Диссертация (785746), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Высшие гармоники тока приводят к увеличению потерь энергии в питающихсетях и негативно сказываются на функционировании электрооборудования. Нарис. 5.6 представлены осреднённые значения коэффициентов искажения для токаи напряжения в процессе нагрева.Рис.
5.6. Осредненные значения коэффициентов искажения для тока КI и напряжения KU при пусковом нагревеДля количественной оценки искажений получены данные о процентном составе первых девяти гармоник тока и напряжения, представленные в табл. 5.2.Отрицательные последствия загрузки сетей высшими гармониками изученыв работе [80]. В России предельно допустимые нормы эмиссии высших гармоникустанавливает ГОСТ Р 32144-2013 [81], в котором для напряжения до 380 В ограничены значения КU ≤ 3%; КI ≤ 8%.133За счет поддержания температуры локализатора и непрерывной работы регулятора в режиме уничтожения, гармоническое искажение возрастает примернов 2 раза по сравнению с режимом нагрева.Из полученных данных видно, что в питающей сети гармоническое искажение превышает значения, установленные стандартом (в пусковом нагреве КI =30%, КU = 55%, в режиме уничтожения КI = 63%, КU = 93%.).Таблица 5.2.
Гармонический состав тока и напряжения№ гармоники1 (осн.)3579Гармоники тока, %(нагрев / уничтожение)100/10024/5612/226/152/7Гармоники напряжения, %(нагрев / уничтожение)100/10035/7420/3112/243/8Данное обстоятельство требует снижения уровня генерируемых в сеть гармоник, для чего используются различные способы их пассивного и активного подавления [80].5.4. Исследование температурных параметров локализатораС учетом низкой производительности используемого компрессора ВК–20А,недостаточной для интенсивного охлаждения индуктора, температурные характеристики исследовались в режиме пускового нагрева со слабым охлаждением. Врезультате получены графики (рис. 5.7) нагрева наружной и внутренней поверхностей локализатора и индуктора Тобм.Как видно из графиков, с увеличением толщины стенки локализатора увеличивается время нагрева до требуемой температуры.
Для достижения температуры 450°С в нижней, самой толстой части локализатора (Т1), наружная поверхность (Т4) должна иметь температуру 500°С, что согласуется с результатами моделирования.134Рис. 5.7. Температура локализатора в разных сечениях при пусковом нагревеЭксперименты подтвердили возможность нагрева локализатора с переменной толщиной стенок до требуемой для уничтожения боеприпасов температуры.Из-за переменной толщины стенки внутренняя поверхность локализатора имеетразный перепад температуры.
Однако, на полноту уничтожения боеприпасов наиболее существенно влияет перепад температуры по длине локализатора в нижнейчасти (рис.5.7, точка 1).Для оценки температурного поля внутри локализатор при помощи тепловизора сделаны термограммы внутренней поверхности локализатора (рис. 5.9) припусковом нагреве. На рис. 5.8 приведена фотография внутренней поверхности локализатора и соответствующая ей термограмма.Рис. 5.8. Схема определения перепада температуры по длине внутреннейповерхности локализатора1350 мин60 мин270 мин330 мин120 мин390 мин180 мин450 минРис.
5.9. Термограммы внутренней поверхности локализатора припусковом нагревеДля определения перепада температуры по длине внутренней поверхностилокализатора в программе FLIR ResearchIR строились отрезки в разных сеченияхТ1, Т2, Т3 (рис. 5.8), соответствующие его длине. Вдоль отрезков программойвычислялась температура по длине локализатора. После обработки всех термограмм получены графики температуры по длине внутренней поверхности локализатора в процессе пускового нагрева, соответствующие толщине стенки S = 60,100 и 120 мм (рис.
5.10).Рис. 5.10. Графики температуры по длине внутренней поверхности локализаторапри пусковом нагреве136Из рис. 5.10 видно, что вначале процесса нагрева происходит прогрев средней части локализатора, затем происходит перераспределение температуры по локализатору и перепад уменьшается. По полученным графикам вычислен максимальный перепад температуры по длине локализатора, зависимость которого отвремени пускового нагрева представлена на рис.
5.11.Рис. 5.11. Перепад температуры по длине локализатора в процессе нагрева(расчет и эксперимент)Из рис. 5.11 видно, что вначале перепад температуры возрастает, затем, после 5 часов происходит усреднение температуры при ступенчатом нагреве локализатора. При достижении температуры на наружной поверхности локализатора500°С температура по длине выравнивается и перепад уменьшается.5.5. Исследование энергетических параметров индуктораДля определения электрических потерь Pин в индукторе использовался метод калориметрирования, при котором количество выделяющегося в индукторетепла определялось как количество тепла, которое забирает охлаждающий воздухза вычетом тепловых потерь Pпот.Pин= срρG(Тк –Тн) – Pпот ,(5.1)где ср, ρ, G – удельная массовая теплоемкость, плотность и расход охлаждающеговоздуха соответственно, Тн, Тк – начальная и конечная температуры воздуха.
