книги из ГПНТБ / Борисенко А.И. Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах

Гладкого корпуса; ц — коэффициент эффективности оребрения для реальных, технологически выполняемых ребер, определяемый формулой (5-90).

Формулы (3-41) — (3-43) удобнее представить в виде

0,627?.,

Т ( р

где

Увеличение ЛКОрп при прочих равных условиях приво­ дит к уменьшению ДИкорпЭтот эффект можно реализо­ вать, увеличивая акОднако такой путь имеет предел, обусловленный возможностями получения максимально­ го расхода охлаждающего воздуха наружным вентиля­ тором при заданных габаритах и частоте вращения дви­ гателя. Другой путь повышения ЛКОрп связан с развитием теплоотдающей поверхности корпуса, т. е. рациональным выбором параметров оребрения.

Определив внутренний перепад температуры АТШІ и зная среднюю нормируемую (ГОСТ 183-66) температуру обмоток для применяемого класса нагревостойкости изо­ ляции АГмідоп, по формуле (8-24) находим наружный перепад температуры АГКорц = АГмідоп—А7'вн—й-в. Эту величину ДГкорп должно обеспечить выбранное оребрение корпуса при заданной частоте вращения и макси­ мально возможном коэффициенте теплоотдачи ак-

Для правильно спроектированной системы наружного охлаждения должно существовать равенство между греющими потерями и количеством тепла, отводимым

скорпуса при заданной АГмідоп и выбранных размерах

иколичестве ребер:

Используя коэффициент эффективности оребрения т), находим параметры оптимального оребрения для четырех вариантов ограничений.

1. Ограничение по минимальному значению АГмідоп. Если предположить, что при заданном диаметре вен­ тилятора «к постоянно, то минимальное значение АДмідоп обеспечивается при максимальном коэффициенте эффективности оребрения ЦмакоПри выбранных значе-

330

ниях шага ht и высоты ребра Ар оптимальная толщина ребра бр.опт, которой соответствует максимальный коэф­ фициент эффективности оребрения, находится из условия

ö?t]/rf6p=0.

Пример. Найдем оптимальную толщину ребра электродвигателя Да-100Ь4 при заданной высоте ребра Лр=1,8-10-2 м и следующих

нить размеры ребер охлаждения корпуса с параметрами

^оггт. ботпѵ ^ oitTj ВЫ браННЫ М И ИЗ УСЛОВИЯ Т|макс-

2. Если считать, что коэффициент теплоотдачи пк является функцией параметров оребрения (Ар, бР и Ь), то значения этих параметров, обеспечивающие минималь­ ное АГмі, определяются непосредственно из условия ми­ нимума функции (8-24). Из рис. 8-9 и 8-10 видно, что функция ДГмі может иметь лишь краевой минимум, по­ этому выбор параметров оребрения производится из условий приемлемой технологии выполнения ребер

вусловиях массового производства машин.

3.Оптимизацию параметров оребрения можно про­ изводить, полагая, что превышение температуры обмот­ ки равно допустимому значению для заданного класса изоляции и оребрение имеет минимальную массу, т. е.

минимизации массы можно обеспечить при высоких и тонких ребрах (рис. 8-9 и 8-10). Расстояние между реб­ рами, а следовательно, и необходимое количество их определится равенством А7\ц = АТ^цдоп при выбранных

/?р и бр.

4. Рассмотренный случай приемлем для низкоскорост­ ных машин, у которых механические потери РМех с из­ менением параметров меняются незначительно. Для вы­ сокоскоростных машин, у которых РѴх сильно зависит от размеров и количества ребер, выбор параметров оребре­ ния производится из условия АГмі = АРм)доп и минимума

331

механических потерь. Эти потери с достаточной для практики точностью можно определить по формуле [Л. 93]

Как показано в § 5-6, при заданной высоте оси вра­ щения двигателя Н высоту ребра можно найти по фор­ муле

где 6„ — толщина оболочки корпуса.

^мех,

Рис. 8-9. К выбору оптимального оребрения для электродвигателя 4AO-80L4. Оптимальные параметры оребрения.

6о п т“ 0-875 см; f t p - 1,35 см; б ОПІ=0,2 см; Ѵопт = 117,5 см3; Л Т Я [=76°С.

332

Задавшись несколькими значениями hv, fiP, опреде­ ляем соответствующие величины ак, 1±Тиі и ті для реаль­ ных ребер. Правильность расчета проверяется выполне­ нием тождества (8-29).

трудно получить в производстве. Реальная средняя толщина в элек­ тродвигателе 4A-100L4 равна 4 мм, чему соответствует ч = 2,35. Проверим равенство потерь и теплоотвода с корпуса при выбранном оребрении и заданном допустимом перепаде температуры корпуса А7’,корп= 33 °С. Используя (8-29), получаем:

2 Р гр= (0,1 -84,3+0,0393-34 + 79- Щ-Утт- 17,6- 19,2-2,353)33 = 973 вт.

