Sirkülasyon pompasının çalışması esnasında motorda oluşan toplam kayıplar, motorun verimliliğini etkilemekle beraber ısıya dönüşerek çeşitli parçaların sıcaklığının çevre sıcaklığının üzerine çıkmasına yol açmaktadır. Bunun yanı sıra sirkülasyon pompalarının kullanım alanlarının, sıcaklığı 110°C’ye kadar çıkabilen sıcak su tesisatları olmasından kaynaklı bir sıcaklık artışı da söz konusudur. Sirkülasyon pompası tasarımının güvenilir olabilmesi için bu artışın komponentlerin kabul edilebilir sıcaklık limitlerini geçmemesi gerekir. Sıcaklık dağılımı bilinmeden yapılacak herhangi bir tasarım, pompa komponentlerinde kalıcı deformasyona sebep olabilir.
Sirkülasyon pompasındaki sıcaklık dağılımını bilmenin boyut ve ağırlığı azaltma, verimi arttırma, malzeme seçiminde optimizasyonun sağlanması ve üretimde maliyet avantajı gibi faydaları mevcuttur. Bütün bu faydalar özellikle enerji verimliliğinin gitgide bir zorunluluk halini aldığı ve rekabetin arttığı günümüz koşullarında tasarımın ana gerekliliklerini oluşturmaktadır.
Motorun karışık geometrisi ve hareketli parçalar nedeniyle sıcaklık ölçümlerini doğrudan yapmak, uygulanması zor bir yöntemdir. Termal analizin en büyük avantajlarından birisi de zaman ve maliyet açısından yüksek olan prototip ve test çalışmalarına gerek kalmadan kritik bölgelerin sıcaklıkların öngörülebilmesidir. Termal analiz için kullanılabilecek değişik yöntemler mevcuttur. Termal (lumped) network yöntemi, özellikle elektrik motorlarının tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır ve kritik noktalardaki sıcaklıkların gerçeğe çok yakın değerlerde ve diğer yöntemlere göre daha kısa sürede hesaplanabilmesi nedeniyle tercih edilmektedir.
Analitik termal network yönteminin yanı sıra numerik analiz yöntemlerinden sonlu elemanlar analizi (FEA) ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yöntemleri de ısıl analiz için kullanılmaktadır. Numerik analiz yöntemleri, modelleme ve çözüm safhalarının uzun sürmesi nedeniyle daha çok geometrilerin detaylı tasarımında ve analizinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada sabit mıknatıslı ıslak rotorlu bir sirkülasyon pompasının motor termal analizi termal network analizi yapan bir program aracılığıyla, kontrol kutusu termal analizi ise bir sonlu elemanlar analizi programı ile yapılmıştır. Elde edilen sıcaklık dağılımına göre malzeme seçenekleri ve gerekli görülen yerlerde soğutma tasarımları incelenmiştir.
Motor Termal Analizi
Amaç ve Yöntem
Motor modellemesi ve analizi termal network yöntemi kullanan bir yazılım programı ile yapılmıştır. Termal network yöntemi birçok mühendislik probleminin çözümünde kullanılan elektriksel benzeşim metoduna dayanır (Tablo 1). Analiz edilecek model düğüm noktalarına ayrılarak her bir parçanın geometri ve malzemesine göre ısıl direnci belirlenir. Isıl dirençler gerçekleşen ısı transferi çeşidine göre Tablo 2’de görüldüğü gibi hesaplanır.
Modelleme
Termal analizi yapılacak olan motor; TF110 sınıfı ıslak rotorlu sirkülasyon pompasına ait sabit mıknatıslı senkron motordur. Motorun elektriksel değerleri Tablo 3’de verilmektedir. Modelleme, ısınma açısından en kötü şartları oluşturması açısından 110°C su sıcaklığı için yapılmıştır. Çevre sıcaklığı ise 22°C kabul edilmiştir.
Programın seçenekleri kullanılarak motor tipi, sarım şekli, soğutma tipi gibi birçok özellik tanımlandıktan sonra boyutsal parametreler ve malzemelerin termal özellikleri girilir. Şekil 1’de modellenen motorun eksenel ve radyal kesitleri görülmektedir.
Modelleme sonucu tanımlanan motora ait termal networkün şematik bir diyagramı elde edilir (Şekil 2). Bu diyagram üzerinde düğüm noktaları ve bu düğüm noktaları arasındaki direnç değerleri, ısı değerleri ve sıcaklık fark değerleri görülebilir. Ayrıca radyal ve eksenel kesitler üzerinde her düğüm noktasının yani her bir parçanın sıcaklık değerleri de görülebilmektedir
Makalenin Devamı
36-termal-modellem