г) Электродвигатели с водяным косвенным охлаждением. Целесообразность использования воды для охлаждения электрических машин можно видеть изданных табл. 1-6, в которой сопоставлены физические свойства охлаждающих агентов.
Однако при переходе от воздушного охлаждения статора к водяному полезную мощность электродвигателя средней мощности при 2р = 4 можно увеличить только в 1,3—1,35 раза, а отводимые электромагнитные потери Рэм увеличиваются в 1,55—1,7 раза, как это видно из табл. 1-7 и 1-8. Это можно объяснить тем, что при замене охлаждающего агента без изменения схемы охлаждения изменяется тепловое сопротивление только на том участке, где заменен охлаждающий агент.
Примечание. Сопоставление произведено в единицах по отношению к воздуху.
В рассматриваемом случае изменяется тепловое сопротивление отводу тепла с поверхности статора, а оно составляет лишь часть всего теплового сопротивления в электродвигателе. Для пояснения изложенного сравним распределение перепадов температур в радиальном направлении электродвигателя при водяном и воздушном охлаждении статора (табл. 1-9).
Таблица 1-7
Примечания: 1. Da = 0,59 м; lа = 0,38 м, п = 25 об/сек; ϴМ = 95·С.
- Ротор № 2 в отличие от ротора № 1 имеет увеличенный диаметр отверстия в валу под шкетом ротора для протекании воды (0,15 м вместо 0,07 м) и
dB =0,195 м (вместо 0,13 ).
Электродвигатель с водяным охлаждением MAB36-51/4 изготовлен на базе активных частей электродвигателя Μ\36·51/4.
Таблица 1-9 составлена по результатам испытаний врубово-комбайновых электродвигателей с водяным и воздушным охлаждением и пб результатам испытаний электродвигателей МА36-51/1 и МАВ36-51/4. Сопоставление проведено в относительных единицах. За единицу принято среднее превышение температуры обмотки статора по сопротивлению.
Таблица 1-8
Примечания: I. Электродвигатели предназначены для привода врубовых машин и угольных комбайнов.
2. n =25 об/сек; ϴМ = 100° С.
Как следует из табл. 1-9, в электродвигателях с воздушным охлаждением при n = 25 об/сек приблизительно 50% температурного напора тратится на преодоление тепловых сопротивлений «внутри» электродвигателя, а другие 50% — на преодоление теплового сопротивления ухода тепла с поверхности статора и на подогрев наружного охлаждающего воздуха. Поэтому при охлаждении водой уменьшается только «наружное» тепловое сопротивление, а «внутренние» сопротивления становятся основными. С увеличением мощности электродвигателя при водяном охлаждении статора увеличивается тепловой поток, температурный напор тратится в основном на преодоление «внутренних» тепловых сопротивлений электродвигателя, а наружный перепад температур остается низким. Этот рост внутренних перепадов температур и ограничивает увеличение мощности электродвигателей с водяным охлаждением статора.
Таблица 1-9
Перепады температур по пути передачи тепла из электродвигателя | Статор электродвигателя обдувается воздухом | Статор электродвигателя охлаждается водой |
Половина полного подогрева охлаждающего агента ........................................................ | 0,1 | 0,04 |
Средний перепад температур между поверхностью статора и охлаждающим агентом (без подогрева последнего) . . | 0,4 | 0,06 |
Средний перепад температур между медью обмотки статора и поверхностью статора.................................................... | 0,5 | 0,9 |
Среднее превышение температуры обмотки статора по отношению к охлаждающему агенту, входящему в электродвигатель ... | 1 | 1 |
Для снижения внутренних перепадов температур необходимо создавать параллельные пути тепловому потоку от активных частей электродвигателя к внешнему охлаждающему агенту. Такими параллельными путями являются: 1) аксиально-последовательная циркуляция внутреннего воздуха во врубово-комбайновых электродвигателях; 2) охлаждение водой щитов; 3) охлаждение водой вала ротора.
Рис. 1-9. Графики распределения превышения температур вдоль обмотки статора электродвигателя ЭКВ-400Л с водяным охлаждением статора.
1— при отсутствии внутренней циркуляции воздуха, ΘΜ =107,8° С; 2 — при аксиально-последовательной циркуляции внутреннего воздуха, ϴМ=76,2°С (в обоих случаях полезная мощность Р одинакова).
Каждый из названных способов интенсификации водяного охлаждения статора существенно увеличивает мощность электродвигателя.
Однако интенсификация водяного охлаждения статора за счет аксиально-последовательной внутренней циркуляции воздуха приводит к резкой неравномерности нагрева обмотки статора (рис. 1-9) и достигает ϑм.макс/ΘΜ=1,26. Другие виды интенсификации охлаждения не приводят к указанному явлению, а даже способствуют выравниванию превышений температур по длине обмотки статора (рис. 1-10).
Рис. 1-10. Графики распределения превышения температур вдоль обмотки статора макета электродвигателя МАВ 36-51/4 (Рзаб=190 кВт) при охлаждении водой.
1— статора ϴМ=96°С; 2 —статора и щитов ϴМ=76,5°С; 3 —статора и вала ротора ΘΜ = 74° С; 4 — статора, щитов и вала ротора ϴн=62 С.
При полном водяном косвенном охлаждении электродвигателя (охлаждение водой статора, ротора и щитов) мощность его по сравнению с мощностью при воздушном охлаждении статора можно увеличить почти в 2 раза (табл. 1-7).
