電機設(shè)計第六章_李景燦

1、6-1電機的冷卻方式電機的冷卻方式6-2 關(guān)于流體關(guān)于流體運動的基本運動的基本知識知識6-3風扇風扇6.1電機的冷卻電機的冷卻 近代電機都采用較高的電磁負荷，提高材料的利用率。電機的單機容量近代電機都采用較高的電磁負荷，提高材料的利用率。電機的單機容量也日益增大，因此，必須改進電機的冷卻系統(tǒng)，提高散熱冷力。也日益增大，因此，必須改進電機的冷卻系統(tǒng)，提高散熱冷力。 除了個別小型和特種電機，絕大多數(shù)電機都是采用風扇強迫空氣流動來除了個別小型和特種電機，絕大多數(shù)電機都是采用風扇強迫空氣流動來冷卻電機。冷卻電機。 根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同來劃分電機的冷卻系統(tǒng)較為方便。在電機制造中，根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同來劃分電

2、機的冷卻系統(tǒng)較為方便。在電機制造中，目前主要冷卻系統(tǒng)按冷卻介質(zhì)分有：目前主要冷卻系統(tǒng)按冷卻介質(zhì)分有：空氣冷卻空氣冷卻 （最為常用。）（最為常用。）油冷卻油冷卻氫冷卻氫冷卻 （采用氫冷，可提高容量，效率也能提高。）采用氫冷，可提高容量，效率也能提高。）水冷卻水冷卻6.1電機的冷卻電機的冷卻 空氣冷卻系統(tǒng)空氣冷卻系統(tǒng)優(yōu)點：優(yōu)點：電機結(jié)構(gòu)簡單、成本較低。電機結(jié)構(gòu)簡單、成本較低。缺點：缺點：冷卻效果差、高速電機引起風摩損耗較大。冷卻效果差、高速電機引起風摩損耗較大。（一）開路冷卻或閉路冷卻（一）開路冷卻或閉路冷卻開路式開路式：外部空氣外部空氣進入電機進入電機回到周圍環(huán)境中去回到周圍環(huán)境中去按風壓產(chǎn)生方

3、式分為：按風壓產(chǎn)生方式分為：自然冷卻自然冷卻:1kw以下的小電機，不安裝風扇。以下的小電機，不安裝風扇。自冷通風自冷通風:軸上安裝風扇。軸上安裝風扇。強迫風循環(huán)強迫風循環(huán):單獨風機供風。單獨風機供風。閉路式閉路式：電機內(nèi)部空氣：電機內(nèi)部空氣在電機內(nèi)部循環(huán)在電機內(nèi)部循環(huán)冷卻介質(zhì)產(chǎn)生的冷卻介質(zhì)產(chǎn)生的熱量熱量經(jīng)過結(jié)構(gòu)件如機殼經(jīng)過結(jié)構(gòu)件如機殼傳遞給第二介質(zhì)（水）。傳遞給第二介質(zhì)（水）。6.1電機的冷卻電機的冷卻 空氣冷卻系統(tǒng)空氣冷卻系統(tǒng)（二）徑向、軸向和混合式通風系統(tǒng)（二）徑向、軸向和混合式通風系統(tǒng)按電機內(nèi)部冷卻空氣的流動方向，分為徑向、軸向與混合三種徑向通風系統(tǒng)：通風的冷卻介質(zhì)沿徑向流動徑向通風系統(tǒng)

4、：通風的冷卻介質(zhì)沿徑向流動優(yōu)點：利用轉(zhuǎn)子上能夠產(chǎn)生風壓的零部件（如風道片，磁極等）的鼓風作用，應(yīng)用較廣缺點：通風能力較差軸向通風系統(tǒng)：通風的冷卻介質(zhì)沿軸向流動軸向通風系統(tǒng)：通風的冷卻介質(zhì)沿軸向流動優(yōu)點：便于安裝直徑較大的風扇，以加大通風量缺點：通風強，風壓損失小，材料??；但沿軸向方向上冷卻不均勻，且不便于利用轉(zhuǎn)子上部件的鼓風作用混合通風系統(tǒng)：兼有軸向和徑向兩種通道，但往往是偏重一種混合通風系統(tǒng)：兼有軸向和徑向兩種通道，但往往是偏重一種直流電機：以軸向為主的混合式系統(tǒng)汽輪發(fā)電機：以徑向為主的混合式系統(tǒng)特點：將氣流分為多股，使冷卻空氣盡可能與電機的所有發(fā)熱部分相接觸，電機各部分得到均勻地冷卻。6.

