Основы аэродинамических и тепловых расчетов в электромеханике: Учебное пособие, страница 19

,

где:  - напор в относительных единицах;

        - расход в относительных единицах;

        - относительный радиус;

        - коэффициент восстановления статического давления.

Знак «-« для лопаток отогнутых назад, «+» для лопаток отогнутых вперед. Относительный радиус равен .

За базисные значения напора и расхода принимаются:

В этих соотношениях:

, м/сек – окружная скорость на внешней кромке вентилятора,

 - ширина лопатки вентилятора на внешнем диаметре.

Внутренний диаметр вентилятора определяется по выбранным предварительным размерам

.

Коэффициент восстановления статического давления определяется конструкцией вентиляционной системы и получен по результатам обработки экспериментальных исследований:

-  при наличии после вентилятора спрямляющего аппарата ;

-  при наличии диффузора (после вентилятора)                   ;

-  при наличии камеры в щитах                                           ;

-  при выходе на лобовую часть обмотки или в зазор          .

При определении рабочей точки аэродинамическая характеристика воздухопровода () также должна быть рассчитана в относительных единицах (полученные значения H и Q в абсолютных единицах должны быть разделены на их базисные величины -  и ). Если ввести понятие базисного аэродинамического сопротивления, то выражение для аэродинамической характеристики воздухопровода запишется в виде:

,

где: .

Соответственно, величина базисного аэродинамического сопротивления равна:

.

Расчет внешней аэродинамической характеристики встроенного вентилятора с использованием универсальной характеристики дает, как показал опыт проектирования таких вентиляторов, результаты достаточно близкие к действительным и может быть использован в вентиляционных расчетах электрических машин.

3.5.3.3. Аналитический метод расчета центробежного вентилятора с радиальными лопатками.

Центробежные вентиляторы с радиальными лопатками находят наиболее широкое применение в электрических машинах, так как позволяют обеспечить независимость охлаждения от направления вращения ротора. Почти все асинхронные электродвигатели с короткозамкнутой обмоткой ротора, выполняемой заливкой алюминием, снабжаются лопатками, отливаемыми одновременно с обмоткой и выполняющими роль вентилятора. Аналитический расчет центробежного вентилятора с радиальными лопатками достаточно полно приведен в [1, 2].

Аэродинамическая характеристика центробежного вентилятора, выраженная в относительных единицах, определяется уравнением:

.

По выбранному внешнему диаметру вентилятора  (м) определяется окружная скорость на выходной кромке колеса, м/сек:

.

Из условия максимального КПД:

.

Сечение на выходной кромке, м²:

.

Ширина лопатки вентилятора, м:

,

где 0,92 учитывает уменьшение выходного сечения за счет конечной толщины лопаток.

Требуемое давление, которое должно создаваться вентилятором в системе охлаждения электрической машины, кг/м²:

,

где  - полное аэродинамическое сопротивление охлаждающего тракта, .

Из уравнения аэродинамической характеристики вентилятора определяем напор холостого хода , кг/м²:

,

С другой стороны напор холостого хода определяется уравнением:

.

В этом соотношении:

 - аэродинамический КПД вентилятора в режиме холостого хода;

 - удельный вес газа, (для воздуха  кг/м³);

, м/сек² – ускорение силы тяжести.

Совместное решение системы двух последних уравнений позволяет определить окружную скорость на входной кромке вентилятора, м/сек

По окружной скорости  определяется внутренний диаметр, м:

.

При определении рабочей точки построение аэродинамических характеристик вентилятора и охлаждающего тракта следует проводить в относительных единицах. За базисные значения для центробежного вентилятора с радиальными лопатками приняты:

Аэродинамическая характеристика охлаждающего тракта в относительных единицах может быть рассчитана по соотношению:

или получена переводом абсолютных значений напора и расхода в относительные путем их деления на базисные.

3.5.4. Проектирование осевых вентиляторов