制造的錐形進(jìn)口用于壓比96.02dr,即Pap4000<A時(shí)不必做校準(zhǔn)。復(fù)合系數(shù)ae取決于雷諾數(shù)d

Re并在圖2-3中繪出，當(dāng)dRe<20000時(shí)不應(yīng)采用錐形進(jìn)口。圖2-3維形進(jìn)口復(fù)合流量系數(shù)圖2-3維形進(jìn)口復(fù)合流量系數(shù)圖2-3錐形進(jìn)口復(fù)合流量系數(shù)aeFig.2-3Compoundflowmodulusaeoftaperimport太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文基本原理介紹15對于hdW0.5m：m=0.01107,c=0.8824,maxa￡=0.94；對于0.5m<hd<2m：m=0.00963+0.04783hd+0.055332hd，c=0.9715-0.2058hd+0.05533第二章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)2hdmaxae=0.9131+0.0623hd-0.015672hd對于2hd22m：m=0.03459,c=0.7812,maxae=0.975?誤差復(fù)合系數(shù)a￡的誤差和流量系數(shù)a的誤差是相同的。當(dāng)dRe<3X510時(shí)并且在連續(xù)件內(nèi)不允許有任何網(wǎng)篩加載情況下，可適用的基本誤差為±1.5%。對此應(yīng)算術(shù)地增加（當(dāng)應(yīng)用時(shí)）與低dRe和網(wǎng)篩負(fù)載相關(guān)的凈附加誤差。由于低dRe（即dRe<3x510）而產(chǎn)生的附加誤差（％）表示如下：X±151Re1024 (2.5)由于符合2.3.2均勻網(wǎng)篩出現(xiàn)的附加誤差要用算術(shù)方法增加0.5%。如果使用ae校正值代替2.3.4中給出的值可以降低這些誤差?？梢杂冒凑誌SO3966要求的皮托靜壓管或用流量系數(shù)誤差不超過1.0%的一次儀表方法進(jìn)行校準(zhǔn)。網(wǎng)篩質(zhì)量或容積流量值的綜合誤差可取±2%。2.4用文丘里噴管測定流量安裝對于標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)道中試驗(yàn)，在進(jìn)口或出后風(fēng)室中應(yīng)使用多噴嘴。它們可能不同但它們在尺寸和半徑上，相對于風(fēng)室軸線應(yīng)是對稱定位。本試驗(yàn)中使用4個(gè)相同的文丘里噴管對稱定位。太原理工大學(xué)專科學(xué)位論文 第二章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹16幾何形狀多噴嘴及文丘里噴嘴的尺寸和公差如圖24所示。外形應(yīng)該是軸向?qū)ΨQ的及出口邊緣應(yīng)是直角銳邊，并且沒有毛刺、刻痕或者倒圓。噴嘴軸線和它們所安裝的風(fēng)室的軸線應(yīng)該是平行的，噴嘴喉部尺寸L應(yīng)為0.6d+0.005bd(推薦的)或者0.5hd±0.005h圖2-4噴嘴幾何形狀圖24噴嘴幾何形狀Fig.2-4Geometricalformofspout噴嘴應(yīng)有的橢圓段如圖24所示，但也可以使用兩個(gè)或二個(gè)半徑近似成橢圓，在任何點(diǎn)法線方向與標(biāo)準(zhǔn)橢圓形相差不大于0.015hd。噴嘴的喉徑hd應(yīng)該在橢圓的短軸和噴嘴出口處測量（精度0.001hd）.應(yīng)該45。間隔上取四個(gè)測量值并且這些值都應(yīng)在平均值的±0.002hd之內(nèi)。在喉部進(jìn)口處平均值可大于0.002hd,但不小于在噴嘴出口上的平均值。噴嘴表面要求相當(dāng)光滑以至直尺在其表面上沒有刮碰并且表面局部凸起峰一峰值應(yīng)不大于0.001bd。太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第二章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹17當(dāng)噴嘴使用在風(fēng)室中，可以使用圖24所示出的任一種型式。在噴嘴排氣口直接與管道或擴(kuò)散段連接時(shí)，應(yīng)該使用喉部有測孔的噴嘴并且噴嘴出口采用法蘭連接。噴嘴喉部的測孔應(yīng)該有4個(gè)間隔90°的靜壓測孔與壓力計(jì)相連。當(dāng)風(fēng)管與噴嘴連接時(shí)，喉徑與進(jìn)口風(fēng)管的直徑比應(yīng)不超過0.525。連接到噴嘴上游側(cè)的風(fēng)管應(yīng)是直的均勻圓形截面。當(dāng)用于提供一測量段時(shí)，應(yīng)有其直徑6.5-6.75倍的長度和當(dāng)用于出口風(fēng)管時(shí)，應(yīng)有直徑9.5?9.75倍的長度。進(jìn)口區(qū)多噴嘴定位應(yīng)該使各噴嘴的中心線與風(fēng)室壁距離不小于1.5bd。同時(shí)使用的任何兩個(gè)噴嘴中心間的最小距離應(yīng)是較大噴嘴的3hd,hd是大噴嘴的直徑。多噴嘴與文丘里噴嘴的性能符合2.4.3要求制造的多噴嘴裝置對壓比9.0>dr(即kPap10<A)未校準(zhǔn)下可使用。噴嘴流量系數(shù)a由下列表達(dá)式計(jì)算：本試驗(yàn)中所使用噴管hdL/=0.6,則有：PapaaAuAuddC+—=111Rc6.134Re006.79986.0 (2.6)式中：dRe——對應(yīng)于出口直徑的雷諾數(shù)，由下列表達(dá)式估算:610048.01.17295.0Rex十△uhdP￡ （2.7）Aua——噴嘴上游的動(dòng)能系數(shù)，對于管道內(nèi)噴嘴為1.043,對于風(fēng)室中噴嘴和多噴嘴或自由進(jìn)口噴嘴為1:Ddh/=B（對于風(fēng)室它可以取作零）（對于管道內(nèi)噴嘴525.0WB）；D為風(fēng)道直徑；太原理工大學(xué)專科學(xué)位論文 第二章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹18C是噴嘴排出系數(shù)。膨脹系數(shù)由下式計(jì)算：0()5.04/245.01/211111ddddrr (2.8)uuudPPPPPrA—=A-=1 (2.9)上式可由下式代替：5.01/244/211111e (2.10)質(zhì)量流量由下列表達(dá)式給出：對于多噴嘴OpdquniimA=Spnae2412 (2.11)對于文丘里噴管PdqumA=paen242 (2.12)式中：()En12a——各個(gè)開放式噴嘴直徑平方乘以它們各自的流量系數(shù)的和；uP 上游密度。2.4.5誤差對于4102.1ReX2d排出系數(shù)C的誤差為土L2%。太原理工大學(xué)專科學(xué)位論文 第二章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)基本原理介紹192.5通風(fēng)機(jī)空氣功率和效率建議三種方法：第一種由單位質(zhì)量功的概念導(dǎo)出；另外兩種使用容積流量和壓力概念及流體可壓縮性效應(yīng)的修正系數(shù)計(jì)算得出。這三種方法給出相同的結(jié)果，對于壓比等于1.3時(shí)不超過千分之幾。本試驗(yàn)中使用由單位質(zhì)量功的概念導(dǎo)出。21222212212212122AqAqppwppymmmmmmPPPP (2.13)式中：221PPP十m (2.14)111&wRPP (2.15)220wRPP (2.16)通風(fēng)機(jī)空氣功率uP等于yqm的乘積。各種效率由uP和供給通風(fēng)機(jī)的各種功率計(jì)算得出。