гидротрансформатор

Формула изобретения

Гидротрансформатор, содержащий размещенные в корпусе насосное колесо, турбинное колесо, первый и второй реакторы, образующие меридиональную полость, первый и второй каналы подвода и отвода рабочей жидкости гидротрансформатора, выполненные в валу двигателя и турбинном валу соответственно, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первый и второй насосы, в каналах которых размещены лопасти, направленные в противоположную сторону лопастям реакторов, первый насадок в виде кольца с отверстиями, связанный механически с валом двигателя, второй насадок в виде трубчатых каналов, изменяющих направление потока рабочей жидкости на противоположное, причем турбинное колесо механически связано с турбинным валом и имеет диаметр больше диаметра насосного колеса, первый и второй насосы расположены между соответствующим реактором и муфтой свободного хода и механически связаны с ними, а первый канал подвода и отвода рабочей жидкости гидротрансформатора, отверстия первого насадка, каналы первого и второго лопастных насосов, трубчатые каналы второго насадка, каналы турбинного колеса, упомянутая выше меридиональная полость и второй канал подвода и отвода рабочей жидкости гидротрансформатора гидравлически связаны между собой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и конкретно касается конструкции гидротрансформатора транспортного средства.

Известен гидротрансформатор [3, с. 160], содержащий размещенные в корпусе насосное, турбинное колеса и два реактора, установленные каждый на своей муфте свободного хода, образующие меридиональную полость, сообщающуюся с магистралями подвода и отвода рабочей жидкости.

Недостатком известного гидротрансформатора является то, что при переходе в режим гидромуфты реакторы начинают свободно вращаться, создавая в меридиальной полости сопротивление скоростному напору рабочей жидкости и тем самым уменьшая значение передаваемой энергии, что в итоге приводит к уменьшению общего КПД гидротрансформатора.

Известен гидротрансформатор транспортного средства [1], выбранный в качестве прототипа, содержащий размещенные в корпусе насосное, турбинное колеса и реактор, образующие меридиональную полость, сообщающуюся с магистралями отвода и подвода рабочей жидкости, снабженный в меридиональной полости насадком, подключенным к магистрали подвода рабочей жидкости, и имеющий выходное отверстие, направленное в сторону движения потока в меридиональной полости. Кроме того, в меридиональной полости установлен приемник, подключенный к магистрали отвода рабочей жидкости и имеющий входное отверстие, направленное против потока в меридиональной полости.

Недостатками известного гидротрансформатора являются, во-первых, наличие всего одного реактора, что уменьшает диапазон высоких значений КПД при переходе на режим гидромуфты [2, с. 162-163]; во-вторых, расположение насадка и приемника в меридиональной полости увеличивает гидравлическое сопротивление в ней, что повышает потери энергии из-за искривления потока жидкости и тем самым снижает КПД на всех режимах работы гидротрансформатора; в-третьих, подвод подпиточной рабочей жидкости поочередно к каналам насосного и турбинного колес обеспечивает увеличение скоростного напора рабочей жидкости в каждую единицу времени только лишь в одном канале, в результате чего остальные каналы не получат дополнительного импульса энергии, восполняющего потери, что в режиме трансформации крутящего момента может привести к неодновременному охлаждению рабочей жидкости в этих каналах, и, следовательно, к ее перегреву, и в конечном итоге к снижению КПД.

Изобретение направлено на расширение диапазона высоких значений КПД и его повышение во всем диапазоне передаточных отношений работы гидротрансформатора при компактности и надежности конструкции.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в гидротрансформатор, содержащий размещенные в корпусе насосное колесо, турбинное колесо, первый и второй реакторы, образующие меридиональную полость, первый и второй каналы подвода и отвода рабочей жидкости гидротрансформатора, выполненные в валу двигателя и турбинном валу соответственно, дополнительно введены первый и второй насосы, в каналах которых размещены лопасти, направленные в противоположную сторону лопастям реакторов, первый насадок в виде кольца с отверстиями, связанный механически с валом двигателя, второй насадок в виде трубчатых каналов, изменяющих направление потока рабочей жидкости на противоположное, причем турбинное колесо механически связано с турбинным валом и имеет диаметр больше диаметра насосного колеса, первый и второй насосы расположены между соответствующим реактором и муфтой свободного хода и механически связаны с ними, а первый канал подвода и отвода рабочей жидкости гидротрансформатора, отверстия первого насадка, каналы первого и второго лопастных насосов, трубчатые каналы второго насадка, каналы турбинного колеса, упомянутая выше меридиональная полость и второй канал подвода и отвода рабочей жидкости гидротрансформатора гидравлически связаны между собой.

