淺析緊湊型高壓三相異步電動機內風扇的優化設計

李廣藝

（哈電集團佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002）

淺析緊湊型高壓三相異步電動機內風扇的優化設計

李廣藝

（哈電集團佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002）

介紹半徑向葉片風扇的設計和內風路流體域模型的建立，對內風路與風扇流體域計算與結果進行科學的綜合分析。

三相異步電動機；半徑向葉片；風扇設計

本文主要以YJKK系列電機作為例子進行研究。此系列是目前中型高壓電機系列生產的旗艦產品，不僅因為它在同容量電機中數值遠遠優于前代，還在于其運行功率得到了大大提高。考慮到幾何相似定律的影響，功率密度越大，內部散熱也一定會產生問題，甚至還可能直接導致電機溫升達到理論限值。只有從冷卻系統入手，完成電機的升級工作，才能做到安全可靠的運行。本文嘗試通過有限體積法理論，來重新優化電機風扇的設計方案。

1 半徑向葉片風扇的設計

1.1 風扇基本結構

所研究的電機風扇大都會采取后傾離心式設計，葉片型線選擇大都為直線，也有部分型線選擇圓弧和螺旋線。螺旋線型線的工藝十分復雜，相應的加工難度顯然也會存在。通過對原有葉片中后傾風扇進行分析，可以將原有的風扇葉片進行改進，將后傾葉片改為半徑向葉片，型線選擇為圓弧形，當然，為保證整體結構的穩定，不改動風扇的前后盤。

1.2 風扇基本尺寸的確定

葉片頂部的平均直徑數字化和葉片根部平均直徑數值是保持不變的，結合電機內風路流體的基本參數將計算的數值進行取整，這種結果是需要參考的片數，依照工廠采集的結果來看，對于轉速較高的電機，還應將求得的值再減少一些為宜，為了取得更好的平衡目的，葉片的選取要選擇偶數。

2 內風路流體域模型的建立

2.1 內風路流體物理模型的建立

該系列的緊湊型電機所采用的通風結構屬于混流通風型，當然，這樣的結構可以涵蓋內外兩個風路，其中可以看出低溫氣體。在入風口完成進入電機的第一步，通過到達繞組頂端后轉入軸焊筋板，這時會在擋風板的空隙產生預期的高溫氣流，氣流隨之進入到出風口中。當然，內風路的流體本身在流動上具有不對稱性的特征。

2.2 內風路流體數學模型的建立

對一個電機的通風冷卻系統進行考量，會發現其內流體是不可壓縮的。因此，可以將內風路流體的計算做出下列假設，這種情況只能在電機穩定運行的情況下發生，這時的流體流動與傳熱的情況屬于定常流動，可以采用一種湍流模型對上述情形求出答案，最后建立模型。這時采用電機不考慮浮力和重力造成的影響，因為這時區域內流體的流速遠遠小于聲速，直接造成的馬赫數非常小，因此,可以直接把機內的流體視作不可壓縮流體來進行處理。

3 內風路與風扇流體域計算結果分析

本文主要通過的理論是流體力學理論和有限體積法兩大理論，是通過它們實現對機內風路流體完成仿真測試工作的，最終得以窺見內風路流體域的整體分布，通過整個內風路流體域流體跡線，這時右側的流體本身會從冷卻器中流出，經由定轉子來到內風扇位置上，這樣就完成了理論上的一個循環。當然，對于葉片后傾風扇的實驗結果來看，考慮到這種電機在基本運行的時候受環境及建模影響的因素很大，本身并未考慮到流體阻力的因素，所以，這個時候計算出的流量實際上是大于實際數值的。我們還需要給出沿軸方向上風扇葉片速度矢量的數值，這個時候風扇的出風速度實際上是大于葉片后傾風扇的測量數值的。

我們還可以看出：風扇的流量是伴隨靜壓的數值反向變化的，通過風扇的曲線圖可以直觀地判斷出這個風扇的基本性能，因為在電機內部風阻基本確定的前提下，它的風阻曲線與靜壓曲線交匯的地方就是這個風扇的工作點。當這個葉片半徑向風扇的流量變小時，是不能滿足正常工作要求的，實際上葉片后傾風扇和葉片半徑向風扇各自的額定工作點并不相同時，與之對應的靜壓數值也不一樣，得到的結果是：葉片半徑向風扇內風路流體域的流體速度會遠遠大于原種葉片后傾風扇的數值，所以建議以此種方式改進設計風扇，因為這樣會遠遠好于現行風扇。

4 綜合分析

對緊湊型箱式電動機進行了上述運行分析后，發現高額電機內的三維流體場全域分析的結果實際上與測值的數值是吻合的，結果充分證明了我們所使用的模型是可以操作的，我們之前進行的假設也是與邊界條件互相吻合的，證明了我們提出的半徑向葉片風扇的存在基本的合理性。

5 結語

可將電機常用風扇的類型劃分為離心式、軸流式和斗式三種類型。其中，斗式風扇由于其涵蓋了前兩種風扇的優點，所以，經常被視作復合式風扇被廣泛應用到大型高壓電機之中。當然，也存在當風路結構十分復雜的情況，這時候可以考慮到風阻對風壓的影響問題，我們也可以采用離心式風扇。本文正是通過這方面對風扇理論進行了一定的分析與計算，進而提出了半徑向葉片風扇的設計方案，而實際的測量計算結果也說明了其相較于前設計有著獨特的優勢，具體表現在風量擴大，并能達到快速降低電機溫升的目的，當然，對于這種風扇的改進，并不會增加本身的成本，也不需要變換原有的安裝尺寸，但是，卻可提高風扇在大型高壓電機上的使用效果，這一點十分重要。

［1］霍菲陽，李勇，李偉力，等.大型空冷汽輪發電機定子通風結構優化方案的計算與分析［J］.中國電機工程學報，2010，(06)：73-74.

［2］魏書慈，李士菊.淺談中小型電機風扇的設計［J］.電機技術，1996，(02)：60.

Analysis on Optimization Design of Internal fan for Compact High Voltage three Phase Asynchronous Motor

LI Guang-yi
(Jiamusi Electric Machine Company Limited,Heilongjiang,Jiamusi 154002,China)

This paper introduces the comprehensive analysis of the radius to the establishment of the fan blade design and endogenous wind road fluid domain model,endogenous wind road and fan flow field calculation and results of scientific.

Three phase asynchronous motor;Radius toblade;Fan design

TM343.2

B

1674-8646（2015）09-0034-02

2015-06-19