---

При применении способа биения частот по п. 4.3.3 производят осциллографическую запись напряжения двух последовательно включенных источников, один из которых имеет номинальное значение частоты, а другой — значение частоты самотормозящейся машины, а амплитуды обоих напряжений предварительно выравнены при номинальном значении частоты.

Если из механических потерь, измеренных методом самоторможения, необходимо выделить потери на трение в опорах (в основном в подпятнике, общем для испытуемой машины и сопряженного с нею механизма), эти потери надлежит определять калориметрическим методом. Если это невозможно, например, вследствие отсутствия проточного охлаждения ванны подпятника, то потери в подпятнике следует определять по эмпирическим формулам и распределять между генератором и турбиной по согласованию между изготовителями генератора и турбины.

Определение отрицательного ускорения самоторможения способом биения частот пригодно главным образом для тихоходных синхронных машин с несложным вентиляционным трактом, например, открытого исполнения. В гидрогенераторах со сложным вентиляционным трактом он может привести к ошибкам, поскольку зависимость частоты вращения от времени при самоторможении для таких машин зачастую имеет недостаточно плавный характер.

5. ИЗМЕРЕНИЕ ПОТЕРЬ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

5.1. Область применения

Калориметрический метод может быть применен для косвенного определения КПД электрических машин путем измерения потерь отдельных видов с последующим их суммированием или путем измерения одновременно всех потерь, выделяемых в машине при той или иной нагрузке.

В зависимости от условий калориметрические измерения могут быть проведены двумя различными способами — непосредственным измерением расхода и превышения температуры охлаждающей среды или тарированием превышения температуры охлаждающей среды без измерения ее расхода.

Калориметрические измерения должны быть выполнены для каждого контура охлаждения отдельно.

Потери машины состоят из потерь, выделяемых внутри расчетной поверхности P_i и вне расчетной поверхности Р_е.

Под расчетной поверхностью понимается поверхность, полностью охватывающая машину так, что все выделяемые внутри нее потери должны выноситься наружу сквозь эту поверхность (черт. 4).

Потери P_i могут быть определены как сумма

P_i = Р₁ + Р₂, (22)

где Р₁ — потери, которые могут быть измерены непосредственно и выносятся в виде тепла через контуры охлаждения. Они являются основной частью потерь;

Р₂ — потери, не выносимые через контуры охлаждения, рассеивающиеся через расчетную поверхность путем теплопроводности, конвекции, излучения, утечки и т. п. Они являются небольшой частью общих потерь и могут быть вычислены.

Потери Р₂ могут быть отрицательными и вычитаются, если тепло поступает внутрь расчетной поверхности.

Потери Р_e могут составлять часть определяемых потерь и в таком случае должны быть измерены отдельно.

Примечание. Потери в опорах, находящихся внутри расчетной поверхности, относятся к потерям P_i.

1 — излучение через стенки; 2 — охладитель подпятника; 3 — возбуждение;

4 — основной охладитель; 5 — теплопередача к турбине;

6 — теплопередача к фундаменту; 7 — охлаждающий воздух

Черт. 4

5.2. Определение потерь Р₁путем измерения расхода и превышения температуры охлаждающей среды

Потери, выносимые охлаждающей средой из электрической машины при практически установившейся температуре ее частей, равны

, (23)

где c_p — удельная массовая теплоемкость охлаждающей среды при давлении в точке измерения расхода, кДж/(кг·К);

Q — расход охлаждающей среды, м³/с;

 — плотность охлаждающей среды при температуре в точке измерения расхода, кг/м³;

 — превышение температуры охлаждающей среды, К.

(Измененная редакция, Изм. № 2)

5.3. Измерение потерь P_iкалориметрическим тарированием

5.3.1. Тарировочная характеристика

Определяется тарировочная характеристика, представляющая зависимость превышения температуры охлаждающей среды от потерь, выделяемых в машине, при условии, что потери P_i могут быть измерены непосредственно электрическим методом. Если условия испытания соблюдены правильно, то этот метод не требует определения потерь Р₂. Он может быть применен в том случае, когда непосредственные калориметрические измерения в контурах охлаждения невозможны или когда их проведение затруднено.

