大型灯泡贯流泵机组不锈钢灯泡壳闭式通风冷却系统及其通风设计计算方法技术方案

一种大型灯泡贯流泵机组不锈钢灯泡壳闭式通风冷却系统及其通风设计计算方法，属于能源动力机械通风冷却领域，包括通风机、驱动贯流泵运转的电机及其通风槽和气隙、不锈钢灯泡壳及其内的贴壁式风道、挡风板和由挡风板围成的中心风道。中心风道、贴壁式风道与电机上的气隙和通风槽构成密闭循环风道。本发明专利技术采用了外表面免涂防锈漆的不锈钢灯泡壳，对通风回路进行优化设计，大大增强了热传导能力和对流换热能力，省去了空气冷却器及其冷却水系统，减小了系统阻力。因此，降低了系统设备成本，提高了系统可靠性，大大降低了通风冷却系统运行费用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大型电机的通风冷却方式，具体来说涉及一种大型灯泡贯流泵机组不锈钢灯泡壳闭式通风冷却系统及其通风设计计算方法，属于能源动力机械通风冷却领域。
技术介绍
目前，灯泡贯流泵机组电机冷却采用的强迫空气循环空气冷却器冷却+水外冷系统，是将灯泡壳、风道、挡风板、通风机、空气冷却器和电机（主要是通风槽和气隙）等组成密闭空间，包含一定体积的空气，利用通风机和转子强迫空气流动，吸收电机发热量的热空气由空气冷却器冷却，空气冷却器需要冷却水吸收的带走热量，部分热量通过传导由灯泡壳外部的流道水冷却。被冷却的空气重新被通风机压入电机进行冷却，形成闭式循环冷却过程。这类冷却系统存在以下问题：（1）系统组成复杂、设备费用高、可靠性差。冷却系统中设有空气冷却器，需一套冷却水泵及冷却水源、或冷却水散热处理设备。系统占地空间大、故障率高。运行时间较长时，空气冷却器因冷却水质不好导致内壁结垢，冷却效果渐差。（2）系统运行成本高。冷却系统运行时，系统中的空气冷却器冷却水泵及冷却水处理设备运行费用高。（3）灯泡壳上的防锈漆导热性能和表面换热性能差，降低了灯泡壳外部流道内水流的冷却效果。目前灯泡外壳采用的材料是普通钢板，导热系数约为34W/(m·K)，内表面涂防结露涂层，导热系数为0.046W/(m·K)，外表面涂防腐漆，导热系数约为0.16W/(m·K)，不利于流道水通过灯泡壳冷却灯泡壳内间隙中的热空气。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大型灯泡贯流泵机组不锈钢灯泡壳闭式通风冷却系统及其通风设计计算方法。本专利技术通过理论分析计算，设计采用不锈钢灯泡壳替换目前使用的普通钢灯泡壳，不锈钢灯泡壳外表面不涂防腐漆，提高了热传导能力，仅靠灯泡壳外部的水流冷却，即能满足对电机的强迫空气循环冷却的要求，因而，可以省去空气冷却器及其冷却水系统。同时对通风回路进行优化设计，简化、优化了通风系统，从而减小通风系统的流动阻力，降低系统通风机的运行压头，克服了
技术介绍
的问题。本专利技术通风冷却系统冷却效果好、设备成本低、运行费用低、结构简单可靠。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，大型灯泡贯流泵机组不锈钢灯泡壳闭式通风冷却系统，包括通风机和驱动贯流泵运转的电机、电机上的通风槽和气隙、不锈钢灯泡壳、不锈钢灯泡壳壁内的贴壁式风道、挡风板和由挡风板围成的中心风道。中心风道、贴壁式风道通过电机上的通风槽和气隙构成密闭循环风道。通风机和电机设置在灯泡壳内的中心风道内，通风机轴线与电机轴线重合。进一步地，所述通风冷却系统采用不锈钢灯泡壳，不锈钢灯泡壳外壁不涂防腐漆，不锈钢灯泡壳壁内设有贴壁式风道，贴壁式风道内壁上涂有防结露涂层。