ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

При вентиляционном расчете машины определяют количество воздуха, которое необходимо ежесекундно прогонять через машину, и давление (напор), обеспечивающее прохождение требуемого количества охлаждающего агента. Одновременно вентиляционный расчет проводится в целях определения рациональной схемы вентиляции, при которой количество охлаждающего воздуха, омывающего рассматриваемую поверхность, не должно быть чрезмерным, а должно соответствовать количеству снимаемого с поверхности тепла и обеспечивать заданный уровень превышения температуры обмоток машины. При расчетах считают, что воздушный поток обычно отводит все тепло машины, за исключением механических потерь в подшипниках и наружном вентиляторе.

Количество воздуха (м³), необходимое для охлаждения машины при рациональной схеме вентиляции (когда превышения температуры воздуха на пути всех струй и каналов внутри машины одинаковы):

, (7.32)

где – потери, отводимые воздухом, Вт; Дж/(° C·м³) – удельная теплоемкость воздуха; – превышение темпе­ратуры воздуха, ° С; – температура горячего воздуха, ° С; – температура холодного воздуха, ° С.

Значение подогрева воздуха , может быть принято равным 20° C для машин с изоляцией классов нагревостойкости A, E, B, до ^о С — для изоляции классов нагревостойкости F и H, 25° С — для турбо- и гидрогенераторов.

При составлении расчетной схемы вентиляционная (гидравлическая) цепь системы охлаждения разбивается на большое число элементарных условно однородных участков, которые соединяются между собой как последовательно, так и параллельно.

Аэродинамическое сопротивление отдельного i-гоучастка системы определяют как отношение между массовым расходом охлаж­дающей среды в заданном канале и потерями давления на рассмат­риваемом участке. Здесь также может быть проведена аналогия между гидравлическими и электрическими цепями.

Для определения необходимого давления вентилятора H требуется рассчитать постоянную Z, которую в дальнейшем будем изнывать аэродинамическим сопротивлением. Для отдельного участка

, (7.33)

или

, (7.34)

где — коэффициент аэродинамического сопротивления; — плотность охлаждающей среды; — сечение канала.

Расчет сопротивления , проводят с использованием опытных значений коэффициентов , (табл. 7.5).

Таблица 7.5. Значение опытных коэффициентов

Форма участка канала	Коэффициент сопротивления
Вход в круглые отверстия каналов с выступающими краями	0,6
Вход в круглые отверстия каналов с прямоугольными краями	0,3
Вход в круглые отверстия каналов с закругленными краями или через проволочную сетку	0,125
Внезапное расширение канала сечением до сечения
Внезапное сужение канала сечением до сечения
Изгиб вентиляционного канала на угол

Вентиляционный расчет на базе этих коэффициентов хотя и является приближенным, но дает возможность оценить требования, предъявляемые к вентиляционной системе, и позволяет правильно выбрать размеры и конфигурацию вентиляционных каналов.

Для круглых каналов значение коэффициента аэродинамического сопротивления от трения воздуха, Па·с²/м², можно рассчитать по формуле

, (7.35)

где — коэффициент трения о стенки канала; и — длина и диаметр канала.

Для расчета трения в аксиальных каналах электрических машин принять . В этом случае расчетная формула для коэффициента принимает следующий вид:

. (7.36)

Если канал имеет прямоугольное сечение, то вместо следует ввести эквивалентный диаметр

, (7.37)

где и — размеры сторон прямоугольного канала.

Для каналов произвольного сечения можно принять в качестве эквивалентного размера диаметр круга, равного по площади рассматриваемому сечению.

Потери давления, Па, от трения воздуха в канале

, (7.38)
где — скорость воздуха в канале, м/с.

Расчет аэродинамического сопротивления лобовых частей обмоток имеет свои особенности, определяемые исполнением обмотки отношением ширины воздушного промежутка между секциями шагу по середине пазов . При этом вводится коэффициент , учитывающий увеличение аэродинамического сопротивления. Это коэффициент для машин различной мощности и исполнений мо изменяться в пределах 4,7—1,7.

Для вентиляционного расчета необходимо иметь чертежи машины и знать все размеры каналов вентиляционной системы, характеристики воздухопроводов, коэффициенты аэродинамического противления.

Любая сложная система вентиляции может рассматриваться как цепь последовательно и параллельно включенных вентиляционных каналов. При последовательном соединении участков вентиляционной схемы расход воздуха на всех участках постоянный, потеря давления равна , поэтому аэродинамическое сопротивление от входа до выхода равно

. (7.39)

При параллельном соединении участков потери давления на всех участках определяются разностью давлений в начале и в конце участка , а общий расход для всей цепи, состоящий из параллельно соединенных каналов, равен:

. (7.40)

Аэродинамическое сопротивление участка

. (7.41)

Вентиляционные схемы сложных систем охлаждения рассчитываются на ЭВМ с использованием известных методов расчета электрических цепей.

В основу метода расчета вентиляционных и гидравлических цепей на ЭВМ положена система уравнений, составленная для всех узлов и контуров вентиляционной схемы по аналогии с первым и вто­рым законами Кирхгофа: , т. е. во всех узлах алгебраическая сумма расходов равна нулю, и , т. е. сумма напоров вентиляторов и потерь давления всех ветвей для любого замкнутого контура равна нулю.

Конечным результатом вентиляционного или гидравлического расчета систем охлаждения является определение номинального напора вентилятора или нагнетательного устройства, обеспечивающего номинальный расход охлаждающей среды при расчетном суммарном сопротивлении всей схемы охлаждения :

. (7.42)

В [16] приводятся эмпирические зависимости, позволяющие при­ближенно рассчитать параметры нагнетательных элементов и расход , м³/с:

, (7.43)

где при , , а при — — число и длина радиальных вентиляционных каналов (при их отсутствии ); — внешний диаметр машины. Полученное по (7.43) значение должно быть не менее рассчитанного по (7.32). Давление, Па,

. (7.44)

Для двигателей со степенью защиты IP44 и способом охлаждения IC0141 с наружным обдувом центробежным вентилятором необходимое количество воздуха определяют по формуле

, (7.45)

где — превышение температуры воздуха; — коэффициент, учитывающий изменение условий теплоотдачи по длине корпуса. Значение т определяется по следующей таблице:

, мм
56…132		2,6
56…132	4; 6; 8	1,8
160…400		3,3
160…400	4; 6; 8; 10; 12	2,5

Превышение температуры , определяется по формуле

, (7.46)

где — сумма всех потерь, выделяемых во внутреннем объеме ма­шины при предельной допускаемой температуре; — внутренняя теплопередающая поверхность двигателя; — коэффициент тепло­отдачи внутренней поверхности двигателя.

Расход охлаждающего воздуха (м³/с) двигателей со степенью за­щиты IР44 и способом охлаждения IС0141 можно определить по формуле

. (7.47)

Напор вентилятора, Па,

. (7.48)

Для оценки вентиляции и других двигателей с аксиальной вентиляцией используют зависимости, постро­енные на основе обобщения данных вентиляционных систем выпускаемых электрических машин.

С достаточной точностью сопротивление Z вентиляционной систе­мы машины можно принять по рис. 7.5, а площади сечения входа и выхода каналов вентиляционного тракта машины — по рис. 7.6.