Гидротрансформаторы, устройство, работа, применение

Гидропередача — это устройство для передачи механической энергии посредством потока жидкости. В состав гидропередачи входят насос, гидравлический двигатель и соединительные трубопроводы с рабочей жидкостью. Гидропередачи, использующие динамические гидромашины, называются гидродинамическими.

Гидродинамические передачи, применяемые в машиностроении, подразделяют на гидравлические муфты (гидромуфты) и гидравлические трансформаторы (гидротрансформаторы).

Гидравлические муфты, состоящие из насосного и турбинного колес, служат для передачи энергии без изменения вращающего момента, т. е. вращающие моменты на входном и выходном валах гидромуфты практически одинаковы.

Гидравлические трансформаторы, кроме насосного и турбинного колес, имеют хотя бы одно дополнительное колесо. Оно на большинстве режимов работы неподвижно, т. е. является неактивным (реактивным), поэтому его принято называть реактором.

Включение в состав гидротрансформатора реактора позволяет ему изменять (трансформировать) передаваемый вращающий момент.

Таким образом, вращающие моменты на входном и выходном валах гидротрансформатора на большинстве режимов работы различны.

Устройство и рабочий процесс гидротрансформатора

Основными элементами гидравлического трансформатора являются три соосно установленных лопастных колеса — насосное, турбинное и реактивное (реактор), а также корпус, подшипники и другие вспомогательные детали.

На осевом разрезе гидротрансформатора (рис. 1, а) показаны насосное колесо Н, турбинное колесо Т, реактивное колесо (реактор) Р и корпус гидротрансформатора К, а также муфта свободного хода М. Основным конструктивным отличием колес гидротрансформатора от колес гидромуфты является сложный криволинейный профиль их лопаток (рис. 1, б).

Насосное колесо Н приводится во вращение вращающим моментом М₁, двигателя. Жидкость, находящаяся в межлопаточном пространстве насоса, раскручивается с угловой скоростью щ₁, и отбрасывается от оси вращения к периферии колеса — от точки 1 к точке 2 (рис. 1, б). При этом каждая частица жидкости приобретает кинетическую энергию и скорость в направлении вращения колеса. В окрестностях точки 2 поток жидкости перемещается с насосного колеса на турбинное колесо Т (рис. 1, а).

В межлопаточном пространстве турбинного колеса жидкость воздействует на лопатки турбинного колеса и приводит его во вращение с угловой скоростью щ₂,. При этом частицы жидкости постепенно теряют кинетическую энергию, полученную в насосном колесе, и движутся от периферии к оси вращения (от точки 2 к точке 3). В окрестностях точки 3 поток жидкости перемешается с турбинного колеса Т на реактор Р (рис. 1, а) Затем поток жидкости проходит через межлопаточное пространство неподвижного реактора от точки 3 к точке 1 и в окрестностях точки 1 перемешается на насосное колесо. Далее рабочим процесс повторяется, т. е. жидкость циркулирует в межлопаточном пространстве колес по замкнутому контуру с расходом Q.

Реактор Р служит для изменения вращающего момента на гидротрансформаторе, т. е. для получения на выходном валу вращающего момента М₂ отличного, от входного М₁. Для более подробного рассмотрения рабочего процесса в гидротрансформаторе на (рис. 1. б) приведена условная развертка его колес. На этой развертке показана траектория движения частицы жидкости через его рабочие колеса. Эта частица перемещается вдоль криволинейной лопатки насосного колеса от точки 1 к точке 2. В точке 2 она «срывается» с насосного колеса и «ударяет» в точке 2' по лопатке турбинного колеса. Затем частица жидкости перемещается вдоль криволинейной лопатки турбинного колеса от точки 2' к точке 3, потом уходит с турбинного колеса в реактор и перемещается вдоль лопатки реактора от точки 3' до точки 1'. В точке 1' частица уходит с реактора и попадает в точке 1 на лопатку насосного колеса. Далее рабочий процесс повторяется.

Изменение вращающего момента с М₁ на насосном колесе до М₂ на турбинном колесе происходит за счет дополнительной закрутки потока лопатками реактора, т. е. за счет изменения вектора скорости от v₃ до v₁ (рис. 1,6).

Необходимо отметить, что у каждого гидротрансформатора существует частный режим работы, когда векторы v₁ и v₃ одинаковы. На этом частном режиме обеспечивается равенство моментов М₁ = М₂. При отклонении от него указанное равенство нарушается, причем оно может нарушаться как в одну сторону (М₁ > М₂), так и в другую (М₁ < М₂).

Применение гидротрансформаторов ограничивается недостаточно высокими КПД. Их максимальные значения составляют 0,80.0,93.

Основное применение он нашли в автомобильных трансмиссиях (широко применяются в автомобилях, автобусах, строительных, дорожных и подъемно-транспортных машинах).