Fluctuațiile de temperatură depind de ora din zi, activitatea corpului, temperatură mediu inconjurator, proprietățile de izolare termică ale îmbrăcămintei. În timpul muncii fizice grele, antrenamentului și competițiilor sportive, temperatura corpului poate crește cu 1-2 ° C sau mai mult. Ele au un efect asupra temperaturii corpului și asupra modificărilor stării fiziologice a corpului, excitare nervoasă, sarcină.
O persoană poate tolera abateri ale temperaturii interne a corpului de la normal cu 4 ° C în ambele direcții: limita inferioară este de 33 ° C, cea superioară este de 41 ° C. În timpul zilei, temperatura corpului se modifică ușor: valorile sale maxime (37,0-37,1°C) se observă la 16-18 ore, minimele (36,2-36,0°C) la 3-4 dimineața. La persoanele în vârstă, temperatura corpului poate scădea până la 35-36 ° C.
A deveni roșu aprins este normal efect secundar când devine cald și deranjant. Pe măsură ce pielea noastră se încălzește, aerul din jurul nostru începe să facă câțiva pași drastici pentru a se răci. În timpul exercițiilor fizice, corpul uman poate genera suficientă energie pentru a alimenta lumina din casa ta. Această creștere a temperaturii interne face ca organismul să înceapă să se răcească. Acest efect este în creștere exponențial pentru acei sportivi care locuiesc în sud.
Răcirea la temperaturi obișnuite
Facand activitate fizica la umiditate crescută transpirația poate fi și mai puțin eficientă, deoarece transpirația nu se poate evapora și răci pielea. Dacă faci mișcare și este lipicios, o strălucire roșie strălucitoare poate fi singura modalitate de a regla temperatura.
Constanța temperaturii corpului este posibilă numai dacă cantitatea de căldură generată este egală cu cantitatea de căldură eliberată de organism către mediu. Cu alte cuvinte, constanța temperaturii corpului este asigurată de o combinație a două procese interdependente - producția de căldură și transferul de căldură. Dacă sosirea căldurii este egală cu consumul acesteia, atunci temperatura corpului „rămâne la un nivel constant. Dacă producția de căldură prevalează asupra transferului de căldură, temperatura corpului crește. În cazurile în care generarea de căldură rămâne în urmă cu transferul de căldură, o scădere a temperaturii corpului. este observat.
Majoritatea spectatorilor din sala de sport asociaza transpiratia si rosia rosie ca o alta experienta nefericita legata de exercitii fizice, dar este un proces foarte complex in corpul uman si atunci cand este inteles; poate trece la nivelul următor. Procesul de răcire al corpului uman se numește termoreglare. Termoregularea este esențială pentru realizarea homeostaziei. Corpul este ca patru mecanisme de răcire, pe care le implementează pentru a regla homeostazia. Cel mai evident mod prin care corpul se răcește este prin transpirație.
Transpirația sau transpirația este un proces în care un număr mare de glande aflate sub suprafața pielii, în interiorul întregului corp, încep să elibereze umezeală. Pe vreme rece, arterele și venele aflate mai aproape de piele au mai puțin sânge care trece prin ele decât arterele și venele aflate mai departe în corp, reținând astfel căldura. Părul de pe majoritatea părților corpului rezistă, de asemenea, pentru a capta un strat de aer pentru izolare. Pe vreme caldă, părul cade în jos, iar arterele și venele mai apropiate de piele se umplu, permițând astfel secreția de energie termală din corp.
Generarea de căldură pentru oameni este cea mai importantă modalitate de a menține o temperatură constantă a corpului. Cursul continuu al proceselor metabolice în organism este însoțit de formarea căldurii și costul energiei vitale.
Cantități inegale de căldură sunt generate în diferitele organe ale corpului. Principalul regulator al producției de căldură este mușchii. În timpul activității fizice intense, acestea furnizează până la 90% din căldură. În condiții normale, mușchii reprezintă 65-70% din producția de căldură. A doua cea mai importantă sursă de producere de căldură este ficatul și tractul digestiv. Ele dau 20-30% căldură.
Această acțiune permite porilor corpului să elibereze transpirația, care acționează ca un agent de răcire. Deși acest proces vă poate ajuta să vă simțiți mai rece, are un efect limitat asupra scăderii nivelurilor de temperatură internă a corpului în sine. Ramurile secundare ale sistemului cardiovascular se extind pe scară largă, rupându-se din miezul corpului până la suprafața pielii. Corpul este preocupat în primul rând de menținerea creierului și a organelor interne cât mai rece posibil, permițând sângelui fierbinte să scape din miez către extremități.
Răcirea la temperaturi sub temperatură
Sângele de sub piele este răcit printr-o reacție endotermă, permițând transpirației să se evapore. Acest transfer de materie din stare lichidă în stare de vapori necesită energie termică. Această energie este extrasă din atmosfera înconjurătoare, și anume din corp. Căldura este extrasă din sângele și pielea din apropiere, permițând corpului să se răcească.
Pe lângă căldura generată în organismul însuși, o persoană primește căldura mediului înconjurător pe vreme caldă. Deci, când temperatura scade Mediul extern sub 15 ° C, generarea de căldură crește semnificativ, iar cu o creștere peste 30 ° C scade. Cu toate acestea, cu o creștere semnificativă a temperaturii ambientale (peste 37 ° C), se observă o încălcare a schimbului de căldură și temperatura corpului crește din nou. Odată cu scăderea temperaturii aerului, apare adesea frisonul rece - o contracție involuntară a mușchilor scheletici. Această reacție a corpului este de natură protectoare: crește producția de căldură în mușchi și menține astfel o temperatură normală a corpului.
Astfel, cantitatea de căldură din organism este determinată, în primul rând, de căldura generată din cauza proceselor metabolice, iar în al doilea rând, de căldura provenită din mediul extern.
Efectul de răcire al corpului # 2: radiații
Răcirea prin radiație este un proces prin care un corp pierde căldură prin radiație. Radiația este o formă de pierdere de căldură prin razele infraroșii care implică transferul de căldură de la un obiect la altul fără contact fizic. În timp ce corpul este în repaus, radiația este metoda principală de descărcare a căldurii. Pielea radiază constant căldură în toate direcțiile către obiectele adiacente, cum ar fi îmbrăcămintea sau mobila. Corpul poate primi, de asemenea, căldură de la obiectele din jurul său prin radiație dacă acele obiecte devin mai calde decât corpul.
Odată cu formarea căldurii în organism, aceasta este consumată în mod constant prin transferul de căldură. Altfel, persoana ar fi murit din cauza supraîncălzirii. Calculul arată: dacă din anumite motive transferul de căldură se oprește, atunci temperatura corpului uman va crește cu 2,5 ° C în fiecare oră. Până la sfârșitul zilei, va crește peste 60 ° C.
Căldura este eliberată în principal prin piele și, de asemenea, prin respirație. Returul căldurii are loc conform legilor fizicii în următoarele moduri: prin radiarea căldurii de către suprafața încălzită a corpului; conducerea căldurii prin încălzirea aerului mai rece și a obiectelor în contact cu corpul; consumul de căldură prin evaporare de la suprafața pielii și a plămânilor.
Radiația de căldură este proprietatea unei suprafețe încălzite la o anumită temperatură de a emite căldură sub formă de energie radiantă – raze infraroșii. Conducerea căldurii și radiația de căldură în repaus reprezintă aproximativ 70-80% din totalul transferului de căldură.
Efectul de răcire al corpului # 3: conducție
Conducția este procesul de pierdere a căldurii prin contactul fizic cu un alt obiect sau corp. Puteți experimenta acest proces în timp ce stați pe un scaun metalic sau adormi pe o canapea din piele. Căldura din interiorul corpului poate fi transferată de la un țesut la un țesut adiacent până ajunge la suprafața exterioară a pielii, unde este eliberată în atmosferă.
