Муфты средней мощности в большинстве случаев снабжаются системами воздушного охлаждения с встроенными вентиляторами, осуществляющими продув воздуха через внутренние полости муфт. Вентиляторы обычно бывают соединены с ведущими частями муфт, что обеспечивает постоянство их частоты вращения и производительности при регулировании.
По направлению потоков воздуха внутри муфты системы охлаждения делятся на радиальные и аксиальные. В радиальных системах применяются только центробежные вентиляторы, в аксиальных находят применение вентиляторы центробежного и осевого типов.
По месту установки вентиляторов системы воздушного охлаждения могут быть вытяжными, нагнетательными и смешанными. В первых вентилятор устанавливается на выходе системы и создает внутри нее разрежение, обеспечивающее поступление воздуха в муфту. В нагнетательных системах вентилятор размещается на входе и создает внутри системы повышенное давление. Смешанные системы имеют вентилятор в средней части вентиляционных каналов, имеющих в одной части повышенное давление, в другой — пониженное.
Вытяжные системы вентиляции предпочтительнее нагнетательных, так как обеспечивают поступление в муфту холодного воздуха, а разрежение внутри системы снижает потери и вентиляционный шум. В нагнетательных системах в муфту поступает нагретый вентилятором воздух.
На рис. 11.2 приведены схемы систем вентиляции муфт, нашедшие применение на практике. Схемы рис. 11.2а — в относятся к радиальным системам вентиляции, остальные — к аксиальным. Направление воздуха на входах и выходах систем показано стрелками.
В радиальных системах с цилиндрическими якорями (рис. 11.2,а, б) охлаждающий воздух омывает торцовые части якорей, теплота на которые передается с нагретых частей теплопередачей. Эти системы являются смешанными, так как на входе и выходе вентиляторов имеются аэродинамические сопротивления, создаваемые окнами.
Рис. 11.2. Схемы систем вентиляции муфт
На схеме рис. 11.2,в показана радиальная вытяжная система вентиляции муфты с дисковым якорем. В этой системе охлаждающий воздух омывает нагретую часть якоря, однако при подходе к этой части имеет аксиальное направление.
Для радиальных систем вентиляции характерны малые аэродинамические сопротивления, обусловленные небольшой длиной воздухопровода и отсутствием узких каналов для прохода воздуха. Сравнение схем рис. 11.2,а и б позволяет установить преимущества первой системы, в которой лопатки вентилятора размещены непосредственно на нагревающейся торцовой части якоря и выполняют функцию ребристого радиатора, отбирающего теплоту у якоря и омываемого потоком воздуха. В схеме рис. 1.2,б воздух омывает гладкие торцовые части якорей, что снижает эффективность системы.
На схеме рис. 11.2,г показана аксиальная вытяжная система вентиляции, часто применяемая в контактных и бесконтактных муфтах из-за своей простоты. Здесь наружная поверхность внешнего якоря оребрена, а внутренняя активная поверхность омывается потоком воздуха, проходящим через междузубцовые пазы индуктора, являющиеся вентиляционными каналами. Центробежный вентилятор выполняет функции радиатора, усиливая отвод теплоты от якоря.
Схема рис. 11.2,д, применяемая в муфтах со скользящим токоподводом, в отличие от предыдущей имеет вентилятор в средней части якоря, вследствие чего воздух поступает к нему по двум ветвям. Такое исполнение укорачивает путь воздушных потоков, уменьшает аэродинамическое сопротивление и снижает подогрев воздуха. При этом также улучшается передача теплоты к лопаткам вентилятора от двух половин нагретого якоря. Недостатком системы является прохождение полного магнитного потока муфты через лопатки вентилятора, которые должны иметь большие сечения, ухудшающие аэродинамические показатели.
На схеме рис. 11.2,е показана нагнетательная система вентиляции, в которой центробежный вентилятор закреплен на боковине якоря с ее внутренней стороны. Уменьшение диаметра вентилятора в этой схеме по сравнению с предыдущими схемами снижает эффективность этой системы, не получившей значительного распространения.
В схеме рис. 11.2,ж, используемой в бесконтактных муфтах, центробежный вентилятор закреплен на ведущем индукторе, вследствие· чего не используется в качестве радиатора. Тем не менее система весьма эффективна, так как якорь обдувается потоком воздуха с внешней и внутренней сторон. Кроме того, внутренняя поверхность якоря снабжена охлаждающими ребрами с большой площадью поверхностей.
На схемах рис. 11.2,з и и показаны системы с осевыми вентиляторами.
В схеме рис. 11.2,з вентилятор пропеллерного типа, его лопасти закреплены на средней части якоря между зубцами-полюсами индуктора [69]. Для лучшей передачи теплоты на лопасти их целесообразно отливать заодно с немагнитным кольцом якоря. Как и в схеме рис. 11.2.д, здесь теплопередача к вентилятору осуществляется по двум ветвям.
В схеме рис. 11.2,и наружная поверхность внешнего якоря бесконтактной муфты снабжена по всей длине винтообразными ребрами, осуществляющими аксиальный продув воздуха между якорем и корпусом. Большая площадь винтообразных поверхностей на якоре способствует повышению эффективности охлаждения муфты. Роль осевого вентилятора могут выполнять наклонные зубцы индуктора [68].
Потери мощности, отводимые потоком охлаждающего воздуха с закрытых обдуваемых поверхностей, определяются выражением
(11.14)
где св — теплоемкость воздуха, равная 1100 Дж/(м3. °С); QB — расход охлаждающего воздуха; ΔΘΒ — перепад температур воздуха на входе и выходе вентиляционной системы.
В муфтах с внешним открытым якорем и вентиляцией (рис. 11.2,г — е) теплоотдача с внутренней поверхности определяется по формуле (11.14), а с внешней — методами, изложенными в § 11.2.
При изоляциях классов А, В и Е могут допускаться перепады температур воздуха до 30—35, а при изоляциях классов F и Н — до 40 °С. При данных перепадах температур удельный расход воздуха за единицу потерь мощности составляет 0,025—0,03 м3/ (с·кВт).
Для определения температуры нагрева закрытой обдуваемой поверхности используются те же расчетные формулы, что и для естественного охлаждения (см. § 11.2). При этом коэффициент теплоотдачи излучением принимается равным нулю, а температура охлаждающего воздуха — среднему значению температур на входе и выходе вентиляционной системы.
Коэффициент сопротивления, обусловленный трением, при вращении канала возрастает пропорционально отношению u/w.
Аэродинамическое сопротивление системы при последовательном соединении участков воздухопровода равно сумме сопротивлений участков
(11.21)
а при параллельном соединении участков определяется из равенства
(11.22)
Расчет вентиляторов муфт производится методами, применяемыми для электродвигателей.
