"Bơm, quạt, máy nén" là một trong những môn học chuyên ngành quan trọng của sinh viên ngành "công nghệ nhiệt - điện lạnh".Cuốn sách này được biên soạn nhằm đáp ứng yêu cầu của sinh viên trường đạ
3. Biến tốc thuỷ lực : I . Phân loại biến tốc thuỷ lực và các thông số cơ bản :1 . Phân loại :a ) Phân loại theo thứ tự các bánh trong buồng làm việc :- B T P ( thuận )- B P P ( nghịch ): trục bị động và chủ động ngợc chiều quay .b ) Phân loại theo loại bánh turbine :- Ly tâm .- Hớng tâm . - Hớng trục . - Tâm trục .c ) Phân loại theo số cấp của bánh turbine :- 1 cấp .- 2 cấp : 1 bánh Bơm ; 1 bánh T ; 1 , 2 bánh P .- 3 cấp : 1 bánh Bơm ; 3 bánh T ; 2 , 3 bánh P .Không chế tạo số cấp lớn hơn vì kết cấu phức tạp mà chỉ tiêu kinh tế không tăng nhiều d ) Phân loại theo số buồng làm việc :Loại này dùng để đảo chiều hoặc thay đổi vận tốc trong bộ truyền bằng cách đổ đầy hoặc tháo chất lỏng ra lần lợt các buồng .e ) Phân loại theo tính chất làm việc của bánh phản ứng : - Bánh phản ứng cố định ở mọi chế độ .- Bánh phản ứng có thể quay (Biến tốc thuỷ lực hỗn hợp) có thể làm nhiệm vụ biến tốc hoặc khớp nối . Khi tỉ số truyền đạt đến tỉ số qui định giảm đến mức cho phép thì bánh phản ứng sẽ tự quay tự do trong dòng chất lỏng và biến tốc thuỷ lực khớp nối thuỷ lực .g ) Biến tốc thuỷ lực không đảo chiều và đảo chiều : ( trục bị dẫn )Dùng loại đảo chiều trong động cơ tàu thuỷ để tàu tiến hay lùi . Nhợc điểm cơ bản :Thay đổi momen quay ít ( 2 3 lần ) . Nếu tăng hơn thì giảm . Đối với máy vận chuyển thờng kết hợp loại thuỷ cơ ( có biến tốc cơ khí loại vi sai hành tinh ) .Thuỷ lực : êm , vô cấp .Cơ khí : bảo đảm tỉ số vận tốc tăng , chung cao .2 . Nguyên lý làm việc và các thông số cơ bản :Biến tốc thuỷ lực khác khớp nối vì có thêm bánh phản ứng. Khi động cơ quay thì bánh bơm quay theo, dòng chất lỏng qua bánh bơm sẽ đợc cung cấp năng lợng . Vì vậy khi ra khỏi bánh bơm, năng lợng của nó là lớn nhất . Khi chuyển qua TB dòng chất lỏng truyền năng lợng cho bánh công tác . Năng lợng dòng chảy biến thành cơ năng và do đó năng lợng dòng chảy giảm dần .Khi qua bánh phản ứng , chất lỏng chất lỏng và bánh công tác không có sự trao đổi năng lợng vì bánh phản ứng cố định ; nhng có sự thay đổi momen động lợng do vận tốc trớc và sau bánh phản ứng thay đổi . Sau đó chất lỏng lại đợc B cung cấp năng lợng và lặp lại chu 18 trình cũ. Vòng chất lỏng làm việc là tuần hoàn kín. Sơ đồ truyền momen đợc thể hiện trên hình vẽ .Nh vậy bánh phản ứng làm nhiệm vụ :- Dẫn dòng chất lỏng từ bơm đến TB để tránh tổn thất . - Tạo ra momen tác dụng lên dòng chảy .Momen trên bánh bơm là : ( sự thay đổi momen động lợng của của dòng chảy qua bơm ) .