Гидротрансформатор Советский патент 1991 года по МПК F16H41/24 

Изобретение относится к гидродинамическим передачам и может быть использс вано в трансмиссиях самоходных

Цель изобретения - повышение эффективности и упрощение конструкции.

На фиг. 1 представлена рабочая полость гидротрансформатора; на фиг. 2 и 3 - обтекание лопастей колеса реактора известного и предлагаемого гидротрансформаторов при передаточном отношении, равном нулю (на стоповом режиме); на фиг. 4 - сравнительные экспериментальные характеристики известного и предлагаемого гидротрансформаторов.

Гидротрансформатор содержит HSCOC- ное колесо 1, турбинное колесо 2 и колесо 3 реактора.

Гидротрансформатор работает следую- щим образом.

Поток жидкости, создаваемый насосным колесом 1 (фиг. 1), пройдя турбинное колесо 2, подходит к колесу 3 реактора с

Ё

направлением, зависящим от передаточчо- го отношения 1идротрансформатора. На стоп-режиме, когда турбинное колесо неподвижно, это направление совпадает с углом установки лопастей на выходе из турбинного колеса (примерно 25-30° при отсчете углов между относительной скоростью и отрицатепьным направлением окружной скорости) На фиг. 2 показано, чтс в этом случае при достаточно удлиненных лопастях реактора что имеет мест, при обыч не выбираемых углах установки лопастей реактора на выходе в пределах 145-155° (кои-1 , мые значения углов, показанные на фиг 2 и 3, соответству от реальным испытанным образцам колес турбины и реакторов), и относительно небольшом размере I мехчду лопастями на выходе, что также является следствием указанного угла установки лоте гей возникающая вихревая зона над выпуклой поверхностью лопасти, очерчен ная пунктирной линией локализуется внутО

ю к о

NJ

О

ри межлопастного канала. Угол схода потока с лопасти реактора в этом случае практически совпадает с углом установки лопастей (фиг. 2). При уменьшении угла установки лопастей на выходе (фиг. 3) до 130-135° лопасть реактора, оставаясь в пределах меридиональной проекции (размер L), становится короче, размер I и вместе с ним степень раскрытия межлопастных каналов при том же угле лопастей увеличивается. При том же подводимом к колесу реактора потоке под углом 25-30° вихревая зона над выпуклой поверхностью лопасти теперь простирается до выходной кромки лопасти, угол схода потока с колеса реактора теперь не совпадает с углом установки лопасти, поскопьк у спинка лопасти оказа лась перепрофилирована вихревым слоем. Появилось отрицательное отклонение потока (- Л/%), а угол схода потока не изменился по сравнению с показанным на фиг. 2.

Таким образом, показатели нагрузочной характеристики (энергоемкость) гидротрансформатора с реакторами на фиг. 2 и 3 должны совпадать на рассматриваемом режиме трогания. Приведенные на фиг. 4 экспериментальные характеристики это практически подтверждают. При этом пунктиром изображена характеристика базового (известного) гидротрансформатора, а сплошными линиями - предлагаемого гидротрансформатора, которые отличаются друг от друга только колесами реактора. Колеса реактора базового и предлагаемого гидротрансформаторов, имея одну и ту же меридиональную проекцию (размер L, фиг. 2 и 3), а также одинаковые входные участки по углам установки и толщинам профилей, отличались лишь углами установок лопастей на выходе. Сравнение характеристик показывает, что при практическом совпадении значений коэффициентов трансформации К и коэффициента полезного действия rj в диапазоне передаточных отношений от режима трогания (I 0) до режима гидромуфты (I 0,9) имеет место существенное (в 1,26 раза) повышение величин AI у -10 (которые и характеризуют энергоемкость гидротрансформатора) в диапазоне передаточных отношений от I - 0,5 до i 0,9, тогда как на стоповом режиме (i 0) это превышение составляет всего 1,05, что является следствием описанного выше механизма обтекания лопастей реактора. Из сравнения характеристик видно также, что подрезка энергоемкости к стоп-режиму (графики AI у -104) начинается на передаточных отношениях I 0,4-0,5, когда углы при входе на лопасти реактора (фиг. 2 и 3) становятся достаточными для генерации вихревого слоя на спинке лопасти и появления отрицательного отклонения потока. На передаточных отношениях примерно от I 0,5 до I

