СПОСОБ ВЫРАВНИВАНИЯ СКОРОСТЕЙ В СИСТЕМАХ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК B60H1/12 

Изобретение относится к системам воздухоснабжения потребителей воздуха (далее потребителей), используемым в промышленности, строительстве, машиностроении и других отраслях, в частности, в системах охлаждения электрических выпрямительных и преобразовательных установок и двигателей внутреннего сгорания, в калориферных системах отопления, в системах вентиляции и кондиционирования зданий и сооружений и в иных установках, в которых необходимо обеспечить равномерность скоростей воздуха перед потребителями.

Известна система воздухоснабжения (охлаждения) выпрямителя тепловоза 2ТЭ116УР производства ПАО «Лугансктепловоз» (прототип) [«Тепловоз 2ТЭ116УР. Руководство по эксплуатации. Часть 1. Описание и работа. 2683.00.00.000 РЭ», с. 1, 42, 43; «Тепловоз 2ТЭ116УР. Руководство по эксплуатации. Часть 2. Альбом иллюстраций. 2683.00.00.000 РЭ1», с. 1, 52], обеспечивающая его охлаждение и содержащая потребитель воздуха (выпрямитель), вентилятор, воздухоочиститель и канал (короб) для подачи охлаждающего воздуха от вентилятора к потребителю. Канал (короб) для подачи воздуха выполнен в виде короткого диффузора с большими значениями угла (≈150°) и степени расширения.

Недостатком указанной системы воздухоснабжения является неравномерность скоростей воздуха перед выпрямителем и, соответственно, неравномерность его охлаждения, приводящая к повышению температуры отдельных элементов выпрямителя. Этот недостаток обусловлен тем, что имеющаяся неравномерность скоростей воздуха на выходе из вентилятора (и, соответственно, на входе в диффузор) в диффузорах с углами расширения больше 50-60° еще больше возрастает в связи с отрывом воздушного потока от всей поверхности диффузора [И.Е. Идельчик «Гидравлические сопротивления», Государственное энергетическое издательство, 1954, с. 75-78, фиг. 3-2, 3-3]. В связи с повышением температуры и, соотвественно, с ухудшением надежности выпрямителя в эксплуатации ухудшаются технико-экономические показатели системы воздухоснабжения.

Техническим результатом изобретения является улучшение выравнивания скоростей охлаждающего воздуха перед потребителем (выпрямителем) и улучшение равномерности его охлаждения.

Предлагаемый способ выравнивания скоростей воздуха перед выпрямителем обеспечивает достижение указанного технического результата.

Способ выравнивания скоростей в системах воздухоснабжения характеризуется тем, что внутри в начале короба для подачи воздуха от вентилятора к выпрямителю, выполненного в виде диффузора с большими углом β и степенью расширения (где F₂ и F₁ - площади диффузора на выходе и на входе соответственно), устанавливается несколько перегородок, формирующих несколько отдельных диффузоров с углами расширения α, близкими к оптимальным значениям α_опт, и со степенью расширения n, близкой к нормальным значениям (где ƒ₂ и ƒ₁ - площади отдельных диффузоров на выходе и на входе соответственно), а на выходе из короба перед выпрямителем устанавливается равномерно распределенное гидросопротивление для выравнивания скоростей с необходимым значением коэффициента гидросопротивления ξ.

Улучшение равномерности скорости воздуха перед потребителем (выпрямителем) улучшает равномерность его охлаждения.

Сущность изобретения по способу выравнивания скоростей в системах воздухоснабжения поясняется фигурой 1, на которой схематично показаны короб 1 для подачи воздуха от вентилятора 7 к потребителю (выпрямителю) 6.

Короб 1 системы воздухоснабжения имеет диффузор 5, выполненный по условиям компоновки тепловоза с большими углом β и степенью расширения n, превышающими оптимальные β>α_опт и нормальные значения n>n_н. В начале короба 1 установлены перегородки 2 определенной длины L, формирующие несколько отдельных диффузоров 3 с углами расширения α, близкими к оптимальным α_опт, при этом допустимо α≥α_опт или α≤α_опт, и со степенью расширения n, близкой к нормальным значениям n_н, при этом допустимо n≥n_н или n≤n_н.

Количество перегородок т определяется формулой:

Длина перегородок L определяется с использованием фиг. 2. Из треугольника ABC имеем:

где а₁ и а₂ - ширина диффузоров на входе и на выходе.

Площади диффузоров ƒ₁ и ƒ₂ на входе и на выходе равны: ƒ₁=a₁⋅b₁, ƒ₂=a₂⋅b₁ (см. фиг. 2). степень расширения Отсюда следует: a₂=n_н⋅а₁; ВС=a₁(n_н-1). С учетом этого длина перегородки L определяется формулой:

На выходе из короба 1 установлено равномерно распределенное гидросопротивление 4, с коэффициентом гидросопротивления ξ, близким к интервалу значений ξ, составляющему 2÷6 [И.Е. Идельчик, «Гидравлические сопротивления», Государственное энергетическое издательство, 1954, с. 157 фиг. 6-12; с. 166-167 фиг. 6-13; с. 194-194], при этом допустимо ξ≥2÷6 или ξ≤2÷6. значения ξ принимаются при большой неравномерности, а меньшие значения - при небольшой неравномерности скоростей воздуха перед потребителями.