Acest mecanism poate funcționa în ambele direcții. Dacă un obiect fierbinte este apăsat pe piele, căldura de la obiect se va transfera pe piele, încălzind zona comună. Un alt exemplu al acestui mecanism la lucru ar fi plasarea unui prosop sau bandana pe piele pentru a ajuta la absorbția unei părți a transpirației și pentru a ajuta la continuarea procesului de răcire.
Conducerea căldurii este transferul direct de căldură de la piele către obiecte sau particule de aer sau apă adiacente acesteia. Conducția este facilitată de convecție, adică înlocuirea particulelor de aer sau apă încălzite cu altele, mai reci. Convecția crește în prezența vântului, a debitului de apă, precum și a alergării, înotului, sportului și jocurilor în aer liber. Cu toate acestea, trebuie amintit că convecția răcește corpul numai atunci când temperatura exterioară este mai mică decât temperatura corpului uman. Vântul fierbinte din deșert nu răcește, ci mai degrabă încălzește corpul. Prezența îmbrăcămintei modifică și intensitatea convecției. Un costum de scafandru, de exemplu, protejează înotatorul de hipotermie în timpul înotului prelungit în apă rece.
Conducția depinde de conductibilitatea termică a mediului. Astfel, conductivitatea termică a aerului este scăzută, iar cea a apei este ridicată. De aceea, răcirea în apă este mult mai rapidă decât în aer. Aerul rece și umed răcește corpul mai repede decât aerul uscat de aceeași temperatură. În același timp, în aer umed cu febră mare, răcirea corpului este dificilă din cauza deteriorării evaporării transpirației de la suprafața pielii.
Efectul de răcire a corpului nr. 4: Convecție
Convecția este procesul de pierdere a căldurii prin mișcarea moleculelor de aer sau apă prin piele. Exemplele de răcire prin convecție includ înotul într-o piscină sau un lac rece, luarea de gheață rece sau statul sub un ventilator de tavan. Dacă o persoană este scufundată în apă rece, cantitatea de căldură disipată din corp în apă este de aproape 26 de ori mai mare decât atunci când corpul este expus la aceeași temperatură a aerului. Cantitatea de căldură transferată prin convecție depinde în mod evident de activitate. Dacă trebuie să stai sub un ventilator de tavan cu aer condiționat; îți va răci corpul mai mult decât un înotător competitiv în mijlocul unei curse.
Corpul uman, conform vederilor moderne, poate fi imaginat ca fiind alcătuit dintr-un miez de temperatură, care are o temperatură constantă, și un înveliș de temperatură izolator, care își modifică temperatura în funcție de mediul extern.
Idei despre mecanismele de adaptare a omului la fluctuațiile bruște de temperatură în anul trecut extins și mai mult. Până de curând, acestea se explicau în principal sau exclusiv prin procesele de îmbunătățire a termoreglării. Potrivit profesorului KMSmirnov, în cazurile în care frigul sau căldura sunt atât de semnificative încât nu se poate conta pe menținerea temperaturii corpului în limite normale, eficiența și sănătatea, în ciuda răcirii și supraîncălzirii corpului, pot fi păstrate datorită întăririi sistematice a corpul....
Deși ambele răcesc corpul în jos prin convecție, înotatorul creează totuși un efect termodinamic asupra corpului. Din acest proces este important să se stimuleze aportul de lichide înainte, în timpul și după efort, în special în timpul activităților acvatice. Mulți oameni nu asociază deshidratarea cu exercițiile în apă.
Aproximativ 90 la sută din căldura din corpul uman este generată în regiunea trunchiului de către organele și grupurile musculare majore. Cantitatea de căldură generată crește pe măsură ce corpul lucrează mai intens. Pentru a menține o temperatură centrală constantă, corpul trebuie fie să retragă, fie să rețină această căldură după cum este necesar. Modul în care se realizează acest lucru depinde în mare măsură temperatura ambientalași umiditatea din jurul tău.
Există anumite etape în reacția pielii la răcire. Prima etapă este albirea. Sub acțiunea frigului, arterele și capilarele pielii se îngustează, cantitatea de sânge care curge prin ele scade. Pielea devine palidă, temperatura îi scade. Diferența de temperatură dintre piele și aerul din jur este redusă. Aceasta, la rândul său, reduce pierderile de căldură din cauza transferului fizic de căldură. Mușchii foliculilor de păr se contractă la răcire, pielea „se micșorează” și se formează așa-numita piele de găină.
În condiții normale, sistemul circulator transferă căldura centrală la suprafața pielii. Deoarece căldura se deplasează întotdeauna de la cald la rece și nu de la rece la căldură, căldura corpului este dusă departe pe măsură ce aerul mai rece al exteriorului trece peste piele. procesul este cunoscut sub numele de răcire convectivă, deoarece căldura este îndepărtată prin mișcarea aerului.
Când temperatura exterioară începe să crească, diferența dintre temperatura normală a pielii și temperatura ambientală se micșorează. În schimb, organismul răspunde răcindu-se printr-un proces cunoscut sub numele de răcire evaporativă. Când un lichid apos este expus la aer cald uscat, acesta se evaporă în vapori de apă. Această schimbare de stare se numește schimbare de fază și creează un efect extraordinar de răcire. Corpul creează această schimbare de fază eliberând transpirația din glandele sudoripare către suprafața pielii.
Apoi răcirea este însoțită de expansiunea vaselor pielii, înroșirea pielii, care devine caldă (a doua etapă). Cu o răcire moderată, fața, mâinile și alte părți expuse ale corpului pot rămâne în această stare mult timp. În același timp, o persoană nu simte efectul frigului.
Expunerea ulterioară la frig provoacă apariția unui frison secundar (etapa a treia). Simptomele sale sunt următoarele: pielea devine din nou palidă, capătă o nuanță albăstruie, vasele sunt dilatate, umplute cu sânge, capacitatea lor de a se contracta este slăbită, buzele devin albastre. Producția de căldură din cauza termoreglării chimice în această stare este insuficientă. Cu un frison secundar, poate apărea hipotermie și se poate dezvolta o răceală.
Dispozitiv schimbător de căldură
Când aerul din jurul pielii este cald și uscat, este un proces extrem de eficient. Dar, pe măsură ce umiditatea crește, transpirația nu se poate evapora în vapori de apă, deoarece aerul este deja saturat. Aceasta este o condiție periculoasă, deoarece organismul nu are alt mecanism natural de a renunța la căldură.
Vasoconstricția și creierul. Acest lucru se realizează printr-un proces numit vasoconstricție. Vasoconstricția este restricționarea fluxului sanguin la suprafața pielii prin constricția vaselor de sânge. Deoarece organele corpului trebuie să aibă întotdeauna flux sanguin, vasoconstricția se aplică doar acelor vase care transferă căldură la suprafața pielii. Când creierul este păcălit să creadă că temperatura este rece - când se aplică gheață pe corp, de exemplu, apare vasoconstricția pentru a preveni pierderea de căldură, chiar dacă temperatura centrală crește.
Trebuie avut în vedere că la adulți și copiii care nu sunt întăriți și slăbiți de boli, a doua etapă poate să nu apară, iar a treia va veni imediat - hipotermia cu toate consecințele care decurg.
Răcirea oricărei părți a suprafeței corpului implică o modificare a lumenului vaselor de sânge nu numai direct pe zona răcită a pielii, ci și pe restul corpului, provocând o varietate de modificări în întregul corp. Cu cât zona răcită este mai puțin antrenată la acțiunea frigului, cu atât reacția vasculară generală este mai pronunțată.
