§4.9. Вентиляторы охлаждающих устройств и систем, выбор основных параметров вентиляторов

Назначение вентиляторов — нагнетание или засасывание воздуха в системы вентиляции и охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов, тормозных резисторов электрического тормоза, а также через радиаторные секции холодильной камеры.

Наибольший объем воздуха в тепловозе потребляется для электрических машин и аппаратов, а также для охлаждения радиаторных секций.

В системах охлаждения тяговых электрических машин используют центробежные и осевые вентиляторы. Необходимую производительность вентилятора можно определить, используя следующие выражения:

для индивидуальной системы

(4.46)

для групповой системы

(4.47)

для централизованной системы

(4.48)

где G_тм, Gj — необходимый расход воздуха для вентиляции соответственно тяговой и j-й машины (аппарата или установки), определяем по формулам (5.42; 5.43; 5.44); k = 1,05—1,10 — коэффициент запаса по расходу воздуха; і — число однородных тяговых машин в группе, обслуживаемой одним вентилятором.

Расходы воздуха для некоторых серий тяговых электродвигателей, генераторов приведены выше. Для выпрямительных установок требуется расход воздуха 1,4—1,5 м³/с.

Для охлаждения тяговых электрических машин, выпрямительных установок, преобразователей частоты при индивидуальной и групповой системах применяются центробежные (табл. 4.9), а при ЦВС преимущественно осевые вентиляторы. Исключение в отечественной практике локомотивостроения — тепловоз ТЭРА1, где в ЦВС использован сдвоенный центробежный вентилятор.

Таблица 4.9

Центробежные вентиляторы оборудованы рабочими колесами барабанного типа с лопатками, загнутыми вперед. Их аэродинамическая схема соответствует трем схемам общепромышленных вентиляторов: «Сирокко», Ц15-45 и Ц9-45. На рис. 4.47 приведены аэродинамические схемы вентиляторов Ц15-45 и Ц9-45.

Схема «Сирокко», примененная для вентиляторов тепловозов серий ТЭМ2, 2ТЭ116, наиболее проста в конструктивном отношении. Ротор типа «беличья клетка» состоит из 60 штампованных из листового дюралюминия лопаток небольшой относительной вы-

соты: h=0,06751D. Вентиляторы типа Ц9-55 отличаются меньшей относительной длиной лопаток, их профилем и переменной по длине лопатки высотой.

На тепловозах 2ТЭ10Л(В) применены вентиляторы типа Ц15-45, а на тепловозах ТЭП60, М62 типа Ц9-55. На базе вентилятора Ц9-44 разработан типовой ряд вентиляторов с диаметром рабочих колес 0,35; 0,42; 0,45 и 0,60 м.

Недостатком центробежных вентиляторов является относительно низкий КПД — 0,65—0,70.

Тип вентилятора выбирают, учитывая компоновку оборудования на локомотиве, размещение электрических машин и т.д. (по безразмерным характеристикам, рис. 4.48).

Рисунок 4.47 – Аэродинамические схемы вентиляторов:

а — Ц15-45; б— Ц9-55 (все размеры относительные — в процентах от

диаметра).

Осевые вентиляторы. Эти вентиляторы нашли применение в системах охлаждения воды и масла дизеля (табл. 4.10). При значительном расходовании воздуха и небольших сопротивлениях воздушных трактов холодильной камеры осевые вентиляторы экономичнее, компактнее и легче, чем центробежные. При применении ЦВС на магистральных тепловозах необходимо использование высокопроизводительных насосов для создания давления около 0,5 МПа.

Таблица 4.10

Рисунок 4.48 – Характеристики центробежных вентиляторов:

а — Ц15-45 (D = 0,48 м; п = 800 об/мин; u_mах = 40 м/с); б — Ц9-55

(D = 0,5 м; п = 1000 об/мин; u_mах = 55-60 м/с).

На тепловозе ТЭП70 (рис. 4.49) установлен осевой вентилятор с проточной частью, состоящей из трех колес, через которые последовательно проходит воздух: направляющий аппарат 4, рабочее колесо 3, спрямляющий аппарат 2. Число оборотов рабочего колеса на номинальном режиме равно п_в = 2890 об/м. Основные параметры новых вентиляторов ЦВС приведены в табл. 5.10. КПД вентилятора 0,87—0,90.

Для охлаждения воды и масла дизеля, а также масла гидропередачи на отечественных тепловозах (см. табл. 4.10) применяют осевые вентиляторы с закрученными лопастями УК-2 и УК-2М, а также с прямыми незакрученными лопастями серии У. Максимальный КПД вентиляторов серии У равен 0,6—0,72. Применение закрученных лопаток у лопастей вентиляторов УК-2 и УК-2М повышает КПД до 0,8—0,83. У вентиляторов УК-2М (рис. 4.50) равномерная закрутка лопаток по длине, а у УК-2 — неравномерная. Указанные максимальные значения КПД были получены в ходе испытаний моделей вентиляторов с входным круглым коллектором на больших углах установки лопастей θ_п = 30°—35°. Однако в тепловозных условиях при наличии жалюзи за колесом и θ_П =18°—25° эффективность вентиляторных установок значительно ниже, КПД не превышает величины 0,6.

КПД вентиляторов растет с увеличением диаметра вентиляторного колеса, поэтому при конструировании необходимо его увеличивать. С другой стороны, при применении ступенчатого регулирования приходится устанавливать несколько вентиляторных колес (на тепловозе 2ТЭ116 — четыре).

С целью снижения расхода мощности на вспомогательные нужды на Коломенском заводе для охлаждающих устройств тепловозов ТЭП70, ТЭП70БС и ТЭП80 разработан новый экономичный вентилятор типа КТЗ-1 (рис. 4.51). У вентилятора диаметром D_в = 1,8 м 14 пластмассовых лопастей с переменными по длине шириной и углом закрутки. На выходе из вентилятора установлен спрямляющий аппарат, являющийся одновременно и верхними жалюзи.

Рисунок 4.49 – Осевой вентилятор.

1 — рабочее колесо, 2 — направляющий аппарат; 3 — поворотное устрой-ство, 4 — спрямляющий аппарат; 5 — ведущий вал; 6 — щуп, 7 — масля-ный насос, 8 — угловой редуктор, 9 — каналы смазки подшипников, 10 — ведомый вал с шестерней; 11 — коллектор.

Рисунок 4.50 – Колесо вентилятора типа УК-2М холодильника тепловоза

2ТЭ10В:

1 — воротник жесткости; 2 — лопасть; 3 — обтекатель; 4 — барабан; 5 — ребро жесткости.

Рисунок 4.51 – Колесо вентиляторов типа КТЗ-1 холодильников тепловозов ТЭП70БС и ТЭП80:

1 — лопатка; 2,4 — обечайки; 3 — диск

Во ВНИКТИ были проведены сравнительные испытания в натурных условиях вентиляторных установок с вентиляторами типов УК-2М и КТЗ-1. При одинаковой производительности Q_В = 38 м³/с потребляемая мощность вентиляторной установки с вентилятором КТЗ-1 оказалась на 42 % меньше, чем с УК-2М, КПД достиг 0,85.