可调式液力变矩器间隙密封对性能的影响研究

发布时间：2020-09-18 07:18

　　 泵和风机这类通用流体机械耗电量约占全国总耗电量的三成以上,而这些设备的实际运行工况点经常偏离设计工况点,工作效率较低,具有巨大的节能空间。变转速调节是节能的有效调节方式。液力机械调速系统由于具有无级调速、传递功率大、寿命长等优点,是泵和风机等大功率机械的理想调速装置。导叶可调式液力变矩器作为液力机械调速系统的关键部件,其系统结构复杂而难以拆卸,采用接触式密封不便于维修,因此选择寿命较长的间隙密封。变矩器设计计算通常采用相似设计方法,不考虑间隙密封的影响,而当泄漏量较大时,研究间隙密封对变矩器流场和性能的影响显得尤为重要。分析了间隙泄漏量随转速比的变化关系。以YDB880可调式液力变矩器为参考机型,在考虑进出油口及四处间隙的情况下建立CFD计算模型。通过数值计算,首先对各叶轮及间隙内流场进行分析,发现随着转速比减小变矩器总泄漏量增大。为液力变矩器的供油系统设计提供了理论参考。研究了迷宫密封结构对变矩器性能的影响。根据参数建立五套迷宫密封计算模型。通过对迷宫密封内流场的分析,验证了其密封机理。继而研究密封沟槽结构对密封性能的影响,通过对比前后压差,确认了在一定范围内密封槽宽度越大密封效果越好,而密封槽深度对密封性能影响较小。在此基础之上,通过对迷宫密封结构的改良,分析了迷宫密封结构对变矩器性能的影响。在低转速比时泄漏量有所减小,但整体效率无明显提升。研究了泵轮涡轮盘间隙对变矩器性能的影响。通过计算得知,泵轮轴向力随转速比增大逐渐减小至0.6转速比处向反方向增大。而涡轮轴向力随着转速比的提升而减小,方向始终为负向。通过改变泵轮涡轮盘间隙结构,分析了该间隙密封对变矩器性能的影响。0.9转速比下泵轮涡轮盘间隙宽度为7mm时泵轮轴向力最小,宽度为14mm时涡轮轴向力最小。间隙宽度越大,变矩器泄漏量越大,而由于圆盘摩擦损失较小,其效率有小幅提升。验证了不同导叶开度对变矩器性能的影响。发现导叶开度越小,变矩器的泄漏量越大。通过CFX动网格技术,分析了导叶调节过程中变矩器的动态特性。阐明了随导叶开度减小导轮调节力矩增大等现象原因。同时研究了导叶开度减小过程中对轴向力的动态影响,泵轮轴向力增大而涡轮轴向力减小。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH137.332
【部分图文】：

背景及研究意义风机这类通用流体机械在工业生产中具有广泛的应用，其耗在生产应用时，该类机械的实际运行工况点经常不处于最佳使其运行效率不高[2]。为提高非设计工况点的效率，特别是情况下，在泵和风机这类通用流体机械上采用变速调节方式能效果。应用广泛并且研发较为完善的大功率变速调节方式主要有变速。两者具有很多相似的优点，如效率高、调速范围大和高调速能够适应较恶劣的工作环境，并且使用寿命长，经济投具有更加明显的优势，因此目前在大功率、高转速的通用流用液力调速[3-4]。液力调速行星齿轮是在各个工程领域应用广动多种负载的调速传动装置，其结构如图 1-1 所示[5]。由图装置前部分为液力传动，后部分为齿轮传动，结合了两种传改善了液力传动元件在非设计工况点传动效率低的问题。目石化等产业中液力调速行星齿轮装置应用广泛[6]。

一定的速度和压力，泵轮的半径和转速决定了液流速度的，能量由泵轮转移到了工作油。继而动能转化为机械能，道内高速流动时会冲击涡轮叶片，推动涡轮转动，由此涡由工作油传递至涡轮。最终涡轮带动输出轴转动，将能量完成整个变矩器内部的能量传递。实际工况下，由于工作道壁面摩擦，这其中会有少部分能量会以热能的形式被耗离心涡轮变矩器，有两级导轮，其中第一级导轮为固定导流体流经时无机械能的转换，仅改变液流速度和方向以及动为向心可调角度导轮，由液压伺服油缸中的先导阀移动来动活塞移动，从而使导轮绕一固定轴转动，改变导轮相对不同的输出特性，达到无级变速的目的[7]。当可调导轮叶，由于全部导轮叶片首尾互相搭接，使循环圆流道封闭，于零，涡轮轴上有极小的剩余力矩。伴随着导叶开度增大增加，泵轮的转矩和涡轮的转矩也会同时增大。负载的不的变化，从而改变液流冲击涡轮叶片的方向与速度。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3补偿冷却系统油路简图如图 1-3 所示。由图可知供油补充了泵轮入口的供油压力，保证了液力变矩器的充液率。高温油返回到油箱冷却，改善了机体的工作环境。图 1-3 变矩器的补偿冷却油路图1-油箱;2-滤油器;3-油泵;4-溢流阀;5-压力表;6-温度计;7-背压阀;8-冷却器液力机械调速系统结构复杂，通过图 1-1 可知液力变矩器与传动系统由同一根主轴连接，变矩器如采用接触式密封损坏后拆卸困难、不易更换，因此应用间隙密封。间隙密封作为一种非接触性密封由周向缝隙密封和轴向端面密封结合组成[8]。正是由于间隙密封的结构与转动壁面不相互接触，从而消除了两个旋转件的摩擦阻力，在旋转轴转速较高的情况下应用广泛，适用于要求苛刻的工况[9-10]。导叶可调式液力变矩器存在四处间隙密封，泄漏面积相对较大，因此泄漏量较大。一般液力变矩器内循环流量很大，供油冷却循环及泄漏的流量较小

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本文编号：2821367