Вентиляция тяговых двигателей

Нагревание электрических машин - основной фактор, определяющий их номинальные мощности и токи. Температура, которой достигает части машины, зависит не только от количества тепла, выделяющегося в ней ежесекундно, но и от условий отвода его. Поэтому интенсивность охлаждения современных тяговых двигателей существенно влияет на их габаритные размеры при задан ной мощности, или, что то же самое, на значение мощности при заданных габаритных размерах. В качестве охлаждающей среды для тяговых машин всегда используют воздух. Интенсивность вентиляции оценивается коэффициентом вентиляции в процентах - отношением мощности продолжительного режима двигателя к его часовой мощности Коэффициент вентиляции электровозных тяговых двигателей с независимой вентиляцией равен 85-88%, а двигателей электропоездов с самовеитиляцией - 70-74%.

При независимой вентиляции воздух для охлаждения внутреннего пространства двигателя поступает от специального вентилятора, приводимого во вращение отдельным электродвигателем, независимо от скорости движения электровоза. При самовеитиляции вентилятор представляет собой неотъемлемую часть тягового двигателя, который является приводом вентилятора.

В случае независимой вентиляции количество продуваемого воздуха, его напор, периодичность подачи не зависят от режима работы тягового двигателя, и их можно регулировать произвольно Это наиболее совершенная система вентиляции При самовеитиляции работа вентилятора зависит от режима работы двигателя, т. е. практически регулировке не поддается. Объем прогоняемого через двигатель воздуха в этом случае определяется конструкцией вентилятора и его аэродинамической характеристикой при различной частоте вращения якоря

При независимой вентиляции тяговых двигателей применяют исключительно нагнетательные вентиляторы, так как в этом случае воздух во внутреннем пространстве двигателя находится под избыточным давлением, что уменьшает опасность проникновения пыли и снега через выходные отверстия. Центробежный вентилятор 2 (рис. 100, а и б) забирает воздух через сетку 1 и лабиринтные жалюзи 6 в боковых стенках кузова. Проходя через жалюзи, воздух очищается от капельной атмосферной влаги и крупных частиц пыли, затем он направляется вверх через окно 7 в потолке фор-камеры, а после этого - вниз в камеру индуктивных шунтов 8 и вентиляторами по воздуховодам 3, 4 я 5 нагнетается в тяговые двигатели, через отверстия в их остовах воздух выбрасывается в атмосферу.

На секциях электровозов ВЛ10, ВЛ10^У, ВЛ11 независимая вентиляция тяговых двигателей осуществляется одним центробежным вентилятором с электродвигателем 9 (рис. 100, в) При поворотах потока воздуха после прохода через жалюзи происходит дополнительная инерционная очистка воздуха от влаги, снега и пыли, которые осаждаются на пол фор-камеры. На электровозах ЧС2 и ЧС4 воздух забирается вентиляторами через фильтры, установленные в средней части кузова, которые образуют как бы фонарь, покрытый сверху крышей. Через боковые проемы фонаря проходит воздух. Чтобы влага не попадала в кузов, на стоянках фильтры прикрывают заслонками, для чего поворачивают рукоятку ручного привода.

В тяговых двигателях постоянного и пульсирующего тока с независимой вентиляцией воздух поступает в машины обычно со стороны коллектора. Это позволяет использовать коллекторную камеру для более равномерного распределения параллельных воздушных потоков внутри двигателя. Однако иногда предусматривают поступление воздуха и со стороны, противоположной коллектору (тяговые двигатели типа АЬ48462Т и др.). Внутри двигателя воздух чаще всего движется двумя струями. Одна из них, омывая коллектор и проходя между катушками главных и добавочных полюсов, выходит наружу через отверстия в противоположной стороне остова. Другая направляясь через внутренние каналы якоря, охлаждает сердечник якоря и выходит наружу через отверстия, расположенные на стороне, противоположной коллектору. Такая вентиляция двигателя наиболее эффективна и проста. На электровозах ВЛ80^Р, ВЛ81, ВЛ84 и др. выполняется частичная рециркуляция охлаждающего воздуха в зимний период и сезонная регулировка его расхода в летний. Это позволило снизить почти в 2 раза количество забираемого наружного воздуха, повысить эффективность его очистки и уменьшить расход

Рис. 100 Схемы вентиляции тяговых двигателей на электровозах ВЛ8 (а), ВЛ23 (б),

ВЛ80^К, ВЛ80^Т, ВЛ80^С (в)

электроэнергии на вентиляцию. В летнем режиме эксплуатации система вентиляции обеспечивает полный номинальный расход воздуха на охлаждение и выброс воздуха в кузов, необходимый для создания противодавления в нем.

