Влияние на работу двигателя излишнего и недостаточного охлаждения - Журнал "Автопарк"
Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Влияние на работу двигателя излишнего и недостаточного охлаждения

Кавитации на гильзах цилиндра

Описание повреждения

Мокрая гильза цилиндра в зоне водяной рубашки имеет сильно выраженную кавитацию. Она доходит до такой степени, что уже появилась дыра во внутренней полости цилиндра.

Оценка повреждения

Кавитация появляется в основном в плоскости качания поршня (на нагруженной стороне или на ненагруженной стороне), она вызвана вибрациями стенки цилиндра. Высокочастотные вибрации вызваны давлением сжигания, боковыми усилиями поршня и перекладкой поршня в нижней и верхней мертвой точке.

Если охлаждающая вода не может больше повторять вибрации стенки цилиндра, водяная пленка кратковременно приподнимается с гильзы цилиндра. В возникшей из-за этого зоны разряжения образовываются пузырьки пара, которые при обратном движении стенки цилиндра разрушаются (имплозия) с чрезвычайно высокой скоростью. Вытесненная пузырьками вода при имплозии ударяет о поверхность цилиндра.

В результате энергии удара из поверхности цилиндра вылетают малейшие частицы. Со временем вследствие этого образовываются (вымываются) настоящие дырки. Особенность кавитации заключается в том, что происходит расширение дырок вовнутрь и в результате образовываются полости в материале, откуда в конечном счете также взято название кавитации.

Возможные причины повреждения

Не соблюден правильный зазор поршня (повторная установка уже работавших поршней или цилиндры со слишком большими размерами).

Некачественная или неточная посадка гильзы в корпусе.

Отсутствует предписанная присадка для защиты от замерзания с защитой от коррозии или соответствующая присадка для охлаждающей воды. Средство защиты от коррозии содержит ингибиторы, предотвращающие пенообразование. Эти ингибиторы, однако, в течение времени теряют свой эффект. Поэтому необходимо заменять средство защиты от коррозии через каждые 2 года и предусматривать правильное соотношение смеси.

Использование неподходящих средств охлаждения, как напр. соленая вода (морская вода), агрессивная или содержащая кислоту вода или другие жидкости.

Недостаточное избыточное давление в системе охлаждения. Необходимое избыточное давление радиатора не обеспечено из-за неподходящих крышек радиатора (недостаточная герметизация из-за дефектного предохранительного клапана) или из-за негерметичности в системе охлаждения. При правильном избыточном давлении в системе охлаждения температура кипения охлаждающего средства выше, чем при атмосферном давлении. Избыточное давление в системе охлаждения не может устранить причину для образования паровых пузырьков, но во всяком случае это мешает образованию пузырьков.

Слишком низкая рабочая температура двигателя: если двигатель в определенных условиях эксплуатации или из-за дефектов термостата не достигает обычной рабочей температуры, то в системе охлаждения не может образоваться избыточное давление из-за более низкого теплового расширения охлаждающего средства. Из-за слишком низкой рабочей температуры поршни также не имеют правильного теплового расширения. Они работают при эксплуатации с повышенным поршневым зазором. И то, и другое способствует образованию пузырьков и тем самым кавитации.

Влияние на работу двигателя излишнего и недостаточного охлаждения

Наблюдения за эксплуатацией двигателей внутреннего сгорания показывают, что значительную часть их рабочего времени зани­мают такие режимы работы, которые являются следствием смены нагрузки со стороны потребителя энергии (или других внешних условий) или воздействия на двигатель обслуживающего персо­нала. При таких режимах постоянство во времени значений тех или иных параметров, входящих в функциональную зависимость (6), нарушается и все они (или некоторые из них) меняют свои значения с течением времени.

Изменение во времени одного, нескольких или всех параметров, характеризующих работу двигателя, является единственным и исчерпывающим признаком появления в процессе эксплуатации так называемых неустановившихся режимов работы двигателя. Практика показывает, что неустановившиеся режимы часто зани­мают значительно больше рабочего времени двигателя (до 66— 80%), чем установившиеся режимы.

