Тема 14. ГІДРОДИНАМІЧНІ ПЕРЕДАЧІ
Призначення й галузь застосування гідродинамічних передач. Принципова схема гідродинамічної передачі. Гідромуфта і гідротрансформатор. Їхні достоїнства і недоліки.
Основи теорії гідродинамічних передач: кінематика потоку в робочих колесах, рівняння моментів і напорів, закони подоби.
Гідромуфти. Пристрій, класифікація, баланс енергії потоку в робочій порожнині. Механічні характеристики гідромуфт. Регулювання гідромуфт. Способи згладжування штучних механічних характеристик. Регульовані і нерегульовані гідромуфти. Їхні основні елементи конструкцій і особливості роботи.
Спільна робота гідромуфти з приводним двигуном. Методика підбору гідромуфт.
Гідротрансформатори. Пристрій і класифікація. Конструктивні відмінності від гідромуфт. Баланс енергії потоку в робочій порожнині. Зовнішні механічні характеристики. Регулювання гідротрансформаторів.
Комплексні гідротрансформатори.
Література: [2], 4—14, 26—42, 49—67, 70—100, 105—108, 123—133, 161 — 162, 255; [8], 31—37, 102—105, 109—113, 123—162 171 — 186. 202—244; [9], 311—321; [10], 307—348; [12], 296—323; [15]. 324—326, 372—394.
Методичні вказівки
Гідродинамічні передачі служать для передачі тільки моменту. Принципову схему гідродинамічної передачі можна представити як сукупність двох спільно працюючих турбомашин: насоса, що створює напір за рахунок енергії приводного двигуна, і турбіни, що перетворить напір, створюваний насосом, у механічну енергію. На прикладі принципової схеми необхідно розібратися загалом і відмінностях між гідромуфтою і гідротрансформатором і вказати галузь їхнього застосування.
При вивченні теорії гідродинамічних передач можна обмежитися тільки струминною теорією. Кінематику потоку найкраще розглядати на прикладі найбільш розповсюджених коліс: відцентрового (у насоса) і доцентрового (у турбіни). При висновку рівняння моментів варто звернути увагу на те, що головний момент зовнішніх сил, прикладених до колеса, дорівнює головному моменту кількості руху масової витрати рідини (секундної маси), що протікає через колесо, а не всієї маси рідини, як це звичайно вказується в літературних джерелах.
Крім рівняння моментів необхідно уміти вивести турбінне рівняння Ейлера і на їхній основі установити закони подоби (пропорційності) турбомашин, а також витлумачити фізичний зміст отриманих аналітичних залежностей.
Вивчення гідромуфт варто починати з найбільш загальних питань, властивих усім гідромуфтам: баланс енергії потоку в робочій порожнині, зміна витрати в робочій порожнині зі зміною ковзання, поняття про поминальний момент.
Механічні характеристики гідромуфт служать для оцінки їхньої енергетичної й експлуатаційної якостей. Тому це питання заслуговує на особливу увагу. Необхідно розібратися з зовнішніми, універсальними і приведеними (безрозмірними) характеристиками; знати, як вони виходять і вміти пояснити характер зміни кривих.
Усі способи регулювання гідромуфт можна розбити на двох груп:
а) зміною ступеня заповнення робочої порожнини рідиною;
б) впливом на потік у робочій порожнині. Необхідно розглянути всі способи регулювання на конкретних конструкціях гідромуфт, простежити, як змінюються механічні характеристики при регулюванні, і дати цьому пояснення на базі загальної теорії гідродинамічних передач. Особливо варто приділити увага причинам виникнення немонотонних ділянок зміни моментів з ковзанням і розривів на механічних характеристиках, а також способам їхнього вирівнювання, тому що на немонотонних ділянках можуть виникнути хитливі режими.
