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基本信息

项目名称:
动车组发动机用冷却风扇内流场数值研究与降噪分析
小类:
机械与控制
简介:
动车组发动机高速、重载的特点使其对冷却通风机的要求越来越高,目前同类型风机主要依赖进口,因此尽快提高此类风机的自主设计能力,实现国产化意义重大。本文采用传统一维热力设计和三维数值模拟相结合的方法,对和谐号某系列动车组发动机用离心冷却通风机叶轮进行气动设计,完成三维实体建模,并利用NUMECA软件对叶轮内部流场进行三维数值模拟,比选、确定最优叶轮内部压力速度分布方案。完成制造样机及气动性能试验验证。
详细介绍:
近年来,随着我国铁路交通运输事业的发展,动车组数量不断增多,同时对其运行速度、载重量都有较高要求,由此带来的直接问题便是动车组动力设备发热量增大。 动车组用冷却通风机是机车发动机装置中的重要部件,其主要作用是发动机及其相关发热部件散热,以确保机车行驶安全。动车组冷却通风机要求其风量大、压头高、重量轻、噪音低、受车厢结构形状、进出口管道及运营状况的影响,占用空间小。以上要求限定了动车组的冷却风机是单级、大流量、高压比、低噪音,这一系列的设计困难使得目前我国国产通风机谱系中对应的流量和扬程均达不到动车组冷却风机设计要求,主要都依赖进口,解决这一问题,实现动车组冷却通风机的国产化设计意义重大。 设计难点分析: (1)由于机车内需要冷却的动力设备较多,结构布置很复杂,冷却空气流动阻力大,这就要求冷却通风机在提供大冷却风量的同时还必须具有很高的全压; (2)由于受到机车内空间和舒适度的限制,冷却通风机还要满足占用空间小、噪声低等要求; (3)在提高冷却通风机整体气动性能的同时还要保证运行的高可靠性。 首先,在性能上,同时满足高全压和大流量的要求是矛盾的。对于一般离心风机,若想兼顾高全压和大流量,就要以牺牲一些其他的性能参数如效率为代价; 其次,原进口风机叶轮采用后弯翼型叶片,在提高性能参数后,此叶轮已不能满足冷却通风要求,需要进行全新的设计。 最后,由于国内外驱动电机在供电频率上的差异造成本设计中的风机转速大大降低,在此基础上提高出口全压将面临很多困难。 本文采用传统一维热力设计和三维数值模拟相结合的方法,对和谐号某系列动车组发动机用离心冷却通风机叶轮进行气动设计,完成三维实体建模,并利用NUMECA软件对叶轮内部流场进行三维数值模拟,比选、确定最优叶轮内部压力速度分布方案。完成制造样机及气动性能试验验证。

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

近年来,随着我国铁路交通运输事业的发展,动车组数量不断增多,同时对其运行速度、载重量都有较高要求,由此带来的直接问题便是动车组动力设备发热量增大。 动车组用冷却通风机是机车发动机装置中的重要部件,其主要作用是发动机及其相关发热部件散热,以确保机车行驶安全。动车组冷却通风机要求其风量大、压头高、重量轻、噪音低、受车厢结构形状、进出口管道及运营状况的影响,占用空间小。以上要求限定了动车组的冷却风机是单级、大流量、高压比、低噪音,这一系列的设计困难使得目前我国国产通风机谱系中对应的流量和扬程均达不到动车组冷却风机设计要求,主要都依赖进口,解决这一问题,实现动车组冷却通风机的国产化设计意义重大。 本文采用传统一维热力设计和三维数值模拟相结合的方法,对和谐号某系列动车组发动机用离心冷却通风机叶轮进行气动设计,完成三维实体建模,并利用NUMECA软件对叶轮内部流场进行三维数值模拟,比选、确定最优叶轮内部压力速度分布方案。完成制造样机及气动性能试验验证。 本风机实现了在大风量的的前提下提供高的全压,并且在国内电机频率低于国外,且功率受到限制的前提下,完成了国产化设计。采用数值模拟的方法可以在设计时就能观察其内部流动情况,对流场的不足局部修型通流元件,以得到较好的风机,最后通过试验验证可以达到设计要求。

科学性、先进性

1、设计风机是大流量、高扬程、低噪声、且占用空间小,我国通风机谱系中的风机均达不到这些要求。 2、研究成果作为某动车组冷却用通风机替代进口、进行国产化设计与应用方案。

获奖情况及鉴定结果

作品所处阶段

已完成

技术转让方式

作品可展示的形式

展板 图片 文章

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

用于动车组牵引电机的冷却通风。一维气动设计与数值模拟想结合的方法,设计出较优的风机,并完成制造样机及气动实验验证,试验结果显示完全符合要求。

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