Основы аэродинамических и тепловых расчетов в электромеханике (стр. 7 )

Таким образом, для последовательного соединения участков охлаждающего тракта получаем:

Рис. 3.7 Последовательное соединение участков охлаждающего тракта

При параллельном соединении участков одинаковым будет напор, а полный расход равен сумме расходов по участкам (рис. 3.8.).

Рис. 3.8 Параллельное соединение участков охлаждающего тракта

Расход охлаждающей среды для всего тракта и отдельных участков определяется соотношениями:

Так как , получим

.

Полное аэродинамическое сопротивление параллельно включенных участков определяется соотношением:

Ввиду нелинейной зависимости напора от расхода охлаждающей среды соотношения для преобразования соединения участков из треугольника в звезду (рис. 3.9) являются сложными и получены с некоторым приближением, что не позволяет обратным решением получить точные значения расхода в участках. Тем не менее такие преобразования используются в практических расчетах, особенно при расчете сложных разветвленных трактов охлаждения [3, 4].

Рис. 3.9 Преобразование соединения участков треугольником в соединение звездой

Соотношение для расчета аэродинамических сопротивлений при преобразования треугольника в звезду (рис. 3.9) имеет вид:

Зависимость полного напора в функции расхода охлаждающей среды

называется аэродинамической (гидравлической) характеристикой электрической машины. Для её построения необходимо рассчитать . Порядок его расчета следующий:

-  по компоновочному чертежу электрической машины определяются пути движения охлаждающей среды и составляется аэродинамическая (или гидравлическая) схема;

-  определяются сечения участков, коэффициенты местного сопротивления и рассчитываются аэродинамические (гидравлические) сопротивления участков;

-  рассчитывается эквивалентное аэродинамическое (гидравлическое) сопротивление тракта охлаждения и строится аэродинамическая (гидравлическая) характеристика).

Чем большее количество местных сопротивлений учтено при составлении аэродинамической схемы, тем точнее результаты расчета. Однако следует отметить, что это не всегда оправдано, т. к. значительно возрастает трудоемкость расчетов. Кроме того, следует иметь в виду, что точность расчета в большей мере определяется правильным выбором коэффициентов сопротивления, которые в основном определены экспериментальным путем на основе теории гидромеханического подобия.

3.4. Определение аэродинамических (гидравлических) сопротивлений тракта охлаждения.

Аэродинамическое (гидравлическое) сопротивление любого участка охлаждающего тракта определяется соотношением:

,

где: - коэффициент динамического давления;

- коэффициент местного сопротивления.

Коэффициент динамического давления равен:

.

В подавляющем большинстве электрических машин в качестве охлаждающей среды используется воздух. Величина коэффициента динамического давления соответственно равна:

,

где: =1.2 кг/м3 - удельный вес воздуха;

м/сек2 – ускорение силы тяжести.

Значения коэффициента местного сопротивления в большинстве случаев не могут быть рассчитаны аналитическим путем и определяются по результатам экспериментальных исследований не базе теории гидромеханического подобия и приводятся в справочной и специальной литературе [4, 5, 6, 9, 10].

3.4.1. Сопротивление трения в каналах.

Величина сопротивления терния в значительной степени зависит от характера движения потока (ламинарного или турбулентного), определяемого числом Рейнольдса, а так же характером поверхности (гладкая или шероховатая). Критическое число Рейнольдса, при котором происходит изменение характера движения в каналах электрических машин, принимается равным:

,

где: - скорость охлаждающей среды в канале, м/сек;

- кинематическая вязкость среды, м2/сек;

- гидравлический диаметр канала, м.

где: - поперечное сечение канала, м2;

- периметр канала, м.

При характер движения потока ламинарный, при - турбулентный.

В общем случае коэффициент местного сопротивления для каналов определяется соотношением:

,

где: - коэффициент трения;

- длина канала, м;

- гидравлический диаметр, м.

Коэффициент трения является функцией характера движения и состояния поверхности стенок канала.

Для гладкого канала при ламинарном течении

,

для гладкого канала при турбулентном течении

.

В случае шероховатых каналов коэффициент трения зависит как от характера движения потока, так и от относительной шероховатости

,

где - абсолютный размер типичного выступа, м.

Величина определяется по кривым, приведенным в [2, 4, 9]. С достаточной степенью точности для практических расчетов можно принять для аксиальных каналов сердечников электрических машин (шероховатые каналы)

,

а для гладких каналов .

3.4.2. Местные аэродинамические и гидравлические сопротивления.

Величина местных аэродинамических сопротивлений определяется изменением поля давления за счет поворотов, сужений, расширений и т. д. каналов охлаждающего тракта. Определение большинства коэффициентов местного сопротивления возможно только по результатам обработки экспериментальных исследований, и их значения приводятся в специальной и справочной литературе [4, 5, 6, 9]. В табл. 3.1 приведены соотношения или численные значения коэффициентов , наиболее часто используемых при расчете аэродинамической характеристики электрической машины.

Коэффициенты местных потерь

Таблица 3.1

Вид сопротивления, форма канала, схема течения	Коэффициент местного сопротивления
Вход потока в электрическую машину a) б) в)	а) б) в)
Вход потока через проволочную сетку	выбирается как и для отверстий с круглыми краями
Внезапное расширение б)   а)	а) б)
Внезапное сужение б)   а)	а) б)
Решетка или сетка в канале	- живое сечение решетки или сетки
Отверстие в стенке
Выход потока из электрической машины
Диффузор	С учетом сопротивления трения Без учета сопротивления трения - в градусах
Поворот потока

Другие коэффициенты местных сопротивлений (течение потока через лобовые части обмотки, в радиальных каналах, между трубками газоохладителя и т. д.) позволяющие с большей достоверностью рассчитать аэродинамическую характеристику, приводятся в [5, 6, 9].