0,7 обтекание лопастей реактора происходит с уменьшающимся до нуля углом атаки и на этих режимах интенсивных вихревых зон в межлопастных каналах не образуется и направление потока на выходе практически совпадает с углами установки лопастей. Сходная картина течений в сравниваемых колесах реактора имеет место и на передаточных отношениях I 0,7-1,0.

Рассматривая внешнюю характеристику предлагаемого гидротрансформатора (фиг. 4,сплошные линии), следует отметить, что ее наиболее существенным отличием от базовых (известных) характеристик является непрозрачность нагрузочной характеристики (т.е. горизонтальность графика AI у -10 ) на участке передаточных отношений i 0-0,4 при высокой прозрачности (наклоне) ее на участке I 0,4-0,9, что позволяет существенно повысить используемый КПД гидротрансформатора на сходственных частотах вращения двигателя без ухудшения режима совместной работы двигателя и гидротрансформатора при трога- нии самоходной машины с места.

Оптимальность геометрии лопастей колеса реактора, на котором реализуется отрицательное отклонение потока, была установлена серией экспериментов с неизменными насосным и тербинным колесами

при изменении геометрии лопастей колеса реактора, общим у которых была входная часть лопастей, а различие заключалось в изменении углов установки лопастей на выходе.

При этом для заданной рабочей полости должна была быть найдена такая степень раскрытия межлопастных каналов на выходе из колеса реактора, при которой при передаточном отношении i 0,4-0,5 возни5 кает и далее автоматически поддерживается обтекание лопастей реактора с отрицательным, возрастающим к столовому режиму, отклонением потока.

В результате экспериментов были уста0 новлены оптимальные геометрические параметры рабочей полости гидротрансформатора.

Так, основные геометрические параметры рабочей полости определяются из

5 следующих соотношений:

§2 0,416; А 0,330; А 0,180;

UaDaUa

J3

Da

-0536, 0,0867, Da

где Da - активный диаметр гидротрансформатора;

Do - внутренний диаметр рабочей полости;

А - ширина рабочей полости по наружному тору;

а - ширина рабочей полости по внутреннему тору;

В - ширина межлопастного канала на выходе из насосного колеса и входе в турбинное колесо;

b - ширина межлопастного канала в ко лесе реактора

При этом наружный тор описан четырьмя сопряженными радиусами, равными О 182 Da; 0,135 Da (два радиуса) и 0,197 Da а внутренний тор радиусами 0111 Da, 0,0705 Da (два радиуса) и 0 110 Оя Размер от оси симметрии рабочей полости до вход ной кромки насосного колеса по внутренне му тору равен 0,0632 Da, по наружному тору 0,113 Da, соответствующие радиусы равны 0,314 Da и 0,244 Da, а размер до выходной кромки насосного колеса от оси симметрии рабочей полости равен 0 0038 Ол Размер от оси симметрии рабочей полости до ч годной КрОМКИ ТурбиННОГО ОПеСЧ ПО ВН,Т|Л Н

нему тору равен 0,0632 Пя по наивному тору 0,113 Da, соответствующее равны 0 314 Оя и 0,244 Da a n до РЛ д ной кромки турбинного колес от оси сим метрии рабочей полости раврн 0 0038 Оа Размеры от оси симметрии рабочей поло

