基于一维束流理论的液力减速器部分充液特性预测

　　目前,液力减速器的设计方法分为传统设计方法和现代设计方法。现代设计方法主要是指三维流场数值模拟方法,也称CFD数值模拟方法。工程实际中主要应用理论设计方法中的一维束流理论对液力减速器进行初步设计,相对来讲这种方法计算量小、设计周期短,具有比较强的工程实用性,但建立在一定假设的基础上,需要有大量的实验数据作参考。CFD数值模拟法能够确切反映液力减速器具体的结构参数与制动性能的关系,计算结果准确,但是计算周期较长。通常将液力计算与CFD数值模拟相结合,在液力计算的基础上,再采用CFD数值模拟方法进行较为精确的制动性能的评价和结构优化[1-4]。

　　从目前查阅的文献来看,主要用以束流理论为基础的液力计算法来计算液力减速器在全充液稳态工况下的制动性能[5-8]。而液力减速器始终工作在部分充液的工况下,本文基于一维束流理论提出了一种在部分充液稳态工况下计算液力减速器制动性能的方法,本文的工作扩展了束流理论的适用范围,对全面评估液力减速器产品的性能具有一定意义。

　　1 全充液时的液力减速器制动性能计算

　　(1)确定中间流线

　　液力减速器的进、出口定义为中间流线与液力减速器叶片在进、出口边的交点,如图1中cd线所示。

　　对于有内环的液力减速器,可以做一系列相切于内环和外环的圆,连接这些圆心得到的曲线就是它的中间流线,如图1(a)所示。对于无内环的液力减速器,由于做相切圆时误差较大,故中间流线不易精确确定,但其进、出口半径可根据如图1(b)所示的流道的几何约束条件和过流断面流量相等的原则按方程组(1)确定。

式中:RR1为转子进口半径;RR2为转子出口半径;b1为转子进口处过流断面的宽度;b2为转子出口处过流断面的宽度;R为循环圆外圆半径;r为循环圆内圆半径。

　　液力减速器定子的进口半径等于转子的出口半径,定子的出口半径等于转子的进口半径。

　　(2)确定过流断面面积

　　过流断面面积可按式(2)确定。

　　式中:F为过流断面面积;Ri为转子(或定子)中间流线上任一点距旋转轴线的距离;bi为转子(或定子)上与Ri相对应的过流断面宽度。

　　(3)确定进、出口叶片角

　　液力减速器是液力耦合器的一种特殊型式,与耦合器采用的径向直叶片不同,液力减速器通常采用倾斜叶片,叶片倾斜方向与叶轮旋转方向一致时称为前倾,反之为后倾。由于前倾叶片的液力减速器具有更大的制动力矩,因此液力减速器常采用前倾叶片[9]。图2所示为液力减速器叶轮示意图,前倾角为A的液力减速器中,转子叶片的进口角β_R1=90+α,出口角β_R2=90-A;定子叶片的进口角β_S1=90-α,出口角β_S2=90+α。