风冷发动机冷却风扇实验说明书

实验四、风冷发动机冷却风扇试验

一、实验目的

风冷柴油机的冷却风扇，直接影响到柴油机热负荷的高低和其动力性，经济性、可靠性与耐久性的好坏，以及外型尺寸的大小。必须研制出满足柴油机散热所需风量、风压要求的高效率、低噪声、小尺寸的冷却风扇。同时，匹配恰到好处的导风罩，以实现冷却空气导流与散热的最佳化，使柴油机处于最佳热状态下工作。

二、试验条件

按照国家标准GB1236－85《通风机空气动力能试验方法》中的规定，风筒设计有进气法，出气法和进出气法三种装置方案，根据被测风扇应尽量接近实际工作情况和保证准确地测定风扇性能参数的原则来确定风筒布置方案。流体力学告诉我们：只有当风筒中的气流呈平直流时，才能在风筒中的横截面上获得均匀的静压分布和气流方向与风筒轴线方向一致。通过流线观察表明，采用进气法方法试验时，风筒中的流线基本上都是互相平行的，且气流方向与风筒横截面垂直，而且多次试验均表明采用进气法进行测量的全压也较准确地等于其动压与静压之和。但采用出气法试验时，情况则不同，不同的风扇几乎都在风筒中产生不同程度的气流旋转与扰动。即使经过整流栅的整流，也难以消除旋转与扰动的影响。

为了保证各次对比试验均具有一致的热状态与相同润滑条件，以控制每次试验时能准确地测出风扇所消耗的功率值。我们在风扇传动轴承座上装上温度传感器，以便控制每次试验均在相同的温度条件下进行。同时通过专门的润滑装置严格控制轴承润滑的压力、速度，以保证每次对比试验时都具有同的润滑条件，，从而保证了测试数据的准确性。

三、试验仪器设备

本实验在FC2000倒拖试验台架上，按照国家标准GB1236－85《通风机空气动力能试验方法》自行设计制造的风筒试验台（如图1所示）上进行的。驱动装置采用三相变频电机，配上变频器，计算机通过CAN总线通信卡和RS485/232转换卡与变频器进行通讯，控制变频电机转速在0－6000 r/min范围内任意调整，转速波动不超过±5r/min，变频电机通过联轴器与转矩转速传感器相联后通联轴器驱动柴油机风扇工作，实验时压力、温度、扭矩、转速等各测试参数由传感器转换成电信号后送入计算机进行数据自动采集与处理。

本实验采用进气法进行试验，试验时柴油机不装气缸，气缸盖等与导风阻力有关的零部件，装上风扇与导风罩。为了保证导风罩与集流罩过接处具有良好的密封性；除在二者之间装上橡胶密封圈外，并在其中涂布黄油以提高密封效果。

图4-1 计算机数据采集的风扇试验台架

1-动压传感器2-静压传感器3-柴油机4-联轴器5-JC型转矩转速传感器静6-三相变频电机7-机座8-FC2000发动机

倒拖台架9-三相变频器10-可变截面节流栅11-整流栅12-支架13-风筒14-大气压力传感器15-大气温度传感器

四、试验步骤

1首先由实验指导老师介绍FC2000倒拖试验台架的功能，熟悉FC2000倒拖试验台架操作；

2、接通FC2000倒拖试验台架电源开关，打开变频器电源开关，接通变频电机冷却风

扇，启动控制计算机，进入风扇实验测试界面；

3、给定变频电机一初始转速值（1000 r/min），启动变频电机拖动试验台架运行，逐

步升高变频电机转速至台架测试转速；

4、监测风扇传动轴承座温度，当轴承座温度稳定后，测试风扇在1500r/min、2000

r/min、2500 r/min、2600 r/min、3000 r/min的五种转速下，分别用节流器（使风筒导风面积处于全闭0m2,0.0051283 m20.0012831 m2 0.0019249 m2 0.0025566 m2 0.004491 m2及全开0.007693785 m2七种情况）改变风扇流量与压力。分别测量在各种转速下，进气端风筒静压绝对值p stj(pa).进气风筒静压绝对值p st(Pa)，变频电机输出功率P i.不带风扇时变频电机输出功率P与当场大气状态参数；

5、实验测试完毕后，将变频电机转速降至1000 r/min，怠速运转一段时间，由计算

机输出测试数据表，待变频电机冷却后退出风扇实验测试界面，关闭控制计算机，切断各仪器电源开关；

6、实验完毕，进行数据处理。 五、数据处理

当测试了有关参数后，便可按下列公式计算出各种性能参数值。 1）流量Q

当风筒进气管截面积为1A (m 2) , 流量系数φ计及集流器形状及表面粗糙度的影响时，风扇进口流量为：

()

2

11

12ρφstj p A Q =

实际上气流由风筒进口端到风扇进口处，要经历一个压力降低的温度膨胀过程，则空气密度是逐渐减少的，依据连续性方程有：

()[

]

2

/10

110/2/ρφρρstj b p A Q =

[

]

12

/101/2ρρφstj

p A = m 3

/h

当进气风筒静压绝对值|a stj P p 980≤时，01ρρ≈，则

[]

2

/10

1/414.1ρϕstj p A Q = m 3/h

或

[]

2

/10

1/414.13600ρϕstj p A Q ⨯= m 3/h

式中 0ρ——环境大气密度，kg/m 3；

1ρ——风扇进口处空气密度，kg/m 3；

1A ——风筒进气管截面积，0076938.01=A m 3；

ϕ——流量系数，对于锥形集流器，98.0=ϕ。

故有下式

()

2

/10

/3812.38ρstj p Q = m 3/h

按国家标准进气状态（GB1236-85）空气温度A T =293K ，空气压力0p =101300N/ m 2，相对湿度ψ=50%，空气密度1ρ=1.2kg/

m 3

，空气密度随压力的变化关系按下式计算:

()()101300//2932.100p T A =ρ m 3/h 2）静压st p

stj st st p p p 2185.0φ-= p a

因为 98.0=ϕ

故 stj st st p p p 81634.01-= p a 3）驱动功率P

550.9/Mn P = W

式中 M ——扭矩，N ·M ；