Вопросы аэродинамических и тепловых расчетов электрических машин общепромышленного назначения достаточно полно отражены в [5, 6, 10 и др.], крупных электрических машин (гидрогенераторы, турбогенераторы и др.) - в [4, 12, 14 и др.], краново-металлургических электродвигателей – в [15].
Важнейшие научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по системам охлаждения, разработке методов аэродинамических, гидравлических и тепловых расчетов выполнены на отечественных электромашиностроительных предприятиях и научно-исследовательских институтах электромашиностроения, таких как «Электросила», ВНИИЭМ, ВНИИЭлектромаш, Институт электродинамики и другие.
Результаты исследований, опубликованные в большом количестве научно-технической литературы, позволяют повысить точность аэродинамических и тепловых расчетов и, в конечном итоге, обеспечить главную цель проектирования электрических машин – максимально повысить уровень технико-экономичесих показателей.
При работе электрической машины в процессе преобразования механической энергии в электрическую (генератор) и наоборот (двигатель) выделяются потери: электрические (основные и добавочные), магнитные (основные и добавочные) и механические, которые вызывают ее нагрев, оказывающий наиболее вредное влияние на изоляцию, определяющую в конечном итоге надежность и срок службы электрической машины. Таким образом, электрическая машина должна рассматриваться не только как электромеханическая система, но и как гидравлическая и тепловая.
Обеспечение допустимого температурного режима является основной задачей при разработке системы охлаждения электрической машины. Решение ее заключается в выработке рационального сочетания источников тепла и путей теплопередачи энергии в окружающее пространство.
Сложность теплового расчета заключается в том, что конструкция любой электрической машины представляет собой композицию, состоящую из активных элементов (электротехническая сталь, медный обмоточный провод) и конструкционных элементов (изоляция, узлы из различных материалов). Хотя применяемые материалы являются изотропными, электрическая машина в общем случае является анизотропной или ортотропной. Основные свойства такой системы - теплоемкость, теплопроводность, плотность – меняются в зависимости от направления передачи тепла.
Повышение технико-экономических показателей электрических машин определяется свойствами обмоточных проводов, электротехнической стали, изоляции, конструкционных материалов, совершенствованием конструкции и разработкой эффективных систем охлаждения. В настоящее время свойства материалов практически исчерпаны и ожидать резкого их повышения не приходится. Достаточно полно использованы и возможности совершенствования конструкции и технологии изготовления электрических машин. Следовательно, практически единственным решением для повышения технико-экономических показателей электрических машин является разработка новых эффективных систем охлаждения.
Отвод тепла от нагретых поверхностей осуществляется охлаждающими средами, в качестве которых могут использоваться газы и жидкости (воздух, водород, вода, масло, жидкий азот или гелий и др.). Принудительное движение охлаждающей среды повышает эффективность съема тепла с поверхности тела, при этом необходимо обеспечить движение охлаждающей среды возможно ближе к местам выделения тепловой энергии. Решение этих задач достигается формированием тракта охлаждения (каналы, направляющие диффузоры и т.д.) и установкой в электрической машине или вне ее нагнетательных устройств (вентиляторов, насосов), обеспечивающих направленное движение охлаждающей среды. Таким образом, охлаждающая среда, циркулирующая по каналам тракта охлаждения под воздействием нагнетательных устройств, совокупность каналов и нагнетателей составляет систему охлаждения электрической машины.
Основные типы систем охлаждения электрических машин в зависимости от способа отбора тепла от объемов, в которых оно выделяется, можно свести к следующим:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.