Основным признаком появления неустановившегося режима работы двигателя является нарушение условий статического рав­новесия (1)—(5) или любых других, аналогичных названным. В результате этого двигатель вырабатывает избыточное (или не­достаточное) количество энергии или нарушается его тепловой баланс. Например, избыток (в алгебраическом смысле) энергии в виде крутящего момента М двигателя расходуется на изменение угловой скорости (о коленчатого вала двигателя и связанных с ним агрегатов, определяемое дифференциальным уравнением, написан­ным в соответствии с принципом д’Аламбера:

где J — приведенный момент инерции двигателя и связанных с ним агрегатов.

Нарушение теплового баланса в системе охлаждения двига­теля приводит к изменению температурных показателей работы этой системы в соответствии с дифференциальным уравнением

где С — теплоемкость системы охлаждения двигателя.

Давление Р к воздуха во впускном коллекторе двигателя изменя­ется по закону, определяемому дифференциальным уравнением

где V в — объем впускного коллектора; Т к — температура воздуха в нем; R — газовая постоянная.

Давление р г отработавших газов в выпускном коллекторе двигателя изменяется по закону, определяемому дифференциаль­ным уравнением

где V r — объем выпускного коллектора; Т r — температура отра­ботавших газов в выпускном коллекторе; R r — газовая постоян­ная отработавших газов.

Избыток крутящего момента М т турбины турбокомпрессора приводит к раскрутке его ротора в соответствии с дифференциаль­ным уравнением

где J k — приведенный момент инерции ротора турбокомпрессора; ? к — его угловая скорость.

В связи с нарушением условий статического равновесия (1)— (4) или (5) и появлением в системе изменений, определяемые дифференциальными уравнениями (8)—(11) или (12) (и другими, подобными им), все (или некоторые) параметры, входящие в за­висимость (6), при неустановившихся режимах получают прира­щения, и их значения становятся зависимыми от времени. В связр с этим зависимость (6) применительно к неустановившимся ре­жимам работы двигателя должна быть дополнена координатор времени I и представлена в виде

Введение времени t в функциональную зависимость (13) сви­детельствует о том, что определенные (числовые) значения пара­метров, входящих в эту зависимость, имеют смысл лишь для конкретно выбранного мгновения времени t . В зависимость (13), таким образом, должны входить мгновенные значения параметров, меняющихся во времени. Для неустановившихся режимов можно строить характеристики, аналогичные показанным на рис. 23 или 24, с той лишь разницей, что для каждой точки такой характе­ристики должно быть указано время, при котором получены зна­чения параметров, определяющих точку этой характеристики. Сле­довательно, один неустановившийся режим соответствует только одному значению времени, и это обстоятельство является одним из основных признаков неустановившихся режимов, отличающих их от установившихся режимов.

Во многих случаях наибольший интерес при оценке неустано­вившихся режимов представляют не все параметры, входящие в функциональную зависимость (13), а только некоторые из них или один. Если таким параметром является, например, угловая скорость ? коленчатого вала, то говорят о неустановившемся ско­ростном режиме; если таким параметром является крутящий мо­мент М , то говорят о неустановившемся нагрузочном режиме. При этом изменения во времени других параметров можно не рассматривать.

Приведенные выше признаки неустановившихся режимов под­тверждаются сопоставлением уравнений статического равновесия (1)—(5), обусловливающих работу двигателя на установившихся режимах, с соответствующими уравнениями (8)—(12) динамиче­ского равновесия, обусловливающими появление неустанови­вшихся режимов.

Действительно, если исследуемые параметры в уравнениях (8)—(10) не зависят от времени, то их производные, входящие в эти уравнения, оказываются равными нулю:

Читать еще:  Устройство и принцип работы двигателя ямз 236

В этом случае уравнения (8)—(12) динамического равновесия, со­ответствующие неустановившимся режимам, превращаются в урав­нения (1)—(5), соответствующие установившимся режимам работы двигателя.

Условия (14) могут встречаться и при неустановившихся ре­жимах, но лишь для конкретных мгновений (значений) времени (например, при смене алгебраического знака производных).

Система охлаждения двигателя и её неисправности.

