Σπίτι > Ειδήσεις > Περιεχόμενο
Ψύξη με ηλεκτρικό κινητήρα
Aug 22, 2017

Η ψύξη ενός ηλεκτροκινητήρα μελετάται σε αυτό το παράδειγμα.    Ο κινητήρας αποτελείται από περιστρεφόμενα και ακίνητα μέρη.    Θερμαίνεται λόγω της μεταφοράς θερμότητας από τον κινητήρα στον οποίο είναι τοποθετημένος και λόγω της θέρμανσης με τριβή στα έδρανα άξονα.    Η ψύξη πραγματοποιείται με πηνία τοποθετημένα στο περίβλημα και σε μικρότερο βαθμό από το διάκενο αέρα μεταξύ των περιστρεφόμενων και των ακίνητων στοιχείων

Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι απαιτείται πρόσθετη ψύξη για τον συγκεκριμένο σχεδιασμό κινητήρα και κινητήρα.

 

Το καθήκον της παραγωγής κατανεμημένης ισχύος επιτυγχάνεται γενικά από ένα σετ γεννήτριας που αποτελείται από έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης (IC) συνδεδεμένο με έναν ηλεκτροκινητήρα. Η ψύξη των ηλεκτρικών κινητήρων είναι ένα δύσκολο έργο. Εκτός από τη θερμότητα που απελευθερώνεται από τα πηνία, οι κινητήρες λαμβάνουν πρόσθετη ροή θερμότητας από τον συνδεδεμένο κινητήρα IC. Το διάκενο αέρος, το οποίο περιορίζεται μεταξύ του ρότορα και των σταθερών εξαρτημάτων (στάτης και περίβλημα), είναι γενικά πολύ μικρό και δεν συμβάλλει σημαντικά στη διαδικασία ψύξης.

Όταν συμβαίνει αυτό, το νερό ψύξης κυκλοφορεί μέσα από τα πηνία του περιβλήματος του κινητήρα για να απορροφήσει τη θερμότητα.   Αυτό το παράδειγμα προσομοιώνει μία τέτοια κατάσταση και προβλέπει την κατανομή θερμικού φορτίου σε διάφορα στοιχεία του ηλεκτροκινητήρα. Τα υπολογιστικά αποτελέσματα παρέχουν λεπτομερή εικόνα της διαδικασίας ψύξης του κινητήρα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καθοδήγηση του σχεδιασμού εναλλακτικών στρατηγικών για την αποτελεσματική ψύξη του κινητήρα.

2010072311532334925.jpg

Χρησιμοποιώντας το FLUENT, αναλύεται ένας περιοδικός τομέας 30 μοίρες του κινητήρα.    Ο τομέας υπολογισμού (Σχήμα 1) αποτελείται από τον άξονα του κινητήρα, τον στροφέα, τον στάτορα, τους μαγνήτες, το περίβλημα του κινητήρα και τους προσαρμογείς άξονα και περιβλήματος, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για τη στερέωση του κινητήρα στον κινητήρα. Ο στάτορας, που δεν φαίνεται στο σχήμα, βρίσκεται εντός του ρότορα και του περιβλήματος, που εκτείνεται από την περιοχή κάτω από τους μαγνήτες στην περιοχή εντός του εξωτερικού τμήματος του περιβλήματος του κινητήρα. Έχει μια διατομή με το σχήμα του   γράμμα "Ι".    Με την εξαίρεση του στάτορα, όλα τα στερεά κινητά στοιχεία προσομοιώνουν ως αγωγούς τοίχους (στερεές ζώνες), κατά μήκος των οποίων λύνεται η εξίσωση ενέργειας.

Ο ρότορας διαχωρίζεται από το περίβλημα του κινητήρα και τον στάτορα από κενό αέρα (μπλε). Περιέχει ένα ζευγάρι μαγνητών (κόκκινο) που περιστρέφεται με το ρότορα. Ο κινητήρας είναι βιδωμένος στον κινητήρα με προσαρμογείς περιβλήματος και άξονα. Οι βίδες που χρησιμοποιούνται για τις συνδέσεις, με διατομές που φαίνονται πράσινες, μεταφέρουν σημαντική ποσότητα θερμότητας από τον κινητήρα στον κινητήρα. Οι παρεμβύσματα μεταξύ των προσαρμογέων και των βάσεων κινητήρα χρησιμοποιούνται για την ελαχιστοποίηση αυτής της μεταφοράς θερμότητας.

