一種新型的電機(jī)流場觀測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及了一種觀測裝置，尤其是涉及了一種新型的電機(jī)流場觀測裝置，可用于電機(jī)內(nèi)部冷卻空氣流場的觀測。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著應(yīng)用場合的多樣化，電機(jī)設(shè)計的大功率密度，高可靠性和緊湊化越來越成為研究人員追求的目標(biāo)。在這一發(fā)展過程中，人們卻不得不面對這三者之間無法兼顧的窘境。而限制這三個需求的關(guān)鍵，就是電機(jī)溫升。過高的電機(jī)溫升將會帶來電機(jī)過熱、絕緣失效、永磁體失效等一系列問題。溫升的控制主要有兩個方面，一是電機(jī)損耗，二是電機(jī)散熱。如今對于電機(jī)損耗的控制和優(yōu)化已經(jīng)有了很多研究，而對于電機(jī)散熱優(yōu)化分析卻比較少。因此對于電機(jī)散熱的優(yōu)化，將對于電機(jī)設(shè)計，特別是大功率電機(jī)設(shè)計有著極大的意義。在電機(jī)損耗不變的前提下，電機(jī)的冷卻能力決定了電機(jī)的溫升。而溫升又影響到電機(jī)的絕緣情況，額定容量以及是否出現(xiàn)退磁等更嚴(yán)重的問題。因此，如何提升電機(jī)的冷卻性能已經(jīng)成為電機(jī)設(shè)計、制造中的重要問題。
[0003]氣冷和液冷是兩種主要的冷卻方式。由于氣冷冷卻結(jié)構(gòu)簡單，需要的附加設(shè)備較少，一直是研究的熱門。但是在散熱分析時，水冷的流量和溫升更易于測量和計算。對于水冷電機(jī)，通過對于冷卻液流量以及進(jìn)出口溫差的測量，就能比較精確地分析一個散熱方案的有效性。相對于水冷，風(fēng)冷是以空氣做冷卻介質(zhì)，在相同條件下其向外傳熱系數(shù)僅為水冷傳熱系數(shù)的四十分之一左右，所以一般而言氣冷中空氣的流量和流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水冷，這就為精確分析流量帶來了問題。同時由于電機(jī)中冷卻空氣通道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，比如轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，定子以及轉(zhuǎn)子的繞組等部位，都是發(fā)熱嚴(yán)重需要詳細(xì)的冷卻性能分析的部位，但是其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)使得氣流在其中的流動有更多的不確定性，極易出現(xiàn)湍流等復(fù)雜的流體情況，使得對其的研究變得更加的困難。因此對于電機(jī)冷卻空氣流場的研究，很難做到精確計算而只能采取一定的方法對其進(jìn)行觀測。對電機(jī)冷卻空氣流場的觀測，是優(yōu)化電機(jī)散熱的基礎(chǔ)。
[0004]隨著圖像處理技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，粒子圖像測速技術(shù)(particleimagevelocimetry’PIV)得到了長足發(fā)展，現(xiàn)在己被廣泛應(yīng)用于各種流場的測量，從定常流動到非定常流動、低速流動到高速流動、單相流動到多相流動等。PIV的基本原理是在流場中散布示蹤粒子，同時用激光片光源入射到所測流場區(qū)域中，照亮所測平面的示蹤粒子，通過極短時間內(nèi)的連續(xù)兩次或多次曝光，將粒子圖像記錄到底片或CCD高速相機(jī)上。利用相關(guān)計算方法對于相鄰兩張照片的粒子進(jìn)行分析，得到兩張照片中圖片的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而可獲得粒子在拍攝時刻的瞬時速度。