5、1電機的冷卻電機的冷卻 空氣冷卻系統(tǒng)空氣冷卻系統(tǒng)（三）抽出式和鼓入式（三）抽出式和鼓入式 抽出式：抽出式：冷空氣冷空氣先和電機的發(fā)熱部件接觸先和電機的發(fā)熱部件接觸變?yōu)闊峥諝庥娠L扇送出；變?yōu)闊峥諝庥娠L扇送出； 鼓入式：鼓入式：冷空氣由風扇鼓入冷空氣由風扇鼓入再與電機發(fā)熱部件接觸再與電機發(fā)熱部件接觸變?yōu)闊峥諝馑统觥Ｗ優(yōu)闊峥諝馑统?。高速電機中，風扇引起的空氣溫升可達5，抽出式冷卻能力更強。（四）外冷與內(nèi)冷四）外冷與內(nèi)冷外冷外冷即所謂表面冷卻方式。冷卻介質(zhì)僅通過繞組的絕緣表面、鐵心和機殼的表面，間接的將熱量帶走，亦稱為間接冷卻。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、冷卻效果較差，多在中、小型電機中采用，冷卻介質(zhì)常用空氣。按

6、結(jié)構(gòu)可分為自冷式、自扇冷式和他扇冷式。內(nèi)冷內(nèi)冷即從發(fā)熱件內(nèi)部直接冷卻的方式。采用空心導體，把冷卻介質(zhì)通入導體內(nèi)部直接帶走熱量的方式，如水輪發(fā)電機的勵磁繞組可采用空氣內(nèi)冷。內(nèi)冷效果雖好，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。內(nèi)部冷卻時常常采用氫氣或經(jīng)過處理的純凈水作為冷卻介質(zhì)。與表面氫冷相比，氫內(nèi)冷冷卻效果更好。若進一步采用水內(nèi)冷，效果更佳。6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識電機在運行中所產(chǎn)生的熱量全部依靠流體介質(zhì)（空氣、氫氣、電機在運行中所產(chǎn)生的熱量全部依靠流體介質(zhì)（空氣、氫氣、水）帶走。所需的冷卻介質(zhì)總的體積流量可由下式計算：水）帶走。所需的冷卻介質(zhì)總的體積流量可由下式計算：溫升。冷卻介質(zhì)通過電機

7、后的；冷卻介質(zhì)的比熱容；熱量冷卻介質(zhì)所帶走的損耗式中：aahaahvCmJcpcpq)/()(3由上式所得的流量必須在數(shù)量上按適當?shù)谋壤囟?、轉(zhuǎn)子的由上式所得的流量必須在數(shù)量上按適當?shù)谋壤囟?、轉(zhuǎn)子的冷卻通道流動，才能保證冷卻介質(zhì)和定、轉(zhuǎn)子中各發(fā)熱部分冷卻通道流動，才能保證冷卻介質(zhì)和定、轉(zhuǎn)子中各發(fā)熱部分具有合適的溫升，因此在設(shè)計電機時，除了計算總的流量，具有合適的溫升，因此在設(shè)計電機時，除了計算總的流量，還必須初步估計流量在電機各部分的分配和流速。還必須初步估計流量在電機各部分的分配和流速。6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識流體中常用的名詞：流體中常用的名詞：（一）流體的概念（

8、一）流體的概念流體是由相互間聯(lián)系比較松馳的分子組成，分子之間沒有像剛性物質(zhì)所具流體是由相互間聯(lián)系比較松馳的分子組成，分子之間沒有像剛性物質(zhì)所具有的剛性聯(lián)系。這種物質(zhì)稱之為流體。有的剛性聯(lián)系。這種物質(zhì)稱之為流體。為了研究方便，即假定流體是一種連續(xù)介質(zhì)，認為流體的分子間沒有空隙，為了研究方便，即假定流體是一種連續(xù)介質(zhì)，認為流體的分子間沒有空隙，作了這樣假設(shè)才能應(yīng)用數(shù)學工具。然而這種宏觀模型只能得到流體的平均作了這樣假設(shè)才能應(yīng)用數(shù)學工具。然而這種宏觀模型只能得到流體的平均力學特性。力學特性。（二）流體的壓縮性（二）流體的壓縮性根據(jù)流體在壓力的作用下其體積的改變程度不同，流體可分為可壓縮的和根據(jù)流體在