На фиг. 1 показан гидротрансформатор, общий вид; на фиг. 2 - кольцевой насадок, разрез A-A; на фиг. 3 - дополнительный лопастной насос, разрез B-B; на фиг. 4 - периферийный насадок, вид C; на фиг. 5 показаны графики зависимостей КПД гидротрансформатора _ГДТ и моментов на насосном M_H и турбинном M_T колесах гидротрансформатора от передаточного отношения i_ГДТ с выделенными диапазонами высоких значений КПД гидротрансформаторов прототипа d и описываемого d".

Гидротрансформатор содержит корпус 15, насосное 2 колесо, установленное на валу 1 двигателя посредством спиц 18 на валу 1 двигателя, в котором выполнен первый 11 канал, турбинное 3 колесо, установленное на турбинном 8 валу, в котором выполнен второй 12 канал, при этом турбинный 8 вал установлен одним концом на подшипниках 14, первый 4 и второй 5 реакторы, установленные последовательно каждый на первой 6 и второй 7 муфтах свободного хода, образующие между собой меридиональную полость и связанные гидравлически. Для предотвращения утечек рабочей жидкости наружу гидротрансформатор снабжен уплотнениями 9.

Гидротрансформатор снабжен дополнительно первым 16 и вторым 17 лопастными насосами, расположенными между соответственно первым 4 реактором и первой 6 муфтой свободного хода, вторым 5 реактором и второй 7 муфтой свободного хода и механически связанные с ними и имеющие периферийные каналы с лопастями, направленными в противоположные стороны лопастям реакторов. Кроме того, на входе первого 16 лопастного насоса установлен насадок 10, выполненный в виде кольца с отверстиями и связанный механически с валом 1 двигателя, а на выходе второго 17 лопастного насоса установлен насадок 13, выполненный в виде периферийных трубчатых каналов, каждый из которых изменяет направление потока рабочей жидкости на противоположное как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, связанные механически и гидравлически своими выходами со входами турбинного 3 колеса, имеющего диаметр больше насосного 2 колеса и связанный механически с турбинным 8 валом.

Гидротрансформатор в общем случае работает следующим образом: мощность в виде механического вращательного потока от двигателя (не показан) передается на вал 1 двигателя и через спицы 18 на насосное 2 колесо гидротрансформатора. В насосном 2 колесе механический мощностной поток преобразуется в гидравлический мощностной поток, который передается одновременно ко всем каналам турбинного 3 колеса, а от него, проходя через каналы первого 4 и второго 5 реакторов, возвращается в каналы насосного 2 колеса и цикл повторяется, при этом параллельно происходит преобразование гидравлического мощностного потока, передаваемого от насосного 2 колеса к турбинному 3 колесу в механический мощностной поток, который передается от насосного 2 колеса к турбинному 3 колесу и через насадок 13 - к турбинному 8 валу. В процессе работы гидротрансформатора происходит утечка рабочей жидкости через щели между колесами, для восполнения которых в гидротрансформатор подается рабочая жидкость под избыточным давлением за счет подпиточного насоса (не показан). Основной подпиточный поток рабочей жидкости проходит по следующему пути: подпиточный насос, первый 11 канал вала 1 двигателя, отверстия кольцевого насадка 10, каналы первого 16 и второго 17 лопастных насосов, трубчатые каналы периферийного насадка 13, каналы турбинного 3 колеса, меридиональная полость гидротрансформатора, щели между насосным 2 и турбинным 3 колесами и первым 4 и вторым 5 реакторами, подшипники 14, второй 12 канал турбинного 8 вала, подпиточный насос и цикл повторяется. Часть подпиточного потока рабочей жидкости подводится через щели между насосным 2 колесом и вторым 5 реактором. Расход жидкости этой части меньше, так как сопротивление щелей больше, чем каналов периферийного насадка 13.

