Принцип работы гидропередачи

Принцип работы гидропередачи можно представить, как показано на рисунке 6.2, а. Центробежный насос Н, получая энергию от двигателя через вал 1, засасывает жидкость из трубопровода 4 и нагнетает ее по трубопроводу 5 в радиальную турбину Т, из которой жидкость возвращается в трубопровод 4. При течении жидкости в замкнутом контуре 4-Н-5-Т-4 возникают потери ее энергии из-за трения и вихреобразования. Потери на трение зависят от скорости течения, длины трубопроводов и качества их внутренних поверхностей; вихревые потери - от изменений направления и скорости течения. Поэтому для уменьшения потерь на трение в трубопроводах 4 и 5 приходится увеличивать их поперечные сечения, чтобы снизить скорость течения. Для уменьшения вихревых потерь при выходе из насоса и постепенного снижения скорости служит направляющий аппарат (диффузор) НА₁. Однако перед турбиной в направляющем аппарате НА₂ скорость течения должна быть снова повышена для увеличения кинетической энергии жидкости.

Попытки создать работоспособную передачу по этой схеме долгое время не могли увенчаться успехом: потери в трубопроводах и направляющих аппаратах были настолько велики, что КПД передачи был недопустимо низок. Выход был найден в ликвидации всех трубопроводов и объединении насоса и турбины в одном корпусе в виде единого гидроаппарата. В связи с этим отпали потери на трение в трубопроводах, а также значительная часть вихревых потерь.

Контур циркуляции жидкости в гидроаппаратах ограничен пространством между лопатками рабочих колес Н и Т и направляющего аппарата НА (рис. 6.2, б). Это позволило существенно поднять КПДгидроаппаратов. В некоторых случаях оказалось возможным исключить из круга циркуляции и направляющий аппарат (рис. 6.2, в), получив простую конструкцию, состоящую лишь из упрощенных насосного и турбинного колес. Таким образом, в гидродинамических передачах применяются аппараты двух типов: гидротрансформаторы, в которых, помимо вращающихся рабочих колес (насосного и турбинного), имеется и неподвижный направляющий аппарат (реактор), и гидромуфты, в которых жидкость циркулирует только между лопатками рабочих колес.

Гидромуфта

Гидромуфта (рис. 6.3) конструктивно состоит из трех основных деталей. Насосное колесо Н жестко связано с ведущим валом 1. Турбинное колесо Т находится на ведомом валу 2. Каждое из колес состоит из наружного тороидального корпуса и внутреннего тора, пространство между которыми перегорожено радиальными лопатками. (Используются конструкции гидромуфты и без внутреннего тора.) Для ограничения рабочего пространства гидромуфты от утечек жидкости служит наружный корпус (колокол) 3, который в данной конструкции жестко соединен с насосным колесом и вращается вместе с ним.

Рабочее пространство круга циркуляции гидромуфты представляет собой замкнутые каналы между лопатками насосного и турбинного колес, которые в процессе работы заполнены жидкостью.

Гидротрансформатор

Гидротрансформатор (рис. 6.4) в отличие от гидромуфты, помимо насосного Н и турбинного Т колес, имеет неподвижный направляющий аппарат (реактор) НА, который, так же как и рабочие колеса, состоит из специально спрофилированных лопаток.

Направляющий аппарат меняет направление потока жидкости и обеспечивает постоянный угол входа жидкости на лопатки насосного колеса. Таким образом, условия их обтекания практически не меняются при изменении режима работы турбинного колеса и это дает возможность преобразовывать (трансформировать) момент, передаваемый гидротрансформатором.

Поскольку момент на любом валу вообще прямо пропорционален мощности и обратно пропорционален частоте вращения, то при постоянной мощности и уменьшении частоты вращения турбинного вала момент на нем увеличивается (и наоборот).

Направляющий аппарат в круге циркуляции гидротрансформатора конструктивно может быть расположен или перед насосным колесом (рис. 6.4, а), или перед турбинным колесом (рис. 6.4, б). В первом случае гидротрансформатор относят к первому классу, во втором - ко второму. При этом характерно, что для гидротрансформаторов первого класса турбинное колесо может вращаться только в направлении вращения насосного колеса, тогда как для гидротрансформаторов второго класса направление вращения турбинного колеса может быть любым - в зависимости от расположения лопаток направляющего аппарата.