- •Введение
- •Глава 1. Основные физические свойства жидкостей и силы, действующие в них
- •1.1. Основные физические свойства жидкостей
- •1.2. Силы, действующие в жидкости Понятие об идеальной жидкости
- •Глава 2. Гидростатика
- •2.1. Гидростатическое давление
- •2.2. Свойства гидростатического давления
- •2.3. Дифференциальные уравнения равновесия Эйлера
- •2.4. Основное уравнение гидростатики
- •2.5. Приборы для измерения давления и вакуума
- •2.6. Сила гидростатического давления на плоскую фигуру
- •2.7. Эпюры гидростатического давления
- •2.8. Гидростатический парадокс
- •2.9. Поверхность уровня и ее свойства
- •2.10. Относительное равновесие жидкости во вращающемся сосуде
- •2.11. Сила давления жидкости на криволинейные поверхности
- •2.12. Закон Архимеда
- •Глава 3. Гидродинамика
- •3.1. Основные характеристики движения жидкостей
- •3.2. Уравнение сплошности (неразрывности) потока
- •3.3. Уравнения движения идеальной жидкости (уравнения Эйлера)
- •3.4. Уравнения движения вязкой жидкости (уравнения Навье-Стокса)
- •3.5. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости
- •3.6. Уравнение Бернулли для реальной (вязкой) жидкости
- •3.7. Некоторые практические приложения уравнения Бернулли
- •3.7.1. Классификация отверстий и насадков,
- •3.7.2. Истечение при постоянном напоре
- •3.7.3. Истечение при переменном напоре
- •3.7.4. Принципы измерения скорости и расхода жидкостей
- •3.8. Режимы движения жидкостей
- •3.9. Основное уравнение равномерного движения
- •3.10. Виды гидравлических сопротивлений
- •3.11. Профиль скорости в живом сечении и потери напора по длине круглого трубопровода при ламинарном режиме движения жидкости
- •3.12. Некоторые характеристики турбулентного потока
- •3.13. Профиль скорости в живом сечении потока при турбулентном режиме движения
- •3.14. Потери напора по длине трубопровода при переходном и турбулентном режимах движения жидкости
- •3.15. Местные потери напора
- •3.16. Коэффициент гидравлического сопротивления системы
- •3.17. Гидравлический расчет трубопроводов
- •Расчет длинных трубопроводов
- •Расчет коротких трубопроводов
- •3.18. Гидравлический удар в трубах
- •3.19. Гидродинамическая теория смазки
- •Глава 4. Насосы
- •4.1. Определение и классификация насосов
- •4.2. Основные параметры работы насосов
- •4.3. Напор насоса и высота всасывания
- •4.3.1. Напор насоса
- •4.3.2. Высота всасывания
- •4.4. Центробежные насосы
- •4.4.1. Основное уравнение центробежного насоса Эйлера
- •4.4.2. Основы теории подобия центробежных насосов
- •4.4.3. Характеристики центробежных насосов
- •4.4.4. Работа центробежных насосов на сеть
- •4.4.5. Регулирование работы центробежных насосов
- •4.4.6. Расширение области применения центробежных насосов
- •4.4.7. Основные вопросы эксплуатации центробежных насосов
- •4.5. Осевые (пропеллерные) насосы
- •4.6. Струйные насосы
- •4.7. Эрлифты (воздушные подъемники)
- •4.8. Поршневые насосы
- •4.8.1.Средняя производительность поршневых насосов
- •4.8.2. Характеристика поршневых насосов
- •4.8.3. Неравномерность подачи поршневых насосов
- •4.8.4. Индикаторная диаграмма
- •4.8.5. Регулирование работы поршневых насосов
- •4.8.6. Основные вопросы эксплуатации поршневых насосов
- •4.9. Пневматические насосы (монтежю)
- •4.10. Роторно-пластинчатые (шиберные) насосы
- •4.11. Шестеренчатые насосы
- •4.12. Винтовые насосы
- •4.13. Краткие сведения о насосах предприятий пищевых производств
- •Глава 5. Гидравлический привод
- •5.1. Назначение и классификация гидравлических приводов
- •5.2. Рабочие жидкости гидроприводов
- •5.3. Объёмный гидропривод
- •5.3.1. Гидравлический расчёт некоторых
- •5.3.2. Вспомогательные устройства
- •5.3.3. Схемы устройства и регулирования гидроприводов
- •5.4. Гидродинамический привод (гидродинамические передачи)
- •Список литературы
- •Содержание
- •Основы гидравлики, гидравлическИх машин и гидропривода
5.4. Гидродинамический привод (гидродинамические передачи)
Гидродинамический привод, в отличие от объемного гидропривода, не исключает механическую трансмиссию, а лишь заменяет муфту сцепления. Наличие больших зазоров (до 15 мм) между звеньями гидродинамических передач обеспечивает легкость их изготовления и большую долговечность. В разд. 5.1 было указано, что гидродинамические передачи подразделяются на гидромуфты и гидротрансформаторы.
Г
Рис. 5.12
n1,
M1
n2,
M2
1
2
3
Если обозначить передаточное отношение , то получается . Определим КПД гидромуфты через отношение мощностей на ведомом и ведущем валах:
,
т. е. . Скольжение S регулируют за счет изменения заполнения полости гидромуфты рабочей жидкостью. Для предельно заполненной гидромуфты S = 3–5 %. При полном заполнении объем рабочей жидкости равен примерно 90 % геометрического объема полости гидромуфты. Это наполнение является максимально допустимым, так как необходимо иметь свободный объем для паров и воздуха, выделяющихся из рабочей жидкости при эксплуатации гидромуфты. Любое другое наполнение менее 90 % геометрического объема гидромуфты называется частичным.
