Расчет гибкого индуктора для нагрева элементов судовых электрических машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет гибкого индуктора для нагрева элементов судовых электрических машин

Сологуб Николай Прохорович, кандидат наук, профессор, профессор

Морской Государственный Университет им. адм. Г.И. Невельского

Представлена методика выбора кабеля для проведения нагрева элементов судовых электрических машин индукционным методом при помощи гибкого индуктора.

При некоторых неисправностях электродвигателей необходим демонтаж таких узлов, как подшипники, втулки, муфты, шестерни и т. д. После ремонта или замены таких деталей для насаживания их на вал, т. е. перед монтажом, эти детали должны быть нагреты до температуры не менее 90 °С.

В настоящее время существует несколько способов нагрева деталей [1], таких, как нагрев в баке, наполненном трансформаторным маслом, ацетиленовой горелкой или электроподогревателем. Подшипники нагревают также с помощью специального трансформатора с разъемным магнитопроводом. В качестве вторичной обмотки трансформатора используют кольца подшипника, установленные на сердечник.

В судовых условиях самым распространенным способом нагрева является нагрев в масляной ванне, т. к. использование ацетиленовых горелок с открытым огнем на судне недопустимо, но и работа с маслом также не безопасна. Во-первых, это высокая вероятность получения ожогов, например, во время качки судна масло можно пролить на открытые участки тела человека, также весьма неудобно доставать из емкости с маслом нагретую до 100 °С и выше деталь. Во-вторых, не исключается возможность возникновения пожара, т. к. пролитое масло с температурой более 100 °С легко может спровоцировать возгорание. Помимо факторов безопасности для человека и судна у этого метода есть ряд технических недостатков: эти ванны громоздки, подшипники в них нагреваются длительное время и неравномерно: сильнее нагревается та его часть, которая ближе расположена к обогревателю. Нагрев масла требует дополнительного времени и затрат электроэнергии. Все недостатки этого способа приводят к тому, что требуется применение специальной одежды и рукавиц; помещение должно быть специально оборудовано в плане пожаро-безопасности, т. е. машинное отделение судна мало пригодно для таких работ.

Нагрев деталей с помощью электроподогревателей производится, как правило, не в судовых условиях, а в тех случаях, когда этот процесс имеет масштабный характер, например, в ремонтных мастерских.

Также в [1] предложен один из методов индукционного нагрева подшипников качения. Это устройство изображено на рисунке 1.

Рисунок 1. Индукционный нагреватель

нагрев индукционный судовой кабель

Подшипник 2 кладут на огнестойкую асбестоцементную плиту 1 аппарата, откинув верхний сектор кольцевого магнитного сердечника 3, укрепленный на латунном шарнире 4.

На нижней части сердечника расположена первичная обмотка 5 с отпайками на 100, 150, 200 витков. Для изготовления сердечника аппарата могут быть использованы сердечники сгоревших трансформаторов тока. Вторичной обмоткой трансформатора служат кольца подшипника, представляющие короткозамкнутый виток. Первичная обмотка аппарата подключается к сети переменного тока через стандартный трансформатор на напряжение 380-220/36-12 В мощностью 250 Вт. Метод индукционного нагрева применим для подшипников любых размеров.

Изделие, описанное выше, позволяет нагревать подшипники с внутренними диаметрами от 50 до 110 мм. Масса такого аппарата около 5 кг. Нагрев осуществляется в 3 раза быстрее, чем в масляной ванне.

Из всех ранее рассмотренных способов нагрева деталей последний может показаться наиболее привлекательным, но и он имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, это неравномерный нагрев детали, т. к. из-за вихревых токов индукция будет распространяться неравномерно по подшипнику, следовательно, максимальный нагрев будет возле магнитопровода, и чем дальше от него, тем деталь будет хуже греться. Во-вторых, таким способом практически можно греть только подшипники, и только определенного размера. Такой аппарат весьма тяжело сделать в судовых условиях, а оборудовать каждое судно устройством для нагрева подшипника весьма невыгодно с экономической точки зрения.