На практике оптимальные значения углов расширения α_опт принимаются в пределах от 6÷8° до 15°, а нормальные значения степени расширения n_н - от 2-2,5 до 3,5-4 [М.Е. Дейч, «Техническая газодинамика», Государственное энергетическое издательство 1961, с. 394; И.Е. Идельчик. «Гидравлические сопротивления», Государственное энергетическое издательство, 1954, с. 94].

Равномерно распределенное гидросопротивление 4 может быть выполнено из одной или нескольких сеток с одинаковыми или различными коэффициентами гидросопротивления, из перфорированных листов, пучков труб, стержневых кассет, пористых, тканых и иных материалов, обеспечивающих пропускную способность воздуха.

Выравнивание скоростей в коробе 1 для подачи воздуха к потребителю (выпрямителю) 6 происходит следующим образом: поток воздуха, выходящий из вентилятора 7 и имеющий неравномерность скоростей, поступает в диффузоры 3. В диффузорах 3 и на участке от диффузоров 3 до равномерно распределенного гидросопротивления 4 происходит выравнивание скоростей, но основное выравнивание скоростей происходит непосредственно перед и после равномерно распределенного гидросопротивления 4. При набегании воздушного потока, имеющего неравномерность скоростей, на равномерно распределенное гидросопротивление 4 происходит торможение и уменьшение скорости воздушного потока. Торможение воздушного потока приводит к уменьшению его скорости и динамического давления и, соответственно, к увеличению статического давления, причем увеличение давления будет тем больше, чем больше скорость воздуха. По этой причине перед равномерно распределенным гидросопротивлением 4 появляется поперечный градиент давления, под действием которого воздушный поток растекается по этому гидросопротивлению из области с скоростями в область с меньшими скоростями. Это приводит к выравниванию скоростей воздушного потока на входе и на выходе из равномерно распределенного гидросопротивления 4.

Заявляемый способ выравнивания скоростей в системах воздухоснабжения перед потребителем (выпрямителем) используется в системе охлаждения потребителя (выпрямителя) на тепловозах 2ТЭ25К^М. Этот способ улучшает выравнивание скоростей воздуха перед выпрямителем и равномерность его охлаждения, устраняет необходимость увеличения производительности и напора вентилятора и, как следствие, габаритов, потребляемой мощности и стоимости вентилятора и электродвигателя привода этого вентилятора, а также улучшает технико-экономические показатели.

Изобретение относится к системам воздухоснабжения потребителей воздуха. Система воздухоснабжения содержит воздухоочиститель, вентилятор, потребитель воздуха и короб для подачи воздуха от вентилятора к потребителю. Короб выполнен в виде диффузора с большими значениями угла и степени расширения. Поток воздуха после вентилятора на входе в короб имеет неравномерность скоростей. Для выравнивания скоростей в системах воздухоснабжения устанавливают внутри в начале короба несколько перегородок, а на выходе из короба устанавливают равномерно распределенное гидросопротивление. Количество перегородок m и их длина L обеспечивают формирование нескольких диффузоров с углами расширения α, близкими к оптимальным значениям α_опт, составляющим от 6÷8 до 15°, при этом допустимо α≥α_опт или α≤α_опт, и со степенью расширения диффузора n, близкой к нормальным значениям n_н=2-2,5÷3,5-4, при этом допустимо n≥n_н или n≤n_н. Значения коэффициента гидросопротивления для равномерно распределенного гидросопротивления ξ близки к интервалу значений ξ, составляющему 2÷6, при этом допустимо ξ≥2÷6 или ξ≤2÷6. Достигается улучшение равномерности скоростей в системах воздухоснабжения перед потребителями. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ выравнивания скоростей в системах воздухоснабжения, содержащих воздухоочиститель, вентилятор, потребитель воздуха и короб для подачи воздуха от вентилятора к потребителю, выполненный в виде диффузора с большими углом β и степенью расширения n, характеризующийся установкой внутри в начале короба перегородок в количестве m и длиной L, формирующих несколько диффузоров внутри короба с углами расширения α, близкими к оптимальным значениям α_опт, и со степенью расширения n, близкой к нормальным значениям n_н.

2. Способ выравнивания скоростей в системах воздухоснабжения по п. 1, характеризующийся тем, что определение количества перегородок m производится по выражению (1) исходя из условия обеспечения значений углов расширения α диффузоров, равных или близких к оптимальным значениям α_опт, составляющим от 6÷8 до 15°, при этом допустимо α≥α_опт или α≤α_опт,

3. Способ выравнивания скоростей в системах воздухоснабжения по п. 1, характеризующийся тем, что длина перегородок L определяется из выражения (2) с учетом ширины а₁ на входе диффузора исходя из условий обеспечения степени расширения каждого диффузора, близкой к нормальным значениям n_н, составляющим 2-2,5÷3,5-4, при этом допустимо n≥n_н или n≤n_н,

4. Способ выравнивания скоростей в системах воздухоснабжения по п. 1, характеризующийся установкой на выходе из короба перед потребителем равномерно распределенного гидросопротивления, выполненного из одной или нескольких сеток, перфорированных листов, пучков труб, стержневых кассет, пористых, тканых и иных материалов.

5. Способ выравнивания скоростей в системах воздухоснабжения по п. 4, характеризующийся выбором значения коэффициента гидросопротивления ξ для равномерно распределенного гидросопротивления, близкого к интервалу значений ξ, составляющему 2÷6, при этом допустимо ξ≥2÷6 или ξ≤2÷6.