2010072311540031867.jpg

Οι οριακές συνθήκες μεταφοράς θερμότητας εφαρμόζονται στις εξωτερικές επιφάνειες του περιβλήματος. Οι σπείρες ψύξης, συναρμολογημένες στο περίβλημα του κινητήρα, διαμορφώνονται επίσης χρησιμοποιώντας αυτήν την οριακή κατάσταση. Οι θερμοκρασίες καθορίζονται στις επιφάνειες του προσαρμογέα. Οι όψεις των επιφανειών του προσαρμογέα που καλύπτονται με παρεμβύσματα διαμορφώνονται χρησιμοποιώντας την οριακή κατάσταση θερμικής αντοχής λεπτού τοιχώματος. Αυτή η ειδική οριακή κατάσταση επιτρέπει μια λεπτή στρώση   του αγώγιμου υλικού (του παρεμβύσματος) μεταξύ του εξωτερικού ορίου (του κινητήρα) και των ζωνών υγρού ή αγώγιμου τοιχώματος (προσαρμογείς) στο εσωτερικό του τομέα.    Οι κυκλικές επιφάνειες που συνδέουν το μπουλόνι περιγράφονται με σταθερές συνθήκες θερμοκρασίας.    Οι επιφάνειες του στάτορα αντιμετωπίζονται ως εξωτερικά όρια με μεταβαλλόμενη θερμοκρασία στην ακτινική κατεύθυνση.

Το σχήμα 2 δείχνει τα περιγράμματα θερμοκρασίας στον άξονα και στο περίβλημα του κινητήρα.    Τα περιγράμματα θερμοκρασίας απεικονίζουν την εισροή θερμότητας στα εξαρτήματα αυτά από τον κινητήρα. Τα περιγράμματα της θερμοκρασίας στον δρομέα φαίνονται στο σχήμα 3. Υψηλότερη θερμοκρασία μπορεί να παρατηρηθεί στην κάτω δεξιά γωνία (και σε μικρότερο βαθμό στην κάτω αριστερή γωνία) του δρομέα. Αυτό οφείλεται κυρίως στη θέρμανση από τον προσαρμογέα άξονα και εν μέρει λόγω της πηγής θερμότητας που περιλαμβάνεται για να αντιπροσωπεύει τη θέρμανση με τριβή στη θέση των εδράνων άξονα. Τα περιγράμματα θερμοκρασίας στους μαγνήτες φαίνονται στο Σχήμα 4. Εικονογραφούν ότι οι περιοχές που βρίσκονται πλησιέστερα στον κινητήρα (κάτω δεξιά) λαμβάνουν ανεπαρκή ψύξη σε σύγκριση με αυτά που υπάρχουν αλλού.

2010072311550168396.jpg2010072311551357133.jpg

Συνοπτικά, μια ανάλυση CFD ενός ηλεκτροκινητήρα τοποθετημένου σε έναν κινητήρα IC έχει δείξει ότι τα πηνία νερού είναι αποτελεσματικά στην ψύξη μόνο μέρους του τμήματος κινητήρα - αυτό που

είναι πιο μακριά από τον κινητήρα. Οι περιοχές των κινητήρων που βρίσκονται πλησιέστερα στον κινητήρα (μαγνήτες, ρότορα και περίβλημα) έδειξαν σταθερά υψηλότερες θερμοκρασίες λόγω της άμεσης εισροής θερμότητας μέσω των προσαρμογέων και της θέρμανσης με τριβή στα έδρανα. Τα υπολογιστικά αποτελέσματα έδειξαν ότι θα χρειαζόταν πρόσθετη προστασία ψύξης ή θερμότητας στους προσαρμογείς περιβλήματος για να αποφευχθεί ζημιά στους μαγνήτες στην πλευρά του κινητήρα. Επιπλέον, η υψηλότερη ροή ψυκτικού μέσου από τον πλευρικό σωλήνα του κινητήρα θα οδηγούσε σε καλύτερη ψύξη στην πλευρά του κινητήρα του κινητήρα.