电动机水冷却结构设计
1 煤矿井下用隔爆型三相异步电动机水冷却结构设计
姜瑞杰
2008级机电一体化专业
摘 要 对煤矿井下用隔爆型三相异步电动机水冷却系统及结构的设计进行探讨。围绕电动机温度场分析、热平衡计算、冷却系统水流参数计算、冷却水箱结构设计几个方面，并结合实践阐述了相关设计理论和设计方法。
关键词 煤矿井下用隔爆型三相异步电动机：水冷却系统；水冷式结构
0 引言
煤矿井下设备采用的隔爆型三相异步电动机其冷却系统常采用水冷式结构（通常为ICW37）。这是基于煤矿井下特殊的环境条件和煤矿设备特殊的运行状况决定的。煤矿井下水冷式电动机具有以下特点：
（1）煤矿井下作业场狭窄，设备留给时机的安装空间较小，环境空气流动性差。电动机采用风（空气）冷却结构，效果受到很大影响。尤其是在采掘面，当煤块、粉尘等堆积物阻塞电动机外部的通风散热通道时，电动机通风散热状况将更加恶劣。而采用水冷静却结构，则避免了这个缺点。煤矿井下一般不缺压力源，水的导热系数远远大于空气。只要时机的水冷静系统流道结构设计合理，其冷却效果和可靠性优于风冷静式电动机。
2 （2）煤矿井用电动机因受设备安装要求限制，往往要求有较小的外形体积和简单的外形结构。水冷式电动机结构上没有风扇、风罩、散热片等零件，并且水道布置在封闭的壳体之内，因此其外形简约，体积小于相同功率的风冷式电动机。
（3）煤矿井下采掘、运输等设备，因其特殊的工作条件，往往负荷波动很大，所用电动机超负荷运行状况进有发生，造成电动机温升增高。另外在设计这些设备使用的电动机时，考虑到其外形体积和功率大小两方面要求，往往采用减小电动机定、转子铁心外径，加长定、转子铁心长度的设计方案。由典型的时机温升设计理论可知，铁心较长的时机其热负荷往往偏高，温升计算误差也较大，这两方面的原因致使电动机的温升处于不可靠状态。尽管采用提高电动机绝缘等级的方法进行弥补，但电动机使用寿命也将大打折扣。而水冷式结构的电动机具有较好的冷却效果，可弥补电动机温升设计误差及超负荷运行带来的缺点。
（4）水冷式电动机无风扇、风罩等零件，因此不会产生风摩损耗和噪声，并且冷却水箱还具有吸振减振效果，这些又形成了电动机效率较高、噪声低、振动小的优点。
从以上分析可以看出水冷却系统在煤矿井下用电动机上的重要作用，因此对其系统和结构的设计研究必要。目前国内许多电机厂家都积累了各自在此方面的宝贵经验，亟待进行理论性的整理和提高。本文试对此问题展开初步探讨。
3 1 水冷式电动机的温度场分析与热平衡计算
1.1 温度场分析
水冷式电动机的温度场同风冷式电动机基本相似，其不同处在于风冷式电动机是靠自带风扇吹动机壳外的空气带走热量，而水冷式电动机是利用包在机壳外水箱里水的流动带走热量。介质的物理特性有较大差异。进行水冷式时机温度场热路分析，可以借用风冷式电动机等效热路模型。见图1。
水箱壁水箱机壳壁绕组轭部齿部导条端环机内轴承轴图例：热传导；热对流；无源节点；有源节点出水口环境进水口图1热路模型图
从等效热路可以看出，整个热路系统传热方式多样，传热路线复杂。根据实际工程的要求，我们可以对问题做以下简化
4 和设定。
（1）电动机的温度分布沿圆周方向对称，电动机在圆周方向冷却条件相同。
（2）对时机内部的各种传热方式和路线进行简化，认定电动机运行产生的热量全部通过机壳壁法线方向向外传递，即热量先以导热的方式传给机壳壁，又以对流方式传给水箱内的冷却水，流出水箱的水带走大部分热量，小部分热量由水传递给水箱外壁后在空气中散发，见图2。
（3）图2显示热传递过程的温度梯度。t、t1、t2、t3、t4分别是各界面的温度。我们根据工程实际要求和导热基本定律分别确定和计算其温度值。
其中，t—GB755—2000规定的电动机绕组的温度限值（）即最高环境温度+绕组的温升限值，B级为120℃，F级为145℃，H级为165℃）；
t1—我们设定为电动机绕组及绕组及铁心等内部各发热源传递至机壳壁的温度限值。为保证时机绝缘寿命可靠性，取t1~ t2段是导热方式传热，按傅立叶导热基本定律
q1=(t1 - t2)/AB (1)
由此可计算t2