ток статора этого двигателя составляет 77 °С.

8-3. Расчет закрытых взрывонепроницаемых двигателей с непосредственно обдуваемой

спинкой сердечника

Эти двигатели получили большое распространение в химической и горнорудной промышленности (например, двигатели серий МА-36, МА-360, МА-39).

Охлаждение в таких машинах производится воздухом, прогоняемым вдоль корпуса, в который запрессован па­ кет сердечника статора (рис. 8-11).

В общем случае в закрытой асинхронной машине тепло отводится по двум параллельным ветвям (рис. 8-12). Одна ветвь — это поток тепла от ротора к стали статора через зазор и через сталь к охлаждающей среде. Другая ветвь — это поток тепла от каналов и торцов ротора, а также от лобовых частей обмотки и торцов пакета ста­ тора к корпусу и щитам и через них к охлаждающей сре­ де, минуя пакет стали статора. Для относительно длин­ ных машин, когда длина больше диаметра, тепловое со­ противление первой ветви заметно меньше, чем второй, поэтому поток тепла в основном идет через пакет статора в радиальном направлении. При расчете второй ветви пренебрегаем теплообменом торцевой части статора

334

Рис. 8-11. Схема закрытого двига­ теля.

-------*• — внешний

ний воздушный по­ ток.

Статор

Ротор

Потери В пазодой час­ ти обмоши ротора

Рис. 8-12. Тепловые потоки в закрытом двигателе с обдуваемой спинкой сердечника статора.

335

(мала скорость внутреннего воздуха возле торцов) и осевым движением среды в зазоре (мал зазор). Чем больше длина машины, тем меньше влияние второй вет­ ви. Например, в погружных машинах с длиной в 10— 20 раз большей диаметра, допущение о радиальности теплового потока справедливо с большой достоверно­ стью.

При проведении расчета необходимо учитывать шесть перепадов температуры: от ротора к статору (в зазоре), по толщине изоляции, по высоте зубца, по высоте спинки, от стенки к окружающей среде и половинный подогрев охлаждающей среды. Суммируя отдельные перепады, по­ лучаем средние превышения температуры ротора и пазо­ вой части обмотки статора.

Перепад температуры но толщине изоляции ДГи.п в случае однородной стенки при заданных значениях те­ плового потока /Ѵш толщины изоляции бп.п и коэффи­ циента теплопроводности изоляции Аи определяется вы­ ражением (7-35), умноженным на Рм.п-

Перепад температуры в зазоре между ротором и ста­ тором определяется как произведение сопротивления, определяемого формулой (7-46), на суммарный тепловой поток от ротора к статору.

Перепад температуры по высоте зубца определяется так же, как для теплопроводящего стержня с равномерно распределенными внутренними источниками тепла. В зу­ бец входит тепловой поток от потерь в обмотке, постепен­ но нарастающий по высоте зубца; кроме того, через зуб­ цы проходит тепловой поток от ротора.

Перепад температуры по высоте спинки статора опре­ деляется так же, как и в плоской стенке с равномерно распределенными источниками тепла. К стенке подходит тепловой поток, прошедший через зубцы. Рассмотрение спинки как плоского тела вносит ошибку, не превышаю­ щую 1% при Па/Пи^ , 1,4. В практике это отношение ред­ ко бывает больше 1,4.

В закрытых обдуваемых двигателях используется не­ посредственное охлаждение спинки сердечника статора охлаждающей средой (рис. 8-11), что позволяет макси­ мально интенсифицировать этот процесс за счет закрутки воздуха. В работе А. И. Борисенко и А. П. Горожанкина [Л. 123] показано, что вектор скорости охлаждающего воздуха между сердечником и кожухом машин МА-36 (ввиду сильного влияния закрутки потока вентилятором)

336

Можно вычислить перепад і-емпературы по высоте зубца

D 'i— диаметр по дну пазов.

Перепад температуры в спинке статора определяется через q"z выражением

(8-39>

Удельный тепловой поток через наружную поверх­ ность пакета к охлаждающей среде находится по фор­ муле

Перепад температуры от поверхности пакета статора до охлаждающей среды связан с q2 соотношением

где p и Cp — плотность и удельная теплоемкость воздуха. Превышения температуры ротора и пазовой части об­ мотки статора можно вычислить, используя соотношения:

Если через осевые каналы воздух продувается вну­ тренним вентилятором, то доля тепла, отведенного через

338

каналы, возрастает. При этом

где Ир — окружная скорость ротора; Dn.B— диаметр вну­ треннего вентилятора.

В остальном расчет остается без изменений.

При расчете коротких машин необходимо учитывать

воздуха в наружном контуре превышение температу­ ры воздуха на выходе из трѵб в машину над темпеоатурой внешнего воздуха на входе в машину г\,іТ. и R w ~

1

=» -S— п------- тепловое сопротивление внутреннего воздѵ-

ха в зоне ротора. В результате вычислений получаем: