Требования к вентиляторам. Вентиляционный расчет

Для машин с аксиальной системой вентиляции применяют в основном центробежные вентиляторы с радиально расположенными лопатками, при которых производительность вентилятора не зависит от направления вращения машины (см. рис. 3-6).

При вращении центробежного вентилятора воздух, находящимися между лопатками, отбрасывается центробежной силой к периферии вентилятора, а затем выходит наружу. При этом у входных отверстий вентилятора создается разрежение, а на наружном диаметре вентилятора повышенное давление.

Для снижения вентиляционного шума и улучшения эффекта охлаждения у машин со степенью защиты IР22 или IР2З и способом охлаждения IС01 целесообразно наружный диаметр вентилятора выбирать меньше внутреннего диаметра станины на 10—20%, чтобы в месте выхода воздуха из вентилятора образовывалась камера расширения.

У асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором со степенью защиты IР23 и с радиальной системой вентиляции роль вентиляторов выполняют лопатки, отливаемые заодно с короткозамкнутыми кольцами ротора (см. рис. 3-3), у двигателей с фазным ротором лопатки впаяны в хомутики, соединяющие концы стержней обмотки ротора, у синхронных машин вентиляционные лопатки укрепляют на катушках возбуждения индуктора (см. рис. 3-9).

Вентиляционный расчет. Вентиляционный расчет производят с целью определения расхода воздуха V_В, необходимого для охлаждения машины, и напора вентилятора Н, обеспечивающего этот расход. Точный расчет вентиляционных систем электрических машин представляет сложную задачу, а различные отклонения размеров отдельных деталей и узлов (даже в пределах установленных допусков) влекут за собой несовпадение результатов испытания с расчетными данными. Поэтому далее излагаются применяемые на практике приближенные методы расчета вентиляции, базирующиеся на заводском опыте.

Необходимый расход воздуха у машин с аксиальной системой вентиляции, со степенью защиты IР22 или IР23 и способом охлаждения IС01 (м³/с)

, (5-28)

где — потери, отводимые воздухом, проходящим через машину, Вт; с_В = 1100 — теплоемкость воздуха, Дж/ (⁰С·м³); — превышение температуры выходящего из машины воздуха над входящим (), ⁰С; — среднее превышение температуры воздуха внутри машины над температурой наружного охлаждающего воздуха ⁰С.

Характеристика воздухопровода машины, выражающая связь напора (давления) вентилятора Н и расхода воздуха V_В, в воздухопроводе, может быть приближенно выражена так:

, (5-29)

где V_В, — расход воздуха, м³/с; Н — напор вентилятора Па; Z — постоянная величина, зависящая от геометрических форм и размеров воздухопровода машины (по аналогии с

электрической цепью Z называют эквивалентным аэродинамическим сопротивлением воздухопровода машины), Па·с²/м⁶.

Точное определение Z затруднительно, так как цепь воздухопровода машины состоит из ряда участков, имеющих различные размеры и сложную конфигурацию. Величину Z в значительной мере определяют суммарные площади поперечного сечения отверстий (мм²) для входа и выхода воздуха из машины, которые целесообразно выбирать по следующим зависимостям:

(5-30)

(5-31)

Рис. 5-5. Зоны средних значений Z=f(D_н2)

1 – якорь без аксиальных вентиляционных каналов

(шкала А); 2 – якорь с аксиальными вентиляционными

каналами (шкала В)

На рис. 5-5 приведены зоны средних значений Z для машин с аксиальной системой вентиляции, составленные с учетом указанных рекомендаций по выбору S_ВХ и S_ВЫХ после исследования значительного количества машин.

Для центробежного вентилятора, у которого лопасти расположены радиально (здесь и далее рассматриваются только такие вентиляторы), характеристика вентилятора Н=f (V_В) приближенно выражается зависимостью

. (5-32)

Здесь Н₀ —напор вентилятора при V_В=0, т. е. при закрытых входных отверстиях машины (х. х. вентилятора); V_Вmax — максимально возможное для вентилятора количество воздуха при Н =0, т. е. при работе вентилятора непосредственно в окружающую среду (к. з. вентилятора). Значения Н_о и V_Вmax зависят от размеров вентилятора.

Напор вентилятора (Па)

; (5-33)

где =0,6 - аэродинамический КПД вентилятора при х. х.; =1,2З кг/м³ -плотность воздуха.

Линейная скорость вентилятора (м/с) по наружному диаметру

(5-34)

по внутреннему диаметру D_вен1

(5-35)

Максимальный расход воздуха (м³/с)

(5-36)

Площадь поперечного сечения входных отверстий вентилятора (м²)

(5-37)

где — длина лопатки, мм.

Рис. 5-6. Характеристики центробежного вентилятора (1) и воздухопровода машины (2)

На рис. 5-6 представлены характеристики воздухопровода машины (2) и характеристика центробежного вентилятора (1). Точка пересечения этих характеристик А определяет действительный расход воздуха V_в и напор вентилятора Н. Значения V_в и Н можно также определить совместным решением уравнений (5-29) и (5-32). Тогда действительные расход воздуха (м³/с) и напор вентилятора (Па) соответственно будут

. (5-38)

Необходимый расход воздуха V_в у машин со степенью защиты IР22 или IР23 и способом охлаждения IС01 при радиальной системе вентиляции также определяется по (5-28).

Приближенный расход (м^З/с) воздуха может быть обеспечен радиальной вентиляцией, т. е.

, (5-39)

где

(5-40)

- коэффициент, зависящий от частоты вращения n₁.

Должно быть:

Напор воздуха, развиваемый при радиальной системе,

. (5-41)

Необходимый расход воздуха у машин со степенью защиты IP44 и способом охлаждения IC0141 (м³/с)

, (5-42)

где

(5-43)

- коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса машины в зависимости от его диаметра и частоты вращения.

При соблюдении рекомендаций § 3-9 по выбору параметров наружного вентилятора могут быть обеспечены расход (м³/с) и напор (Па) воздуха соответственно:

; (5-44)

(5-45)

Полученное таким образом значение > (как правило).