3 . Вентиляторы электрических машин

И ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ РАСЧЁТЫ

В данной главе рассматриваются вентиляторы, применяемые в системах охлаждения электрических машин. Теоретической основой расчетов вентиляторов является турбинное уравнение Эйлера, на основе которого строится теория идеального центробежного вентилятора. Реальный вентилятор имеет характеристику давления отличную от идеальной, которая не учитывает потерь давления в элементах реальной конструкции. В инженерных методиках расчета вентиляторов широко используются эмпирические формулы, обобщающие опыт практической эксплуатации вентиляторов. На основе синтеза теоретических и экспериментальных данных строятся методики проектирования центробежных и осевых вентиляторов.

Цель главы  изучение устройства, принципа действия вентиляторов и существующих методик проектирования центробежных и осевых вентиляторов.

После изучения ГЛАВЫ необходимо знать

• Устройство центробежного вентилятора.

• Устройство осевого вентилятора.

• Принцип действия центробежного и осевого вентиляторов.

• Турбинное уравнение Эйлера.

• Баланс энергии и коэффициент полезного действия вентилятора.

• Характеристику давления центробежного вентилятора.

• Порядок выполнения вентиляционных расчетов электрических машин.

• Графическое решение уравнения равновесия.

• Основные методики проектирования вентиляторов (методика А. Е. Алексеева, методика М. Ф. Филиппова).

3.1. Устройство и принцип действия вентиляторов

Вентилятором называется лопастная машина, предназначенная для подачи газов из одной области пространства в другую.

Механическая энергия, необходимая для перемещения газа создается в вентиляторах при помощи вращающегося рабочего колеса, снабженного лопатками. Под воздействием лопаток повышается давление газа и его скорость. По принципу действия вентиляторы разделяются на центробежные и осевые.

Центробежный вентилятор (рис.3.1) представляет собой расположенное в спиральном кожухе (1) лопаточное колесо (2), при вращении которого под действием центробежной силы газ, находящийся в каналах колеса, выбрасывается в кожух, где наблюдается повышение давления (область нагнетания) и далее газ выходит через выпускное отверстие (3). На место уходящего из рабочего колеса газа из внешней среды через входной патрубок (8) приходят новые частицы газа, здесь наблюдается понижение давления (область всасывания).

Рис. 3.1. Центробежный вентилятор

Рабочие колеса центробежных вентиляторов обычно состоят из лопаток (6), заднего диска (5), переднего диска (7) и ступицы (4).

По конструктивному исполнению лопатки рабочего колеса имеют форму загнутых назад, радиальных и загнутых вперед пластин различного профиля (см. рис. 3.3).

Абсолютная скорость движения частицы воздуха в междулопаточном пространстве складывается из скорости в относительном движении и скорости в переносном движении (или окружной скорости (см. рис. 3.4)).

Угол между направлениями скоростей и обозначается , однако в расчетах часто используют угол  между касательной в рассматриваемой точке и направлением вектора относительной скорости W, который называется углом выхода потока.

Вентилятор с загнутыми назад лопатками имеет β₂ < 90 .

Вентилятор с радиальными лопатками имеет β₂ = 90 .

Вентилятор с загнутыми вперед лопатками имеет β₂ > 90 .

В электрических машинах рабочее колесо может иметь отличное от рассмотренного конструктивное исполнение, которое диктуется определенными техническими условиями. Число лопаток в рабочем колесе колеблется от нескольких штук у вентиляторов с загнутыми назад лопатками до 30 – 40 у вентиляторов с загнутыми вперед лопатками.

Осевой вентилятор (рис. 3.2) представляет собой расположенное в цилиндрическом кожухе (4) осевое лопастное колесо (3), при вращении которого газ перемещается в осевом направлении от входного патрубка (1) к выходному (8). Перемещение газа осуществляется за счёт механического воздействия лопаток, установленных под некоторым углом к плоскости вращения.

Рис. 3.2. Осевой вентилятор

Для повышения КПД вентилятора устанавливают передний (2) и задний (6) обтекатели, направляющий аппарат (5) и диффузор (7).

Рабочее колесо осевого вентилятора состоит из втулки (9) и прикрепленных к ней лопаток (10). Лопатки рабочего колеса могут быть плоскими, вогнутыми и профилированными (рис.3.3). Осевые вентиляторы считаются нереверсивными.

Способность вентиляторов создавать избыточное давление зависит от размеров рабочего колеса, его частоты вращения и аэродинамической схемы, т.е. угла установки лопаток, их числа и размеров, наличия и типа направляющих аппаратов.

Здесь также можно применить теорему моментов количества движения, рассмотренную выше. Внешние силы в колесе вентилятора прилагаются к потоку при помощи системы лопаток.

Поэтому для получения так называемой внешней аэродинамической характеристики необходимо рассмотреть изменение секундной массы газа при переходе от входного сечения межлопаточного канала, т. е. сечения перед выходом, к выходному, т. е. сечению после выхода.

При этом наиболее удобно определить потери в вентиляторе в той же форме, как и для других каналов вентиляционного тракта машины, т. е. с использованием формулы

Р = z  Q² (3.1)

При одинаковой частоте вращения и прочих равных условиях рассмотренные вентиляторы создают различные давления. Если расположить вентиляторы в порядке убывания давления Р, то получится картина, представленная на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Центробежные и осевые вентиляторы