ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА ПОВЫШАЮЩАЯ САМОТОРМОЗЯЩАЯСЯ Российский патент 2014 года по МПК F16H41/26 F16D33/20 

Гидродинамическая передача (ГДП) повышающая самотормозящаяся относится к области энергомашиностроения, к устройствам для преобразования момента и частоты вращения и может быть использована в гидроэнергетических установках малых и микроГЭС в качестве повышающей передачи между турбиной и генератором. Кроме того, оно может найти применение в иных областях техники, где необходимо повышение частоты вращения выходного звена с возможностью саморегулирования.

Известны ГДП для преобразования момента и частоты вращения, в том числе для повышения частоты вращения и со свойством торможения.

Недостатками известных устройств подобного типа является необходимость использования механических передач и различного рода обгонных муфт и тормозов для обеспечения мультипликативного режима работы, что снижает эффективность работы (КПД), усложняет конструкцию и увеличивает массогабаритные показатели. Кроме этого необходимо использование дополнительных средств для обеспечения режима торможения при увеличении частоты вращения на выходном валу (саморегулирования частоты вращения на выходном валу).

По достигаемому результату наиболее близким является мультипликативный гидротрансформатор, содержащий подвижный связанный с ведущим звеном реактор, который благодаря механической передаче может принудительно вращаться с большей частотой, чем насосное колесо, и тем самым повышать частоту вращения турбинного колеса до значения, превышающего частоту насосного (Кабанов В.И. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Лопастные машины и гидродинамические передачи: учебное пособие для вузов. Мн.: "Выш. шк.", 1989, стр.120).

Наиболее близким по технической сущности является Тягово-тормозная гидродинамическая передача (SU 1763757 А1), содержащая симметрично расположенные лопастные насосное и турбинное колеса, образующие круг циркуляции, колесо реактора, расположенное между ними в нижней части круга циркуляции и связанное с неподвижным корпусом, тормозные колеса, жестко связанные между собой и выведенные на фрикционный механический тормоз.

Недостатки известных прототипов - значительные затраты энергии ввиду сложности конструкции мультипликативного ГДП, невозможность саморегулирования частоты вращения выходного звена такого ГДП; существенное усложнение конструкции Тягово-тормозной гидродинамической передачи для обеспечения режима торможения.

Задача настоящего изобретения - создание ГДП обладающей способностью повышения частоты вращения выходного вала с возможностью самоторможения, повышение КПД ГДП.

Техническим результатом применения предлагаемого устройства является повышение частоты вращения выходного вала относительно входного, способность самоторможения при падении нагрузки на выходном валу, увеличение эффективности.

В соответствии с поставленной задачей технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве повышение частоты вращения осуществляется благодаря применению профилированной лопастной системы турбинного колеса с углом лопасти на входе менее 90°, при этом увеличение КПД достигается плавным преобразованием потока рабочей жидкости в рабочих органах ГДП, а также из-за уменьшения площади вращающихся смоченных поверхностей гидромашины. Способность самоторможения ГДП при падении нагрузки на выходном валу достигается благодаря выделению тормозной мощности на неподвижном реакторном колесе, обусловленном перераспределением энергии вращающегося потока в круге циркуляции.

Схема устройства представлена на Фиг.1. Устройство содержит входной вал 1 насосного колеса 2, консольно установленный в корпусе 3 и соединенный с приводным двигателем. Также содержит выходной вал 4 турбинного колеса 5 для соединения с приводимым устройством с опорами в крышке корпуса 6 и расширенной частью входного вала 1. На статоре 7, расположенном между корпусом 3 и крышкой корпуса 6, закрепляется реакторное колесо 8. Наличие статора 7 и консольного закрепления насосного колеса 2 позволяет уменьшить общую площадь вращающихся поверхностей за счет того, что нет необходимости в удлинении турбинного и насосного рабочих колес с целью формирования безлопастного канала, так как безлопастный канал становится частью статора. Также нет необходимости во вращающейся части насосного колеса, которая является необходимой опорой при установке вала на двух разнесенных опорах. Это позволяет упростить конструкцию, уменьшить осевой габарит. Поскольку потери на дисковое трение пропорциональны площади вращающихся поверхностей, то наличие статора 7 позволяет повысить эффективность ГДП.

