ВЕНТИЛЯТОРНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2002 года по МПК F04D25/08 

Изобретение относится к вентиляторным системам охлаждения (СО) с разомкнутым воздушным трактом СО, особенностью которых является отсутствие условий для организации осесимметричного потока воздуха на входе в рабочее колесо вентиляторной установки (ВУ) и достаточных объемов в моторно-трансмиссионных отделениях (МТО) для построения полнопрофильных устройств выпуска воздуха в атмосферу.

Изобретение, главным образом, может быть использовано в вентиляторных системах охлаждения военно-гусеничных машин (ВГМ), особенно танков отечественного производства с дизельными силовыми установками.

Большая часть существующего парка ВГМ с дизельными двигателями выполнена с вентиляторными системами охлаждения.

Все зарубежные танки с дизельными силовыми установками превосходят отечественные танки по высоте и объемам МТО, что видно из таблицы [см. Теория и конструкция танков, т. 4 под редакцией П.П.Исакова, М.: Машиностроение, 1984].

В силу этого при размещении вентиляторной установки в МТО зарубежных танков нет затруднений в организации нормальных условий подвода к рабочему колесу и выпуску его в атмосферу, что решается путем создания канализированных воздушных трактов. Организация канализированных воздушных трактов систем охлаждения вынуждается также необходимостью, т.к. на зарубежных танках применяются вентиляторные установки, особенно чувствительные к сопротивлениям на линии всасывания (это относится к осевым вентиляторным установкам танков Челленджер, Валиент, М60А1) или на линии нагнетания (это относится к центробежному вентилятору с лопатками, загнутыми вперед на немецком танке "Леопард-2").

Поэтому вентиляторные системы охлаждения зарубежных танков не имеют с предлагаемым изобретением сходных признаков.

Наиболее близким аналогом-прототипом изобретения являются вентиляторные системы охлаждения дизельных силовых установок отечественных танков типа Т-72 и инженерных машин на их базе [Объект 172М "Техническое описание и инструкция по эксплуатации", книга вторая, М.: Воениздат МО СССР, 1975], имеющие с изобретением следующие сходные признаки:
- стеллаж с установленными в него радиаторами,
- вентиляторную установку системы охлаждения, установленную наклонно в кормовой части МТО в криволинейном участке всасывающей сети с верхним расположением стеллажа с радиаторами и наличием экранирующих элементов, близко расположенных от входного устройства (ВХ), содержащую:
- центробежное рабочее колесо с листовыми лопатками, загнутыми назад, с относительным диаметром входа Д₀/Д=0,85...0,875;
- входной направляющий аппарат (ВНА) - неподвижная сегментная решетка с центральным углом 180. ..210^o, установленная в верхней части вентиляторной установки, выполненная из трех направляющих колец - однополостных гиперболоидов вращения [М.Я.Выгодский. Справочник по высшей математике. М.: Госиздат физ. математ. литературы, издание 6-е, 1962], мнимые оси которых совмещены с осью вращения рабочего колеса, отношение диаметров горловин окружностей Д_г1, Д_г2, Д_г3 к наружному диаметру рабочего колеса Д составляют соответственно 0,8. . .0,82; 0,74...0,76; 0,62...0,64; выходная кромка верхнего кольца решетки имеет одинаковый диаметр с максимальным диаметром входных кромок лопаток Д₁, а образующиеся два криволинейных канала выполнены постоянным сечением и отношение площадей проходных сечений верхнего канала к нижнему составляет 1:2;
- корпус вентиляторной установки постоянной ширины В с неполным раскрытием спирали, ступенчатым диффузором на выходе, отношением площадей выходного сечения корпуса к входному сечению ВУ составляет 1,3...1,35.

Аэродинамические характеристики центробежного рабочего колеса вентилятора с лопатками, загнутыми назад, установленного за пакетом радиаторов большого фронта на линии всасывания, менее чувствительны по сравнению с другими типами колес вентиляторов к искажению правильной геометрической формы спирального корпуса ВУ.

Конструкция прототипа имеет следующие недостатки:
- вектор относительной скорости потока воздуха на входе в лопатки на большей части поворота колеса образует с входными кромками отрицательные углы атаки, вызванные плохим наполнением колеса из-за крутого поворота потока на участке от радиаторов к ВХ;
- близкое расположение экранирующих элементов МТО от входа в ВУ также вызывает неравномерность полей скоростей и давлений воздуха на входе в рабочее колесо, ухудшая аэродинамические показатели вентиляторной установки.

Задачей изобретения является повышение производительности и КПД вентиляторной установки за счет оптимизации геометрических размеров ВУ в условиях ее работы в криволинейном канале воздушного тракта МТО при наличии близко расположенных экранирующих элементов от входного устройства вентиляторной установки.

Указанная задача решается за счет применения совокупности новых существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения:
1. В отличие от прототипа системы охлаждения центробежное рабочее колесо вентилятора с лопатками, загнутыми назад, выполнено с изменением профилей межлопаточных каналов. При этом выходные кромки лопаток на участке относительной длины L/Д= 0,05. . .0,075 выполнены с плавным загибом в сторону вращения до β₂=62^o<90^o. Полученное приращение производительности вентиляторной установки оптимизирует условия набегания потока воздуха на входные кромки.

2. Отношение ширины рабочего колеса вентилятора b₂ к внешнему диаметру колеса Д выполнено равным b₂/Д=0,19...0,23.

Выбор оптимального отношения b₂/Д является компромиссом между шириной колеса и расстоянием до экранирующего элемента на входе в ВУ.