t2~ t3段是对流方式传热按牛顿冷却定律
q2=Aα（t2 - t3）
由此可计算t3
5 q1—导热方式传热流量（W）；q2—对流方式传热热流量（W）；λ—导热系数（W/m℃）; t2—接触表面（机座表面）温度（℃）；t3—流体温度（℃）；B—机座壁厚（m）; A—接触表面面积（m2）。
（3）我们设定电动机的热量主要来自电动机运行中定转子绕组的损耗、硅钢片铁耗、机械耗及其他杂散损耗，即
H=p2(1/η-1)
式中，H—时机单位时间产生的热量（kw，KJ/h）；p2—电动机额定输出功率（kw）；η—电动机的效率。
（4）我们庙宇电动机冷却水箱里的水为理想液体做定常流动。
1.2 热平衡计算
1.2.1 如上所述电动机产生的热量绝大部分被具有一定压力和流速的水带出冷却水箱外散发（传给水箱外壁的热量因量少且散热条件差可发忽略），因此对流传热部分是我们研究的重点。对流传热的热流量与其介质性质、流动速度、接触面积、接触面温差有密切关系。热力学试验证明，热流量与的过程关系很大。电动机水冷静系统的水不是在水箱内封闭状态对流传热，而是从进口流入，经过内部流道吸收热量，再从出口流出。如果按经典理论公式计算与实际状况差别太大。根据水的热力学性质和具体状况，我们采用以下经验公式更符合工程实际要求。
6 Φ=SρCp(t进- t出) （4）
式中，Φ—单位时间流出水箱的水带走的热量（kw，kJ/h）；s—水流量（m3/s）；ρ—介质密度（kg/ m3）；Cp—介质比热（J/kg℃）；t进—进水口水温，按煤矿井下情况我们设定为30℃；t出—出水口水温，为避免烫伤，我们设定为50℃。
设计的理想状态是电动机运行产生的热量全部由冷却水带走（忽略水箱外壁和端盖外壁散发的热量），使电动机温升保持在绝缘材料的温度限值之内。由此建立热平衡方程
Φ≥H （5）
1.2.2 当发生异常状况造成水流中断时，原热平衡状态将被破坏。电动机产生的热量不能被水带出，导致水箱内积水温度不断升高，直至达到沸点温度。这种情况也是电动机水冷却系设计必须考虑的。有关标准规定水冷式电动机当达到额定运行热稳定状态时，断水10min，定子绕组端部温度应不超过相应绝缘材料的温度限值。水具有良好的热容性，由水的比热公式
Q=CM△t （6）
式中，Q—水吸收的热量（kw，KJ/h）；C—比热（J/kg℃）；M—质量（kg）；△t—温度增量（℃）。
可知水的质量越大吸收的热量越多，则能保证电动机内部热量不断传出，使定子绕组温度不超过限值。根据水的热容特性和相关标准中对水冷式电动机断水要求的时间和温度限定要求，我们可以建立又一热平衡方程。公式（3）为电动机单
7 位时间产生的总热量
Q1=HT （7）
热平衡方程为：Q≥Q1 即
CM△t≥HT （8）
式中，T—电动机断水时间=10min；△t=水沸点温度-设定水箱出口水温。
2 水冷系统最小容积的确定
2.1冷却水箱最小容积的确定
由热平衡方程（8）我们可以初步确定冷却水箱的容积V。将M=ρV代入式（8）则
V≥HT/C△tρ（9）
为使电动机有较小的结构体积，我们应结合电磁设计、机壳结构设计等具体情况求得水箱的最小容积。
2.2 冷却水箱的水流量确定
由热平衡方程（4）我们可以初步确定冷却水箱的水流量。将式（4）代入式（5），则
S≥H/ρCp（t出- t进） （10）
2.3 冷却水箱水流压力的确定
为保证水箱内冷却水的不断流动，进入水箱的水流必须具有一定的压力，该压力是封闭管道中水流动的主要能量（即压能），我们高该压力为P1，出口处的水直接放入环境，其压力P2等于大气压（压力值采用标准工程大气压）。进水口与出水
8 口的压力差△p相当于不等高水位的势能差（落差），即：P1-P2=△p=h。根据伯努利方程阐述的流体在管道内做定常流时的能量守恒和能量转换定律，进水口与出水口水位势能差将转换为整个水流的动能增加。即
P1-P2=△p=h=V2/2g （11）
因出水口压力P2等于标准工程大气压，则
P1=P2+V2/2g （12）
