煤礦設(shè)備電控箱的穩(wěn)態(tài)熱傳遞及線性靜態(tài)研究

李建新

摘 要：本文針對(duì)煤礦設(shè)備的電控箱分別進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)熱傳遞研究及線性靜態(tài)力學(xué)研究。對(duì)煤礦設(shè)備電控箱進(jìn)行三維建模，基于熱傳遞原理，分析了電控箱內(nèi)部的散熱性能;在電控箱內(nèi)部加壓以模擬實(shí)際電控箱的工況，研究電控箱的變形及應(yīng)力情況。得出電控箱的溫度在可控制范圍之內(nèi)，其各處應(yīng)力及變形均在允許范圍之內(nèi)。

關(guān)鍵詞：煤礦設(shè)備;電控箱;穩(wěn)態(tài)熱傳遞;線性靜態(tài);

中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的利用逐年增加，社會(huì)上興起了多種新的能源，包括風(fēng)能、潮汐能、核能、太陽能等一系列新的經(jīng)濟(jì)、清潔、高效的能源，而我國作為一個(gè)煤炭大國，煤炭的使用一直處于不可或缺的主導(dǎo)地位，據(jù)統(tǒng)計(jì)到2050年煤炭依然在我國燃料使用中占有很大的比重，因而如何安全、高效、清潔、智能的開采是對(duì)現(xiàn)代化煤礦提出的重要考驗(yàn)。

煤礦設(shè)備的電控箱關(guān)乎其能否正常運(yùn)行，其散熱性能的好壞直接影響著煤礦設(shè)備的使用壽命及其采掘效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及礦工生命，不僅給煤礦企業(yè)造成巨大的損失，更造成了生命危險(xiǎn)，煤礦設(shè)備的電控箱在運(yùn)行過程中會(huì)伴隨一定的發(fā)熱，有效散熱及做好安全防護(hù)是其正常運(yùn)行的前提，本文分析煤礦設(shè)備在正常運(yùn)行過程中的電控箱散熱情況及其在受穩(wěn)態(tài)壓力工況下的變形情況，為煤礦設(shè)備的正常運(yùn)行及保證煤礦正常開采提供一定的理論參考及工程意義。

1.電控箱數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建

1.1電控箱計(jì)算域模型

通過對(duì)煤礦設(shè)備電控箱的測繪建模后，得到了其三維模型，電控箱結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.2網(wǎng)格劃分

對(duì)煤礦設(shè)備電控箱計(jì)算域模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)模擬的準(zhǔn)確性和收斂難易程度影響較大，若EquiSize Skew和Equiangle Skew在0-0.9之間的網(wǎng)格數(shù)占100%，認(rèn)為滿足計(jì)算精度。本研究中模型各部分網(wǎng)格劃分參數(shù)的確定如表1所示，網(wǎng)格質(zhì)量檢查結(jié)果：EquiSize Skew值為0.75;Equiangle Skew值為0.8，均小于0.9，因此網(wǎng)格質(zhì)量滿足數(shù)值模擬的精度。

2.電控箱熱穩(wěn)態(tài)傳遞分析及線性靜態(tài)研究

2.1穩(wěn)態(tài)熱傳遞

對(duì)電控箱施加熱載荷，其本體溫度為20℃，發(fā)熱源功率為50W，對(duì)流散熱系數(shù)為0.95W/m2/K，環(huán)境溫度同樣為20℃。

圖2 為電控箱的散熱云圖，由圖中可以看出，在散熱源保持在50W的環(huán)境下，電控箱底座發(fā)熱較為嚴(yán)重，最高溫度可達(dá)64℃，在其他安裝由散熱片的地方溫度基本保持在38.7℃接近人體溫度，其散熱性能能夠滿足使用要求。

2.2線性靜態(tài)

電控箱材料選擇為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q345，圖3為電控箱的在受均勻壓力作用下的線性靜態(tài)云圖，在電控箱內(nèi)部保持1MPa的壓力作用下的線性變形情況。由圖能夠看出應(yīng)力最大的地方為散熱片中間部分以及散熱片與各連接板連接處，最大應(yīng)力約140MPa，低于Q345的屈服強(qiáng)度，則電控箱的使用為安全可靠。

圖4為電控箱在受均勻內(nèi)部載荷1MPa作用下的變形云圖，由圖可以看出，其最大變形位置在散熱片中間位置，最大變形量為0.454mm，變形量及其微小，不至于產(chǎn)生安全隱患，滿足煤礦井下使用安全要求。

3.結(jié)論

通過對(duì)煤礦設(shè)備電控箱靜態(tài)熱傳遞及線性靜態(tài)的力學(xué)研究得出：

（1）電控箱底板的散熱需要一定的措施進(jìn)行改善，散熱基本保證了電控箱的正常運(yùn)行。

（2）電控箱在受均勻壓力載荷作用下其材料完全能夠滿足其安全使用要求。

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