При сгорании рабочей смеси в цилиндрах двигателя температура газов, давящих на поршень, может достигать 2500°С, но в среднем, при работе мотора, составляет 800 — 900°С. Естественно, это вызывает сильный нагрев деталей и может привести к серъёзным неисправностям, например: выгоранию смазки и заклиниванию (прихвату) поршней в цилиндрах, обгоранию сёдел и тарелок клапанов, выплавлению и провороту вкладышей подшипников коленвала и многое другое. Чтобы не допустить многих неисправностей от перегрева двигателя, для него нужно поддерживать необходимый оптимальный тепловой режим. Это обеспечивается исправной системой охлаждения, основная функция которой — это отвод тепла от нагретых деталей. В исправной системе охлаждения температура охлаждающей жидкости на всех режимах работы должна поддерживаться в пределах от 87 до 98°С. В воздушной системе охлаждения (например, мотоциклы и автомобили с воздушно -масляным охлаждением), нормальный тепловой режим определяется температурой масла в системе смазки и масляном радиаторе, она должна быть от 70 до 110°С.

Основными деталями системы охлаждения являются: водяная рубашка в блоке мотора, центробежный насос (помпа), трубопроводы, радиатор, вентилятор, расширительный бачок, термостат, датчик включения вентилятора (если вентилятор электрический), датчик температуры с указателем охлаждающей жидкости.

Принцип работы исправной системы охлаждения заключается в следующем. При запуске холодного двигателя термоклапан (термосиловой элемент) находится в крайнем левом положении, когда его перепускной клапан 5 открыт, а основной клапан 7 закрыт (см. рисунок). При работе мотора, крыльчатка помпы 3, которая приводится во вращение ремнём от шкива коленвала, засасывает охлаждающую жидкость из патрубка 4 и нагнетает её в рубашку 2 блока мотора 1. При этом, охлаждающая жидкость забирает излишнее тепло от нагретых деталей и нагревается сама, а далее, через открытый перепускной клапан 5 термостата 8, снова поступает к насосу (помпе) и в общем циркулирует по малому кругу, минуя радиатор. Циркуляция без радиатора ускоряет прогрев двигателя, особенно зимой.

Постепенно, по мере прогрева двигателя, термосиловой элемент 6 термостата нагревается, расширяясь перемещает клапаны вправо, постепенно закрывая перепускной 5 и открывая основной 7 клапаны. Теперь, циркуляция охлаждающей жидкости будет происходить как и раньше — по малому кругу, но и одновременно начинать частично проходить и по большому кругу уже и через радиатор 10, по патрубкам 13 и 9.

Когда мотор полностью прогреется и температура охлаждающей жидкости достигнет 85 — 95°С, то перепускной клапан 5 термостата полностью закроется, а основной клапан 7 полностью откроется, и теперь циркуляция охлаждающей жидкости будет происходить только по большому кругу в последовательности, описанной далее. От насоса (помпы)3 поступит в рубашку 2 блока и головки цилиндров, далее, по патрубку 13 в верхний бачок радиатора 10, затем через сердцевину радиатора в нижний бачок 16, и уже далее, частично охлаждённая жидкость с помощью вентилятора 14 поступит по патрубку 4 снова к помпе, на новый круг, для поддержания необходимой оптимальной температуры двигателя. Расширительный бачок 12 служит для компенсации объёма жидкости при нагреве, ведь, как известно, при нагревании или увеличении давления жидкость расширяется.

Поняв основной принцип работы системы охлаждения двигателя намного легче и быстрее определить её неисправность.

Неисправности системы охлаждения.

Основными признаками неисправности системы охлаждения являются : подтекание охлаждающей жидкости, перегрев или переохлаждение двигателя.

Подтекание охлаждающей жидкости может происходить через неплотное соединение шлангов с патрубками или флянцами, а так же, трещины в шлангах, трещины в расширительном бачке или сердцевине радиатора, через неисправные или негерметичные спускные, заливные пробки, а так же, течь может быть через износившийся сальник водяной помпы (насоса). При этих неисправностях на месте стоянки образуются мокрые пятна и возникает необходимость частой доливки охлаждающей жидкости.

Для устранения течи через неплотности в соединениях шлангов нужно подтянуть или заменить стяжные хомутики, а если не помогает, то снять шланг, обезжирить патрубок и шланг в месте сопряжения, обмазать их герметиком, собрать и затянуть новые хомутики. Течь через неплотности во фланцах патрубков устраняется подтяжкой гаек крепления, а если не помогает, то заменяем уплотнительную прокладку новой, собираем и затягиваем гайки на фланце. В случае подтекания жидкости через сальник водяной помпы, необходимо снять насос и заменить изношенный сальник на новый, затем монтировать помпу на место. Подтекание жидкости через трещины расширительного бачка или серцевину радиатора устраняется зачисткой и пропайкой трещин. Подробно об устранении невидимых глазом утечках охлаждающей жидкости и приспособлении для этого, можно прочитать в этой статье.