又因水箱的水流量已由式（10）确定，在我们根据工程结构要求选用合适的进水口和出水口标准件管接头，确定其截面积计算其流速后，就可进一步计算出进水压力P1。式（12）是把水作为稳态定常流动的理想液体进行计算的，但因冷却水箱中水道结构原因及水并非理想液体，水流过程不可愕然地产生沿程压力损失和局部压力损失。实际选用进水压力应大于计算值，根据煤矿井下情况一般选择3Mpa以下压力水。
3 冷却水箱的结构设计
上述水冷却系统的主要参数是水箱具体结构设计的基本依据。我们以容积、流量、压力为约束条件，结合电动机的电气性能要求、外形安装尺寸要求等，综合调整各个数据，对水箱具体结构进行优化进行。
3.1 冷却水箱基本结构设计
煤矿井下电动机冷却水箱是由电动机座外壳和水箱外壳组成的套筒式结构，内腔布置导水流道，两端用端环封堵，其
9 容积大小是设计考虑的主要因素之一。机壳内径根据定子铁心外径确定，机壳壁厚则要综合考虑其结构强度、导热效果及同其它零部件的安装配合尺寸等因素确定，然后根据容积要求确定水箱外壳尺寸，并参照整机外形尺寸要求进行适当调整。水箱外壳壁应能保证在内部3Mpa压力水压力下不变形。
3.2 冷却水箱内流道结构设计
水箱内流道设计应尽量避免结构上产生的液流阻力，如流道截面积的突然变化、水流方向急剧改变、管接头过多、涡流区多死水面积大等缺陷。
冷却水箱内流道常采用螺旋式和折返式两种基本结构型式，各有特点和使用局限性。螺旋式绕电动机外壳，结构通畅，流道截面积比较均衡，机同一端，必须通过外接水管把进水口和出水口调整到同一端位置，以方便外接水源安装，见图3。
折返式水道适合较小规格型号电动机。水道沿电动机外壳轴线方向平行排列，水流从机壳尾部进入沿水道到达机壳另端拐弯折回，往复多次复盖机壳全部外表面后，又从机壳尾部流出，见图4。
折反式水道结构折弯多，水流方向变化大，水流滞阻力较
10 大。为克服这个缺点，应适当提高进水口水的压力。但采用折返式水产的水箱，其进水口、出水口都可布置在水箱尾部端环上，与水源连接方便。电动机整机外形结构简洁、体积小，壳体外部可加工出用于安装的定位面，特别适合于吞入安装。
3.3 水道截面积的确定
螺旋式流道和折返式流道都是采用适当厚度钢板，在机壳壁外按等间隔距离焊接，形成水道。水道截面呈矩形或扇形，我们以上已确定的冷却水箱水流系统的容量、流量、压力、流速为依据，综合考虑确定水道截面尺寸。
3.4 冷却水箱结构工艺性设计
冷却水箱即电动机的壳体，在整机中担负多项功能，满足冷却性能、隔爆性能及与其他零部件安装配合等多项技术要求。其加工制造工艺较为复杂，因此在水箱壳体具体结构设计时就必须考虑其加工制造的工艺性。水箱壳体制造工艺可分为壳体毛坯制造和机械加工两大部分，其中壳体毛坯制造是关键。
主变冷却器简介(水冷却系统的组成及油、水循环、冷却器结构特点、冷却器可能出现的问题及解决方法)
1 锦屏二级主变冷却器简介
一、概述
锦屏二级水电站的500kV主变压器冷却器方式是强迫油循环水冷却。油水冷却器的热交换是在水与油之间进行，受周围环境影响很小，而且水冷却器的冷却效率高、噪声低、体积小和辅机维护工作量小。
锦屏二级水电站使用的主变冷却器是GEA公司的水冷却器（铜镍管），产地为德国。冷却器为双重管排砂型，能自动排除杂物（直径5mm以下的长纤维及板块等杂质），其清洗周期在3年以上。冷却器控制箱采用施奈德Premimu系列PLC产品进行控制，每一组变压器（三台变压器）提供一个控制箱，布置在B相位置。每台单相变压器有4台冷却器，其中有一台是备用。
二、水冷却系统的组成及油、水循环
水冷却系统由水冷却器（油——水热交换器）、油泵、水流信号器、油流信号器、水流量计、油流量计、泄漏检测仪、阀门、电气控制所需的测量元件。
冷却水进口总管 冷却水出口总管 变压器油出口总管 变压器油进口总管 止回阀 油泵 2 水循环路径：冷却水进口总管——过滤器——电动蝶阀——下水室——冷却器内部水路——上水室——冷却器内部的管路——下水室——水流开关——蝶阀——冷却水出口总管（下图蓝色实线）。
油循环路径：变压器油进口总管——油路蝶阀——进油管路——油泵——进油管路——止回阀——冷却器内部油路——出油管路——油流开关——蝶阀——变压器油出口总管（下图红色虚线）。