[0005]Bryanston-Cross，P.J.在其 1993年發(fā)表的論文《The Applicat1n of PIV(Particle Image Velocimetry)to transonic Flow Measurements》中利用PIV技術(shù)分析了飛機(jī)引擎中進(jìn)氣流的問題，就是一個早期PIV技術(shù)應(yīng)用的典型。其分析了傳統(tǒng)方式下難以分析的較為復(fù)雜架構(gòu)內(nèi)部的氣體流場狀態(tài)，并取得了一些進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)所需的數(shù)據(jù)?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0006]為優(yōu)化電機(jī)散熱結(jié)構(gòu)提供實驗數(shù)據(jù)，本實用新型提出了一種新型的電機(jī)流場觀測裝置，利用實驗的方法觀測冷卻空氣流場情況，對流場的邊界問題進(jìn)行觀測，尤其是在流固接觸面附近的流場邊界效應(yīng)。
[0007]本實用新型的技術(shù)方案為:
[0008]本實用新型包括風(fēng)源、示蹤粒子注入?yún)^(qū)和實驗電機(jī)模型，風(fēng)源經(jīng)第一風(fēng)路轉(zhuǎn)換管連接到示蹤粒子注入?yún)^(qū)，示蹤粒子注入?yún)^(qū)經(jīng)第二風(fēng)路轉(zhuǎn)換管連接到實驗電機(jī)模型的風(fēng)路接口，實驗電機(jī)模型的主體結(jié)構(gòu)采用透光材料，CCD高速相機(jī)和激光片光源分別安裝在實驗電機(jī)模型的側(cè)方并朝向?qū)嶒炿姍C(jī)模型內(nèi)部的流場。
[0009]所述的實驗電機(jī)模型的外殼和定轉(zhuǎn)子必要部位采用透光材料，以利于根據(jù)PIV技術(shù)的原理，高速相機(jī)精確捕捉流場情況，其余部位采用與實際電機(jī)相同的材料，以充分還原實際電機(jī)的流場情況。
[0010]所述的實驗電機(jī)模型的主體結(jié)構(gòu)采用有機(jī)玻璃等透光性能良好的材料制作。
[0011]所述的激光片光源朝向?qū)嶒炿姍C(jī)模型內(nèi)部流場，并調(diào)整激光片光源使其發(fā)射的激光面和所需要觀測的面重合。所述的CCD高速相機(jī)朝向所需要拍攝的觀測面。
[0012]本實用新型首先根據(jù)實際電機(jī)結(jié)構(gòu)，以有機(jī)玻璃等透光性良好的材料制作所需要的實驗?zāi)Ｐ汀Ｈ缓蟾鶕?jù)實際電機(jī)運(yùn)行工況，利用離心風(fēng)機(jī)，可控加熱設(shè)備等設(shè)備在實驗電機(jī)模型中模擬實際電機(jī)的流場和溫度場。選擇合適的示蹤粒子，在流場進(jìn)入實驗電機(jī)模型前將示蹤粒子和流場混合均勻，調(diào)整激光片光源使其入射到所測流場區(qū)域中，照亮所測平面的示蹤粒子，利用CCD高速相機(jī)記錄流場中示蹤粒子的運(yùn)動圖像，分析得到所需要觀測流場的速度分布。
[0013]本實用新型的有益效果是:
[0014]1、本實用新型可得到電機(jī)內(nèi)部流場的精確分布情況，尤其可以得到流固接觸面的邊界流場分布情況。
[0015]2、電機(jī)模型的主體結(jié)構(gòu)采用有機(jī)玻璃等透光性能良好材料制作。根據(jù)PIV技術(shù)的原理，實驗電機(jī)模型外殼以及定轉(zhuǎn)子必要部位使用透光材料制作，以利于高速相機(jī)精確捕捉流場情況，實驗電機(jī)模型其余部位盡量采用和實際電機(jī)相同的材料制作，以充分還原實際電機(jī)的流場情況。
[0016]3、實驗時采用離心風(fēng)機(jī)等設(shè)備提供實驗電機(jī)模型風(fēng)源，采用可控加熱設(shè)備加熱實驗電機(jī)模型定轉(zhuǎn)子以及繞組等發(fā)熱部位。準(zhǔn)確模擬實際電機(jī)運(yùn)行的工況，保證電機(jī)冷卻空氣流場觀測的準(zhǔn)確性。
[0017]4、選擇合適的示蹤粒子。根據(jù)本實驗流場的速度以及流場的物理化學(xué)特性，采用霧化小液滴作為實驗的示蹤粒子，在流場進(jìn)入實驗電機(jī)模型前將示蹤粒子和流場混合均勻，保證一定的示蹤粒子濃度可以得到理想的觀測效果。
【附圖說明】
[0018]圖1為電機(jī)內(nèi)部流場觀測系統(tǒng)示意圖。
[0019]圖2