绪论

随着国民经济的快速发展，新技术、新材料的不断研究与应用，电机容量越来越大，电压等级也不断提高，为此，电机可靠性要求越来越高，对电机冷却系统研究和制造也提出新的课题。特别是用于风力发电机组中的冷却器重量、体积受到空间和空中运行的限制，价格又不能太高；用于核电、大型水力发电等大型发电机可靠性、寿命要求通常为30年；用于火电、石化、环保等电机因使用环境不同，对材料、结构和尺寸提出新的挑战，不断推出新的规格和品种。电机的发展促使冷却器从设计方面就要满足效率高、可靠性、价格成本等要求。要满足上述条件，除了要充分考虑电机发热原理外，对冷却器的研究、冷却器材料和制造上也需要新的突破。但是，近半个世纪以来，冷却器理论和设计方法上的进展相对较慢，其品种、规格、性能和尺寸没有统一标准。大部分企业都是凭借经验制造样机，在电机整机中测试合格后，才投入批量生产。如不合格则继续试样，造成不必要的财力和时间上的浪费。

在冷却器设计时需要很多参数，这些参数大体上可分为两组：第一组是冷却器内有关风压、水压、流体的参数和热力学参数；第二组是表示冷却器各通用部件形状、排列和管子材料、大小的几何参数。这二组参数都是三维的，相互之间有影响。尤其是流道上、下、左、右之间的流体动力参数也是相互关联的。在设计中要处理好这些关系，需要对整个过程反复进行修改，难度较大，以前的设计理论和方法已很难适应。

近年来，关于电机冷却器的学术和理论研究，已注意到了流体参数与性能参数之间的关系，但是却忽视了流道几何特征对流体力学参数的影响，而且学术和理论研究与设计方法的发展脱节，没有实质性推动电机冷却器整个优化设计。

大型电机冷却器常用介质可分为空气冷却和水冷却，空气冷却常选用风机，它是易损的主要部件，如叶轮、轴、轴承和轴封等配件，应该是可互换的，但如果用于风力发电机上，更换成本很高。因此，要进行有限元的分析，改变电机极数和材料，使之可构成多种组合，适应标准化。

作为专用于高寒型和海洋型特殊环境的电机冷却器，应尽量考虑使用条件中的其他要求。为了获得最优的性能（但不一定最高效率）和最经济的设计，应有效分析其风机转速、极数、管子冷却系数、流道风压和流量系数，也应结合零部件的强度和结构以及材料等进行综合考虑。

近年来，发电行业和输变电行业设备使用部门存在着一些片面的看法，只追求表面的“节能”指标，即使是临时性工作或者间歇性工作，也选择同样的机型。选用复杂，其昂贵和大功率的机型，实际上提高了投资和总运行费用。

设计电机冷却器考虑最多的是：散热效率、冷却性能曲线、振动和重量。效率是最受人们重视的表观指标，特别是在当前能源紧张的情况下，“节能”是人们注重的一大指标，而且有时这也是最能“蒙骗人”的指标。因有些“节能”冷却器只是在设计点或工况点时效率高，但高效范围不宽，其性能曲线的形状不能令人满意。标准参数的冷却器，应适应较广泛的使用场合，但这些使用场合很难恰好都在标准电机冷却器的设计点上，甚至也不在高效工作点范围内，因此在实际使用的场合，冷却器的效率并不都是设计点的效率，其节能效果不如实际测试的某一特定点显著。对特定类提出优化设计，应该是处理三个指标的折中方案：一是强调效率设计，考虑到各种损失的折中，即流体效率、容积效率和机械效率等；二是强调材料选择节约成本，考虑到各种强度和振动的折中；三是强调零部件可靠性时应考虑通用零件和标准零件的生产成本的折中。其中折中就是优化。

本书内容极具基础性，主要是为了帮助制造型企业技术人员了解电机发热源的产生、热源的传递过程；如何把这部分热源让冷却器带走，保证电机在规定温升内运行，是本书的主要内容；热源通过冷却器的传递，对冷却器的换热计算、结构设计介绍是本书重点部分。

尔格科技作为电机冷却器的研制企业，对冷却器各部件使用造型有一定的实践经验，但缺乏理论深入研究，编写过程中参考了大量的著作，特别是附页中的参考文献，在此向其作者表示感谢。

由于编者水平有限，书中难免有不妥之处，敬请读者给予批评指正，不胜感激。