12.8 Основи розрахунку і зовнішні характеристики гідродинамічних гальм

Гідродинамічні гальма характеризуються внутрішніми та зовнішніми показниками. До внутрішніх показників відносять розхід і напір робочої рідини, що циркулює в міжлопатевій порожнині гідродинамічного гальма. Гідравлічна потужність, гальмівний момент і кутова швидкість — зовнішні показники гідродинамічного гальма.

Гідравлічна потужність гальма (в Вт)

(12.26)

де — густина робочої рідини, кг/м³;

— прискорення вільного падіння, м/с²;

— розхід робочої рідини, рівний об'єму робочої рідини, що протікає через лопатеву систему в одиницю часу, м³/с;

— напір робочої рідини, м.

Гальмівний момент, створюваний гідродинамічним гальмом (в Нм);

де — кутова швидкість, с^-1.

Для практичних розрахунків і вивчення зовнішньої характеристики гідродинамічних гальм користуються формулами гальмівного моменту, що відомі з теорії лопатевих гідромашин:

(12.27)

(12.28)

де — коефіцієнт гідравлічного моменту;

— зовнішній діаметр, що утворюється при обертанні ротора кільця рідини, що приймається рівним діаметру ротора, м;

— внутрішній діаметр кільця рідини, що залежить від рівня наповнення гальма, м;

— частота обертання ротора, об/хв.

Коефіцієнт гідравлічного моменту визначається експериментально та є безрозмірною величиною, що залежить від форми робочої порожнини, геометричних параметрів і числа лопат гідродинамічного гальма. З збільшенням зростає гальмівний момент гідродинамічного гальма при однакових діаметрі та частоті обертання його ротора.

Коефіцієнти гідравлічного моменту розглядуваних гальм при повному наповненні приведені нижче:

УТГ-1000	0,32
УТГ-1450	0,27
ТГ-1200	0,29
ШТГ-1-1200	0,29

З формули (12.28) видно, що гальмівний момент змінюється залежно від внутрішнього діаметру водяного кільця та частоти обертання ротора. При повному наповненні величина зменшується до мінімуму і гальмівний момент досягає найбільших значень. По мірі спорожнення гідродинамічного гальма внутрішній діаметр водяного кільця збільшується і це приводить до зменшення гальмівного моменту. Загальний недолік гідродинамічних гальм — зменшення гальмівного моменту з пониженням частоти обертання ротора. При нерухомому роторі ( = 0) гальмівний момент рівний нулю. З цього слідує, що гідродинамічне гальмо не може загальмувати лебідку до повної її зупинки.

Н — рівень води, відрахований від нижньої плоскості основи стояка

Рисунок 12.10 — Зовнішня характеристика гідродинамічного гальма УТГ-1450

Зовнішньою характеристикою гідродинамічного гальма називається залежність гальмівного моменту від частоти обертання ротора при постійному рівні наповнення. Згідно формул (12.27), (12.28), зовнішня характеристика гальма графічно зображується води, що в є квадратичною параболою, що проходить через початок координат. На враховується рис. 12.10 показана зовнішня характеристика гідродинамічного від нижньої гальма УТГ-1450. Завдяки логарифмічному масштабу показані залежності зображуються прямими, що описується лінійним рівнянням.

Гідродинамічні гальма розраховуються по різним методикам [43]. Найбільш простий і доступний розрахунок — методом подібності, що забезпечує достатньо точне спів падіння розрахункових і фактичних характеристик. При проектуванні по методу подібності орієнтуються на випробувані конструкції гідродинамічних гальм з відомими значеннями коефіцієнтів . В якості характерного розміру гідродинамічного гальма вибирають діаметр ротора. При повному наповненні гальмівний момент з достатньою точністю визначається формулою

(12.29)

Діаметр ротора проектованого гідродинамічного гальма по методу подібності при заданому коефіцієнті з виразу (12.29)

(12.30)

де — гальмівний момент проектованої моделі, Нм;

— частота обертання, об/хв;

— коефіцієнт моменту гальма, прийнятого за прототип.

Решта розміри проектованого гальма визначаються шляхом перерахунку всіх лінійних розмірів прийнятого прототипу пропорційно відношенню де — діаметр ротора гідродинамічного гальма, прийнятого за прототип.

У випадку зміни діаметра ротора гальмівний момент подібного гальма

де та — гальмівний момент і діаметр нового гальма;

та — гальмівний момент і діаметр прототипу.

При зміні густини робочої рідини гальмівний момент можна розрахувати, користуючись рівнянням подібності

де — змінена густина робочої рідини.