Перегрев двигателя. Перегрев двигателя определяется по повышению температуры охлаждающей жидкости или её закипанием. Это происходит из — за недостаточного уровня жидкости, пробуксовки ремня вентилятора или невключением электровентилятора, из — за засорения проходов (трубок) в сердцевине радиатора, поломки крыльчатки водяной помпы или пробуксовки ремня её привода, неисправности термостата, так как у него не открывается основной клапан и из — за этого циркуляции жидкости через радиатор не происходит. Так же, перегрев мотора может быть из — за большого отложения накипи в рубашке охлаждения двигателя или радиаторе. К тому же, перегрев мотора может происходить из — за неисправности в системе питания (карбюратор беднит смесь) или зажигания ( неправильное опережение).

Допускать перегрев мотора нельзя ни в коем случае, необходимо сразу заглушить двигатель и искать неисправность. При перегреве происходит потеря мощности, так как резко ухудшается наполнение цилиндров горючей смесью, так же происходит выгорание масла и из — за этого усиленный износ цилиндро-поршневой группы. Возможно заклинивание поршней в цилиндрах, а может от перегрева повести головку цилиндра и от этого нарушится плоскость прилегания её к плоскости блока мотора. Естественно, от этого нарушится герметичность и уже никакая новая прокладка не поможет. Придётся менять головку или потребуется её серьёзный ремонт, подробно описанный вот в этой статье.

Устранение неисправностей системы охлаждения.

Термостат. Для проверки его состояния непосредственно на автомобиле, необходимо запустить двигатель и ощупать рукой нижний бачок радиатора. Пока температура двигателя не достигла 80 — 90 ° (наблюдаем на панели приборов), то нижний бачок должен быть холодный. При достижении температуры 80 — 90 ° (у разных моделей по — разному, потому, точно смотрим в мануале своего двигателя), нижний бачок радиатора должен начать прогреваться, что указывает на нормальную работу термостата. Если этого не происходит, термостат необходимо заменить (он неразборный). Перепроверку термостата можно осуществить, сняв его с двигателя и опустив в кастрюлю с водой. Нагреваем всё это дело на газовой плите, опустив в кастрюлю с термостатом градусник ( шкала до 100°С). Наблюдаем за градусником и за основным клапаном термостата. При достижении температуры, описаной выше, основной клапан должен начать открываться.

Читать еще:  Ваз 21099 инжектор включается вентилятор при запуске двигателя

Пробуксовка ремня. Пробуксовка ремня привода центробежного насоса (помпы), а так же, вентилятора и генератора может происходить из — за его замасливания или из — за ослабления натяжки. Масло, попавшее на ремень, удаляем протиранием ветошью, смоченной бензином, а лучше антисиликоном. Ослабление натяжения ремня бывает из — за его постепенного вытягивания, от этого частота вращения помпы отстаёт от частоты вращения (оборотов) коленвала. Из — за этого, двигатель начинает перегреваться, а аккумулятор не получает нормального заряда. Прогиб ремня проверяется с помощью простейшего пружинного безмена( весов), при натяжении, примерно 5 кг, прогиб должен составлять 15 — 20 мм. Подтягивается ремень ослаблением гайки натяжной планки (обычно генератора), затем, с помощью рычага (монтировка, трубка и т.п.) даётся натяжка и затягивается гайка натяжной планки.

Засорение сердцевины радиатора. Засорение проходов сердцевины радиатора определяется внешним осмотром и наличие трещин, тоже. Устраняется прочисткой щёткой с жёстким ворсом, промывкой струёй воды со стороны двигателя и продувкой сот с помощью сжатого воздуха.

