Способ испытания вентилятора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний преимущественно автомобильных систем охлаждения.

Известен способ испытания вентилятора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания и вентиляторной сети путем наддува измерения расхода и определения напора испытуемого вентилятора по разности полных давлений воздуха.

Недостатком этого способа является низкая точность определения давления в условиях, когда за вентилятором расположен двигатель сложной конфигурации.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ испытания вентилятора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что наддувают по крайней мере часть сети при снятом рабочем колесе вентилятора, измеряют расход потока и соответствующее ему полное давление на входе в сеть при различной степени наддува для определения сопротивления сети, затем наддувают сеть при работе вентилятора с установленным колесом, измеряют расход потока и соответствующее ему полное давление на входе в сеть, и определяют давление, создаваемое вентиляторной установкой при одинаковых значениях расхода по разности сопротивления сети, определенного при первоначальном наддуве, и полного давления на входе в сеть при работе вентилятора с установленным колесом.

Полученные данным способом характеристика вентилятора и характеристика сети, описываемая аппроксимирующим уравнением, используется в расчетах. Для определения погрешности расчетов требуется оценка точности согласования характеристики вентилятора с уравнением характеристики сети.

Однако полученные известным способом результаты замеров позволяют произвести эту оценку только наложением характеристик вентилятора, полученных при различных частотах его вращения, на кривую, описываемую уравнением характеристики сети. Эта процедура является излишне сложной.

Целью изобретения является упрощение оценки точности согласования безразмерной характеристики вентилятора с уравнением характеристики сети при одновременном определения интервала частот вращения вентилятора, в котором безразмерная характеристика вентилятора остается достоверной.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу дополнительно измеряют частоту вращения вентилятора, наддув сети

при работе вентилятора с установленным колесом производят при максимально допустимой в эксплуатационных условиях частоте вращения вентилятора и различной

степени наддува, строят график безразмерной характеристики вентилятора, затем продолжают наддув при более низких частотах вращения вентилятора и постоянном значении полного давления на входе в сеть,

оценивают результаты измерения на фиксированных частотах вращения по их соответствию построенному графику и прекращают измерения при достижении такой частоты вращения вентилятора, при которой происходит отклонение результатов измерения от построенного графика, вычисляют зависимость окружной скорости вентилятора от предполагаемой средней скорости потока, проходящего через сечение с площадью рабочего колеса вентилятора по формуле

U V/2 а + V V 2/4 а 2 + Ј V П/Ь - 2 Р/Ь/9 .

где а, Ь - соответственно абсцисса и ордината точек пересечения прямой, аппроксимирующей безразмерную характеристику вентилятора, с осями координат;

Ј - коэффициент сопротивления первоначально наддувавшегося участка сети, приведенный к площади рабочего колеса вентилятора; р - плотность воздуха;

U - окружная скорость вентилятора; V - средняя скорость потока, проходящего через сечение с площадью рабочего колеса вентилятора;

п-показатель степени уравнения ДР , аппроксимирующего зависимость сопротивления первоначально наддувавшегося участка сети от V;

Р - полное давление на входе в сеть во время ее повторного наддува

и по отклонению вычисленных по данному уравнению значений окружной скорости от замеренных значений судят о точности согласования характеристики вентилятора с уравнением характеристики сети.

Приведенная выше формула может быть получена из уравнения энергии потока воздуха, проходящего через вентиляторную сеть при испытании с установленным рабо- чим колесом вентилятора. При ряде упроща- ющих допущений оно может быть представлено в следующем виде:

Р+ Ј/oVn/2(1)

Если безразмерную аэродинамическую характеристику вентилятора на рабочем участке представить в виде прямой, то характеристику вентилятора можно выразить уравнением:

V b-Vb/Ua(2)

Если подставить уравнение (2) в уравнение (1), то после преобразования получим

U-VU/a- Јvn/b + 2P//o b 0 (3)

Решая это квадратное уравнение относительно U и учитывая, что по содержанию задачи величина U может принимать только положительное значение корня, получают выражение, используемого в формуле изобретения.

На фиг.1 показаны схема испытательного стенда с вспомогательным вентилятором и испытуемая вентиляторная установка; на фиг.2 - безразмерная характеристика вентилятора; на фиг.З - экспериментальная и расчетные зависимости окружной скорости вентилятора от предполагаемой средней скорости потока, проходящего через сечение с площадью рабочего колеса вентилятора.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Эксперименты выполняются на испытательном стенде, который представляет собой камеру 1 всасывания с входным расходомером 2 типа измерительного коллектора. В сеть камеры встроен вспомогат тельный вентилятор 3 и дросселирующее устройство 4. Статическое давление в измерительном сечении камеры 1 и разрежение в измерительном коллекторе осуществляется дифференциальными манометрами соответственно 5 и 6. Выравнивание потока в измерительном сечении камеры производится сетками 7 и спрямляющими решетками 8. К торцовой стенке камеры 1 присоединяется радиатор 9 с установленными перед ним элементами сети и прикрепленный к нему кожух 10 исследуемого вентилятора 11, который закреплен на макете 12 передней части двигателя. Таким образом, на стенде воспроизводятся все элементы, оказывающие влияние на аэродинамическую характеристику вентилятора 11. Вспомогательный вентилятор 3 работает последовательно с исследуемым вентилятором 11 и позволяет осуществлять наддув сети последнего. Исследуемый вентилятор 11 приводится карданом от балан- сирного динамометра с измерителями момента и частоты вращения (не показано).

