12.8. Основы расчета и внешние характеристики гидродинамических тормозов

Гидродинамические тормоза характеризуются внутренними и внешними показателями. К внутренним показателям, относятся расход и напор рабочей жидкости, циркулирующей в межлопаточной полости гидродинамического тормоза. Гидравлическая мощность, тормозной момент и угловая скорость — внешние показатели гидродинамического тормоза.

Гидравлическая мощность тормоза (в Вт)

(12.26)

где — плотность рабочей жидкости, кг/м⁸; — ускорение свободного падения, м/с²; — расход рабочей жидкости, равный объему рабочей жидкости, протекающему через лопастную систему в единицу времени, м /с; Н — напор рабочей жидкости, м.

Тормозной момент, создаваемый гидродинамическим тормозом (в );

где — угловая скорость, с ¹

Для практических расчетов и изучения внешней характеристики гидродинамических тормозов пользуются формулами тормозного момента, известными из теории лопастных гидромашин:

(12.27)

(12.28)

где — коэффициент гидравлического момента; D— наружный диаметр образующегося при вращении ротора кольца жидкости, принимаемый равным диаметру ротора, d — внутренний диаметр кольца жидкости, зависящий от уровня наполнения тормоза, м; п — частота вращения ротора, об/мин.

Коэффициент гидравлического момента определяется экспериментально и является безразмерной величиной, зависящей от формы рабочей полости, геометрических параметров и числа лопаток гидродинамического тормоза. С увеличением , возрастает тормозной момент гидродинамического тормоза при одинаковых диаметре и частоте вращения его ротора.

Коэффициенты гидравлического момента рассматриваемых тормозов при полном наполнении приведены ниже:

УТГ-1000	............0.32
УТГ-1450	............0,27
ТГ-1200	............0.29
ШТГ-1-1200	...........0,29

Из формулы (12.28) видно, что тормозной момент изменяется в зависимости от внутреннего диаметра водяного кольца и частоты вращения ротора. При полном наполнении величина d снижается до минимума и тормозной момент достигает наибольших значений. По мере опорожнения гидродинамического тормоза внутренний диаметр водяного кольца увеличивается и это приводит к снижению тормозного момента. Общий недостаток гидродинамических тормозов — уменьшение тормозного момента с понижением частоты вращения ротора. При неподвижном роторе (n = 0) тормозной момент равен нулю. Из этого следует, что гидродинамический тормоз не способен затормозить лебедку до полной ее остановки.

Внешней характеристикой гидродинамического тормоза называют зависимость тормозного момента от частоты вращения ротора при постоянном уровне наполнения. Согласно формулам (12.27), (12.28), внешняя характеристика тормоза графически изображается квадратичной параболой, проходящей через начало координат. На рис. 12.10 показана внешняя характеристика гидродинамического тормоза УТГ-1450. Благодаря логарифмическому масштабу представленные зависимости изображаются прямыми, описываемыми линейным уравнением.

Гидродинамические тормоза рассчитываются по различным методикам [43]. Наиболее простой и доступный расчет — методом подобия, обеспечивающим достаточно точное совпадение расчетных и фактических характеристик. При проектировании по методу подобия ориентируются на испытанные конструкции гидродинамических тормозов с известными значениями коэффициентов . В качестве характерного размера гидродинамического тормоза выбирают диаметр ротора. При полном наполнении тормозной момент с достаточной точностью определяется формулой

Диаметр ротора проектируемого гидродинамического тормоза по методу подобия при заданном коэффициенте из выражения (12.29)

где — тормозной, момент проектируемой модели, ; — частота вращения, об/мин; — коэффициент момента тормоза, принятого за прототип.

О стальные размеры проектируемого тормоза определяются путем пересчета всех линейных размеров принятого прототипа пропорционально отношению a= , где D — диаметр ротора гидродинамического тормоза, принятого за прототип.

,

В случае изменения диаметра ротора тормозной момент подобного тормоза

где и D — тормозной момент и диаметр нового тормоза; М и D — тормозной момент и диаметр прототипа.

При изменении плотности рабочей жидкости тормозной момент можно рассчитать, пользуясь уравнением подобия

,

где — измененная плотность рабочей жидкости.