上述大型灯泡贯流泵机组不锈钢灯泡壳闭式通风冷却系统通风设计计算方法：设电机运行时，流道水温度为tw，与流道水热交换的热空气温度为tQ，电机发热量为P。流道水与灯泡壳外壁的表面换热系数hw=0.023Rew0.8Prw0.4λwDwϵew---(1)]]>式中：Prw、λw分别为温度为tw时水的普朗特准则数和导热系数；Rew为水流的雷诺数；Dw为当量直径；εew为修正系数。空气与灯泡壳内壁的表面换热系数ha=0.023Rea0.8Pra0.4λaDaϵea---(2)]]>式中：Pra、λa分别为温度为tQ时的热空气的普朗特准则数和导热系数；Rea为空气的雷诺数；Da为当量直径；εea为修正系数。空气与通风槽的表面换热系数hv=h(1+1.2v)v>65m/shv=h(1+k0v)v≤65m/s---(3)]]>式中：v为空气流速；h为平静空气表面换热系数，与发热表面有关，取值范围1.33～1.67；k0为气流吹拂效率系数，通常选用0.1。定子、转子、机座等圆筒形固壁的导热热阻按下式求出R=12πLλ·lnD2D1---(4)]]>式中：λ为固壁的导热系数；L为固壁的长度，D1、D2为固壁的内外径。绝缘层、防腐层以及线圈与之间的空气气隙等壁的导热热阻按下式求出R=δsλ---(5)]]>式中：λ为壁导热系数；s为壁换热面积，δ为壁厚度。外壁流道水实际冷却量P=(tQ-tw)ΣR·1-e-KK---(6)]]>式中：ΣR为水与灯泡体以及空气之间换热的总热阻；K=10-3/(ΣRQCa)，Ca为空气比热容；e为自然常数。空气循环系统冷端，即风机进口处的空气温度tc=(tQ-tw)e-K+tw    （7）通风量Q=P/[Ca(tQ-tc)]    （8）本专利技术在大型贯流泵机组中采用不锈钢灯泡壳，由不锈钢灯泡壳和挡风板隔成的贴壁式风道和中心主风道、通风机和电机通风槽和气隙，组成密闭连通的通风系统空间。水泵机组运行时，系统内的空气在通过电机通风槽和气隙时吸收电机产生的热量，在风机压力作用下循环。同时，水泵抽送的水体从灯泡壳外的流道流过。密闭系统内热空气流至贴壁式风道灯泡壳（包括电机外壳）内壁附近时，通过灯泡壳的热传导作用，与灯泡壳外的水流进行热交换，将热量传递给灯泡壳外的水体并被水流带走，达到对电机冷却的目的。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：第一，本专利技术冷却效果好。本专利技术采用不锈钢灯泡壳，免涂防腐漆，大大增强了热传导能力和表面换热能力，增大了流道水通过灯泡壳与系统内热空气的热交换量，提高了系统的冷却效果。第二，本专利技术设备成本低。本专利技术采用不锈钢灯泡壳，与传统的普通钢灯泡壳费用相差不多，但与外部流道水流的热交换能力大为提高，在保证电机不过热的情况下，电机发热量可全部由流道水吸收带走，从而省去了空气冷却器及其冷却水系统。通常情况下，主水泵机组使用寿命期内需要2套空气冷却器及其冷却水系统，冷却水系统较为复杂，由冷却水泵、配套电机、管路、水源及其水处理设备组成。因而，本专利技术可以节省大量的设备成本。第三，本专利技术运行费用低。本专利技术采用不锈钢灯泡壳后，省去了通风冷却系统中的空气冷却器及其冷却水系统。一方面，由于在通风冷却系统中去除了空气冷却器，并且对通风回路进行优化设计，减小了空气在系统回路中的流动阻力，降低了系统风机的运行压头，因而降低了通风机的运行费用。另一方面，由于省去了空气冷却器的冷却水系统，也即省去了冷却水泵机组的运行费用和冷却水的处理费用。