9、壓力的作用下其體積的改變程度不同，流體可分為可壓縮的和不可壓縮的兩種。因此水是不可壓縮的，空氣是可壓縮的。但是在實際應(yīng)不可壓縮的兩種。因此水是不可壓縮的，空氣是可壓縮的。但是在實際應(yīng)用中由于用中由于空氣的流速不大，壓力變化也不大，使得體積的變化也不大空氣的流速不大，壓力變化也不大，使得體積的變化也不大，因，因此，把空氣當作不可壓縮的流體來處理。此，把空氣當作不可壓縮的流體來處理。6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識流體中常用的名詞：流體中常用的名詞：（三）流體的粘滯性三）流體的粘滯性粘滯性表現(xiàn)為一種抗拒流體流動的內(nèi)部摩擦力或粘滯阻力。這種摩擦力的粘滯性表現(xiàn)為一種抗拒流體流動的內(nèi)部

10、摩擦力或粘滯阻力。這種摩擦力的大小正比于流體層滑動時的速度梯度，公式為：大小正比于流體層滑動時的速度梯度，公式為：流體的性質(zhì)及溫度。動力粘度系數(shù)，取決于化；動方向上流體流速的變速度梯度，即垂直于流單位面積上的摩擦力式中：dndvdndv（四）理想流體和真實流體（四）理想流體和真實流體真實流體是可壓縮的，而且有粘滯性。理想流體即不考慮可壓縮性和粘滯真實流體是可壓縮的，而且有粘滯性。理想流體即不考慮可壓縮性和粘滯性。研究時先從理想流體出發(fā)，得出運動規(guī)律，然后按真實情況加以修正。性。研究時先從理想流體出發(fā)，得出運動規(guī)律，然后按真實情況加以修正。6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識流體中

11、常用的名詞：流體中常用的名詞：（五）層流及紊流（五）層流及紊流流體在管道內(nèi)的運動狀態(tài)可分為流體在管道內(nèi)的運動狀態(tài)可分為層流層流和和紊流紊流兩種。兩種。層流層流運動時，流體運動時，流體平行平行于管道表面流動于管道表面流動，各層平行運動各層平行運動，之間，之間沒有流體交換沒有流體交換。作作紊流紊流運動時，流體的質(zhì)點不再保持平行于管壁的運動，而是運動時，流體的質(zhì)點不再保持平行于管壁的運動，而是以平均流速以平均流速向各個方向作無規(guī)則的擾動向各個方向作無規(guī)則的擾動。層流層流層流6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識流體中常用的名詞：流體中常用的名詞：（五）層流及紊流（五）層流及紊流如何判斷流

12、體運動是層流還是紊流？如何判斷流體運動是層流還是紊流？通常用一個無量綱的量即通常用一個無量綱的量即雷諾數(shù)雷諾數(shù)來判斷流體運動情況。來判斷流體運動情況。當當Re2300時為時為紊流紊流。雷諾數(shù)在一定程度上反映了流體本身的慣性和粘滯性。在同雷諾數(shù)在一定程度上反映了流體本身的慣性和粘滯性。在同樣條件下，粘滯性小，樣條件下，粘滯性小，密度大的流體比較容易產(chǎn)生紊流。密度大的流體比較容易產(chǎn)生紊流。6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識流體中常用的名詞：流體中常用的名詞：（六）流體的壓力（六）流體的壓力-靜壓力靜壓力與與動壓力動壓力靜壓力即為流體受壓縮的程度，單位用靜壓力即為流體受壓縮的程度，單

13、位用Pa來表示。來表示。靜壓力也靜壓力也可看作是被壓縮流體單位體積內(nèi)所儲存的位能?？煽醋魇潜粔嚎s流體單位體積內(nèi)所儲存的位能。動壓力表示運動的流體單位體積中所具有的動能動壓力表示運動的流體單位體積中所具有的動能，可表示為：，可表示為：運動速度流體密度；式中：vvpg22靜壓力與動壓力之和稱為靜壓力與動壓力之和稱為全壓力全壓力，即單位體積流體中所包含，即單位體積流體中所包含的的總機械能總機械能。6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識流體的動能位能；流體內(nèi)部靜壓力對應(yīng)的對應(yīng)重力的位能；式中2221:21vpghCvpgh1221Cgvgphh.,21,2為全壓頭為動壓頭為靜壓頭為程高hg