本試驗(yàn)中可由扭矩儀測得的電機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速和扭矩算得軸功率，以此計(jì)算通風(fēng)機(jī)電機(jī)軸效率。通風(fēng)機(jī)電機(jī)軸效率：0PPUa=n (2.17)太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)20第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)背景與要求本文所使用的電機(jī)冷卻風(fēng)扇，通過對冷卻風(fēng)扇的葉片和葉型的改造，使得冷卻風(fēng)扇對電機(jī)軸承的冷卻效率得到較大的提高，冷卻效果大大改善。比同樣尺寸下的電機(jī)功率可以提高50%左右，即功率重量比大大提高。本文以GB/T1236-2000為依據(jù)，在已經(jīng)設(shè)計(jì)、搭建的大型冷卻風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺上，對新型軸向風(fēng)機(jī)進(jìn)行一系列的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。特別的，考察轉(zhuǎn)速為3600rpm時(shí)，葉頂頂隙10.5mm；7.5mm；5mm三個(gè)不同葉頂頂隙，風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管的距離d=40mm、d=20mm、d=0mm出口風(fēng)管，這九種情況下的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。我們得到大量數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。通過對出口邊界條件的細(xì)化，來分析出口邊界條件對冷卻效率的影響。圖3-1為實(shí)驗(yàn)裝置布置總圖：

ta3-1實(shí)驗(yàn)裝置布置總圖圖3」實(shí)驗(yàn)裝置布置總圖Fig.3-1Schematicofexperimentalequipment太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)抽風(fēng)（葉片裝配直徑為416mm）,空氣由大氣進(jìn)入風(fēng)室，流經(jīng)整流網(wǎng)柵，形成均勻流場，再通過異徑直管和擴(kuò)壓管流出。在此過程中通過測量室內(nèi)靜壓差，進(jìn)口動(dòng)壓和軸的轉(zhuǎn)速及扭矩來計(jì)算風(fēng)扇（ 圖 3-2） 性 能 .圖3-2葉片裝配圖 圖3-3葉片F(xiàn)ig.3-2Schematicofblade Fig.3-3Blade實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)山于本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)臺體積較大，所以實(shí)驗(yàn)在室外進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖:圖3-4實(shí)臉平臺進(jìn)風(fēng)口實(shí)物圖 圖3-5實(shí)驗(yàn)電機(jī)實(shí)物圖圖34實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)風(fēng)口實(shí)物圖 圖3-5實(shí)驗(yàn)電機(jī)實(shí)物圖Fig.3-4SchematicofexperimentalplatformFig.3-5Schematicofexperimentalelectricintake motor太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)22整個(gè)裝置由電動(dòng)機(jī)，變頻儀，扭矩儀，軸系，風(fēng)扇，風(fēng)室，法蘭板，進(jìn)口風(fēng)管，異徑直風(fēng)管和墊箱等部分組成。電動(dòng)機(jī)：本實(shí)驗(yàn)采用的是三相異步電機(jī)，其功率為4kw,額定電壓為380V。變頻儀：由于本實(shí)驗(yàn)要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3600轉(zhuǎn)，需要60Hz的激勵(lì)電流，而中國電網(wǎng)頻率為50Hz,需要通過變頻來達(dá)到要求。扭矩儀：用來測量實(shí)驗(yàn)過程中電機(jī)轉(zhuǎn)速和軸的扭矩。冷卻風(fēng)扇：冷卻風(fēng)扇是電機(jī)冷卻的主要的壓力元件。冷卻風(fēng)扇的作用是使一定的氣體壓力，克服電機(jī)自身、冷卻器、附加通風(fēng)管道及過濾器等通風(fēng)回路的風(fēng)阻，以維持一定的氣體流量和流速，使冷卻介質(zhì)連續(xù)不斷的吹拂電機(jī)的發(fā)熱部分，把電機(jī)中的熱損耗散出機(jī)外，這樣電機(jī)就可以在規(guī)定的溫度限制下安全運(yùn)行了。

圖3-6新型風(fēng)扇實(shí)物圖圖3-6新型風(fēng)扇實(shí)物圖Fig.3-6Schematicofexperimentalnewtypefan風(fēng)室：長2m,寬0.9m,高1.5m,在其內(nèi)部模擬均勻流場，測量室內(nèi)靜壓差。法蘭板：布滿均勻網(wǎng)格，使進(jìn)口空氣經(jīng)過之后變得流場均勻。進(jìn)口風(fēng)管：由4個(gè)直徑96mm的文丘里噴管和1個(gè)直徑261mm的錐形進(jìn)口噴管組成，所有風(fēng)管均經(jīng)過校驗(yàn)以滿足實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)圖3-8錐形噴管圖3-7文丘里噴管圖3-8錐形噴管圖3-7文丘里噴管 圖3-8錐形噴管Fig.3-7Venturispout Fig.3-8Taperimport異徑直風(fēng)管：由實(shí)驗(yàn)要求而定制的直徑，分別為437mm、431mm和426mm；長度分別為100mm、120mm和140mm的不同規(guī)格的直風(fēng)管。墊箱：用來固定電機(jī)，扭矩儀，以防止在他們實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生位置的偏移，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中斷甚至失敗。實(shí)驗(yàn)過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)抽風(fēng)，空氣由大氣經(jīng)過進(jìn)口風(fēng)管進(jìn)入風(fēng)室，流經(jīng)法蘭板，近似形成均勻流場，再通過異徑直管和擴(kuò)壓管流出。在此過程中通過測量室內(nèi)靜壓差，進(jìn)口動(dòng)壓和軸的轉(zhuǎn)速及扭矩來計(jì)算風(fēng)扇性能。圖3-9電機(jī)，扭矩儀與風(fēng)扇的連接圖3-9電機(jī)，扭矩儀與風(fēng)扇的連接Fig.3-9Connectionofelectricmotor,torquewithfan太原理工大學(xué)專科學(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)24實(shí)驗(yàn)儀器及介紹本節(jié)按照測量物理量的不同來分類介紹儀器以及他們的規(guī)格與安裝使用方法。