Предельные допускаемые превышения температуры частей элект рических машин при температуре газообразной охлаждающей среды
более |
40 или менее 40° С, или на высоте над уровнем моря более |
1000 |
м должны быть соответствующим образом изменены. |
Температура подшипников не должна превышать следующих предельных допускаемых значений: для подшипников скольжения 80° С (температура масла при этом не должна быть более 65° С), для подшипников качения 100° С.
Более высокая температура допускается, если применены специ альные подшипники качения или специальные сорта масел при соот ветствующих материалах вкладышей для подшипников скольжения.
40-10. Охлаждение и вентиляция электрических машин
Количество теплоты, которое может быть рассеяно в данной ма шине, зависит от способа охлаждения. Усовершенствование охлажде ния дает возможность увеличить использование активных материа лов машины и тем самым сделать ее легче.
По способу охлаждения машины делят на следующие основные типы: 1) с естественным охлаждением; 2) с самовентиляцией; 3) с на
1 |
ружной самовентиляцией; 4) с не |
зависимым охлаждением. |
ох |
|
Машины |
с |
естественным |
|
лаждением не имеют никаких |
спе |
|
циальных |
приспособлений |
для |
|
охлаждения. В |
настоящее время |
|
этот тип не применяется, |
за исклю |
|
чением машин очень малой мощ |
|
ности. |
с |
самовентиляцией |
|
Машины |
|
охлаждаются с помощью вентиля |
Рис. 40-3. Р а д и а л ь н а я си стем а в ен |
тора, составляющего одно целое с |
т и л я ц и и |
вращающейся |
частью |
машины. |
|
Вентилятор |
засасывает |
извне |
хо |
лодный воздух и прогоняет его через машину. В зависимости от того, в каком направлении движется по машине охлаждающий воздух, различают следующие две вентиляционные схемы: радиальную и осевую.
Радиальная схема вентиляции с радиальными вентиляционными каналами 1 показана на рис. 40-3. Сердечник охлаждаемой части состоит из пакетов 2 шириной 4—8 см каждый; ширина вентиляцион ного канала обычно 10 мм.
К преимуществам радиальной схемы вентиляции относятся про стота и надежность конструкции, минимальные потери энергии на вентиляцию и достаточная равномерность теплоотдачи. Недостатки этой схемы вентиляции состоят в меньшей компактности машины (так как вентиляционные каналы занимают до 20% по длине якоря), в от носительно меньшей по сравнению с другими системами теплоотдаче. Количество протекающего через машину охлаждающего воздуха су
щественно зависит от взаимного положения каналов статора и ро тора: так, перемещение якоря на 2—3 мм в осевом направлении в ту или другую сторону от правильного положения влечет за собой из менение количества охлаждающего воздуха на 20—30%.
Осевая схема вентиляции показана на рис. 40-4. Если осевыо каналы 4 устроены только на роторе 3, то такую систему вентиляции называют простой осевой, если же каналы 1 ж4 выполнены на ста торе 2 и роторе 3, то получается двойная осевая схема.
Недостаток осевой схемы вентиляции состоит в неравномерности охлаждения. Действительно, левая часть машины на рис. 40-4 ох лаждается лучше, а правая хуже, так как воздух, пройдя по осевым каналам, успел подогреться.
Машины с наружной самовентиляцией применяются в тех случаях, когда воздух содержит взрывчатые газы или нары кислот, разруша-
Рис. 40-4. О севая си стем а в ен ти л я ц и и
ющие изоляцию, и машины должны быть закрыты, т. е. устроены так, чтобы наружный воздух не мог попасть внутрь машины. В этом слу чае все потери в машине могут быть отведены в окружающую среду только с наружной поверхности станины. В условиях естественнои вентиляции получается тяжелая и дорогая машина, тогда как, при меняя обдувание наружной поверхности станины, можно увеличить мощность машины в два-три раза. Обдувание станины производится при помощи вентилятора, вынесенного за подшипниковый щит. Чтобы усилить передачу тепла от внутренних частей машины к ее наружной поверхности, воздух внутри машины заставляют циркулировать при помощи внутренних вентиляторов.
В машинах с независимым охлаждением воздух подводится к ма шине при помощи независимого, т. е. имеющего собственный привод, вентилятора. Независимая вентиляция бывает двух родов: протяж
ная и замкнутая.
