Охлаждане на мощни електродвигатели с топлообменник

26.06.2023   |   Начало»Бизнес

Редактор
Мира Станкова

Редактор
Мира Станкова

На пръв поглед използването на топлообменник за охлаждане на мощни електродвигатели и регулиране на температурата изглежда нерационално. При анализ на възможностите, които предлага този метод за охлаждане, обаче, не е трудно да се установи, че приложението му при опасност от прегряване е свързано с редица предимства.

Методи за охлаждане на електродвигатели

Топлинният капацитет е един от основните критерии за избор на променливо- или постояннотоков ел. мотор с безстепенно регулиране на оборотите. Като най-ефективен метод за охлаждане и регулиране на температурата на тези типове двигатели се смята продухването на въздух през отворено изпълнение на корпуса на машината чрез вентилаторни перки за електродвигатели. Методът е познат под наименованието "защитена от попадане на капки принудителна вентилация" (drip-proof force vent - DPFV). Основни предимства от използването на DPFV ел. мотори са сравнително ниската цена и малките габарити на машината.

Когато спецификите на работната среда налагат използването на ел. мотор затворен тип могат да се приложат няколко различни конструктивни изпълнения в зависимост от системата за охлаждане. Едната възможност е да се избере невентилиран двигател в затворено изпълнение (totally enclosed nonvent - TENV). Други алтернативи са приложението на ел. мотор затворен тип с вентилаторно охлаждане, при който задвижването на вентилаторните перки за електродвигателя се осъществява от вала на двигателя (totally enclosed fan-cooled - TEFC) или ел. мотор в затворено изпълнение съоръжен с нагнетателен вентилатор с автономно задвижване (totally enclosed blower-cooled TEBC). Всеки от изброените двигатели се характеризира с редица недостатъци. Трябва да се има предвид, че при всички случаи невентилираният двигател е по-скъп и голямогабаритен от отворения тип ел. мотор.

Някои особености

Невентилираните двигатели в затворено изпълнение използват излъчената топлина за охлаждане. По тази причина този тип двигатели са най-големите като мощностен диапазон. TEFC двигателите се отличават с по-малки габарити за една и съща мощност в сравнение с невентилираните двигатели затворено изпълнение. Но поддържаният от двигателите ТЕFC диапазон на оборотите често е ограничен, тъй като обемът на охлаждащия въздух зависи от оборотите на въртене на вала на двигателя.

Посредством задвижване на охлаждащите вентилатори (вентилаторни перки за електродвигатели) с отделни двигатели с постоянна честота на въртене ограничението по отношение на скоростния обхват на ТЕFC двигателите може да се минимизира. Двигателите затворено изпълнение, охлаждани с нагнетателен вентилатор (TEBC), се отличават с най-широк скоростен обхват в сравнение с ТЕFC и TENV двигателите. Типично за тях е, че са най-малогабаритните двигатели затворен тип за една и съща номинална мощност.

Приложение на топлообменниците

В исторически аспект посочените методи за охлаждане при прегряване намират приложение при всички двигатели затворено изпълнение с изключение на най-мощните. При двигатели с номинална мощност по-висока от 750 kW изискванията по отношение на охлаждането на намотките и лагерите са много високи. В такива случаи приложението на вентилаторни перки за електродвигатели за охлаждане на двигателя при прегряване е неефективно. Сред техническите решения за охлаждане на мощни електродвигатели е използването на топлообменник. Практиката да се използва топлообменна система за охлаждане на големи постоянно- и променливотокови електродвигатели е дългогодишна. Технологията се прилага и при двигатели с мощност по-малка от 750 kW.

При избора на електродвигател трябва да се вземе предвид обстоятелството, че един двигател затворено изпълнение, охлаждан с нагнетателен вентилатор, осигурява наполовина по-малка изходна мощност спрямо двигател отворен тип при еквивалентни габарити на корпуса. Чрез използването на топлообменник за регулиране на температурата при прегряване това съотношение би могло значително да се промени. Въздушното охлаждане (въздух-въздух) осигурява около 70%, а водното (въздух-вода) до 100% от номиналната мощност на DPFV двигател. Дори и при използването на топлообменник за регулиране на температурата при прегряване, габаритите на един ел. мотор отворено изпълнение с вентилаторни перки за електродвигатели остават значително по-малки от тези на затворен тип двигател, охлаждан с нагнетателен вентилатор, при еквивалентна номинална мощност. Като напречно сечение, двигателите охлаждани с топлообменници за регулиране на температурата са приблизително с 33% по-малки от двигателите затворен тип за една и съща номинална мощност.