14、vgph理想流體運動方程（柏努利方程）理想流體運動方程（柏努利方程） 根據(jù)流體力學理論，流體的穩(wěn)態(tài)運動方程為：該方程表示理想流體在穩(wěn)態(tài)運動過程中，單位體積內(nèi)所包含的總能量保持不變。將方程兩邊除以g得：該式各項單位為m，是長度的量綱，稱之為壓頭。由于電機冷卻系統(tǒng)的流體在運動過程中的高度位置基本保持不變，即h為常數(shù)項，可以歸到C1中。于是方程變?yōu)椋?221Cgvgph該式表明在流體的運動過程中全壓頭保持不變，靜壓頭與動壓頭之間可以相互轉(zhuǎn)換，即高壓靜止的流體可以轉(zhuǎn)化為低壓高速的流體，反之亦然。6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識實際流體在管道中運動時的損耗實際流體在管道中運動時的損耗實

15、際流體總是存在著粘滯性，流體運動時總會遇到各種阻力，實際流體總是存在著粘滯性，流體運動時總會遇到各種阻力，因此必然要引起能量的損耗。因此必然要引起能量的損耗。損耗分為兩類：一類是損耗分為兩類：一類是摩擦損耗摩擦損耗，另一類是，另一類是局部損耗局部損耗。摩擦損耗摩擦損耗：由流體的粘滯性引起的，它把機械能轉(zhuǎn)化為熱能；：由流體的粘滯性引起的，它把機械能轉(zhuǎn)化為熱能；局部損耗局部損耗：是由于管道形狀發(fā)生突變，或流道轉(zhuǎn)彎等，引起流：是由于管道形狀發(fā)生突變，或流道轉(zhuǎn)彎等，引起流體質(zhì)點間的相互碰撞，體質(zhì)點間的相互碰撞，產(chǎn)生渦流產(chǎn)生渦流，導至額外的內(nèi)部摩擦損耗。，導至額外的內(nèi)部摩擦損耗。在電機冷卻系統(tǒng)中，通風道

16、形狀復(fù)雜多變，顯然流體的能量損在電機冷卻系統(tǒng)中，通風道形狀復(fù)雜多變，顯然流體的能量損耗主要是局部損耗。耗主要是局部損耗?？紤]到運動過程中的各種損耗，則柏努利方程應(yīng)寫為：考慮到運動過程中的各種損耗，則柏努利方程應(yīng)寫為：)(2121222211壓力的減少量pvpvp6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識實際流體在管道中運動時的損耗實際流體在管道中運動時的損耗（一）摩擦損耗（一）摩擦損耗如果流體在截面不變的管道流動時，則流體在管道兩端的速度如果流體在截面不變的管道流動時，則流體在管道兩端的速度相等，即：相等，即：耗。時由摩擦產(chǎn)生的靜壓損運動到位置是流體從位置因此可得：于是由：212121

17、2122221121pppppvpvpvv6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識壓力的減小。成正比，表現(xiàn)為流體靜與個常數(shù)并且由實驗證明形狀相似的管道中是一局部損耗系數(shù)，在幾何式中：2221vpvp實際流體在管道中運動時的損耗實際流體在管道中運動時的損耗（二）局部損耗（在電機冷卻系統(tǒng)中，流體能量的主要損耗）（二）局部損耗（在電機冷卻系統(tǒng)中，流體能量的主要損耗）局部損耗也以動壓力的形式來表示：以下討論幾種局部損耗的計算方法：1、管道截面突然擴大或突然縮小1221)1 (vAA速值是對應(yīng)小截面處的流此時A1A2v1v26.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識212)1 (21v

18、AA流速值是對應(yīng)于小截面處的實際流體在管道中運動時的損耗實際流體在管道中運動時的損耗（二）局部損耗（在電機冷卻系統(tǒng)中，流體能量的主要損耗）（二）局部損耗（在電機冷卻系統(tǒng)中，流體能量的主要損耗）1、管道截面突然擴大或突然縮小局部損耗系數(shù)可用下式計算：A2A1v1v22、出口和入口出口是截面突然擴大，即1,2A表示出口處流體帶走全部的動能，動壓頭為零。入口處的局部損耗系數(shù)隨入口的結(jié)構(gòu)情況而不同。共有三類，如書中表6-1所示。喇叭形入口的損耗最小。6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識實際流體在管道中運動時的損耗實際流體在管道中運動時的損耗（二）局部損耗（在電機冷卻系統(tǒng)中，流體能量的主要

