泵和風(fēng)機(jī)這類(lèi)通用流體機(jī)械耗電量約占全國(guó)總耗電量的三成以上,而這些設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)經(jīng)常偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn),工作效率較低,具有巨大的節(jié)能空間。變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是節(jié)能的有效調(diào)節(jié)方式。液力機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)由于具有無(wú)級(jí)調(diào)速、傳遞功率大、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),是泵和風(fēng)機(jī)等大功率機(jī)械的理想調(diào)速裝置。導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器作為液力機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而難以拆卸,采用接觸式密封不便于維修,因此選擇壽命較長(zhǎng)的間隙密封。變矩器設(shè)計(jì)計(jì)算通常采用相似設(shè)計(jì)方法,不考慮間隙密封的影響,而當(dāng)泄漏量較大時(shí),研究間隙密封對(duì)變矩器流場(chǎng)和性能的影響顯得尤為重要。分析了間隙泄漏量隨轉(zhuǎn)速比的變化關(guān)系。以YDB880可調(diào)式液力變矩器為參考機(jī)型,在考慮進(jìn)出油口及四處間隙的情況下建立CFD計(jì)算模型。通過(guò)數(shù)值計(jì)算,首先對(duì)各葉輪及間隙內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)隨著轉(zhuǎn)速比減小變矩器總泄漏量增大。為液力變矩器的供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了理論參考。研究了迷宮密封結(jié)構(gòu)對(duì)變矩器性能的影響。根據(jù)參數(shù)建立五套迷宮密封計(jì)算模型。通過(guò)對(duì)迷宮密封內(nèi)流場(chǎng)的分析,驗(yàn)證了其密封機(jī)理。繼而研究密封溝槽結(jié)構(gòu)對(duì)密封性能的影響,通過(guò)對(duì)比前后壓差,確認(rèn)了在一定范圍內(nèi)密封槽寬度越大密封效果越好,而密封槽深度對(duì)密封性能影響較小。在此基礎(chǔ)之上,通過(guò)對(duì)迷宮密封結(jié)構(gòu)的改良,分析了迷宮密封結(jié)構(gòu)對(duì)變矩器性能的影響。在低轉(zhuǎn)速比時(shí)泄漏量有所減小,但整體效率無(wú)明顯提升。研究了泵輪渦輪盤(pán)間隙對(duì)變矩器性能的影響。通過(guò)計(jì)算得知,泵輪軸向力隨轉(zhuǎn)速比增大逐漸減小至0.6轉(zhuǎn)速比處向反方向增大。而渦輪軸向力隨著轉(zhuǎn)速比的提升而減小,方向始終為負(fù)向。通過(guò)改變泵輪渦輪盤(pán)間隙結(jié)構(gòu),分析了該間隙密封對(duì)變矩器性能的影響。0.9轉(zhuǎn)速比下泵輪渦輪盤(pán)間隙寬度為7mm時(shí)泵輪軸向力最小,寬度為14mm時(shí)渦輪軸向力最小。間隙寬度越大,變矩器泄漏量越大,而由于圓盤(pán)摩擦損失較小,其效率有小幅提升。驗(yàn)證了不同導(dǎo)葉開(kāi)度對(duì)變矩器性能的影響。發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉開(kāi)度越小,變矩器的泄漏量越大。通過(guò)CFX動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),分析了導(dǎo)葉調(diào)節(jié)過(guò)程中變矩器的動(dòng)態(tài)特性。闡明了隨導(dǎo)葉開(kāi)度減小導(dǎo)輪調(diào)節(jié)力矩增大等現(xiàn)象原因。同時(shí)研究了導(dǎo)葉開(kāi)度減小過(guò)程中對(duì)軸向力的動(dòng)態(tài)影響,泵輪軸向力增大而渦輪軸向力減小。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TH137.332
【部分圖文】：