風(fēng)室內(nèi)平均壓力的測量a）測量方法使用U型管實(shí)時(shí)顯示和美國Scanivalve公司的DSA-3017多路壓力掃描閥采集總壓和靜壓差，一段接壁測孔或接壓力測量平面內(nèi)皮托靜壓管組成的壓力接頭。為確定此平面的平均靜壓差，壓力計(jì)的另一端應(yīng)敞開與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的大氣壓力相通。為了確定通風(fēng)機(jī)壓力測量平面對應(yīng)的壓差，壓力計(jì)的一端或兩端可接至按d）布置的4個(gè)測孔接頭之間。b）壁測孔的使用在標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道內(nèi)，進(jìn)行壓力測量的每一截面上，平均靜壓差按照331c）結(jié)構(gòu)布置的4個(gè)壁孔的靜壓差平均值取得。c）測孔的結(jié)構(gòu)每一個(gè)測孔均通過風(fēng)道壁，它符合圖3-10中所示的尺寸范圍。孔徑a應(yīng)不小于1.5mm,不大于5mm和不大于0.04D.當(dāng)風(fēng)道流速與通風(fēng)機(jī)進(jìn)口和出口速度相當(dāng)時(shí)，則需要特別注意。在這種情況下，孔應(yīng)位于風(fēng)道直段處.該處沒有接頭或其他不規(guī)則的部分（距上游段D,下游段D/2的距離,D為風(fēng)道直徑）。當(dāng)風(fēng)道非常大時(shí).實(shí)際上是不能滿足此條件的，在這種情況下，可以采用3.3.1f）中規(guī)定的皮托靜壓管法。太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)圖3-10管壁壓力測孔的結(jié)構(gòu)圖3-10管壁壓力測孔的結(jié)構(gòu)Fig.3-10Structureofpressureeyeletonwalld）位置和連接當(dāng)采用圓形風(fēng)道時(shí)，4個(gè)孔的位置應(yīng)該等距分布在圓周上。當(dāng)采用矩形風(fēng)道時(shí)，孔的位置應(yīng)位于4個(gè)側(cè)面的中心位置（本實(shí)驗(yàn)風(fēng)室為矩形）。4個(gè)相似的孔接到單個(gè)的壓力計(jì)上。e）合格檢查應(yīng)當(dāng)注意的是，要保證所有管子和接頭均無堵塞和漏泄，并且應(yīng)將管子中的液體排凈。在進(jìn)行連續(xù)觀察之前，4個(gè)測孔的壓力應(yīng)在最大流量處連續(xù)進(jìn)行單獨(dú)測量。如果測得的4個(gè)讀數(shù)中任何一個(gè)讀數(shù)對于aexPp1000<超過了5%或?qū)exaPpP30001000<〈超過2%范圍時(shí)，exp為平均表壓，孔和壓力計(jì)接頭應(yīng)進(jìn)行檢查，看其是否有缺陷，如果檢查未發(fā)現(xiàn)缺陷，則應(yīng)檢查流量是否穩(wěn)定。f)皮托靜壓管的使用在圓形風(fēng)道適當(dāng)?shù)膲毫y量平面內(nèi)，至少選擇4個(gè)點(diǎn)，這4個(gè)點(diǎn)應(yīng)等距、對稱軸線分布在圓周上，距離壁面中心點(diǎn)大約為風(fēng)道直徑的1/8?或者，當(dāng)采用矩形風(fēng)道時(shí)，距離每一壁面中心為管道寬度的1/8。在穩(wěn)定流量的條件下，應(yīng)讀取每一點(diǎn)靜壓差讀數(shù)，并進(jìn)行平均計(jì)算：另一方面，如果需要，可將4個(gè)分開的皮托靜壓管的靜壓接頭連接在一起，以便得到平均讀數(shù)。本實(shí)驗(yàn)使用掃描閥DSA-3017來測量空氣的靜壓和總壓，并通過LabVIEW數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的平臺采集通過掃描閥采集的數(shù)據(jù)。大氣壓力則是通過校準(zhǔn)過的太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章用機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)26大氣壓力計(jì)測得。使用掃描閥DSA-3017采集壓力，它可以同時(shí)測16路壓力，U型管的壓力讀數(shù)僅供目測監(jiān)控，它的目測數(shù)據(jù)對于掃描閥的結(jié)果是?種監(jiān)控和對照。溫度測量溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)所采用的溫度為室外溫度，由水銀干濕球溫度計(jì)測得，經(jīng)校準(zhǔn)后的測量溫度的儀表精度，應(yīng)為5.0±℃?干濕球溫度計(jì)位置實(shí)驗(yàn)所需的干球和濕球溫度應(yīng)在可以記錄實(shí)驗(yàn)風(fēng)道進(jìn)氣條件的位置進(jìn)行測量。干球溫度計(jì)應(yīng)隔離以防止受到熱表面的輻射。濕球溫度計(jì)應(yīng)保持套管的清潔，而且與水銀球接觸良好，并且用清水保持濕潤。轉(zhuǎn)速和扭矩的測量冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速冷卻風(fēng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)在每一個(gè)測試點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)期間，定期進(jìn)行測量以確保冷卻風(fēng)機(jī)軸平均轉(zhuǎn)速的誤差不超過%5.0±o不應(yīng)使用對實(shí)驗(yàn)冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或冷卻風(fēng)機(jī)性能有較大影響的測量裝置。扭矩儀扭矩的測量采用誤差不超過2.0%的測量扭矩的扭矩儀。為了進(jìn)行校準(zhǔn)，已確定負(fù)載的精度為%2.0±o被測量的力矩長度精度應(yīng)達(dá)到%2.0±.在每次實(shí)驗(yàn)前后，均應(yīng)檢查零力矩的平衡(配重)和讀出系統(tǒng)的量程。在每次檢查時(shí)，其差值應(yīng)在實(shí)驗(yàn)期間測得的最大值的0.5%范圍內(nèi)。校準(zhǔn)的電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，輸出功率要按制造廠和用戶均可接受的效率校準(zhǔn)進(jìn)行測定。電機(jī)應(yīng)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)足夠的時(shí)間，以保持其在正常操作溫度下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。電源應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)，即電壓變化范圍不得超過額定電壓的%6±；頻率不得超過額定頻率的%1.0+.太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)27ZJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器本實(shí)驗(yàn)采用ZJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。ZJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器（簡稱傳感器）是根據(jù)磁電轉(zhuǎn)換和相位差原理，將轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速機(jī)械量轉(zhuǎn)換成兩路有一定相位差電壓信號的一種精密儀器，它與ZJYW1微機(jī)型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀（簡稱測量儀）配套使用，能直接測量各種動(dòng)力機(jī)械的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速（即機(jī)械功率），具有測量精度高，操作簡便，顯示直觀，測量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，可以測量軸靜止?fàn)顟B(tài)至額定轉(zhuǎn)速范圍的轉(zhuǎn)矩，廣泛應(yīng)用于：a.各種發(fā)動(dòng)機(jī)的臺架實(shí)驗(yàn)：b.各種電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及功率測試；c.各種不同類型水泵、液壓泵的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及功率測試；d.各種類型的風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩?轉(zhuǎn)速及功率測試；e.各種減速器?變速器的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及功率測試：￡各種家用電器設(shè)備旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及功率測試；g.各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及功率測試。ZJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)原理圖3-11傳感器結(jié)構(gòu)示意圖圖3-11傳感器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3-11Schematicofsensor圖3-11為傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，它由機(jī)座、端蓋、扭力軸、內(nèi)齒輪、外齒輪、磁鋼、線圈軸承等部件組成。內(nèi)齒輪、磁鋼固定在套筒上，線圈固定在端蓋上，外齒輪固定在扭力矩上，當(dāng)內(nèi)外齒輪發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于磁通不斷變太原理工大學(xué)專科學(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)28化，在線圈中便感應(yīng)出近似正弦波的感應(yīng)電勢21UN、，兩感應(yīng)電勢的初始相位差是恒定的，考慮到正、反加載，0a設(shè)計(jì)在大約180°的位置上，當(dāng)加上扭力時(shí)，扭力軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。在彈性范圍內(nèi)外加扭矩與機(jī)械扭轉(zhuǎn)角成正比，這時(shí)21、信號的相位差要發(fā)生變化，aaa△士=0.當(dāng)傳感器的扭矩增加到額定值時(shí)，變化的相位a△大約為90。。因此，測量出a就等于間接測量出軸上的外加轉(zhuǎn)矩，這樣，傳感器就實(shí)現(xiàn)了把機(jī)械量(扭角變化)轉(zhuǎn)化成電子量(相量差變化)的過程。圖3-12為信號的時(shí)序波形圖。圖3-12時(shí)序波形圖圖3-12時(shí)序波形圖Fig.3-12Oscillogramofhorarysequence正常工作條件傳感器應(yīng)在下列環(huán)境條件下正常工作：a.溫度：0?50C；b.相對濕度：＜90%;c.電源：頻率為(50±2)Hz的三相交流電源、電壓為(380±38)V,技術(shù)指標(biāo)傳感器的轉(zhuǎn)速和扭矩的測量精度分為01級和0.2級，其基本參數(shù)如卜表所列：第三章電機(jī)冷卻太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)第三章電機(jī)冷卻表3-1.傳感器的轉(zhuǎn)速和扭矩精度Tab.3-1Precisionofrotatespeedandtorqueoftransducer精確度等級0.1級0.2級靜校誤差±0.1%±0.2%轉(zhuǎn)速變化引起的轉(zhuǎn)矩誤差±0.2%±0.3%同心度誤差套轉(zhuǎn)“同心度”誤差±0.1%±0.2%軸“同心度”的誤差±0.1%±0.2%表3-1.傳感器的轉(zhuǎn)速和扭矩精度Tab.3-1Precisionofrotatespeedandtorqueoftransducer精確度等級0.1級0.2級靜校誤差士0.1%±0.2%轉(zhuǎn)速變化引起的轉(zhuǎn)矩誤差±0.2%±0.3%套轉(zhuǎn)“同心度”誤差士0.1%±0.2%同心度誤差軸''同心度”的誤差士0.1%±0.2%c) 傳感器系數(shù)修正：傳感器在使用時(shí)只須將傳感器系數(shù)及標(biāo)定溫度通過儀器背后的撥盤輸入，再在“室溫”撥盤上輸入當(dāng)時(shí)室溫，儀器內(nèi)部即可自動(dòng)進(jìn)行系數(shù)修正。本傳感器若與其他型號的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀器配套使用時(shí)應(yīng)注意儀器是否具有系數(shù)自動(dòng)修正功能，若無此功能時(shí)，為了確保傳感器測量精度，在使用環(huán)境溫度和標(biāo)定溫度不相同時(shí)，按卜式對傳感器的標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行修正：()[]0I0ttGXXtt-+=e式中：tX——溫度為t時(shí)的傳感器系數(shù)：0tX——溫度為0t時(shí)的傳感器系數(shù)，即銘牌上所標(biāo)注的系數(shù)值：t——測量時(shí)實(shí)際環(huán)境溫度(°C)；0t——標(biāo)定傳感器時(shí)的環(huán)境溫度（℃）,見銘牌；Ge——剪切彈性模量G的溫度系數(shù)，本傳感器變形軸材料為50GrVA,Gt=-0.027%/C,見銘牌輸出信號幅度；不小于100mV?可以測量的最大轉(zhuǎn)矩，滿量程的120%。掃描閥的應(yīng)用本實(shí)驗(yàn)使用掃描閥DSA-3017。在測量時(shí)引入掃描閥測壓，與常規(guī)使用的U太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)30型管目測壓力相比，掃描閥大大提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度，并且提供了更直觀的監(jiān)視。本次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是在NationalInstrument公司推出的LabVIEW環(huán)境上，通過創(chuàng)建相應(yīng)的虛擬儀器VI和框圖程序來構(gòu)造的，這也是利用了LabVIEW的最大優(yōu)點(diǎn)。創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)很大程度上是在LabVIEW下進(jìn)行圖形編程。