и) Результаты экспериментальных исследований вентиляторов.
Для определения максимально возможных величин расхода и к. п. д. вентилятора был выделен ряд параметров и определена экспериментально их оптимальная величина. В частности, было исследовано влияние на характеристику вентилятора: диаметра входной сетки Dc, начального диаметра лопаток D1, угла нижней и передней αвх; αп кромок лопаток, ширины лопаток b, угла наклона несущего конуса αк, диаметра несущего конуса Dд, наружного диаметра колеса D2, зазора между колесом и кожухом δ, угла наклона наружной кромки αвых, длины кожуха lк, высоты ребер hp, числа лопаток zл.
Результаты этих исследований изложены в [Л. 25 и 70].
Некоторые более важные зависимости на характеристику вентилятора, приведены на рис. 2-8—2-13.
Как видно из рис. 2-9, имеется оптимальная величина диаметра входной сетки Dc, при которой вентилятор имеет максимальные расход и к.п.д. Эта величина Dc, как
Рис. 2-10. Влияние ширины лопаток на характеристики центробежного реверсивного вентилятора.
показывают исследования давления в вентиляторе, точно соответствует D0. При уменьшении Dс уменьшаются и расход и к.п.д. за счет увеличения потерь во входной сетке, при увеличении Dc — за счет рециркуляции потока на входе.
При уменьшении D (рис. 2-9) вплоть почти до D=0 расход воздуха и к.п.д. вентилятора растут, это обусловлено уменьшением потерь на удар на входе в колесо вентилятора.
Оптимальной шириной вентилятора согласно рис. 2-10 является b = 0,25 Dc, что соответствует постоянству сечения для прохода воздуха на входе.
Рис. 2-11. Влияние наклона несущего конуса на характеристики центробежного реверсивного вентилятора.
Характерной является зависимость характеристик вентилятора от угла наклона несущего конуса (рис. 2-11).
Как показывают экспериментальные данные [Л. 29], вентилятор с несущей конической воронкой в случае выполнения последней с оптимальным углом наклона способен поворачивать выходящий поток к поверхности корпуса машины даже без направляющего кожуха. Это можно объяснить своеобразным налипанием свободных струй в открытой части вращающихся каналов колеса на коническую поверхность воронки. Максимальное отклонение потока от плоскости вращения вентилятора бывает при определенном угле наклона воронки, при превышении которого происходит отрыв. Этот оптимум угла наклона воронки меняется с изменением скорости вращения колеса, уменьшаясь при увеличении последней. Угол наклона 20—25° можно считать оптимальным для диапазона скоростей 750—3 000 об/мин.
При выполнении оптимального угла наклона воронки уменьшается гидравлическое сопротивление на поворот потока под кожухом, а следовательно, растут расход и к. п. д. вентилятора. Оптимальным диаметром воронки, обеспечивающим необходимое направляющее действие на поток и в то же время еще не затеняющим входное сечение.
к) Расчет вентиляторов.
Математический расчет вентиляторов для оребренных электродвигателей весьма сложен и может быть рекомендован лишь с применением счетно-решающей техники. Кроме того, ряд коэффициентов в настоящее время точно не определены. Поэтому для практических целей, особенно для электродвигателей 0,6—100 кВт при 500 об/мин, можно рекомендовать упрощенный метод расчета, основанный на экспериментальных данных.
Весь расчет в этом случае сводится к пересчету по подобию характеристик вентилятора, рекомендованного для оребренных машин на основании экспериментального выбора его оптимальных размеров.
Основные данные рекомендованного вентилятора следующие: D2=0,9Dk; b= 0,25 Dc; D1<0,3DK; bд = 0,9, D4: ακ = 25° и Dc = 0,8 DK.
Для вентиляторов при n= 3 000 об/мин и для двигателей мощностью выше 100 кВт диаметр входной сетки желательно определять по формулам (2-19) или (2-33).
Характеристика рекомендованного вентилятора приведена на рис. 2-7.
Весь вентиляционный расчет сводится к следующему.
Из условия охлаждения электродвигателя выбирается высота ребер, которая в настоящем расчете принимается заданной. Исходя из диаметра корпуса и высоты ребер определяются внутренний диаметр вентиляционного кожуха и затем все остальные размеры колеса.
Рис. 2-12. Зависимость расхода воздуха и мощности забираемой вентилятором от высоты ребер статора.
В зависимости от принятой высоты ребер на основании рис. 2-12 определяются относительная производительность вентилятора и забираемая им мощность. Производительность и забираемая мощность относятся к штампованной входной сетке с живым сечением 56%.
Естественно, что отклонения соответствующих параметров от оптимальных должны быть незначительны, так как по мере увеличения этого отклонения точность расчета снижается.
Рис. 2-13. Влияние числа лопаток вентилятора на его характеристики.
Указанный метод расчета позволяет выбрать оптимальную геометрию вентилятора и дает хорошие результаты. Сравнение опытных и расчетных данных приведено в табл. 2-2.
Таблица 2-2