5.3.2. Генерирование потерь для тарирования

Потери в машине должны быть получены от электрического источника, допускающего возможность их точного измерения. Они могут быть выделены внутри машины в виде обычных потерь при вращении машины в ненагруженном или нагруженном состоянии, в зависимости от вида определяемых потерь, или в виде тепловых потерь, выделяемых в специальном резисторе, вставленном в машину на время испытания таким образом, чтобы потери создавали тепловой поток, подобный тому, который существует в машине при нормальных условиях. Для достижения наибольшей точности существенно, чтобы значение потерь, применяемое для получения тарировочной кривой, охватывало значения, которые предполагается измерять.

5.3.3. Определение измеряемых потерь

После получения тарировочной кривой следует вращать машину в требуемом режиме для генерирования подлежащих измерению потерь. Измерение превышения температуры охлаждающей среды позволяет определить потери по тарировочной кривой.

5.3.4. Состояние машины при испытании

При тарировании и измерении машина должна находиться в одних и тех же условиях, т. е. с одними и теми же закрытиями, одинаковыми системами охлаждения и условиями монтажа. Температура и все прочие условия окружающей среды в обоих случаях должны быть практически одинаковыми. Расход охлаждающей среды должен поддерживаться на одном и том же уровне и ее температура на входе в обоих опытах как можно более близкой. До получения окончательных результатов опыта должно быть достигнуто установившееся состояние, указанное в п. 5.4, а условия, приведенные в пп. 5.1, 5.2 и 5.3, должны соответствовать данному методу.

5.4. Установившееся состояние

Тепловое равновесие считается достигнутым, если измеряемые потери на протяжении 2 ч неизменны с точностью до ± 1 % и повышение температуры охлаждающей среды изменяется не более чем на +1 % в час при неизменном ее расходе.

Если температура охлаждающей среды при входе или температура обмоток изменяется более чем на ±0,3 К/ч, то температурное равновесие может оказаться трудно достижимым; в этом случае следует выбирать более низкое значение температуры охлаждающей среды при входе. При калориметрических измерениях на воздухе это условие может быть принято в качестве критерия установившегося состояния; однако в случае определения полных потерь или когда допуски на измерения этого не требуют, можно принять ±0,5 К/ч.

Если стабильность температуры при входе в машину не соответствует указанным выше условиям, может оказаться целесообразным перенести испытания на более благоприятное время.

5.5. Потери Р₂, не передаваемые охлаждающей среде

5.5.1. Потери Р₂ состоят из потерь, передаваемых теплопередачей через фундамент и вал, обычно очень малых и трудно измеряемых; потерь, обусловленных соприкосновением наружной поверхности машины с окружающим воздухом (конвекция); потерь, вызываемых изменением кинетической энергии охлаждающего воздуха, циркулирующего в машине с разомкнутым циклом вентиляции, которые могут быть вычислены, кВт, по формуле

, (24)

где Q — расход воздуха, м³/с;

 — плотность воздуха, кг/м³;

v — скорость воздуха при выходе, м/с.

5.5.2. Потери P₂ (в том числе от утечки) следует уменьшать, воздействуя на расход или на температуру охлаждающей среды, чтобы уменьшить разность температуры с окружающей средой, но не в ущерб общей точности измерения температуры. Принятие этих предосторожностей особенно важно в случае измерения потерь отдельных видов.

Потери Р₂ могут быть уменьшены теплоизоляцией поверхностей теплообмена с введением в расчет коэффициента теплопроводности примененного теплоизолирующего материала. В частности, это целесообразно, если трудно подавить внешние потоки воздуха или поддерживать температуру окружающей среды относительно постоянной.

При таком выполнении опытов, чтобы потери Р₂ оставались меньше 2,5 % от потерь P_i, измеренных при полной нагрузке, или меньше 5 % от потерь P_i, измеренных по методу отдельных потерь в расчет принимаются практически только потери, рассеиваемые поверхностью машины. Потери Р₂, кВт, могут быть вычислены по формуле

Р₂ = h S , (25)

где h — коэффициент теплоотдачи;

S — рассматриваемая поверхность, м²;

 — разность между температурой внутри расчетной поверхности и температурой окружающей среды, К.

