Расчет турбогенератора Т-12 с косвенным воздушным охлаждением обмотки статора

363).

1.7 Механические потери мощности

182. Потери мощности на трение в двух подшипниках скольжения:

Вт, где кг — масса ротора.

Диаметр и длину шейки вала (цапфы) определяем из (10.62). Принимаем lц = 1.2dц ,

pуд Па,

отсюда

м,

м.

183. Потери мощности на трение вращающегося ротора о воздух в корпусе:

Вт.

184. Потери мощности на трение двух бандажных колец о воздух определяем по (10.65):

Вт,

где

м;

м, С1 и С2 взяты со стр. 364.

185. Потери на трение торцевых поверхностей канавок рифления о воздух определяем по (10.66):

Вт,

здесь

— число канавок рифления (шаг рифления tp = 0.012м [см. п. 89];

глубину канавок рифления принимаем м (стр.

365).

186. Потери на трение щеток о контактные кольца:

Вт,

где sщ = м2 (А/м2); принимаем µт,

pщ Па (стр. 366).

1.8 Потери мощности на вентиляцию

187. Отводимые газом потери мощности:

Вт.

188. Расход газа при воздушном охлаждении:

м3/с, принимаем 0С, 0C.

Вт,

189. Потери мощности на вентиляцию:

— КПД вентилятора (осевого).

где = (2.5 — 3.5) 103 Па,

192. Полные механические потери мощности, включая потери на вентиляцию и

охлаждение:

Вт.

Вт.

193. Сумма потерь мощности при номинальной нагрузке:

194. Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке:

%

Зависимость КПД от нагрузки достаточно построить для, P = (0.25; 0,5; 0,75; 1,0;

1,25)Рн. Для определения КПД при нагрузках, отличных от номинальной, следует найти постоянные потери мощности, не зависящие от нагрузки, и переменные потери мощности, определяемые нагрузкой.

195. Постоянные потери мощности, не зависящие от нагрузки:

Вт.

196. Потери мощности короткого замыкания:

где значение тока I1 при постоянном напряжении и постоянном коэффициенте мощности пропорционально мощности нагрузки:

; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25.

Результаты расчета сведены в табл. 3.

здесь I2-по регулировочной характеристике для соответствующей нагрузки

(см. табл. 2, рис. 5).

198. КПД при любой нагрузке в процентах:

.

Результаты расчета сведены в табл.

3. По данным табл. 3 на рис. 6 построена кривая

(f (P/Pн).

Таблица 3 — Зависимость КПД от нагрузки

1.9 Тепловой расчет

199. Геометрические размеры расчетного элемента:

ширина элемента на уровне ярма

м;

средняя ширина зубца м.

200. Потери в расчетном элементе: потери в меди обмотки:

Вт,

Вт-основные, а 350.

3 Вт-добавочные потери в меди обмотки статора;

потери в стали ярма

Вт,

где

Вт — полные потери в стали ярма;

потери в стали зубцов

Вт, здесь

Вт

— полные потери в стали зубцов.

201.Сопротивление теплопроводности пазовой изоляции обмотки статора. Пазовая

изоляция компаундированная обладает удельной теплопроводностью 0,2 Вт/(м0С).

0С/ Вт,

где

м,

м.

202. Тепловые сопротивления для стали зубца. По табл. 11.1 принимаем теплопро;

водность вдоль листов 25 Вт/(м0С), поперек листов — 3.75 Вт/ (м0С):

0С/ Вт,

0С/ Вт.

203. Тепловые сопротивления для стали ярма:

0С/ Вт,

0С/ Вт, сопротивление между ярмом и зубцом

0С/ Вт.

204. Уточняем полный расход воздуха через статор, где P (= 274 427,6 Вт;

сv = 1100

Дж/ - теплоемкость воздуха при давлении 0.1 (МПа); θ0 = 25 0C — средняя температура подогрева воздуха.

м3/с.

205. Расход воздуха на один вентиляционный канал:

м3/с.

206. Скорость воздуха в зоне зубцового статора:

м/с.

207. Скорость воздуха в зоне ярма:

м/с.

208. Скорость воздуха в зоне внешней поверхности ярма принимает м/с.

209. Скорость воздуха в зазоре при средней максимальной скорости воздуха м/с

м/с,

где

м/с.

211. Коэффициенты теплоотдачи [Вт/ (м20С)]:

в зазоре

в каналах вблизи зубцовой зоны

в каналах в зоне ярма

в зоне внешней поверхности ярма

212. Сопротивления теплоотдачи (0С/Вт):

для зазора

;

c поверхности изоляции в канале

;

для зубца в канале

;

для ярма в канале

;

для внешней поверхности ярма

.

213. Сопротивления в схеме замещения (0С /Вт):

(из п. 203);

;

214. Перегрев зубцов:

0С,

Вт.

где

215. Перегрев меди обмотки:

0С.

216. Перегрев стали ярма:

0С.

Разность температур между медью и сталью зубцов статора 46.7—19.1=27.6 °С, что ниже допустимого значения (25 °С).

217. Окружная скорость на поверхности ротора:

м/с.

Скорость газа в каналах охлаждения ротора принимаем равной

0,4 от скорости на поверхности ротора, т. е. м/с.

218. Сопротивление теплоотдачи:

0С /Вт;

Сопротивление изоляции обмотки возбуждения

0С /Вт, где

м,

Вт/(м0С).

219. Общая площадь каналов на половине длины отсека

м2,

где

— коэффициент, учитывающий рифление поверхности ротора.

220. Тепловые нагрузки для поверхности ротора:

Вт/м2,

где

Вт.

221. Мощность потерь, выделяемых на расчетном участке длины ротора:

Вт/м2.

223. Перегрев меди обмотки ротора:

0С,

где

0С — превышение температуры бочки ротора над температурой охлаждающей среды;

0С — перепад температуры в изоляции;

0С — перепад температуры по высоте зубца;

0С /Вт;

— удельная теплопроводность поковки ротора (см. табл. 11.1).

1.10 Основы механических расчетов

224. Угол между осями зубца и паза:

.

225. Диаметр по основанию клина:

м.

226. Диаметр по дну паза:

м.

227. Шаг по верху зубцов:

м.

228. Шаг по основанию клина:

м.

229. Шаг по дну паза:

м.

230. Размеры зубца на трех уровнях:

м,

м,

м,

где м,

м.

231. Радиусы центров тяжести:

меди и изоляции

м,

клина

м, головки зубца м,

зубца с головкой

м.

232. Массы материалов:

площадь сечения меди в пазу ротора (1 элементарный проводник)

м2,

Масса меди в пазу

кг, масса изоляции в пазу

кг, масса головки зубца кг, масса части клина (дюралюминиевого кг/м3), соответствующей ширине паза,

кг, масса зубца, включая головку,

кг.

233. Центробежные силы:

квадрат угловой скорости (разгонной) при частоте вращения 3600 об/мин

с-2,

центробежные силы меди, изоляции и клина

Н, сила, действующая на зубец (0):

Н,

сила, действующая на головку зубца:

Н, центробежная сила зубца с головкой:

Н.

234. Напряжения:

в сечении зубца на уровне клина

Па, в основании зубца

Па, на периферии бочки ротора за счет внешней нагрузки

Па, на периферии бочки ротора за счет собственной массы

Па, отношение диаметра отверстия в теле бочки ротора к диаметру по дну пазов

коэффициенты напряжений

тангенциальные напряжения на поверхности внутреннего отверстия ротора

Па

1.11 Расчет напряжений в клине

235. Задаемся размерами клина по высоте:

м;

м:

м.

Находим :

.

По значению (1 и углу β = 45° из табл. 12.1 находим B1 = 0.

64.

236. Коэффициент ослабления клина:

где шаг вентиляционных отверстий в клине равен 0.0743 м при размере отверстий по оси ротора 0.016 м.

237. Максимальное напряжение в хвосте клина с учетом ослабления вентиляцион;

ными отверстиями:

Па.

м.

Находим размер D:

Напряжения в середине клина с учетом ослабления

Па.

Коэффициенты запаса:

для клина

;

для зубца

;

для бочки ротора

.

1.12 Оценка напряжений в бандаже

Размеры бандажа: внешний диаметр 0.687 м, внутренний диаметр 0.59 м, длина бандажа 0.445 м, средний вылет лобовой части обмотки возбуждения 0.22 м.

238. Отношение внешнего диаметра к внутреннему:

.

239. Квадрат линейной скорости на среднем диаметре бандажа:

м2/с2.

240. Напряжения в бандаже от собственной массы:

Па.

241. Площадь сечения бандажа:

м2.

242. Средняя длина лобовой части обмотки возбуждения:

м

(пункт 114)

Масса меди лобовой части обмотки возбуждения:

кг.

243. Центробежная сила лобовой части:

Н.

244. Напряжения от давления лобовых частей:

Па.

245. Суммарные напряжения в бандаже:

Па.

246. Коэффициент запаса при пределе текучести бандажа Па:

.

1.13 Оценка критических частот

247. Вес ротора (из п. 182 масса ротора составляет 8391.

36 кг):

Н.

248. Момент инерции:

м4,

где

.

249. Прогиб ротора от собственного веса:

м.

здесь длина ротора между центрами подшипников lp = 8 м.

250. Критическая частота вращения (первая):

об/мин.

Вторая критическая частота:

об/мин.

Обе частоты более чем на 20% отличаются от основной частоты 3000 об/мин.

Заключение

Турбогенераторы — весьма совершенные электрические машины, при проектировании и производстве которых постоянно находят применение последние достижения науки и техники.

В данном курсовом проекте представлен расчет турбогенератора типа Т — 12 с косвенным воздушным охлаждением обмотки статора и обмотки ротора. Основные параметры спроектированного турбогенератора сведены в таблицу.

Список литературы

Извеков В. И. Проектирование турбогенераторов. М: Высш. шк., 1990 г.

Сергеев П. С. Проектирование электрических машин М: Энергия, 1969 г Кацман М. М. Электрические машины. М: Высш. шк., 1990 г.

Вольдек А. И. Электрические машины. Л: Энергия, 1978 г.

u

п



P

к

P

кн

I

I

н















I

I

н















P

P

н

_75

I

I

н















73 242.

I

425.











0.4





45.742



b

z1

t

п

b

п



0.041

0.029



0.0012

b

z2

t

к

b

кл



0.064

0.043



0.021

b

z3

t

b

п



0.069

0.029



0.04

G

м

8.9



F

м



8.9



2.64







l

л

0.82



k

зб



бт



б

5.586