Un astfel de exemplu este orientativ. La. scufundarea picioarelor în apă rece la persoanele neîntărite, are loc un flux de sânge către membranele mucoase ale nasului și ale tractului respirator superior. Acest lucru le ridică temperatura, crește cantitatea de mucus secretat și creează condiții favorabile pentru dezvoltarea microbilor care pătrund în mucoasele. O creștere rapidă a numărului de microbi și o slăbire simultană a rezistenței organismului duc la procese inflamatorii, răceli - catar al tractului respirator superior, dureri în gât, pneumonie. Dar când mâna este răcită, reacția din vasele mucoasei nazale este aproape absentă. Acest lucru se explică prin faptul că mâinile, de regulă, sunt expuse la influențe termice semnificativ mai mari. În consecință, acestea sunt mai întărite decât picioarele, care aproape întotdeauna sunt protejate de pantofi.
Dacă repeți sistematic răcirea picioarelor în fiecare zi apă rece, apoi aceste fenomene din mucoasele dispar treptat, iar după 2 luni. atenuează complet sau rămân slab exprimate.
Acest lucru poate duce la amețeli și leșin. Mai periculos este faptul că temperatura pielii răcoroase este confortabilă din punct de vedere fiziologic, astfel încât să poți munci mai mult, creând o creștere și mai rapidă a temperaturii corpului și riscul de insuficiență cardiacă.
O privire atentă asupra sistemelor complexe care ne susțin poate fi uimitoare. Acesta este cazul mecanismului complex de termoreglare al organismului. Acest dispozitiv complex echilibrează producția de căldură cu pierderea de căldură prin menținerea corpului la o temperatură potrivită pentru o performanță optimă. Acest act de echilibru este direcționat automat și fără probleme către hipotalamus, nu cel mai creierul, care servește drept centru de comandă pentru numeroase funcții corporale, inclusiv coordonarea sistemului autonom sistem nervos.
Cu efecte puternice și ascuțite de frig, termoreceptorii reacționează la iritație, incluzând de urgență forme fizice și apoi chimice de termoreglare în activitate. Recomandările tradiționale pentru întărire obligă, după răcirea cu apă, să freci pielea până la apariția unei senzații plăcute de căldură, până la înroșire, și să aplici și un masaj intensiv sau automasaj.
Asemenea unui termostat care reglează temperatura din interiorul casei tale, hipotalamusul reglează temperatura corpului tău reacționând la stimuli interni și externi și efectuând ajustări pentru a-ți menține corpul între unul sau două grade până la 6 grade. Dar, spre deosebire de un termostat, care pur și simplu pornește sau oprește încălzirea sau aerul condiționat până când se atinge temperatura dorită, hipotalamusul trebuie să regleze și să regleze fin un set cuprinzător de măsuri de control al temperaturii.
Acest lucru nu numai că ajută la echilibrarea fluidelor corporale și la menținerea concentrației de sare, dar controlează și eliberarea de substanțe chimice și hormoni legate de temperatură. Hipotalamusul funcționează cu alte părți ale sistemului de reglare a temperaturii corpului, cum ar fi pielea, glandele sudoripare și vasele de sânge - orificiile de ventilație, condensatoarele și conductele de căldură ale sistemului de încălzire și răcire al corpului.
Capitolul opt MAȘINI ELECTRICE DE ÎNCĂLZIRE ȘI RĂCIRE
§ 8-1. Transfer de căldură înăuntru mașini electrice Oh
Pierderile de energie determină generarea de căldură și încălzirea pieselor unei mașini electrice. Transferul de căldură de la părțile mai încălzite ale mașinii către părțile mai puțin încălzite și în mediul înconjurător are loc prin conducție, radiație și convecție a căldurii,
Stratul mijlociu al pielii sau al dermei stochează cea mai mare parte a apei din organism. Când căldura activează glandele sudoripare, aceste glande aduc această apă împreună cu sarea corpului la suprafața pielii ca transpirația. Odată ajuns la suprafață, apa se evaporă. Apa care se evaporă din piele răcește corpul, menținându-i temperatura într-un interval sănătos.
În funcția conexă, vasele de sânge răspund la introducerea de organisme externe, cum ar fi bacteriile, precum și hormonii interni și modificări chimice prin extindere și contractare. Aceste acțiuni mută sângele și căldura mai aproape sau mai departe de piele, eliberând sau reținând astfel căldura.
Transfer de căldură prin conducție v mașini electrice se întâmplă mai ales în interior solide(cupru, oțel, izolație), în timp ce în gaze (aer, hidrogen) și lichide (ulei, apă), transferul de căldură prin convecție este de primă importanță.
Dacă aria fiecăreia dintre cele două suprafețe paralele (de exemplu, cuprul înfășurării și peretele canalului mașinii) este 5 și temperatura #! și B 2 sunt constante pe fiecare suprafață, apoi prin mediul dintre aceste suprafețe (în acest caz, prin izolație), cantitatea de căldură este transferată pe unitatea de timp
Când toate părțile mecanismului de reglare termică ale corpului funcționează fără probleme, temperatura corpului rămâne în jur de 6 grade. Cu toate acestea, există momente în care temperatura corpului tău se poate înrăutăți. În majoritatea zilelor, hipotalamusul reacționează la creșterea temperaturii aerului exterior trimițând mesaje către vasele de sânge, spunându-le să se dilate. Acest lucru emite căldură, fluide și săruri pe piele, ceea ce duce la procesul de evaporare.
Odată cu expunerea prelungită la căldură, organismul transpira atât de mult încât se epuizează de lichide și săruri, fără a lăsa nimic care să susțină procesul de evaporare. Când acest proces se oprește, temperatura corpului poate scădea și poate încălzi boli, inclusiv pe cele mai grave: insolație.
Aici b este distanța dintre suprafețe și X pr- coeficientul de conductivitate termică a mediului intermediar, numeric egal cu cantitatea de căldură transferată pe unitatea de timp printr-o unitate de suprafață cu o diferență de temperatură de 1 ° C și o distanță între suprafețe egală cu o unitate de lungime.
Conductivitatea termică a metalelor este destul de mare; de exemplu pentru cupru la pr= 385 w / (grade -m), iar pentru oțelul electric A- pr = = 20 -f- 45 w / (deg-m). Conductivitatea termică a materialelor electroizolante, dimpotrivă, este scăzută; de exemplu, pentru clasa de izolație A la pr = 0,10 -f- 0,13 mar! (grade -m), iar pentru clasa de izolare B A, pr = = 0,15 h - 0,20 w / (grade -m). Ca urmare, scăderile de temperatură în izolarea înfășurărilor mașinilor electrice sunt semnificative, ceea ce complică răcirea înfășurărilor și limitează mărimea sarcinii liniare și a densității curentului.
Pentru mașinile cu izolație clasa A, sunt caracteristice următoarele valori: grosimea izolației canelurii b = 0,5 mm = 5-10~ 4 m, flux de căldură per 1 m 2 suprafete de izolare Q - 2500 mar Daca accepti X ir - 0,125 W / (grade -m), apoi în aceste condiții, conform expresiei (8-1), scăderea temperaturii în izolație
La mașinile cu curent alternativ de înaltă tensiune, grosimea izolației este de câțiva milimetri, iar în = 20 h - 25 C.
Transferul de căldură prin radiații. Pentru un corp negru este valabilă legea Stefan-Boltzmann:
q m = -a m (*) a - A i a), (8-2)
Unde q a4- cantitatea de căldură emisă de o unitate de suprafață corporală pe unitatea de timp; a lCh este emisivitatea;
®ыși B ha- temperaturile absolute ale suprafetei radiante si ale mediului.
Conform datelor experimentale, pentru un corp absolut negru, a hh = 5,65 \ 0 ~ 8 W / (grad 1 -m 2). Pentru corpurile care nu sunt absolut negre, de exemplu, pentru suprafețele din fontă și oțel, izolația lăcuită și dc este redusă cu 3-10%.
