ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА
ВЫСОКОСКОРОСТНОГО СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

     При осуществлении опытно-конструкторской разработки высокоскоростного электрокомпрессора (ЭК) на лепестковых газодинамических подшипниках серии ГАГЛИ-010 мощностью 12 кВт и частотой вращения ротора 80 тыс.об/мин особое внимание уделялось системе охлаждения изделия. ЭК содержит компрессорную часть 1 (рабочее колесо, диффузор, выходную улитку) и синхронный электропривод с ротором на постоянных редкоземельных самарий-кобальтовых магнитах 2.


Корпус статора электропривода имеет водяную рубашку охлаждения 3. Рубашка охлаждения «встроена» в замкнутый контур, содержащий воздушно-водяной теплообменник и насос небольшой производительности. В контуре установлены датчики температуры и счетчик расхода воды, что позволяет определить расчетным путем отводимое жидкостью тепло. Нужно отметить, что водяное охлаждение при исследованиях было задействовано постоянно.
Испытания показали, что в данной конструкции только одного водяного охлаждения корпуса статора недостаточно (наблюдается перегрев обмоток) и, в итоге, приходится «организовывать» дополнительную продувку воздуха через внутреннюю полость машины. Для обеспечения такой продувки служит штуцер 4. Платиновый датчик температуры 5 (чувствительный элемент ЧЭПТ-28-Pt1000 производства НПП «Элемер») установлен в лобовую часть обмоток статора. Для контроля частоты вращения ротора использован датчик оборотов индукционного типа оригинальной конструкции 6.
Ниже представлены графики изменения температуры обмоток статора от времени при расчетной мощности 12 кВт и частоте вращения ротора 80 тыс.об/мин.


Если отсутствует воздушная продувка через моторный отсек (кривая «1»), то нагрев обмоток происходит очень быстро: за 6-7 минут температура достигает 175 градусов Цельсия, и продолжает расти далее. В такой ситуации приходилось экстренно прерывать испытания, т.к. предельная рабочая температура обмоток статора составляет 200 градусов.
В результате серии тепловых испытаний была «найдена» оптимальная схема организации воздушной продувки через внутреннюю полость изделия. Установлено, что с дополнительной воздушной продувкой (кривая «2») температура обмоток тоже увеличивается, но через 25-30 минут стабилизируется на уровне 133-135 градусов. Этот температурный уровень можно считать вполне приемлемым (даже с некоторым запасом) для ЭК серии ГАГЛИ-010. В ходе испытаний определено, что так называемая «тепловая постоянная времени» электропривода составляет около 27 минут.
На следующем графике приведена максимальная температура обмоток статора ГАГЛИ-010 (с воздушной продувкой) при различных частотах вращения ротора.


При мощности 12 кВт и частоте вращения 80 тыс.об/мин максимальная температура обмоток достигает 135 градусов, при частоте вращения 70 тыс.об/мин – 120 градусов, при 60 тыс.об/мин – 110 градусов.
Нужно отметить, что здесь не приведены параметры системы охлаждения и подробная схема организации воздушной продувки внутренней полости ЭК. Дело в том, что изделие является новым и в определенном смысле уникальным, в настоящее время идет подготовка производства к изготовлению опытной серии. Именно поэтому, на данном этапе работы, эта информация является «закрытой».

     На видеоролике представлены три различных этапа испытаний высокоскоростного электрокомпрессора серии ГАГЛИ-010 на лепестковых газодинамических подшипниках мощностью 12 кВт и частотой вращения ротора 80 тыс.об/мин :
1 – пробные запуски на частоту вращения ротора 30 тыс.об/мин с открытым рабочим колесом компрессора и с закрытой проточной частью;
2 – испытания при частоте вращения 60 тыс.об/мин;
3 – испытания при максимальной мощности и частоте вращения 80 тыс.об/мин, в последнем случае были использованы регулирующие заслонки и расходомерный участок для имитации расчетной нагрузки компрессора и получения напорной характеристики компрессора. Максимальная температура обмоток статора не превышала 135 градусов.

2018 г.

Ключевые слова:
синхронный электродвигатель, испытания электрокомпрессора, высокоскоростной электрокомпрессор на газовых подшипниках, газовые подшипники, foil bearings.