发热与散热计算
发热与散热计算
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发热与散热计算 |
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(1)偶合器运转时产生的热量 偶合器在运转中存在滑差和机械效率，因而有功率损失并转化为油的热量，其值为： Q＝3600000[Ps+Pe(1-ηm)] (J/h) (1) 式中 Ps——偶合器的功率损失，kW，可按表1选定； ηm——偶合器的机械效率，按表“设计原始参数及其分析”中表2确定； Pe——偶合器所传的额定功率，kW |
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表1 功率损失Ps的确定 |
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偶合器型式 |
牵引型，限矩型 |
调 速 型 |
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负荷型式 |
长期运转于额定工况 |
负荷功率 P2 随转速 n2 的变化关系 |
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P2∝n2(或P2∝i) |
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负荷实例 |
运输机，破碎机 |
离心泵、离心鼓风机 |
往复机、提升机 |
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滑差损失值和计算公式 |
PS＝S*Pe |
PS＝(i2-i3)Pe |
PS＝(1-i)Pe |
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PS随i的变化规律 |
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最大滑差损失PSmax |
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PSmax＝0.148Pe |
PSmax＝Pe |
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与PSmax对应的偶合器转速比 |
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i＝0.666 |
i＝0 |
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注：Pe——原动机的额定功率，kW。 |
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(2)风冷散热及限制 对于功率损失不大的偶合器，可以通过旋转壳体向大气散热，但发散的功率不应超出下图的限制，否则油的温升将超过65℃ 风冷散热片面积，可由下确定：
式中 ξ——油到空气的传热系数，J/(m2·h·℃)，在壳体旋转和通风良好时，ξ可达2.93×105J/(m2·h·℃)，此时油温为90℃； Q——偶合器的散热量，J/h，由式(1)确定； t 和t1——工作油温度和环境温度，℃
油的温升不超过65℃时，风冷偶合器PS许用值 |
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(3)冷却供油系统与设备计算 中大功率偶合器必须有冷却供油系统，其作用是：带走偶合器因滑差和其他机械损失而产生的热量；实现偶合器的无载或空载启动，接合和脱离，无级调速以及供油量的自动控制；润滑偶合器各轴承和传动齿轮；有时还供应电动机和工作机的润滑系统，等等 1)供油泵的排量qc与压头
式中Q——偶合器的散热量，J/h，由式(1)确定； cp——工作油比热容，J/(kg·℃)，对20号机械油和22号透平油常数cp＝1884~2303［J/(kg·℃)］； Δt——进出偶合器工作油温差，℃，常取Δt＝15~35℃； ρ——工作油密度，对20号机械油和22号透平油，在油温70℃时，可取ρ＝860~870kg/m3 供油泵的压力，应在偶合器进口处保证不低于(0.4~1)×105Pa，过低进口压力会使偶合器供油不足，滑差大大增加，影响正常运转 2)冷却器传热面积F
式中Q——偶合器运转中最大散热量，J/h，由式(1)确定； K——油到水之间的传热系数，J/(m2·h·℃)；视冷却器的结构而定，对管式结构 K＝(628~1047)×103J/(m2·h·℃)，对板式结构K＝(837~2930)×103J/(m2·h·℃)； t1，t2——工作油进、出冷却器温度，℃； τ1，τ2——冷却水进、出冷却器温度，℃。 偶合器的出口油温，一般不超过70~75℃。对于大功率偶合器，如果工作油和润滑油分别带有冷却器，则对润滑油温限制在70℃以下的同时，工作油温可提高到85~100℃，以提高冷却效果和减小冷却器的传热面积。 3)冷却器所需的水量qL
式中Q——偶合器运转中最大散热量，J/h，由式(1)确定； c——水的比热容，J/(kg·℃)，c＝4186.8［J/(kg·℃)］； Δτ——冷却器进出口水的温差，℃，管式一般3~5℃，板式一般5~10℃； ρ——水的密度，ρ＝1000kg/m3。 |
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(4)勺管排油系统 偶合器设置勺管的目的是为了实现无级调速，也是偶合器排(或进)油的一种可靠的办法，目前普遍采用。 当偶合器辅油室中旋转油环自由液面与勺管进口截面中心一致时，油的动能转变为位能，在迎流孔口处所产生的压头为
当勺管孔口伸下油环自由液面之下时的压头为
式中ux——油环在勺管孔口处圆周速度，m/s； u0——油环自由液面处的圆周速度，m/s； Hx，H'x——距偶合器轴中心线距离为Rx时勺管孔口压头；当ux＝u0时，H'x＝Hx。 在这一压头作用下，工作油经勺管、排油腔体内通道和管路流回油箱(或进入偶合器流道)，并克服在流动过程中所遇到的各种阻力损失。在设计中，应使勺管的排油能力不低于供油泵所能供应的能力(可按表2计算) |
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表2 勺管所耗功率和移动勺管之力的计算 |
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勺管头摩擦阻力系数ξ随Re的变化关系 |
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名 称 |
公 式 和 参 数 选 择 |
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管头浸在油环中的雷诺数Re |
ux——半径为Rx油环的圆周速度，m/s；dt——勺管头外径，m；υ——油的运动黏性系数，m2/s |
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管头在油环中的摩擦阻力系数ξ |
ξ＝f(Re) 按Re如图中的曲线 |
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管头在油环中的摩擦损失ht/kPa |
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管头在油环中的摩擦阻力F1/N |
F1＝ρhtf ρ——油的密度，kg/m3；f——垂直于ux的管头横截面积 |
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因勺出液体而在管头上产生的力F2/N |
F2＝ρqcux qc——供油泵排量，m3/h，见式(2) |
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作用在勺管头上的力F/N |
F＝F1+F2 |
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原动机消耗在勺管上的功率Nt/kW |
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执行机构移动勺管时所需的最大力Pmax/N |
Fmax——作用在管头上的最大力，发生在Rxmax时，N；L——勺管伸出支座的最大长度，m；l——支座长度，m；μ——摩擦系数，常取μ＝0.06 |