СТИ ДО ВХОДНОЙ И ВЫХОДНОЙ KjJOMOf K0.pfса реактора по внутреннему тору 0,0538 Da, а по наружному тору 0 080 D,. а соответствующие радиусы 0 309 D и 0,225 Da Лопасть турбинного колеса закругленную входную и заострённую выходную кромки, угол установки лопасти по вогнутой линии профилей на входе равен 130°, на выходе 28° на внутреннем торе и 130° и 32° на наружном торе при числе лопаток 22 и наибольшем утглщении профилей лопастей, расположенном в месте перехода через угол 90°, равном на внутреннем горе 0,0320 Da, а на наружном торе 0,0347 Da и радиусе закругления входной кромки равном 0,0042 Da. Лопасть колеса реактора имеет закругленную входную и за остренную выходную кромки, установки лопасти по вогнутой линии профилей на входе равен 80° на выходе 135° на внутреннем торе и 103° и 133° на наружном торе при числе лопастей 13 и наибольшем утол щении профилей лопастей, равном на внут- реннем юре 0,309 Da, на наружном торе

0,0411 Da и радиусе закругления входной кромки, равном 0,0102 Da. Наибольшее утолщение профилей лопасти колеса реактора расположено от входной кромки вдоль 5 вогнутой линии профиля на расстоянии 0,0169 Da на внутреннем торе и на расстоянии 0,0367 Da на наружном торе. При виде вдоль оси вращения лопастных колес, принятой за вершины углов охвата, угол охвата

10 входной кромки турбинного колеса, соединяющей начала вогнутых профилей лопасти, равен 2°, а угол охвата выходной кромки равен 10°, угол охвата начало - конец вогнутого профиля на внутреннем торе равен 12°,

15 а на наружном торе 20°, Угол охвата входной кромки лопасти колеса реактора, соединяющей начала вогнутых профилей лопасти, равен 5°, а угол охвата выходной кромки равен 15°; угол охвата начало - конец вогну0 того профиля на внутреннем торе равен 13,5°, а на наружном торе 23,5°. Входные и выходные кромки лопастей турбинного колеса и колеса реактора выполнены прямолинейными.

5Формула изобретения

Гидротрансформатор, соединяющий центробежное насосное колесо, центростремительное турбинное копесп и осевое колесо pea i ара обрэз клцие симметрич0 ную ор ссгьельно взргикпльной оьи рабочую полость с наружным и в ну -шим то; лми между которыми раз щеп-,, попа- сти, лричем лопасти нгсосною колеса имеют угол наклона на входь в 60-90

5 /гоп зклона на вькодо /0 140. а чисто лопзстей н:.госного китоса составляет 26 30 отличающийся тем, что, f целью повышения эффективности и упрощения конструкции основные геометрические па0 рэметры рабочей полости определяются из (.лелующих отношений

2°. 0,416, -0330,- 0.180;

UaDaDd

ЬЈ- - 0,0536; - 0,0867 ,

UaL a

где Оя - активный диаметр гидротрансформатора

Do - внутренний диаметр рабочей поло- О сги

А ширина рабочей полости по наружному тору;

а ширина рабочей полости по внутреннему тору;

5в - ширина межлопастного канала на

выходе из насосного колеса и входе в турбинное колесо;

b - ширина межлопастного канала в колесе реактора.

со

Изобретение может быть исмользовзно в трансмиссиях самоходных машин Цель изобретения - повышение эффективности и упрощение конструкции. Основные геом°трические параметры рабочей полости гидротрансформатора определяются из следующих соотношений. D0/Da 0,416; A/Da 0,330, d/Da 0,180; B/Da 0,0536, b/Da 0,867, где Da - активный диаметр гидротрансформатора; Do - внутренний диаметр рабочей полости, А ширина рабочей полости по наружному тору; а - ширина рабочей полости по внутреннему тору, В - ширина межлопастного канала на выходе из насосного колеса и в турби ю КОЛРСО; b - ц мринт ме г/ опгслно1: каната с колесе реактора На колесе реактора создается обте- k а н и , о i а с т с и с . т р и ц a i льны-и отклоненный потока в ди i: .: ..ередч точнь л иг Of i 0 до 04-0,5 1

Фиг.

фиг.З

i м- J°f

% об г H+

Редактор Е. Папп

0.7 0.2 0.3 ОМ 0.5 0.6 0,7 О.8 0,9 10 I ФUl.fi

Составитель Я. Брацлавский

Техред М.МоргенталКорректор Л. Бескид