中小型感应电动机通风冷却系统与节能探讨
|
中小型感应电动机是国民经济中应用量最大、涉及领域最为广泛的动力机械之一，装机总容量占全部用电设备容量的75%以上，是电能消耗大户。就感应电动机本身而言，高速感应电动机外通风损耗占有相当大的比例：大功率的2极电动机中外通风损耗可占到电动机总损耗的1/3左右，约相当于电动机容量的3%左右;4极电动机中外通风损耗也占到电机容量的1.5%左右，而且通风噪声也大。因此，研究感应电动机的节能风扇与通风系统是电机设计中一项十分重要的课题。 全封闭式感应电动机外风路局部系统设计往往难以十分合理，高速应用场合这一情况尤为突出，导致通风损耗有时高得离奇。一般情况下，通风损耗高的主要原因是由于其外风扇效率低，通常只有20%~30%，高的也不过40%左右，加上外风路局部系统设计上的缺陷，种种异常也就不足为奇了。理论上要降低通风损耗须把握三大要点：减少风量、提高风扇效率及降低风路风阻。实际上则必须权衡诸多因素：减少风量影响电机温升，涉及到绝缘材料与电机寿命，后两方面将涉及风扇与外风路风阻或风罩结构。 1 关于风扇 全封闭外(风)扇冷式感应电动机从系列生产角度出发，通常考虑风扇在电机正、反转时都能用，因而大多采用叶片径向分布的盆式风扇。这种风扇虽有一些优点，但研究表明：当气流流过叶片间时，形成气流的形状与流道断面不一致，以致形成较大的脱体涡流损失。另外，若风罩形状与风扇配合不当，风扇与风罩之间的气流局部循环会引起局部涡流损失。结果是：效率低、噪声大。 解决的途径是：风罩的形状要合适，尽可能使风路截面处处相等或呈渐变结构;按照用户实际需求配给单方向旋转风扇，如采用轴流式或后倾式叶片的离心式风扇等。这样，会大大提高风扇效率、减小风阻，达到节省电能的目的。由于封闭外(风)扇冷却感应电动机的外风路风阻较小，机座上散热筋间的气流主要沿轴向，因此选用风压低、流量大的轴流式风扇较为适宜。如机翼型叶片的工业用轴流风扇，因为可以完全根据高的空气动力指标来设计，效率可高达80%以上。 事实上，电动机中风扇只是一个附件，转速、尺寸和结构上都受到限制，又不可能安装能提高风压及效率的“蜗壳”等，难以实现叶片与风罩间的很小径向间隙。这些都是使电动机中的轴流风扇效率低于工业用风扇，但噪声又大于工业用风扇的原因。 但是，必须指出，即使采用了机翼型轴流风扇，如果设计不合适，风扇效率也只能达到30%。因电动机风罩内的空间有限，设计轴流风扇时宜于选择升力大、阻力小、噪声小并适合制造工艺特点的翼型。轴流式风扇能使封闭式感应电动机各散热筋风沟之间的风速分布更为均匀。 由盆式风扇出来的气流沿切向的旋转分量较大，使端盖与机座的联结凸耳后面顺转向的好几个风沟内风速明显下降;而轴流式风扇的气流运动形式是由旋涡运动和轴流运动叠加而成的螺旋形轴向流动，凸耳后这种风沟只有1~2个，这相当于其有效散热筋数比盆式的多。因为建立风沟风速所需要的动风压是整个风路风压的主要部分，而同一风量下所需的风扇风压又是轴流式的较低，这就进一步降低了轴流式风扇的功率损耗与噪声。 2 关于风罩 为了减少风路上各处的局部涡流损失，轴流风扇必须配以形状合适的风罩。正确选择风扇与风罩间的径向间隙是关键。工业轴流风扇中规定单边径向间隙值应为叶片径向高度的1%，否则风扇效率将明显下降，这在电机中是很困难的。 另外，应根据进气无预旋，即进口处气流绝对速度的切向分量为零的原则，通过实验来确定合理的风扇与风罩间的轴向间隙，并考虑到工艺可能与避免产生共鸣声现象。此外，还应保证足够大的进风面积，可以使用进口导风圈与出口挡风圈，以有效地减小风阻及涡流，从而降低通风损耗和噪音。 3 合理减小电动机风量问题 在采用节能风扇与合理风罩间隙的条件下，有可能适当减小风量。试验也证明风量过大有害无利。据测定，某台电动机，当表面风沟中风速从20m/s增加到25m/s时，表面温升只减少2K左右。但为此,其通风损耗将增加近一倍，通风噪声提高5dB左右。而如果减小15%风量，温升影响不到2K。 |
