Лекция 8: основные направления организационно-экономического реформирования системы образования

Лекция

Электр машиналарының қызуы және оларды суыту (салқындату)

Электр машиналарының қызуы. Электр машиналарында болатын шығындардың бәрі жылуға айналады. Бұл жылудың бір бөлігі машинаның материалдарын қыздыруға кетеді, ал қалған бөлігі қоршаған ауаға тарайды. Машинаның қызуы оның бүкіл көлемінде біркелкі, ал машинаның барлық сырқы қабырғаларынан жылудың қоршаған ауаға тарауы біркелкелкі жүреді деп шартты түрде қабылданса, онда машина үшін жылу теңдестігінің теңдеуі мына түрде жазылады:

(1)

мұндағы - уақыт бірлігі ішінде машинада бөлінетін жылу мөлшері, Дж/с; – машинадағы барлық шығын, Вт; – машинаның қызуына кететін жылу мөлшері; - машинаның массасы; с - машинаның материалының меншікті жылу сыйымдылығы; - машинаның температурасының қоршаған ауаның температурасынан ауытқуы (асқын қызу температурасы); - машинаның қабырғаларынан уақыт бірлігі ішінде қоршаған ауаға тарайтын жылу мөлшері; тараудың жылулық коэффициенті, яғни , t = 1 c болғанда машинаның қабырғаларының ауданының бірлігінен ауаға берілетін жылу мөлшері.

Машина іске қосылған бастапқы кезде, яғни машинаның температурасы қоршаған ауаның температурасымен (θ₁) бірдей болған кезде (ауытқу немесе асқын қызу ), қоршаған ауаға жылу берілмейді (, ал машинада бөлінетін барлық жылу (шығын) оны қыздыруға жұмсалады. Уақыт өте келе машинаның температурасы қоршаған ауаның температурасынан асқан кезде, жылудың бір бөлігі қоршаған ауаға тарай бастайды. Уақыт өткен сайын машинаның температурасы біртіндеп көтеріледі де, белгілі бір уақыттан кейін температураның өсуі тоқтап, тұрақты мәнге (θ_тұр=const) ие болады, яғни машина тұрақталған режимге көшеді. Бұл кезде машинада бөлінетін бар жылу қоршаған ауаға беріледі. Бұл жағдай үшін жылулық теңдестік теңдеуі:

(2)

мұндағы

(3)

(2) теңдеуден табамыз:

(4)

Бұл (4) теңдеуден мынадай қорытынды шығаруға болады:

А) асқын қызудың тұрақталған температурасы машинаның массасына т тәуелді емес, ол - уақыт бірлігі ішінде машинада бөлінетін

жылу мөлшерімен , яғни машинадағы барлық шығынның қуатымен анықталады;

Б) асқын қызудың тұрақталған температурасы машинаның сыртқы (салқындайтын) қабырғаларының ауданына және тараудың жылулық коэффициентіне кері пропорционал, яғни машинаны салқындату қарқынына байланысты;

Арнаулы салқындату тәсілдері қолданылатын (жасанды салқындатылатын) машиналардағы мәні табиғи салқындатылатын машиналардағы мәніне қарағанда айтарлықтай төмен болады.

Машинаның температурасы қоршаған ауаның температурасымен (θ₁) бірдей болған кезде оны электр желісіне қоссақ, онда машинаның асқын қызу температурасының уақытқа тәуелді өзгерісі мына теңдеу арқылы өрнектеледі:

(5)

мұндағы - натурал логарифмнің негізі; Т_қ - қызудың уақыт тұрақтысы, ол машинаның сыртқы қабырғасынан қоршаған ортаға жылу берілмеген жағдайда машинаны тұрақталған температураға дейін қыздыру үшін қажет уақыт.

