Материал: Гидравлические и тепловые расчеты в электрических машинах. Писаревский Ю.В., Писаревский А.Ю

(2.163)

где z_i – гидравлическое сопротивление, соответствующее коэффициенту местного сопротивления участка

, (2.164)

где S_i - площадь меньшего сечения.

Следовательно, гидравлическое сопротивления для внезапного расширения

(2.165)

для внезапного сужения

(2.166)

Выражение (2.163), устанавливающее связь между падения давления ΔР на гидравлическом сопротивлении Z и расходом Q, называют законом Адкинсона. Это выражение аналогично закону Ома для электрической цепи. Однако ЭГС или ЭАС необходимо рассматривать как нелинейную электрическую цепь. Только в этом смысле для её расчета можно применять методы расчета, разработанные для электрических цепей.

Последовательное соединение сопротивлений

Смысл рассмотрения обобщенных элементов конструкции ЭМ, имеющих разное сопротивление, заключается в выработке некоторых общих положений расчёта и в анализе связей между теоретическими соотношениями и практическими инженерными расчётами машин.

Для всей цепи последовательно соединенных каналов имеем

. (2.167)

Поскольку потери давления на каждом участке

, (2.168)

применение обобщенного уравнения Бернулли дает

, (2.169)

где n – число участков.

Следовательно

(2.170)

или . (2.171)

Таким образом, при последовательном соединении сопротивлений суммарное сопротивление схемы замещения определяется, как для электрической цепи.

Параллельное соединение сопротивлений

При разветвлении струи, т.е. при параллельном соединении сопротивлений, в силу нелинейности закона , суммарное сопротивление схемы замещения отличается от сопротивления аналогичной электрической цепи.

Из уравнения неразрывности для канала следует, что расход после слияния должен быть равен расходу до разветвления, т.е. общий расход составляется как сумма расходов в ответвлениях

.(2.172)

Т.к. давление перед разветвлением или после него может иметь только одно значение, разность давлений на параллельных участках есть величина постоянная

. (2.163)

Но

,(2.173)

откуда

. (2.174)

Тогда в соответствии с (11) получим

.(2.175)

В то же время для всей цепи

. (2.176)

Следовательно

(2.177)

или

. (2.178)

ЗАДАЧИ

Задача 1. Вода с температурой _в = 90 С протекает по горизонтально расположенному трубопроводу переменного сечения при давлении Р₁ = 60 кПа и расходе Q₁ = 5 м³/с. Определить закипит ли вода в узкой части трубопровода при известных сечениях S₁ = 1 м² и S₂ = 0,5 м². Фазовая диаграмма воды представлена на рисунке 2.4.

Решение

В соответствии с уравнением Бернулли определяем давление в трубе меньшего сечения

где ,

Па

P₂ = 0,0225 МПа

Давление насыщенного пара при температуре  = 90 С Р = 0,1 МПа

т.к. Р₂ < P то вода будет кипеть.

Задача 2. Вода протекает по трубопроводу диаметром 1,3 м и длиной l = 500 м при расходе жидкости Q = 0,01 м³/с, затем подача воды увеличивается и расход жидкости возрастает в 6 раз (Q₂ = 0,06 м³/с). Определить гидравлическое сопротивление трубопровода.

Решение

1. Площадь сечения трубопровода

,

м².

2. Определяем среднюю скорость воды в трубопроводе при заданных расходах жидкости

, м/с,

, м/с.

3. Определяем число Рейнольдса

,

, .

Т.к. критическое число Рейнольдса Re_кр = 2300 то в первом случае течение жидкости ламинарное, а во втором турбулентное.

4. Коэффициенты гидравлического трения

Полученные результаты показываю, что в первом случае необходимо воспользоваться формулой Пуазейля

а во втором случае формулой Блазиуса

5. Гидравлические сопротивления

Нс²/м⁸

Нс²/м⁸

Вопросы для самоКОНТРОЛЯ

1. Чем отличаются физические свойства капельной и газообразной жидкостей?

2. Каков физический смысл коэффициента вязкости и как он изменяется при изменении температуры капельных и газообразных жидкостей?

3. Дать характеристику гидравлических элементов потока жидкости.

4. Какие режимы течения жидкостей существуют и как они определяются?

5. Назовите основные причины потерь давления при движении жидкости в каналах.

6. Каков физический смысл коэффициента гидравлического трения?

7. В чем состоит сущность электрогидравлической аналогии?

8. Каков порядок составления ЭГС электрической машины и ее расчета?

3 . Вентиляторы электрических машин

И ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ РАСЧЁТЫ

В данной главе рассматриваются вентиляторы, применяемые в системах охлаждения электрических машин. Теоретической основой расчетов вентиляторов является турбинное уравнение Эйлера, на основе которого строится теория идеального центробежного вентилятора. Реальный вентилятор имеет характеристику давления отличную от идеальной, которая не учитывает потерь давления в элементах реальной конструкции. В инженерных методиках расчета вентиляторов широко используются эмпирические формулы, обобщающие опыт практической эксплуатации вентиляторов. На основе синтеза теоретических и экспериментальных данных строятся методики проектирования центробежных и осевых вентиляторов.

После изучения ГЛАВЫ необходимо знать

• Устройство центробежного вентилятора.

• Устройство осевого вентилятора.

• Принцип действия центробежного и осевого вентиляторов.

• Турбинное уравнение Эйлера.

• Баланс энергии и коэффициент полезного действия вентилятора.

• Характеристику давления центробежного вентилятора.

• Порядок выполнения вентиляционных расчетов электрических машин.

• Графическое решение уравнения равновесия.

• Основные методики проектирования вентиляторов (методика А. Е. Алексеева, методика М. Ф. Филиппова).

3.1. Устройство и принцип действия вентиляторов

Вентилятором называется лопастная машина, предназначенная для подачи газов из одной области пространства в другую.

Механическая энергия, необходимая для перемещения газа создается в вентиляторах при помощи вращающегося рабочего колеса, снабженного лопатками. Под воздействием лопаток повышается давление газа и его скорость. По принципу действия вентиляторы разделяются на центробежные и осевые.

Центробежный вентилятор (рис.3.1) представляет собой расположенное в спиральном кожухе (1) лопаточное колесо (2), при вращении которого под действием центробежной силы газ, находящийся в каналах колеса, выбрасывается в кожух, где наблюдается повышение давления (область нагнетания) и далее газ выходит через выпускное отверстие (3). На место уходящего из рабочего колеса газа из внешней среды через входной патрубок (8) приходят новые частицы газа, здесь наблюдается понижение давления (область всасывания).

Рис. 3.1. Центробежный вентилятор

Рабочие колеса центробежных вентиляторов обычно состоят из лопаток (6), заднего диска (5), переднего диска (7) и ступицы (4).

По конструктивному исполнению лопатки рабочего колеса имеют форму загнутых назад, радиальных и загнутых вперед пластин различного профиля (см. рис. 3.3).

Абсолютная скорость движения частицы воздуха в междулопаточном пространстве складывается из скорости в относительном движении и скорости в переносном движении (или окружной скорости (см. рис. 3.4)).