大容量高速電驅(qū)系統(tǒng)配套同步電機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)研究

馬 越，薛 超，李倩倩

(上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240)

0 引言

高爐風(fēng)機(jī)驅(qū)動電機(jī)被用于驅(qū)動煉鐵廠風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)，為高爐提供壓縮空氣。受制于旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)和變頻器技術(shù)的發(fā)展，該類型電機(jī)尤其是大容量電機(jī)一直被國外電機(jī)巨頭壟斷。隨著旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)的突破及變頻技術(shù)的進(jìn)步，我廠已具備研制該類電機(jī)的能力，可進(jìn)一步拓展該市場，替代進(jìn)口產(chǎn)品。為此，我廠開展了大容量高爐風(fēng)機(jī)驅(qū)動電機(jī)的研發(fā)，功率覆蓋范圍為45～55 MW。

本文以一臺大容量高速電驅(qū)系統(tǒng)配套同步電機(jī)[1]為例，采用有限體積法對電機(jī)內(nèi)的流體場進(jìn)行仿真分析[2]，對額定流量下的風(fēng)路進(jìn)行研究，對風(fēng)路結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核并提出優(yōu)化措施。

1 數(shù)學(xué)模型

電機(jī)冷卻系統(tǒng)內(nèi)的冷卻介質(zhì)以流體的形式流動，其流動特性要遵循質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律及能量守恒定律[3]。結(jié)合電機(jī)內(nèi)部介質(zhì)的特點，可總結(jié)出流體流動的控制方程。

(1) 質(zhì)量守恒方程

質(zhì)量守恒方程即流體運動的連續(xù)性方程，電機(jī)內(nèi)冷卻流體作定常流動，且流體為不可壓縮。方程為：

(1)

式中：u、v和w分別為速度矢量在x、y和z方向上的分量。

(2) 動量守恒方程

動量守恒同樣是流體流動必須遵守的基本方程，由于電機(jī)內(nèi)冷卻流體具有不可壓縮性，其動量守恒方程為：

(2)

式中：ρ為流體的密度；p為流體微元體上的壓力；u、v和w分別為速度矢量在x、y和z方向上的分量；μ為動力黏度；Su、Sv、Sw為動量守恒方程的廣義源項。

(3) 能量守恒方程

對于電機(jī)內(nèi)流體，可寫出通用形式的能量守恒方程：