壓力的采樣、轉(zhuǎn)換、放大、傳輸都包含在此環(huán)節(jié)中?LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringworkbench）是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境的簡稱，是美國國家儀器公司（NATIONALINSTRUMENTS,簡稱NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣，發(fā)展最快，功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。隨著計(jì)算機(jī)和總線技術(shù)的發(fā)展，越來越多的科學(xué)家和工程師采用基于PC的數(shù)據(jù)采集（DataAcquisition,以下簡稱DAQ）系統(tǒng)來完成實(shí)驗(yàn)室研究和工'業(yè)控制中的測試測量任務(wù)。建立在通用計(jì)算機(jī)和DAQ設(shè)備基礎(chǔ)上的虛擬儀器系統(tǒng)具有--機(jī)多用。用戶自定義功能和使用維護(hù)方便等特點(diǎn)，代表了今后儀器的發(fā)展方向。LabVIEW的數(shù)據(jù)采集（DataAcquisition）程序包括了許多NI公司數(shù)據(jù)采集（DAQ）卡的驅(qū)動(dòng)控制程序。通常，一塊卡可以完成多種功能——數(shù)/模轉(zhuǎn)換、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字量輸入/輸出以及計(jì)數(shù)器/定時(shí)器操作等。用戶在使用之前必須設(shè)置好DAQ卡的硬件配置。DAQ系統(tǒng)的基本任務(wù)是物理信號的產(chǎn)生和測量。但是要使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠測量物理信號，必須要使用傳感器把物理信號轉(zhuǎn)換成電信號（電壓或者電流信號）。有時(shí)不能把被測信號直接連接到DAQ卡，而必須使用信號調(diào)理輔助電路，先將信號進(jìn)行一定的處理?？傊瑪?shù)據(jù)采集是借助軟件來控制整個(gè)DAQ系統(tǒng)，包括采集原始數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，給出結(jié)果等。當(dāng)采用DAQ卡測量模擬信號時(shí)，必須考慮下列因素：輸入模式（單端輸入或者差分輸入）、分辨率、輸入范圍、采樣范圍、采樣速率、精度和噪聲等。單端輸入以一個(gè)共同接地點(diǎn)為參考點(diǎn)。這種方式適用于輸入信號為高電平（大于1伏），信號源與采集端的距離較短（小于15英尺），并且所有輸入信號太原理工大學(xué)專科學(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)31有一個(gè)公共接地端。如果不能滿足以上條件，則需要使用差分輸入。差分輸入方式下，每個(gè)輸入可以有不同的接地參考點(diǎn)。并且，由于消除了共模噪聲的誤差，差分輸入的精度較高。在本實(shí)驗(yàn)中，該儀器的最主要目的就是測量風(fēng)室靜壓差和進(jìn)口氣流總壓。一起使用的是以空氣動(dòng)力測壓法為基礎(chǔ)的總壓管和靜壓管。用總壓管和靜壓管測壓時(shí)，偏流角的存在對測量結(jié)果有很大影響，在實(shí)際中需要特別注意。由于工藝誤差的存在和馬赫數(shù)的影響，每支總壓管和靜壓管在使用前必須進(jìn)行風(fēng)洞校準(zhǔn)。在調(diào)試及實(shí)驗(yàn)過程中，U型管目測數(shù)據(jù)也是必不可少的，雖然U型管的誤差較大，但是結(jié)構(gòu)簡單的它容易校正，除了密封問題以外基本不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，它的目測數(shù)據(jù)對于掃描閥的結(jié)果是一種監(jiān)控和對照。實(shí)驗(yàn)前期設(shè)備安裝及調(diào)試風(fēng)道風(fēng)道各段之間的接頭要有良好的密封性，以確保在冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)不會(huì)造成過多的流量損失。在對測量儀表接入和操作等做出規(guī)定的地方，要盡量把該風(fēng)道處的漏泄和障礙減小到最低限度.實(shí)驗(yàn)空間當(dāng)冷卻風(fēng)機(jī)不運(yùn)行的時(shí)候，應(yīng)保證該冷卻風(fēng)機(jī)及其實(shí)驗(yàn)風(fēng)道的組件應(yīng)該在進(jìn)口和出口周圍不得存有大于lm/s的氣流。要小心避免可能會(huì)出現(xiàn)對進(jìn)口和出口處空氣流動(dòng)影響較大的任何障礙物的存在。特別地由風(fēng)道和實(shí)驗(yàn)冷卻風(fēng)機(jī)的進(jìn)口或出口處接近兩個(gè)風(fēng)道直徑內(nèi)不得有任何墻壁或者其他主要的障礙。實(shí)驗(yàn)空間應(yīng)大到足以允許氣流由出口自由返回到進(jìn)口。通風(fēng)機(jī)與風(fēng)道的匹配為了與實(shí)驗(yàn)風(fēng)管尺寸相符，實(shí)驗(yàn)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)口和出口面積應(yīng)被看作不扣除電動(dòng)機(jī)、整流裝置和任何其他隙礙物的進(jìn)口和出口法蘭的總面積。在電動(dòng)機(jī)、太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)32整流裝置和任何其他障礙物延伸在進(jìn)口和出口法蘭之外，將要確定帶風(fēng)管裝置的性能的地方，該殼體要由同進(jìn)口和出口相同規(guī)格和形狀的風(fēng)管來延長并且具有足夠的長度覆蓋住障礙物。實(shí)驗(yàn)風(fēng)道尺寸應(yīng)由通過該障礙物最外面的延伸測量。作為進(jìn)口和出口法蘭平面。當(dāng)激勵(lì)頻率在33~37Hz時(shí)，墊箱會(huì)出現(xiàn)明顯的共振現(xiàn)象，這對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和實(shí)驗(yàn)裝置的穩(wěn)定都是及其不利的。整個(gè)風(fēng)室隨著冷卻電機(jī)轉(zhuǎn)速的提高也會(huì)出現(xiàn)了很明顯的振動(dòng).對于這兩個(gè)問題進(jìn)行調(diào)整，并確定調(diào)整方案。對于出現(xiàn)的共振現(xiàn)象應(yīng)增加墊箱重量，并且保證墊箱中物體相對運(yùn)動(dòng)盡量小：對于風(fēng)室的振動(dòng)問題，在風(fēng)室外面兩側(cè)各焊接三根間隔均勻的鐵梁，以起到減振作用。特別的，考慮到實(shí)驗(yàn)是在不同工況、不同出口直徑和出風(fēng)管長度下進(jìn)行，為了保證每次更換出口風(fēng)管之后風(fēng)室、電機(jī)、風(fēng)扇之間相對位置的不變，需做特別設(shè)計(jì)。在風(fēng)室下端接以導(dǎo)軌，保證移動(dòng)過程中風(fēng)室不會(huì)出現(xiàn)上下左右位移，同時(shí)在墊箱上焊接兩根等長鋼管，風(fēng)室處于標(biāo)準(zhǔn)位置時(shí)，鋼管的一端剛好碰到風(fēng)室前壁面。如圖3-13所示。這樣可以保證每次更換出風(fēng)管后風(fēng)室都可以恢復(fù)到原位，以保證實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。