"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
TRUYệN ĩNG THUY ĩNG1. Khái niệm và phân loại :Muốn truyền cơ năng từ bộ phận ( làm việc ) dẫn động đến bộ phận làm việc của các máy , ngoài các loại truyền động cơ khí , điện , khí nén , trong vài chục năm gần đây xuất hiện loại truyền động mới là truyền động thuỷ lực , loại này đáp ứng đợc yêu cầu là êm , ổn định , dễ tự động hoá . Tuỳ vào loại máy thuỷ lực sử dụng trong truyền động mà phân loại thành truyền động thủy động và truyền động thủy tĩnh (thể tích) . Có đặc điểm sử dụng và phạm vi làm việc khác nhau.Ưu điểm : - Dễ thực hiện việc điều chỉnh vô cấp và tự động điều chỉnh vận tốc chuyển động của bộ phận làm việc . - Dễ dàng đảo chiều bộ phận làm việc . - Đảm bảo cho máy làm việc ổn định , không phụ thuộc vào sự thay đổi tải trọng ngoài . - Truyền đợc công suất làm việc lớn . - Kết cấu gọn nhẹ , có quán tính nhỏ do trọng lợng trên một đơn vị truyền động nhỏ , điều này có ý nghĩa lớn trong các hệ thống tự động . - Chất lỏng làm việc chủ yếu là dầu khoáng nên dễ có điều kiện bôi trơn tốt các chi tiết , do đó truyền chuyển động êm , không ồn .- Có thể đề phòng sự cố khi quá tải .Nh ợc điểm : - Vận tốc truyền động hạn chế do điều kiện chống xâm thực , đề phòng va đập thủy lực ; do tổn thất cột áp . - Làm việc với chất lỏng do đó phải bảo đảm điều kiện làm kín , chất lỏng dễ bị rò rỉ , không khí lọt vào truyền động . Vì vậy mà phải khắc phục ,do đó kết cấu phức tạp , khó chế tạo . - Yêu cầu về chất lỏng làm việc khá phức tạp + Độ nhớt ( tránh rò rỉ , tránh tổn thất năng lợng lớn ) .1 + Tính chất dầu ít thay đổi theo nhiệt độ và áp suất . + Tính chất hoá học bền vững . + Khó cháy, ít hoà tan với các chất khác, không ăn mòn kim loại.+ Thờng làm việc với dầu khoáng là chất lỏng dễ cháy nên phải chú ý làm nguội máy .Truyền động thuỷ lực do có những u điểm kể trên nên đợc sử dụng ngày càng nhiều trong công nghiệp . Để khắc phục những nhợc điểm của truyền động thủy lực , hiện nay ngời ta dùng các loại truyền động liên hợp nh truyền động thủy - cơ , điện thuỷ - cơ , thủy khí - cơ .Trong chơng này trình bày loại truyền động thủy động .I. Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của truyền động thuỷ động.Truyền động thuỷ động là một thiết bị tổ hợp, chủ yếu gồm hai máy thuỷ lực cánh dẫn là bơm ly tâm và turbine thuỷ lực, đợc sử dụng rộng rãi trong việc truyền công suất lớn với vận tốc cao trong các ngành chế tạo máy vận chuyển (ô tô, máy kéo, xe tăng , tàu thuỷ , tàu hoả). Ví dụ: trong tàu thuỷ là truyền công suất lớn từ động cơ đến chân vịt tàu thuỷ. Hinh 7.1Phân loại :1. Khớp nối thuỷ lực: là kết cấu đơn giản nhất của truyền động thuỷ động, truyền momen quay từ trục dẫn đến trục bị dẫn mà không thay đổi momen đó. Vì dùng môi trờng chất lỏng là khâu trung gian nên coi đây là nối mềm các trục .2 Hình 7.2Sơ đồ bao gồm: - Bánh bơm (1) lắp cố định trên trục dẫn (5) nối với động cơ.- Bánh turbine (2) lắp cố định trên trục bị dẫn (4)- Vỏ (3) của khớp nối lắp với bánh bơm và lắp lòng không trên trục bị dẫn tạo thành buồng làm việc chứa chất lỏng .Hai trục dẫn và bị dẫn tách rời nhau, vỏ (3) có thể quay lòng không trên trục (4).Khi trục dẫn (5) quay kéo bánh bơm (1) quay theo , chất lỏng chuyển động theo hớng ly tâm ra ngoài và đợc cung cấp năng lợng. Sau đó chất lỏng đi vào bánh turbine (2), qua các máng dẫn và truyền năng lợng cho bánh turbine làm cho nó quay cùng chiều với bánh bơm .Nh vậy momen quay đã truyền từ trục dẫn (5) đến trục dẫn (4), chất lỏng sau khi ra khỏi bánh turbine lại đi vào bánh bơm thực hiện quá trình tiếp theo.Mỗi phân tử chất lỏng thực hiện đồng thời 2 chuyển động : - Quay vòng tuần hoàn theo phơng từ bánh bơm (1) đến turbine (2) .- Quay vòng quanh trục của khớp nối .Chuyển động tổng hợp là chuyển động xoắn ốc .2. Biến tốc thuỷ lực :Sử dụng khi cần biến đổi momen quay giữa trục dẫn và trục bị dẫn, thờng đợc dùng để tăng momen quay của trục bị dẫn vì số vòng quay của trục bị dẫn thờng 3 nhỏ hơn số vòng quay của trục dẫn. Nh vậy, khi đó biến tốc thuỷ lực đóng vai trò một hộp giảm tốc.Kết cấu bao gồm:- Bánh bơm (2) lắp cố định trên trục dẫn (1) .- Bánh turbine (4) lắp cố định trên trục bị dẫn (5) .- Bộ phận dẫn hớng hay bánh cảm ứng lắp cố định trên vỏ (6) của biến tốc thuỷ lực.Trong kết cấu này vỏ (6) đứng yên , vỏ chứa chất lỏng tạo thành buồng làm việc của biến tốc thuỷ lực .Nguyên lý làm việc : Bánh phản ứng (bộ phận dẫn hớng ) có tác dụng :- Thay đổi hớng dòng chảy cho phù hợp với lối vào của máng dẫn bánh công tác tiếp theo (tránh va đập ) nhờ góc độ cánh dẫn hợp lý .- Thay đổi trị số vận tốc của dòng chảy cho phù hợp với yêu cầu ở lối vào bánh công tác đặt tiếp sau nó .Chất lỏng từ bánh bơm đi vào bánh phản ứng truyền cho nó một momen quay, nhng do bánh đó cố định với vỏ (không quay) nên nó truyền lại cho chất lỏng một momen động lợng (moment phản ứng) và chất lỏng tiếp tục đi vào bánh turbine .Nếu bánh phản ứng không gắn với vỏ cố định nghĩa là có thể quay tự do thì momen quay sẽ không đổi khi truyền từ trục dẫn đến trục bị dẫn . Khi đó biến tốc thuỷ lực làm việc nh một khớp nối thuỷ lực .Nh vậy dòng chất lỏng do bơm tạo nên lần lợt đi qua các máng dẫn của bơm phản ứng và bánh turbine, kéo tuabin quay với vận tốc góc và moment thay đổi tuỳ theo trị số momen cản tác dụng lên bánh turbine: tính chất tự động thay đổi vô cấp vận tốc quay của trục bị dẫn tuỳ theo phụ tải tác dụng lên trục.II . Các thông số c ơ bản của truyền động thuỷ động: 1. Các thông số cơ bản:- Công suất làm việc trên trục dẫn (trục máy bơm ): PBBtrBQHN= Q : lu lợng chất lỏng chảy từ máy bơm đến máy turbine 4 HB: cột áp do bánh bơm tạo raB: hiệu suất của bánh bơmP: hiệu suất của bánh phản ứng ( nếu có ) : trọng lợng riêng của chất lỏng làm việc- Công suất làm việc trên trục bị dẫn :TBtrTQHN =T: hiệu suất của turbineVậy ===trBTPBtrBTBTNNQHN : hiệu suất toàn phần của truyền động thuỷ động .CKHQTPBtrBtrTNN===- Tỉ số truyền i của truyền động thuỷ động: là tỉ số giữa số vòng quay trục bị dẫn với số vòng quay của trục dẫn.BTnni =- Hệ số biến tốc K ( hệ số biến đổi momen ) :BTMMK =Mà :==NMMNinnNNKTBtrBtrT==Ki=2. Các ph ơng trình cơ bản của truyền động thuỷ động : - Phơng trình moment :Hình 7.55 + Đối với bánh bơm : )DCDC(Q21M1u12u2B=+ Đối với bánh turbine :)DCDC(Q21M3u34u4T=+ Đối với bánh phản ứng :)DCDC(Q21M5u56u6P=Đối với bánh bơm : MB > 0Đối với bánh turbine : MT < 0Đối với bánh phản ứng : MP có thể dơng hay âm tuỳ theo hớng tác dụng của nó trùng với hớng tác dụng của M bánh bơm BM hoặc ngợc lại .Cộng đại số :DCDCDC(Q21MMMu41u12u2PTB+=++ C4)DCDCD5u56u63u3+Muốn có hiệu suất cao thì các bánh bố trí rất sát nhau nên không có sự thay đổi momen động lợng trong khe hở giữa các bánh momen động lợng = const khi qua khe hở.Kết luận : MB + MT + MP =0: Tổng đại số các momen quay trong truyền động thuỷ động bằng 0.- Phơng trình công suất và cột áp:Tại chế độ ổn định công suất của bánh bơm NB truyền phần lớn cho trục bị dẫn NT. Phần công suất còn lại dùng để khắc phục sức cản do chuyển động của chất lỏng trong buồng làm việc của truyền động thuỷ động .NB = NT + Nw( khi bánh phản ứng cố định )NB = QHB: công suất thuỷ lực do máy bơm cung cấp cho dòng chất lỏng .NT = QHT: công suất thuỷ lực do bánh turbine nhận đợc của dòng chất lỏng.Nw = Qhw: công suất tổn thất.6 Vậy HB = HT + Hw : Hiệu số cột áp của bánh bơm và bánh turbine hoàn toàn dùng để khắc phục tổn thất thuỷ lực trong buồng làm việc của truyền động thuỷ động .Tổn thất này gồm : PUTBWhhhh ++=Những tổn thất này do :- Sự thay đổi đột ngột hớng chuyển động của dòng chảy nhất là ở lối vào các bánh ( tách dòng xoáy + va đập ) .- Ma sát ở bề mặt các máng dẫn.- Tổn thất do sự thay đổi vận tốc dòng chảy ( ở phần thu hẹp mặt cắt dòng chảy trong các máng dẫn ) .Các dạng năng lợng tổn thất này biến thành nhiệt năng làm nóng bộ truyền chất lỏng có thể bị phân huỷ và bốc cháy , do đó phải chú ý đến vấn đề làm mát.Hiện nay hiệu suất của KNTL có thể đạt đợc đến 98% và trong BTTL là 90%.Với liên hợp thuỷ cơ có thể đạt đợc đến 95% .ợ2 . Khớp nối thuỷ lực :I. Đặc điểm , tính chất và các thông số của khớp nối thuỷ lực :Đặc điểm: khớp nối thuỷ lực chỉ truyền momen quay của động cơ mà không thay đổi trị số momen.Vì không có bánh phản ứng nên từ phơng trình cân bằng momen ta có :0MMTB=+TBMM =Điều này phù hợp với nguyên lý tác dụng và phản tác dụng của Newton.Khi momen cản trên trục bị dẫn thay đổi thì số vòng quay của bánh turbine sẽ thay đổi theo, chuyển động của chất lỏng trong buồng làm việc sẽ thay đổi dẫn đến sự thay đổi của momen quay của turbine sao cho cân bằng với trị số momen cản của phụ tải moment bánh bơm cũng thay đổi . Vì vậy khớp nối thuỷ động là loại truyền động tự động .Ví dụ: Mcản tăng số vòng quay của tuabin giảm moment trên trục tuabin tăng lên phù hợp phụ tải. Sở dĩ Tn giảm MT tăng là do 2 nguyên nhân sau :7 - Lu lợng tuần hoàn qua bánh công tác tăng vì lực ly tâm của turbine giảm chất lỏng đi vào turbine nhiều hơn .- Sự thay đổi góc độ của dòng chảy ở lối vào và lối ra của turbine làm tăng áp lực của chất lỏng lên cánh .Do có tổn thất trong quá trình chuyển động của chất lỏng từ bánh bơm đến bánh turbine nên NT < NB, mà MT = MB nên nT luôn luôn nhỏ thua nB ta định nghĩa:- Tỉ số truyền : 1nniBT<=- Hệ số tr ợt của khớp nối thuỷ lực : là hiệu số giữa số vòng quay giữa bánh bơm và bánh turbine chia cho số vòng quay của bánh bơm .i1nnnSBTB==- Hiệu suất của khớp nối : innnnMMNNBTBTBTBT====(Vì 1MMBT=)Nhận xét : Khi hệ số trợt S = 0 tức là số vòng quay của bánh bơm và bánh turbine là nh nhau thì áp suất do lực ly tâm ở cửa ra của bánh bơm và cửa vào của bánh turbine là nh nhau nên chất lỏng sẽ không thể có chuyển động tơng đối từ bánh bơm đến bánh turbine đợc .Khi đó chất lỏng sẽ quay cùng với khớp nối nh một vật rắn. Lợng chất lỏng chuyển động trong khớp nối thuỷ lực bằng 0 và momen M = 0 .Vậy khớp nối thuỷ lực chỉ truyền đợc N và M khi BTnn < hay 0s .Tại chế độ làm việc bình thờng : s = ( 2 3 ) % )97,098,0(s1 ==Khi nT càng nhỏ hơn nB ( S càng lớn ) thì lu lợng qua khớp nối càng lớn , Qmax khi S = 100% tức là nT= 0 toàn bộ năng l ợng của chất lỏng trong bơm dùng để khắc phục tổn thất của dòng chảy tuần hoàn trong khớp nối thuỷ lực. Kóỳt luỏỷn vóử tờnh chỏỳt cuớa khồùp nọỳi thuyớ lổỷc :8 1, Trục dẫn và trục bị dẫn quay độc lập với nhau; nT có thể bằng 0; vaanj tốc quay lớn nhất cuả trục bị dẫn phải nhỏ thua vận tốc trục dẫn (2 ữ 3)%2, Khởi động và tăng tốc êm ( thông qua trung gian là chất lỏng ) .3, Các chi tiết làm việc chủ yếu ( bánh công tác ) ít bị mài mòn vì không trực tiếp tiếp xúc nhau .4, Hạn chế sự xoắn trục ( vì có thể tự động điều chỉnh MB phù hợp với Mc) .5, Truyền động không ồn .6, Có thể đạt cao ( 0,97 0,98 )7, Có thể sử dụng trong tự động hoá và điều khiển từ xa . Phaỷm vi sổớ duỷng :- Điều chỉnh số vòng quay trục bị dẫn khi số vòng quay trục dẫn không thay đổi .- Dùng cho các máy có momen khởi động lớn. (Có thể đến 30000KW)- Hợp công suất và đảo chiều các máy . Ví dụ :Hợp công suất hai động cơ cùng kéo một chân vịt tàu thuỷ và điều khiển tàu chạy lùi.II . Tính toán một số thông số của khớp nối thuỷ lực :1. Tính momen :Xuất phát từ luật tơng tự trong máy thuỷ lực cánh dẫn , ta tính đợc momen quay truyền bởi khớp nối thuỷ lực :2B5MTBnDMMTL==- D : Đờng kính lớn nhất của khớp nối thuỷ lực , cần chọn D thế nào để khi khớp nối thuỷ lực truyền momen quay M theo số vòng quay n tơng ứng với công suất cực đại của động cơ thì hệ số trợt s vào khoảng (2 3)%.-TLM: Hệ số momen thuỷ lực, phụ thuộc vào kích thớc tơng đối của khớp nối thuỷ lực và tỉ số truyền i.Công thức gần đúng để tính TLMlà :9 ( )232212212520225Mrr1rrs11Rr1308g1TL=Trong đó :- g : Gia tốc trọng trờng .- r0, r1, r2, R : Các bán kính của khớp nối (hình 7.6).-B2mrC=: Hệ số vận tốc (vận tốc hớng kính không thứ nguyên).- s : Hệ số trợt .2. Tính công suất của khớp nối thuỷ lực :Nmax=3B5NnDTL Vì 3B5MBBxmanD30MNTL== TLTLMN30=TLMvà TLNđợc xác định dựa vào kết quả thực nghiệm qua đồ thị =TLMf(i) hay f(s) .Từ các thông số trên , nếu cho trớc các thông sốNN, N , nN của khớp nối thuỷ lực nguyên hình và biết các thông số NM, M , nM, DM thì có thể tính đợc đ-ờng kính lớn nhất của khớp nối thuỷ lực nguyên hình DN. DN cũng đợc xác định theo công thức :513BNmaxnNDTL=3. Tính số cánh dẫn Z :a) Đối với bánh bơm :Xác định theo công thức thực nghiệm :10 [...]... Ô tô dùng khớp nối thuỷ lực để truyền động - Ô tô dừng : Động cơ làm việc, cắt ly hợp khớp nối ở chế độ không tải - Ô tô chuyển động với v max Khớp nối thuỷ lực ở chế độ tính toán max - Ô tô lên dốc : Làm việc giữa điểm 2 và 3 - Ô tô trợt trong bùn : Bánh không quay , động cơ làm việc với Moment cản cực đại, khớp nối làm việc ở chế độ hãm Nhận xét : - Khi nT tăng từ 0 đến nB thì M giảm công suất... ( M dao động đột ngột ) Giải thích : Khi chất lỏng không đầy nó có thể chuyển động trong buồng làm việc theo 2 trạng thái : - Chuyển động theo vòng khép kín nhỏ khi chất lỏng chảy vào bánh bơm với bán kính lớn - Chuyển động theo vòng khép kín lớn khi chất lỏng chảy vào bánh bơm với bán kính nhỏ nhất (hình 7.13) 15 Sự biến đổi trạng thái chuyển động từ vòng khép kín nhỏ sang vòng khép kín lớn diễn... loại theo kết cấu : - Khớp nối thuỷ lực có vành trong : có tác dụng làm cho dòng chảy hình thành trong buồng làm việc tốt hơn ( luôn luôn chuyển động ở trạng thái vòng khép kín lớn ) - Khớp nối thuỷ lực không có vành trong : chất lỏng làm việc tự nó chuyển động theo quĩ đạo tốt nhất , dòng chảy ít bị tổn thất năng lợng nhất - Khớp nối thuỷ lực chỉ có một bánh công tác có vành trong - Khớp nối thuỷ lực... chỗ bố trí , nó gồm hai khớp nối ghép song song Theo kết cấu bên trong cánh dẫn : - Kết cấu thuỷ lực cánh phẳng hớng kính - Kết cấu thuỷ lực cánh cong : kết cấu phức tạp hơn nhng truyền - ợc công suất lớn