 |
Компоновка охлаждающего устройства проектного тепловоза и выбор вентиляторов
|
|
|
|
Для выбора типа, размеров и необходимой производительности одного или нескольких вентиляторов необходимо предварительно наметить количество шахт холодильника и определить размеры фронта радиаторов в каждой шахте.
Находим фронтальные размеры шахты при использовании стандартных радиаторов с активной длиной секции 1206мм. Всего в двух контурах охлаждения 34 секции радиаторов. Значит с одной стороны шахты будет установлено 17 секций. Тогда
При проектировании тепловозов вентиляторы холодильника выбираются из числа выпускаемых промышленностью. Поскольку тепловозные холодильники характеризуются значительными величинами расходов воздуха и сравнительно небольшими аэродинамическими сопротивлениями воздушных трактов, то для обеспечения этих условий наилучшими являются осевые вентиляторы. Они компактнее, легче, проще по конструкции, а главное, экономичнее центробежных вентиляторов.
Число вентиляторов, обслуживающих каждую шахту, и диаметр рабочего колеса выбирается из условия наилучшего обдувания секций радиатора воздухом и возможности размещения вентилятора. Расчет вентилятора в этом случае позволяет определить его частоту вращения и угол установки лопастей, при котором к.п.д. вентилятора будет наибольшим. Определяется также и величина мощности, затрачиваемой на привод вентилятора.
Учитывая величину фронтальной поверхности проектируемого холодильника выбираем для охлаждения секций два вентилятора. Диаметр рабочего колеса вентилятора находится с учетом технологических и конструктивных допусков на установку в виде
К расчету принимаем 2 вентилятора серии УК-2М с диаметром рабочего колеса 1200 мм.
|
|
|
В дальнейшем следует определить параметры аэродинамической сети: необходимый расход воздуха 
и напор воздуха 
, привести зависимость 
к безразмерной характеристики сети 
и совместимость её (т.е. решить совместно) с безразмерной аэродинамической характеристикой вентилятора 
.
Кроме этого определяются: угловая скорость вращения вентиляторного колеса 
, угол установки лопастей 
, к.п.д. вентилятора 
и расход мощности на их привод.
3.5.1 Определяем величину средней температуры воздуха в шахте холодильника 
3.5.2 Определяем необходимый расход воздуха в аэродинамической сети при температуре 
,
где 
- плотность воздуха при температуре 71,6 °С.
,
где 287- значение удельной газовой постоянной воздуха
3.5.3 Для расчета полного напора или давления воздуха, создаваемого вентиляторами 
, необходимо рассчитать скорость воздушного потока 
и все составляющие аэродинамического сопротивления движению воздуха 
Определяем скорость воздуха в сечении, омываемом лопастями вентилятора
Определяем степень поджатия потока воздуха
,
где 
- общая площадь фронта радиатора радиаторов, обслуживаемая вентилятором, 
- высота шахты холодильника с радиаторами (можно принимать равной 1,9 м)
Рис. 3 Принципиальная схема аэродинамической сети шахты холодильника
Определяем аэродинамическое сопротивление боковых жалюзи
,
где 
- коэффициент сопротивления проходу воздуха через боковые жалюзи,
- плотность воздуха при температуре 40°С, 
- скорость воздуха перед фронтом боковых жалюзи.
,
где 
- фронтальная поверхность одной секции радиатора
Определяем аэродинамическое сопротивление секций 
,
где 
- число Эйлера. Подсчитывается в зависимости от Величины числа Рейнольдса, полученного ранее для воздуха при тепловом расчете секций (
). В нашем случае 
находится в пределах 1400…3382. Значит число Эйлера рассчитывается на основании выражения
|
|
|
,
где 
-температурный фактор, рассчитываемый в виде
Определяем аэродинамическое сопротивление шахты 
,
где 
- коэффициент аэродинамического сопротивления шахты
Рассчитываем аэродинамическое сопротивление вентилятора 
Находим аэродинамическое сопротивление верхних жалюзи
Рассчитаем полное давление воздуха, которое необходимо обеспечить вентилятору
3.5.4 Определяем угол закрутки 
лопаток вентилятора, соответствующий максимальному значению к.п.д.-
Выполнение этой операции связано с использованием безразмерной характеристики вентилятора, представленной в относительных значениях расхода 
и напора воздуха 
. Поэтому, чтобы воспользоваться кривыми (рис. 4), необходимо полученные нами ранее значения G и Н вентилятора привести к безразмерному виду.
Таблица 4
| Параметры | Частота вращения, об/мин | |||
| 1430 | 1590 | 1750 | 1900 | |
Окружная скорость 
| 90 | 100 | 110 | 120 |
Коэффициент расхода воздуха вентилятором
| 102 | 113 | 124 | 136 |
Коэффициент напора воздуха
| 8181 | 10100 | 12221 | 14544 |
Относительный расход воздуха, 
| 0,29 | 0,27 | 0,24 | 0,22 |
Относительный напор воздуха, 
| 0,17 | 0,14 | 0,11 | 0,095 |
С этой целью задаемся несколькими, произвольно выбранными значениями угловой скорости вращения 
об/мин рабочего колеса вентилятора и подсчитываем для них окружную скорость 
внешних кромок лопаток рабочего колеса, имея в виду, что максимальное значение 
. Найденные таким образом величины 
позволяют найти интересующие нас значения 
и 
сети.
По полученным парным значениям и на диаграмме (рис 4) наносим 4 точки и соединяем их плавной кривой. Эта линия является безразмерной характеристикой сети. Точки пересечения безразмерной характеристики сети с безразмерными характеристиками вентилятора 
при различных углах наклона лопаток являются рабочими точками вентилятора.
Полученные рабочие точки дают возможность определить максимальное значение к.п.д. вентилятора и выбрать угол установки его лопастей. Рабочим участком аэродинамической характеристики вентилятора должна приниматься та его часть, на которой 
при заданном угле установки лопаток.
|
|
|
В соответствии с данными, представленными на рис.4 
и угол установки лопастей 
.
|
|
|