圖3-13保證實(shí)臉質(zhì)量的措施圖3-13保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的措施Fig.3-13Measurefbrensureexperimentalprecision太原理工大學(xué)專科學(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)33數(shù)據(jù)處理及分析討論本文所使用的電機(jī)冷卻風(fēng)扇，通過對冷卻風(fēng)扇的葉片和葉型的改造，使得冷卻風(fēng)扇對電機(jī)軸承的冷卻效率得到較大的提高，冷卻效果大大改善。比同樣尺寸下的電機(jī)功率可以提高50%左右，即功率重量比大大提高。本文以GB/T1236-2000為依據(jù)，在已經(jīng)設(shè)計(jì)、搭建的大型冷卻風(fēng)機(jī)試驗(yàn)平臺上，對新型軸向風(fēng)機(jī)進(jìn)行一系列的風(fēng)洞試驗(yàn)。特別的，考察轉(zhuǎn)速為3600rpm時(shí)，葉頂頂隙cd=5mm；cd=7.5mm；cd=10.5mm三個(gè)不同葉頂頂隙，風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管的距離d=0mm、d=20mm、d=40mm出口風(fēng)管，這九種情況下的風(fēng)洞試驗(yàn)。我們得到大量數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。通過對出口邊界條件的細(xì)化，來分析出口邊界條件對冷卻效率的影響。所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均用Excel進(jìn)行運(yùn)算處理，最后結(jié)果代入Origin中進(jìn)行作圖，以直觀分析。額定流量130m3/min下，不同葉頂頂隙和風(fēng)室內(nèi)靜壓差的關(guān)系

1■1■?▲'110I9-8?▲I7-6▲i5-----------5432109876533333322222>el|二二一-DUD二D-rt2D-L—0mm—?—20mm40mm圖3-14葉頂頂隙和替壓差的關(guān)系圖3-14葉頂頂隙和靜壓差的關(guān)系Fig.3-14Relationshipbetweenclearanceofverticesandstaticpressure由圖3?14可以看出，葉頂頂隙越小，風(fēng)扇葉片與管壁之間存在回流現(xiàn)象越明顯，則風(fēng)室內(nèi)靜壓差越高；在同一葉頂頂隙下，風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離越太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)34小，在此區(qū)域的回流流量受到的影響越大，使得風(fēng)室內(nèi)靜壓差增大。額定流量130m3/min下，不同風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離和效率的關(guān)系010203040500.480.490.500.510.520.530.54Efficiencydmm

5mm7.5mm10.5mmStandaredflowratein130m3/mindc=5mmdc=5mm圖3-15不同風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離和效率的關(guān)系Fig.3-15Relationshipbetweendifferentdistancefromexporttoexpansiblepressurepipeandefficiency山圖3?15可以看出，額定流量下，相同的葉頂頂隙、不同風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離下，風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離d=20mm時(shí)，效率最高。相同葉頂頂隙、不同風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管的距離時(shí)流量與風(fēng)室靜壓差的對比圖80901001101201301401502025303540455055PressureheadmmHdc=5mmoieepe①一i①」rissaid圖3-16cd=5mm時(shí)靜壓差隨流量的變化關(guān)系Fig.3-16Relationshipofvariationbetweenstaticpressureandflowatcd=5mm80901001101201301401502025303540455055PressureheadmmHOFlowrateinm/min0mm20mm40mmde=7.5mmdc=7.5mmoteepe①uoteepe①ualnssalCL50454035302520 ..,.,,, 80 90 100110 120130140 150Flowrateinm3/min圖3-17dc=7.5mm時(shí)靜?壓差隨流量的變化關(guān)系圖3-17d=7.5mm時(shí)靜壓差隨流量的變化關(guān)系Fig.3-17Relationshipofvariationbetweenstaticpressureandflowatcd=7.5mm90100110120130140202530354045Flowrateinm3/minPressureheadmmH2O0mm

20mm40mmdc=10.5mmoieeoieepe①一|ainss①一d圖3-184=10.5mm時(shí)靜壓差隨流量的變化關(guān)系圖3-18Cd=10.5mm時(shí)靜壓差隨流量的變化關(guān)系Fig.3-18Relationshipofvariationbetweenstaticpressureandflowatcd=10.5mm如圖3-16、圖3-17、圖3-18所示，是在風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離d分別為太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)360mm、20mm、40mm時(shí)，相同葉頂頂隙下流量與風(fēng)室內(nèi)靜壓差的對比圖。冷卻風(fēng)扇的額定流量在130m3/min附近。由圖示可以看出，由于在出風(fēng)管內(nèi)，風(fēng)扇葉片與管壁之間存在回流現(xiàn)象，較大的風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離，意味著氣流流到自由空間的距離增大，自由空間對回流現(xiàn)象的影響較小，風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離越大，在此區(qū)域的回流流量受到的影響越小，使得風(fēng)室內(nèi)靜壓差減小。在相同葉頂頂隙的情況卜，較小的風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離可以得到一個(gè)較大的風(fēng)室內(nèi)靜壓差和進(jìn)口流量；而較大的風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離則較小。在額定流量增加的情況下，較小的風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離仍然帶來一個(gè)較大的風(fēng)室內(nèi)靜壓差和進(jìn)口流量。相同葉頂頂隙、不同風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管的距離時(shí)流量與效率的對比圖80901001101201301401500.320.340.360.380.400.420.440.460.480.500.520.54EfficiencyFlowrateinm3/minde=5mm0mm20mm40mmdc=5mm第三章電機(jī)冷卻dc=5mm第三章電機(jī)冷卻0.54]0.520.500.480.460.440.420.400.380.360.34-03280 90 100 110 120 130 140 1503Flowrateinm/min圖3-194.=5mm時(shí)效率隨流量的變化關(guān)系圖3-19d=5mm時(shí)效率隨流量的變化關(guān)系Fig.3-19Relationshipofvariationbetweenefficiencyandflowatcd=5mm太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)3780901001101201301401500.340.360.380.400.420.440.460.480.500.520.54

