2-7. СРАВНЕНИЕ ТЕПЛООТДАЮЩИХ СПОСОБНОСТЕЙ ОРЕБРЕННЫХ ОХЛАДИТЕЛЕЙ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ВЕНТИЛЯТОРОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
Осевой вентилятор и вентилятор с меридиональноускоренным потоком отличаются от центробежного не только по расходу воздуха и к. п. д., но и полю скоростей воздуха в межреберных каналах статора и по его турбулентности. Следовательно, коэффициенты теплоотдачи с поверхности статора при обдуве холодильника от различных вентиляторов различны.
Сопоставление скоростей воздуха в межреберных каналах статора и степени турбулентности воздушного потока при обдуве корпуса от вентиляторов различных типов приведено на рис. 2-24. Под степенью турбулентности здесь понимается отношение скорости пульсаций к средней скорости
(2-71)
При постоянном расходе воздуха наименьшая температура а следовательно, и наибольшая теплоотдающая способность холодильника имеют место при обдуве корпуса от центробежного реверсивного вентилятора (рис. 2-23). За ним следует центробежный вентилятор с вращающимся направляющим аппаратом на входе. Затем вентилятор с меридионально-ускоренным потоком и, наконец, наиболее горячую поверхность, т. е. наименьшую теплоотдающую способность имеет холодильник при обдуве от осевого вентилятора.
Рис. 2-24. Скорости и степени турбулентности воздуха в межреберных каналах при обдуве статора от вентиляторов различных типов.
(D4=470 ММ, np=16; hр=60 ММ.)
1— степень турбулентности потока ε (ЦРВ); 2 — скорость воздуха V ЦРВ; 3— степень турбулентности потока ε (МУП); 4— скорость воздуха V (вентилятор с МУП); 5 — степень турбулентности потока (вентилятор СВМ); 6 — скорость воздуха (осевой вентилятор СВМ); 7 — микромасштаб турбулентности ЦРВ.
Рис. 2-25. Зависимость превышения температуры поверхности реберного холодильника от расхода воздуха при обдуве от вентиляторов различных типов.
(D4=350 ММ; np=32; hp=60 мм; N=4 кВт; l=600 мм.)
1— центробежный реверсивный вентилятор; 2—вентилятор с меридионально- ускоренным потоком; 3 — осевой вентилятор СВМ; 4 — вентилятор с вращающимся направляющим аппаратом на входе; 5 — расчетная зависимость из Nu=0,018, Re0,8.
Температура поверхности при обдуве от всех вентиляторов получается значительно ниже расчетной, определенной на основании критериального расчета теплоотдачи (все температуры получены при постоянной отводимой мощности с поверхности корпуса).
Однако осевой вентилятор и вентилятор с меридионально-ускоренным потоком имеют более высокие расход и к.п.д. Следовательно, наиболее правильным является сравнение вентиляторов по теплоотдающей способности охладителей при постоянной мощности, затрачиваемой на вентиляцию.
Таким образом, видим, что для получения одной и той же температуры поверхности при прочих равных условиях мощность, забираемая осевым вентилятором и вентилятором с меридионально-ускоренным потоком, соответственно на 17 и на 35% ниже мощности, забираемой центробежным реверсивным вентилятором и центробежным вентилятором с вращающимся направляющим аппаратом па входе.
Итак, несмотря на то, что к. л. д. вентилятора с меридионально-ускоренным потоком более чем в 6 раз выше к.п.д. центробежного реверсивного вентилятора, благодаря меньшей степени турбулентности потока воздуха в межреберном канале мощность, затрачиваемая на охлаждение при постоянной температуре, снижается примерно на 35%.
Интересно отметить, что в данном холодильнике из- за высокого показателя степени при t в (2-84) для уменьшения температуры поверхности всего на 25% необходимо увеличить мощность на охлаждение приблизительно в 3,2 раза. Эти результаты сопоставления работы вентиляторов справедливы в полной мере лишь для конкретно рассматриваемого случая. При применении холодильника с другой геометрией соотношение степеней турбулентности в каналах между ребрами при обдуве от вентиляторов различных типов может измениться, а следовательно, изменится и картина сопоставления. Из приведенного анализа следует, что. несмотря на низкий к.п.д. центробежного реверсивного вентилятора забираемая им на охлаждение, при постоянной температуре поверхности мощность вследствие высокой степени турбулентности в межреберных каналах, меньше, чем мощность, забираемая импровизированным вентилятором (рис. 2-26, кривая 5), имеющим к.п.д. 100%, но не турбулизирующим поток.
Таким образом, в данном случае турбулентность потока играет положительную роль в процессе теплообмена в каналах статора и снижает мощность, необходимую для охлаждения поверхности. С уменьшением диаметра колеса центробежного вентилятора (рис. 2-26, кривая 6) мощность, затрачиваемая на вентиляцию при постоянной величине КТО с поверхности корпуса, возрастает. Отсюда можно заключить, что даже самый эффективный метод (с точки зрения аэродинамики) уменьшения мощности, забираемой центробежным вентилятором на охлаждение, в общем не является экономичным, так как с уменьшением диаметра колеса вентилятора снижается не только забираемая мощность, но и мощность, отводимая с поверхности при постоянной ее температуре, причем последняя уменьшается быстрее.
Рис. 2-27. Зависимость превышения температуры поверхности корпуса от скорости вращения вентиляторов различных типов.
(D4=350 мм, np=32; hp=60 мм, N=4 кВт; l=600 мм.)
1 — центробежный реверсивный вентилятор; 2 — вентилятор с меридиональноускоренным потоком; 3 — осевой вентилятор СВМ; 4 — вентилятор с вращающимся направляющим аппаратом на входе.
Центробежный вентилятор с направляющим аппаратом на входе (рис. 2-27) дает наименьший нагрев поверхности корпуса при одинаковой скорости вращения колеса на 17% меньше, чем центробежный, и на 30% меньше, чем осевой и вентилятор с меридионально-ускоренным потоком. Следовательно, этот вентилятор можно рекомендовать на крупные тихоходные машины, где важнее нагрев поверхности, а не мощность, забираемая вентилятором.
Исходя из формулы (2-83) проанализируем еще один случай, а именно — изменение диаметра электродвигателя.
Для электрических машин можно положить N= d3 и подставить это значение в (3-38). Тогда получим при постоянном нагреве поверхности корпуса
(2-85)
Величина т для реберных холодильников составляет 0,5—0,6, в частности для рассматриваемого ранее холодильника т=0,6.
Следовательно, при использовании на подобных машинах данного холодильника получим:
(2-86)
при ∆t= const.
Из этого уравнения видно, что удельный вес потерь на вентиляцию с увеличением габаритов машины и при соблюдении геометрического подобия резко возрастает. Так, например, при переходе с диаметра 520 мм (10-й габарит) на диаметр 590 мм (11-й габарит) удельная мощность на вентиляцию должна возрасти в 2,15 раза, т. е. если на электродвигателе 10-го габарита она составляет 1,0% полезной мощности, то на электродвигателе 11-го габарита — 2,15%, что значительно снизит к.п.д. машины. Этот фактор является одной из причин перехода (для больших габаритов) на другую систему охлаждения, например на трубчатую.
Так как в уравнение (2-83) входит t с высоким показателем степени, одним из факторов уменьшения мощности на охлаждение является увеличение числа ребер. С увеличением числа ребер уменьшается турбулентность и, следовательно, возрастает эффективность применения новых вентиляторов: осевых и с меридионально-ускоренным потоком.
