电传动矿用自卸车车载风机设计研究.pdf

《电传动矿用自卸车车载风机设计研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、冶金／矿山通甬枫械中国舰船研究设计中心(湖北武汉430064)蔡芬武汉船舶电力推进装置研究所(湖北430064)汪勇【摘要l电传动矿用白卸车车载风机是为车辆电传动系统风冷设备提供冷却风。针对车载风机特殊要求，文章首先通过三维流场仿真软件对车载风机内部流场和各个出风口的风量、压力等性能参数进行了仿真计算，利用仿真计算结果指导风机设计并对最终产品进行台架试验，通过对比仿真计算数据与台架试验测量数据，证明了车载风机三维流场仿真计算方法的正确可行，可以满足车载风机特殊要求。【关键词】车载风机矿用自卸车三维流场仿真环境温度变化一40-55'C，在进口温度27。C，额定转速1900r／min时，风机

2、总风量不小于25000m3／h，三个出风口中任意出风口处全压不小于2000Pa，其中出风口l风量不小于6000m3／h，出风132风量不小于10000m3／h，出风1339t量不小于9000m3／h，风机效率不小于65％，风机转速变化1300～2100r／min，尺寸不能大于庐1200mm×500mm。考虑到车载风机实际运行情况，风机应有良好的环境适应性，还要风量大，风压高，结构紧凑，综合以上各种限定条件，风机类型采用离心鼓风机型式。一、前言三、车载风机三维流场仿真矿用自卸车是指在露天场合为完成矿石、土方运输而使用的一种非公路用专业化车辆，主要用于露天矿山、港口码头、水利水电工地和交通基

3、础设施建设等大型施工现场。目前百吨级及以上吨位矿用自卸车大多采用风冷交流电传动系统，通过车载风机给电传动系统中需要通风冷却的设备，如发电机、牵引电动机以及变流装置提供冷却风。由于矿用自卸车运行现场条件恶劣，电传动系统工况复杂，需要冷却的设备多，因而要求车载风机能满足单个进风口、多个出风口风量大，风压高，结构紧凑，可靠性和可维修性好等特殊要求。=、车载风机设计要求某型百吨级交流电传动矿用自卸车，其车载风机通过与柴油发电机组共机械轴连接成一个动力总成整体布置在车体上，风机有一个进风口、三个出风口，三个出风口分别给发电机、牵引电动机以及变流装置提供冷却风。根据被冷却设备散热需要，对凤机具体设计

4、要求如下：风机输送介质为含少量粉尘沙粒的空气，工作58鲫WWW．怒盟：噼棚1．车载风机内流体仿真模型宏观无规律流体流动应满足三大守恒定律：质量守恒、动量守恒和能量守恒。而车载风机内的流动绝大多数情况下都为湍流状态，所以还要遵守湍流方程。对于车载凤机，由于无需考虑传热方面的问题，因而在计算时无需考虑能量方程。对这些物理定律的数学表达形式即为流体仿真模型。(1)质量守恒连续性方程模型在流动问题中连续性方程也就是质量守恒方程的具体表现形式，由于研究对象为车载风机，流体速度不是很大，可当做不可压缩流体来计算。(2)动量守恒N_一s方程模型动量守恒定律描述了流体流动中动量守恒的内在规律，也常被称作

5、Navier—Stokes方程，简称N—s方程。由于N—s方程的复杂性，很难通过直接求解，必须离散化通过计算机迭代求解。(3)湍流方程模型流态为湍流的流体系统除了必须遵守三大守恒方程之外，还需要遵守湍流方程。而湍流方程求解分为直接数值模拟和非直接数值模拟。非直接数值模拟又可以分为Reynolds平均数值模拟、大涡数值模拟和统计平均数值模拟三种方法。其qhReynolds平均数值模拟允许模型网格长度较大，计算时间短，对计算机硬件要求相对较低。而大涡数值模拟和统计平均数值模拟介于直接数值计算与Reynolds平均数值模拟之间。综合以上因素考虑，车载风机湍流模型采用标准k-占模型Reynold

6、s平均数值模拟。2．车载风机设计、建模及网格划分根据车载风机设计要求，按照风机设计流程通过专业设计软件进行一维计算：确定车载风机叶轮直径、叶片安装角、出口宽度等相关参数；二维优化：优化子午流道、优化叶型、叶片数和厚度分布等；三维造型：通过相关建模软件对车载风机建模得到其最终三维造型如图1所示。—。—一biL≯一L‘蔫图1车载风机三维模型1．出风口22．出风口13．总进风口4．出风173由于三维软件建立的是实体模型，不是流体仿真计算所需要的流体域，需要对车载风机模型创建流体域，分为旋转流道(叶轮流道)和静止流道(进口流道、蜗壳流道、出121流道等)，使其成为满足计算所需要的流体域。划分好流

7、体域后即可对模型进行网格划分，采用四面体网格。最终车载风机模型网格划分如图2所示。边界条件设置：以进风口为进口边界，进风口设定为速度入口，边界条件给定入口边界处气流的速度，速度边界适用不可压缩的流动情况；以三个出风口为出口边界，出风口设定为压力出口，边界条件是给定出口边界上的静压，出风口处的压力值根据实际情况定义；旋转区域的设置，车载风机中存在叶轮相对于蜗壳旋转，需要用动参考系(MRF)模型，用运动参考系求解旋转或移动的运动区域，用