Chương 7. THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT, BÔI TRƠN
7.5. THIẾT KẾ CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH TRONG HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC CƯỠNG BỨC MỘT VÕNG KÍN
7.5.3. Thiết kế quạt gió
Trong hệ thống làm mát bằng nước, dùng két làm mát bằng không khí, quạt gió dùng để tăng tốc độ của không khí qua két nhằm nâng cao hiệu quả làm mát.
Quạt gió thường là quạt chiều trục .
. Có hai chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của quạt: đó là năng suất (lưu lượng gió) của quạt và công suất tiêu tốn cho dẫn động quạt. Ðối với một két nước cụ thể, năng suất thể hiện bằng tốc độ gió qua két làm mát. Hai chỉ tiêu trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay của quạt, kích thước cánh, góc nghiêng của cách và vị trí tương quan giữa quạt và két nước.
Tăng góc nghiêng của cánh và tăng số vòng quay của quạt đều làm cho công suất dẫn động quạt tăng lên. Thông thường góc nghiêng tốt nhất đối với quạt phẳng là 40 ÷ 450 và với quạt cánh lồi là 380. Tăng góc nghiêng và tăng chiều rộng cánh quạt có làm cho lưu lượng tăng nhưng công suất dẫn động quạt tăng mãnh liệt, vì vậy đối với động cơ ô tô máy kéo, đường kính quạt không vượt quá 0,65m và chiều rộng không vƣợt quá 70mm.
Khoảng cách từ quạt đến két phụ thuộc vào việc tổ chức dòng khí làm mát đến các bộ phận dưới nắp xe. Khi có lắp các bản hướng dòng khí thì khoảng cách đó cho phép đến 80 - 100mm. Nếu không thì không nên vƣợt quá 10 † 15mm. Số cánh tăng làm năng suất tăng theo, nhƣng không nên vƣợt quá 8 cánh.
Cánh quạt đƣợc dập bằng thép tấm có chiều dày 1,2 † 1,6mm, rồi bắt chặt vào mayơ, trước khi lắp phải cân bằng. Loại cánh quạt chế tạo bằng vật liệu polyme thì không cần cân bằng. Ðể giảm tiếng ồn, loại quạt 4 cánh đƣợc chế tạo theo hình chữ X, với góc giữa hai cánh là 70 † 1100. Quạt đƣợc dẫn động bằng đai truyền hình thang, tốc độ của đai truyền không vƣợt quá 30 † 35 m/s. Trên một số động cơ, quạt đƣợc dẫn động bằng xích, còn dẫn động bánh răng thì ít gặp. Tỷ số truyền động quạt nằm trong khoảng 1,0 † 1.3. Ngoài ra còn có bộ phận áo làm mát. Áo làm mát đƣợc hình thành bởi khoang trống nằm giữa thành ngoài nắp máy với thành buồng đốt. Ðặc biệt ở những chỗ bố trí đường xả thì cần được tăng cường làm mát.
y
2R 2r l
Hình 734. Sơ đồ tính quạt gió.
Lưu lượng không khí do quạt cung cấp, áp suất động do quạt tạo ra và công suất tổn thất cho quạt phụ thuộc số vòng quay của trục quạt (phụ thuộc vào số vòng quay của trục khuỷu).Lƣợng không khí tỉ lệ bậc nhất, áp suất tỉ lệ bậc hai và công suất tỉ lệ bậc ba với số vòng quay.
Khi tính toán quạt gió của động cơ này, ta phải tính đến ảnh hưởng của tốc độ gió gây ra do tốc độ chuyển động của ô tô.
Do đó, lưu lượng thực tế của quạt Gq thường lớn hơn lưu lượng tính toán Gkk.
Mức độ lớn bé lưu lượng thực tế của quạt phụ thuộc vào tốc độ ô tô. Khi tốc độ ô tô lớn, lưu lượng gió thực tế đi qua két nước tăng lên, nên lưu lượng không khí do quạt gió cung cấp giảm xuống rõ rệt. Tuy nhiên, động cơ của chúng ta thiết kế đặt ở phía sau nên vận tốc của ôtô ít làm thay đổi tới lưu lượng của quạt.
Lưu lượng của quạt gió Gq phụ thuộc vào kích thước của quạt gió và được xác định theo sơ đồ hình (7.15). Theo [2] ta có:
sin.cos
60 bZ 1 n ) r R (
Gq k 2 2 q k (kg/s)
Trong đó:
kk - khối lƣợng riêng của không khí theo điều kiện làm việc, không khí đi ra ở phía sau bộ tản nhiệt có nhiệt độ là tkkr = 650C. Theo [2] ta có ρkk = 1,1 (kg/m3)
R,r-Bán kính ngoài và bán kính trong của quạt [m].
b- Chiều rộng cánh [m].chọn b = 100(mm)
nq- Số vòng quay của quạt [vòng/phút]. nq=(12)n.
n- Số vòng quay trục khuỷu, ta chọn nq = n = 2600 [vòng/phút].
- Góc nghiêng của cánh, = 30 (với loại cánh quạt phẳng).
Z- số cánh, chọn Z =8.
kk- Hệ số tổn thất tính đến sức cản của dòng không khí khi ở cửa ra dưới nắp đầu xe.
Ta có R là bán kính ngoài của quạt:
2 Dq
R , với Dq =0,3 0,7 (m), ta chọn D = 0,55 (m). R = 0,275(m) Trong đó, chiều dài công tác là 0,15(m), suy ra r là bán kính trong của quạt:
r =0,275 – 0,1 = 0,125(m) số vòng quay của quạt
nq = 1,02.2600 = 2652(vòng/ phút).
α – góc nghiêng của cánh, chọn α = 400. Z - số cánh. chọn: Z = 8 cánh.
ηk - hệ số tổn thất, tính đến sức cản của dòng không khí ở không gian bên hông và dưới thùng xe.(do động cơ đặt ở phía sau). Chọn ηk = 0,6.
fn - diện tích tiết diện cửa ra của không khí dưới nắp thùng sau xe. Theo [2]
ta có quan hệ giữa hệ số ηk với tỷ số k2 πR
f nhƣ sau:
0 0,25 0,5 0,75
0,4 0,6
Hình 7-35. Quan hệ giữa ηk với tỷ số k2 πR
f Vậy lưu lượng của quạt gió
2 2 0 0
q
G 1,1.3.14(0, 275 0,125 )2652.0,1.8.0,6 1 sin 40 .cos 40
60
= 3,08(kg/s)
Công suất tiêu thụ của quạt gió xác định theo công thức sau:
3 2 2 2 3 2 2 2
q q
Z.n b(R r )sin α 8.2600 .0,1(0, 275 0,125 )sin 40
N 1, 2 KW
2840.000 2840.000
+ Nhận xét
550
250
150
100 A
A
A-A
2 1
3 4 5
Hình 7-36. Kết cấu quạt gió động cơ CNG bus 29
1- Cánh quạt gió; 2- Bầu quạt; 3- Xương bắt đĩa quạt; 4- Trục quạt;
5- Bulông bắt quạt