鼠笼型电机离心式径向风扇程序设计

(佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯 154005)

鼠笼型电机离心式径向风扇程序设计

闫丹

(佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯 154005)

鼠笼型电机离心式径向风扇程序设计概括起来就是首先根据电机通风系统的结构或方式确定电动机所需风量，以及风扇的压力的机械耗，进而通过计算确定离心式风扇叶轮的内径、外径和叶片的宽度，并最终确定鼠笼型电机离心式径向风扇的结构尺寸的过程。

鼠笼型电机；离心式径向风扇；冷却风量；风扇压力

0 引言

鼠笼型电动机最常采用离心式风扇，因为它能产生的较高压力最适合一般电机特别是中小型鼠笼型电机通风系统的需要。风扇的合理设计对电机性能有着重要意义，但是由于专业性的限制，设计者对电机上的离心式风扇结构设计大多不是很熟悉，因此电机的离心式风扇仍是电机技术需要研究的关键。本文就离心式径向风扇的工作原理、特性及计算要点作如下说明。

1 离心式径向风扇的工作原理和特性

鼠笼型电机离心式该向风扇的工作原理和特性详见如下论述。电机风扇的计算目的，在于保证电机各发热部件有合理的空气流量流过，用来保证通风系统的压力，以便确定电机表面散热系数，为温升计算创造条件。图1是离心式风扇叶轮的结构示意图，当叶轮旋转时，叶片间的空气被所产生的离心力向叶轮外缘的方向甩出去，新的气体会不断地从叶轮内径处补充进来，形成气体的不断流动，其结果是获得了气体压力以使其能顺利通过风路。

图1离心式风扇叶轮结构图

在风扇运行时，风扇所产生的压力HL和流量Q之间的关系属于风扇的外特性，其关系式见式(1)

(1)

式中，γ—气体的重度；g—9.8m/s2；u1—叶轮内径的线速度m/s；u2—叶轮外径的线速度m/s；b—叶片的宽度m；Ω—叶轮的角速度；β1—叶片入口角度(度)；β2—叶片出口角度(度)。

从式(1)可以分析叶片的出、入口角度对风扇外特性的影响，入口角度见图2。入口角β1一般总是小于或等于90°，因为这样可以减少气体进入风扇时的损耗，但出口角β2则可以等于、大于或小于90°，按β1和β2之间的关系，如图3所示，离心式风扇可以分为三类，详见表1。

表1 离心式风扇分类表

图2叶轮入口及出口的速度三角形

图3离心式风扇的外特性

2 电动机所需冷却风量计算公式

2.1 径向式叶片风扇计算程序

(2)

式中，η—取值电机效率；P2—电机额定效率kW；θa—冷却空气进入电机后到的温升，通常取15～20℃。

2.2 风扇压力的算法

(3)

式中，η1—0.16～0.2；Pj—风扇的输入功率，可近似等于电机的机械耗(W)。

2.3 机械耗估算

Pj—电机的机械损耗(W)的估算

(1)2极防护式电机

(2)4极以上防护式

(3)2极封闭型自扇冷式

(4)4极以上封闭型自扇冷式

式中，D1—定子外径cm；D2—转子外径cm；p—电机极对数。

2.4 风扇结构计算

离心式风扇的计算主要是确定径向风扇叶轮的内径D1、外径D2、叶片的宽度b。其过程：(1)首先根据通风系统或方式和电机的结构选定径向风扇叶轮的外径D2。对于轴向通风系统，D2应尽量选择最大可能的数值，以便产生较高的风压。(2)按照选定的外径D2确定线速度u2

(3)

式中，n—风扇转数，与电机相同；D2的单位(m)。

(3)假定QM=2Q则风扇叶轮外径处的圆型表面积

(4)

(4)确定风扇叶片的宽度b

(5)

(6)

故叶轮的内径为

(7)

式中，n—风扇转数，与电机相同；D1的单位(m)。

(6)叶片数N

(8)

3 计算实例

一台小型鼠笼式异步电动机其额定功率为22kW，额定转速为1500rad/min，额定电压为380V，通风系统为封闭式冷却。电机的机械损耗为0.102kW，在额定负载时电机的效率为93.64%，所以所需风量为

=0.085(m3/s)

风扇压力

为了制造及工艺上的便捷，采用径向叶片的离心式风机，风扇都装在转轴上，故转速为1500rad/min。根据结构设计，风扇外径为D2=0.34m得

假定QM=2Q，则风扇叶轮外径处的圆型表面积

确定风扇叶片的宽度b

则风扇内径线速度

故叶轮的内径为

叶片数N

取N=12。

4 结语

因此风扇的计算在电机设计过程中是一个重要环节。设计风扇时应依据预定的通风方式以及风扇的具体安装位置和电机整个结构综合考虑，才能确保电机通风冷却系统的有效运行。

[1] 郑龙平，高静，李光耀.闭口槽充水式高压潜水电机的设计.防爆电机，2014.

[2] 李贤明，王同章，周平.大功率高速电动机高效率低噪声离心风扇的研究与设计.防爆电机，2005.

[3] 翟洪波，田春梅.鼠笼型电动机转子堵转温度的设计方法.防爆电机，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

闫丹女1978年生；毕业于哈尔滨师范大学汉语言文学专业，现从事电机技术工作.

2017-06-27