ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2004 года по МПК F16H41/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидродинамическим передачам машин и механизмов. Изобретение может быть использовано в приводах различных машин, в том числе насосов в нефтяной промышленности.

Известно устройство - гидродинамическая передача, включающее ведущий вал, рабочее колесо насоса, трубу, спиральную камеру насоса, трубопровод, спиральную камеру турбины, турбинное рабочее колесо, ведомый вал. Вход турбинного рабочего колеса соединен с выходом насосного рабочего колеса посредством спиральной камеры насоса, подводящего канала в виде трубопровода, спиральной камеры турбины. Вход насосного рабочего колеса соединен с выходом турбинного рабочего колеса посредством отводящего канала в виде трубы [Кочкарев А.Я. Гидродинамические передачи. Л.: Машиностроение, 1971. - 336 с.].

Недостатком передачи (аналога) являются большие гидравлические потери вследствие большой длины подводящих и отводящих каналов к рабочему колесу турбины.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство - гидродинамическая передача с несоосными ведущим и ведомым валами, содержащая насосное, турбинное колеса, реакторы и устройство для сообщения каналов насосного и турбинного колес, выполненное в виде неподвижного криволинейного колена, обращенного торцами к насосному и турбинному колесам, при этом в колене выполнены кольцевая полость, соединяющая выходные каналы насосного колеса с входными каналами турбинного колеса, и центральная полость, соединяющая выходные каналы турбинного колеса с входными каналами насосного колеса, а реакторы закреплены в торцах упомянутого колена [Авторское свидетельство СССР №476393, кл. F 16 H 41/00, 1975, бюл. №25].

Недостатком передачи являются повышенные гидравлические потери при течении жидкости в кольцевой и центральной полостях вследствие вихреобразования и турбулизации потока. В устройстве, выбранном в качестве прототипа, режим течения жидкости вдоль образующих кольцевой полости невозможен, так как поток вследствие радиальных градиентов давления будет иметь радиальные составляющие скорости. По аналогичной причине центральная полость не обеспечивает минимальных гидравлических потерь. Особенно большими гидравлические потери будут для тех гидродинамических передач, у которых угол поворота потока составляет 180° или близок к нему.

Недостатком является также невысокая жесткость и прочность конструкции, обусловленная тем, что реакторы закреплены в торцах колена, следовательно, часть колена, ограничивающая внутреннюю полость, крепится к остальной части посредством реакторов. При этом гидродинамические силы потока могут вызвать нежелательные колебания стенок, их вибрацию и деформацию.

Другим недостатком является необходимость использования толстостенных конструкций из-за возможной деформации стенок полостей. Это увеличивает металлоемкость устройства.

Цель изобретения - снижение гидравлических потерь, увеличение жесткости и прочности конструкции и снижение ее металлоемкости.

Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности (повышении кпд), то есть снижении энергетических потерь, которые в значительной степени определяются гидравлическими потерями.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве - гидродинамической передаче с несоосными ведущим и ведомым валами, содержащем насосное, турбинное колеса, устройство для сообщения каналов насосного и турбинного колес, выполненное в виде неподвижного криволинейного колена, обращенного торцами к насосному и турбинному колесам, причем в колене выполнены кольцевая полость, соединяющая выходные каналы насосного колеса с входными каналами турбинного колеса, и центральная полость, соединяющая выходные каналы турбинного колеса с входными каналами насосного колеса, реакторы, закрепленные в торцах криволинейного колена, особенность заключается в том, что криволинейное колено выполнено с направляющим аппаратом, расположенным в кольцевой полости, а также с направляющим аппаратом, расположенным в центральной полости, причем оба направляющих аппарата выполнены в виде радиально расположенных лопастей, направленных вдоль образующих кольцевой и центральной полостей, и установлены между реакторами.

Предлагаемая гидродинамическая передача представлена на чертеже.

Гидродинамическая передача включает насосное 1 и турбинное 2 рабочие колеса, насаженные соответственно на ведущий 3 и ведомый 4 валы. Рабочие колеса 1 и 2 сообщаются с помощью устройства, выполненного в виде неподвижного криволинейного колена. В колене выполнены кольцевая полость 5, соединяющая выходные каналы насосного колеса 1 с входными каналами турбинного колеса 2, и центральная полость 6, соединяющая выходные каналы турбинного колеса 2 с входными каналами насосного колеса 1. В торце колена на выходе из рабочего колеса 2 турбины и на входе в центральную полость 6 колена установлен реактор 7. В торце колена на входе в насосное колесо 1 и на выходе из центральной полости 6 колена установлен реактор 8. В торце колена на входе в кольцевую полость 5 колена и на выходе из рабочего колеса насоса 1 установлен реактор 9. В торце колена на выходе из кольцевой полости 5 и на входе в рабочее колесо 2 турбины установлен реактор 10.

В кольцевой полости 5 расположен направляющий аппарат 11 между реакторами 9 и 10. В центральной полости 6 между реакторами 7 и 8 расположен направляющий аппарат 12. Оба направляющих аппарата 11 и 12 выполнены в виде радиальных лопастей, направленных вдоль образующих кольцевой 5 и центральной полостей 6.