Вивчаючи конструкції нерегульованих гідромуфт, варто приділити особлива увага широка розповсюдженим у гірській практиці гідромуфтам с. внутрішнім самовипорожнення. Необхідно пам'ятати, що вони бувають із симетричними і несиметричними колісьми і мають різну галузь застосування. Треба добре розібратися з процесом, що протікає в гідромуфті при її самовипорожненні, і зв’язати його з моментною характеристикою.
При вивченні конструкцій усіх гідромуфт необхідно приділити увага питанням їхнього охолодження і способам теплового захисту.
Розглядаючи спільну роботу гідромуфти з приводним двигуном, як і в об'ємному гідроприводі, досить обмежитися прикладом трифазного асинхронного двигуна з короткозамкнутим ротором. При цьому необхідно привести моменту характеристику електродвигуна до відомого вала гідромуфти, користаючись законами подоби. Приведену характеристику варто зіставити з приведеною і порівняти умови роботи електродвигуна з гідромуфтою і без її.
На базі цього аналізу необхідно розібратися з методикою розрахунку і вибору гідромуфт як по рівняннях, так і номограмам.
При вивченні гідротрансформаторів необхідно насамперед звернути увагу на принципові і конструктивні їхні відмінності від гідромуфт. Тому що гідротрансформатори в гірській практиці зустрічаються порівняно рідко, то досить обмежитися вивченням самих загальних питань. Так, із усіх механічних характеристик досить розібратися тільки з зовнішніми, звернувши увагу на те, що вони бувають прозорими і непрозорими. При розгляді питання регулювання досить обмежитися перерахуванням способів і проаналізувати при цьому зміна моментних характеристик.
Варто приділити увага також комплексним гідротрансформаторам, що можуть працювати то в режимі гідротрансформатора, то в режимі гідромуфти. При цьому за допомогою механічних характеристик треба показати достоїнство таких гідропередач і відзначити їхні недоліки.
Питання для самоперевірки
1. Укажіть призначення і перелічить достоїнства і недоліки гідродинамічних передач.
2. Перелічите загальні сторони і різницю між гідромуфтами і гідротрансформаторами.
3. Накресліть трикутники швидкостей у відцентрового насоса і доцентрової турбіни і розберіться з кінематикою потоку в робочій порожнині гідромуфти.
4. Зробіть висновок рівнянь моментів і напору.
5. Як зміняться на подібних режимах подача, напір, момент і потужність турбомашини зі зміною швидкості обертання робочого колеса?
6. Складіть баланс енергії (напорів) у робочій порожнині гідромуфти.
7. Що розуміють під номінальним моментом гідромуфти?
8. Накресліть і проаналізуйте механічні характеристики гідромуфти: зовнішню, універсальну і приведену.
9. Як одержують зовнішню механічну характеристику?
10. Перелічить способи регулювання гідромуфт.
11. Чому виникають розриви на штучних механічних характеристиках? Які застосовуються способи для їхнього згладжування?
12. Як відбувається самовипорожнення і наступне заповнення робочої порожнини в гідромуфт із симетричними і несиметричними колісьми?
13. Як здійснюється тепловий захист гідромуфт із внутрішнім самовипорожненням?
14. Чому не «перекидається» трифазний асинхронний двигун, що працює з правильно обраною гідромуфтою, при навантажувальному моменті більшому Мєд.мах?
15. Укажіть на графіку спільної роботи асинхронного двигуна з гідромуфтою, як змінюються швидкості обертання відомого і ведучого валів гідромуфти зі зміною моменту опору.
16. Визначити мінімальне значення активного діаметра гідромуфти при наступних умовах:
Ммах = 900 н*м, n = 900 зб/хв, 
= 900 кг/м3, 
= 0,15. (Відповідь: D=0,44м).
17. Чим відрізняється гідротрансформатор від гідромуфти?
18. Зобразить зовнішню механічну характеристику непрозорого гідротрансформатора.
19. Приведіть приклади використання комплексних гідротрансформаторів у техніку. У яких режимах ця передача працює як гідромуфта й у яких як гідротрансформатор?
20. Які конструкції робочих коліс застосовуються в гідромуфтах і гідротрансформаторах?