三、冷却器结构特点
1、双重管特点：
下图是水冷却器的双重管示意图。双重管与单管的区别主要是在单管的外面加套了一根管，这两根管之间有间隙。采用这种结构解决了当水冷却器中的任何一根内管发生破裂等问题时，冷却器中的冷却水就会从两根管之间的间隙流到渗漏报警装置中，当渗漏报警装置内水积累到一定量时，就会发出报警信号，表示冷却器中有管子破损，就可以根据需要停机检修或者切换运行冷却器。这样就可以保证当发生冷却水管破损的时候，冷却水不会进入到变压器油中去了，保证变压器的可靠运行。
贯流潜水三相异步电动机结构设计中的几个问题
研究与交流
贯流潜水三相异步电动机结构设计中的几个问题
李平锋冯兰梅
山西防爆电机（集团）有限公司（０４６０１ １）
Ｓｅｖｅｒａｌ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｔｒａｉｇｈｔ－ｆｌｏｗ Ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ
Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ
Ｌｉ Ｐｉｎｇｆｅｎｇ Ｆｅｎｇ Ｌａｎｍｅｉ
Ｓｈａｎｘｉ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ—Ｐｒｏｏｆ Ｍｏｔｏｒ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ
摘要：根据贯流潜水三相异步电动机特殊的运行
环境，从安全运行出发，提出了结构设计中应注意的几
个关键问题并介绍解决方法，供设计制造该系列电动机
时参考。
关键词：电动机贯流潜水结构
中图分类号：ＴＭ３４３文献标识码：Ａ
ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－２８０７．２０１１．０３．００９
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ
ｓｔｒａｉｇｈｔ－ｆｌｏｗ ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒｓ，
ｓｅｖｅｒａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｐｕｔ
ｆｏｒｗａｒｄ ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ｓｅｒｖｅ ａｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｔｈｉｓ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｍｏｔｏｒｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｏｔｏｒ Ｓｔｒａｉｇｈｔ・ｆｌｏｗ Ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
贯流潜水三相异步电动机因其潜水运行，与
普通三相异步电动机相比，在设计时需特别考虑
其运行环境对电动机的影响和电动机安装运行
后的维护保养。本文从电动机结构方面出发，提
出贯流潜水电动机设计中需特别注意的几个问
BCJ系列背包式交流电机空-水冷却器样本
第 1 页 共 9 页 BCJ系列背包式交流电机空-水冷却器
一、产品概述
空-水冷却是大中型电机最常用的一种冷却方式之一，即电机运行时所产生的损耗热能经电机内部风路传递到冷却器芯，再和冷却水进行热交换，以达到散热降温的效果。和常用的直接空冷方式相比，由于其内部风路是封闭的，故其防护等级较高，环境适应能力强；和常用的空-空冷却方式相比，其散热效率高，受环境温度影响少，更适合有粉尘的工作环境。
空-水冷却器一般安装于电机（卧式电机）的顶部或侧面（立式电机）。在特殊情况下便用时，还可以按需要加装加热器以防止换热器表面凝露、安装温度和漏水监控装置以便实行远程和在线监控。