+QMB= (B1uB1B2uB2rCrC )Sự thay đổi momen động lợng của dòng chất lỏng trong bơm phản ứng sinh ra -Mptác dụng lên bánh công tác . Momen này ngợc chiều với Mp tác dụng lên chất lỏng. + MpQ= (p1up1p2up2rCrC )Do momen động lợng của dòng chất lỏng trong TB giảm , vì vậy tạo CLTMdo chất lỏng tác dụng lên bánh công tác : Momen này cũng ngợc chiều với +MTcủa bánh công tác tác dụng lên dòng chất lỏng :+T1uT1T2uT2TrCrC(QM = )Ta có :0MMMPBT=++ TPBMMM =+Vậy trong biến tốc có cả sự thay đổi về vận tốc lẫn momen trên trục bị động so với trục chủ động .BTM,M không thay đổi dấu , chỉ thay đổi về giá trị . Còn Mp thay đổi cả giá trị và dấu .Biến tốc thuỷ lực có những thông số cơ bản sau :- Tỉ số truyền :12nni =Trong đó n2 , n1 là số vòng quay của trục B và T .- Hệ số biến đổi momen : BT12MMMMK ==Công thức này không tính đến Mms ở ổ và ma sát đĩa .- Hiệu suất : KiNN12==3 . Cân bằng năng l ợng trong biến tốc thuỷ lực : Xét biến tốc B T P . 19 Kết luận : Cột áp lý thuyết của B dùng để tạo nên cột áp hữu ích ( hay lý thuyết ) của T và dùng để khắc phục sức cản trong các bánh công tác .II . Đặc tính của biến tốc thuỷ lực :1 . Đặc tính lý thuyết :Biểu diễn quan hệ giữa MB , MT với số vòng quay trên trục bị động n2 (hay tỉ số truyền i) khi Q và n1 không đổi . Với MB ta có :QMB= ( B1uB1B2uB2rCrC )Xét biến tốc B T P :20 Vìp2up2B1uB1rCrC =NênQMB= ( p2up2B2uB2rCrC )Có C= ctgCUmuNên ( )( )[ ]p2p2m2p2B2B2m2B2BrctgcurctgcuQMpB= Vì bánh phản ứng cố định nên up2 = 0 .Nếu lấy Cmmp2mB2CC ==Ta có [])rctgrctg(CrQMB2B2p2p2m2B2BB+=Thay CFQm= ta có :+=B2B2B2p2p2p22B2BBFrctgFrctgQrQMTrong phơng trình MBkhông chứa tỉ số truyền i , vì vậy :Kết luận : khi Q =const, =Bconst thì BM không phụ thuộc i . Vì vậy đờng BM là đờng song song với trục i , do đó điều kiện để BM không thay đổi là lu lợng dòng chảy trong biến tốc không đổi và =Bconst Với TM : biến đổi tơng tự để tìm TMTa có ( )( )T2uT2B2B2T2uT2T1uT1TrCrCQrCrCQM== )Thay C= ctgCUmuT2BT2TT2irru ==B2BB2ru = ( ) ( )[ ]T2T2m2T2B2B2m2B2TrctgcurctgcuQMTB=Vậy21]2T2BB2B2B2T2T2T22B2BTriFrctgFrctgQrQM += Nhận xét : MT tỉ lệ với lu lợng Qvà tỉ lệ bậc 1 với i .Nếu Q thay đổi thì quan hệ này rất phức tạp vì Q cũng phụ thuộc i .Nếu Q không thay đổi ( tức Q = const ) thì MT là đờng bậc 1 theo i . ờ MT lớn nhất ở tỉ số truyền i = 0 : ( điểm A ) Khi MT = 0 : tỉ số truyền ở chế độ không tải ikt , ikt đợc xác định bằng phơng trình sau :=kti2T2BB2B2B2T2T2T22B2BrFrctgFrctgQr+Nhận xét : i có thể lớn hoặc nhỏ hơn 1 , thông thờng , i nằm trong khoảng từ 0,6 đến 1,7 . Đờng hiệu suất :iMMMMNNBTBBTTBT===Thay giá trị MT , MB vào rồi biến đổi ta có :dci)bai(MQi2B+=+= )i(f= là đờng parabol .Hiệu suất lớn nhất khi i = i*. Khảo sát các điểm đặc trng :- Điểm 1 : chế độ không tải: MT = 0; NB0 ; ikt có thể >1 hoặc <1; 0=; N02= NB1N= biến thành nhiệt .