172139. lajstromszámú szabadalom • Forgó dinamóvillamos gép sűrített levegő hűtéssel

5

172139

6

A tekercsfej hűtőcsatornájában a felületi hőátadási tényező atmoszferikus nyomáson : a = 65 W/m2 C°

A tekercsfej hűtőcsatornájában a felületi hőátadási tényező

1 MN/m2 nyomáson: a =420 W/m2 C°

A vastest hőmérséklete: azonos a hűtőlevegő hőmérsékletével.

A hűtőközeg fölmelegedését nem vesszük figyelembe. Jelölések :

p [W/m] a tekercselem egységnyi hosszúságban keletkező veszteségi teljesítmény (az áramsűrűség négyzetével arányos).

k [W/m C°] a tekercselem egységnyi hosszúságú szakasza által 1 C° hőmérsékletkülönbséggel a hütőlevegőnek átadható teljesítmény.

A [W m/C°] a tekercselem hosszirányú hővezetőképessége.

d [C°] a hűtőlevegő hőmérsékletéhez viszonyított túlmelegedés.

x [m] a tekercsfej közepétől számított hosszirányú méret a tekercselem mentén mérve.

A fentiekkel a hővezetés differenciálegyenlete:

4d*d „

A ——kd+p=0.

dx2

A megoldás :

■&=Cj

+ C-K+ ;

Az adatokból számítható állandók értékei : k értékei :

A vastestben : kF = 4,8 W/m C°

Atmoszferikushűtésűtekercsfejben: k =

= 0,39 W/m C°

Sűrített levegővel (1 MN/m2) hűtött tekercsfejben: kpr = 2,52 W/m C°

A értéke:

A vörösréz fajlagos hővezetőképessége 380 W/m C°, a tekercs rézkeresztmetszete 48 mm2, így A = 380 W/m C° X 48 • 10-6m2 = l,82 • 10-2Wm/C° A kitevőben szereplő állandó reciprokának értékei:

A vastestben:

íl

= 0,0615 m;

Atmoszferikus hűtésű tekercsfejben :

A

— = 0,216 m;

atm

Sűrített levegővel (1 MN/m2) hűtött tekercsfejben:

Peremfeltételek:

A legnagyobb túlmelegedés 120 C° (a szigetelőanyag hőállósága határozza meg).

A tekercsfej közepén a hőáram nulla, mert a szimmetria miatt innen a hő kétfelé áramlik.

A tekercsnek a vasmagba való belépésénél a hőáram folyamatosan változik.

Az 5. ábrán négy különböző esetre tüntettük föl a differenciálegyenlet megoldását:

a) hűtés nélküli tekercsfej ;

b) atmoszferikus hűtésű tekercsfej (kalm=0,39 W/m C°);

c) tízszeres sűrűségű (1 MN/m2 nyomású) sűrített le-5 vegővel hűtött tekercsfej (kpr = 2,52 W/m C°);

Látható, hogy a tekercsfejben kialakított, atmoszferikus nyomású levegővel hűtött hűtőcsatorna csak igen kis mértékű javulást eredményez a hűtetlen tekercsfejhez 10 képest; ez a javulás gyakorlatilag a méretezés szórási tartományába esik. (A számításnál szándékosan nem vettük figyelembe, hogy a tekercsfejek elvileg nemcsak a két réteg között, hanem a külső és a belső palástfelületen is hűthetők.) A sűrített levegővel hűtött tekercsfej ezzel 15 szemben többszörös hőterhelés mellett is egyenletesebb hőmérsékleteloszlást biztosít, azaz a nagyobb megengedhető áramsűrűség kisebb hőfeszültségekkel és ennek megfelelően a szigetelőanyagok hosszabb élettartamával párosul.

20 Geometriai hasonlóság esetén az áramlást létrehozó nyomáskülönbség és a csatornák áramlási légellenállása egyaránt lineárisan függ az áramló levegő sűrűségétől, így a csatornákban kialakuló áramlási sebesség független a hűtőlevegő sűrűségétől. Bármilyen eszközt is hasz- 25 nálunk tehát a turbulens kényszerkonvekció felületi hőátadási tényezőjének növelésére atmoszferikus nyomáson, ugyanabban a szerkezetben növelt nyomáson a felületi hőátadási tényező lényegesen nagyobb lesz (1 MN/m2 nyomáson az atmoszferikus nyomáshoz tartozó érték 30 4—6 szorosa).

Nem hanyagolható el az a szempont sem, hogy ha jelentős bonyodalmak árán, pl. bordázással vagy külön ventillátor alkalmazásával sikerülne is lecsökkenteni a tekercsfej hűtőcsatomáinak felületén a hőellenállást, 35 ezt a hatást nagyrészt lerontaná a hűtőlevegő fokozódó fölmelegedése a hűtőcsatoma mentén. Azonos áramlási sebesség esetén a sűrített levegő hőkapacitása a sűrűség arányában nagyobb, fölmelegedése a csatorna mentén tehát kisebb.

40 A horonyszigetelés föltételezett hővezetőképessége megfelel a villamosgép építés mai gyakorlatának. Ismeretesek azonban már olyan szigetelőanyagok is, amelyeknek fajlagos hővezetőképessége a föltételezett érték tízszerese.

45 A számítás fontosabb adatait az alábbi táblázatban foglaltuk össze:

50

55

60

a

b

C

p W/m

90

120

330

«■max C°

120

120

120

«■n,in C°

19

26

69

O1

vmax

'Ö'min

6,3

4,6

1,74

D . „

p__

! 10 1,38 ! 3,7

90 W/m I j

A d görbe a sűrített levegővel hűtött, de csak a b görbének megfelelő 120 W/m-nek megfelelő áramsűrűséggel 65 terhelt tekercselem hosszirányú hőmérsékleteloszlása.

3