(5) өрнек бойынша тұрғызылған машинаның қызу графигі экспоненттік қисық түрінде бейнеленеді (сурет). Ол машинаның асқын температурасы тұрақты мәнге жетуі үшін белгілі бір уақыт қажет екендігін көрсетеді. Алғашқы кезде қызу үрдісі қарқынды жүреді де, кейіннен тұрақты мәнге жақындаған сайын баяулайды. Теориялық тұрғыдан болу үшін t = ∞ болу керек. Қызу графигінің басқы жағына жүргізген жанаманың сызығын қиып өткен кезде пайда болған кесіндінің ұзындығы масштаб бойынша алған кезде қызудың уақыт тұрақтысын Т_қ анықтайды. Сонымен, физикалық тұрғыдан уақыт тұрақтысы Т_қ қызу графигі түзу сызық болған жағдайда асқын қызу температурасының тұрақты мәнге қанша уақытты жететіндігін білдіреді.

Шынайы жағдайда, яғни қызу графигі түзу сызық болмаған жағдайда, асқын қызу температурасы тұрақты мәнге жетуі үшін қажет уақыт t =( тең есептейді.

Электр машиналарын суыту. Егер машинаны электр желісінен айырсақ, онда оның қызуы тоқтайды да, қоршаған ортаға машинаның материалында жинақталған жылу беріледі. Бұл жағдайда асқын қызудың температурасы біртіндеп қоршаған ортаның температурасына дейін төмендейді, яғни болғанша төмендейді (сурет). Машинаның сууының бұл (салқындау) үрдісі мына теңдеу арқылы сипатталады:

(5)

мұндағы Т_с – суудың уақыт тұрақтысы, с.

Асқын қызу температурасы нөлге жетуі үшін қажет уақыт t =( тең болады есептейді.

Сонымен, қызудың және суудың уақыт тұрақтылары жылулық үрдістердің жылдамдықтарын сипаттайды. Уақыт тұрақтысы неғұрлым аз болған сайын, машина соғұрлым тез қызады.

1 сурет – Электр машинасының қызу (а) және суу (б) графигі

Электр машиналарының бөліктері жұмыс кезінде қызатындықтан олар үшін асқын қызудың рұқсат етілген температуралары белгіленген. Машинаның ормасының оқшаулағышы (изоляциясы) жоғары температураға өте сезімтал келеді, оның температурасы рұқсат етілген температурадан асқан жағдайда оқшаулағыштық және механикалық қасиеттері нашарлайды, қызмет ету мерзімі азаяды.

Электротехникалық бұйымдарда қолданатын оқшаулағыш материалдар қызуға төзімділік деңгейіне байланысты 5 класқа бөлінеді: A, E, B, F және H. Электр машиналарында B, F және H кластарына жататын оқшаулағыш материалдар қолданылады.

Машиналардың орамаларының оқшаулағыштары үшін рұхсат етілген температуралардың ең жоғарғы мәндері төменгі кестеге сәйкес қабылданады (1кесте).

Оқшаулағыш қызуға төзімділік класы	B	F	H
Оқшаулағыштың рұхсат етілген температурасының ең жоғарғы мәні, °С
Машинаның орамасының рұхсат етілген температурасының ең жоғарғы мәні, °С
Ораманың рұхсат етілген асқын температурасының ең жоғарғы мәні (θ1=40°С болғанда), °С
Ораманың кедергісін есептеуге пайдаланатын жұмыстық температура, °С

Асқын қызу мойынтіректерге және түйіспелік сақиналарға кері әсерін тигізеді.

Қоршаған ортаның температурасы θ₁ айтарлықтай жоғары болған жағдайда (мысалы, металлургия өндірісінде) θ₁=40°С тең етіп қабылдайды.

Электр машиналарының жұмыстық режимдері

Стандартқа сәйкес жүктеменің өзгерісінің сипатына байланысты электр машиналарының 3 негізгі номиналды режимдері болады.

Ұзақ мерізімді номиналды режим S1 кезінде машина өзгермейтін номиналды жүктемемен Р_н барлық бөліктерінің асқын қызу температурасы тұрақталған мәнге жетіп үлгеретіндей ұзақ жұмыс жасайды. Ұзақ режим екі түрге бөлінеді: өзгермейтін жүктемелі (Р_н=const) ұзақ мерізімді режим (сурет) және айнымалы жүктемелі ұзақ режим (сурет). Мысалы, сорғыштың, транспортердың, желдеткіштің қозғалтқыштары өзгермейтін жүктемелі ұзақ режимде, ал прокаттық станның, металкескіш станоктардың және т.б. қозғалтқыштары айнымалы жүктемелі ұзақ режимде жұмыс жасайды.

