книги из ГПНТБ / Борисенко А.И. Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах

240

Q — общий расход воздуха через двигатель, Qm — через щель между разделяющим щитком и лобовой частью со стороны привода, Qn.ч.вх и <2л.ч.вых— через каналы, образованные обмоткой на выходе из сердечника якоря

Уравнение Бернулли для воздушного потока между полюсами в сечении по г-му радиальному каналу запи­ сывается в виде [Л. 356]

Р н — Р г + рді +Л/?2-

Так как

+ % . . q: ( i + ] / £ ) +

242

турбогенератора и водяном или косвенном охлаждении ротора возможны три основные схемы вентиляции: одно­ струйная с раздачей газа со спинки, одноструйная с раздачей газа из «зазора» и многоструйная с движе­ нием газа как в сторону «зазора», так и из «зазора» к спинке.

Вентиляционный расчет при одноструйной раздаче газа со спинки можно проводить аналогично вентиляци­ онному расчету прокатного электродвигателя с радиаль­ ным охлаждением якоря. Следует только дополнительно ввести учет коэффициента гидравлического сопротивле­ ния на выходе из радиального канала в зависимости от отношения скорости газа в зазоре к скорости газа на выходе из радиального канала. Задача при этом стано­ вится нелинейной. Решение ее можно получить, обратив­ шись к итерационному методу, применение которого для вентиляционного расчета подробно изложено ниже для случая раздачи газа из зазора (Л. 327]. По известному распределению потерь в стали находится распределение расходов газа, обеспечивающее равномерный нагрев стали сердечника статора по его длине. Затем опреде­ ляются дополнительные сопротивления, обеспечиваю­ щие нужное распределение расходов газа.

Рассмотрим схему, при которой каждое дополнитель­ ное гидравлическое сопротивление регулирует расход газа через свой отсек (рис. 6-17,а). Такая система конст­ руктивно легко выполнима о помощью труб, транспор­ тирующих газ из данного отсека в отсек с нулевым дав­ лением. В этом случае уравнение Бернулли для участка

244

перед входом в первый канал запишется в виде

где рі — давление перед входом в «зазор», zi — постоян­ ная гидравлического сопротивления радиального канала (коэффициент сопротивления входа определять по

стоянная дополнительного гидравлического сопротивле­ ния первого отсека.

Аналогично уравнению (6-41) записываются уравне­ ния для каждого первого радиального канала осталь­ ных отсеков. Вначале необходимо, исходя из имеющихся габаритов, задать дополнительное сопротивление послед­ него отсека, затем определить остальные дополнитель­ ные сопротивления решением полученной системы урав­ нений вида (6-41), воспользовавшись уравнением равен­ ства падения давления в каждом отсеке.

Для случая, когда отдельные отсеки сообщаются между собой отверстиями в рамах жесткости корпуса

Рис. 6-17. Система радиальной вентиляции сердечника статора турбо­ генератора с параллельным (а) и последовательным (б) соедине­ нием отсеков.

245

Для окончательно принятых дополнительных сопро­ тивлений и геометрии вентиляционных каналов прово­ дится поверочный расчет с целью нахождения действи­ тельной раздачи газа по радиальным каналам стали сердечника статора и напора, обеспечивающего такую раздачу.

Расходы газа через отдельные каналы следует опре­ делять из системы уравнений Бернулли, записанных для каждой пары соседних каналов и уравнений непрерыв­ ности для каждого отсека (ввиду малости падения пол­ ного напора по длине «зазора» его значение принимает­ ся одинаковым для всех сечений):

Q v ^ -f V z V^ ^ 0-

Вводя безразмерные параметры

(под 2дОП следует понимать сопротивление труб, отвер­ стий, диафрагм и других элементов каналов, предназна­ ченных для транспорта газа из каждого отсека к нагне­ тателю), получаем:

246

дующим из первой группы уравнений (6-43)

.2) Задаемся значениями безразмерных расходов по всем остальным вентиляционным каналам и определяем безразмерные давления hp, используя вторую группу уравнений (6-43). Решение этой системы в большинстве случаев не вызывает затруднений. Для схемы, показан­ ной на рис. 6-17,а, получаем:

3) Вычисляем безразмерные расходы для всех кана­ лов (кроме каналов последнего отсека), повторив прием, указанный в п. 1.

Определение е, можно производить по методу про­ стой итерации (уточнение по ги) на ЦВМ. Вычисление можно считать законченным при достижении достаточ­ ного совпадения значений еі, полученных на двух шагах итерации.

Расход газа через каждый радиальный канал опре­

гидравлическое сопротивление каналов стали сердечника

п 2

(

а необходимый напор

247

Рис. 6-18. Распределение скорости газа по длине сердечника стато­ ра турбогенератора.

/ — опыт на модели [Л. 327]; 2 —опыт на турбогенераторе; 3 —расчет по фор­ мулам (6-44)—(6-50).

Результаты расчета распределения скорости по из­ ложенному методу представлены на рис. 6-18. Сравне­ ние соответствующих экспериментальных данных с полу­ ченными по расчету при наличии дополнительных сопро­ тивлений и без них показывает, что погрешность расчета не превышает 10—15%. Эти экспериментальные данные получены при испытании головного образца турбогене­ ратора ТГВ-5О0 на стенде завода «Электротяжмаш». Путем измерения расходов газа через отсеки статора были определены усредненные скорости в радиальных каналах (рис. 6-18) [Л. 142].

Вентиляционный расчет статора с раздачей газа из «зазора» при газовом охлаждении обмотки ротора (рис. 6-19) производится аналогично расчету статора турбогенератора с водяным охлаждением ротора. Отли­ чием в данном случае является учет в уравнении Бер­ нулли динамического давления газа, выходящего из ро­ тора. Для участка Ах можно написать:

Рст * Д - р/2 (Q i x q f = р сг х+ Да. Д- р/2 [Qi Д- ( х Д- Дх) д]а,

(6-47)

где д — расход газа на единице длины ротора. При этом предполагается, что потеря полного давления на длине Ах компенсируется увеличением статического давления, которое вызвано потерей динамического давления при

248

ответвлении части газа в радиальные каналы по мере его продвижения по «зазору». Таким образом,

Уравнение Бернулли для каналов і и і-j- 1, выражен­ ное через безразмерные параметры, имеет вид:

П\ 2

Ч+ £•<) +s(2£ в+-т)+ч-»і(£ e«) ~

Записывая уравнения (6-50) для каждых двух смеж­ ных каналов, можно определить расходы газа через ра­ диальные каналы сердечника статора при заданных рас­ ходах газа по виткам обмотки ротора и на входе в «за­ зор». При решении системы уравнений вида (6-50) коэффициенты гидравлических сопротивлений входа определяются так же, как и в случае турбогенератора

2І9