Основы аэродинамических и тепловых расчетов в электромеханике: Учебное пособие, страница 20

Давление, создаваемое осевым вентилятором, определяется циркуляцией скорости потока вокруг профиля лопатки. Аналитическое определение этой скорости невозможно ввиду неопределенности целого ряда факторов, не поддающихся учету. На лопасть осевого вентилятора при его работе действуют подъемная сила , которая определяет величину развиваемого давления, и сила лобового сопротивления . Отношение этих сил называется качеством профиля лопатки

где:  - коэффициент подъемной силы;

        - коэффициент лобового рассеяния.

Наибольшее качество крыла обеспечивает лопатка крыловидной формы (рис. 3.12в), наименьшее – прямой лопаткой (рис. 3.12а).

Качество профиля лопатки определяется испытаниями в аэродинамической трубе для каждого конкретного профиля.

Эти обстоятельства обуславливают значительные трудности при проектировании осевых вентиляторов. Методика их расчета, базирующаяся на понятиях условных коэффициентов расхода q и напора h, все необходимые рекомендации по выбору размеров и углов установки лопаток (с различными профилями) для осевых вентиляторов, встраиваемых в электрические машины, наиболее полно приведены в [7, 8].

При наличии зависимостей коэффициентов подъемной силы и лобового сопротивления в функции угла атаки (угол между плоскостью лопатки и направлением вектора скорости  потока), получаемых испытаниями в аэродинамической трубе, расчет осевого вентилятора возможен как по методике [7,8], так и по методике, представленной в [1,2].

Наиболее широкое распространение в электрических машинах получил профиль, представленный на рис. 3.14, размеры которого определяются в соответствии с таблицей 3.2.

Рис. 3.14. Профиль крыловидной лопатки

Таблица 3.2.

Размеры крыловидного профиля в относительных единицах

x	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,95	1,0
yверх	-0,31	-0,034	0,172	0,347	0,473	0,501	0,591	0,6	0,561	0,386	0,192	-0,28
yниж	-0,31	-0,4	-0,4	-0,4	-0,4	-0,4	-0,4	-0,4	-0,4	-0,4	-0,4	-0,28

Коэффициенты подъемной силы и силы лобового сопротивления, полученные для данного профиля экспериментальным путем, приведены на рис. 3.15.

Рис. 3.15. Опытные кривые С_y, C_x и ν для профиля по рис. 3.14.

Расчет осевого вентилятора с крыловидным профилем производится на требуемый расход охлаждающего газа  (м³/сек) и напор  (кг/м²).

Из конструктивных соображений в зависимости от места расположения вентилятора в электрической машине задаются (рис.3.12):

-внешний диаметр, м  -;

-внутренний диаметр, м          -.

Аксиальная скорость охлаждающего газа, м/сек:

Полный напор вентилятора, кг/м²:

Высота лопасти вентилятора, м:

Ширина лопасти на внутреннем диаметре выбирается из условия, м:

Пределы возможного числа лопастей определяются соотношением:

где:  - коэффициент массивности колеса.

При посадке вентилятора непосредственной на вал ротора принимают , для вентиляторов большого размера (большой диаметр ) - . По результатам расчета выбирают число лопаток вентилятора  и уточняют их ширину

.

Скорость потока у основании лопасти и угол притекания соответственно равны (м/сек и град):

где:  - окружная скорость на внутреннем диаметре, м/сек;

        - частота вращения вентилятора, об/мин.

Предварительно задаются качеством крыла  и рассчитывают коэффициент подъемной силы . Для профилей, используемых в электрических машинах, обычно .

где .

Выбирают профиль крыла (рис. 3.14) и для рассчитанного значения  по рис.3.15 находят:

-коэффициент лобового сопротивления         - ,

-угол атаки                                                     - α (град),

-коэффициент качества крыла                        - ν.

Если значение ν сильно отличается от предварительно принятого, то расчет повторяют (сходимость результатов в пределах ).

Угол установки лопаток на внутреннем диаметре  (град)