0.56EfficiencyFlowrateinm30.56EfficiencyFlowrateinm3/minde=7.5mm0mm20mm40mmdc=7.5mm0.540.520.500.480.460.440.420.400.380.36-°34 80 90 100110 120130 140150Flowrateinm3/min圖3-20"<=7.5mm時(shí)效率隨流量的變化關(guān)系圖3-20cd=7.5mm時(shí)效率隨流量的變化關(guān)系Fig.3-20Relationshipofvariationbetweenefficiencyandflowatcd=7.5mm901001101201301400.340.360.380.400.420.440.460.480.500.52Flowrateinm3/min0mm20mm40mm圖3-214=10.5mm時(shí)效率隨流量的變化關(guān)系圖3-21Cd=10.5mm時(shí)效率隨流量的變化關(guān)系Fig.3-21Relationshipofvariationbetweenefficiencyandflowatd=10.5mm如圖3-19、圖3-20、圖3-21所示，是在風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離d分別為

Omm,20mm、40mm時(shí)，相同葉頂頂隙下流量與風(fēng)室內(nèi)靜壓差的對比圖。由圖示可以看出，較小的風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離帶來更大的進(jìn)口流量和軸效率。由于風(fēng)室內(nèi)壓強(qiáng)小，在出口風(fēng)管內(nèi)，風(fēng)扇葉片與管壁之間存在回流現(xiàn)太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)38象，更小的葉頂頂隙意味著風(fēng)扇葉片與風(fēng)管管壁間的間隙越小，這樣在此區(qū)域的回流流量明顯變小，而較大的風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離意味著自由空間對回流現(xiàn)象影響較小，而通風(fēng)機(jī)功率變化不大，這使得軸效率更大。額定流量下，相同風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離的情況下，較小的葉頂頂隙，會(huì)帶來更大的效率；特別的，在風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離為0mm時(shí)，不同葉頂頂隙的效率都有一個(gè)峰值，即存在效率的最大值。對應(yīng)于效率-流量曲線的峰值點(diǎn)，此時(shí)沿葉片各截面的流線分布均勻，所以出現(xiàn)效率最高點(diǎn)。當(dāng)流量小于效率最高點(diǎn)的流量時(shí)，沿葉片各截面壓力不相等，流線分布不均勻，出現(xiàn)二次回流，由于二次回流伴有較大的能量損失，因此，效率也隨之下降。不同葉頂頂隙、相同風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離時(shí)流量與風(fēng)室內(nèi)靜壓差的對比圖d=0mmoTEEpe①①」nss①」d—5mm7.5mmoTEEpe①①」nss①」d—5mm7.5mm一▲10.5mm50454035302520-80 90 100 110 120 130 140 1503Flowrateinm/min圖3-22d=0mm時(shí)靜壓差隨流量的變化關(guān)系圖3-22d=0mm時(shí)靜壓差隨流量的變化關(guān)系Fig.3-22Relationshipofvariationbetweenstaticpressureandflowatd=0mm太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)

50a=zumm50Flowrateinm3/min圖3-23d=20mm時(shí)靜壓差隨流量的變化關(guān)系圖3-23d=20mm時(shí)靜壓差隨流量的變化關(guān)系Fig.3-23Relationshipofvariationbetweenstaticpressureandflowatd=20mmd=40mmooteepe①一|amssaid20 , , ? , , 80 90 100 110 120 130 140Flowrateinm3/min圖3-24d=40mm時(shí)靜壓差隨流量的變化關(guān)系圖3-24d=40mm時(shí)靜壓差隨流量的變化關(guān)系Fig.3-24Relationshipofvariationbetweenstaticpressureandflowatd=40mm如圖3?22、圖3?23、圖3-24所示，是在葉頂頂隙分別為5mm、7.5mm、10.5mm時(shí)，相同風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離下，流量與風(fēng)室內(nèi)靜壓差的對比圖。由圖示可以看出，由于在出風(fēng)管內(nèi)，風(fēng)扇葉片與管壁之間存在回流現(xiàn)象，較大的葉頂頂隙，意味著風(fēng)扇葉片與風(fēng)管管壁之間的間隙越大，在此區(qū)域的回流流量明顯增加，使得風(fēng)室內(nèi)靜壓差減小。在相同風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離的情況下，較小的葉頂頂隙可以得到一個(gè)較大的風(fēng)室內(nèi)靜壓差和進(jìn)口流量；而較太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)40大的葉頂頂隙則較小。在額定流量增加的情況下，較小的葉頂頂隙仍然帶來一個(gè)較大的風(fēng)室內(nèi)靜壓差和進(jìn)口流量。3.6.6不同葉頂頂隙、相同風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離時(shí)流量與效率的對比圖80901001101201301401500.360.380.400.42

0.440.460.480.500.52EfficiencyFlowrateinm3/mindOmm5mm7.5mm10.5mm0.520.500.480.460.440.420.400.380.36-15080 90 100 110 120 130 140150Flowrateinm3/min圖3-25d=0mm時(shí)效率隨流量的變化關(guān)系圖3-25d=0mm時(shí)效率隨流量的變化關(guān)系Fig.3-25Relationshipofvariationbetweenefficiencyandflowatd=0mm80901001101201301401500.340.360.380.400.42

