Тепловой расчет электрогидравлических толкателей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

Том 284

1974

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТОЛКАТЕЛЕЙ

Л. И. ВЭРЭШ, Э. М. ГУСЕЛЬНИКОВ, В. А. ЖАДАН, Д. И. САННИКОВ

(Представлена объединенным семинаром кафедр электрических машин и аппаратов

и общей электротехники)

На основании общих положений метода эквивалентных тепловых схем, исходя из особенностей температурного поля, можно составить эквивалентную тепловую схему замещения электрогидравлического толкателя (рис. 1). В эквивалентной схеме рассматриваются 5 тел: 1 — обмотка статора; 2 — короткозамкнутая клетка вместе с зубцами ротора; 3 — масло, заполняющее внутреннее пространство электрогидравлического толкателя; 4 — корпус двигателя; 5 —корпус гидротолкателя. Три первых тела имеют внутреннее тепловыделение, причем для масло-заполненных двигателей значительную долю составляют механическме потери.

Мощность источников тепла:

Рм1 —потери в обмотке статора;

РМ2 —потери в обмотке ротора;

Рме* —механические потери в двигателе;

Рд — добавочные потери;

Рг —потери в гидротолкателе;

Рст —потери в стали статора.

Тепловые связи между телами определяются тепловыми проводи-мостями \ общее выражение для которых: 1) в случае теплоотдачи с поверхности —

(п

где *

2) в случае перехода теплового потока через твердое тело

Н

где

ак — коэффициент теплоотдачи; 5К и —площади теплового потока; ^I —теплопроводность материала; 1Ь —длина пути потока.

Процесс передачи тепла от корпусов двигателя и гидротолкателя в окружающую среду происходит путем конвекции и излучения. Коэф-

О 0

Рис. 1. Эквивалентная тепловая схема замещения электрогидравлического толкателя^ для расчета средних температур отдельных частей

фициенты конвективной теплоотдачи корпусов двигателя оскд и гидротолкателя акг были определены экспериментально, так как расчет этих коэффициентов является трудоемким. В результате построены зависимости акд = /(0) и а кг— /(6) (рис. 2). Коэффициенты теплоотдачи излучением определяются известными методами [2].

Теплоотдача от торцевых поверхностей ротора к маслу выражается критериальным управлением

N¿/ = 0,021 Я£?0,8.рг0,431

Рги \ °'25 Рп

(4)

Для простоты пользования формула (4) представлена в виде зависимости ат = /(^р, йа) (рис. 3),

6т

м*град. 6

оСк

оСка - __._ - —

в„

ю

го

30

40

50 60

Рис. 2. Зависимость коэффициентов конвективной теплоотдачи корпуса двигателя и гидротолкателя от перегрева акд = /(рк) и аКг=/(6к)

6т наград

100

80

60

40

20

сС тйа Уср*90'С

¡Гср=80*С

1/ср=60°С 1ГСр*90°С

*

ииа

сек

Рис. 3. Теплоотдача торцевой поверхности ротора к маслу

где

ир —окружная скорость ротора,

¿/а—диаметр ротора (определяющий размер).

Теплоотдача в зазоре между ротором и статором в значительной степени определяется режимом течения жидкости. Она рассчитывается по критериальной зависимости для турбулентного режима течения жидкости при вращении внутреннего цилиндра [4]

V,

где

VI и 1)2 — окружные скорости жидкости у поверхности цилиндров. Путем преобразования уравнение (5) приводится к виду

V*

«5,

5,5

(6)

представ-

Зависимость осо = /^ср) представлена на рис. 4, где 1>ср ляет собой температуру масла в зазоре.

Величина коэффициента теплоотдачи лобовой части обмотки статора ал1 определяется в функции скорости течения жидкости и температуры. Эта зависимость в общем виде выражается критериальным уравнением

$ГТ)

4* град то

800

400

/

/I /

/

Хер

Ми-СЯепРг>

(7)

го

чо

60

во

100

Рис. 4. Теплоотдача в зазоре ао

"с / (вер

Зависимость ал1 = /(г>р) при различной температуре масла дана на рис. 5.