Предимства на охлаждането с топлобменник за регулиране на температурата

Използването на топлообменник за охлаждане на електродвигатели при прегряване е свързано с редица предимства. Методът се характеризира с висока ефективност. Приложим е при двигатели затворено изпълнение. Поддържа необходимата номинална мощност при сравнително по-лек и компактен корпус. Сред отличителните специфики на метода е постигането на по-нисък инерционен момент на ротора на електродвигателя.

По принцип DPFV двигателите се характеризират с най-компактен корпус за определена мощност. Оборудването на един DPFV ел. мотор с топлообменник за регулиране на температурата при прегряване позволява използването на машината в приложения изискващи затворен корпус. DPFV двигателите с топлообменник регулиране на температурата са сериозна алтернатива на по-скъпите модели.

Същност на охлаждането с топлобменник

Принципът на работа на охладителните системи с топлообменник за регулиране на температурата при прегряване е сравнително елементарен. Например, при един DPFV ел. мотор, отличаващ се с малки габарити и висок мощностен диапазон, топлообменникът се инсталира върху най-високата част на двигателя. Рециркулираният от двигателя въздух се охлажда, преминавайки през топлообменника за регулиране на температурата. Използват се два основни вида охлаждане:

• въздушно-въздушно;
• въздушно-водно.

При първия вид вентилатор с автономно задвижване се монтира върху топлообменника. Вентилаторът изтегля атмосферен въздух през филтър, поставен на дъното на топлообменника. След филтъра въздушната струя преминава напречно на охлаждащите тръби. Рециркулираният от двигателя въздух се движи в охлаждащите тръби. Вследствие на топлообмена между двата въздушни потока се постига охлаждане на машината.

Алтернатива на описаният метод е въздушно-водното охлаждане за регулиране на температурата чрез вентилаторни перки за електродвигатели. При него рециркулираният от двигателя въздух преминава край охлаждащите тръби, в които за разлика от първият метод, протича вода.

Приложимост на видовете охлаждане

След вземането на решение да се използва двигател с топлообменник за регулиране на температурата при прегряване е необходимо да се определи кой от описаните видове охлаждане е по-подходящ за конкретното приложение. Въздушно-водното охлаждане се характеризира с 30% по-висока ефективност в сравнение с въздушното. В допълнение затвореният тип ел. мотор с топлообменник, използващ въздушно-водно охлаждане за регулиране на температурата се отличава също с малки габарити и сравнително ниска цена.

Предимства и недостатъци на видовете охлаждане

Основният недостатък на въздушно-водното охлаждане за регулиране на температурата се изразява в необходимостта от наличие на водоснабдителна система. В оптималния случай водоснабдителната система, която се използва в някои технологични стъпала на производствения процес в завода, може да захранва и топлообменника. В случаите, при които няма изградена водоснабдителна система, за охлаждане на водата, циркулираща в топлообменника, може да се използва специална охладителна уредба. За приложения, при които снабдяването на охладителната система с вода е трудно, се препоръчва използването на затворен тип двигател с топлообменник, използващ въздушно охлаждане за регулиране на температурата.

Основното предимство на въздушното охлаждане се състои в отсъствието на специални изисквания по отношение снабдяването на топлообменника с работен флуид. Недостатък на въздушното охлаждане е необходимостта от периодично почистване и смяна на филтъра, с който е оборудвана уредбата, с цел предотвратяване на запушването му.

Избор на топлообменник за регулиране на температурата

Топлообменниците се оразмеряват в зависимост от изискванията на приложението и спецификацията на двигателя. Конкретният модел топлообменник, който може да изпълни поставените изисквания за регулиране на температурата при прегряване се определя от производителя на двигателя, за който е предназначен.
Използването на топлообменник за регулиране на температурата е икономически и технически оправдано в редица приложения и най-вече при работа на двигателите в тежки експлоатационни условия. За приложения с висока степен на замърсяване, поставящи специални изисквания към използваните двигатели, като например в металургията, целулозно-хартиената промишленост, минната индустрия и др. променливо- или постояннотоков ел. мотор с топлообменник е решение, осигуряващо висока номинална мощност, малки габарити при относително ниска цена.

Ключови думи: електродвигатели   топлообменници   охлаждане  

Област: Електроапаратура