湖南崇德工业科技有限公司设计生产的BCJ系列背包式交流电机空-水冷却器主要针对Y系列大中型电机设计，是电机的主要部件之一，我公司已经实现了冷却器设计生产的系列化、标准化。我公司根据多年生产冷却器的经验，结合国内外冷却器发展的先进技术，不断优化改进，我公司生产的空-水冷却器采用的是国内目前最先进的结构形式，其主要换热部件如散热翅片等的技术水平已经可以和国际先进水平媲美，冷却器整体散热效率高、运行安全可靠，得到了绝大部分用户的首肯。我公司可以根据用户需求设计和制造各种电机或非电机用的空-水冷却装置。
二、型号标注方式
BCJ – XXX / XXX (– XXX) 设计编号，选型时不填，由设计编制，立式
冷却器最后一字母用L、R表示左右背包
配套电机中心高等级（mm）
换热功率（kW）
背包式交流电机空-水冷却器 第 2 页 共 9 页 三、冷却器的技术特性
1． 强大的换热能力：把电机运行中产生的损耗热能由内部风路送至冷却器芯进行冷却，冷却器芯是由许多密集排列的冷却水管和经特殊设计的散热翅片组成，换热效率高，能有效带走电机的热耗功率，并有约20％以上的散热裕度。
2． 满足电机各种使用环境要求：海拔高度允许＞1000m，冷却后出风温度≤40℃，冷却器进水温度≤33℃。
定子冷却水系统技术规范
可编辑
精品 3.5 定子冷却水系统技术规范
1、定子冷却系统供发电机定子绕组冷却，采用闭式独立水系统并采用集装式结构，外部冷却器进水最高温度为38℃，其压力为0.15～0.35MPa，定子集装设备供方供货。
2、定子线圈用水直接冷却，其冷却水的进水温度范围为42～48℃、进水温度有自动调节装置，冷却水温度波动范围±3℃，出水温度不大于85℃。
3、内部水质透明纯净，无机械混杂物，在水温为20℃时：
电导率： 0.5~1.5μS/cm（定子线圈独立水系统）。
PH 值： 7～8
硬 度： 小于2微克当量/升
4、在定子每槽内上、下层线圈间埋置检温计二个（一个工作，一个备用），每根绝缘引水管出口端安装测量出水温度的检温计各一个。
5、定子冷却水路的进、出水处各装一个双金属温度计。
定子线圈内冷却水允许断水时间不少于30秒。
6、 定子水系统中的所有接触水的元器件均采用不锈钢材料。
7、定子水系统中水泵、冷水器、滤水器各设2台，互为备用。
8、定子水系统配有10％离子交换器，以提高水质。定子水箱按压力容器设计、制造。
9、水系统设电加热装置。
10、为了监视系统运行情况，设置二个电导仪，电导偏离正常值时发出报警信号。
11、系统设置自动补水和水箱水位报警装置。
12、发电机设计独立的定子线圈反冲洗管道及阀门，能方便地对定子进行正、反冲洗，反冲洗管道上加装过滤器（滤网采用不锈钢激光打孔）。管道压力不大于5公斤。
13、为确保断水保护动作信号的可靠性，供方提供保护逻辑图及整定参数。
14、定子水系统集装供货，集装设备以外到发电机的管道、阀门、法兰及反法兰、附件等由供方供货。材质为不锈钢。
15、有关数据（包括图纸资料）可编辑
精品 （1） 尺寸（长×宽×高）（m） 4.839X2.66X2.76
（2） 全套泵组重量 1400kg
BLDC电动机本体设计及控制原理
BLDC电动机本体设计及控制原理
一、BLDC电动机的本体设计
1.1结构设计
BLDC电动机由一个定子和一个转子组成。定子是由绕组和铁芯组成的，绕组的线圈数量决定了电机的相数。转子通常采用永磁体，可以是永久磁铁或通过外部永磁场产生的磁场。定子和转子之间的空隙称为极间隙，极间隙的大小直接影响电机的性能。
1.2材料选择
BLDC电动机的材料选择对电机的性能和寿命具有重要影响。定子铁芯通常使用硅钢片，可以降低铁损耗和铜损耗。绕组线圈通常采用高导磁的铜线，以减少电阻和电流损耗。转子磁铁可以是永久磁体，常见的材料有钕铁硼和钴磁钠。选择合适的磁体材料可以提高电机的磁场强度和效率。
1.3冷却设计
BLDC电动机在工作过程中会产生热量，过高的温度会影响电机的性能和寿命。因此，合理的冷却设计是非常重要的。常见的冷却方式包括自然冷却、风冷却和水冷却等。对于大功率的电机，通常采用风冷却或水冷却方式来提高冷却效果。