- Điểm 2 : chế độ cân bằng momen ( chế độ khớp nối )Với MTBM= ( chế độ khớp nối )Mp= 0Mặt khác( )0rCrCrCrCQMT2uT2p2up2p1up1p2up2P=== Vậy : Điều kiện cân bằng của biến tốc là : p2up2T2uT2rCrC =22+=B2B2B2T2T2T22B2B0TFrctgFrctgQrQM Vì p2T2rrvec tơ tốc độ tuyệt đối tại điểm ra của T và bánh phản ứng luôn khác nhau . Ta khảo sát quanh điểm 2 : T Bên trái điểm 2 ta có M0p> BTMM > Càng gần điểm 2 Mp càng giảm , tại điểm 2 Mp= 0 và bên phải điểm 2 0Mp< ,BTMM <.Vậy tại điểm 2 , Mp đổi dấu. ( Mp : momen của chất lỏng tác dụng lên bánh phản ứng ) .Ngời ta lợi dụng sự đổi dấu của Mp ở chế độ này để tạo biến tốc hỗn hợp có hiệu suất ở vùng có tỉ số truyền i lớn cao hơn . Khi đạt đến giá trị )2(i tức là MTBM= , bánh phản ứng sẽ quay đợc và biến tốc làm việc nh 1 khớp nối .- Điểm 3: Chế độ quay đồng bộ :Với nTBn= i = 1 Điểm này có ở biến tốc có ikt > 1 .Khi nTBn= thì giữa B và T không chỉ có chuyển động tơng đối , vì vậy có thể nối cứng B và T bằng ly hợp ma sát để truyền công suất thẳng từ động cơ đến bộ phận công tác , giảm tổn thất trong biến tốc .Chế độ trên đợc gọi là chế độ truyền thẳng .- Điểm 4 : Tơng ứng với max , gọi là chế độ tính toán .- Điểm 5 : Chế độ dừng :Với MmaxTOM= ( cực đại ) i = 00=Trong chế độ này công suất biến thành nhiệt , ô tô máy kéo sử dụng biến tốc thuỷ lực khi khởi động thì dùng chế độ này .Trên đây là đặc tính lý thuyết ( tức Q không đổi hay Q = const ) , trên thực tế nhiều thông số có sự biến động nên chúng ta phải khảo sát đặc tính thực nghiệm của biến tốc .2 . Các đ ờng đặc tính thực nghiệm của biến tốc : Bao gồm :Đặc tính ngoài Đặc tính tổng hợp Đặc tính qui dẫn Đặc tính trên trục chủ động của biến tốc a ) Đặc tính ngoài :23 Biểu diễn quan hệ giữa M1 , M2 theo 2n( i ) khi n1= const ( tức n1không đổi ) .Nhận xét :MCtăng thì n2giảm , vì vậy M2tăng để cân bằng MC . DO đó biến tốc có thể tự động điều chỉnh M2 và n2để thích hợp với MCtạo thành hộp số vô cấp - đó là u điểm .Nhợc điểm: hiệu suất là đờng parabol. Do vậy ở vùng i thấp hay i cao thì đều thấp .b ) Đặc tính tổng hợp :Đặc tính ngoài xây dựng với n1= const (tức n1 không đổi). Vì thông thờng n1hay thay đổi nên phải xây dựng đặc tính tổng hợp biểu diễn quan hệ giữa M1 , M2 theo 2n ứng với các giá trị n1 khác nhau .c ) Đặc tính qui dẫn :Biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số biến đổi momen K , hệ số momen trên trục chủ động 1, hiệu suất với tỉ số truyền i. Đờng này cho phép đánh giá và so sánh các biến tốc khác nhau , đồng thời lựa chọn biến tốc cho động cơ .Đối với một biến tốc cho trớc , đờng qui dẫn của nó không thay đổi khi n1 , D thay đổi .Đờng 1có thể có các dạng khác nhau :- i tăng 1giảm- i tăng 1không thay đổi mấy- i tăng 1tăng hoặc 1tăng rồi lại giảm Kí hiệu m1max1= là hệ số ảnh hởng .Trong đómax1là hệ số momen lớn nhất ( thông thờng là hệ số momen ở chế độ i = 0 hoặc ở gần chế độ này ) .m1 là hệ số momen ở chế độ khớp nối 21MM = hay K = 1 .NếuN 4,1>: Biến tốc có hệ số ảnh h ởng thuận . Biến tốc này có M1 thay đổi khi tải trọng thay đổi , đợc gọi là biến tốc nhạy cảm .ợ 1 : Biến tốc không nhạy cảm . 