5.5.3. Значение h для потерь, рассеиваемых поверхностью, находится между 10 и 20 Вт/(м²·К) с приемлемым значением 15 Вт/(м²·К) в случае принятия предосторожностей для подавления потоков воздуха на поверхности теплообмена.

Примеры определения h для потерь, рассеиваемых поверхностями теплообмена, соприкасающимися с воздухом:

для наружных поверхностей h = 11 + 3v Вт/(м²·К), где v — скорость окружающего воздуха, м/с;

для поверхностей, полностью охватываемых наружной поверхностью машины, h = 5+3v Вт/(м²·К), где v — скорость охлаждающего воздуха.

5.6. Потери вне расчетной поверхности Р_е

Под потерями Р_е подразумеваются потери в реостате, находящемся в основной цепи возбуждения, в органах регулирования напряжения и в цепях возбуждения возбудителя; потери в возбудителе и в контактных кольцах, если их контур охлаждения независим от контура основной машины; потери на трение в подшипниках, полностью или частично, в зависимости от того, находятся ли они целиком или только частично вне расчетной поверхности. Эти отдельно оцениваемые потери должны быть прибавлены к внутренним потерям Pi.

5.7. Вода в качестве охлаждающей среды

Калориметрический метод по воде должен применяться только для машин с замкнутым первичным циклом охлаждения, использующим воду как вторичную охлаждающую среду, и обеспечивает наибольшую точность измерений.

Потери Р₁, кВт, уносимые водой, вычисляются по формуле

, (26)

где c_p— теплоемкость воды при постоянном давлении p = 0,1 МПа, определяемая по черт. 5 как среднее значение при температуре воды на входе ₁ и на выходе ₂, кДж/(кг·К);

Q — расход воды, м³/с;

 — плотность воды по кривой черт. 5 в точке измерения расхода, кг/м³;

 = ₂ — ₁ — превышение температуры воды, К.

Черт. 5

Если точность применяемых значений c_p и  недостоверна, в частности, если охлаждающая вода содержит соли, необходимо измерять c_p и .

(Измененная редакция, Изм. № 1)

5.8. Измерение расхода воды

В целях получения легко измеряемого превышения температуры следует регулировать расход воды вентилем, помещенным после измерителя расхода.

Измерение расхода воды может производиться одним из способов:

мерным сосудом;

точно калиброванными объемомерами;

расходомерами с турбинкой или электрическими;

диафрагмами, насадками Вентури или соплами.

Допускается проводить измерения расхода воды другими способами, обеспечивающими не меньшую точность.

5.8.1. Измерение мерным сосудом

Вместимость сосуда должна быть выбрана такой, чтобы продолжительность его заполнения была не менее 1 мин. Размеры сосуда, объем которого может быть определен только вычислением, должны быть такими, чтобы изменение объема под давлением воды было в пределах 0,02 %. В течение измерения расход должен оставаться неизменным. Измерение времени должно проводиться одновременно двумя секундомерами или электрическими измерителями времени.

5.8.2. Измерение объемомерами или турбинными расходомерами

Установка измерительных приборов в трубопроводах должна производиться в соответствии с инструкцией их изготовителя (прямолинейные участки до и после прибора, положение и т. п.); вода не должна содержать пузырьков воздуха.

Рекомендуется поверять измерительные приборы до и после каждого испытания. Эта поверка должна проводиться с сохранением условий установки, как при работе, особенно если установка не могла быть выполнена в точном соответствии с инструкцией изготовителя измерительного прибора.

В случае измерения посредством объемомеров измерение времени должно проводиться одновременно двумя секундомерами или электрическими измерителями времени. Продолжительность измерения должна быть достаточно большой для получения приемлемой точности и не должна быть менее 5 мин.

Если измерение проводится расходомером, следует брать примерно 20 отсчетов и принимать среднее из них.

5.8.3. Измерение диафрагмами, насадками Вентури или соплами следует проводить в соответствии с Правилами 28—64 измерения расхода жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами, утвержденными Госстандартом СССР.

5.9. Измерение превышения температуры воды