19、損耗）（二）局部損耗（在電機冷卻系統(tǒng)中，流體能量的主要損耗）3、管道突然改變方向、管道突然改變方向局部損耗系數(shù)可用下式計算局部損耗系數(shù)可用下式計算：其損耗取決于管道形狀、彎曲角度及尺寸大小等因素有關(guān)。其損耗取決于管道形狀、彎曲角度及尺寸大小等因素有關(guān)。在電機中氣流方向的改變而引起的局部損耗，可用下式計算：在電機中氣流方向的改變而引起的局部損耗，可用下式計算：。的大小查圖，根據(jù)轉(zhuǎn)角空氣動阻力系數(shù)管道中空氣的速度式中：662aavvp6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識221vp通過管道的體積流量。管道的截面積；氣體則為風阻；管道的流阻，當流體為式中：vvvqAAZZqqAAvAvp

20、222222222)(221管道的流阻與風阻管道的流阻與風阻流體通過管道時所產(chǎn)生的任何損耗均可表示為動壓力的形式：流體通過管道時所產(chǎn)生的任何損耗均可表示為動壓力的形式：為了計算上的方便，將上式改寫為：為了計算上的方便，將上式改寫為：通常將流阻寫成：通常將流阻寫成：222AAZ對于計算截面突然變大或變小的風阻時，對于計算截面突然變大或變小的風阻時，A應(yīng)取小截面處的面積，應(yīng)取小截面處的面積， 則對應(yīng)則對應(yīng)于小截面處的流速的系數(shù)。于小截面處的流速的系數(shù)。6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識風阻的串聯(lián)與并聯(lián)風阻的串聯(lián)與并聯(lián)在計算與研究通風問題時，經(jīng)常用在計算與研究通風問題時，經(jīng)常用風阻聯(lián)

21、接圖風阻聯(lián)接圖來替代實際風道，這種聯(lián)接圖稱為來替代實際風道，這種聯(lián)接圖稱為風路圖風路圖。如圖所示。如圖所示。Z1為入口風阻為入口風阻Z2為擴大阻為擴大阻Z3為轉(zhuǎn)彎風阻為轉(zhuǎn)彎風阻Z4為縮小風阻為縮小風阻Z5為擴大風阻為擴大風阻流過上述風阻的流量相同，氣體通過流過上述風阻的流量相同，氣體通過整個管道所需的全部壓力（總損耗）等于各部分壓力損耗的總和，即：整個管道所需的全部壓力（總損耗）等于各部分壓力損耗的總和，即：nnddvvvvvvdZZZZZZZZqZqZqZqZqZqZ1543212524232221212345qvqvZ1Z2Z3Z4Z56.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識22

22、1221121212212112221)11(1)1 ()1 ()(ZZZZZqqZqqqZqpZqZpppvvvvvvdvd風阻的串聯(lián)與并聯(lián)風阻的串聯(lián)與并聯(lián)qv1qv2qvqv12435678Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7+Z8此時支路此時支路中的風壓降為：中的風壓降為：21121321)(vvqZqZZp支路支路的風壓降為：的風壓降為：222226542)(vvqZqZZZp由于支路由于支路與支路與支路具有公共的入口與出口，因此二支路的壓降應(yīng)相等。即具有公共的入口與出口，因此二支路的壓降應(yīng)相等。即如果有如果有n個風阻并聯(lián)，則等值總風阻為：個風阻并聯(lián)，則等值總風阻為：87121)1(1ZZZZ

23、ZZZdnnd總于是上圖總風阻為6.2關(guān)于流體運動的基本知識關(guān)于流體運動的基本知識3vvvZqpqp流體通過管道所需的功率流體通過管道所需的功率流體通過管道引起的總壓降為：流體通過管道引起的總壓降為：2vZqp 該壓降就必須的該壓降就必須的升壓裝置升壓裝置來維持，才能保證流體（氣體）能夠連續(xù)不斷來維持，才能保證流體（氣體）能夠連續(xù)不斷地通過風阻地通過風阻Z，該，該升壓裝置采用風扇升壓裝置采用風扇。風扇的作用在于將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)榱鳌ｏL扇的作用在于將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的動能及位，從而提高流體的壓頭，維持所需的流量。體的動能及位，從而提高流體的壓頭，維持所需的流量。流體通過管道所消耗的功率為：流體通過管