1.4机械结构设计
二、BLDC电动机的控制原理
2.1磁场定向
2.2相序控制 BLDC电动机通过电流的改变来改变磁场的方向。根据电流的相序控制，可以使得磁场始终与定子的磁场相互作用，从而实现电机的转动。相序控制通常采用电子换向器来实现，可以根据转子位置信号和控制算法来控制相序的改变。
2.3PWM控制
脉宽调制（PWM）是控制BLDC电动机速度和转矩的常用方式。通过改变PWM信号的占空比，可以改变电机输入的电压和电流。通常使用PID控制算法或其他控制算法来根据电机的反馈信号实现闭环控制。
2.4电压和电流保护
总结：
本文从BLDC电动机的本体设计和控制原理两个方面进行了详细的介绍。BLDC电动机的本体设计包括结构设计、材料选择、冷却设计和机械结构设计等内容。BLDC电动机的控制原理包括磁场定向、相序控制、PWM控制和电压电流保护等内容。这些内容综合起来，可以实现BLDC电动机的高效运行和控制。
发动机水冷却系统
发动机⽔冷却系统
⽔冷发动机冷却系统
为了保证发动机的⼯作可靠性，降低其热负荷，必须加强它的冷却散热。发动机
主要依靠其冷却系统来保证⾃⾝在⼯作过程中得到适度的冷却。发动机冷却系统的功
⽤就是把发动机传出来的热，及时散发到周围环境中去，使发动机具有可靠⽽有效的
热状态。现代完善的冷却系统，可以使发动机在各种不同环境温度和运转⼯况下具有
最佳的热状态，既不过热，也不过冷。发动机的冷却系统按照传热介质来分类可以分
为以⽔为传热介质的⽔冷型冷却系，以空⽓为传热介质的风冷型冷却系，以油(如机
油等)为传热介质的油冷型冷却系[z][23][32]。现代汽车发动机，尤其是轿车发动机普遍
采⽤的是⽔冷型的冷却系。在⽔冷型冷却系中，如果按照传热⽅式来分类，有单相传
热和两相传热两种⽅式，前者为⼈们通常所说的⽔冷型冷却系，后者称为蒸发式冷却
系。
汽车发动机的⽔冷系统均为强制⽔冷系统，即利⽤⽔泵提⾼冷却液的压⼒，强制
冷却液在发动机中循环流动。这种系统的组成主要包括:⽔泵、散热器、冷却风扇、
节温器、补偿⽔箱、发动机冷却⽔套以及附加装置等。
发动机冷却系统冷却液在冷却系统中的循环路径:冷却液经⽔泵增压后，进⼊发
动机缸体⽔套，冷却液从⽔套壁周围流过并吸热⽽升温。然后向上流⼊缸盖⽔套，从
缸盖⽔套壁吸热后经节温器(对于该型号发动机，当出⽔温度低于82℃时，进⾏⼩
循环，这时节温器将冷却液流向散热器的通道关闭，使冷却液经⽔泵⼊⼝直接流⼊缸
体或⽓缸盖⽔套，以便使冷却液能够迅速升温。当⾼于82’C时，⽔经过散热器⽽进
⾏的循环流动，从⽽使⽔温降低。)然后回到⽔泵，如此循环不⽌(如图2.1.1所⽰)。
冷却液随发动机的不同⽽不⼀样。冷却液⽤⽔最好是软⽔，否则将在发动机⽔套
中产⽣⽔垢，使传热受阻，易造成发动机过热。纯净⽔在O℃时结冰。如果发动机冷却系统中的⽔结冰，将使冷却⽔终⽌循环引起发动机过热。尤其严重的是⽔结冰时体
积膨胀，可能将缸体、⽓缸盖和散热器胀裂。为了适应冬季⾏车的需要，在⽔中加⼊
后冷却器的结构形式
后冷却器的结构形式
咱们来聊聊后冷却器这家伙，它呀，就像是给机器降温的贴心小棉袄，虽然平时不显山露水，但作用大着呢。咱们就按照它的结构形式，一点一点地给它“扒衣服”，看看它到底是个啥模样。
首先，咱们得知道，后冷却器大体上可以分为两大类：风冷式和水冷式。这两种啊，就像是夏天里咱们降温的两种方式，一个是靠风扇吹吹，一个是直接泡水里凉快凉快。
### 一、风冷式后冷却器
#### 1.1 散热片结构
风冷式的，顾名思义，就是靠风来散热的。它里面啊，有一堆密密麻麻的散热片，就像是咱们吃的烤串上的肉串一样，一根根排列得整整齐齐。这些散热片的作用可大了，它们能大大增加与空气的接触面积，让热气更容易散发出去。每当机器轰隆隆运转起来，风扇就开始呼呼地吹，就像是给这堆散热片扇扇子一样，把热气都吹跑了。
