Передача момента циркулирующей жидкостью
Гидромуфта содержит насосное колесо, связанное с ведущим валом, и турбинное колесо, связанное с ведомым. Жидкость циркулирует в замкнутой рабочей полости: насосное колесо передаёт ей энергию, турбина получает момент от изменения движения потока. Это гидродинамическая передача; её не рассчитывают как объёмный гидромотор с рабочим объёмом на оборот. Между колёсами отсутствует жёсткая кинематическая связь.
При обычной передаче мощности от насоса к турбине ведомое колесо вращается медленнее ведущего. Относительное скольжение s = (nп−nт)/nп, а отношение частот i = nт/nп = 1−s. Одинаковые единицы частоты обязательны. Скольжение создаёт режим обмена энергией и сопровождается потерями; при синхронном вращении идеальная простая муфта не передаёт установившийся нагрузочный момент. Муфта сглаживает пуск и крутильные колебания, но не обеспечивает строгую синхронизацию валов.
| Параметр | Зависимость | Что нельзя подменять |
|---|---|---|
| Скольжение | s = 1−nт/nп | Абсолютную разность оборотов |
| Мощность вала | P = T·2πn/60 | Момент вместо мощности |
| КПД | η = (Tт/Tп)·(nт/nп) | Отношение скоростей без условий |
| Тепловые потери | Pп−Pт | Температуру без модели охлаждения |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Условный расчёт скольжения
Пусть насосное колесо вращается при 1500 мин⁻¹, турбинное — при 1440 мин⁻¹. Разность составляет 60 мин⁻¹, скольжение равно 60/1500 = 0,04, то есть 4 %. Для упрощённой муфты пренебрежём паразитными моментами и примем одинаковый момент обоих валов 300 Н·м. Тогда входная мощность равна 300·2π·1500/60 = 47,12 кВт, выходная — 45,24 кВт. Разность составляет 1,885 кВт, а КПД равен 1440/1500 = 0,96.
Соотношение η ≈ 1−s справедливо при практически равных моментах и исключённых дополнительных потерях. Реальные подшипники, уплотнения, насосы вспомогательной системы и вентиляционные потери уменьшают общий КПД. Для сравнения агрегатов важно одинаково определить границы системы: только рабочие колёса или весь привод с охлаждением. Умножать уже измеренный валовый КПД повторно на произвольный коэффициент механических потерь нельзя.
Пуск и тепловая нагрузка
При неподвижной турбине её мощность равна нулю, даже если передаваемый момент велик. Подведённая энергия в основном нагревает жидкость и детали. Поэтому время разгона, инерция нагрузки, частота пусков и режим заклинивания определяют тепловые требования. Условные потери 1,885 кВт при установившемся режиме не характеризуют более тяжёлый пуск. По одному скольжению нельзя определить температуру: нужны теплоёмкость, теплоотвод, расход охлаждения и длительность нагрузки.
Постоянно заполненные и регулируемые по заполнению муфты имеют разные функции. В регулируемой муфте изменение количества жидкости влияет на передаваемый момент и рабочую частоту, однако диапазон зависит от характеристики ведомой машины. Для вентилятора, насоса и транспортёра она различна; универсального соответствия «процент заполнения — процент скорости» нет. Подбор выполняют по совместным характеристикам двигателя, муфты и нагрузки, контролируя допустимые обороты и тепловой режим. Уровень и тип жидкости принимают по документации выбранного изделия, поскольку изменение заполнения влияет и на пуск, и на потери в рабочем режиме.
Первичные источники
- Voith: Hydrodynamic couplings — Насосное и турбинное колёса; плавный разгон и демпфирование.
- Voith: Variable speed fluid couplings — Регулирование заполнением; диапазон зависит от характеристики нагрузки.
- Voith: Service for Fluid Couplings — Температура рабочей жидкости и контроль теплового режима.