24、道所消耗的功率為：量的關(guān)系式非線性的。復(fù)雜得多，其風壓與風因而風路計算與電路要。風量平方與風阻的乘積電阻的乘積。風壓降是注意：電壓降是電流與電壓降風壓降電流流量電阻風阻路有相似：風路在某種程度上與電IqRZv6.3風扇風扇風扇的作用：產(chǎn)生足夠的壓力以驅(qū)送所需的氣體通過電機。離心式：離心式：能產(chǎn)生較高壓力但效率低在風扇轉(zhuǎn)動時，處于其葉能產(chǎn)生較高壓力但效率低在風扇轉(zhuǎn)動時，處于其葉片間的氣體受離心力的作用向外飛逸。因而在風扇葉輪出口片間的氣體受離心力的作用向外飛逸。因而在風扇葉輪出口處形成壓力氣流進出離心式風扇時，一般要發(fā)生運動方向的處形成壓力氣流進出離心式風扇時，一般要發(fā)生運動方向的改變。改變。優(yōu)

25、點：它能產(chǎn)生較高壓力（最適宜一般中小型電機的通風系優(yōu)點：它能產(chǎn)生較高壓力（最適宜一般中小型電機的通風系統(tǒng)的需要）；統(tǒng)的需要）；缺點：效率較低缺點：效率較低。 軸流式軸流式：效率高，但不能產(chǎn)生較高的壓力在風扇轉(zhuǎn)動時，氣體受：效率高，但不能產(chǎn)生較高的壓力在風扇轉(zhuǎn)動時，氣體受其葉片鼓動沿軸向運動，在風扇出口處形成壓力。其葉片鼓動沿軸向運動，在風扇出口處形成壓力。優(yōu)點：效率高，氣流進出時一般不改變運動方向；優(yōu)點：效率高，氣流進出時一般不改變運動方向；缺點：產(chǎn)生的壓力較低，僅適應(yīng)低壓下供給大量氣體（一般用在高速電機）。缺點：產(chǎn)生的壓力較低，僅適應(yīng)低壓下供給大量氣體（一般用在高速電機）。 混合式：混合式：

26、在中等壓力下效率較高，制造復(fù)雜工作原理介于前面二者。在中等壓力下效率較高，制造復(fù)雜工作原理介于前面二者。優(yōu)點：在中等壓力下具有較高的效率；優(yōu)點：在中等壓力下具有較高的效率；缺點：制造比較復(fù)雜（較少采用）。缺點：制造比較復(fù)雜（較少采用）。nn軸向風向軸向風向徑向風向徑向風向6.3風扇風扇理想的離心式風扇所產(chǎn)生的壓力理想的離心式風扇所產(chǎn)生的壓力 n徑向風向工作原理：當葉片旋轉(zhuǎn)時，片間的空氣被離心力向著工作原理：當葉片旋轉(zhuǎn)時，片間的空氣被離心力向著徑向方向甩出去，產(chǎn)生所需氣壓；又使得葉輪內(nèi)外徑徑向方向甩出去，產(chǎn)生所需氣壓；又使得葉輪內(nèi)外徑處空氣相對真空，氣壓變低，于是新的氣體又不斷地處空氣相對真空，

27、氣壓變低，于是新的氣體又不斷地葉輪內(nèi)徑的外部補充進來。葉輪內(nèi)徑的外部補充進來。風罩理想風扇的假定：即風扇在工作時沒有任何理想風扇的假定：即風扇在工作時沒有任何的損耗，流過葉片的氣體與葉片的外形平行的損耗，流過葉片的氣體與葉片的外形平行。設(shè)風扇工作時產(chǎn)生的壓力為設(shè)風扇工作時產(chǎn)生的壓力為p，通過的流量，通過的流量為為qv，由于是理想風扇，外界對風扇所做的，由于是理想風扇，外界對風扇所做的機械功全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w所獲得的功率。即機械功全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w所獲得的功率。即作用在葉輪上的轉(zhuǎn)矩葉輪旋轉(zhuǎn)的角速度；式中：TpqTv6.3風扇風扇ttttvrVvmrvrVvmr2221211111：葉輪出口處的動量矩為：

