Основы аэродинамических и тепловых расчетов в электромеханике: Учебное пособие, страница 12

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 H_н 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 Q_р охлаждающей среды и напора Н_р;

-  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 Q_н и напора Н_н 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 Q_р и напора Н_р и сравниваются Q_н и Н_н. 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 Н_d 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;