Expresia (8-2) poate fi transformată în scopuri practice. Noi avem
Shcha ~ în £= ("eu" - * 2a) (Ша+ O. „Aa + ®Ы® £ + 0*2). (8-3)
Pentru mașini electrice # la = 273 + ® gși 2a dolari= 273 + % variază în limite mici și, prin urmare, al doilea factor din partea dreaptă (8-3) se modifică relativ puțin. Primul factor Ф 1о - ® 2a= în reprezintă excesul de temperatură a corpului față de temperatura ambiantă. Prin urmare, formula (8-2) poate fi scrisă după cum urmează:
Unde K DC- emisivitate transformată egală cu cantitatea de căldură emisă pe unitatea de timp dintr-o unitate de suprafață atunci când temperatura este depășită cu 1 ° C. Pentru mașinile electrice, în medie, I, lh = 6 w/(grade -m2).
Cantitatea totală de căldură radiată de la suprafața S pe unitatea de timp:
Transfer de căldură prin convecție naturală. Particulele unui lichid sau gaz în contact cu un corp încălzit se încălzesc, devin mai ușoare și, ca urmare, se ridică în sus, dând loc altor particule, încă neîncălzite, care la rândul lor, atunci când sunt încălzite, se ridică în sus etc. Acest fenomen va fi numită convecție naturală, spre deosebire de convecția artificială, care este creată artificial, de exemplu, prin suflarea suprafeței răcite cu aer-Spirit folosind un ventilator.
Luați în considerare mai întâi convecția naturală.
Cantitatea de căldură îndepărtată prin convecție pe unitatea de timp dintr-o unitate de suprafață este determinată de o formulă similară cu (8-4) și este egală cu
<7кв = *квв,(8-6)
și de la o suprafață cu o suprafață de 5
Q KB = ^ KB S6. (8-7)
Aici X kv este coeficientul de transfer de căldură prin convecție egal cu cantitatea de căldură îndepărtată pe unitatea de timp de la o unitate de suprafață atunci când temperatura crește cu 1 ° C și c este excesul de temperatură a suprafeței răcite față de temperatura de răcire mediu.
Valoarea lui R, kv depinde de dimensiunea și forma suprafeței răcite, poziția acesteia etc. X pătrat= 8 em (grade -m2). Transferul de căldură prin convecție în uleiul de transformator (înfășurările transformatorului) este de 15-20 de ori mai intens decât în aer.
Conform formulelor (8-5) și (8-7), cantitatea de căldură degajată de la suprafață prin radiație și convecție este
iar pentru aer, în medie, R lk = 14 tt1 (grade "M g).
Relațiile (8-5), (8-7) și (8-8) sunt utilizate pentru a calcula creșterea temperaturii în condițiile în care convecția artificială este absentă, de exemplu, când suprafața rezervorului transformatorului nu este suflată.
La mașinile electrice, condițiile de disipare a căldurii prin radiație și convecție sunt diferite pentru diferite suprafețe. La mașinile moderne ventilate, îndepărtarea căldurii prin convecție artificială prevalează atât de mult față de îndepărtarea căldurii prin radiație, încât aceasta din urmă nu este de obicei luată în considerare.
Transfer de căldură prin convecție artificială. Pentru o îndepărtare mai intensă a căldurii, aerul este de obicei folosit pentru a sufla suprafețele interne și uneori externe ale mașinilor electrice.
O creștere a transferului de căldură în timpul convecției artificiale are loc în grade diferite în funcție de uniformitatea suflarii, de forma suprafețelor suflate etc. Studiul acestei probleme este complicat de varietatea constructivă a mașinilor electrice și a pieselor acestora, precum și de prin complexitatea fenomenelor aerodinamice din cavităţile şi canalele interne ale maşinii.
Experimentele arată că pentru coeficientul de transfer de căldură în cazul în cauză, se poate folosi următoarea formulă empirică aproximativă:
unde ^ kv este coeficientul de transfer de căldură de la suprafața suflată; a ridica la patrat- la fel cu convecția naturală; v- viteza de mișcare a aerului în raport cu suprafața răcită, Domnișoară; De la catre- un coeficient empiric care depinde de gradul de uniformitate a fluxului de aer de suprafata.
Dacă, de exemplu, v = 25 m/secși C in = 1,3, apoi transferul de căldură, conform formulei (8-10), crește de 7,5 ori și pentru aer este la kya= 8-7,5 = 60 em / (deg-m2).
§ 8-2. Încălzirea și răcirea unui solid omogen ideal
Ecuația de încălzire. Deși o mașină electrică are o structură complexă, analiza procesului de încălzire a acesteia se poate baza pe teoria încălzirii unui corp solid omogen ideal, prin care înțelegem un corp care are o disipare uniformă a căldurii de pe întreaga suprafață și termică infinit de ridicată. conductivitate, ca urmare a căreia toate punctele corpului au aceeași temperatură. Să compunem o ecuație diferențială pentru încălzirea unui astfel de corp, pentru care luăm în considerare bilanțul său termic.
Lăsați cantitatea de căldură eliberată în corp pe unitatea de timp Q. Apoi, pentru o perioadă de timp infinit de mică, cantitatea de căldură eliberată va fi egală cu Q dt. Această căldură se acumulează parțial în organism atunci când temperatura crește și este parțial eliberată în mediul extern.
Dacă în timpul timpului dt temperatura corpului a crescut cu d®, atunci cantitatea de căldură acumulată în acest timp este GcdQ, unde G este masa corporală și c este capacitatea termică specifică.
Fie în intervalul de timp considerat infinit de mic excesul de temperatură corporală față de temperatura ambiantă este egal cu. Apoi cantitatea de căldură degajată spațiului înconjurător în timpul timpului dt datorită radiației, convecției și „conductivității termice, va fi egală cu SkQdt, unde 5 este aria corpului și ^ este coeficientul de transfer de căldură de la suprafață.
Pe baza legii conservării energiei
Înainte de a continua cu soluția ecuației de încălzire (8-11), să o transformăm puțin.
Creșterea temperaturii la starea de echilibru și constantă de timpIncalzi. După ce a trecut un timp suficient de lung (teoretic la / = oo), temperatura corpului atinge o valoare de echilibru. Atunci d®= 0 și v= 9 ^. Înlocuind aceste valori în expresia (8-11), obținem
Creșterea temperaturii la starea de echilibru 9 CT este cu atât mai mare, cu cât se eliberează mai multă căldură și cu atât condițiile de transfer de căldură sunt mai proaste, adică cu atât mai puține. S X.
Împărțim ambele părți ale expresiei (8-11) la SK, folosim egalitatea (8-12) și notăm
Apoi, în loc de (8-11) obținem
Dimensiunea tuturor termenilor (8-14) ar trebui să fie aceeași: temperatura înmulțită cu timp. Asa de T are dimensiunea timpului, care poate fi stabilită și prin formula (8-13). Magnitudinea T se numeste constanta de timp a incalzirii corpului, conform formulei (8-13), cu cat este mai mare, cu atat capacitatea termica a corpului este mai mare. viespiși cu cât este mai mică intensitatea transferului de căldură, adică cu atât mai puțin S X.
Dacă determinăm din egalitate (8-12) S Xși înlocuiți în (8-13), apoi obținem încă o expresie pentru T:
Numătorul acestei expresii este egal cu cantitatea de căldură acumulată în corp când ajunge la 6 = boo.
Prin urmare, în conformitate cu expresia (8-15), constanta de timp de încălzire T este egal cu timpul în care corpul ar atinge o valoare de echilibru 9 ^ dacă nu ar exista un transfer de căldură către mediu și toată căldura eliberată s-ar acumula v corp.
