Способ определения габаритных размеров и массы статического преобразователя

 

Область использования: на ранних стадиях проектирования статических преобразователей. Сущность изобретения: для обеспечения возможности определения габаритных размеров и массы на ранних стадиях проектирования преобразователя, когда не известны принципиальная схема и конструкция преобразователя, выбирают аналог проектируемому преобразователю с удовлетворительным тепловым режимом с известными активной мощностью, габаритными размерами, массой и КПД, относительно аналога в пределах 0,8 1,2 выбирают коэффициент сложности проектируемого преобразователя, выбирают коэффициенты соотношения его длины l глубины b и высоты h в зависимости от желаемых его габаритных размеров L, B и H, в соответствии с выражением L B H l b h, определяют объем аналога V_a или полную поверхность аналога с естественным охлаждением и удельную массу аналога γ_a, затем определяют габаритные размеры и массу проектируемого преобразователя по выражениям, которые приведены в формуле изобретения.

Изобретение относится к способам определения габаритных размеров и массы статических преобразователей на ранних стадиях их проектирования.

Существуют различные способы определения габаритных размеров и массы статических преобразователей, например базовый способ [1, 2] При базовом способе проводят деление преобразователя на схемно и конструктивно законченные части, разрабатывают принципиальную схему, выбирают габаритные размеры и массу всех комплектующих изделий принципиальной схемы, проводят компоновку составных частей и в целом всего преобразователя, разрабатывают чертежи несущих конструкций составных частей и затем определяют габаритные размеры и массу составных частей и всего преобразователя.

Но этот способ определения габаритных размеров и массы имеет недостаток в том, что не учитываются при этом тепловая нагрузка составных частей и в целом преобразователя, вследствие чего изделие может не удовлетворить по тепловому режиму.

Наиболее близким способом определения габаритных размеров и массы применительно к изобретению является способ определения количества теплоты [3] выделяемого преобразователем в зависимости от его активной мощности и КПД путем расчета его теплового режима с учетом конструктивного исполнения преобразователя и дальнейшего определения габаритных размеров и массы преобразователя с удовлетворительным тепловым режимом, обеспечивающим допустимую рабочую температуру комплектующих изделий и составных частей.

Этот способ позволяет определить тепловой режим и соответственно габаритные размеры и массу преобразователя, когда разработаны его принципиальная схема и в основном конструкция, что неприемлемо на ранних стадиях проектирования (на стадиях технического предложения или эскизного проекта), когда еще не разработаны принципиальная схема и конструкция преобразователя, но на ранних стадиях известны (задаются в ТЗ) мощность и КПД проектируемого преобразователя, а следовательно можно определить и его активную мощность. В то же время можно выбрать аналог с удовлетворительным тепловым режимом с известными габаритными его размерами, массой, активной мощностью и КПД.

Целью изобретения является обеспечение возможности определения габаритных размеров и массы на ранних стадиях проектирования преобразователя, когда не известны принципиальная схема и конструкция преобразователя, но известны активная мощность и КПД проектируемого преобразователя, активная мощность, габаритные размеры, масса и КПД аналога.

Для обеспечения возможности определения габаритных размеров и массы на ранних стадиях проектирования преобразователя, когда не известны принципиальная схема и конструкция преобразователя, необходимо выбрать аналог проектируемому преобразователю с удовлетворительным тепловым режимом с известными активной мощностью, габаритными размерами, массой и КПД, относительно аналога в пределах 0,8-1,2 выбирают коэффициент сложности проектируемого преобразователя, выбирают коэффициенты соотношения его длины l, глубины b и высоты h в зависимости от желаемых его габаритных размеров L, B и Н в соответствии с выражением L:B:H=l: b: h определяют объем аналога V_a или полную поверхность аналога с естественным охлаждением и удельную массу аналога γ_о, затем определяют габаритные размеры и массу проектируемого преобразователя по следующим выражениям: L_и=k·l (1) B_и=k·b (2) H_и=k·h (3) L_E=k·l (4) B_E=k·b (5) H_E=k·h (6) M_и=k L_п ˙В_п ˙Н_п ˙γ_а; (7) М_Е= k L_E ˙B_E ˙H_E ˙γ_a; (8) где L_и,В_и, Н_и соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением, мм;
L_E, B_E, H_E соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с естественным охлаждением, мм;
М_И и М_Е соответственно масса проектируемого преобразователя с искусственным и естественным охлаждением, кг;
k коэффициент сложности проектируемого преобразователя относительно аналога, выбираемый в пределах 0,8-1,2;
l, b и h соответственно коэффициенты соотношения длины L, глубины В, высоты Н проектируемого преобразователя, выбираемые в соответствии с выражением
L:B:H=l:b:h;
P_акт.п и Р_акт.а соответственно активная мощность проектируемого преобразователя и аналога, Вт;
η_п и η_а соответственно КПД проектируемого преобразователя и аналога, относительные единицы;
V_a объем аналога, мм³;
S_a полная поверхность аналога с естественным охлаждением, мм²;
γ_а удельная масса аналога, кг/мм³.

