液压电机泵温度分布的流固耦合传热仿真及验证

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液压电机泵是将电动机、充液泵、高压容积泵等元件高度融合的新型液压动力单元,具有噪音低、效率高、结构紧凑等优点,但也使得电机泵的热源集中分布。当液压电机泵内部温度过高时,电机绝缘材料加速老化、工作介质粘度快速降低等问题将严重影响电机泵的工作性能和可靠性。因此,对电机泵的温升特性和温度分布特征进行准确预测是保证电机泵正常工作的基础,同时可以为电机泵的优化设计提供依据。本文首先结合流固耦合传热仿真方法和热电偶、热成像仪测温方法对三相异步型液压电机泵的温度分布特征及温升规律进行了分析,其次,对比仿真结果和试验结果验证了仿真方法的可靠性,最后,以该仿真方法为指导,对宽调速永磁同步型液压电机泵的温度场特征进行了仿真分析。本文的主要工作和结论总结如下:(1)建立了三相异步型液压电机泵的三维温度场计算模型,以电机的损耗和叶片泵的功率损耗作为恒定热源,运用流固耦合传热的仿真方法,对电机泵稳定运行时各部件的温度分布及瞬态三维温度场变化进行了仿真计算。结果表明:负载压力低于6MPa时,泵芯的温度低于电机各部件及壳体,随着负载压力的增加,泵芯的温度逐渐高于电机定子及壳体,但始终低于定子绕组和转子导条的温度;12MPa时,泵芯与转子导条的温差达到最大,其值为12.24℃。(2)采用在三相异步型液压电机泵样机壳体表面粘贴热电偶与红外热成像仪辅助测温相结合的方式,得到了不同负载工况下样机壳体表面的温度分布,与电机泵温度场瞬态仿真结果进行对比,发现:电机泵壳体局部高温位置处的仿真结果较热电偶测量结果偏小9.6%、较热成像仪结果偏小7.2%,但是通过仿真计算得到的温度场的温度分布规律及局部高温位置与实测结果基本吻合,说明流固耦合传热仿真方法可以较为准确的预测电机泵的温度分布情况。(3)基于上述流固耦合传热仿真方法,分析了不同转速、负载压力以及入口油温对永磁电机温度分布的影响。结果表明:永磁电机温度最高的位置不受转速、负载压力、油温等因素影响,且始终位于电机定子绕组位置;额定工况下,电机定子绕组的最高温度为74.27℃。
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