CC BY
13
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 211 1970
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИ НА МАКЕТАХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Р. Я. КЛЯЙН, Д. И. САННИКОВ
(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин и общей электротехники)
На коэффициент теплоотдачи а несомненно оказывают влияние в боль" шей или меньшей степени следующие факторы: окружная скорость воздуш-ного потока, различие условий охлаждения активной и лобовой частей якоря, конфигурация междуполюсных промежутков, микрогеометрия поверхности якоря, диаметр и длина якоря и др. Изучение и учет этих факторов позволит значительно повысить точность методик теплового расчета.
В настоящей работе приводятся результаты исследования влияния первых трех из указанных факторов на коэффициент теплоотдачи. Экспериментальное исследование влияющих факторов на а на реальных машинах представляет значительные трудности ввиду сложности изменения геометрии машины, измерения потерь и температуры.
С этой точки зрения такие опыты удобнее проводить на макетах, которые позволяют точно измерять мощности и температуры, а также легко производить любые изменения конструкции.
На рис. 1 показан один из макетов машины постоянного тока, выполненный на базе машины серии П в 4-полюсном исполнении. Активная часть
якоря выполнена в виде полого стального цилиндра 1, внутри которого встроен нагреватель из нихромовой проволоки. Нагреватель плотно прижат к внутренней поверхности цилиндра. На наружной поверхности цилиндра профрезерованы канавки, имитирующие шлицы пазов реального якоря. Лобовые части представлены двумя нагревателями 3, закрепленными на обмоткодержателях бандажами. Макет коллектора представляет собой медный цилиндр 4 с встроенным нагревателем 5. Коллектор, лобовые и активная части изолированы друг от друга теплоизолирующими прокладками для исключения теплообмена между ними. Для устранения теплоотсоса через вал пространство между валсм и нагревателем активной части и об-моткодержателями лобовых частей заполнено теплоизолирующим материалом. Температура измерялась с помощью 24 медно-константановых термопар, встроенных на поверхности активной, лобовых частей и коллектора равномерно по окружности.
а - при Л = 6 о - при Л = 1590 /тин. д - при Л = 3900 о&/тин.
Рис. 2. Зависимость коэффициента теплоотдачи активной части якоря от скорости воздуха.
Обмотки полюсов намотаны бифилярно, что позволило избежать потерь в стали элементов конструкции. Температура полюсных катушек измерялась по сопротивлению. В связи с этим коэффициенты теплоотдачи для полюсных катушек аП определены с учетом теплового сопротивления изоляции.
Скорость воздушного потока регулировалась и измерялась с помощью форсирующего центробежного вентилятора и измерительной трубы с трубками полного напора.
Мощность, выделяемая на нагревателях и полюсных катушках, регулировалась таким образом, чтобы разница температур исследуемых частей макета в установившемся режиме была минимальной. Тем самым сведено до минимума влияние теплообмена между отдельными частями макета.
Опыт проводился при двух скоростях вращения якоря п ~ 1500 об/мин. и п = 3000 об/мин и при неподвижном якоре. По результатам опыта на рис. 2, 3, 4 построены зависимости
= / Ы> «Л = / Ы и ап = / (1/р),
где аа, ал и ап — коэффициенты теплоотдачи соответственно активной части, лобовой части и полюсных катушек;
— расходная скорость воздуха в междуполюсных промежутках;
1>рл — расходная скорость воздуха в камере над лобовыми частями.
Путем аппроксимации опытных кривых из рис. 2, 3 и 4 получены формулы вида
-с ]/* + №)■+*)".
(1)
где
С, Вут, к — коэффициенты, подбираемые по условию минимального расхождения с опытными данными; иа — окружная скорость якоря.
Чг" п
8т стггр 1
1 /у /
✓ / / о'0 /
--1 •л- -Ш-Урл сек
8т стггр И" А
о
—** _____■— о ■ ——■ \л=о
-У— Щ сек
4 8 И 16
о д □ - шунтобая обтотка • да - обтотка доп. полиса
го
Рис. 3. Зависимость коэффициента теплоотдачи лобовой части от скорости воздуха.
Рис. 4. Зависимость коэффициента теплоотдачи полюсных катушек от скорости воздуха.
Так, для активной части якоря формула (1) имеет вид
а.
V
эфа
0,77-10'3 у0:9 .
' эфа
эффективная скорость воздушного потока
1/-Ю4
Ор= с
¿К
(2)
(3)
(4)
V — расход воздуха, мъ
5К — площадь сечения между полюсных каналов, см2 Для лобовых частей
а,
3,7-10~3- и0:85.
' эфл
(5)
уэфл— расчетная расходная скорость воздуха над лобовыми частями
°рл = - с— (6)
ол
ол
я,
4 1 ст
D21 — площадь между якорем и внутренней поверх-
ностью станины, см-; £) — диаметр якоря, см; -Ост — внутренний диаметр станины, см; Аналогичным образом получена формула для коллектора
а.
5-10
• V
0,7
эфк:
(7)
159
где
°.ФИ = ]/Ч2л +Й)а+2'5 - (8)
эффективная скорость воздуха у коллектора;
ирл — расчетная расходная скорость над коллектором, принятая рав-
— ной скорости над лобовыми частями; ик — окружная скорость коллектора. Полученные формулы проверены на большом количестве машин серии П подобного типоразмера и показали сходимость в пределах 5%.
