采煤机电控箱水道散热设计.pdf
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1、第4 4 卷第3 期2023年6 月煤矿机电Colliery Mechanical&Electrical TechnologyVol.44 No.3Jun.2023技术实践何寒冰.采煤机电控箱水道散热设计J.煤矿机电,2 0 2 3,4 4(3):6 1-6 3,6 7.doi:1 0.1 6 5 4 5/j.c n k i.c m e t.2 0 2 3.03.013采煤机电控箱水道散热设计何寒冰(天地上海采掘装备科技有限公司,上海2 0 0 0 3 0)扫码移动阅读摘要:针对采煤机电控箱内变频器安装板的水道散热问题,分析了变频器内部的功耗电器件,运用仿真技术建立了变频器安装板及变频器简化散
2、热模型。利用仿真工具对比仿真了2 种不同水道结构的散热性能,验证了双层水道结构的散热效果更佳。通过对仿真数据的分析,为后续采煤机内水道设计提供了技术基础及参考依据。关键词:采煤机电控箱;水道散热;优化设计;仿真分析中图分类号:TD632.1Heat Dissipation Design of Coal Mining Machinery文献标志码:BControl Box Waterway文章编号:1 0 0 1-0 8 7 4(2 0 2 3)0 3-0 0 6 1-0 4HE Hanbing(Tiandi Shanghai Mining Equipment Technology Co.,Lt
3、d.,Shanghai 200030,China)Abstract:In response to the water channel heat dissipation problem of the frequency converter installation platein the coal mining machinery control box,the internal power consumption electrical components of the frequencyconverter were analyzed.Simulation technology was use
4、d to establish the frequency converter installation plate andthe simplified heat dissipation model of the frequency converter.The heat dissipation performance of two differentwater channel structures was compared and simulated using simulation tools,verifying that the double layer waterchannel struc
5、ture has better heat dissipation effect.The analysis of simulation data provides a technical foundationand reference basis for the subsequent design of the inner waterway of the coal mining machine.Keywords:electronic control box of coal mining machine;water channel heat dissipation;optimistic desig
6、n;simulation analysis0引言散热技术在现代工业中扮演着重要的角色,随着现代采煤机牵引部变频器的功率越来越高,在采煤机电控箱内部产生大量热量,这时候散热系统的设计和优化显得尤为关键。基于散热技术的基本原理和设计方法,通过建立仿真模型,优化设计采煤机电控箱水道结构。1散热系统散热系统是工业设备中常见的一个系统,主要作用是将设备内产生的热量带走,以保证设备的正常运行和安全性。散热是温度高的物体向温度低的物体热传递。热传递有3 种方式:1)传导。这种方式通过同一固体温度高区域向低区域因分子、电子运动碰撞而产生能量传递。2)对流。对于液态、气态或流体因对流而产生能量传递。623)辐射
7、。电子运动会产生电磁辐射,对于热辐射也会传递热量。在采煤机电控箱中,由于电器件的使用和运行,会产生大量热量,如果不及时散热,会导致电器件的温度过高,进而影响其性能和寿命,甚至可能引起设备故障和安全事故。水冷主要是利用水的流动将采煤机电控箱内产生的热量带走,通常是通过水泵将冷却水送人水冷板,冷却水在水冷板水道内与电控箱内产生的热量进行热交换,然后将热水排出。在采煤机电控箱内主要发热电器件,变频器主要使用水冷方式进行散热,水道结构布局方式、冷却水的流量、温度和材料特性等因素都会影响散热系统的性能2。因此,散热系统的设计需要进行全面的综合考虑,以保证其散热性能。2散热原理和设计方法流体力学的能量守恒
8、方程是指描述流体内能量变化的数学方程。它基于热力学第一定律,即能量守恒定律,考虑了热传导、热对流和热辐射等因素的影响,用于描述流体内部的能量转换和传递过程。能量守恒方程(1)可以写成一般的形式,即:dTpcdt+V q=H式中:p为密度;c为比热容;T为温度;q为热传导率;H为热源项。这个方程表示流体内部的温度随时间的变化率加上热能的传播与产生率等于热源项3。这个方程描述了在流体运动过程中,热能也会在各个部分之间转化,但总热能守恒。能量守恒方程在流体力学中具有重要作用。它可以用于分析流体内部的能量转换和传递过程,例如热流、温度分布等。同时,它也可以用于优化流体系统的设计和操作,以实现能量的最大
9、利用和节约。2.1热传导热传导是指热量从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式。据傅里叶热传导公式(2)可知,传热速度与温差成正比,与距离成反比。kA(T,-To)qL式中:9 为单位面积热流密度;A为与热传递方向垂直的面积;k为热导率;T为高温区的温度;T。为低温区的温度;L为热的移动距离。2.2热对流热对流是指通过流动介质热微粒由空间的一处煤矿机电向另一处传播热能的现象。热对流传递的热量主要由对流换热系数和换热面积决定,Newton对流换热公式(3)如下:q=hA(Th-T.)式中:q为单位面积热流密度;A为与热传递方向垂直的面积;h为对流换热系数;T,为固体温度;T。为流体
10、温度。对流换热系数与导热系数不同,它不是一个特定值,而是由流动条件和壁面状态共同决定的系数。随着流体速度的增加,对流换热系数变大4。本文通过三维软件建立水冷板和变频器的简化模型,运用仿真软件进行模拟仿真。在相同条件下,通过改变不同的水道结构,得出仿真结果,比较两种不同水道结构的差异性,并找到散热效果为佳的一种水道结构,为后续类似设计提供参考。3散热仿真方案3.1输入仿真条件文中使用变频器主要发热器件是6 个ICBT,单个IGBT最大产热量4 0 0 W,总发热量2 4 0 0 W。冷却进水开氏度2 9 8 K(合摄氏度:K-273.15=24.85),环境温度2 5。进出口位置定义:进口设置冷
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