Қысқа мерізімді номиналды режим S2 кезінде қозғалтқыштың номиналды жүктемемен жұмыс істеу периоды мен оның жұмыс істемей, тоқтап тұру периоды алма-кезек ауысып отырады. Бұл жағдайда қозғалтқыштың жүктемемен жұмыс істеу периоды барлық бөліктердің асқын қызу температурасы тұрақталған мәнге жетіп үлгермейтіндей қысқа болады, ал тоқтап тұру периоды барлық бөліктердің температурасы қоршаған ортаның температурасына дейін салқындап (суып) үлгеретіндей ұзақ болады. Стандарт бойынша жүктемемен жұмыс істеу периодының ұзақтығы 10; 30; 60 және 90 мин тең етіп қабылданған. Қысқа мерізімді режимнің шартты белгісінде жүктемемен жұмыс істеу периодының ұзақтығы көрсетіледі, мысалы, S 2 - 30 мин. Қысқа мерізімді режимде әр түрлі материалдардың (мұнай, газ су және т.б.) берілу мөлшерін реттейтін құрылғылардың (әр түрлі шлюздер, қақпақтар және т.б.) қозғалтқыштары жұмыс жасайды.

Қайталанбалы - қысқа мерізімді номиналды режим S3 қозғалтқыштың қысқа мерізімді номиналды жүктемемен жұмыс істеу периоды мен оның тоқтап тұру периоды алма-кезек ауысып отырады. Бірақ жұмыс істеу периоды кезінде барлық бөліктердің асқын қызу температурасы тұрақталған мәнге жетіп үлгермейді, ал тоқтап тұру периоды кезінде олардың температурасы қоршаған ортаның температурасына дейін салқындап (суып) үлгермейді. Қайталанбалы - қысқа мерізімді режим кезінде қозғалтқыштың жұмыс істеуінің жалпы уақыты периодты түрде қайталанатын циклдарға бөлінеді. Цикл ұзақтығы: . Бұл режим кезіндегі қозғалтқыштың қызу графигі ара тәріздес қисық түрінде бейнеленеді.

Қайталанбалы - қысқа мерізімді режим кезінде қозғалтқыштың асқын қызу температурасы осы режимге сәйкес келетін тұрақты мәнге (осы режим үшін максимал мәнге) дейін де, одан әрі минимал мәнге дейін төмендейді. Одан кейін тұрақты мәнге қайта көтеріледі, яғни максимал мән мен минимал мән арасында өзгеріп отырады. Бұл жағдайда

2 сурет – Электрқозғалтқышының өзгермейтін жүктемелі ұзақ мерізімді (а), айнымалы жүктемелі ұзақ мерізімді (б), қысқа мерізімді (в) және қайталанбалы - қысқа мерізімді (г) номиналды режимдері

тұрақты мән ұзақ мерзімді режимге сәйкес келетін тұрақты мәннен кіші болады ().

Лифтлардың, крандардың, экскаватордың және т.б. қондырғылардың қозғалтқыштары қайталанбалы - қысқа мерізімді режимде жұмыс жасайды.

Қайталанбалы - қысқа мерізімді режим қосылудың салыстырмалы ұзақтығымен (%) сипатталады:

Стандарт бойынша қайталанбалы - қысқа мерізімді режим үшін қосылудың салыстырмалы ұзақтығы (ҚҰ) 15, 25, 40 және 60% тең етіп қабылданған, ал ұзақ мерзімді режім үшін ҚҰ = 100%. Бұл режимнің шартты белгісінде ҚҰ көрсетіледі, мысалы, S3 - 40%.

Қарастырылған режимдер негізгі режимдер ретінде саналады. Бұлардан басқа қосымша бес режим қарастырылады.

Электр машиналарын суыту тәсілдері

Электр машиналарын суыту тәсілдері байланысты екі түрге бөледі: табиғи суытылатын машиналар және жасанды суытылатын машиналар.

Электр машиналарын табиғи суыту жылуөткізгіштік және конвекция көмегі арқылы табиғи жолмен жүзеге асырылады. Бұл машиналарда ешқандай желдеткіш немесе басқа суытуға арналған құрылғылар болмайды.