Аналогичным путем получена зависимость коэффициента теплоотдачи масла к корпусу в области лобовой части аак ~ = / (У/?Ь показанная на рис. 6.

Определение средних температур отдельных частей гидротолкателя удобно выполнять методом преобразований схемы а (рис. 1) путем последовательного -исключения узлов 2, 1,3. По окончательной схеме д рассчитываются перегревы корпусов двигателя и гидротолкателя

м*гра8 210

190

170

150

130

110

90

Г I ]}срв 100* с

' , \ ^Уср=70аС

-.50° С

Щ

¡Г

6 Л. сеп

Рис. 5. Теплоотдача лобовой части обмотки к маслу ал,-/(и)

_ РДАа+Л50)+/уАа

кд —

Аа(Л40+А50)+Л40Л50 . _ Р4"Ла+Я5'(Аж+Л40)

(8) (9)

Аа(А40+А50)+А40А50 Затем из схем г я в определяются перегревы масла и обмотки ста-

тора

44'

/У+0„л14+емл13.

■v,4+A13

(10) (11)

Вт

мгград 160

то

120

100

80

CLqk tfpWO'C lfcp~90eC

lfcp= 80°С lfcp=70*C

ifcp=60oC

If

0 1 2 3 Ч 5 S J±-

се*

Рис. 6. Теплоотдача масла к корпусу в области лобовой части аак —f{v)

Пример расчета гидротолкателя ТГМ-50.

Исходные данные: Рн = 0,2 кет; rj=0,67; п = 3000 об/мин; = =0,0552 м; Рм1 = 16,3 вт; Ям2 = 10,8; Рст =24 вт; Рмех =18 вт; Рк =2,9 вт; РГ =66 вт.

Поверхности охлаждения оребренного корпуса двигателя и гидротолкателя для расчета конвекции и излучения: 5КД =0,107 м2; S = 0,057 м2; SKV =0,198 м2; S,r =0,137 м2.

Площади торцевых поверхностей ротора, зазора, лобовых частей статора и внутренних поверхностей корпуса двигателя и гидротолкателя: ST =0,0088 м2; Si =0,0087 м2; 5л1 =0,0239 м2; SaK =0,0332 м2; 5НГ= -=0,0852 м2.

Тепловые проводимости, рассчитанные по методике [1, 3]: в зазоре между статором и корпусом Ал =52 вт/'град, между корпусами двигателя и гидротолкателя Л¿,=0,79 вт/град, ярма и зубцов статора = в /ть

=42 , Л2—8,8 вт/град, изоляции обмотки статора в назовем и ло-

бовой части Ли = 9,5 вт/град, Лил =16,3 вт/град.

Проводимость утечки на установочную плиту от корпуса двигателя Ау =0,1 вт/град.

Задаваясь предварительно перегревами корпусов двигателя и гидротолкателя вкд =6КГ=50°С, определяем по рис. 2 коэффициенты теплоотдачи ак =6,05 вт/м2 град, и акг =5,15 вт/м2 град.

Коэффициент теплоотдачи излучением двигателя и гидротолкателя Тх = 273+27 = 300° К; 72 = 300+50 = 350° К;

5,77 • °'72_(3)54_3 04)^5,68 вт/м2 • град -

50

Суммарные коэффициенты теплоотдачи

адд —6,05+5,68 °'0508 -9,06 вт/м2-град] 0,107

О 1 37

а2г=5,15+5,68-^—-=9,05 вт/м2-град. 0,198

Суммарные проводимости .к окружающему воздуху двигателя — Лкд =9,06-0,107 = 0,97 вт/град,

гидротолкателя —

Лкг =9,05-0,198=1,79 вт/град.