Возможно увеличение тормозной способности устройства при реализации его по схеме, представленной на Фиг.2. По такой схеме реакторное колесо выполнено из двух лопастей, являющихся плавным продолжением друг друга, при этом первая лопастная система по потоку 9 имеет возможность вращаться при отпущенном тормозе 10, либо принудительно приводиться во вращение, что соответственно увеличивает тормозную способность устройства или позволяет изменить передаточное отношение устройства.

Устройство работает следующим образом: энергия рабочей жидкости, создаваемая насосным колесом 2, срабатывается на турбинном колесе 5. Соответствующее профилирование лопастной системы турбинного колеса 5, с углом лопасти на входе менее 90°, позволяет увеличить частоту вращения выходного вала 4 по сравнению с частотой входного вала 1. Затем поток рабочей жидкости поступает в реакторное колесо 8 с направлением, зависящим от передаточного отношения, где ликвидируется остаточная закрутка до расчетного значения, а затем в насосное колесо 2.

В режиме самоторможения устройство работает следующим образом. При падении нагрузки на приводимом устройстве увеличивается частота вращения выходного вала 4, а соответственно турбинного колеса 5, что способствует увеличению выходной циркуляции и снижению передачи мощности на выходной вал. Полученная циркуляция потока практически ликвидируется в реакторном колесе 8 ввиду малой прозрачности лопастной системы. Остаточная циркуляция попадает на вход насосного колеса 2, но ввиду своей малой величины практически не изменяет развиваемый напор. Таким образом, происходящее перераспределение сработки энергии между турбинным колесом и реакторным способствует стабилизации скорости вращения.

Как показал математический эксперимент, предлагаемое устройство при повышении частоты вращения на выходном валу относительно входного обладает свойством самоторможения при падении нагрузки на приводимом устройстве. Разработаны рабочие чертежи устройства.

Гидродинамическая передача повышающая самотормозящаяся относится к области энергомашиностроения и может быть использована в гидроэнергетических установках малых и микроГЭС в качестве повышающей передачи между турбиной и генератором. Гидродинамическая передача содержит входной вал (1) с насосным колесом (2), консольно установленный в корпусе (3) гидродинамической передачи, для соединения с приводным двигателем. Гидродинамическая передача также содержит выходной вал (4) турбинного колеса (5) с опорами в крышке корпуса (6) и расширенной частью входного вала (1). Статор (7) расположен между корпусом (3) и крышкой корпуса (6), на котором закрепляется реакторное колесо (8). Повышение частоты вращения производится благодаря применению профилированной лопастной системы турбинного колеса с углом лопасти на входе менее 90°, с возможностью самоторможения путем выделения тормозной мощности на неподвижном реакторном колесе, в связи с перераспределением энергии вращающегося потока в круге циркуляции. Обеспечивается повышение частоты вращения выходного вала относительно входного, способность самоторможения при падении нагрузки на выходном валу, увеличение эффективности. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидродинамическая передача повышающая самотормозящаяся, содержащая входной вал с насосным колесом, консольно закрепленный в корпусе гидродинамической передачи, для соединения с приводным двигателем, выходной вал с турбинным колесом с опорами в крышке корпуса и расширенной частью входного вала для соединения с приводимым устройством, а также статор, расположенный между корпусом и крышкой корпуса, на котором закрепляется реакторное колесо, отличающаяся тем, что повышение частоты вращения производится благодаря применению профилированной лопастной системы турбинного колеса с углом лопасти на входе менее 90°, с возможностью самоторможения путем выделения тормозной мощности на неподвижном реакторном колесе, в связи с перераспределением энергии вращающегося потока в круге циркуляции.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вал насосного колеса закреплен в корпусе консольно.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что реакторное колесо выполнено из двух лопастей, являющихся плавным продолжением друг друга, при этом первая лопасть по потоку имеет возможность вращаться при отпущенном тормозе, что способствует увеличению тормозной способности устройства.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что реакторное колесо выполнено из двух лопастей, являющихся плавным продолжением друг друга, при этом одна из лопастей может приводиться во вращение с целью изменения передаточного отношения.