Электровентилятор. На многих современных машинах и, особенно, на мотоциклах, установлен вентилятор охлаждения радиатора на валу электродвигателя. Основная, часто встречающаяся неисправность, это невключение мотора вентилятора из — за неисправности датчика вентилятора. Он находится в блоке мотора и проверить его можно почти так же, как и термостат. Для этого, нужно найти в мануале по вашему двигателю цифру температуры, при которой вентилятор должен начать вращаться. Затем, выкрутив из блока датчик, удлиняем его провод, где — то ,на метр и добавляем к его корпусу провод массы, соединяем провод массы с блоком двигателя. Остаётся нагреть в отдельной ёмкости воду до температуры, указаной в мануале (температура включения вентилятора) и аккуратно опустить туда датчик вентилятора, не намочив провода. Если датчик вентилятора исправен, то вентилятор непременно заработает, а если нет, то меняем его. Может не работать сам моторчик вентилятора. Для определения неисправности нужно проверить его щётки и, при необходимости, заменить, если не поможет, то необходимо прозвонить обмотку (на наличие обрыва или межвиткового замыкания).

Вентилятор с вязкомуфтой. На некоторых машинах устанавливается такой вентилятор и когда он исправен, то он очень эффективен. Проверить его работу можно зная температуру охлаждающей жидкости, при которой он должен начать работать в полную силу (узнаём температуру в мануале вашего мотора). Запускаем двигатель и свернув бумагу в плотный рулон, пытаемся им остановить лопасти вентилятора (берегите руки). Пока двигатель не достиг температуры включения (наблюдаем на панели приборов), лопасти вентилятора должны легко остановиться бумажным рулоном.

При достижении температуры включения на исправном вентиляторе лопасти остановить уже не удастся. Это происходит из — за того, что на крыльчатке спереди установлена термопластина (биметалическая пластина), которая от нагрева теплом от радиатора начинает выгибаться и давить на тонкий штифт, а он, в свою очередь, открывает клапан, через который начинает поступать специальная жидкость с большой вязкостью, находящаяся в вискозной муфте вентилятора. При поступлении эта жидкость попадает между дисками (на подобии дисков мокрого сцепления) и от этого диск, связанный с коленвалом, склеивается с диском, связанным с крыльчаткой вентилятора, и вентилятор начинает вращаться в полную силу, эффективно охлаждая радиатор.

Когда температура мотора понижается, то биметалическая пластина выпрямляется, закрывая клапан и жидкость уже не поступает, а остатки её удаляются центробежной силой по специальным каналам. В этот момент диски начинают опять пробуксовывать и вентилятор работает не в полную силу. При прогреве мотора до необходимой температуры процесс повторяется. Основная неисправность таких вентиляторов заключается в постепенном вытекании специальной жидкости, через неплотности штифта клапана. Если вам удастся найти в продаже эту жидкость (бывает в крупных автомагазинах), то вскрыв муфту, необходимо заменить сальничек штифта, а затем, собрать и наполнить шприцем через отверстие штифта этой жидкостью. Затем, аккуратно вставляем штифт в новое уплотнение, накрываем термопластиной и устанавливаем на двигатель (намного подробнее о вязкомуфте и её ремонте читаем вот в этой статье). Бывает, что нужно ещё заменить подшипник, который изношен и находится внутри муфты.

Наличие накипи. Накипь, находящаяся в рубашке охлаждения мотора и в радиаторе сильно ухудшает теплоотдачу. От этого вызывает постоянный перегрев мотора и выкипание охлаждающей жидкости. Для удаления накипи нужно слить охлаждающую жидкость и залить в систему охлаждения раствор, состоящий из 4 — 8 грамм хромпика на 1 литр воды. Нужно поездить с этим раствором примерно 1 месяц. После этого, сливаем раствор, хорошенько промываем систему охлаждения водой и заливаем качественную охлаждающую жидкость.

Переохлаждение двигателя. Переохлаждение может быть из — за неисправности термостата, а именно, из — за незакрывания основного клапана. Для устранения неисправности нужно проверить термостат ( описано выше) и при неисправности заменить его. Работа двигателя на низкой температуре приводит к потере мощности и вызывает быстрый износ деталей кривошипно-шатунного механизма, из — за ухудшения условий смазки от конденсации паров топлива, смывания масла со стенок цилиндров и разжижения масла в картере.

В заключении, несколько советов. Через 50 тысяч километров или через два года эксплуатации, охлаждающую жидкость нужно менять. Пользуйтесь только проверенной фирменной жидкостью, так как сейчас много подделок и «левая» жидкость прикончит помпу или отложит накипь везде. При смене жидкости хорошенько промывайте систему охлаждения. При утечке жидкости, устранив неисправность, доливайте в систему только охлаждающую жидкость, а не воду, иначе испортите ту, что осталась в системе. При поездках, особенно после ремонта, чаще поглядывайте на указатель температуры.