Rezolvarea ecuației de încălzire.În ecuația (8-14), puteți separa variabilele și le puteți aduce în formă
care corespunde curbei de încălzire exponențială prezentată în Fig. 8-1, A. Pentru mici t, când și v mic, transferul de căldură către spațiul înconjurător este, de asemenea, mic, cea mai mare parte a căldurii se acumulează în corp și temperatura acestuia crește rapid, așa cum se poate observa din Fig. 8-1, A. Apoi cu creșterea v transferul de căldură crește și creșterea temperaturii corpului încetinește. La t= oo, conform egalității (8-19), v= vso.
În fig. 8-1, A sunt indicate valorile de 9, atinse la intervale T, 27 \ 37 și 47 \ Din această figură se poate observa că organismul atinge o creștere practic constantă a temperaturii după un interval de timp t= 47\
Răcirea corpului. Dacă corpul are o oarecare creștere inițială a temperaturii 0 О F 0 dar Q = 0 și, prin urmare, în conformitate cu expresia (8-12) boo = 0, atunci corpul este răcit din v= в 0 Д ° ® = ® "= 0.
Înlocuind în (8-18) în ha = 0, obținem ecuația răcirii corpului
Curba exponențială de răcire a corpului conform ecuației (8-20) este prezentată în Fig. 8-1, b. Mai întâi când vși, în consecință, transferul de căldură este, de asemenea, mare, răcirea este rapidă și pe măsură ce v răcirea încetinește. Pentru / = oo va exista v= 0.
Caz general de încălzire corporală, descrisă de ecuația (8-18), pe baza formulelor (8-19) și (8-20) poate fi considerată ca
Rie. 8-1. Curbele de încălzire (a) și răcire (b) ale unui solid omogen ideal
suprapunerea a două moduri: 1) încălzirea corpului de la creșterea inițială a temperaturii b = 0 la b = b ^ și 2) răcirea corpului de la 9 = © o la b = 0. În fig. curba 8-2 3 este o curbă de încălzire bazată pe ecuația (8-18). Această curbă poate fi obținută prin adăugarea ordonatelor curbelor 1 și 2, corespunzătoare ecuațiilor (8-19) și (8-20).
Mod grafic de definireT. Să aflăm valoarea tangentei bw(Fig. 8-1, a), tăiat la asimptota в - в ^ de tangenta la curba 0 = / (t). Din fig. 8-1, dar rezultă că
Înlocuind tg a din (8-22) în (8-21), obținem
bv = T.
Astfel, tangenta la orice punct de pe curba de încălzire sau răcire este egală cu constanta de timp de încălzire T. Prin această proprietate a curbelor v= / (t) poate fi folosit pentru a defini grafic T, dacă există o curbă 6 - / (t), filmat, de exemplu, empiric. În fig. 8-1, b și 8-2 prezintă o metodă de determinare T la trasarea unei tangente la punctul de început al curbei.
Concluzii finale. Mai sus, a fost enunțată teoria încălzirii unui solid omogen ideal. În realitate, o mașină electrică nu reprezintă un astfel de corp, deoarece constă din diferite părți cu conductivitate termică finită, iar conductivitatea termică a izolației electrice este destul de scăzută. Prin urmare, părțile individuale ale mașinii (înfășurare, miezuri etc.) au temperaturi diferite. Datorită Cu mai corect ar fi să luăm în considerare o mașină electrică
ca un ansamblu de mai multe corpuri omogene, între care există schimb de căldură. În condiții reale, valoarea T De asemenea, nu este destul de constantă, deoarece coeficienții de transfer de căldură depind într-o anumită măsură de temperatură. În plus, aerul sau alt agent de răcire este încălzit atunci când curge prin canalele de ventilație și, prin urmare, temperatura mediului de răcire are valori diferite pentru diferite părți ale suprafeței răcite.
Astfel, curbele de încălzire și răcire nu sunt, strict vorbind, exponențiale. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor practice, nu facem greșeli semnificative, considerându-le exponențiale, adică aplicând teoria de mai sus a încălzirii unui corp omogen ideal.
§ 8-3. Principalele moduri nominale de funcționare ale mașinilor electrice și creșteri admisibile de temperatură
Principalele moduri nominale de funcționare. Modurile de funcționare a mașinilor electrice în condiții de funcționare sunt foarte diverse. Mașinile pot funcționa la sarcină maximă pentru perioade lungi de timp (cum ar fi generatoarele din centralele electrice,
Orez. 8-2 Caz general de încălzire a unui solid omogen ideal
motoare electrice ale unităților de pompare etc.) și pe o perioadă relativ scurtă de timp (unele motoare de macara etc.). În instalațiile moderne automatizate industriale și de altă natură, mașinile electrice au foarte adesea un mod de funcționare ciclic. În foarte multe cazuri, mașinile electrice sunt operate cu sarcini variabile.
Mașinile electrice se încălzesc diferit în diferite condiții de funcționare. Din punctul de vedere al utilizării cât mai raționale a materialelor, este recomandabil ca încălzirea pieselor unei mașini electrice în condiții reale de funcționare să fie aproape de cele permise conform standardelor de stat. Pentru aceasta, fiecare mașină electrică trebuie proiectată și fabricată ținând cont de condițiile și modurile specifice de funcționare a acesteia în funcțiune. Cu toate acestea, în practică, acest lucru este impracticabil, deoarece chiar și în ipoteza că condițiile de funcționare ale fiecărei mașini electrice pot fi prevăzute, în acest caz este imposibil să se organizeze producția în masă sau în serie a aceluiași tip de mașini electrice și ar fi costisitoare. Prin urmare, conform GOST 183-66, mașinile electrice sunt fabricate pentru trei moduri de funcționare nominale principale.
Funcționarea nominală pe termen lung a unei mașini electrice se numește un mod de funcționare cu o sarcină nominală constantă, care durează atât de mult timp încât creșterile de temperatură a tuturor părților mașinii electrice la o temperatură constantă a mediului de răcire ating practic valori la starea de echilibru. .
Un mod de funcționare nominal pe termen scurt al unei mașini electrice se numește un mod de funcționare în care perioadele de sarcină nominală constantă la o temperatură constantă a mediului de răcire alternează cu perioade de oprire a mașinii: în timp ce perioadele de sarcină nu sunt atât de lungi. că creșterea temperaturii tuturor părților mașinii electrice poate atinge valori practic la starea de echilibru, iar perioadele de oprire a unei mașini electrice sunt atât de lungi încât toate părțile acesteia ajung la o stare practic rece.
Conform GOST 183-66, mașinile cu funcționare pe termen scurt sunt fabricate cu o perioadă de lucru de 15, 30, 60 și 90. min.
Modul de funcționare nominal intermitent al unei mașini electrice este un mod de funcționare în care perioade scurte de sarcină nominală constantă (perioade de funcționare) la o temperatură constantă a mediului de răcire alternează cu perioade scurte de oprire a mașinii (pauze), atât perioadele de funcționare, cât și
iar pauzele nu sunt atât de lungi încât creșterile de temperatură ale părților individuale ale mașinii electrice să poată atinge valori de echilibru.
Modul de funcționare nominal repetat pe termen scurt se caracterizează prin durata de aprindere a pornirii (PV), adică raportul dintre durata perioadei de lucru și durata qi "kla (durata totală a perioadei de lucru și pauză).
GOST 183-66 prevede fabricarea de mașini cu funcționare intermitentă cu un ciclu de funcționare (DC) de 15, 25, 40 și 60%.
Pe lângă cele trei moduri de funcționare nominale principale enumerate, GOST 183-66 se referă la patru moduri de funcționare nominale suplimentare, în care sarcina este ciclică.
Majoritatea mașinilor electrice sunt fabricate pentru funcționare continuă.
Creșteri de temperatură permise pentru piesele electricemasini. Pentru a asigura durata normală de viață a mașinilor electrice, temperaturile părților individuale ale mașinii, și în special temperatura izolației înfășurărilor, trebuie limitate.
