(佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江佳木斯 154005)

鼠籠型電機(jī)離心式徑向風(fēng)扇程序設(shè)計(jì)

閆丹

(佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江佳木斯 154005)

鼠籠型電機(jī)離心式徑向風(fēng)扇程序設(shè)計(jì)概括起來(lái)就是首先根據(jù)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或方式確定電動(dòng)機(jī)所需風(fēng)量，以及風(fēng)扇的壓力的機(jī)械耗，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算確定離心式風(fēng)扇葉輪的內(nèi)徑、外徑和葉片的寬度，并最終確定鼠籠型電機(jī)離心式徑向風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)尺寸的過(guò)程。

鼠籠型電機(jī)；離心式徑向風(fēng)扇；冷卻風(fēng)量；風(fēng)扇壓力

0 引言

鼠籠型電動(dòng)機(jī)最常采用離心式風(fēng)扇，因?yàn)樗墚a(chǎn)生的較高壓力最適合一般電機(jī)特別是中小型鼠籠型電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的需要。風(fēng)扇的合理設(shè)計(jì)對(duì)電機(jī)性能有著重要意義，但是由于專(zhuān)業(yè)性的限制，設(shè)計(jì)者對(duì)電機(jī)上的離心式風(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多不是很熟悉，因此電機(jī)的離心式風(fēng)扇仍是電機(jī)技術(shù)需要研究的關(guān)鍵。本文就離心式徑向風(fēng)扇的工作原理、特性及計(jì)算要點(diǎn)作如下說(shuō)明。

1 離心式徑向風(fēng)扇的工作原理和特性

鼠籠型電機(jī)離心式該向風(fēng)扇的工作原理和特性詳見(jiàn)如下論述。電機(jī)風(fēng)扇的計(jì)算目的，在于保證電機(jī)各發(fā)熱部件有合理的空氣流量流過(guò)，用來(lái)保證通風(fēng)系統(tǒng)的壓力，以便確定電機(jī)表面散熱系數(shù)，為溫升計(jì)算創(chuàng)造條件。圖1是離心式風(fēng)扇葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片間的空氣被所產(chǎn)生的離心力向葉輪外緣的方向甩出去，新的氣體會(huì)不斷地從葉輪內(nèi)徑處補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，形成氣體的不斷流動(dòng)，其結(jié)果是獲得了氣體壓力以使其能順利通過(guò)風(fēng)路。

圖1離心式風(fēng)扇葉輪結(jié)構(gòu)圖

在風(fēng)扇運(yùn)行時(shí)，風(fēng)扇所產(chǎn)生的壓力HL和流量Q之間的關(guān)系屬于風(fēng)扇的外特性，其關(guān)系式見(jiàn)式(1)

(1)

式中，γ—?dú)怏w的重度；g—9.8m/s2；u1—葉輪內(nèi)徑的線速度m/s；u2—葉輪外徑的線速度m/s；b—葉片的寬度m；Ω—葉輪的角速度；β1—葉片入口角度(度)；β2—葉片出口角度(度)。

從式(1)可以分析葉片的出、入口角度對(duì)風(fēng)扇外特性的影響，入口角度見(jiàn)圖2。入口角β1一般總是小于或等于90°，因?yàn)檫@樣可以減少氣體進(jìn)入風(fēng)扇時(shí)的損耗，但出口角β2則可以等于、大于或小于90°，按β1和β2之間的關(guān)系，如圖3所示，離心式風(fēng)扇可以分為三類(lèi)，詳見(jiàn)表1。

表1 離心式風(fēng)扇分類(lèi)表

圖2葉輪入口及出口的速度三角形

圖3離心式風(fēng)扇的外特性

2 電動(dòng)機(jī)所需冷卻風(fēng)量計(jì)算公式

2.1 徑向式葉片風(fēng)扇計(jì)算程序

(2)

式中，η—取值電機(jī)效率；P2—電機(jī)額定效率kW；θa—冷卻空氣進(jìn)入電機(jī)后到的溫升，通常取15～20℃。

2.2 風(fēng)扇壓力的算法

(3)

式中，η1—0.16～0.2；Pj—風(fēng)扇的輸入功率，可近似等于電機(jī)的機(jī)械耗(W)。

2.3 機(jī)械耗估算

Pj—電機(jī)的機(jī)械損耗(W)的估算

(1)2極防護(hù)式電機(jī)