Нагрев и охлаждение электродвигателей

Правильное определение мощности электродвигателей для различных станков, механизмов и машин имеет большое значение. При недостаточной мощности нельзя полностью использовать производственные возможности станка, осуществить намеченный технологический процесс. При недостаточной мощности электродвигатель преждевременно выходит из строя.

Завышение мощности электродвигателя влечет за собой систематическую недогрузку его и вследствие этого неполное использование двигателя, работу его с низким к. п. д. и небольшим коэффициентом мощности (у асинхронных двигателей). Кроме этого при завышенной мощности двигателя возрастают капитальные и эксплуатационные затраты.

Необходимая для работы станка мощность, а следовательно, и мощность, развиваемая электродвигателем, изменяются во время работы станка. Нагрузка электродвигателя может быть охарактеризована нагрузочным графиком (рис. 1), представляющим собой зависимость мощности на валу электродвигателя, его момента или тока от времени. После окончания обработки заготовки останавливают станок, измеряют деталь и меняют заготовку. Затем нагрузочный график снова повторяется (при обработке однотипных деталей).

Читать еще:  Как установить двигатель от заз с коробкой

Для обеспечения нормальной работы при подобной переменной нагрузке электродвигатель должен развивать наибольшую мощность, требуемую в процессе обработки, и не перегреваться свыше нормы при длительной работе по данному нагрузочному графику. Допустимая перегрузка электродвигателей определяется их электрическими свойствами.

Рис. 1. Нагрузочный график при обработке однотипных деталей

При работе двигателя в нем возникают потери энергии (и мощности), что вызывает его нагрев. Часть потребляемой электродвигателем мощности расходуется на нагрев его обмоток, на нагрев магнитопровода от гистерезиса и вихревых токов, на трение в подшипниках и на трение о воздух. Потери на нагрев обмоток, пропорциональные квадрату тока, называют переменными (ΔРпер) . Остальные потери в двигателе от его нагрузки зависят мало и их условно называют постоянными (ΔРпос) .

Допустимый нагрев электродвигателя определяется наименее теплостойкими материалами его конструкции. Таким материалом является изоляция его обмотки.

Для изоляции электрических машин применяют:

• хлопчатобумажные и шелковые ткани, пряжу, бумагу и волокнистые органические материалы, не пропитанные изолирующими составами (класс нагревостойкости У);

• те же материалы, пропитанные (класс А);

• синтетические органические пленки (класс Е);

• материалы из асбеста, слюды, стекловолокна с органическими связующими веществами (класс В);

• те же, но с синтетическими связующими и пропитывающими веществами (класс F);

• те же материалы, но с кремнийорганическими связующими и пропитывающими веществами (класс Н);

• слюду, керамику, стекло, кварц без связующих веществ или с неорганическими связующими составами (класс С).

Изоляции классов У, А, Е, В, F, Н соответственно допускает предельные температуры в 90, 105, 120, 130, 155, 180° С. Предельная температура класса С превышает 180° С и ограничивается свойствами примененных материалов.

При одной и той же нагрузке электродвигателя нагрев его будет неодинаковым при разных температурах окружающей среды. Расчетная температура t0 окружающей среды равна 40° С. При этой температуре определяют значения номинальной мощности электродвигателей. Превышение температуры электродвигателя над температурой окружающей среды называют перегревом :

Расширяется применение синтетических изоляций. В частности, кремнийорганические изоляции обеспечивают высокую надежность электрических машин при эксплуатации в тропических условиях.

Тепло, выделяемое в различных частях электродвигателя, в различной степени влияет на нагрев изоляции. Кроме того, между отдельными частями электродвигателя происходит теплообмен, характер которого изменяется в зависимости от условий нагрузки.

Различный нагрев отдельных частей электродвигателя и теплообмен между ними затрудняет аналитическое исследование процесса. Поэтому для упрощения условно принимают, что электродвигатель представляет собой однородное в тепловом отношении и бесконечно теплопроводное тело. Обычно считают, что тепло, отдаваемое электродвигателем в окружающую среду, пропорционально перегреву. Излучением тепла при этом пренебрегают, так как абсолютные температуры нагрева двигателей невелики. Рассмотрим процесс нагрева электродвигателя при указанных допущениях.