Реализация предлагаемого способа показана на примере испытания исходного варианта модернизируемой вентиляторной установки системы охлаждения существующего автомобиля. Исследуемый вентилятор осевой, шестилопастный, с некрученными лопастями, диаметром 525 м. Первоначально наддувают сеть вентилятора 11 при снятом рабочем колесе, измеряют расход Q потока манометром 6 и соответствующее

расходу полное давление Р на входе в сеть по показаниям манометра 5 (динамическое давление в измеряемом сечении практически равно нулю) при различной степени наддува для определения сопротивления сети. Экспериментальная зависимость Р от Q представляет собой кривую полного сопротивления наддувавшегося участка сети. Результаты измерений первоначального

наддува аппроксимируются уравнением АР 93,21 Q1 816. Затем наддувают сеть, при работе вентилятора 11с установленным рабочим колесом и дополнительно измеряют частоту вращения вентилятора: Измеряют расход потока и соответствующее ему полное давление на входе в сеть при максимально допустимой в эксплуатационных условиях частоте вращения вентилятора Мвент. 3500 мин и различной степени наддува.

Вычитая из значений полного сопротивления первоначально наддувавшейся сети замеренное полное давление на входе в сеть при последующем наддуве при одинаковых значениях расхода потока, получают значения полного давления вентиляторной установки. Определяя в соответствии с ГОСТ значения коэффициентов давления 1р и производительности р V/U, строят график безразмерной характеристики вёнтилятора (фиг.2) и продолжают наддув при более низких частотах вращения вентилятора и постоянном значении полного давления Р 312 Па на входе в сеть, оценивают результаты измерения на фиксированных частотах

вращения по их соответствию построенному графику и прекращают измерения при достижении частоты вращения вентилятора NBCHT 2500 , при которой начинается отклонение результатов измерения от построенного графика. Далее аппроксимируют безразмерную вентиляторную характеристику прямой линией - уравнением Ц b - b р /а, определяя значения а 0,406 и b 0,259, Вычисляют коэффициент

93,21 (л 02/4)Ш6// 9,61

и определяют значения U при значениях V, определенных по замеренным значениям расхода при постоянном полном давлении на входе в сеть. Экспериментальная и расчетная функции U f(V) показаны на фиг.З. Максимальная ошибка расчета составляет 0,5%, что свидетельствует о высокой точно сти согласования характеристики вентилятора с уравнением характеристики сети.

Для упрощения расчетов рекомендуется пользоваться уравнением характеристики сети вида АР С Q2 В рассматривавшемся случае значение коэффициента С 77,88, а | 6,06. При подстановке новых значений п и Ј в расчетную формулу вычисления показывают существенное расхождение расчетных и экспериментальных данных. Результаты этого расчета показан на фиг.З штриховой ли- нией. Максимальная ошибка расчета составляет 3%, что свидетельствует о нежелательности применения последнего уравнения характеристики сети.

Формул а-изобретен ия

Способ испытания вентилятора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания путем первоначального наддува по меньшей мере части сети при снятом рабочем колесе вентилятора, измерения расхода потока и соответствующего ему полного давления на входе в сеть при различной степени наддува для определения сопротивления сети, повторного наддува сети при работе вентилятора с установленным коле- срм, измерения расхода потока и соответствующего ему полного давления на входе в сеть, и определения давления, создаваемого вентилятором при одинаковых значениях расхода, по разности сопротивления сети, определенного при первоначальном наддуве, и полного давления на входе в сеть при работе вентилятора с установленным колесом, отличающийся тем, что, с целью упрощения оценки точности согласования безразмерной характеристики вентилятора с уравнением характеристики сети, дополнительно измеряют частоту вращения вентилятора, повторный наддув сети при работе вентилятора с установленным колесом производят при максимально допустимой в эксплуатационных условиях частоте вращения вентилятора и различной степени наддува, определяют безразмерную характеристику вентилятора, продолжают наддув при более низких частотах вращения вентилятора и постоянном значении полного давления на входе в сеть, и окружную скорость вентилятора определяют по формуле

U V/2 а + Vv2/4a2 + Јvn/b - 2 Р/Ь/Э ,

где U - окружная скорость вентилятора;

V - средняя скорость потока, проходящего через сечение с площадью рабочего колеса вентилятора;

a, b - соответственно абсцисса и ордината точек пересечения прямой, аппроксимирующий безразмерную характеристику вентилятора, с осями координат,

Ј- коэффициент сопротивления первоначально наддувавшегося участка сети, при- веденный к площади рабочего колеса вентилятора,

п - показатель степени уровня АР аппроксимирующего зависимость сопротивления первоначально наддувавшегося участка сети от V;

Р - полное давление на входе в сеть во время ее повторного наддува;

р- плотность воздуха.

Использование: для испытания вентиляторов системы охлаждения. Сущность изобретения : испытания проводятся на испытательном стенде, который состоит из камеры 1, входного расходомера 2, вспомогательного вентилятора 3, дросселирующего устройства 4, дифференциальных манометров 5 и 6, сеток 7, спрямляющих решеток 8, радиатора 9, кожуха 10 и исследуемого вентилятора 11, который закреплен на макете 12. 3 ил.