(2)4極以上防護(hù)式

(3)2極封閉型自扇冷式

(4)4極以上封閉型自扇冷式

式中，D1—定子外徑cm；D2—轉(zhuǎn)子外徑cm；p—電機(jī)極對(duì)數(shù)。

2.4 風(fēng)扇結(jié)構(gòu)計(jì)算

離心式風(fēng)扇的計(jì)算主要是確定徑向風(fēng)扇葉輪的內(nèi)徑D1、外徑D2、葉片的寬度b。其過(guò)程：(1)首先根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)或方式和電機(jī)的結(jié)構(gòu)選定徑向風(fēng)扇葉輪的外徑D2。對(duì)于軸向通風(fēng)系統(tǒng)，D2應(yīng)盡量選擇最大可能的數(shù)值，以便產(chǎn)生較高的風(fēng)壓。(2)按照選定的外徑D2確定線速度u2

(3)

式中，n—風(fēng)扇轉(zhuǎn)數(shù)，與電機(jī)相同；D2的單位(m)。

(3)假定QM=2Q則風(fēng)扇葉輪外徑處的圓型表面積

(4)

(4)確定風(fēng)扇葉片的寬度b

(5)

(6)

故葉輪的內(nèi)徑為

(7)

式中，n—風(fēng)扇轉(zhuǎn)數(shù)，與電機(jī)相同；D1的單位(m)。

(6)葉片數(shù)N

(8)

3 計(jì)算實(shí)例

一臺(tái)小型鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)其額定功率為22kW，額定轉(zhuǎn)速為1500rad/min，額定電壓為380V，通風(fēng)系統(tǒng)為封閉式冷卻。電機(jī)的機(jī)械損耗為0.102kW，在額定負(fù)載時(shí)電機(jī)的效率為93.64%，所以所需風(fēng)量為

=0.085(m3/s)

風(fēng)扇壓力

為了制造及工藝上的便捷，采用徑向葉片的離心式風(fēng)機(jī)，風(fēng)扇都裝在轉(zhuǎn)軸上，故轉(zhuǎn)速為1500rad/min。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，風(fēng)扇外徑為D2=0.34m得

假定QM=2Q，則風(fēng)扇葉輪外徑處的圓型表面積

確定風(fēng)扇葉片的寬度b

則風(fēng)扇內(nèi)徑線速度

故葉輪的內(nèi)徑為

葉片數(shù)N

取N=12。

4 結(jié)語(yǔ)

因此風(fēng)扇的計(jì)算在電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)風(fēng)扇時(shí)應(yīng)依據(jù)預(yù)定的通風(fēng)方式以及風(fēng)扇的具體安裝位置和電機(jī)整個(gè)結(jié)構(gòu)綜合考慮，才能確保電機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的有效運(yùn)行。

[1] 鄭龍平，高靜，李光耀.閉口槽充水式高壓潛水電機(jī)的設(shè)計(jì).防爆電機(jī)，2014.

[2] 李賢明，王同章，周平.大功率高速電動(dòng)機(jī)高效率低噪聲離心風(fēng)扇的研究與設(shè)計(jì).防爆電機(jī)，2005.

[3] 翟洪波，田春梅.鼠籠型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)溫度的設(shè)計(jì)方法.防爆電機(jī)，2006.

ProgramDesignonCentrifugalRadialFanofSquirrel-CageMotor

YanDan

(Jiamusi Explosion-Proof Electric Machine Institute, Jiamusi 154002, China)

Program design for centrifugal radial fan of squirrel-cage motor is summarized. Firstly, the required air volume of motor and the mechanical loss of fan pressure are determined according to structure and type of the ventilation system. And then, the inner and outer diameters of impeller and the blade width of centrifugal fan are determined by calculation. Finally, structural dimension of the fan is determined.

Squirrel-cage motor；centrifugal radial fan；cooling air volume；fan pressure

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.06.04

TM302

A

1008-7281(2017)06-0012-003

閆丹女1978年生；畢業(yè)于哈爾濱師范大學(xué)漢語(yǔ)言文學(xué)專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事電機(jī)技術(shù)工作.

2017-06-27