综合式液力变矩器内特性的计算与分析

　　通常液力变矩器外特性是按国家试验标准通过台架实验获得的^[1]。液力变矩器的外特性是由其内特性决定的,在设计和分析过程中,确定液力变矩器的内特性是非常重要的环节,它对变矩器的流场分析结果具有直接影响^[2]。液力变矩器内循环液流的运动过程极为复杂,因此内特性的理论计算始终是研究的重点。确定液力变矩器内特性的最有效的方法是直接测量各工况下循环圆内液流的速度场和压力场^[3]。但是,由于受液力变矩器结构和工作条件的限制,使测量产生一定困难;也可以应用专门流场软件进行数值模拟,但其准确性的验证也比较困难^[4-6]。有人尝试由变矩器的外特性反算内特性的研究,也未能真正解决各工作轮损失能头的准确计算问题。作者从综合式液力变矩器的典型工况出发,应用比例分配法成功地解决了变矩器各工作轮损失能头的精确计算问题。这对液力元件的设计计算、改进和提高其性能以及结构件的强度计算和轴向力计算都具有重要意义。

　　1 循环流量Qi的计算

　　液力变矩器的循环流量反映了液流的流动状态,是计算内特性的基础。根据试验外特性,由工作轮上作用的转矩方程直接求出循环流量,因而得到了较准确的流量解。

　　由三元件液力变矩器工作轮上的作用转矩方程得

　　联立两式得循环流量Q_i的方程

　　式中:下角标B、T、D分别表示泵轮、涡轮和导轮;F为过流面积;ω为工作轮角速度;C为流体的重度;g为重力加速度;M_B、M_T分别为泵轮和涡轮转矩值;其余为工作轮的几何参数。

　　2 用比例分配法计算各工作轮与液流相互作用产生的能头

　　液力变矩器内液体在循环流动中流经工作轮时会产生各种能量损失,在理论设计计算中一般主要考虑两种:摩擦损失能头H_m和冲击损失能头H_s。

　　式中:λ_m为摩擦损失系数;l为中间流线上工作轮叶片的长度;R_y为叶片流道的水力半径;w为液流在工作轮中的相对速度:ξ为冲击损失系数;Δv为冲击损失速度。

　　λ_m的影响因素很多,很难精确计算,常用经验取值。对向心涡轮变矩器,当雷诺数Re≥(0.8~5)X10⁵时,λ_m的取值约比管道中摩擦损失系数大3.1~3.7倍。

　　ξ值是最难准确确定的,它取决于叶片水力试验。对涡轮与泵轮在循环圆内对称布置的三元件变矩器,ξ在0.2~0.88之间。因此在变矩器理论计算中出现误差是不可避免的。为了进一步解决这一问题,在研究中发现,只有结合变矩器的典型工况来分析计算,才能使问题得以解决。