Способ состоит в следующем.

Выбирают аналог проектируемому преобразователю с удовлетворительным тепловым режимом с известными активной мощностью Р_акт.а габаритными размерами L_axB_axH_a (длина х глубина х высота), массой М_а и КПД. Выбирают коэффициент сложности проектируемого преобразователя относительно аналога в пределах 0,8-1,2 и коэффициенты соотношения длины l, глубины b и высоты h проектируемого преобразователя относительно желаемых его габаритных размеров L, B, H в соответствии с выражением
L: B: H=l:b:h Затем определяют объем аналога V_a=L_axB_axH_a, полную поверхность аналога с естественным охлаждением
S_a=2(L_a B_a+L_a H_a+B_a H_a) и удельную массу аналога
γ_a . Определяют величины L_и, В_и, Н_и, М_и и L_E, B_E, H_E, M_E по следующим выражениям:
L_и=k·l (1)
B_и=k·b (2)
H_и=k·h (3)
L_E=k·l (4)
B_E=k·b (5)
H_E=k·h (6)
М_И=k ˙L_п ˙В_п ˙Н_п ˙ γ_а; (7)
М_Е=k ˙L_E ˙B_E ˙H_E ˙ γ_a; (8) где L_И, В_И и Н_И соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением, мм;
L_E, B_E и Н_Е соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с естественным охлаждением, мм;
М_и и М_Е соответственно масса проектируемого преобразователя с искусственным и естественным охлаждением, кг;
k коэффициент сложности проектируемого преобразователя относительно аналога, выбираемый в пределах 0,8-1,2;
l, b и h соответственно коэффициенты соотношения длины L, глубины В и высоты Н проектируемого преобразователя, выбираемые в соответствии с выражением
L:B:H=l:b:h
Р_акт.п и Р_акт.а соответственно активная мощность проектируемого преобразователя и аналога, Вт;
η_п и η_а соответственно КПД проектируемого преобразователя и аналога, относительные единицы;
V_a объем аналога, мм³;
S_a полная поверхность аналога с естественным охлаждением, мм²;
γ_a удельная масса аналога, кг/мм³.

При пользовании выражениями (1).(8) необходимо учитывать, что выражения (1), (2), (3), (7) и (4), (5), (6), (8) соответственно используют для определения габаритов, массы преобразователей с искусственным и естественным охлаждением, а в выражениях (1)-(6) 0< η_и<1 и 0< η_а<1.

Известны для ПТД 315:
охлаждение искусственное воздушное;
активная мощность Р_акт.п 130000 Вт;
КПД η_п=0,95,
Известны для ПТД 25:
охлаждение естественное воздушное;
активная мощность Р_акт.п 13000 Вт;
КПД η_п=0,95.

Выбирают известные аналоги для проектируемых преобразователей с удовлетворительными тепловыми режимами типа ШАЭ, причем для ПТД-315 аналог-преобразователь с искусственным охлаждением типа ШАЭ 6701-53 с исходными данными:
активная мощность Р_акт.а=55000 Вт;
КПД η_а=0,95;
габаритные размеры L_axB_axH_a 2600х600x2200, мм;
масса М_а=920 кг;
Для ПТД-25 выбирают аналог-преобразователь с естественным охлаждением типа ШАЭ 6701-23 с исходными данными:
активная мощность Р_акт.а=25000 Вт;
КПД η_а=0,95;
габаритные размеры L_axB_axH_a 1550x600x2200 мм;
масса М_а=480 кг.