În § B-4 au fost specificate temperaturile maxime admise de funcționare ■ © până la, pentru diferite clase de izolație. Cu toate acestea, temperatura de funcționare a izolației și a părților individuale ale mașinii # depinde nu numai de sarcina mașinii, ci și de temperatura mediului ambiant sau a mediului de răcire Ф о. Doar creșterea temperaturii depinde de sarcina mașinii. v părțile sale separate. Există o relație între valorile enumerate
Din motivele menționate, GOST 183-66 și standardele pentru tipuri individuale de mașini normalizează creșterea maximă admisă a temperaturii O suplimentar și, în același timp, fixează valoarea temperaturii ambientale maxime admise # 0 = 40 ° C.
Metodele de determinare a creșterilor de temperatură ale înfășurărilor nu garantează valorile maxime ale acestora, iar metoda rezistenței vă permite să stabiliți doar creșterea medie a temperaturii înfășurării. Prin urmare, în standarde, în funcție de metoda de măsurare a temperaturii și de proiectarea înfășurării, sunt stabilite valori de 6 D0p, care sunt cu 5-15 ° C mai mici. $ fund- "în-
Cele mai fiabile rezultate se obțin prin metoda rezistenței și
„un teanc de detectoare termice încorporate. Aceștia din urmă sunt
manometre de rezistență sau termocupluri introduse între
bobine în caneluri și în alte părți ale mașinii în timpul fabricării acesteia.
Termometrele de rezistență sunt realizate din sârmă subțire de cupru, iar temperatura este determinată de modificarea rezistenței sale. Pentru aceste metode de măsurare, standardele sunt stabilite până la = 40 ° C în majoritatea cazurilor, creșteri de temperatură admise: 60 ° C - pentru clasa de izolație A, 70 ° C - pentru clasa E, 80 ° C - pentru clasa B, 100 ° C - pentru clasa F, 125 ° C - pentru clasa H. Dacă temperatura ambientală este mai mare sau mai mică de 40 ° C, atunci standardele permit anumite modificări ale creșterilor de temperatură admise. Supraîncărcările permise pe termen scurt ale mașinilor electrice sunt, de asemenea, standardizate prin standarde.
§ 8-4. Încălzirea mașinilor electrice în diferite condiții de funcționare
Încălzire în funcționare continuă are loc de-a lungul curbei din fig. 8-1 sau 8-2. În același timp, ar trebui să existe voo sg @ add pentru o anumită clasă de izolație.
În proiectarea mașinilor electrice, se efectuează și calcule termice pentru a stabili creșterile de temperatură ale părților individuale ale mașinii. Designul termic pentru funcționare continuă este esențial! întrucât stă la baza calculelor creșterilor de temperatură în funcționarea pe termen scurt și intermitent.
Calculele termice pentru mașinile electrice sunt destul de complexe și sunt discutate mai detaliat în cursurile de proiectare a mașinilor electrice. Aici indicăm doar cursul de calcul pentru funcționarea continuă, atunci când creșterea temperaturii ating valorile de echilibru.
Valorile pierderilor în anumite părți ale mașinii sunt cunoscute din calculul electric al mașinii. Direcțiile fluxurilor de căldură și cantitatea de căldură degajată de suprafețele răcite sunt stabilite din diagrama de proiectare. Apoi se determină și se calculează vitezele aerului sau altui mediu de răcire la suprafețele individuale răcite: 1) conform formulei (8-1), diferența de temperatură în izolația înfășurării © a = ^ - F 2; 2) conform aceleiași formule (8-1), diferența de temperatură în miez în secțiunea de la înfășurare la suprafața răcită în s; 3) conform formulei (8-8) excesul de temperatură a suprafeței răcite peste temperatura mediului de răcire © = @ n 0. În plus, atunci când gazele și lichidele se deplasează prin canale, este necesar să se ia în considerare încălzirea medie a mediului de răcire A6 OHL însuși.
Excesul temperaturii înfășurării față de temperatura mediului de răcire care intră în mașină © aproximativ este exprimat prin suma
Magnitudinea 0 o6 nu trebuie să depășească valoarea admisă conform GOST 183-66 etc.
Vitezele mediului de răcire la anumite suprafețe, precum și valorile coeficienților corespunzători de transfer de căldură, pot fi stabilite doar aproximativ datorită complexității fenomenelor aerodinamice și modelului de distribuție a fluxurilor de căldură în mașină. Prin urmare, calculele termice dau rezultate suficient de precise numai în prezența unor date experimentale suficiente.
Încălzire în timpul funcționării pe termen scurt. Pentru a determina creșterea temperaturii diferitelor părți ale mașinii 6 kr în timpul funcționării pe termen scurt, mai întâi găsiți, conform metodei indicate mai sus, creșterea temperaturii în cazul în care mașina a funcționat la o anumită putere pentru o perioadă lungă de timp și, de asemenea, setați constantele de timp de încălzire T. Cunoscând durata regimului de scurtă durată t Kp, creșterea temperaturii realizată în acest mod poate fi calculată folosind formula (8-19):
ori mai mult decât în funcționare continuă. Valorile admisibile ale pierderilor în mașină pot fi de atâtea ori mai mari. Prin urmare, având în vedere dimensiunile mașinilor și consumul de materiale, puterea mașinilor cu regim de funcționare pe termen scurt este mai mare decât puterea mașinilor cu regim de funcționare pe termen lung.
Încălzire în timpul funcționării intermitente. Să presupunem că mașina începe să funcționeze în modul de sarcină intermitentă dintr-o stare rece. Să fie timpul perioadei de lucru t? ,și timpul de pauză t 0.
Încălzirea mașinii în prima perioadă de lucru merge pe șantier 0~ 1 curba de încălzire / (fig. 8-3), care poate fi trasată dacă se cunoaşte constanta de timp de încălzire Staniuși creșterea temperaturii la starea de echilibru, atunci când funcționează într-un mod continuu cu o putere dată.
Apoi există o pauză și mașina începe să se răcească. Răcirea merge pe site G- 2" curbă // (Fig. 8-3). Această curbă poate fi reprezentată și dacă este cunoscută constanta de timp de răcire Tcool. Dacă condițiile de ventilație în timpul pauzei sunt aceleași ca în timpul perioadei de lucru, atunci Г 0Хl = T p. Dacă, de exemplu, pentru timpul de pauză mașina stă nemișcată și nu este ventilată, atunci G cool> T p. Răcirea după prima perioadă de funcționare urmează o astfel de secțiune a curbei // al cărei început corespunde valorii în, atinsă la sfârșitul acestei perioade de funcționare. Mutarea site-ului / "- 2" curbă // paralel cu ea însăși față de poziție / - 2, obține
parte a curbei 0 -/-2 schimbări în timpul primului ciclu de lucru.
În timpul celei de-a doua perioade de funcționare, încălzirea trece pe acea secțiune a curbei /, al cărei început corespunde valorii în, atinsă la sfârșitul primei pauze de funcționare.
În mod similar, puteți construi o curbă zimțată /// a încălzirii mașinii în timpul funcționării intermitente. Este format din secțiuni de curbe / și //, deplasate paralel cu ele însele pe inter-
Orez. 8-3. Trasarea unei curbe de încălzire pentru funcționare intermitentă
arbori de timp de rulare t pși pauze t 0, marcat în partea de jos a Fig. 8-3.
După ceva timp, regimul de temperatură al funcționării intermitente este practic stabilit și creșterea globală a curbei /// se oprește. Excesul de temperatură a mașinii în acest caz variază de la max la 9 MIN (Fig. 8-3). O valoare de 0 max nu trebuie să depășească valoarea de 0 DOP pentru o anumită clasă de izolație.
După cum se vede din fig. 8-3, în max<; © от при продолжительном режиме работы. В соответствии с этим при повторно-кратковременном режиме работы при тех же габаритах машины и тех же условиях вентиляции можно допустить в воо/0 макс раз большие потери и соответственно большую мощность. При желании использовать машину, предназначенную для продолжительного режима работы, в повторно-кратковременном режиме ее мощность можно увеличить, если это допустимо по другим условиям работы, например по коммутации или перегрузочной способности по моменту вращения,
§ 8-5. Răcirea mașinilor electrice
Forme constructive de execuție a mașinilor electrice. Pentru
Pentru a preveni încălzirea excesivă a mașinilor electrice, este necesar să se asigure condiții adecvate pentru disiparea căldurii generate în mașini. Odată cu creșterea puterii mașinilor electrice, condițiile de îndepărtare a căldurii devin mai dificile (vezi § 4-3) și, prin urmare, la mașinile mari trebuie utilizate metode de răcire mai intense.
Metodele de răcire, la rândul lor, depind de formele de proiectare ale mașinilor electrice, dintre care le vom indica aici doar pe cele mai tipice.
Mașinile electrice deschise nu au dispozitive speciale pentru a proteja împotriva contactului accidental cu piesele rotative și sub tensiune, precum și pentru a preveni intrarea obiectelor străine în mașină. Astfel de mașini sunt utilizate numai în săli de calculatoare și laboratoare. Mașinile electrice protejate au dispozitivele specificate și sunt utilizate în încăperi închise. Mașinile rezistente la stropire sunt protejate suplimentar de picăturile de umiditate care cad în interiorul mașinii, care cad la un unghi de până la 45 ° față de verticală. La aceste mașini, capacele și jaluzelele sunt instalate pe toate găurile situate în părțile lor superioare, care pot avea fante acoperite cu viziere. Mașinile cu acest design sunt foarte comune și pot fi folosite și în aer liber.
La mașinile electrice închise, interiorul este complet separat de mediul exterior. Sunt folosite atât în încăperi cu praf, cât și în aer liber. Dezvoltarea ulterioară a mașinilor închise este mașinile rezistente la explozie (antiexplozie) și ermetice. Primele dintre ele sunt utilizate pentru lucrări în minele de explozive și în uzine chimice, când se cere ca arcul sau explozia din interiorul mașinii să nu conducă la o explozie sau aprinderea gazelor în mediul extern. Mașinile de etanșare sunt realizate cu o conexiune deosebit de strânsă a suprafețelor conectorilor, astfel încât să poată funcționa chiar și sub apă.
Metode de răcire pentru electricitate masini. Ele diferă prin modul de răcire:
1) mașini cu free cooling, în care nu există dispozitive speciale de răcire;
2) mașini cu autoventilație internă, care sunt răcite de ventilatoare sau alte dispozitive de ventilație montate pe părțile rotative ale mașinii ventilate și care aerisesc cavitățile interne ale mașinii (mașini deschise și protejate);
3) mașini cu auto-ventilare externă, în care suprafața exterioară a mașinii este răcită prin auto-ventilare și
interiorul mașinii este închis la aerul exterior (mașini închise);
Orez. 8-4. Sistem de ventilație axială al unei mașini constante
4) mașini cu răcire independentă, în care un mediu de răcire gazos sau lichid este alimentat cu ajutorul unui ventilator, compresor sau pompă separat cu antrenament propriu.
Caracteristicile diferitelor metode de răcire sunt ilustrate mai jos pe exemplul de constantă l [j G///?/////*,| = Ш J-i curent, dar și răcirea ma-
eu _ \~ \ E5E J Barele de curent alternativ sunt
si eu eu ChbschyaA l = iCL G este în același mod.
Mașini de răcire gratuită, in prezent se construiesc doar cu o capacitate de ordinul a cateva zeci de wati. În unele cazuri, răcirea naturală este utilizată și pentru mașinile închise cu o capacitate de până la câteva sute de wați, dar în acest caz, pentru a îmbunătăți transferul de căldură, suprafața de răcire este mărită prin fabricarea unui corp de mașină cu aripioare.
Mașini autoventilate sunt cele mai răspândite. În acest caz se face distincţia între axial (Fig. 8-4) şi
Orez. 8-5. Sistem de ventilație radială pentru mașină DC
sistem de ventilație radial (Fig. 8-5). În primul caz, transferul de căldură în aer are loc atunci când se deplasează de-a lungul suprafețelor răcite în direcția axială, iar în al doilea - în direcția radială.
La mașinile de curent continuu, cu ventilație axială, fluxul de aer se deplasează între poli și de-a lungul suprafeței exterioare a armăturii și cu D a> 200 mm de asemenea de-a lungul canalelor axiale dintre armătură și arbore efectuate în acest caz sau de-a lungul axialului
Orez. 8-6. Mașină DC cu auto-ventilare externă
/ - ventilator intern (agitator), 2 - ventilator exterior 3 - carcasa ventilatorului
canale de ventilație în miezul armăturii. Fluxurile de aer se spală și peste colector. Aerul intră în mașină de la un capăt și este eliminat din celălalt.
Aerul care se deplasează de-a lungul părților răcite ale mașinii este încălzit și, prin urmare, încălzirea mașinii cu ventilație axială va fi neuniformă pe direcția axială. Prin urmare, ventilația axială este de obicei utilizată cu o lungime activă a mașinii de până la 200-250 mm.
Într-un sistem de ventilație radială, miezul armăturii are canale radiale (vezi § 1-2 și Fig. 1-9) cu anemone. Când armătura se rotește, anemonele acționează ca palele ventilatorului și, prin urmare, instalarea unor ventilatoare speciale pe arbore este uneori inutilă. Cu acest sistem de ventilație, aerul intră în interiorul mașinii de la capete și este aruncat afară pe părțile laterale ale patului sau prin orificiile din acesta.
Mașini autoventilate- acestea sunt mașini cu un design închis, în care pe arbore este instalat un ventilator extern, care sufla suprafața exterioară a patului (Fig. 8-6). La
Astfel, pentru a crește suprafața de răcire, suprafața exterioară a patului este adesea prevăzută cu nervuri longitudinale. Adesea, mașina are și un ventilator intern sau orificii de aerisire pentru a crea mai multă mișcare a aerului în interiorul mașinii și pentru a crește transferul de căldură între interiorul mașinii și pat (Figura 8-6).
Mașini cu ventilație independentă. De obicei, aceste mașini sunt răcite și cu aer, care este furnizat mașinii folosind un ventilator separat (Fig. 8-7). Această ventilație se mai numește și ventilație forțată. Uneori, un ventilator cu propriul motor de antrenare este instalat pe carcasa unei mașini ventilate.
În acest caz, sistemul de ventilație poate fi atât axial, cât și radial. Această metodă de ventilație este de obicei utilizată atunci când viteza de rotație a mașinii este reglată în limite largi, deoarece în acest caz, cu auto-ventilație (cu un ventilator pe arborele mașinii), este imposibil să se furnizeze aerul necesar. curge cu o viteză mică de rotație. Ventilatie prin aspirare si refulare.În diagramele din fig. 8-4 și 8-7, ventilatorul este situat la capătul conductei de ventilație a mașinii și aerul încălzit în interiorul mașinii trece prin acesta. Această ventilație se numește ventilație cu aspirație. Dacă ventilatorul este instalat la începutul căii de ventilație a mașinii, atunci aerul rece trece prin el, în timp ce aerul este forțat în mașină, iar ventilația se numește suflantă. Eficiența ventilatorului nu este egală cu unul, iar în ventilator are loc o încălzire suplimentară a aerului, care în unele cazuri poate ajunge la o valoare notabilă (3-8 ° C). Prin urmare, în timpul ventilației forțate, mașinii este furnizat aer deja ușor încălzit. În același timp, condițiile de răcire se deteriorează și pentru a obține același efect ca la ventilația prin aspirație, debitul de aer trebuie crescut cu 15-20%, ceea ce determină o creștere a pierderilor de ventilație cu 50-70%. Din aceste motive
Orez. 8-7. Mașină DC cu ventilație independentă
ar trebui să preferăm ventilația prin aspirație dacă nu sporește complexitatea mașinii. Cu toate acestea, ventilația cu aspirație are și unele dezavantaje. De exemplu, în diagrama din fig. 8-4, praful este aspirat în mașină din colector.
