第二节通风计算及风路设计

通风计算的目的是用电机发热损耗核算所需的风置；再根据典型风扇的特性曲线图4_3确定风压，在此基础上，参照同类产品将风扇、风路的形状、尺寸确定下来。通风计算可以在确定设计方案之前或之后进行后计算亦有必要，一是起核算作用；二是通过计算也可能发现某些问題，为调整某些尺寸提供依据。对于简单产品一般不进行通风计算。

一、 求所SS的风量Q

绝大部分异步电机的冷却介质都是空气，为了将电机损耗所产生的热最由冷却空气带走，所需的风量为

2Q =<mVs)         (4-9)

式中SP——需经空气带走的损耗热量，即除机械损耗以外的各种损耗<kw)f^一一空气比热容，C=lkj/ (kg * K);一空气密度，h 23kg/m3因y随温度而变，计算时应取在电机中空气的平均温度，如 40°时，>^L092kg/mS^——空气通过电机后升高的温度（K)/若将空气的r、7值代入上式，则Q=2P/ <1,1M) (mVs)。如〜10〜20K 对于冷却方式为IC0151电机（〜1QK——对于冷却方式为IC0141的电机4

二、用所需的风最、风压选择、计算风扇尺寸

目前靠空气冷却的电机，其风扇主要有两种：离心式、油流式，见图4_1

离心式风扇风压髙、风量小、效率低，适用于低速电机；轴流式则风压小、风童大、效率高’适用于大中型高速电机令
(一〉离心式风扇

离心式风扇分为可逆转和不可逆转的，后者又分为叶片后倾式和叶片前倾式两种，见图4-20在图a、b、c三种离心式风扇中，a的损耗大，可用于较低速和可逆转电机上b的损耗小，但只能用于不允许逆转的高速电机上c的损耗也较大，加上嗓声比b大，所以不如b用得广泛*

以上是选择离心式风扇的主要原则。下面介绍用风量Q、风压H确定离心式风扇K寸的
步骤₆

(1)由离心式风扇特点绘出特性曲线，离心式风扇，不管是a、b、c中哪一种，其特性曲线//=/ (Q)的形状都是相似的，并且随着叶片的a、b、c三神布置方法的不同，H = /值确定坐标上按实际值的分度比例尺即可。因呈一定的规律，其各自的风扇效率曲线V=/(Q)的形状也按一定的规律变化。图4-3是三神离心式风扇的典型(Q)及？=/(Q)曲线，其纵坐标、横坐标是分别以只。、为基值的标么值标定的。

(1) 由发热拫耗算出所褥的风董
由所需的Q按特性曲线求得的(以风扇效率S高为目标）与按初步选取的»)算得的相比后(Q)曲线之间的差异也呈相同的规律，在有关的资料中均可査到，设计者只需按算得的确定a、欠是外界没有气体阻力，e卩，在风扇处于“短路” <//々〇)状态时的最大玛量，见图 4-3。  

对于 a=42«i5i (m3/s)

对于 b=35^5： CmVs)

对于 c=5«i5i (m3/s)

式中A——风叶外径处圆周速度，nr电机转速（r/min)fA (见图4-2)及6均为初步选取的风扇尺寸，Q™,公式中的系数与风叶角度沒及叶片形状有关•对于b、c两种风扇，々一般取25b〜30N、

片倾角々核算Q、H值及风扇有关尺寸丨

(1)                     用〜核算Q、//值：〜是电相!的机械插耗，它是由风扇损耗、轴承部分摩擦损耗及
转子铝风叶等产生的风摩耗这三部分构成t.当封闭式电机不带内凤扇时;％以将试验时初榕：
的F〜近似地算为风扇损耗。若有内风扇，则应分别计算。外风扇取得的1可近似地

认为是内风扇的损耗；再用内、外同时带瓿扇测得的/V滅去夜带械瘌时械海的尸^即为外

风扇的。                        ：卜.                                ，. ：■■,：：- V

n         QH 'V          -V'

(W>          (4-12)

式中^c----- 风扇气流效率的最太值•对于风廟a,       15〜a 2;对于风扇b, 7™, = 0, 25

〜0*3;对于风扇 c，7™=^ 3〜0.4。                                               j；i . . -

若算得的与同类产品的试验值相比差别不太大;(不财士5〇%—即％),，即认为Q、只
值比较符合实际情况，否则应重新复査以上计算过程或所选择的风扇尺寸(比如城的假定值
过高或过低等等〉。计算时应注意单位制，1W〜O.lkgf * m/s。

叶片倾角A为使空气质点在叶片ft用！^生的^流最小，按参考文献a〕介绍叶片

的倾角应为  '^ ■：

.'、■ /； ^：2C - ■ ' ：. V」，:：  ….