#### 1.2 风扇设计
说到风扇，那也是个讲究活。有的风扇大，有的风扇小，有的转得快，有的转得慢。这些啊，都是根据后冷却器的实际需求来设计的。风扇大了，风量大，散热快，但噪音可能也大；风扇小了，风量小，散热慢，但噪音就小了。所以啊，设计师们在选择风扇的时候，可是得好好权衡一番的。 ### 二、水冷式后冷却器
#### 2.1 水循环系统
水冷式的后冷却器呢，就更直接了，它直接用水来给机器降温。这里面啊，有一个水循环系统，就像是咱们家里的自来水管道一样，水在里面转啊转的，把热气都带走了。这个系统啊，得保证水流畅通无阻，还得防止水漏出来或者堵住了。所以啊，设计师们在设计这个系统的时候，可是得费不少心思的。
#### 2.2 换热器设计
在这个水循环系统中啊，有一个特别重要的部件——换热器。它就像是一个热交换的战场，一边是热腾腾的机器废气，一边是冷冰冰的循环水。它们在这里碰头之后啊，就开始了一场激烈的“热战”。废气把热量传递给循环水之后啊，自己就变得凉快多了；而循环水呢，则带着这些热量继续前行，最终被排放到外面去。这个换热器的设计啊，得既高效又耐用才行。
基于ICEPAK软件的水冷基板散热器结构优化设计
2020.33科学技术创新基于ICEPAK软件的水冷基板散热器结构优化设计孙蕾渊吉林铁道职业技术学院袁吉林吉林132200冤
近年来袁由于机车内部安装有大量的电器设备及其他需要冷却的部件袁如内燃机车的柴油机尧整流器尧逆变器尧牵引电动机尧制动电阻等以及电力机车内部的变压器尧整流与逆变模块尧牵引电动机尧各电器设备等袁所以我们机车在散热方式领域也在不断探索与创新袁水冷散热就是其中的一种遥本文随机选取了一款我国国内机车常用的水冷型散热器袁利用ICEPAK软件对其进行模拟分析袁在分析过程中袁先观察此款散热器的温度分布以及内部冷却液的流动分布状态袁在观察过程中袁通过对模拟出的数据进行分析比对找出该冷却器存在的不足之处袁其次再依据发现出的问题进行改进重新设计散热器内流体的流道袁最后将新设计的散热器与之前的相比较发现袁重新优化设计的新散热器较之前的散热器在散热性能方面提高很大袁为后续对水冷式散热器的研发与改进奠定了基础遥1模型建立及分析建立模型第一步我们要先选择散热器水冷板的材料袁备选材料有铝尧铜尧铁遥如果采用铜板袁散热性能比较好袁但是成本较高袁重量也较重袁如果换成铁板的话袁成本上能节约不少袁但是铁板的散热性能较铜板差太多袁如果采用铝板的话袁铝的散热性能比铁要好袁密度又比铜和铁小袁综上所述袁散热器水冷板的材料最后定为铝遥定了材料之后我们再确定尺寸袁按照对水冷器的需求袁我们将水冷板的外形尺寸暂时定位长款高分别为300毫米尧300毫米尧30毫米遥最后利用软件建出的元器件位置布置图与水冷板的模型图分别如图1尧图2所示遥
图1元器件布置图图2水冷板模型2计算结果分析建立散热器的三维模型后袁我们利用软件进行仿真模拟袁经软件分析后得到散热器表面温度分布如图3所示袁中间平面的速度分布如图4所示:
图3表面温度分布
图4内部流速分布作者简介院孙蕾渊1988袁9-冤袁女袁籍贯院内蒙古赤峰市袁学历院研究生袁职称院讲师袁研究方向院铁道机车遥摘要院本文利用ICEPAK流体及传热分析软件对机车上牵引变流器装置的水冷基板式散热器进行建模袁并利用分析结果对散热器结构进行优化袁设计了一种新型的冷却液管道袁对两种不同类型的散热器进行了对比分析遥结果表明优化后的散热器散热性能与原方案相比得到了很大的提升遥关键词院ICEPAK曰水冷基板散热器曰结构优化中图分类号院U264文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2020冤33-0167-02167--科学技术创新2020.33结合软件模拟出的散热器便面温度分布图与散热器内部流速分布图袁我们可以分析出结果袁虽然流体在该散热器内部流动袁但流体流动的方向不规律袁有点部位流动不到袁方向不均衡袁可以会导致有点部分冷却不到袁综上所述袁该水冷式散热器的冷却能力不是特别的好袁有待优化遥3散热器结构优化设计通过软件分析出的温度分布图与流速分布图袁我们得出了结果袁冷却效果并不理想遥知道了问题所在袁接下来我们就针对导致冷却效果不理想的原因进行优化与改进遥我们先观察需要散热元器件的安装方位袁为了提高散热能力袁我们要确保散热器内的冷却液要流经元器件安装位置袁那么在保证该散热器水冷板整体大小不变的基础上袁我们重新利用软件对散热器水冷板的流体流通通道进行优化设计遥