Выполнение криволинейного колена с направляющим аппаратом, расположенным в кольцевой полости, а также с направляющим аппаратом, расположенным в центральной полости, обеспечивает течение потока вдоль образующих кольцевой и центральной полостей колена и предотвращает турбулизацию и вихреобразование в потоке.

Наличие радиальных лопастей, направленных вдоль образующих кольцевой и центральной полостей и расположение их между реакторами, делит поток на структурированные участки, в которых поток не турбулизируется и не образуются вихри.

Гидродинамическая передача работает следующим образом. Ведущий вал 3 с насосным колесом 1 вращается от двигателя (не показан), при этом потоку жидкости сообщается движение от оси вращения насосного колеса 1 к его периферии. Пройдя через насосное колесо 1, поток жидкости имеет полученную от насоса закрутку. Реактор 9 раскручивает поток жидкости и направляет его по кольцевой полости 5 колена. Двигаясь между лопастями направляющего аппарата 11, благодаря их направляющему воздействию поток сохраняет направление течения вдоль образующих кольцевой полости 5 без турбулизации и вихреобразования, что снижает гидравлические потери. Кольцевая полость 5 также обеспечивает поворот потока жидкости и движение ее от насосного колеса 1 к несоосно расположенному турбинному колесу 2. Затем поток жидкости, проходя через реактор 10, получает необходимую для турбинного колеса 2 закрутку, а поток жидкости, проходящий через турбинное колесо 2 от периферии к центру, сообщает ему и ведомому валу 4 необходимое вращение.

После турбинного колеса 2 поток жидкости проходит через реактор 7, который направляет его раскрученным внутрь центральной полости 6 колена. Двигаясь между лопастями направляющего аппарата 12 благодаря их направляющему воздействию поток сохраняет направление течения вдоль образующих центральной полости без турбулизации и вихреобразования, что снижает гидравлические потери. Кольцевая полость 6 колена обеспечивает поворот потока жидкости и движение ее к входу в несоосно расположенное насосное колесо 1, и цикл повторяется. Реактор 8 создает необходимую для насосного колеса 1 закрутку.

Использование предлагаемой конструкции позволит:

- снизить гидравлические потери при течении жидкости в кольцевой и центральной полостях за счет исключения вихреобразования и турбулизации потока вследствие размещения в них направляющих аппаратов;

- повысить прочность и жесткость конструкции за счет размещения в кольцевой и центральной полостях направляющих аппаратов, которые в данном случае одновременно с гидравлическими функциями выполняют силовые функции, контактируя со стенками кольцевой и центральной полостей, не позволяя им вибрировать, а также подвергаться упругим и неупругим деформациям.

Наличие направляющих аппаратов в кольцевой и центральной полостях дает возможность уменьшить толщину стенок колена без опасности их деформации, что снижает металлоемкость устройства.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидродинамическим передачам машин и механизмов, и может быть использовано в приводах различных машин, в том числе насосов в нефтяной промышленности. Гидродинамическая передача с несоосными ведущим 3 и ведомым 4 валами содержит насосное 1, турбинное 2 колеса, устройство для сообщения каналов насосного и турбинного колес. Последнее выполнено в виде неподвижного криволинейного колена, обращенного торцами к насосному и турбинному колесам. В колене выполнены кольцевая полость 5, соединяющая выходные каналы насосного колеса 1 с входными каналами турбинного колеса 2, и центральная полость 6, соединяющая выходные каналы турбинного колеса 2 с входными каналами насосного колеса 1. Реакторы 7, 8, закреплены в торцах криволинейного колена. Криволинейное колено выполнено с направляющим аппаратом 11, расположенным в кольцевой полости 5, а также с направляющим аппаратом 12, расположенным в центральной полости 6. Оба направляющих аппарата 5, 6 выполнены в виде радиально расположенных лопастей, направленных вдоль образующих кольцевой и центральной полостей, и установлены между реакторами. Технический результат - снижение гидравлических потерь, повышение прочности и жесткости конструкции и снижение ее металлоемкости. 1 ил.

Гидродинамическая передача с несоосными ведущим и ведомыми валами, содержащая насосное, турбинное колеса, устройство для сообщения каналов насосного и турбинного колес, выполненное в виде неподвижного криволинейного колена, обращенного торцами к насосному и турбинному колесам, причем в колене выполнены кольцевая полость, соединяющая выходные каналы насосного колеса со входными каналами турбинного колеса, и центральная полость, соединяющая выходные каналы турбинного колеса со входными каналами насосного колеса, реакторы, закрепленные в торцах криволинейного колена, отличающаяся тем, что криволинейное колено выполнено с направляющим аппаратом, расположенным в кольцевой полости, а также с направляющим аппаратом, расположенным в центральной полости, причем оба направляющих аппарата выполнены в виде радиально расположенных лопастей, направленных вдоль образующих кольцевой и центральной полостей, и установлены между реакторами.