§4.10. Расчет вентилятора.

Исходными данными для расчета вентилятора являются расход воздуха и давление, соответствующие расчетному режиму холодильника. Расчет ведут в нижеприведенной последовательности.

1. Определяют среднюю температуру воздуха в шахте холодильника:

(4.49)

где п_с — число секций, входящих в шахту холодильника, обслуживаемого вентилятором; i— число групп секций, характеризующихся одинаковыми параметрами; F_c —поверхность теплообмена секции, м²; u_вз — расчетная массовая скорость в узком сечении секции, кг/м²с; t'_вз — температура воздуха на выходе из секций i-й группы, °С.

2. Определяют необходимый расход (м³/ч) воздуха вентилятором:

(4.50)

где F_взс — живое сечение секций для прохода воздуха, м²; ρ_взх — плотность воздуха перед входом в вентилятор, кг/м³. Снижение давления в шахте не учитывают.

3. Определяют скорость воздуха (м/с) в сечении, ометаемом лопастями вентилятора

(4.51)

где F_ом — площадь, ометаемая лопастями вентилятора, м²; D — диаметр вентиляторного колеса, м; d = d/D — относительный диаметр втулки вентилятора; d — диаметр втулки вентилятора, м.

4. Определяют степень поджатия потока

(4.52)

где F_фр — общая площадь фронта радиатора, обслуживаемая вентилятором, м²; А' — ширина радиатора (с одной стороны тепловоза), м; В'— высота шахты с радиаторами, м.

5. Определяют коэффициент аэродинамического сопротивления шахты:

(4.53)

6. Полное давление, создаваемое вентилятором,

(4.54)

где — аэродинамическое сопротивление соответственно боковых жалюзи, секций шахты холодильника и сетки или жалюзи на выходе из вентилятора, Па; υ_ом — средняя скорость воздуха в сечении, ометаемом лопастями вентилятора, м/с.

Аэродинамическое сопротивление боковых жалюзи

(4.55)

где ζ_ж—коэффициент сопротивления полностью открытых жалюзи,

ζ_ж ≈ 0,24; ρ_вз — плотность наружного воздуха перед фронтом боковых жалюзи при расчетной температуре, кг/м³;υ_бж — скорость воздуха перед фронтом боковых жалюзи:

(4.56)

где F_фрс— фронтальная поверхность секции, м².

Аэродинамическое сопротивление секции Δр_с подсчитывают в зависимости от конструкции секции и числа Рейнольдса (определенного при тепловом расчете):

(4.57)

где ζ_с— приведенный коэффициент сопротивления секции, рассчитывается по формуле

(4.58)

Аэродинамическое сопротивление шахты при однорядном расположении секций

(4.59)

Аэродинамическое сопротивление жалюзи можно ориентировочно принять равным

(4.60)

7. Задавая несколько произвольно выбранных значений угловой скорости вращения ω_к^-1 рабочего колеса вентилятора, подсчитывают для каждой из них окружную скорость внешних кромок лопаток рабочего колеса:

(4.61)

По условиям прочности ω < 120 м/с.

8. Площадь рабочего колеса вентилятора по внешнему диаметру

(4.62)

9. Относительный расход, соответствующий различным системам охлаждения, рассчитывают по выражению

(4.63)

10. Относительное давление рассчитывают по выражению

(4.64)

11. По полученным парным значениям на планшете безразмерной характеристики вентилятора (рис. 4.52) определяют несколько точек и соединяют их плавной линией. Эта линия является безразмерной характеристикой сети. Точки пересечения безразмерной характеристики сети с безразмерными характеристиками вентилятора при различных углах наклона лопаток являются рабочими точками вентилятора.

12. Для полученных рабочих точек находят по планшету характеристик вентилятора значения его КПД η_в и выбирают угол наклона лопаток, соответствующий наибольшему η_в. Рабочим участком аэродинамической характеристики вентилятора надо принимать ту ее часть, на которой η_В ≥ 0,8η_{в mах} при заданном угле наклона лопаток.

13. Мощность, потребляемую вентилятором, вычисляют по формуле

(4.65)

Мощность, отбираемая от дизеля на все вентиляторы холодильника,

(4.66)

где η_П — КПД привода вентилятора.

В реальных условиях работы тепловоза воздушный поток на входе в вентилятор неравномерный, поэтому фактический напор, развиваемый вентилятором, на 20—25 % меньше расчетного, что необходимо учитывать в расчете.

Рисунок 4.52 – Безразмерные аэродинамические характеристики вентилятора УК-2М.

Пример расчета вентилятора тепловоза. Выбираем вентилятор типа УК-2М, D_к = 1600 мм; d_в =720 мм; п_с = 12; шаг оребрения 2,3 мм; длина

секции 1,206 м; θ = 56,52; u_вз = 9 кг/(м²·с); t''_вз = 78,1 °С; F_с = 29,6 м²;

F_взс = 0,149 м²; Rе_вз = 1790; ρ_взх = 1,22 кг/м³.

1. Среднюю температуру воздуха в шахте холодильника принимаем

t_взш = t''_вз= 78,1 °С.

2. Необходимая производительность вентилятора (подача)

3. Скорость воздуха в сечении, ометаемом лопастями вентилятора,

где .

4. Степень поджатия потока

где A' = 2,624 м; В' = 1,9 м

5. Коэффициент аэродинамического сопротивления шахты

6. Полное давление, создаваемое вентилятором,

В этой формуле слагаемые определяют следующим образом: сопро­тивление боковых жалюзи

где скорость воздуха перед фронтом боковых жалюзи “вз 9 0Д49 , ,

аэродинамическое сопротивление секции

где ζ — приведенный коэффициент сопротивления секций, определяемый как

аэродинамическое сопротивление шахты

аэродинамическое сопротивление верхних жалюзи

7. Задаем несколько значений угловой скорости вращения рабочего колеса вентилятора:

Соответствующие окружные скорости верхних кромок лопаток рабочего колеса вентилятора .

8. Площадь рабочего колеса вентилятора по внешнему диаметру

9,10. Вычисляют относительные расходы и давление по формулам (4.63, 4.64), см. табл. 4.11.

11, 12. Полученные рабочие точки и соответствующие им КПД приведены в табл. 4.12.

Выбираем угол установки лопаток θ = 20°, так как он соответствует

Таблица 4.11

η_в max =0,66.

Таблица 4.12