第四，本专利技术可靠耐久性好。本专利技术采用不锈钢灯泡壳，一方面，省去了通风冷却系统中复杂的空气冷却器及其冷却水系统，去掉了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型灯泡贯流泵机组不锈钢灯泡壳闭式通风冷却系统，包括通风机、驱动贯流泵运转的电机及电机上的气隙和通风槽，其特征是，设有不锈钢灯泡壳、不锈钢灯泡壳壁内的贴壁式风道、挡风板和由挡风板围成的中心风道，中心风道、贴壁式风道与电机气隙和通风槽构成密闭循环风道，通风机和电机设置在中心风道内，通风机轴线与电机轴线重合。

【技术特征摘要】
1.一种大型灯泡贯流泵机组不锈钢灯泡壳闭式通风冷却系统，包括通风机、驱动贯流泵
运转的电机及电机上的气隙和通风槽，其特征是，设有不锈钢灯泡壳、不锈钢灯泡壳壁内的
贴壁式风道、挡风板和由挡风板围成的中心风道，中心风道、贴壁式风道与电机气隙和通风
槽构成密闭循环风道，通风机和电机设置在中心风道内，通风机轴线与电机轴线重合。
2.根据权利要求1所述的大型灯泡贯流泵机组不锈钢灯泡壳闭式通风冷却系统，其特征
是，所述通风冷却系统采用不锈钢灯泡壳，不锈钢灯泡壳外壁不涂防腐漆，不锈钢灯泡壳壁
内设有贴壁式风道，贴壁式风道内壁上涂有防结露涂层。
3.根据权利要求1所述的大型灯泡贯流泵机组不锈钢灯泡壳闭式通风冷却系统通风设计
计算方法，其特征是，所述通风设计计算方法包括以下步骤：
A.不锈钢灯泡壳灯泡贯流泵机组通风冷却过程；
B.不锈钢灯泡壳外的流道水与灯泡壳外壁的表面换热系数计算；
C.空气与灯泡壳内壁的表面换热系数计算；
D.空气与通风槽的表面换热系数计算；
E.灯泡壳、定子、转子、机座圆筒形固壁的导热热阻计算；
F.绝缘层、防腐层以及线圈与之间的空气气隙壁的导热热阻计算；
G.外壁流道水实际冷却量计算；
H.通风量计算。
4.根据权利要求3所述的大型灯泡贯流泵机组不锈钢灯泡壳闭式通风冷却系统通风设计
计算方法，其特征是，步骤A所述不锈钢灯泡壳灯泡贯流泵机组通风冷却过程如下：
①灯泡贯流泵机组在开机前，先将通风机（2）运行，在通风机（2）的压力下，与泵站
环境温度相差不多的冷空气在由风道（1）、通风机（2）、挡风板（5）、电机（6）、不锈钢灯
泡壳（4）组成的密闭空间内循环；电机（6）此时不运行，内部空气相对于环境空气的温升
为零；
②当泵机组运行后，电机（6）发热，在密闭空间循环流动的空气就会与电机（6）发生
热交换吸热成为热空气，电机通风槽内的热空气经过电机定子外壳后被外壳外部的水流冷却；
③经过电机定子外壳后的空气，在通风机的压力作用下流动，经过灯泡壳贴壁式风道时，
通过防结露涂层和不锈钢灯泡壳被流道水冷却；空气重新被通风机压入电机，如此在密闭空
间内实现循环冷却；
④泵机组停机后，因为电机还有热量未冷却带走，等电机停稳后5分钟才将通风机电源
关闭。
5.根据权利要求3所述的大型灯泡贯流泵机组不锈钢灯泡壳闭式通风冷却系统通风设计
计算方法，其特征是，步骤B所述流道水与灯泡壳外壁的表面换热系数计算如下：
设电机运行时，流道水温度为tw，与流道水热交换的热空气温度为tQ，电机发热量为P；
流道水与灯泡壳外壁的表面换热系数
hw=0.023Rew0.8Prw0.4&lambda...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇宝云，申剑，冯晓莉，罗翌，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32