В процессе эксплуатации транспортного средства трансформатор может работать в двух режимах: в режиме трансформации момента и в режиме гидромуфты.

Режим трансформации момента соответствует низким значениям передаточного отношения гидротрансформатора i_ГДТ. В этом режиме работы оба реактора неподвижны до момента времени, соответствующего i_ГДТ 0,6 [3, с. 160]. В этом случае рабочая жидкость, поступающая от подпиточного насоса, осуществляет давление на лопатки первого 16 и второго 17 лопастных насосов, дополнительно притормаживая через них реакторы 4 и 5, так как их лопасти направлены в противоположные стороны лопастям реакторов и тем самым расширяя диапазон высоких значений КПД в сторону низких значений передаточного отношения i_ГДТ, так как увеличивается момент на турбинном 8 валу (штрихпунктирная линия 19, фиг. 5). Затем по мере увеличения частоты вращения турбинного 8 вала вначале выключается из работы первый 4 реактор (он начинает свободно вращаться в потоке) и за счет лопастей первого 16 лопастного насоса ускоряет подпитку гидротрансформатора рабочей жидкостью (штрихпунктирная линия 20, фиг. 5). При i_ГДТ 0,8 [3, с. 160] выключается из работы второй 5 реактор и за счет лопастей второго 17 лопастного насоса рабочая жидкость получает скоростной дополнительный напор, который увеличивается одновременно во всех каналах турбинного 3 колеса и тем самым расширяя диапазон высоких значений КПД в сторону увеличения передаточного отношения гидротрансформатора, в результате чего режим гидромуфты наступает позже (штрихпунктирная линия 21, фиг. 5). Изменение потока рабочей жидкости на противоположное как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях в трубчатых каналах периферийного насадка 13 создает в них дополнительно реактивное усилие, превышающее в два раза силу струи, создаваемую подпиточным насосом [2, с.97], и тем самым дополнительно увеличивающее момент на турбинном 8 валу (штрихпунктирная линия 22, фиг. 5).

Расширение диапазона высоких значений КПД (d">d, фиг. 5) обусловлено снижением потерь энергии при свободном вращении реакторов в потоке рабочей жидкости за счет адекватной энергии, создаваемой дополнительными лопастными насосами, что определило на графике дополнительные площади F₁, F₂ и F₃ (фиг. 5), и что позволило получить двойной эффект, с одной стороны, от работы реакторов в режиме трансформации момента, а с другой стороны, от работы дополнительных лопастных насосов в режиме гидромуфты.

Повышение КПД гидротрансформатора во всем диапазоне его передаточного отношения пропорционально суммарному значению площадей F₁, F₂ и F₃. Очевидно, что общая суммарная площадь КПД нового технического решения больше по сравнению с площадью зоны КПД прототипа.

Кроме того, общий КПД гидротрансформатора повысился за счет увеличения крутящего момента на турбинном валу в результате возникновения дополнительного притормаживающего момента в лопастных насосах в режиме трансформации момента и при прохождении потока рабочей жидкости через трубчатые каналы периферийного насадка в режиме гидромуфты, а также незначительного увеличения диаметра турбинного колеса при неизменном значении крутящего момента на насосном колесе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство N 469836. Гидротрансформатор, кл. F 16 h 41/30,1975 г.

2. Аксененко В.Д., Петров А.В. Планетарные гидравлические передачи. М.: Воениздат, 1961. -С. 97, 162-163.

3. Вознюк B.C. Гидравлика и гидравлические машины. М.: Воениздат, 1979. -С. 160.