Наиболее перспективным следует считать метод индукционного нагрева с помощью гибкого индуктора [2]. При помощи гибкого индуктора можно нагревать подшипники любых размеров, бандажные кольца, различные втулки, муфты, шестерни и т. п. Этот метод весьма прост в применении, не требует громоздкого, дорогого и специального оборудования и одновременно является безопасным для человека и судна в целом. Индукционный нагрев при помощи гибкого индуктора позволяет довольно быстро получить высокую температуру нагрева, более 100 °С. Это является необходимым условием технологически правильного монтажа детали на вал, при этом можно добиться равномерного нагрева всей детали путем равномерного расположения индуктора по всему периметру детали. При таком способе нагрева можно легко менять степень нагрева, его интенсивность путем изменения количества витков и их длины. Также одним из немаловажных факторов является тот, что после нагрева до требуемой температуры деталь остается сухой и чистой, что в свою очередь позволяет без особых усилий нанести смазку на разогретую деталь.

Для проведения нагрева деталей электрических машин индукционным методом при помощи гибкого индуктора [1] необходимо выбрать кабель или провод, который будет использован в качестве гибкого индуктора.

Чтобы сделать правильный выбор, необходимо учитывать такие факторы, как величина тока, при которой нагревается деталь, температура среды, в которую помещен кабель, а также определить длину кабеля, достаточную для успешного нагрева детали до требуемой температуры.

При проведении экспериментальных разогревов образцов было установлено, что величина тока при нагреве образцов при заданной мощности лежит в пределах от десяти до пятнадцати ампер, а для сокращения времени нагрева эти значения могут быть увеличены. При таких значениях тока рекомендуемое сечение кабеля составляет S = 1,5 ? 2,5 мм2.

При выборе марки кабеля или провода следует учитывать, что при нагреве детали в теплом ящике гибкий индуктор нагревается до той же температуры, что и поверхность образца, то есть до Т = 100 °С.

В связи с этим рекомендуется использовать провода марок ПРГ, ПРД с резиновой изоляцией с температурой эксплуатации до + 150 °С, а также провод марки РКГМ с кремнийорганической изоляцией, которая может эксплуатироваться при температуре до + 180 °С. Кроме этого, возможно применение других проводов и кабелей с изоляцией класса не менее В.

Необходимая длина кабеля, используемого в качестве гибкого индуктора, определяется по формуле

(1)

где w -- число витков кабеля, lv -- длина одного витка, 0,75 -- коэффициент, учитывающий длину выводов питающих концов из теплого ящика.

Число витков кабеля определяется как

,

где wt -- требуемое число витков индуктора, we -- число эффективных жил кабеля.

Так, например, требуемое число витков индуктора для нагрева для подшипника № 315 wt = 48 [3]. Так как при эксперименте использовался кабель КНР 3?1,5, то

.

При длине одного витка lv = 0,2 м

м.

Например, таким способом определим необходимую длину кабеля для индукционного нагрева подшипника [3] и муфты [4].

При использовании для муфты провода КНР 1?1,5 с числом витков wt = 18, получим

.

При длине одного витка lv = 0,24 м находим Lkab

м.

Для подшипника

.

При длине одного витка lv = 0,1 м находим

м.

Заметим, что существенного снижения длины кабеля можно добиться при применении многожильных кабелей, например, пяти- или семижильных. При этом коммутацию жил следует производить, как показано на рисунке 2, это приводит к многократному увеличению реальных витков индуктора при той же длине кабеля.

Рисунок 2.

На основании исследований могут быть получены необходимые данные для нагрева конкретных изделий. Результаты исследований могут быть рекомендованы, в частности, судоремонтным предприятиям и организациям, занимающимся ремонтом судового оборудования.

Список литературы

1. Виноградов Н. В. Ремонт крупных электрических машин: Учеб. пособие для повышения квалификации рабочих на производстве. М.: Высшая школа, 1971. - 176 с.

2. Сологуб Н.П. «Гибкий индуктор». Свидетельство Роспатента полезную модель № 1591 от 16.01.96г.

Размещено на Allbest.ur