Задаемся предварительно температурой масла иср =90° и по рис. 3—6 •определяем коэффициенты теплоотдачи ат=1810 вт/м2град; а« = = 605 вт/м2 град-, ал1 =184 вт/м2 град; аак =амг =151 вт/м2 град. Соответствующие проводимости —

Л,, = 1810-0,0088= 16 вт/град; Лг> =605-0,0087 = 5,25 вт/град; Ллм =184-0,0239=4,4 вт)град; Лак =151-0,0332 = 5,05 вт/град, Лмг = 151 -0,0852= 12,8 вт/град.

Мощность источников тепла —

Р1= 16,3+12 = 28,3 вт; Р2= 10,8+2,9= 13,7 вт; Р3= 18 + 66 = 84 вт\ Ра=>\2 вт.

Преобразование схемы замещения:

схема б

4 2 Аг ■ А?, _ 2-8,8+5,25 _ ~ 12~ 2Л,+Л8 ~ 2-8.8+5,25 ~ ' '

А13= Аил'^лм =3,47;

Л40 = АКД+Лу=1,07; схема в

Р^Рх+Р*—^-=28,3 + 13,7 4,04-31,47 вт-

Л12+Л23 ^ 4,04+15,9

Р3' = Р3+Р2-^-=84+13,7-^-94,9 б г;

А12+Л23 4,04+15,9

Л;3=Л13 +^1^=3,47+^21^=6,69; Л13+Л23 4,04+15,9

схема г

Р3"=Ра'+Рх' =94,9+31,47—^-113,11 вт;

Л13+Л14 6,69+4,9

---т^—= 12+31,47-^-25,5 вт;

Л1з+Л14 6,69+4,9

А , Л' -Л,, 6,69-4,9

ЛЗ4=А34 + Л'3 14 -+5,05+ „' п =7,88; Л13+Л14 6,69+4,9

схема д

Р"=Р*+Рз" Аз4-= 25,5 + 113,1—^^-= 68,5 вт;

Лз4+Л35 ^ 7,88 + 12,8

/у=/у—-= 113,1-^-=70 вт;

Лз4+А35 7,88+12,8

Л;4-Лч- 7,88-12,8

Аа=А454—-0,786 --=5,66.

Лз4+Л35 ^ 7,88 + 12,8

Расчет перегревов:

0 68,5(5,66+1,79)+70-5,66 50 ^

кд 5,66(1,79+1,07) + 1,79-1,07 ' '

0 70(5,66+1,07)+68,5-5,66 ^^ ^

кг 5,66(1,79+1,07) + 1,79-1,07

й 113,1+50,2-7,88+47,4-12,8 __

Ьм =--=53,7 С,

7,88+12,9

0 =31,47+53,7-6,69+50,2-4,9_55 у

° 6,69+4,9

Перегревы корпуса двигателя и гидротолкателя, масла и обмотки, полученные экспериментальным путем—вкд =49,4° С; ©КГ=47,6°С; вм=54,8°С; ©0 = 55,5° С, мало отличаются от расчетных значений.

Выводы

1. Предлагаемый графический метод определения коэффициентов теплоотдачи для маслонаполненных электрогидравлических толкателей является достаточно точным и удобным для практических расчетов.

2. Наибольшее влияние на точность теплового расчета оказывают коэффициенты теплоотдачи корпуса двигателя и гидротолкателя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г. Г. Счастливый. Нагревание закрытых асинхронных электродвигателей, Киев. «Наукова думка», 1966.

2. Г. Г оттер. Нагревание и охлаждение электрических машин. М., Госэнергоиз-дат, 1961.

3. В. А. Ж а д а н, Ю. В. Копылов, Д. И. Санников. Методика теплового расчета закрытых асинхронных двигателей малой мощности. Известия ТПИ, т. 212, 1971.

4. Л. А. Д о р ф м а н. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. ГИФМЛ, 1960.