卢= arctgf . (4-13)

式中 C产(m/s),

Sz^ 927rD2b (ni£)fl ： 0 .  v”::.

r 若算得的？值靼在？〇〜W的范围内，说明A J选将比较合适，密则应傲适当调整•旮

值因已经核定一次/著A遣不曼押差特坷大，就不必苒进軒调整;^:U ：

通成系统特性曲线:奋昂象攀妗#性曲线指的是餘捣扇以外盼风路部分的必奸;关寒i

  一-     H  ' V::丨丨.' v'V 丨丨侦 4>v:

式中Z——风路的风阻，它是将风路各部分风阻按串、并联的规则加在一起后的葸琦姐^澉
法见文献 ax

按上式绘出的曲线，其形状如图4-5中的曲线2。
曲线1为风扇的特性曲线。它们的交点便是风扇
在卖际运行状态下的工作点。这一点的b、H及
7值均应与上迷的计羿或在风扇待性典^1：査得
的结果相比较.若柙差示奋殊_，姆i用离石式风扇
时的通风计算便结否则应复査有孝参数的选
用值，必要时，风每或风路尺寸应予^改。

(二）轴流式巧扇

对于轴流式风主要是用风备核弇风扇的尺寸——风叶外径A、内径岛、风叶髙、宽及扭转角。

与离心式风扇的设计步鼸4样，先由发热损耗求出所需的风董々，敕后再与用选取的风扇尺寸算得的Q值相比较，

叶片外径（即风扇外径)，对于内风扇，为便于拆装，应取与转子外径相同或略小于转子

外径的尺寸；对于外风扇，按照风路风阻的大小，可取为等于转子外径或略大于转子外径的
尺寸

叶片片数N，可在6〜12片的范围内选取，对应的A在300〜700mm范围内选取。相邻

两叶片在内径处应首尾相接，则叶片在内径处的宽度& (弦长）为

叫/(6 〜12)   <m)         (4-17)

叶片高 ^

h= {Di — D£)/2  (m)

对于用在电机上的轴流式风扇

按照以上确定A的方法，先假设一个£>2，得到一^h相应的匕，再用A/&〜1〜1, 5进行

校验，这样经过几次“凑算”便得tt较合适的仏值，于是便可以用Q=;r⑽—以）V4公

式算得的Q与按发热损耗算得的Q相比较，若两者相差不太大，说明风扇尺寸选得比较合适。

否则，也像离心式风扇那样，调整风扇尺寸或者复査加的假设值是否与同类产品间的取值差

得太大；或者分别绘出风扇及除风扇以外的通风系统的特性曲线，找出实际运行时的工作点
<参见图4-5)。

A处的叶片宽因为处于线速度比较高位置可以比&小些，可在匕/6:〜〇   的

范围内选取& J

以上对离心式、轴流式风廟的计算既适用于内风扇，也适用于外风扇。两者计算Q值时使用的公式棊一样的，只是空气密度y及冷却空气通过电机后升高的温度加不同。在计算内
风扇时，^按估算的温度一般小些；而加取的值要高些，可按照不同的内循环通风方式，参照本章第三节在15〜30C的范围内选取f其次是因内、外风路的结构不同，在风扇形状、尺
寸的设计上及风阻的计算上要有所羌异.

三、风路设计

风路由风崩、风軍、挡风板，通
风道及构成通风道的有关零部件，如
机座、散热片及盖板等组成。本节仍
以具有代表性的两种结构：IP23、
IP44为例分别介绍，

(一）防护等级为IP23的电机
图4_7为IP23电机的典型给构，箭头表_示风道中空气的走向。为简化结构，对于采甩铸铝转子的电机不专设内风扇，用铸在端环上的铝风叶代替•因此钽风叶的轴向长度及片数应参考离心式风扇设计f其内、外径只能随端环而定，并应在轴向长度
方向上带有35。的脱模斜度，进风口在端盖上，出风口在机座

上，进、出风口的大小可按风董、风压及电机转速进行设计a.值得注意的是；进风口不要过

小，免得因风速高产生较大的嗪声> 为使冷却空气按所要求(冷却电机有效部分，并应尽量

减小风阻以避免气流突然拐弯及气流通道的截面突变）的路径流动，在端盖的内侧加挡风板，

对于IP23的绕线转子电机，可根据电机的大小在转子上装有内风扇或用挡尘板、平衡环之类的零部件兼作内风扇。在风路设计时，除尽置减小风阻外，在空间允许的情况下应该留有较大的“集风室'.

