Основы аэродинамических и тепловых расчетов в электромеханике (стр. 6 )

где: - сумма греющих потерь (все потери в электрической машине, за исключением потерь в подшипниках), Вт;

с – теплоемкость окружающей среды, ;

- перегрев охлаждающей среды при прохождении через электрическую машину, °С.

,

где: - температура на входе в электрическую машину, °С;

- температура на выходе из электрической машины, °С.

При применении в качестве охлаждающей среды воздуха теплоемкость его принимается равной , а подогрев берется в зависимости от класса изоляции:

-  класс изоляции А, Е, В - =20°С;

-  класс изоляции F, H - =30°С.

Для электрических машин с внешним обдувом при определении расхода возуха следует учесть изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором

, (3.2)

где: - коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения.

Значение приводится в специальной литературе. Так, для асинхронных двигателей серии 4А и АИ (исполнение IP-44) его значение по рекомендациям [10] принимаем равным:

2p=2, hв≤132 мм - =1.5¸1.7;

2p=2, hв>132 мм - =1.8¸2.0;

2p≥4, hв≤132 мм - =1.2¸1.4;

2p≥4, hв≥160 мм - =1.4¸1.6;

где: hв – высота оси вращения.

Циркулируя по каналам вентиляционного тракта электрической машины, охлаждающий газ преодолевает сопротивление своему движению, вследствие чего возникают потери напора, которые необходимо компенсировать. Таким образом, для обеспечения циркуляции газа необходимы затраты энергии на механическую работу, которую совершают специальные нагнетательные элементы, обеспечивающие требуемую разность давлений между входом и выходом вентиляционного тракта электрической машины. Необходимый напор Hн для обеспечения прохождения требуемого количества охлаждающего газа определяется соотношением, кг/м2:

(3.3)

где: - эквивалентное аэродинамическое сопротивление охлаждающего тракта, .

При расчете вентиляции электрической машины решаются следующие задачи:

-  определяется расход охлаждающей среды в единицу времени;

-  выбирается схема вентиляции и размеры участков тракта охлаждения (разработка конструкции);

-  рассчитывается эквивалентное аэродинамическое сопротивление охлаждающего тракта;

-  определяется величина напора, требуемого для обеспечения необходимого расхода охлаждающей среды;

-  выбираются и рассчитываются нагнетательные элементы;

-  совместным решением уравнений аэродинамической характеристики охлаждающего тракта и внешней характеристики напорного элемента определяют рабочие значения расхода Qр охлаждающей среды и напора Нр;

-  рассчитываются расходы охлаждающей среды по всем ветвям охлаждающего тракта и определяются скорости её движения на всех участках (эти расчеты необходимы для определения коэффициентов теплоотдачи при тепловом расчете электрической машины).

Задача вентиляционного расчета считается решенной, если выполнены условия:

Расчет нагнетательных элементов (вентиляторов) подразделяется на проектный и поверочный.

Проектный расчет вентилятора заключается в определении всех его размеров аналитическим путем исходя из требуемых значений расхода охлаждающего газа Qн и напора Нн с учетом ограничений на размеры вентилятор, накладываемых конструкцией электрической машины и местом размещения вентилятора в ней.

Поверочный расчет вентилятора заключается в предварительном выборе его размеров с учетом ограничений, накладываемых конструкцией электрической машины, и рекомендациями, приводимыми в специальной литературе. По результатам графического решения системы уравнений воздухопровода и вентилятора определяются рабочие значения расхода Qр и напора Нр и сравниваются Qн и Нн. При их различии корректируются размеры вентилятора так, чтобы обеспечить условия:

В случае невозможности обеспечения этих условий корректировкой размеров вентилятора следует рассмотреть изменение схемы вентиляции и размеров участков тракта охлаждения с целью уменьшения эквивалентного аэродинамического сопротивления.

3.3. Аэродинамическая (гидравлическая) характеристика электрической машины.

При движении охлаждающей среды по каналам охлаждающего тракта электрической машины возникают потери давления, обусловленные сопротивлением участков этого тракта, в связи с чем полное давление на выходе всегда меньше, чем на входе, на величину необратимых потерь давления, которые называются потерями напора.

Потери напора при движении охлаждающей среды по каналам тракта можно разбить на две составляющие: потери, обусловленные силами трения за счет вязкости и потери, возникающие за счет изменения поля давления при поворотах, изменении сечения канала и т. д. Первую группу потерь относят к путевым, вторую – к местным [3, 4, 5, 6].

Динамическое давление согласно теории гидродинамики определяется соотношением

,

где: - удельный вес охлаждающей среды, кг/м3;

- ускорение силы тяжести, м/с2;

- скорость движения среды, м/с.

Вводя обозначение , получим соотношение для Нd в виде:

.

Коэффициент называется коэффициентом динамического давления.

Потери напора в соответствии с теорией гидродинамики также описываются аналогичным выражением:

,

где: - коэффициент аэродинамического (или гидравлического) сопротивления i-го участка;

- скорость движения потока на i-м участке.

Скорость движения охлаждающей среды неодинакова на различных участках охлаждающего тракта при заданном расходе и может быть выражена через сечение участка и расход

,

где: - расход охлаждающей среды,

- сечение i-го участка.

В этом случае потери напора на i-м участке:

,

где - аэродинамическое (или гидравлическое) сопротивление i-го участка, .

Коэффициент аэродинамического сопротивления принято выражать через коэффициент динамического давления:

где: - коэффициент местного сопротивления.

Охлаждающий тракт электрической машины состоит из ряда участков, которые могут образовывать последовательные и параллельные цепочки, соединения треугольником и т. д.

Для расчета полного аэродинамического сопротивления охлаждающего тракта необходимо получить соотношения для различных комбинаций участков. При последовательном соединении расход на всех участках является одинаковым, а полный напор равен сумме напоров (рис. 3.7).

Если обозначить полное (аэродинамическое) сопротивление через , то получаем: