Вентиляция крупных машин

Коэффициент полезного действия (к. п. д.) машин обычно равен 90-95%, следовательно, потери в них составляют соответственно 10-5% установленной мощности. Электрические машины промышленных предприятий характеризуются большой установленной мощностью и, следовательно, значительными тепловыделениями.

Одним из наилучших способов борьбы с повышенным нагревом и загрязнением электрических машин является хорошая система их вентиляции.

Единичная мощность машин, используемых, например, для приводов клетей прокатных станов, достигает 12 тыс. кВт. В таких машинах даже при потерях 5% абсолютная величина тепловыделений составит около 600 кВт. Отвод естественным путем такого количества тепла невозможен и требует устройства механической вентиляции.

Температура окружающей среды. Электрические машины рассчитаны на работу при температуре окружающего воздуха не выше 40 °С. Допустимый перегрев воздуха внутри машины около 15-18 °С. Эти условия заставляют искусственно удалять тепло от машины.

Непосредственно после включения электрической машины под нагрузку обмен теплом с охлаждающим воздухом отсутствует - происходит нагревание отдельных частей машины. Через некоторое время тепло начинает передаваться охлаждающему воздуху. По истечении более длительного времени все выделяемое в машине тепло передается охлаждающему воздуху и температура всех частей машины становится постоянной.

В таком установившемся режиме активные части машины имеют более высокую температуру, чем охлаждающий воздух, и назначением вентиляции машины является создание и поддержание таких условий теплообмена с охлаждающим воздухом, при которых превышение температуры активных частей машины над температурой среды не превосходило бы пределов, установленных нормами. Обычно нормируются предельная температура нагрева обмоток машины, зависящая от класса изоляции, и значение превышения этой температуры над температурой охлаждающего воздуха.

По ГОСТ 8865-70 установлено несколько классов изоляции в зависимости от предельно допустимой температуры ее нагрева. Классы изоляции А, Е, В, F, Н характеризуются в зависимости от нагревостойкости изоляционных материалов, длительной рабочей температурой нагрева соответственно 105, 120, 130, 155, 180 °С. Следовательно, при температуре окружающей среды 40 °С (согласно ГОСТ 183-74) допустимое превышение температуры нагрева обмоток машины над температурой среды для разных классов изоляции составит 65-140 °С. Повышение предельной температуры машины сверх допустимой отражается на состоянии изоляции ее обмоток. При этом изоляционные материалы ухудшают свои свойства и с течением времени изнашиваются ("стареют").

Результатом такого износа является утрата изолирующих качеств; в конечном итоге возможен пробой изоляции. Срок службы изоляции определяется не только предельной температурой, но и превышением температуры активных частей машины над температурой охлаждающего воздуха.

Оказывается, что превышение предельно допустимого уровня температуры обмоток даже на несколько градусов приводит к существенному сокращению срока службы изоляции машины. На первый взгляд кажется поразительным, что увеличение этой температуры всего на 10 °С почти вдвое уменьшает срок службы изоляции (для изоляции класса А). Однако это объясняется тем, что при увеличении предела превышения температуры обмоток машины над температурой охлаждающего воздуха получается большая разница между температурами различных частей машины, собранной из неоднородных материалов, сильно отличающихся друг от друга в термическом отношении. Из-за различных коэффициентов линейного расширения стали машины, материала изоляции и меди обмоток при нагреве машины возникают растягивающие усилия, что приводит к преждевременному механическому износу изоляции. Увеличение температуры всегда ускоряет процессы износа. Поэтому значительное искусственное снижение температуры охлаждающего воздуха, подаваемого в машину, и соответственный рост превышения температуры (до уровня, обусловленного классом изоляции обмоток) для увеличения мощности машины не могут быть допущены из-за повышенного износа изоляции и ограничений, накладываемых на габариты машины.

Надежность крупной электрической машины во многом зависит от эффективности ее охлаждения. Добиться этой эффективности становится все сложней в связи с ростом мощностей и увеличением габаритов машин.

С увеличением размеров машины мощность потерь возрастает пропорционально объему, а отвод потерь происходит пропорционально возрастанию площади машины, т. е. поверхности теплоотдачи. Следовательно, с ростом мощности машины удельная способность к охлаждению ухудшается. Поэтому для поддержания температуры машины в допустимых пределах необходимо с увеличением мощности и размеров машины повышать и эффективность ее охлаждения путем улучшения конструкции самой машины и применения более совершенных систем вентиляции. Вентилируя машину, можно сохранить отдаваемую ею мощность на уровне номинальной. Без вентиляции мощность машины резко снижается.

Новости светотехники