1< : Biến tốc có hệ số ảnh h ởng nghịch . Trong ô tô máy kéo thờng chú ý các chế độ và các thông số sau :) Trong chế độ dừng :- Hệ số biến đổi momen K0 : hệ số này đánh giá khả năng biến đổi momen lớn nhất của biến tốc , thông thờng 0K nằm trong khoảng từ 2 đến 5 .- Hệ số momen 10.) Chế độ có =max :- Tỉ số truyền i* tơng xứng .- Hệ số biến đổi momen K* tơng xứng .24 ) Chế độ khớp nối :- K = 1.- Tỉ số truyền iM.Tuy nhiên , các chế độ trên vẫn cha đánh giá đợc hết tính chất biến đổi của khớp nối, vì vậy ngời ta còn dùng thêm hệ số Kp là hệ số biến đổi momen ứng với hiệu suất cho phép nhỏ nhất mà xe máy chấp nhận . Xe máy chỉ làm việc trong vùng từ p . Chế độ này có tỉ số truyền ip, thông thờng , ngời ta lấy p nằm trong khoảng từ 75 85 % . Để dễ hiểu thông số này thờng đợc cho bằng cách kí hiệu (trong K ) . Ví dụ : K80p tức là p= 80 % .) Hệ số ảnh hởng :Đánh giá khả năng thay đổi M1 khi tải trọng bên ngoài thay đổi .d ) Đ ờng đặc tính trên trục dẫn : Biến tốc thờng làm việc với động cơ . Để xây dựng đặc tính làm việc phối hợp giữa động cơ và biến tốc ta xây dựng đặc tính trên trục chủ động của biến tốc .Đờng đặc tính trên trục dẫn là đờng biểu diễn mối quan hệ giữa M1 và 1n khi tỉ số truyền i không đổi .Do2151111nDM =Nên một biến tốc nhất định sẽ có 1 , 1Dkhông đổi . Tơng ứng với 1 nào đó sẽ có 1M tỉ lệ với 21n . Nh vậy ta lập đặc tính quy dẫn trớc rồi xây dựng đờng đặc tính trên trục dẫn .Xét 2 trờng hợp :1,=1const2,1 thay đổi ( 1>) .3 . Đặc tính ngoài toàn phần của biến tốc thuỷ lực :Các đặc tính trên đều xây dựng ở chế độ làm việc bình thờng của biến tốc , ta gọi là chế độ kéo . Ngoài ra biến tốc có thể đợc làm việc với những chế độ khác nhau , vì vậy phải khảo sát đặc tính toàn phần .- Do tác dụng của canM trên trục T có khi bánh T quay ngợc chiều với bánh B ta gọi đó là chế độ quay ng ợc . Trong chế độ này cột áp T tác dụng ngợc trở lại cột áp bơm .Lu lợng dòng cơ bản :TBQQQ +=sẽ giảm dần vì QT ngợc chiều QB , Q = 0 tại một giá trị nào đó của canM , sau đó dòng chảy đổi dấu nhng MT và MB không đổi dấu , giá trị của MB không thay đổi nhiều . Khi Q = 0 , do ma sát nên MT và BM không giảm tới 0 .- Chế độ vợt : Tại chế độ này T quay cùng chiều với B nhng nhanh hơn . B đóng vai trò của T và T sẽ đóng vai trò của B . Năng lợng truyền từ trục bị động sang trục chủ động .Trong chế độ này 0MT< , BTHH > , 0Q , sau đó dòng chất lỏng đổi chiều chuyển động từ T sang B . TM đổi dấu còn BM giảm , sau đó đổi dấu và lại tăng .25 Các chế độ này thờng xuất hiện khi ô tô lên xuống dốc .26 . Hớng trục . - Tâm trục .c ) Phân loại theo số cấp của bánh turbine :- 1 cấp .- 2 cấp : 1 bánh Bơm ; 1 bánh T ; 1 , 2 bánh P .- 3 cấp : 1 bánh Bơm ; 3 bánh. việc :- B T P ( thuận )- B P P ( nghịch ): trục bị động và chủ động ngợc chiều quay .b ) Phân loại theo loại bánh turbine :- Ly tâm .- Hớng tâm . - Hớng