0.440.460.480.500.520.540.440.460.480.500.520.540.56EfficiencyFlowrateinm3/mind=20mm5mm7.5mm10.5mmd=20mm0.540.520.500.480.460.440.420.400.380.360.34-8090 100 110 120 130 140Flowrateinm390 100 110 120 130 140Flowrateinm3/min150圖3?26d=20mm時(shí)效率隨流量的變化關(guān)系Fig.3-26Relationshipofvariationbetweenefficiencyandflowatd=20mm太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)

4180901001101201301400.320.340.360.380.400.420.440.460.480.500.52EfficiencFlowrateinm3/min5mm7.5mm10.5mmd=40mm0.520.500.480.460.440.420.400.380.360.34-d=40mmn^2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?d=40mm80 90 100 110 1203 130 140Flowrateinm/min圖3-27d=40mm時(shí)效率隨流量的變化關(guān)系

圖3?27d=40mm時(shí)效率隨流量的變化關(guān)系Fig.3-27Relationshipofvariationbetweenefficiencyandflowatd=40mm如圖3?25、圖3?26、圖3?27所示，是在葉頂頂隙分別為5mm、7.5mm、10.5mm時(shí)，相同風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離下，流量與效率的對比圖。由圖示可以看出，較小的出口風(fēng)管葉頂頂隙帶來更大的進(jìn)口流量和軸效率。由于風(fēng)室內(nèi)壓強(qiáng)小，在出口風(fēng)管內(nèi)，風(fēng)扇葉片與管壁之間存在回流現(xiàn)象，更小的葉頂頂隙意味著風(fēng)扇葉片與風(fēng)管管壁間的間隙越小，這樣在此區(qū)域的回流流量明顯變小，而通風(fēng)機(jī)功率變化不大，這使得軸效率更大。3.6.7相同葉頂頂隙實(shí)驗(yàn)測得的出口平均速度與相同流量下理論平均速度對比8090100110120130140150121416182022Flowrateinm3/minflowrateexperimentaldatatheoreticaldatadc=5mmd=0mm8090100110120130140121416182022flowrateFlowrateinm3/mindc=7.5mmd=0mmexperimentaldatatheoreticaldatadc=5mm、d=0mmdc=5mm、d=0mmdc=7.5mm、d=0mmdc=5mmd=Omm1%0 90 100 110dc=5mmd=Omm1%0 90 100 110 120 130 140 150Flowrateinm3/min①75』moj(a)dc=5mm>d=0mm(c)dc=5mm、d=Oirun圖3-28不同葉頂頂隙、風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離實(shí)臉與理論出口平均速度對比圖3-28不同葉頂頂隙、風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離實(shí)驗(yàn)與理論出口平均速度對比Fig.3-28Contradistinctionofflowratebetweenexperimentalandtheoretical圖3-28所示的是不同葉頂頂隙、風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離下，實(shí)驗(yàn)與理論出口處平均速度的對比圖。理論上，風(fēng)扇出口處的平均速度與流速成線性關(guān)系，流速越大，風(fēng)扇出口處的平均速度越大。而實(shí)驗(yàn)所測得的出口平均速度與理論的趨勢一致，與理論值相比較小。分析可能的原因：實(shí)驗(yàn)測量時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速較高，引起風(fēng)扇出風(fēng)管的震動(dòng)，使得采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。其他不同葉頂頂隙、風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離實(shí)驗(yàn)與理論出口平均速度對比見附錄。3.7本章小結(jié)由以上分析可知，可以得到以下結(jié)論：.通過分析額定流量下，葉頂頂隙對風(fēng)室靜壓差的影響，可以知道：葉頂頂隙越小，則風(fēng)室內(nèi)靜壓差越高；而在同一葉頂頂隙之下，風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離越小則靜壓差越高。.通過分析額定流量下，風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離對效率的影響，可以知道：相同葉頂頂隙下，在風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離d=20mm時(shí)，效率最高；而在同一風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離卜葉頂頂隙越小則效率越小。

電機(jī)冷卻.在出風(fēng)管內(nèi)，風(fēng)扇葉片與管壁之間存在回流現(xiàn)象，氣流流到自由空間的太原理工大學(xué)?？茖W(xué)位論文 第三章電機(jī)冷卻風(fēng)扇性能實(shí)驗(yàn)43距離受到風(fēng)扇出口而離擴(kuò)壓管距離的影響，距離越大，則回流流量受到的影響越小，使得風(fēng)室內(nèi)靜壓差減小，反之亦然。在相同葉頂頂隙的情況下，風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離越小，可以得到較大的風(fēng)室內(nèi)靜壓差和進(jìn)口流量，反之亦然。.由于風(fēng)室內(nèi)靜壓差小，較小的葉頂頂隙使得回流現(xiàn)象變小，而較大的風(fēng)扇出口而離擴(kuò)壓管距離對回流現(xiàn)象影響較小，使得進(jìn)口流量和軸效率增大。.在風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離d=Omm時(shí)，不同葉頂頂隙的效率都有一個(gè)峰值，即存在效率的最大值，這就為我們尋找理想的葉頂頂隙和風(fēng)扇出口面離擴(kuò)壓管距離帶來了依據(jù)。計(jì)算流體力學(xué)理論與應(yīng)用軟件CFX計(jì)算流體力學(xué)(CFD)是20世紀(jì)60年代起伴隨計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展而迅速崛起的學(xué)科，是計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。本論文中，CFD方法的采用使我們能夠數(shù)值化解決Nav