Исследование теплоотдачи рольганговых электродвигателей в вакууме

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 190

1968

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ РОЛЬГАНГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В ВАКУУМЕ

Г. А. СИПАИЛОВ, М. Н. УЛЯНИЦКИИ, С. А. ШЕЛЕХОВ

(Представлена научным семинаром кафедр электрические машины и общей

электротехники)

Рольганговые электродвигатели серии АР вследствие простоты конструкции и высокой надежности получили широкое распространение в металлургической промышленности. Эти двигатели изготавливаются в закрытом исполнении с естественным воздушным охлаждением и имеют ребристую поверхность щитов и станин. Специфической особенностью конструкции является наличие на станине кольцевых ребер, имеющих трапециевидный профиль.

Решение одной из важнейших задач, связанных с увеличением мощности двигателей в тех же габаритах, связано с увеличением эффективности теплоотдачи с их поверхности. В настоящее время в технической литературе отсутствуют достаточно полные и достоверные данные по охлаждению машин подобной конструкции. Все потери, выделяющиеся в двигателях серии АР, передаются с их поверхности в окружающую среду путем естественной конвекции и теплового излучения. В связи с оребрением поверхности теплоотдачи конвекцией и излучением в данном случае имеют разные площади. Как показали результаты ориентировочных расчетов, примерно 25—30 проц. потерь, рассеиваемых с поверхности машины, приходится на долю теплового излучения. Поэтому для получения достоверных результатов при тепловых расчетах необходимо достаточно точное определение количества тепла, передаваемого в окружающую среду путем теплового излучения.

Решение уравнений, описывающих лучистый теплообмен в системе серых тел, достаточно сложно и возможно только численными методами. Для упрощения решения задачи обычно делаются различные допущения [1]. Поэтому было решено провести экспериментальное исследование теплового излучения оребренных -корпусов машин.

Коэффициент теплоотдачи излучением определяется на основании закона Стефана-Больцмана

еС

Т, \4 / Т

100 100

м- град.

где

0 — среднее превышение температуры поверхности °С.

и Тг — температуры поверхности тела и окружающей среды в°К; С0 — коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела;

Со-5,77 °К4 М2 [2]; е — степень черноты поверхности.

Для чугунных окрашенных поверхностей значение 8 находится в

довольно широких пределах: 0,7—0,9 [3]. В связи с этим проведено экспериментальное- определение значения е. Существенным было также и определение той оребренной поверхности, которую следует принимать за поверхность теплового излучения. Осложняющим обстоятельством является и то, что оребренная поверхность имеет неодинаковую температуру. Проще всего предположить, что на данный случай можно принять положение теории о том, что в качестве поверхности излучения берется поверхность, проходящая по вершинам ребер, а в качестве расчетной температуры принять среднюю температуру ребристой поверхности. Однако эти допущения также нуждались в экспериментальной проверке.

Исследование теплового излучения было проведено опытным путем на двух макетах двигателей АРФ четвертого габарита с 11 и 14 ребрами на станинах. Высота и толщина ребер были одинаковыми. Макеты двигателей собирались с одними и теми же щитами.

В этих двух ма<кетах оребренная поверхность станин была разная, а поверхность для излучения, определяемая как описанная по вершинам ребер станин, принималась одинаковой, не зависящей от количества ребер.

Испытания макетов двигателей проводились в металлической вакуумной камере при давлении 10~3-~10-5 мм рт. ст. При таком давлении практически все тепло (более 99 проц.) передается в окружающую среду лучеиспусканием [4]. Макет двигателя с помощью теплоизолирующих подвесок закреплялся в центре камеры. На станине устанавливалось 36 медно-константановых термопар: у основания ребер, по их вершинам и по средине высоты; на одном щите помещалось 14 термопар. Схема закладки термопар представлена на рис. 1.

За температуру окружающей среды принималась температура сте-н ж камеры, которая определялась с помощью термопар, расположенных на ее внутренней поверхности.

Нагревание макетов двигателей 'осуществлялось с помощью спмра-

ли, устанавливаемой по оси в середине станины; длина спирали примерно равна длине обмотанного пакета статора.

Методика измерений принималась такой же, как и при исследовании в разреженном воздухе неоребренных корпусов [4]. Исследования каждого из макетов проводились при двух значениях мощности тепло-рассеяния. Расчетное определение количества тепла, рассеиваемого в окружающую среду наружной поверхностью макета двигателя, производилось по следующей формуле:

Р л~ алст ^летает алщ

где Бд — поверхность излучения,

индексы Ст и щ — соответственно станина и щиты.

При расчетах по формуле [2] за поверхность излучения принималась поверхность, проходящая по вершинам ребер, а за расчетную температуру — средняя температура ребристой поверхности. Определение ал производилось по формуле [1].

Поскольку при установившемся тепловом режиме, все тепло, выделившееся в машине, передается в окружающую среду теплоизлучением, то величина потерь, рассчитанная по формуле (2), должна соответствовать электрическим потерям в спирали. Это позволяет путем сравнения опытных и рассчитанных при разных значениях 8 величин мощности определить действительное значение коэффициента черноты поверхно-, сти.

Как показало сравнение опытных и расчетных значений Рл, лучшие совпадения результатов получаются при е = 0,72 (см. таблицу).

Таблица 1

'Количество ребер на станине

Мощность на- Расчетная | Пшцент от. гревателя, мощность | р м вт излучения, вт|

клонения

И 119 123 -рЗ,5

11 225 223 —1,0

14 222 222 0,0

14 400 387 —3,0

Поскольку расхождения опытной и расчетной мощности излучения находятся в пределах, вполне допустимых для теплотехнических исследований, можно считать доказанным, что для рольганговых двигателей принятые допущения о способе определения поверхности излучения и ее температуры являются оправданными.

Вывод

При тепловых расчетах закрытых электрических машин с естественным охлаждением, имеющих оребренный корпус, за поверхность излучения следует принимать огибающую поверхность, проходящую по вершинам ребер, при этом для всей поверхности принимается средняя температура.

Коэффициент черноты поверхности е для двигателей, имеющих чугунную окрашенную оболочку, равняется 0,72.

ЛИТЕРАТУРА

1. И. Гак. Коэффициент теплоотдачи закрытых двигателей без наружной' вентиляции, перевод ЦБТИЭ Г1-5259, 1959.

2. А. Г. Блох. Основы теплообмена излучением, М. — Л., ГЭИ, 1962.

3. С. С. Кутателадзе, В. М. Боришанский. Справочник по теплопередаче, ГЭИ, 1959.

4. М. Н Уляницкий. Определение коэффициента теплоотдачи корпусов электрических машин при естественном охлаждении в разреженном воздухе, Известия высших учебных заведений, «Электромеханика», № 6, 1966.

5. С. А. III е л е х о з. Исследование асинхронных двигателей для привод.! роликов. Кандидатская диссертация, 1967.