Гидравлические передачи

Страница 3

Передача энергии в ГДП осуществляется от ведущего вала 1, соединенного с источником механической энергии, например, с паровой турбиной. Эта энергия подводится к насосному колесу Н. Кстати, идея создания лопастного центробежного колеса принадлежит известному итальянскому живописцу и инженеру Леонардо да Винчи (1452 — 1519 гг.), а первую удачную конструкцию насоса разработал и испытал французский физик Дени Папен (1689 г.).

В насосном центробежном колесе Н между потоком жидкости и лопатками рабочего колеса осуществляется силовое взаимодействие. Его физическая природа заключается в следующем: внешний момент воздействия лопаток насосного колеса на поток определяется изменением момента количества движения жидкости, протекающей в единицу времени через колесо. Вспомним, что количеством движения в физике называют произведение массы m единицы объема жидкости на скорость течения жидкости С, т.е. mС; моментом количества движения — mСr, где r — радиус вращения данного объема жидкости.

Далее жидкость через направляющий аппарат 2 и трубопровод 3 со скоростью С1 поступает на турбинное колесо Т, в котором скоростной напор жидкости срабатывает, заставляя колесо Т вращаться с определенной частотой вращения nт. Механическая энергия с турбинного колеса Т посредством вала 4 передается потребителю энергии, например, металлообрабатывающему станку.

Так как емкости 6 связаны друг с другом трубопроводом 7, то процесс передачи энергии потребителю является непрерывным.

В гидродинамической передаче не вся энергия, подводимая к лопастям турбинного колеса, переходит в механическую: часть ее расходуется на преодоление сопротивления движению жидкости в каналах и трубопроводах, при обтекании лопастей, а также для компенсации утечек в зазорах и уплотнениях.

Рассматриваемая схема гидродинамической передачи имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих ее практическое применение на транспортных машинах:

- крайне низкий кпд передачи (не более 10 %) вследствие больших гидравлических потерь (особенно на трение) при движении жидкости по длинным трубопроводам и значительного сопротивления подводящих и отводящих устройств насоса и турбины;

- большая масса передачи из-за того, что только масса вспомогательных трубопроводов с арматурой и емкостей может достигать 80 % массы передачи;

- сложность компоновки и ряд других.

Все это указывает на неэкономичность и низкую эффективность работы такой схемы гидравлической передачи.

Гидродинамические передачи нашли самое широкое применение в транспортном машиностроении и других областях техники лишь после гениального изобретения немецкого ученого, профессора Германна Феттингера, который в 1902 г. получил патент на принципиально новую конструкцию гидравлического привода — гидротрансформатор (первоначальное название — гидравлический преобразователь крутящего момента).

Анализируя причины низкой экономичности гидродинамической передачи, принципиальная схема которой представлена на . 39. Г. Феттингер предложил устранить в передаче практически все трубопроводы и арматуру и объединить насосное и турбинное колеса, а также направляющий аппарат в общий корпус. Тем самым были устранены основные гидравлические потери и получена надежная и компактная гидродинамическая передача с кпд, достигающим 90 %. Принципиальные схемы передач, предложенные Г. Феттингером, и поныне остаются без особых изменений. В 1905 г. профессор Г. Феттингер еще более упростил передачу, предложив убрать из ее корпуса направляющий аппарат. В результате им была запатентована новая конструкция гидромашины — гидромуфта, кпд которой уже достигал 97 %.

Необходимо заметить, что эти изобретения, точнее первые гидротрансформаторы и гидромуфты, предназначались исключительно для использования в качестве приводов гребных винтов немецких кораблей (в том числе первых подводных лодок). В начале XX в. в силовых энергетических установках кораблей Германии стали широко применяться высокооборотные (быстроходные) паровые и газовые турбины, а также комбинированные дизель-газотурбинные установки.