李广艺

（哈电集团佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002）

浅析紧凑型高压三相异步电动机内风扇的优化设计

李广艺

（哈电集团佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002）

介绍半径向叶片风扇的设计和内风路流体域模型的建立，对内风路与风扇流体域计算与结果进行科学的综合分析。

三相异步电动机；半径向叶片；风扇设计

本文主要以YJKK系列电机作为例子进行研究。此系列是目前中型高压电机系列生产的旗舰产品，不仅因为它在同容量电机中数值远远优于前代，还在于其运行功率得到了大大提高。考虑到几何相似定律的影响，功率密度越大，内部散热也一定会产生问题，甚至还可能直接导致电机温升达到理论限值。只有从冷却系统入手，完成电机的升级工作，才能做到安全可靠的运行。本文尝试通过有限体积法理论，来重新优化电机风扇的设计方案。

1 半径向叶片风扇的设计

1.1 风扇基本结构

所研究的电机风扇大都会采取后倾离心式设计，叶片型线选择大都为直线，也有部分型线选择圆弧和螺旋线。螺旋线型线的工艺十分复杂，相应的加工难度显然也会存在。通过对原有叶片中后倾风扇进行分析，可以将原有的风扇叶片进行改进，将后倾叶片改为半径向叶片，型线选择为圆弧形，当然，为保证整体结构的稳定，不改动风扇的前后盘。

1.2 风扇基本尺寸的确定

叶片顶部的平均直径数字化和叶片根部平均直径数值是保持不变的，结合电机内风路流体的基本参数将计算的数值进行取整，这种结果是需要参考的片数，依照工厂采集的结果来看，对于转速较高的电机，还应将求得的值再减少一些为宜，为了取得更好的平衡目的，叶片的选取要选择偶数。

2 内风路流体域模型的建立

2.1 内风路流体物理模型的建立

该系列的紧凑型电机所采用的通风结构属于混流通风型，当然，这样的结构可以涵盖内外两个风路，其中可以看出低温气体。在入风口完成进入电机的第一步，通过到达绕组顶端后转入轴焊筋板，这时会在挡风板的空隙产生预期的高温气流，气流随之进入到出风口中。当然，内风路的流体本身在流动上具有不对称性的特征。

2.2 内风路流体数学模型的建立

对一个电机的通风冷却系统进行考量，会发现其内流体是不可压缩的。因此，可以将内风路流体的计算做出下列假设，这种情况只能在电机稳定运行的情况下发生，这时的流体流动与传热的情况属于定常流动，可以采用一种湍流模型对上述情形求出答案，最后建立模型。这时采用电机不考虑浮力和重力造成的影响，因为这时区域内流体的流速远远小于声速，直接造成的马赫数非常小，因此,可以直接把机内的流体视作不可压缩流体来进行处理。

3 内风路与风扇流体域计算结果分析

本文主要通过的理论是流体力学理论和有限体积法两大理论，是通过它们实现对机内风路流体完成仿真测试工作的，最终得以窥见内风路流体域的整体分布，通过整个内风路流体域流体迹线，这时右侧的流体本身会从冷却器中流出，经由定转子来到内风扇位置上，这样就完成了理论上的一个循环。当然，对于叶片后倾风扇的实验结果来看，考虑到这种电机在基本运行的时候受环境及建模影响的因素很大，本身并未考虑到流体阻力的因素，所以，这个时候计算出的流量实际上是大于实际数值的。我们还需要给出沿轴方向上风扇叶片速度矢量的数值，这个时候风扇的出风速度实际上是大于叶片后倾风扇的测量数值的。

我们还可以看出：风扇的流量是伴随静压的数值反向变化的，通过风扇的曲线图可以直观地判断出这个风扇的基本性能，因为在电机内部风阻基本确定的前提下，它的风阻曲线与静压曲线交汇的地方就是这个风扇的工作点。当这个叶片半径向风扇的流量变小时，是不能满足正常工作要求的，实际上叶片后倾风扇和叶片半径向风扇各自的额定工作点并不相同时，与之对应的静压数值也不一样，得到的结果是：叶片半径向风扇内风路流体域的流体速度会远远大于原种叶片后倾风扇的数值，所以建议以此种方式改进设计风扇，因为这样会远远好于现行风扇。

4 综合分析

对紧凑型箱式电动机进行了上述运行分析后，发现高额电机内的三维流体场全域分析的结果实际上与测值的数值是吻合的，结果充分证明了我们所使用的模型是可以操作的，我们之前进行的假设也是与边界条件互相吻合的，证明了我们提出的半径向叶片风扇的存在基本的合理性。

5 结语

可将电机常用风扇的类型划分为离心式、轴流式和斗式三种类型。其中，斗式风扇由于其涵盖了前两种风扇的优点，所以，经常被视作复合式风扇被广泛应用到大型高压电机之中。当然，也存在当风路结构十分复杂的情况，这时候可以考虑到风阻对风压的影响问题，我们也可以采用离心式风扇。本文正是通过这方面对风扇理论进行了一定的分析与计算，进而提出了半径向叶片风扇的设计方案，而实际的测量计算结果也说明了其相较于前设计有着独特的优势，具体表现在风量扩大，并能达到快速降低电机温升的目的，当然，对于这种风扇的改进，并不会增加本身的成本，也不需要变换原有的安装尺寸，但是，却可提高风扇在大型高压电机上的使用效果，这一点十分重要。

［1］霍菲阳，李勇，李伟力，等.大型空冷汽轮发电机定子通风结构优化方案的计算与分析［J］.中国电机工程学报，2010，(06)：73-74.

［2］魏书慈，李士菊.浅谈中小型电机风扇的设计［J］.电机技术，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