3. Также оптимизировано отношение ширины колеса b₂ к ширине корпуса В, которое составило b₂/В=0,51...0,58.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично показана вентиляторная система охлаждения силовой установки, состоящая из:
1 - стеллажа с установленными в него радиаторами и вентиляторной установки, содержащей:
2 - корпус вентиляторной установки;
3 - входной направляющий аппарат (ВНА);
4 - центробежное рабочее колесо;
а также
5 - экранирующих элементов конструкции МТО на входе в вентиляторную установку.

На разрезе Б-Б изображено центробежное рабочее колесо вентиляторной установки с профилями лопаток, заявляемыми в изобретении.

Условные обозначения вентиляторной установки соответствуют общепринятым в технической литературе [Т.С.Соломахова, К.В.Чебышева. Центробежные вентиляторы. Справочник, М.: Машиностроение, 1980].

Д - наружный диаметр колеса;
Д₀ - диаметр входного отверстия вентиляторной установки;
Д₁ - диаметр входных кромок вентилятора;
Д_г1, Д_г2, Д_г3 - диаметры горловин направляющих колес;
b₂ - ширина колеса на выходе;
В - ширина корпуса вентиляторной установки;
L/Д - относительная длина лопатки от выходной кромки до начала загиба в сторону вращения колеса,
β₁ и β₂- углы входа и выхода лопаток;
Относительный диаметр входа Д₀/Д.

В результате реализации этих новых существенных признаков, характеризующих изобретение и являющихся отличительными от прототипа, на экспериментальном образце вентиляторной системы охлаждения достигнут следующий технический результат:
- прирост производительности вентиляторной установки составил 12%;
- статический КПД вентиляторной установки повысился с 16...18% до 24%.

Изобретение относится к вентиляторным системам охлаждения (СО) силовых установок с разомкнутым воздушным трактом СО, особенностью которых является отсутствие условий для организации осесимметричного потока воздуха на входе в рабочее колесо вентиляторной установки (ВУ) и достаточных объемов в моторно-трансмиссионных отделениях (МТО) для построения полнопрофильных устройств выпуска воздуха в атмосферу. Сущность изобретения заключается в том, что в системе охлаждения, содержащей стеллаж с радиаторами и вентиляторную установку, установленную наклонно в кормовой части МТО в криволинейном участке всасывающей сети с верхним расположением радиаторов и наличием экранирующих элементов на входе воздуха в ВУ, состоящей из центробежного рабочего колеса с листовыми лопатками, загнутыми назад, с относительным диаметром входа Д_о/Д= 0,85...0,875; входного направляющего аппарата - неподвижной сегментной решетки с центральным углом 180-210^o, установленного в верхней части ВУ, сваренной из трех направляющих колец - однополостных гиперболоидов вращения, мнимые оси которых совмещены с осью вращения рабочего колеса, отношение диаметров горловин окружностей к наружному диаметру рабочего колеса Д составляют соответственно 0,8-0,82; 0,74-0,76; 0,62-0,64, выходная кромка верхнего кольца решетки выполнена одинакового диаметра с максимальным диаметром входных кромок лопаток, а образующиеся два криволинейных канала выполнены с постоянным сечением и отношение площадей проходных сечений верхнего канала к нижнему составляет 1:2; корпуса вентиляторной установки постоянной ширины В с неполным раскрытием спирали, ступенчатым диффузором на выходе, отношением площадей выходного сечения корпуса к входному сечению ВУ 1,3-1,35, выходные кромки лопаток центробежного рабочего колеса загибают в сторону вращения колеса на участке относительной длины L=L/Д=0,05-0,075 от выходных кромок, сохраняя угол выхода <90^o; выдерживают отношение ширины рабочего колеса b₂ к внешнему диаметру колеса Д, равным b₂/Д=0,19-0,23, а отношение ширины колеса b₂ к ширине корпуса В выполняют равным b₂/В=0,51-0,58. Реализация изобретения обеспечивает прирост производительности вентиляторной установки на 12%, повышение статического КПД вентиляторной установки с 16-18% до 24%. 1 ил., 1 табл.

Вентиляторная система охлаждения силовой установки, содержащая стеллаж с радиаторами и вентиляторную установку (ВУ), установленную наклонно в кормовой части моторно-трансмиссионного отделения (МТО) в криволинейном участке всасывающей сети с верхним расположением радиаторов и наличием экранирующих элементов на входе воздуха в ВУ, состоящую из центробежного рабочего колеса с листовыми лопатками, загнутыми назад, с относительным диаметром входа Д_о/Д= 0,85-0,875; входного направляющего аппарата - неподвижной сегментной решетки с центральным углом 180-210^o, установленного в верхней части вентиляторной установки, сваренной из трех направляющих колец - однополостных гиперболоидов вращения, мнимые оси которых совмещены с осью вращения рабочего колеса, отношение диаметров горловин окружностей к наружному диаметру рабочего колеса Д составляют соответственно 0,8-0,82; 0,74-0,76; 0,62-0,64, выходная кромка верхнего кольца решетки выполнена одинакового диаметра с максимальным диаметром входных кромок лопаток, а образующиеся два криволинейных канала выполнены с постоянным сечением и отношение площадей проходных сечений верхнего канала к нижнему составляет 1:2; корпуса вентиляторной установки постоянной ширины В с неполным раскрытием спирали, ступенчатым диффузором на выходе, отношением площадей выходного сечения корпуса к входному сечению ВУ 1,3-1,35, отличающаяся тем, что выходные кромки лопаток центробежного рабочего колеса на участке относительной длины L=L/Д=0,05-0,075 выполнены с плавным загибом в сторону вращения колеса, при этом угол выхода лопаток выполнен <90^o; отношение ширины рабочего колеса b₂ к внешнему диаметру колеса Д составляет b₂/Д=0,19-0,24; отношение ширины колеса b₂ к ширине корпуса В b₂/B=0,51-0,58.