背景及研究意義風(fēng)機(jī)這類(lèi)通用流體機(jī)械在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，其耗在生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)，該類(lèi)機(jī)械的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)經(jīng)常不處于最佳使其運(yùn)行效率不高[2]。為提高非設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的效率，特別是情況下，在泵和風(fēng)機(jī)這類(lèi)通用流體機(jī)械上采用變速調(diào)節(jié)方式能效果。應(yīng)用廣泛并且研發(fā)較為完善的大功率變速調(diào)節(jié)方式主要有變速。兩者具有很多相似的優(yōu)點(diǎn)，如效率高、調(diào)速范圍大和高調(diào)速能夠適應(yīng)較惡劣的工作環(huán)境，并且使用壽命長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)投具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)，因此目前在大功率、高轉(zhuǎn)速的通用流用液力調(diào)速[3-4]。液力調(diào)速行星齒輪是在各個(gè)工程領(lǐng)域應(yīng)用廣動(dòng)多種負(fù)載的調(diào)速傳動(dòng)裝置，其結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示[5]。由圖裝置前部分為液力傳動(dòng)，后部分為齒輪傳動(dòng)，結(jié)合了兩種傳改善了液力傳動(dòng)元件在非設(shè)計(jì)工況點(diǎn)傳動(dòng)效率低的問(wèn)題。目石化等產(chǎn)業(yè)中液力調(diào)速行星齒輪裝置應(yīng)用廣泛[6]。

一定的速度和壓力，泵輪的半徑和轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了液流速度的，能量由泵輪轉(zhuǎn)移到了工作油。繼而動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，道內(nèi)高速流動(dòng)時(shí)會(huì)沖擊渦輪葉片，推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由此渦由工作油傳遞至渦輪。最終渦輪帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將能量完成整個(gè)變矩器內(nèi)部的能量傳遞。實(shí)際工況下，由于工作道壁面摩擦，這其中會(huì)有少部分能量會(huì)以熱能的形式被耗離心渦輪變矩器，有兩級(jí)導(dǎo)輪，其中第一級(jí)導(dǎo)輪為固定導(dǎo)流體流經(jīng)時(shí)無(wú)機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，僅改變液流速度和方向以及動(dòng)為向心可調(diào)角度導(dǎo)輪，由液壓伺服油缸中的先導(dǎo)閥移動(dòng)來(lái)動(dòng)活塞移動(dòng)，從而使導(dǎo)輪繞一固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，改變導(dǎo)輪相對(duì)不同的輸出特性，達(dá)到無(wú)級(jí)變速的目的[7]。當(dāng)可調(diào)導(dǎo)輪葉，由于全部導(dǎo)輪葉片首尾互相搭接，使循環(huán)圓流道封閉，于零，渦輪軸上有極小的剩余力矩。伴隨著導(dǎo)葉開(kāi)度增大增加，泵輪的轉(zhuǎn)矩和渦輪的轉(zhuǎn)矩也會(huì)同時(shí)增大。負(fù)載的不的變化，從而改變液流沖擊渦輪葉片的方向與速度。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3補(bǔ)償冷卻系統(tǒng)油路簡(jiǎn)圖如圖 1-3 所示。由圖可知供油補(bǔ)充了泵輪入口的供油壓力，保證了液力變矩器的充液率。高溫油返回到油箱冷卻，改善了機(jī)體的工作環(huán)境。圖 1-3 變矩器的補(bǔ)償冷卻油路圖1-油箱;2-濾油器;3-油泵;4-溢流閥;5-壓力表;6-溫度計(jì);7-背壓閥;8-冷卻器液力機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過(guò)圖 1-1 可知液力變矩器與傳動(dòng)系統(tǒng)由同一根主軸連接，變矩器如采用接觸式密封損壞后拆卸困難、不易更換，因此應(yīng)用間隙密封。間隙密封作為一種非接觸性密封由周向縫隙密封和軸向端面密封結(jié)合組成[8]。正是由于間隙密封的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)動(dòng)壁面不相互接觸，從而消除了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)件的摩擦阻力，在旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速較高的情況下應(yīng)用廣泛，適用于要求苛刻的工況[9-10]。導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器存在四處間隙密封，泄漏面積相對(duì)較大，因此泄漏量較大。一般液力變矩器內(nèi)循環(huán)流量很大，供油冷卻循環(huán)及泄漏的流量較小

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本文編號(hào)：2821367