(二）防护等级为IP44的电机：

防护等级为IP44及以上的空气冷却电机的风路在设计上与IP44的无区别•这电机因从小到大覆盖面很宽，其风路的花样也较多，_前国内> 外在IP44上主要采用以+四种逋风散热方式。

-C1)不攀内、外风寧的自冷式、代号为IC0941。乂⑵有汁风扇无内#抒通风的自桌释办代夸jc〇Mi。 

(3)肴內、.外风_.，有内循环:ii风w良扇冷s，,代号为ICQ15U :

⑷无卜外内扇'靠另外加的管始远风的铖冷式，j睾为IC37。除梧殊用途电机外，功率从▲到大儉次柒用±述的（1：J〜风鉻中各零部件友其尺寸的选捧P _

（5）风扇经过多年的试验研$，对于^OkW以下，分都选用"盆式”风崩，见图4-8,隹也属于离心式风扇，对于允许单方向#转的电机，为损耗及噪声，常采用后倾式离心(见图412).或袖軛式风扇（见图3-28及图4-9):

对于采用帱铝转子的IP44电机，在转子

铝端环上铸出的风叶能使定子绕组编部及轴承的散热状况得到改養，但因端郁空间有限，铝风叶不宜i±长，国内有些厂家因受IP23电机（它的铝风叶的功能U：IP44电机要大得多V的彭响，轉风并做椿较W，反茼有害。前赛_

及佳木斯电机厂均做过类似的试驂，对于²〇〇ltW²扱的电机，长度取somm即可。叶片数宁 少勿多，取4〜12片（高速、小功率取小值）即可。

盆式风扇的叶片数参见表4-3_&

叶片轴向大宽専，齐于SO〜％⁵mni中少离的⁴〜:1C极电机可在的范围

内按均句速$的规律选取：法同_中心财，「₂极电机的叶片宽度取₄〜_1〇极电机的〜 90%即可。」

6 80〜³⁵⁵mm中心翕电机的杻座外径认与科康、风單在径向尺寸间的匹配关系（见图 4-8)可参考表4-4,

2悻电机的力。/^苎办瓜应嗆功率的增加而琴渐取表^我大的值…

(1)     风扇与R輋的崗隙.j可石10〜如胃的范围内选取远风口埤邊有鳄大的“集风室'

(2)     风聲搭_机座的长度B (见0 4-8)以冷却空气_在袖伸端$扩散^程度而设计，—

般可在^OylSOmiw的范围内选取， u 、

5> mm,

接触部分的圆角要尽量的大两代产品—J〇²k列及V系列机庫上化热片片数、片高见 表 4-5。

因机座上铸有接线盒座、底脚等，所以除甩片数表征散热片疏密外，:用片间夹角也雅切

合实际。                                                 卜

Y系列电机片间夹角_：6.5°〜11%                                ^；

J02系列电机片间夹角：6。〜10、    ：..........................

它们的规律都是随机座号的增加夹角逐渐渌小r

散热片除增加散热面积外，还起加强筋的作用。所以端冓上的散热片尽量设tf；成辐射狀

排列，

6>盖板用在较大的机座号上，它与机庳外表面之间的间暸不茸过小，郎不要紧贴_
敢热片，在半砼方向上与散热片之间E留夸l〇mm左右的间除。若磾單设计得合适，可以不
培它.近年’来在需要降祗噪_的场所^:中:才#盖fe,并在其内壁村上‘声材料/

2.冷却方式为IC0151的自扇冷革电机
IC01S1为f内#玮通风扇冷垮却方式*见图
34、图3:4及图_3-6。IC0151用#中、大型电机
上，其外部风路与IC0141的类似，只是由于尺寸
酌增加以及机座~上带冷却器之詹匍要的风噩、风'
压较大，外风扇的大小也要随之明显增％。外$扇
一般采用离乂、式、轴流式W祌，其选择士
章第二节。因此，本节仅介绍内循环风路。内循环
风路有三种，见图4-10。

在三种内循环逢风方式中，就定子绕组沿轴
向温度分布的均匀程度来说，择肉通巩较好:混合
通风次之，轴向ii风较差。但由于^#整浸”工艺的、
问世，使线圈与铁心间的k热系数明显增大丨铁
部4的鎂圄沿轴知的溫度差也随之瘅缸，&就给
轴向遽风创造了机翹。i国AEG公司、”原瑞士
BBC公司均对轴向通风有如下结论

(2)通风损耗小，通风嗓声低。、_

佳木斯电机厂在试制500kW12极高压电机时对定子
绕组沿_向的M A分布用热电偁連存了，卖M嚷杳论V
AEG、BBC公司的是吻合的:躭沿轴向温度分布的均匀性
来说，尽管袖向遒风不如径向通风，但在电磁负荷、消耗的
有效材料基本相同的情况下，袖向通风时在线圈中测得的
最高温度并不高于径向通风的。但用电阻雈测得时绕组温
度就明显地低于径向通风情况。如果除走、转子辗部的轴向
通风孔外，在定子齿部、槽Cl处再设蹵轴向通风道（见由11知其散热效果就吏为显著人' :此外，由于轴向通风的定、转辛快心比径向及灌合两#通风方式的都简单，其制造成本通怿低了。

在采用轴向通风时，最好使冷却器中的热空气与吹拂冷却器的冷空气的流向相反，以利 于热交换。