超大型冷却塔结构设计与研究
为现浇钢筋混凝土结构。水池底板采用分离式
现浇钢筋混凝土结构。
．２冷却塔大小分类
双曲线自然通风冷却塔按淋水面积一般大
致可分为：
小于１０００ｍ 双曲线自然通风冷却塔属于
小型冷却塔。１０００ｍ ～５０００ｍ 属于中型冷却
塔。５０００ｍ ～１００００ｍ 属于大型冷却塔。大于
ｌ００００ｍ 双曲线自然通风冷却塔属于超大型冷
却塔。
３冷却塔结构设计
冷却塔的通风筒是一种典型的薄壳结构。
它的厚度最薄处与其直径之比，如果将冷却塔
成比例地缩小到鸡蛋直径大小，则它比鸡蛋壳
还要薄。在风荷载作用下冷却塔顶部的位移可
以达到几十厘米，超过厚度的数倍。
１９６５年１１月１日，英国渡桥电厂（装机容量
２００ＭＷ），配８座高为１１４ｒｎ的冷却塔，为双排梅
花形布置，在８级风中倒掉了３座，造成了一起
严重的倒塌事故。事故后，关于风载作用下冷
却塔的空气动力和结构强度问题，曾经引起过
世界上的普遍注意。英国渡桥电厂冷却塔倒塌
事故，现在看来其原因是多方面的，主要有：
①冷却塔平面布置不合理；②塔型不是连续的
双曲线；③冷却塔结构设计按照无矩理论且单
层配筋；④冷却塔塔壁较薄塔顶未设刚性环。
但大量研究成果表明，认为大风通过塔群内的
塔与塔之间时，ｆ包括厂房）受其影响，风的频谱 有较大的变化这是倒塌的主要原因之一。
冷却塔通风筒壳体母线形状确定之后，关
于壳壁厚度，一般为指数变厚壳、基本等厚壳
和分段等厚壳，综合我院以往设计的冷却塔经
验，小型冷却塔一般我们均按照指数变厚壳设
计。中型冷却塔我们均按照基本等厚壳厚壳设
计。对于大型冷却塔和超大型冷却塔我们则按
照分段等厚壳设计。
众所周知，风荷载是双曲线自然通风冷却
塔的主要荷载之一，关于风压沿塔高的分布，
我们过去在设计小塔时，大都是以塔顶最大风
压作为全塔的设计风压，而实际上，风压沿塔
高是变化的，也可以按照上下阶梯形分布或上
下连续变化来计算，国外按阶梯形分布用得较 多，我们对上述三种情况，在洛河电厂一期工
电动机壳压铸成型模具设计中的模腔结构冷却系统优化
电动机壳压铸成型模具设计中的模腔结构冷却系统优化
在电动机壳的生产过程中，压铸成型是一种常用的工艺方法。而压铸成型模具的设计质量直接影响着成型产品的质量和生产效率。模腔结构冷却系统是模具中至关重要的一部分，它的设计优化对整个生产过程至关重要。本文将从电动机壳压铸成型模具设计的角度，探讨模腔结构冷却系统的优化。
首先，模腔结构冷却系统的设计需要考虑的因素有很多。其中最主要的包括冷却介质的种类、冷却通道的布置、冷却通道的尺寸以及冷却系统的控制方式等。在电动机壳的压铸成型过程中，常用的冷却介质有水、油和气体等。不同的冷却介质具有不同的导热性能和冷却效果，因此选择合适的冷却介质对于模腔结构冷却系统的设计至关重要。
其次，模腔结构冷却系统的布置也是影响冷却效果的关键因素之一。冷却通道的布置应该合理，保证冷却介质能够充分覆盖整个模具表面，确保每个部位都能得到有效的冷却。同时，冷却通道的尺寸也需要进行合理设计，以保证足够的冷却介质能够流经通道，提高冷却效率。
此外，模腔结构冷却系统的控制方式也是设计中需要考虑的重要因素。现代化的生产中，往往采用自动控制系统来监控和调节冷却系统的工作状态。通过传感器和控制器的组合，可以实时监测模具表面的温度，并根据需要自动调节冷却介质的流量和温度，确保模具在整个成型过程中保持恒定的温度，提高产品质量和生产效率。 综上所述，电动机壳压铸成型模具设计中的模腔结构冷却系统优化是一个复杂且关键的问题。设计人员需要综合考虑冷却介质的选择、冷却通道的布置、冷却通道的尺寸以及冷却系统的控制方式等方面，以确保模具在生产过程中能够获得良好的冷却效果，提高产品质量和生产效率。只有不断优化和改进模腔结构冷却系统的设计，才能更好地适应现代化生产的需求，为电动机壳的生产提供更好的技术支持。