28、葉輪進口處的動量矩為體速度的切向分量。葉輪內(nèi)、外半徑處的氣、葉輪的內(nèi)、外半徑；、氣體的密度；內(nèi)流過的氣體體積；時間式中：則：ttttvttttvvrrtVvrvrqvrvrtVTvrvrVTtFtr2121112211221122)()()()(理想的離心式風扇所產(chǎn)生的壓力理想的離心式風扇所產(chǎn)生的壓力 根據(jù)動量矩定理，在穩(wěn)定流動中，某一時間根據(jù)動量矩定理，在穩(wěn)定流動中，某一時間t內(nèi)流體內(nèi)流體動量矩動量矩的變化，等于同一時間的變化，等于同一時間內(nèi)所加入的內(nèi)所加入的沖量矩。沖量矩。度為葉輪內(nèi)外徑處的線速、式中：于是：2111221122)()(uuvuvuvrvrqqqTpttttvvv只要葉輪的

29、轉(zhuǎn)速和尺寸已知，只要葉輪的轉(zhuǎn)速和尺寸已知，u1與與u2就能確定；而就能確定；而v1t與與v2t則需要利用速度三角形則需要利用速度三角形來確定。來確定。 6.3風扇風扇Aqwvrsinrww uwv理想的離心式風扇所產(chǎn)生的壓力理想的離心式風扇所產(chǎn)生的壓力 以下分析氣體的各速度分量。在葉輪的任意半徑以下分析氣體的各速度分量。在葉輪的任意半徑r處，葉片的線速度已定即處，葉片的線速度已定即u= r，因此在這一半徑處的氣體，具有該線速度分量；同時葉片間的氣體一定有一個徑向因此在這一半徑處的氣體，具有該線速度分量；同時葉片間的氣體一定有一個徑向的速度分量的速度分量w wr，其值為流量，其值為流量qv除以葉

30、輪在除以葉輪在r處的相應(yīng)圓柱形面積，即：處的相應(yīng)圓柱形面積，即：由前面的假定，即風扇是理想的，所以葉片間的氣體只能沿著與葉片外形平行的方由前面的假定，即風扇是理想的，所以葉片間的氣體只能沿著與葉片外形平行的方向流動。當向流動。當r處的葉片切線與圓外切線的夾角為處的葉片切線與圓外切線的夾角為 時，則氣體沿葉片的速度時，則氣體沿葉片的速度w w與與w wr之之間的關(guān)系為：間的關(guān)系為：于是當葉輪以給定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，葉片間氣于是當葉輪以給定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，葉片間氣體有兩個速度分量，其一是隨葉片一起旋轉(zhuǎn)體有兩個速度分量，其一是隨葉片一起旋轉(zhuǎn)的線速度的線速度u；其二是相對葉片的速度；其二是相對葉片的速度w

31、w。如圖。如圖所示。葉片間氣體的絕對速度所示。葉片間氣體的絕對速度v則為則為w w與與u的的矢量和。矢量和。入口角出口角出口角6.3風扇風扇22221111coscoswuvwuvtt理想的離心式風扇所產(chǎn)生的壓力理想的離心式風扇所產(chǎn)生的壓力 若在葉輪的內(nèi)徑與外徑處，葉片切線與圓周的切線的夾角各為若在葉輪的內(nèi)徑與外徑處，葉片切線與圓周的切線的夾角各為 1與與 2，則由入口與，則由入口與出口處的速度三角形可知：出口處的速度三角形可知：根據(jù)三角形的余弦定理，得：根據(jù)三角形的余弦定理，得：ttvuvuvuvuwvuvuvuvuw2222222222222221121211112121212cos22c

32、os2第一項第一項是葉片間氣體柱在旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用而產(chǎn)生的靜壓力；是葉片間氣體柱在旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用而產(chǎn)生的靜壓力；第二項第二項是氣體在出口處比在入口處的相對速度減少而轉(zhuǎn)化的靜壓力；是氣體在出口處比在入口處的相對速度減少而轉(zhuǎn)化的靜壓力；第三項第三項為氣體獲得的動壓力。為氣體獲得的動壓力。6.3風扇風扇)(21)(212222222221212111wvuvuwvuvutt)(21)(21)(21)(2122222121221122vvwwuupuvuvptt式中得將上式代入理想的離心式風扇所產(chǎn)生的壓力理想的離心式風扇所產(chǎn)生的壓力 將上式改寫成：將上式改寫成：空載運行時空載運行時，