Ventilatie extinsa si inchisa. Atât auto-ventilația, cât și ventilația independentă pot fi de două tipuri: extinsă și închisă.
Cu ventilație extinsă, aerul de răcire intră în mașină din spațiul exterior înconjurător și, după ce trece prin mașină, revine în atmosferă (Fig. 8-4 și 8-7). Dezavantajul acestei ventilații este că praful și murdăria se acumulează pe suprafețele interioare ale mașinii, care sunt întotdeauna conținute în aer. Acest lucru determină o deteriorare a condițiilor de răcire ale mașinii și poate provoca un accident. Utilizarea filtrelor la intrarea aerului în mașină este irațională, deoarece acestea trebuie curățate des și cresc rezistența la mișcarea aerului. Dacă filtrul nu este curățat la timp, condițiile de răcire se deteriorează brusc. Trebuie avut în vedere că prin cele mai mari mașini trec în fiecare oră câteva sute de tone de aer și, prin urmare, chiar și cu un procent nesemnificativ de praf, cantitatea sa absolută este destul de mare.
Pentru mașinile cu putere redusă, dificultățile întâmpinate sunt mai ușor de rezolvat. În atmosfere foarte poluate se pot folosi mașini închise răcite din exterior. Dacă aerul conține praf moderat, este posibil să folosiți mașini cu design protejat, să le suflați în mod regulat cu aer comprimat și să dezasamblați mașina o dată sau de două ori pe an pentru curățarea periodică.
Aceste măsuri nu sunt potrivite pentru mașinile mari. Astfel de mașini nu pot fi răcite de pe suprafața exterioară, deoarece această suprafață crește proporțional cu pătratul dimensiunilor liniare, iar pierderile din mașină - proporțional cu cubul dimensiunilor liniare. Demontarea și asamblarea unei mașini mari și curățarea acesteia sunt operațiuni foarte laborioase și costisitoare. Prin urmare, la mașinile mari cu curent alternativ, și în unele cazuri și la mașinile cu curent continuu mari, se utilizează un sistem de ventilație închis (Fig. 8-8). Cu o astfel de ventilație, aerul circulă într-o buclă închisă; trece prin mașină M, aer-
Orez. 8-8. Sistem de ventilație cu buclă închisă
coolere Oh, ventilator Vși urcă din nou în mașină. Este posibil să se utilizeze atât ventilația cu evacuare (Fig. 8-8, a) cât și ventilația prin aspirație (Fig. 8-8, b).
Răcire cu hidrogen. Hidrogenul este un agent de răcire mai eficient decât aerul. Comparativ cu aerul, hidrogenul la presiunea atmosferică are o conductivitate termică de 7,1 ori mai mare, iar coeficientul mediu de transfer de căldură la aceeași viteză este de 1,7 ori mai mare, iar cu aceeași greutate debit - de 11,8 ori. Din acest motiv, pentru a obține aceeași eficiență de răcire ca și în cazul aerului, este necesar un consum mai mic de hidrogen în greutate, iar pierderile de ventilație, care la mașinile mari de mare viteză reprezintă majoritatea pierderilor totale, sunt reduse de aproape zece ori. Cu răcirea cu hidrogen, durata de viață a izolației crește, deoarece procesele de oxidare și formarea de compuși azotați nocivi în timpul descărcărilor corona sunt excluse. Prin urmare, hidrogenul este utilizat pe scară largă pentru răcirea mașinilor cu curent alternativ de mare viteză, cu o capacitate de 25.000 prietene si mai sus.
La răcirea cu hidrogen se folosește un sistem de ventilație închis și, pentru a evita formarea unui amestec exploziv, presiunea din sistem se menține puțin peste cea atmosferică (1,05). ATM).În unele cazuri, pentru a crește intensitatea răcirii, presiunea hidrogenului în sistemul de răcire crește la 3-5 ATM.În acest caz, este necesar să existe etanșări fiabile pentru a preveni scurgerile semnificative de hidrogen din mașină.
Răcire directă sau internă prin înfășurare. Pentru mașini electrice cu o capacitate de 300-500 mii. prietene iar sistemul de ventilație cu buclă mai închisă cu răcire cu hidrogen se dovedește a fi, de asemenea, insuficient. Prin urmare, la astfel de mașini, înfășurarea este realizată din conductoare goale și răcirea internă a acestor conductori este utilizată cu hidrogen la presiuni de până la mai multe atmosfere sau cu apă. De asemenea, puteți folosi ulei de transformator în loc de hidrogen sau apă. Cu toate acestea, conductivitatea termică și coeficientul de transfer de căldură al apei este mult mai mare decât cel al uleiului de transformator. Prin urmare, uleiul este folosit mai rar.
Deoarece alimentarea cu apă la înfășurarea rotorului rotativ este conectată Cu o anumită complicație a designului, apoi se utilizează și răcirea internă mixtă: înfășurările rotorului sunt răcite cu hidrogen, iar înfășurările statorului sunt răcite cu apă. Hidrogenul este furnizat înfășurărilor folosind compresoare sau prize speciale de gaz montate pe un rotor rotativ. Pompele sunt folosite pentru alimentarea cu apă.
Sistemele de răcire directă considerate în toate cazurile sunt închise, Cu circulatia acestuia
masa agentului de răcire și cu răcirea acestuia în răcitoarele destinate acestui scop.
Cu răcirea directă a înfășurărilor, scăderile de temperatură în izolație sunt excluse și densitatea curentului poate fi crescută dramatic.
Cu răcirea cu apă, puterea mașinii este limitată în principal nu de condițiile de încălzire, ci de alți indicatori tehnici și economici.
Debitul mediului de răcire (w 3) necesar pentru a elimina căldura din mașină este egal cu
Unde R- pierderi respinse, marți; Cu- capacitatea termică volumetrică specifică a mediului de răcire, j1 (deg-m3);в в = Ф г - # х - creșterea temperaturii mediului de răcire încălzit care părăsește mașina ■ & ,. peste temperatura lichidului de răcire care intră în mașină # x, ° C.
Pentru aer c = 1100 jTsgrad-m 3). Valoarea în, în funcție de sistemul de ventilație, de designul mașinii și de puterea acesteia, variază în intervalul 12-30 ° C. Astfel, cu 1 prietene cantitatea necesară de pierderi de aer
sau PO-n 270 m b 1h.
De asemenea, pentru hidrogen la presiunea atmosferică Cu -= 1100 jTsgrad -m 3),și prin urmare debitul volumetric al hidrogenului este același ca și în cazul răcirii cu aer. Capacitatea termică volumetrică specifică a hidrogenului se modifică proporțional cu presiunea și, prin urmare, cu o presiune crescută a hidrogenului, debitul său volumetric scade în mod corespunzător. Cu toate acestea, debitul de hidrogen în greutate nu depinde de presiune și va fi de 14,4 ori mai mic decât debitul de aer în greutate.
Pentru apă Cu= 3500-1100 j / (grad-zh 3), și pentru ulei de transformator Cu= 1400-1100 j/ (grad -m3).În consecință, celelalte lucruri fiind egale, debitul volumetric al apei este de 3500 de ori mai mic decât aerul-Spirit. Acest lucru vă permite să reduceți viteza fluxului de apă și secțiunea transversală a canalelor.
Mai detaliat, metodele de răcire a mașinilor electrice și problemele de calcul ale acestora sunt luate în considerare în cursurile privind proiectarea și construcția mașinilor electrice.
