способ определения габаритных размеров и массы статического преобразователя

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= kL_пB_пH_пa;

M_e= kL_eB_eH_ea,

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;

_п и _a соответственно КПД проектируемого преобразователя и аналога, относительно. ед.

V_а объем аналога, мм³;

S_а полная поверхность аналога с естественным охлаждением, мм²;

_a удельная масса аналога, кг/мм³.

Описание изобретения к патенту

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 _о, затем определяют габаритные размеры и массу проектируемого преобразователя по следующим выражениям:

L_и=kl (1)

B_и=kb (2)

H_и=kh (3)

L_E=kl (4)

B_E=kb (5)

H_E=kh (6)

M_и=k L_п В_п Н_{п а}; (7)

М_Е= k L_E B_E H_{E 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;

_п и _а соответственно КПД проектируемого преобразователя и аналога, относительные единицы;

V_a объем аналога, мм³;

S_a полная поверхность аналога с естественным охлаждением, мм²;

_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

_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=kl (1)

B_и=kb (2)

H_и=kh (3)

L_E=kl (4)

B_E=kb (5)

H_E=kh (6)

М_И=k L_п В_п Н_{п а}; (7)

М_Е=k L_E B_E H_{E 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;

_п и _а соответственно КПД проектируемого преобразователя и аналога, относительные единицы;

V_a объем аналога, мм³;

S_a полная поверхность аналога с естественным охлаждением, мм²;

_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< _и<1 и 0< _а<1.

Известны для ПТД 315:

охлаждение искусственное воздушное;

активная мощность Р_акт.п 130000 Вт;

КПД _п=0,95,

Известны для ПТД 25:

охлаждение естественное воздушное;

активная мощность Р_акт.п 13000 Вт;

КПД _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 _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 _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_aB_a+L_aH_a+B_aH_a) 2(1550x600+1550x2200+600x2200)= 15,2x10⁶ мм²

Определяют удельную массу аналогов по выражению

_a

Удельная масса для ШАЭ 701-53

_a 3810^-9 кг/мм³

Удельная масса для ШАЭ 701-23

_a 2410^-9 кг/мм³

Определяют габариты и массу проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением ПТД-315 по выражениям:

0,90,4

k 0,90,8

0,91

М_и= k L_и В_и Н_{и 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 а}=0,8 795 7951800 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.