Графические зависимости крутящего момента и КПД гидромуфты от частоты вращения турбинного колеса при постоянной частоте вращения насосного колеса называются внешней характеристикой гидромуфты (рис. 5.13).
М,
η
η
М
n2
Рис. 5.13
Внешние характеристики гидромуфт строят по результатам их испытаний как при полном, так и при частичном заполнении рабочей жидкостью. Кроме внешних характеристик, существуют также приведенные, относительные и универсальные характеристики гидромуфт. Они получаются на основании внешних характеристик путем их пересчета и предназначены для сопоставления рабочих качеств подобных и различных по конструкции гидромуфт. Гидромуфты делятся на нерегулируемые и регулируемые. К нерегулируемым относятся такие гидромуфты, у которых при постоянной частоте вращения ведущего вала частота вращения ведомого вала зависит от нагрузочного момента на ведомом валу. В регулируемых гидромуфтах частота вращения ведомого вала зависит также и от положения управляемого извне регулирующего устройства.
Как нерегулируемые, так и регулируемые гидромуфты могут быть постоянного или переменного заполнения. В регулируемых гидромуфтах предусматриваются регулирующие устройства для управления потоком жидкости внутри гидромуфты воздействием извне. Поэтому регулируемые гидромуфты при постоянном нагрузочном моменте на ведомом валу могут работать с различным скольжением, величина которого устанавливается внешним воздействием.
Гидромуфты используют для демпфирования резких колебаний нагрузки на двигатель, тем самым предохраняя трансмиссию от перегрузок (нерегулируемые гидромуфты), а также для регулирования частоты вращения валов различных машин (регулируемые гидромуфты). Применение регулируемых гидромуфт особенно полезно для изменения частоты вращения рабочих органов машин, приводимых в движение нерегулируемыми электродвигателями переменного тока (мощные вентиляторы, насосы и т. п.).
Гидротрансформаторы. В отличие от гидромуфт гидротрансформаторы передают механическую энергию между соосными валами с изменением крутящего момента. Как правило, гидротрансформаторы служат для увеличения крутящего момента на ведомом валу и по своему назначению соответствуют вариаторам с автоматическим бесступенчатым изменением частоты вращения ведомого вала.
На рис. 5.14 показано устройство простейшего гидротрансформатора, состоящего из насосного колеса 1, турбинного колеса 2 и лопаточного реактора 3. При работе гидротрансформатора насосное колесо, находящееся на ведущем валу, направляет жидкость в турбинное колесо. Отдав ему свою энергию, жидкость через неподвижный лопаточный реактор возвращается в насосное колесо. Неподвижные лопатки реактора изменяют момент количества движения жидкости между насосным и турбинным колесами, вызывая соответствующее изменение угловой скорости и вращающего момента турбинного колеса.
Е
Рис. 5.14
1
В отличие от гидромуфт гидротрансформаторы работают только при полном заполнении рабочей жидкостью. Более того, жидкость подается в гидротрансформатор под избыточным давлением, так как устойчивая работа гидротрансформатора возможна только при полном отсутствии кавитации. Большие скорости движения и высокие температуры рабочих жидкостей увеличивают вероятность возникновения кавитации вследствие того, что особенно у входных кромок лопаток насосного колеса давление может понизиться до давления насыщенных паров рабочей жидкости. С целью компенсации влияния больших скоростей и высоких температур жидкость подается в проточную полость гидротрансформатора под избыточным давлением.
Работу гидротрансформаторов, как и гидромуфт, характеризуют внешняя, приведенная, относительная и универсальная характеристики. На рис. 5.15 представлена внешняя характеристика (остальные характеристики гидротрансформаторов получаются путем пересчета внешних характеристик). Характеристики гидротрансформаторов более пологие, чем у гидромуфт, и отличаются плавным изменением крутящего момента на ведомом валу при изменении его частоты вращения. В ряде случаев к гидротрансформаторам предъявляется требование, чтобы крутящий момент на ведущем валу оставался постоянным при изменении момента на ведомом валу. Характеристику гидротрансформатора, для которого данное требование выполняется, называют "непрозрачной"; если же при изменении момента М2 изменяется момент М1, такую характеристику считают "прозрачной". КПД гидротрансформаторов достигает 90 %, в то время как у гидромуфт он достигает 96 %. Данное отличие обусловлено изогнутой формой лопаток насосного и турбинного колес гидротрансформатора, что приводит к появлению дополнительных гидравлических потерь внутри рабочей камеры.
М,
η
η
М2
М1
Рис.
5.15
n2
Гидротрансформатор, изображенный на рис. 5.14, называется трехколесным. Кроме таких гидротрансформаторов, имеются конструкции четырехколесные и многоколесные с одноступенчатым насосом и одно-, двух- и трехступенчатой турбиной с одним или несколькими реакторами. Существуют также гидротрансформаторы с освобождающимися реакторами, которые для достижения определенного передаточного отношения и допустимого снижения КПД начинают автоматически свободно вращаться в потоке жидкости, переводя работу гидротрансформатора на режим работы гидромуфты. На основе идеи освобождающихся реакторов создан ряд комплексных гидропередач, которые могут работать как гидротрансформатор и как гидромуфта с автоматическим переходом с одного режима на другой.
Гидротрансформаторы позволяют бесступенчато изменять частоту вращения ведомого вала в зависимости от нагрузки на нем. Их применяют в приводах машин в сочетании с электродвигателями, газовыми турбинами, двигателями внутреннего сгорания.