Устройство и рабочий процесс гидротрансформатора

 

Основными элементами гидравлического трансформатора являются три соосно установленных лопастных колеса — насосное, турбинное и реактивное (реактор), а также корпус, подшипники и другие вспомогательные детали. На рис. а показаны насосное колесо Н, турбинное колесо Т, реактивное колесо (реактор) Р и корпус гидротрансформатора К, а также муфта свободного хода М. Основным конструктивным отличием колес гидротрансформатора от колес гидромуфты является сложный криволинейный

 

профиль их лопаток (рис. б).

 

Насосное колесо Н приводится во вращение вращающим моментом М₁ двигателя. Жидкость,

 

71

находящаяся в межлопаточном пространстве насоса, раскручивается с угловой скоростью ω₁ и отбрасывается от оси вращения к периферии колеса — от точки 1 к точке 2 (рис. б). В окрестностях точки 2 поток жидкости перемещается с насосного колеса на турбинное колесо Т (рис. а). В межлопаточном пространстве турбинного колеса жидкость воздействует на лопатки турбинного колеса и приводит его во вращение с угловой скоростью ω ₂. При этом частицы жидкости постепенно теряют кинетическую энергию, полученную в насосном колесе, и движутся от периферии к оси вращения (от точки 2 к точке 3). В окрестностях точки 3 поток жидкости перемещается с турбинного колеса Т на реактор Р (рис.а).

 

Затем поток жидкости проходит через межлопаточное пространство неподвижного реактора от точки 3 к точке 1 и в окрестностях точки 1 перемещается на насосное колесо. Далее рабочий процесс повторяется.

 

Реактор Р служит для изменения вращающего момента на гидротрансформаторе. Р ис. б - условная развертка его колес, где показана траектория движения частицы жидкости через его рабочие колеса: частица перемещается вдоль криволинейной лопатки насосного колеса от точки 1 к точке 2. В точке 2 она «срывается» с насосного колеса и «ударяет» в точке 2' по лопатке турбинного колеса. Затем частица жидкости перемещается вдоль криволинейной лопатки турбинного колеса от точки 2' к точке 3, потом уходит с турбинного колеса в реактор и перемещается вдоль лопатки реактора от точки 3' до точки 1 ’. В точке 1 ’ частица уходит с реактора и попадает в точке 1 на лопатку насосного колеса. Далее рабочий процесс повторяется.

 

Изменение вращающего момента с М₁ на насосном колесе до М₂ на турбинном колесе происходит за счет дополнительной закрутки потока лопатками реактора, т. е. за счет изменения вектора скорости от v ₃ до v₁ (рис. б).

 

У гидротрансформатора существует частный режим работы, когда векторы v ₁ и v ₃ одинаковы, на нём обеспечивается равенство моментов М₁ = М₂.

Анализа характеристик гидротрансформатора на установившемся режиме. На этом режиме сумма моментов равняется нулю:

 

 

М₃ — вращающий момент,воспринимаемый корпусом; М_с — момент сопротивления,вызванный трением в подшипниках и уплотнениях (мал по сравнению с активными моментами и им пренебрегают).

 

 

т. е. момент на валу турбинного колеса М₂ может быть больше или меньше момента на валу насосного колеса М₁ на величину реактивного момента М₃.

 

График (рис. а)- при ω ₁ =const, М₁ =const и переменном передаточном отношении i = ω ₂/ ω ₁. При малых i в любой произвольно выбранной точке А₁ момент М₂ определяется суммой моментов M₁ и Мз. При i = i *момент М₃ на реакторе принимает нулевое значение и М₁ = М ₂. Возможность работыгидротрансформатора без изменения вращающего момента была отмечена ранее при рассмотрении его рабочего процесса. Так происходит, когда v₁

 

= v₂, (см.рис. б). Этот частный режим работы гидротрансформаторапринято называть режимом гидромуфты.

При i = i * в любой произвольно выбранной точке А₂ момент М₂ определяется разностью M₁ и Мз.

 

Коэффициент трансформации

 

 

Графическая зависимость k = f(i) рис. б. Она практически идентична кривой M₂= f(i) на рис.а, при М₁= const. Значения k_max могут колебаться от 2 до 8.

 

Важной характеристикой эффективности работы гидротрансформатора является его КПД.

 

72

т.е. КПД гидротрансформатора равен произведению коэффициента трансформации k и передаточного отношения i.

 

Графическая зависимость η= f(i) на рис. б. Она представляет собой кривую с максимумом в точке В и нулевыми значениями в точках 0 и D. В точке 0 КПД принимает нулевое значение, так как в этой точке i = 0, η = 0. В точке D КПД принимает нулевое значение, так как в этой точке k = 0, и, следовательно, η = 0.

 

График рис. б - характеристика гидротрансформатора.

 

Применение гидротрансформаторов ограничивается недостаточно высокими КПД. (0,80...0,93) (точка В на рис. б), он существенно падают при отклонении от этого режима. Это падение неприемлемо при высоких значений передаточного отношения i →1 (окрестности точки D на рис. б).

 

КПД гидротрансформатора при i →1 можно существенно повысить, начиная с режима гидромуфты, т.е. с i = i *. До этого режима (при i < i *) вращающий момент на реакторе М₃ имеет положительное значение (см. рис. а), а после него (при i > i *) принимает отрицательные значения. Следовательно, при i = i * вращающий момент на реакторе меняет знак, т. е. направление действия.

 

В конструкцию гидротрансформатора включают муфту свободного хода М (см. рис. а). При положительном значении вращающего момента на реакторе она обеспечивает неподвижность реактивного колеса (стопорит). При изменении направления момента на реакторе (этот момент действует и на обгонную муфту М) она освобождает реактор, который начинает свободно вращаться вместе с потоком жидкости. Тогда гидротрансформатор становится гидромуфтой, так как в этом случае у него отсутствует неподвижное реактивное колесо. Такое устройство, называется комплексным гидротрансформатором.

 

Коэффициент трансформации k комплексного трансформатора с переходом его на режим гидромуфты становится равным единице.

 

Для повышения КПД используют также блокировку гидротрансформатора. С этой целью в его конструкцию включают дополнительное устройство с принудительным включением, которое позволяет на определенном режиме соединить валы насосного и турбинного колес, т. е. объединить их в единый вал. В этом случае КПД гидротрансформатора становится 0,95...0,98.

 

Внеаудиторная самостоятельная работа: