Схема і принцип дії гідротрансформатора

Типова кінематична схема ГТ наведена на рис. 6.2.1. Крім насосного колеса 4, з'єднаного через кожух 2 з ведучим валом 1, і турбінного колеса 3, встановленого на веденому валу 7, ГТ має колесо реактора 5, встановлене на трубчастому нерухомому валу 6. Робоча рідина при обертанні насосного колеса проходить послідовно через лопатки коліс насоса, турбіни і реактора. Нерухомий реактор має вигнуті профільовані лопатки, встановлені під кутом до потоку робочої рідини таким чином, що потік направляється ними в сторону обертання насосного колеса. Завдяки цьому при постійній частоті обертання насос навантажено майже постійним крутильним моментом, який залежить від затрат енергії на розгін рідини від початкової швидкості, що визначається кутом нахилу лопаток реактора, до кінцевої швидкості, рівній частоті обертання насоса.

Рис.6.2.1. Кінематична схема непрозорого ГТ: 1 - ведучий вал; 2 - кожух; 3 - турбіна; 4 - насос; 5 - реактор; 6 - вал реактора; 7 - ведений вал; 8 - профіль лопаток реактора.

Постійність крутильного моменту при постійній частоті обертання означає незмінність потужності, яку повинен розвивати двигун для привода насоса незалежно від режиму роботи турбіни. Це можна пояснити так. При загальмованій турбіні робоча рідина сходить з лопаток турбіни і потрапляє на лопатки реактора практично не обертаючись, а нерухомий реактор, завдяки кривизні своїх лопаток, розкручує робочу рідину, полегшуючи тим самим роботу насоса і сприймаючи частину реактивного моменту. При збільшенні обертів турбіни робоча рідина сходить з лопаток турбіни, маючи частоту обертання, рівну частоті обертання турбіни. Реактор, розкручуючи робочу рідину, в меншій мірі взаємодіє з потоком, сприймаючи менший реактивний момент. Коли турбіна має можливість вільно обертатися (холостий хід), то робоча рідина сходить з лопаток турбіни, маючи частоту обертання, близьку до частоти обертання насоса. Реактор у цьому випадку гальмує потік рідини, чим створює додаткове навантаження на насос, а потужність двигуна буде затрачуватися на нагрівання робочої рідини.

Таким чином, при наявності нерухомого реактора режим роботи двигуна мало залежить від режиму роботи турбіни, двигун не відчуває (не "бачить"), як змінюється навантаження за гідротрансформатором. Через це ГТ з загальмованим реактором дістав назву непрозорий. При більш точному визначенні крутних моментів, що діють на робочі колеса ГТ, виявляється, що невелика зміна трутного моменту на насосному колесі при зміні режиму роботи турбіни все ж має місце. Це пов'язано зі зміною швидкості циркуляції робочої рідини.

6.2.2. Комплексний гідротрансформатор

Кінематична схема комплексного ГТ показана на рис. 6.2.2. Від непрозорого він відрізняється наявністю муфти вільного ходу 5, на якій встановлено реактор 4, і яка дозволяє реактору обертатися в бік обертання насосного колеса 3. Характеристика комплексного ГТ наведена на рис.6.2.2.1. При к > 1 реактор утримується муфтою вільного ходу у нерухомому стані, і гідро передача працює як непрозорий ГТ.

При зниженні коефіцієнта трансформації до к < 1 крутний момент на реакторі змінює напрямок, муфта вільного ходу дозволяє реактору вільно обертатися з потоком робочої рідини, і передача автоматично переходить у режим ГМ. У порівнянні з ГМ комплексний ГТ має розширену зону режимів з достатньо великим ККД, але максимальне значення ККД у ГМ більше, ніж у ГТ

Рис.6.2.2. Кінематична схема комплексного ГТ: 1 - ведучий– вал; 2 - турбіна; 3 - насос; 4 - реактор; 5 - муфта вільного ходу; б - вал реактора; 7 - ведений вал

ГТ може мати декілька турбінних коліс. У цьому випадку його називають багатоступінчастим (дво- або триступінчастим за числом турбін). Для одержання спеціальних характеристик інколи застосовують примусове обертання реактора, для чого його кінематично зв'язують з турбінним колесом за допомогою зубчастої (планетарної) передачі.