Под протяжной схемой вентиляции понимают такую, когда к ма шине подводятся извне все новые массы холодного воздуха, которые, провентилировав машину, выводятся затем наружу в окружающую атмосферу. Чтобы предупредить загрязнение машины пылью, всегда содержащейся в воздухе, на входном отверстии трубы, подающей в машину воздух, устанавливают фильтр.
При замкнутой схеме вентиляции один и тот же объем воздуха совершает замкнутый цикл, а именно: проходит через машину, по догревается, попадает в охладители, здесь охлаждается, снова попа дает в машину и т. д. Замкнутая схема позволяет применить для охлаждения машины не только воздух, но и другие газы. В настоящее время для этой цели используется водород (§ 33-2Б).
40-11. Нагревание и охлаждение трансформаторов
В основном тепловой процесс в масляном трансформаторе происходит так же, как и во вращающейся машине закрытого типа, с той разницей, что вместо воздуха (или водорода) бак трансформатора заполнен маслом. Потери, возникающие при работе трансформатора в стали сердечника и в обмотках, преобразовываются в тепловую энергию, которая нагревает эти части; соприкасаясь с ними, масло
Рис. 40-5. Т р ан сф о р м ато р с тр у б чаты м баком : а_— ц и р к у ляция м ас л а , б — р асп р ед ел ен и е п р евы ш ен и й тем п ер а ту р ы
начинает циркулировать в направлении от нагретой выемной части (сердечника и обмоток) к более холодной поверхности бака (§ 10-5Б)
Температуры сердечника, обмоток и масла очень тесно связаны с условиями охлаждения трансформатора. Различают следующие основные способы охлаждения: естественное масляное; масляное с дутьем и принудительную циркуляцию масла с воздушным или
водяным охлаждением его.
На рис. 40-5 показаны пути циркуляции масла и распределение превышения температуры по высоте в трансформаторе с естественным масляным охлаждением. Наиболее нагретой частью с наиболее нерав номерно распределенной температурой является обмотка трансфор матора (линия 1). Поэтому срок служоы трансформатора опреде ляется временем износа (старения) изоляции обмотки. Превышение температуры сердечника трансформатора показано линией 2.
Отвод тепла от обмоток в масло практически происходит только путем конвекции, которая представляет собой сложное явление, за-
висящее как от температуры масла, так и от свойств теплорассеиваю щей поверхности. Превышение температуры масла показано линией 3. Согласно опытным данным, можно считать, что в обычных условиях работы трансформатора Як = 80 — 100 вт/(град-м2). Эта цифра при мерно в 10 раз превышает Як в воздухе (§ 40-3), и в этом состоит роль масла как теплоотводящей среды. Учитывая средние значения повы шения температуры обмотки относительно масла, можно допустить следующие тепловые нагрузки обмоток: а) в трансформаторах с естественным масляным охлаждением q0= 1000—1500 вт/м2; б) в трансформаторах с дутьем qa = 1400—2200 вт/м2; в) в трансформато рах с принудительной циркуляцией масла q0 = 2500 вт/м2 и выше.
Для охлаждения трансформатора конструкция бака имеет важное значение. Простейшая форма гладкого бака применима лишь в транс форматорах мощностью не более 20—30 кв-а. При больших мощно стях — до 2400 кв-а — применяются трубчатые баки (рис. 10-19), а затем баки радиаторного типа с естественной циркуляцией масла для мощностей до 7500 кв-а включительно или с обдувом (рис. 10-20) для мощностей от 10 000 кв-а и выше. Превышение температуры по верхности труб показано линией 4 на рис. 40-5. Трансформаторы с принудительной циркуляцией масла имеют гладкие баки и обору дованы насосной установкой.
Согласно ГОСТ 11677—65, превышения температуры частей мас ляного трансформатора над температурой охлаждающей среды при тепловых испытаниях не должны превышать следующих значений:
|
Части трансформатора |
|
Повышение |
Метод |
|
|
температуры |
измерения |
|
|
|
°С |
|
|
Обмотки.................................................. |
65 |
По изменению |
|
Поверхности магнитопровода |
и кон |
|
сопротивления |
|
75 |
По термометру |
|
структивных элементов................. |
|
Масло в верхних слоях: |
|
|
|
|
исполнение герметизированное или |
|
|
|
с устройством, полностью |
защи |
|
|
|
щающим масло от соприкоснове |
60 |
То же |
|
ния с окружающим воздухом . . |
|
в остальных случаях ..................... |
55 |
» » |
Превышение температуры обмоток, сердечника и конструктивных деталей сухого трансформатора должно соответствовать табл. 40-1.
В аварийных случаях масляные трансформаторы должны допу скать одну из следующих кратковременных перегрузок сверх номи нального тока (независимо от длительности предшествующей на грузки, температуры охлаждающей среды и места установки): 30% в течение 2 ч, 45% — 80 мин, 60% — 45 мин, 75% — 20 мин, 100% — 10 мин, 200% — 1,5 мин.
Для сухих трансформаторов перегрузка в аварийных случаях устанавливается значительно меньшей: 20% в течение 1 ч, 30% — 45 мин, 40% — 32 мин, 50% — 18 мин, 60% — 5 мин.
Температуря окружающей среды установлена следующая: для воды не более 25° С у входа в охладитель, для воздуха - естественно изменяющаяся температура, не более 40° С. Таким образом, при по ниженной температуре воздуха температура обмоток будет меньше установленной для изоляционных материалов соответствующего класса. Однако поддерживать непрерывно максимальную допускае мую температуру обмоток путем увеличения нагрузки трансформатора не следует, так как в этом случае значительно сокращается срок службы. Допускаемое превышение температуры установлено с уче том неизбежных суточного и годового колебаний температуры окру жающего воздуха, так что среднесуточная температура не более 30° С и среднегодовая — не более 20° С, т. е. в предположении, что перио ды максимальной температуры обмоток всегда в эксплуатации чере дуются с периодами пониженной температуры.
При низкой температуре вязкость масла значительно увеличи вается, следовательно, уменьшается А,к, поэтому ограничен нижний предел температуры окружающего воздуха, не менее —45а С.
В этих условиях, как показал долголетний опыт эксплуатации, установленные превышения температуры обеспечивают работу транс форматора в течение 15—20 лет.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Алексеев А. Е. Конструкция электрических машин. Л., Госэнергоиздат,
1958. 427 с. с ил.
Важнов А. И. Электрические машины. Л., «Энергия», 1969. 768 с. с ил. Вольдек А. И. Электрические машины. Л., «Энергия», 1966. 782 с. с ил. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы . электротехники. Изд. 3-е, М.,
«Высшая школа», 1971. 544 с. с ил.
Ермолин Н. П. Электрические машины малой мощности. М., «Высшая
школа», |
1967. |
503 с. с ил. |
|
|
Зимин В. |
И. и др. |
Обмотки электрических машин. Изд. 6-е., Л., Госэнергоиздат, |
1970. |
471 с. с ил. |
Электрические машины, ч. 1. |
Изд. 2-е, Л. |
Костенко М. |
И., Пиотровский Л. М. |
«Энергия», 1964. 548 с. с ил. |
М. Электрические машины, |
ч. II. Изд. |
Костенко |
М. |
П., |
Пиотровский Л. |
2-е, |
Л., |
«Энергия», 1965. 704 с. |
с ил. |
|
Костенко М. П. Электрические машины. Специальная часть, М-Л., Госэнерго
издат, 1949. 712 с. с ил.
Левшиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока, Госэнергоиздат, 1959. 766 с. с ил.
Петров Г. II. |
Электрические машины, ч. I. М., Госэнергоиздат, 1956. 224 с. с ил. |
Петров Г. |
Н. Электрические машины, ч. II. |
М., Госэнергоиздат, 1963. |
416 с. с ил. |
|
224 с. с ил. |
Петров Г. Н. Электрические машины, ч. III. М., «Энергия», 1966. |
Попов В. С. |
Теоретическая электротехника. М., |
«Энергия», 1970. |
608 с. с ил. |
Толвинский В. А. Электрические машины постоянного тока, Л. Госэнерго
издат, 1956. 468 с. с ил.
Юферов Ф. М. Электрические двигатели автоматических устройств. М., Госэнергоиздат, 1959. 224 с. с ил.