Независимая вентиляция может быть выполнена как групповой, так и индивидуальной. Первая система более распространена на электровозах с двигателями опорио-осевого подвешивания. Ее преимущество в сравнении с индивидуальной - меньшее число вентиляторов (один на два - четыре тяговых двигателя), а недостаток - большие потери напора воздуха в воздуховодах и трудности с его равномерным распределением по отдельным машинам. Индивидуальную независимую вентиляцию чаще всего применяют при рамной подвеске двигателей, когда весь блок вентилятора может быть установлен непосредственно на остове тягового двигателя без соединительных патрубков.

Тяговые двигатели с самовентиляцией имеют параллельную вытяжную вентиляцию, поток воздуха направлен от коллектора к противоположной стороне (кроме двигателя ДК-ЮОА, где применена последовательная вентиляция). Вентилятор на всех двигателях моторвагонного подвижного состава располагают на стороне, противоположной коллектору, так как при этом существенно упрощается конструкция двигателя, облегчается его ремонт.

Самовентиляция по направлению воздушного потока в двигателе мало от личается от принудительной при независимой подаче воздуха. Отличие состоит лишь в том, что в двигателе создается разрежение: это способствует прониканию в него пыли и снега. Поэтому на электропоездах воздух обычно забирается через жалюзи, находящиеся над входными дверями в крыше моторного вагона, в фильтровые отстойные камеры. Из этих камер по вертикальным каналам, расположенным в пассажирском помещении вдоль наружных стен тамбурных шкафов, по подвагонным каналам через гибкие соединения (брезентовые рукава) воздух направляется к тяговым двигателям. Объем отстойных камер велик, и скорость воздушного потока в них резко падает, вследствие чего из воздуха выпадают все взвешенные в нем примеси. Этому способствуют также специальные перегородки - барьеры, установленные при входе в вертикальные вентиляционные желоба и соединительные гибкие патрубки.

Расход воздуха (?, продуваемого через машину с независимой вентиляцией, при продолжительном режиме ее работы должен быть таким, чтобы отводилось тепло, возникающее в ней от потерь на нагрев, и она работала бы с установившимся превышением температуры, соответствующим нормам (государственным стандартам). При этом расход воздуха, м³/мин,

<2 = 2Р^/(с_вТвД0_в) = 2Р^/(11ООД0_В),

где 2Р’п - потери, Вт; с_в - плотность воздуха при давлении 75,3 МПа и тем пературе 50 °С, равная 1,1 кг/м³; у_в- удельная теплоемкость воздуха, равная 1000 Вт>с/кг°С; Л0_В- температура подогрева воздуха при прохождении через машину, °С.

Температура Д0_В зависит от эффективности вентиляции. Расход охлаждающего воздуха также можно оценить количеством охлаждающего воздуха на 1 кВт потерь мощности машины (без потерь в подшипниках), т. е. величиной, м³/(мии-кВт),

к_в= <?/(2Я'_св)-

Правильный выбор эффективности вентиляции имеет существенное значение. При недостаточной вентиляции повышается нагрев обмоток двигателя, т. е. ограничивается его мощность; усиленная вентиляция приводит к излишней затрате энергии и снижению к. п. д. машины. Например, увеличение количества воздуха для вентиляции одной и той же машины на 20, 50 и 100% снижает температуру ее нагрева приблизительно на 4, 7 и 15% при увеличении напора соответственно на 45, 135 и 300%. Опытом эксплуатации тяговых двигателей установлено, что наиболее рациональная эффективность вентиляции для машин с независимой вентиляцией получается при к_в=2,1 Ч- 2,7 м³/(мин-кВт). Этому соответствует превышение температуры нагрева воздуха, равное 22-г--4- 25 °С.

Для машин с самовентиляцией количество охлаждающего воздуха определяют аэродинамическим расчетом. Из-за ограниченности размеров встроенного вентилятора эффективность вентиляции в этих машинах существенно ниже: к_в - 1,3 1,6 м³/(мин-кВт). В этих машинах Д0_В = 30 35 °С.