Выбирают коэффициенты сложности проектируемых преобразователей типа ПТД относительно аналогов типа ШАЭ в пределах от 0,8 до 1,2:
для ПТД-315 коэффициент сложности k=0,9;
для ПТД-25 коэффициент сложности k=0,8.

Выбираем коэффициенты соотношения длины l, глубины b и высоты h проектируемых преобразователей относительно желаемых их же габаритных размеров LxBxH:
для ПТД-315 L:B:H=l:b:h=0,4:0,8:1;
для ПТД-25 L:B:H=l:b:h=0,4:0,8:1.

Определяют объем аналогов
для ШАЭ 6701-53:
V_a=2600x600x2200=3,4x10¹⁰ мм³;
для ШАЭ 6701-23
V_a=1550x600x2200=2,0x10¹⁰ мм³;
Определяют полную поверхность аналога ШАЭ 6701-53 с естественным охлаждением S_a= 2(L_a˙B_a+L_a˙H_a+B_a˙H_a) 2(1550x600+1550x2200+600x2200)= 15,2x10⁶ мм²
Определяют удельную массу аналогов по выражению
γ_a
Удельная масса для ШАЭ 701-53
γ_a 38·10^-9 кг/мм³
Удельная масса для ШАЭ 701-23
γ_a 24·10^-9 кг/мм³
Определяют габариты и массу проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением ПТД-315 по выражениям:
0,9·0,4
k 0,9·0,8
0,9·1
М_и= k˙ L_и ˙В_и ˙Н_и ˙ γ_а= 0,9 ˙1770˙ 880· 2220 ˙38˙ 10^-9 ≈ 1120 кг. Определяют габариты и массу проектируемого преобразователя с естественным охлаждением ПТД-25 по выражениям:


h
М_E=k ˙L_E ˙В_E ˙Н_E γ_а=0,8 ˙ 795˙ 795·1800˙ 24˙ 10^-9=220 кг.

Габаритные размеры проектируемого преобразователя ПТД-315 будут, мм
LxBxH=1770x880x2200, а масса 1120 кг.

Габаритные размеры проектируемого преобразователя ПТД-25 будут в мм;
LxBxH=795x795x1800, а масса 220 кг.

Изобретение позволяет обеспечить возможность определения габаритных размеров и массы на ранних стадиях проектирования преобразователя, когда не известны принципиальная схема и конструкция преобразователя, что в целом сокращает затраты на проектирование и изготовление макетных образцов.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ И МАССЫ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, отличающийся тем, что выбирают относительно аналога в пределах 0,8 1,2 коэффициент сложности проектируемого преобразователя и коэффициенты соотношения его длины, глубины и высоты в зависимости от желаемых габаритных размеров, определяют объем, полную поверхность и удельную массу аналога, затем определяют габаритные размеры и массу проектируемого преобразователя по следующим выражениям:






M_и= k·L_п·B_п·H_п·γ_a;
M_e= k·L_e·B_e·H_e·γ_a,
где L_п, B_п и H_п соответственно длина, ширина и высота проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением, мм;
L_е, B_е и H_е соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с естественным охлаждением, мм;
M_п и M_е соответственно масса проектируемого преобразователя с искусственным и естественным охлаждением, кг;
r 0,8 1,2 коэффициент сложности проектируемого преобразователя относительно аналога;
l, b, h соответственно коэффициенты соотношения длины, глубины, высоты проектируемого преобразователя, выбираемые в зависимости от его габаритных размеров в соотношении L B H l b h;
P_акт.п и P_акт.а соответственно активная мощность проектируемого преобразователя и аналога, Вт;
η_п и η_a соответственно КПД проектируемого преобразователя и аналога, относительно. ед.

V_а объем аналога, мм³;
S_а полная поверхность аналога с естественным охлаждением, мм²;
γ_a удельная масса аналога, кг/мм³.