Нагрев и охлаждение двигателей
Допущения:
1. Двигатель рассматривается, как однородное тело, имеющее бесконечно большую теплопроводность и одинаковую температуру во всех точках.
2. Теплоотдача во внешнюю среду пропорциональна первой степени разности температур двигателя и окружающей среды;
3. В процессе нагрева двигателя температура окружающей среды не изменяется.
4. Теплоемкость двигателя и его коэффициент теплоотдачи не зависят от температуры двигателя.
Уравнение теплового баланса
, (14.5)
то есть потери мощности в двигателе распределяются на тепло, запасенное в двигателе, и тепло, отведенное в окружающую среду. Иначе,
, (14.6)
где
А – теплоотдача двигателя, Дж/с·˚С;
С – теплоемкость двигателя, Дж/˚С;
-превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды, ˚С.
Решение уравнения (2):
, (14.7)
где
τуст – установившееся превышение температуры двигателя, ˚С;
Тн – постоянная времени нагрева двигателя, с.,
. (14.8)
Кривые 1, 2 нагрева двигателя на рисунке 14.2 иллюстрируют процесс нагрева двигателя при пуске с различной нагрузкой, кривая 3 - процесс увеличения нагрузки на валу машины. ТН определяется по касательным, проведенным к соответствующим кривым.
На рисунке 14.3 приведены кривые охлаждения двигателя для случаев снижения нагрузки (кривая 1) и отключения двигателя от сети при различной нагрузке (кривые 2,3).
Найденные закономерности позволяют выделить типовые режимы работы двигателей по нагреву.
Продолжительный режим работы двигателя (S1) – режим работы двигателя при неизменной нагрузке, продолжающийся столько времени, что температура двигателя достигает установившегося значения. Этому режиму соответствует условие tР >3TН (рисунок 14.4).
При кратковременном режиме работы (S2) за время работы tР перегрев двигателя не успевает достичь установившейся величины, а за время паузы t0 двигатель охлаждается до температуры окружающей среды (рисунок 14.5). При этом tР < 3TН, а t0 >3TН.
Повторно-кратковременный режим (S3) соответствует условиям tР < 3TН, t0 <3TН, т.е. за время работы перегрев не достигает τУСТ, а за время паузы не становится равным нулю (рисунок 14.6).
При достаточно долгом повторении циклов процесс устанавливается, т.е. температура перегрева в начале и конце цикла одинакова и ее колебания происходят около среднего уровня τСР. Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения ε или ПВ:
; . (14.9)
При повторно-кратковременном режиме ограничивается как ε (ε ≤ 0.6), так и время цикла (tЦ ≤10 мин.).