33、指葉輪外徑的出風口全部封閉，則有，指葉輪外徑的出風口全部封閉，則有qv=0，w w=0，v=u，故空載時所，故空載時所產(chǎn)生的壓力為：產(chǎn)生的壓力為：)()(21)(212122212221220uuuuuup空載運行時，空載運行時，風扇所產(chǎn)生的壓力風扇所產(chǎn)生的壓力只與葉輪的內(nèi)、外徑相關(guān)只與葉輪的內(nèi)、外徑相關(guān)而與葉的形狀無關(guān)。而與葉的形狀無關(guān)。6.3風扇風扇111112222222222222tan2tan22tanbrquvbrquvbrqAqvvuvvvtvtvvrrt同理可得：代入上式得：又由于的切向分量為由圖可得速度理想離心式風扇的外特性理想離心式風扇的外特性當風扇負載運行時，就有當風扇負

34、載運行時，就有qv0，那么，那么風扇所產(chǎn)生的壓力風扇所產(chǎn)生的壓力pL與流量與流量qv間的關(guān)系稱之為間的關(guān)系稱之為風扇的外特性。風扇的外特性。vLttttqbuuprurubbbuvuvpvv)tan1tan1(2)()(122122112221112221得：，以及，并考慮在一般情況下代入、將6.3風扇風扇vLvLqbuupqp)tan1tan1(2)()(122122如下：即外特性之間的關(guān)系與流量壓力理想離心式風扇的外特性理想離心式風扇的外特性入口角出口角出口角出口角；入口角；葉片寬度；葉輪內(nèi)圓線速度；葉輪外圓線速度；空氣密度；式中：211122bruru從上式可以分析入口角從上式可以分析入

35、口角 1與出口角與出口角 2的變化對風扇特性有影響。的變化對風扇特性有影響。6.3風扇風扇理想離心式風扇的外特性理想離心式風扇的外特性按1，2之間的關(guān)系離心式分扇可分為三類： 2= 1，外特性是一條平行于橫軸的直線，即壓力與流量無關(guān)。例如，外特性是一條平行于橫軸的直線，即壓力與流量無關(guān)。例如 2= 1=90，稱為稱為徑向式葉片徑向式葉片，優(yōu)點是可以逆轉(zhuǎn)，但效率低。，優(yōu)點是可以逆轉(zhuǎn)，但效率低。 2 1 ， 290，稱為，稱為前傾式前傾式葉片，其外特性向上傾斜，主要用于低速單方向旋葉片，其外特性向上傾斜，主要用于低速單方向旋轉(zhuǎn)的電機，效率較高。轉(zhuǎn)的電機，效率較高。 2 1 ， 211=221qv0

36、)(2122uu Lp一般而言，入口角一般而言，入口角 190，這樣取值可以減少氣體進，這樣取值可以減少氣體進入風扇時的損耗。入風扇時的損耗。風扇葉片的傾角對靜壓力與動壓力的分配也有影響，風扇葉片的傾角對靜壓力與動壓力的分配也有影響，在電機的冷卻系統(tǒng)中在電機的冷卻系統(tǒng)中動壓力往往要先轉(zhuǎn)化為靜壓力才動壓力往往要先轉(zhuǎn)化為靜壓力才能充分利用能充分利用，但轉(zhuǎn)化總是要損失一些壓力。因此希望，但轉(zhuǎn)化總是要損失一些壓力。因此希望風扇產(chǎn)生的全壓力中的靜壓力占的比例要大些。而風扇產(chǎn)生的全壓力中的靜壓力占的比例要大些。而前前傾式風扇產(chǎn)生的靜壓力較少傾式風扇產(chǎn)生的靜壓力較少，因此很少在電機中采用。，因此很少在電機中采用。6.3風扇風扇實際離心式風扇的外特性和功率實際離心式風扇的外特性和功率實際離心式風扇具有下列一些損耗：實際離心式風扇具有下列一些損耗：沖擊損耗沖擊損耗：氣體進入葉片時，因沖擊損耗而失去一部分壓：氣體進入葉片時，因沖擊損耗而失去一部分壓力。力。摩擦損耗與局部損耗摩擦損耗與局部損耗：氣體在葉片間流動，由于摩擦損耗：氣體在葉片間流動，由于摩擦損耗與局部損耗而失去一部分壓力。這部分損耗與局部損耗而失去一部分壓力。這部分損耗與流量與流量qv的平方的平方成正比。成正比