Vaasan yliopiston opinnäytteet

Teknillinen tiedekunta, 2016

Mansikkamäki, Heikki

Elintarviketeollisuuden sileärunkoisen sähkömootto-rin jäähdytys vapaalla konvektiolla

Ohjaaja/Valvoja (DI):
Jere Kolehmainen/Timo Vekara
Tutkinto:
Diplomi-insinööri
Pääaine:
Sähkötekniikka
Koulutusohjelma:
Sähkö- ja energiatekniikan koulutusohjelma (DI)
Tutkielman kieli:
Suomi
Sivumäärä:
74
Elintarviketeollisuudessa käytettävän laitteiston yksi tärkeä ominaisuus on helppo puhdistettavuus, jotta voidaan varmistaa tuotantolinjojen puhtaus. Perinteinen moottorin runkorakenne, jossa on esimerkiksi jäähdytysripoja ja tuuletinsuoja, on vaikea puhdistaa ja koloihin voi kerääntyä likaa ja bakteereita. ABB on kehittänyt elintarviketeollisuuteen tarkoitetun, helposti puhdistettavan, sileärunkoisen moottorin ilman tuuletinta. Tässä työssä tutkitaan sen jäähtymistä vapaalla konvektiolla eli ilman ulkoista jäähdytyslaitteistoa.
Moottorin jäähtymistä tutkitaan laskennallisin menetelmin ja simuloimalla sitä Comsol Multiphysics® -ohjelmalla, kaksi- ja kolmiulotteisilla malleilla. Simuloinneilla pyritään määrittämään moottorin jäähtyminen riittävällä tarkkuudella. Moottoria simuloidaan eri ympäristön lämpötiloissa välillä -20–40 ºC. Eri simulointimalleilla on tarkoitus löytää laskenta-ajan kannalta mahdollisimman nopea ratkaisu, jolla vielä saadaan luotettavia tuloksia.
Simulointituloksia ja mittaustuloksia verrattaessa huomattiin, että simuloinnit eroavat todellisesta tilanteesta. Todellisessa tilanteessa moottorin metallinen tukirakenne tehostaa jäähtymistä ja konvektiokerroin on pienempi kuin kirjallisuuden perusteella voisi olettaa. Lisäksi mitatut häviöt olivat suuremmat kuin lasketut häviöt. Mittausten jälkeen tehdyissä simuloinneissa moottorin tukirakenne määritettiin vastaamaan koekentällä käytettyä tukirakennetta ja mallin häviöt muutettiin vastaamaan mittaustuloksia ja määritettiin konvektiokerroin niin, että simuloitu lämpenemä vastasi mitattua lämpenemää.
Tutkimusongelman kannalta oli tärkeää selvittää, mitkä asiat vaikuttavat sileärunkoisen moottorin jäähtymiseen. Yksi merkittävä tekijä oli moottorin tukirakenne ja sen vuoksi sileärunkoisen moottorin simuloinnit on suositeltavaa tehdä kolmiulotteisina. Moottorin sileä ja pyöreä runko on konvektiivisen lämmönsiirron kannalta huono ratkaisu, mutta se vastaa elintarviketeollisuuden asettamiin vaatimuksiin hygienian osalta. Työn tuloksena määritetyllä lämmönsiirtokertoimella ja tukirakenteen mahdollisimman tarkalla mallintamisella saadaan moottorin lämpenemä määritettyä riittävällä tarkkuudella.
Avainsanat:
Sähkömoottori, elintarviketeollisuus, vapaa konvektio, simulointi
© Tritonia 2014-2019