Основы аэродинамических и тепловых расчетов в электромеханике: Учебное пособие, страница 15

Коэффициенты местных сопротивлений, приведенные в предыдущих разделах, справедливы для неподвижных охлаждающих трактов. В электрических машинах ротор (якорь) является вращающимся элементом, что должно быть учтено при расчете аэродинамических (гидравлических) сопротивлений, т.к. при вращении на поток охлаждающей среды воздействуют центробежные силы, вследствие чего изменяется поле скоростей в участках тракта. Изменение аэродинамического сопротивления происходит по нескольким причинам: возрастают местные сопротивления входа и выхода; движение охлаждающей среды под действием сил Кориолиса приобретает винтовой характер по отношению к стенкам канала, центробежные силы стабилизируют поток, вследствие чего увеличивается критическое число Рейнольдса .

3.4.3.1. Аксиальные вращающиеся каналы.

Как правило, во вращающихся аксиальных каналах течение потока является по своему характеру турбулентным. В этом случае для каналов, параллельных оси вращения, коэффициент трения определяется соотношением:

где:  - коэффициент трения для неподвижного канала;

       - линейная скорость потока в канале, м/сек;

      u – окружная скорость по среднему диаметру каналов от оси вращения, м/сек.

Коэффициенты местных сопротивлений (вход и выход из каналов) определяются по эмпирическому соотношению:

где  - коэффициент местного сопротивления на входе (сужение) или выходе (расширение) потока в каналах.

Линейная скорость потока в каналах  определяется по расходу воздуха через каналы (в первом приближении эту скорость можно определить, рассчитав расходы воздуха по ветвям охлаждающего тракта без учета влияния вращения на величину аэродинамического сопротивления ротора).

Определение коэффициента трения в наклонных каналах по отношению к оси вращения (в зависимости от направления потока будет центростремительное или центробежное течение) приводится в [3,4].

3.4.3.2. Радиальные вращающиеся каналы

Коэффициент трения в радиальных вращающихся каналах определяется характером движения потока. Критическое число Рейнольдса для вращающихся радиальных каналов равно:

,

где  - коэффициент вращения.

,

где:  - средний радиус расположения сечения канала от оси вращения, м;

         - гидравлический диаметр канала, м;

         - линейная (средняя) скорость потока в канале, м/сек;

         - окружная скорость канала по среднему радиусу , м/сек.

При  характер движения потока ламинарный, при  - турбулентный. Соответственно, коэффициент трения равен:

-  для ламинарного течения:

,

-  для турбулентного течения:

.

В этих соотношениях коэффициент  определяется как для невращающихся каналов с учетом характера движения среды.

3.5. Вентиляторы электрических машин

3.5.1.Общие сведения о вентиляторах

Для обеспечения требуемого направления движения охлаждающего газа в электрической машине необходима установка специальных напорных элементов, которые называются вентиляторами. Вентилятор создает давление, которое компенсирует потери напора в системе охлаждения и обеспечивает прохождение через электрическую машину необходимого количества охлаждающего газа.

При использовании системы независимого охлаждения, как правило, применяются вентиляторы со своим приводным электродвигателем, представляющие отдельные устройства, выпускаемые промышленностью. Выбор такого вентилятора производится по требуемому для электрической машины количеству охлаждающего газа  и напора , а установка определяется конструктивной схемой – на корпусе электрической машины или отдельно. Соединение вентилятора с охлаждающим трактом электрической машины осуществляется системой газопроводов.

Наибольшее применение в электрических машинах находит система самовентиляции. В этом случае вентилятор является элементом электрической машины, а место его установки определяется схемой охлаждения (внутренняя вентиляция, наружный обдув) и конструкцией самой электрической машины.

По конструктивному исполнению вентиляторы электрических машин подразделяются на три типа: центробежный, осевой (или пропеллерный) и комбинированный (объединяющий в себе оба первых типа, причем осевой вентилятор располагается внутри центробежного).