Теп-137лофизические свойства (плотность, теплоемкость) воздуха рассчитывались поформулам (2.22) и (2.25).Потери в индукторе Pин можно разделить на потери в жиле Pжил, возникающие при прохождении электрического тока, и потери в оболочке, Pоб, обусловленных нагревом вихревыми токами.Pин = Pжил + Pоб(5.2)Потери в жиле рассчитывались по закону Джоуля-Ленца:Pжил=I2·R,(5.3)где I, R – ток и активное сопротивление индуктора.Основная сложность при калориметрировании заключается в разделенииэлектрических и тепловых потерь. Для исключения тепловых потерь Pпот корпусиндуктора теплоизолировался от локализатора и от окружающего пространства,что позволило более точно определить электрические потери.При проведении калориметрирования при токе 110 А и слабом охлаждениииндуктора установившегося температурного режима индуктора не удалось достичь из-за недостаточной мощности компрессора.
Из-за невозможности увеличения производительности компрессора калориметрирование производилось притоке индуктора 70 А.Для расчета электрических потерь индуктора Pин по формулам (5.1) – (5.3)производились измерения температуры обмотки Тобм, расхода воздуха G, начальной и конечной температуры воздуха Тн, Тк, тока I, сопротивления R и активноймощности Ра индуктора.
Результаты представлены в табл. 5.3.Таблица 5.3. Измеренные параметры индуктора и системы охлажденияПараметрНачальная температура воздуха Тн, °СКонечная температура воздуха Тк, °СТемпература обмотки Тобм, °СРасход воздуха G, м3/сДавление воздуха, МПаТок индуктора I, АСопротивление R, ОмЗначение151502300,030,25700,214138На основании полученных данных рассчитывались потери и электрическийКПД индуктора (табл. 5.5) по формуле:эл Рлок,Ра(5.4)где Рлок = Ра – Рин – полезная мощность в локализаторе, вычисляемая как разностьактивной мощности Ра и потерь в индукторе Pин, полученных методом калориметрирования.Для сравнения полученных данных с результатами моделирования проведентестовый расчет электромагнитной задачи при токе индуктора 70 А.
Результатысравнения представлены в табл. 5.4.Таблица 5.4. Сравнение расчетных и экспериментальных значенийэнергетических величинВеличинаПотери в жиле Ржил, кВтПотери в оболочке Роб, кВтСуммарные потери виндукторе Рин, кВтАктивная мощность виндукторе Ра, кВтПолезная мощность влокализаторе Рлок, кВтЭлектрический КПД ηэл, отн. ед.Калориметрирование1,098,3Расчет1,027,89Погрешность, %6,54,99,398,727,116,215,08,56,415,7210,70,420,45,1Как видно из табл.
5.4, максимальное расхождение результатов расчета иэксперимента составляет 17 %, это обусловлено вкладом высших гармоник. Кроме этого, замер температуры только в одной точке индуктора, имеющего разнуютемпературу по длине и слоям, вносит дополнительную погрешность.5.6. Исследование режимов работы нагревателяДля подтверждения параметров режимов работы ИРН, полученных наструктурной модели (Глава 4), проведено экспериментальное исследование пус-139кового нагрева при токе индуктора 110 А, интенсивном (расход 180 м3/ч) и слабом охлаждении (расход 70 м3/ч) индуктора. Для интенсивного охлаждения индуктора вместо компрессора ВК-20А использовался компрессор ВК60Е-13 с производительностью 330 м3/ч.Результаты замеров температуры локализатора и индуктора, а также тока инапряжения в процессе нагрева приведены на рис. 5.12. Экспериментально подтверждено, что при интенсивном охлаждении индуктора (рис.
5.12, а) локализатормонотонно нагревается до Tлок = 450°С (I стадия) и переходит в режим уничтожения (II стадия), при этом температура обмотки не превышает Тобм = 250°С. На первой стадии ток и напряжение индуктора практически не изменяются.При слабом охлаждении пусковой нагрев осуществляется в две стадии (рис.5.12, б): вначале происходит монотонный нагрев локализатора (I стадия) до Тобм =350°С, затем осуществляется ступенчатый нагрев локализатора (Iа стадия).а)б)Рис. 5.12. Экспериментальные графики температуры локализатора Тлок, индуктора Тобм,и воздуха на выходе из индуктора Твозд, тока I и напряжения U при интенсивном (а) ислабом (б) охлаждении индуктора140Наличие ступенчатого нагрева объясняется периодическим отключениемпитания обмотки при ее перегреве, о чем свидетельствуют падение напряжения итока до нуля. При достижении Tлок =450°С начинается режим уничтожения.При непрерывной работе нагревателя в режиме уничтожения в течение более 50 ч установлено, что система регулирования обеспечивает поддержание температуры локализатора с точностью ± 5°С и предотвращает перегрев индукторавыше 400°С.Сложность подтверждения адекватности теплового режима локализаторапри уничтожении боеприпаса заключается в том, что нагреватель устанавливаетсявнутри камеры уничтожения, что ограничивает доступ к нему.
Кроме этого, из-засильного бризантного эффекта взрыва контактное измерение температуры навнутренней поверхности локализатора невозможно.При ресурсных испытаниях установлено, что при уничтожении макетов смассой 0,7 кг с циклом 4–5 мин происходит перегрев внутренней поверхности. Сиспользованием тепловизора получены термограммы внутренней поверхностилокализатора после одного (рис. 5.13, б) и нескольких подрывов (рис. 5.13, в).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