hơn so với loại cánh phẳng khi hai khớp nối cùng kích thớc và hiệu suất 2 Phân loại theo tính chất điều chỉnh : - Khớp nối thuỷ lực không điều chỉnh : vận tốc quay của trục dẫn n B = const, n T... sánh các khớp nối tơng tự có kết cấu , kích thớc , chất lỏng làm việc khác nhau 14 Đờng này xây dựng trên cơ sở kết quả thực nghiệm và dựa theo công thức tơng tự , với các đại lợng quy dẫn sau : - D=1m - nB =1 v - = 1N ph m3 M = M TL = M Khi đó ta có: Nh vậy , M là momen truyền bởi khớp nối thuỷ lực tơng tự với khớp nối nguyên hình , khớp nối thuỷ lực mô hình có các thông số đã nêu trên M = f (i)... giảm làm cho momen truyền không tăng đột ngột - Khớp nối thuỷ lực điều chỉnh đợc : n T không những phụ thuộc vào M T ( Mcản) mà còn phụ thuộc vào vị trí cơ cấu điều chỉnh Cơ cấu này dùng 16 để thay đổi lợng chất lỏng làm việc trong khớp nối , đợc điều chỉnh bằng tay hay tự động 3 Phân loại theo công suất truyền : - Loại nhỏ và trung bình 1000 kW - Loại lớn > 1000 kW ...11 Hình 7.7 - Đối với khớp nối thuỷ lực mà bánh công tác có vành trong : Z B = 1,39D 0,52 - Đối với khớp nối thuỷ lực mà bánh công tác không có vành trong : Z B = 8,65D 0, 279 D: Đờng kính lớn nhất tính bằng mm b) Đối với bánh turbine : Z T thờng lệch... tính qui dẫn sẽ khác nhau Khảo sát đờng đặc tính qui dẫn ứng với hai trờng hợp : chất lỏng chứa đầy hoặc không đầy buồng làm việc của khớp nối thuỷ lực - Chứa đầy : Khi thể tích chất lỏng chiếm khoảng 90% thể tích buồng làm việc (đã khảo sát) - Chứa không đầy: Khi thể tích chất lỏng nhỏ hơn 90% thể tích buồng làm việc Đờng đặc tính trong trờng hợp chứa không đầy sẽ cho thấy đờng M bị uốn gập cục... cản cực đại, khớp nối làm việc ở chế độ hãm Nhận xét : - Khi nT tăng từ 0 đến nB thì M giảm công suất trên trục chủ động NB giảm (vì NB = M.B; mà B=const) - Khi nT=0 và nT =nB thì NT= 0 ; trong khoảng giữa 2 trị số này N T có giá trị cực đại - Đờng là đờng thẳng vì : = i = nT nB Khi n T n B thì khi đó N T 0 , momen quay chỉ đủ thắng momen cản do ma sát và hiệu suất về giá trị 0 chứ không thể... sự tiện lợi trong quá trình sử dụng Trong truyền động thuỷ động , ngời ta gọi các thông số dùng trong tính toán thiết kế nh H, Q, nB là thông số trong ; còn các thông số để đặt hàng , chọn , sử dụng máy nh N , M , và n T là thông số ngoài 1 Đờng đặc tính ngoài : Đây là đờng biểu thị mối quan hệ giữa các thông số ngoài Nó biểu diễn mối quan hệ giữa momen quay M , công suất N B , N T , hiệu suất . bản :- Công suất làm việc trên trục dẫn (trục máy bơm ): PBBtrBQHN= Q : lu lợng chất lỏng chảy từ máy bơm đến máy turbine 4 HB: cột áp do bánh bơm. - Bánh bơm (1) lắp cố định trên trục dẫn (5) nối với động cơ .- Bánh turbine (2) lắp cố định trên trục bị dẫn (4 )- Vỏ (3) của khớp nối lắp với bánh bơm