При работе в электродвигателе за время dt выделяется теплота dq. Часть этой теплоты dq1 поглощается массой электродвигателя, вследствие чего повышаются температура t и перегрев τ двигателя. Остальная теплота dq2 выделяется двигателем в окружающую среду. Таким образом, может быть записано равенство

По мере повышения температуры электродвигателя возрастает тепло dq2. При некотором значении перегрева окружающей среде будет отдаваться столько тепла, сколько ее выделяется в электродвигателе; тогда dq = dq2 и dq1 = 0. Температура электродвигателя перестает повышаться, и перегрев достигает установившегося значения τу.

При указанных выше допущениях уравнение может быть записано так:

где Q — тепловая мощность, обусловленная потерями в электродвигателе, Дж/с; А—теплоотдача двигателя, т.е. количество теплоты, выделяемое двигателем в окружающую среду в единицу времени при разности температур двигателя и окружающей среды в 1oС, Дж/с-град; С — теплоемкость двигателя, т.е. количество теплоты, необходимое для повышения температуры двигателя на 1°С, Дж/град.

Разделив переменные в уравнении, имеем

Интегрируем левую часть равенства в пределах от нуля до некоторого текущего значения времени t и правую часть в пределах от некоторого начального перегрева τ0 электродвигателя до текущего значения перегрева τ:

Решая уравнение относительно τ, получим уравнение нагрева электродвигателя :

Обозначим C/A=T и определим размерность этого соотношения:

Рис. 2. Кривые, характеризующие нагрев электродвигателя

Рис. 3. Определение постоянной времени нагрева

Величину Т, имеющую размерность времени, называют постоянной времени нагрева электродвигателя. В соответствии с этим обозначением уравнение нагрева может быть переписано в виде

Как видно из уравнения при получим — установившееся значение перегрева.

При изменении нагрузки электродвигателя изменяется величина потерь, а следовательно, и значение Q. Это влечет за собой изменение величины τу.

На рис. 2 приведены кривые нагрева 1, 2, 3, соответствующие последнему уравнению, для различных значений нагрузки. Когда τу превышает величину допустимого перегрева τн, недопустима продолжительная работа электродвигателя. Как следует из уравнения и графиков (рис. 2), нарастание перегрева носит асимптотический характер.

При подстановке в уравнение значения t = 3T получим значение τ, примерно лишь на 5% меньшее τу. Таким образом, за время t = 3Т процесс нагрева практически можно считать законченным.

Если в произвольной точке с кривой нагрева (рис. 3) провести касательную к кривой нагрева, затем через ту же точку провести вертикаль, то отрезок de асимптоты, заключенный между касательной и вертикалью, в масштабе оси абсцисс равен Т. Если в уравнении принять Q = 0, получим уравнение охлаждения электродвигателя:

Этому уравнению соответствует кривая охлаждения, изображенная на рис.4.

Величина постоянной времени нагрева определяется размерами электродвигателя и формой защиты его от воздействий окружающей среды. У открытых и защищенных электродвигателей малой мощности постоянная времени нагрева равна 20—30 мин. У закрытых электродвигателей большой мощности она доходит до 2—3 ч.

Как было указано выше, изложенная теория нагрева электрических двигателей является приближенной и основана на грубых допущениях. Поэтому кривая нагрева, снятая экспериментально, существенно отличается от теоретической. Если для различных точек опытной кривой нагрева выполнить построение, показанное на рис. 3, то окажется, что значения Т возрастают по мере увеличения времени. Поэтому все расчеты, производимые по уравнению следует рассматривать как приближенные. В этих расчетах целесообразно использовать постоянную Т, определенную графически для начальной точки кривой нагрева. Это значение Т является наименьшим и при его использовании обеспечивается некоторый запас мощности двигателя.

Рис. 4. Кривая охлаждения электродвигателя

Кривая охлаждения, снятая экспериментально, еще более отличается от теоретической, чем кривая нагрева. Постоянная времени охлаждения, соответствующая отключенному двигателю, значительно больше постоянной времени нагрева вследствие уменьшения теплоотдачи при отсутствии вентиляции.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector