Характеристика гидромуфты
Поскольку гидромуфта всегда работает с пробуксовкой, то для оценки этого явления вводят понятие “скольжение гидромуфты” S – отношение разницы частоты вращения вала насоса и турбины к частоте вращения вала насоса:
S=(nн-nт) / nн=1-(nт/nн) (175)
Из формулы вытекает, что S+η = 1 , (176)
где η – КПД гидромуфты.
Как известно из теории лопастных машин, связь между моментом, передаваемым насосом, и параметрами конструкции выражается равенством:
Мн=γ∙λн∙n2н∙D5 , (177)
где λн – коэффициент входного момента, или коэффициент пропорциональности в формуле подобия лопастных машин.;
nн – частота вращения вала насоса;
D – профильный диаметр гидромуфты – наибольший диаметр круга циркуляции.
Момент М изменяется пропорционально квадрату частоты вращения насоса и пятой степени диаметра D. Следовательно, при изменении частоты вращения, например, в 2 раза, передаваемый момент изменится в 4 раза, а даже небольшое изменение размеров профильного диаметра вызывает значительное изменение момента.
График
зависимости момента М, передаваемого
гидромуфтой, ее КПД – η и скольжения S
от отношения nт/nн
называется внешней характеристикой
гидромуфты - рисунок 46. Для простоты
принято строить этот график при постоянной
частоте вращения вала насоса nн=const.
Рисунок 46 Внешняя характеристика гидромуфты
Так как КПД муфты равен nт/nн, то кривая КПД на графике изобразится в виде прямой, наклоненной к оси абсцисс (ординат) под углом 45о.
КПД гидромуфты не может быть равным 1, т.к. при ωн=ωт гидромуфта не работает. После достижения ηmax≈0.97 кривая резко падает до нуля.
Гидродинамические трансформаторы
В
отличие от гидромуфт в круге циркуляции
гидротрансформатора устанавливается
3 рабочих колеса, оснащенных лопатками:
два подвижных (насос, турбина) и одно
неподвижное (реактор), являющийся внешней
опорой, которая
а ) б )
Рисунок 47 Схема простейшего гидротрансформатора (а) и внешняя характеристика комплексного гидротрансформатора (б)
обеспечивает изменение крутящего момента, передаваемого турбине при постоянном моменте насоса.
Рассмотрим простейшую схему гидротрансформатора. Насос 1, приводимый во вращение двигателем, сообщает скорость рабочей жидкости. Она поступает на лопатки реактора 3, оказывает давление на них, вследствие чего, возникает реактивный момент. Из реактора жидкость поступает на лопатки турбины 2 - рисунок 47-а.
Если в гидромуфте Мн=Мт, в гидротрансформаторе реактор изменяет момент количества движения потока жидкости и момент турбины становится отличным от момента насоса.
При установившемся
режиме работы, считая,
Рисунок 48 Развернутая схема гидротрансформатора
что все количество жидкости поступает из насоса в реактор и далее в турбину для гидротрансформатора можем записать: Мт=Мн+Мр , (178)
где Мт, Мн и Мр – внешние моменты, приложенные к валам турбины, насоса и реактора.
Моменты, действующие на лопатки соответствующих колес, определяются:
Мн=(Q∙γ/g)∙(ν2н∙r2-ν1н∙r1) (179)
С помощью развернутой схемы гидротрансформатора (рисунок 48), установим факторы, влияющие на изменение момента.
При работе гидротрансформатора жидкость входит на лопатки насоса с малой относительной скоростью ω1 и при вращении насоса устремляется к выходу, увеличивая скорость. Абсолютная скорость на выходе νн. С этой же скоростью жидкость поступает на лопатки реактора под углом α1, где из-за неподвижности реактора не совершается механическая работа. Преобразуется лишь статический напор (энергия давления) в скоростной напор (кинетическую энергию). Лопатки реактора расположены так, что входное сечение каналов, образованных этими лопатками, больше выходного. Поэтому при прохождении реактора жидкость увеличивает скорость за счет постепенного уменьшения сечения межлопастных каналов, а благодаря соответствующему профилю лопаток изменяется направление движения струи.
После реактора струя поступает на лопатки турбины с более высокой скоростью (νа) и под большим углом (α2), чем при выходе из насоса. В результате воздействия этой струи на лопатки турбины обеспечивается получение на ее валу значительно большего крутящего момента, чем момент на валу насоса.