Жылуөткізгіштік деп қатты дененің ішкі жылуын беруді айтады. Мысалы, статор орамасы қызған кезде жылуын ойықтық оқшаулағыштың қабаты арқылы өзекшеге берсе, өзекше өз кезегінде ол жылуды бекіту бөлшектері арқылы корпусқа береді. Жылуөткізгіштік арқылы жылу беру температурасы жоғары бөліктерден температурасы төмен бөліктерге қарай бағытталады.

Конвекция арқылы жылу беру газдың (ауаның) бөлшектері қызған дененің қабырғаларымен жанасқан кезде болады. Бұл жағдайда денемен жанасқан ауа бөлшектері қызып, жеңіл болғандықтан жоғары көтеріледі, ал олардың орнына температурасы төмен бөлшектер келеді. Мұндай конвекцияны табиғи конвекция деп атайды. Жұмыс істеп тұрған машинада мұнымен қатар жасанды конвекция да орын алады. Ол ротордың айналуы тудырған ауаның еріксіз циркуляциясы (айналымын) нәтижесінде пайда болады. Жасанды конвекция жылу беру үрдісін күшейтеді.

Электр машиналарын жасанды суыту үшін машинаның ішінде газдың қозғалысын тудыратын арнаулы құрылғылар (желдеткіштер) қолданылады. Машиналардың көпшілігі өздігінен желдететін машиналар тобына жатады. Бұл машиналарда желдеткіш білікке (валға) орнатылады. Білік айналған кезде желдеткіш машинаға бағытталған ауа ағынын тудырады.

Егер ауа ағыны корпустың сыртқы қабырғаларын желдететін (суытатын) болса, онда сыртқы желдету деп аталады. Бұл жағдайда суыту қарқынды болу үшін корпусты көп қабырғалы етіп жасайды.

Ішкі желдетуді қамтамасыз ету үшін корпуста және мойынтіректің қалқандарында арнаулы тесіктер жасап, олар арқылы суыту үшін ішке ауа жіберіледі және ол ауа сыртқа шығарылады.

Кейбір машиналардың өзекшелерін суыту қарқынын күшейту үшін оларда суытқыш газ өтетін арнаулы каналдар жасайды. Егер бұл каналдар ротор өсіне параллель болса, онда аксиальды (аксиальды желдету), ал ротор өсіне перпендикуляр болса, онда радиальды (радиальды желдету)деп аталады.

Айналу жиілігі реттелетін машиналарда, әсіресе айналу жиілігі аз болған кезде, өздігінен желдету тиімсіз болады, машинаның қатты қызуына жол беріледі.

Сондықтан мұндай машиналарда тәуелсіз желдету, яғни желдеткіш үшін арнаулы электр жетегі қарастырылады. Тәуелсіз желдету химиялық

3 сурет – Электр машинасын ішкі желдету

4 сурет – Желдетудің аксиальды және радиальды жүйелері

активті және жарылыс қауіпі бар қоршаған ортада қолданылады. Бұл жағдайды желдеткіштен шыққан ауа ағыны құбыр арқылы машинаға беріледі де одан әрі сыртқа шығарылады. Мұндай желдету тұйықталмаған желдету деп аталады.

Тұйықталған желдету жүйесінде белгілі бір көлемдегі газды суытылатын қоғалтқыштан, тәуелсіз желдеткіштен, суыту радиаторларынан және құбырлардан тұратын тұйық контурдың ішінде айналымға түсіреді. Радиатор арқылы өткен кезде суыған газ желдеткіштің көмегімен одан әрі суытылатын қоғалтқышқа беріледі. Қозғалтқыштан өткен кезде қызған газ қайтадан радиаторға беріліп, суытылады. Үрдіс осылайша қайталана береді.

Суытқыш агент ретінде ауа (шартты белгісі - А), сутегі (шартты белгісі - Н), су (шартты белгісі - V) және т.б. сұйық материалдар қолданылады.

5 сурет – Желдетудің тұйықталмаған (а) және тұйықталған (б) жүйелері

Дата добавления: 2014-01-20