可调式液力变矩器泵涡间隙对性能的影响研究

摘要

导叶可调式液力变矩器是大功率液力机械调速系统的关键部件，目前主要应用相似设计方法进行设计，即在基型变矩器的基础上进行相似放大或缩小。由于其应用领域较窄，有关其设计理论和方法研究很少，在设计新型变矩器时缺乏相应的设计理论和准则。如泵轮和涡轮之间的间隙大小对变矩器的性能和压力脉动等有影响，在现有的几种变矩器产品中，泵涡相对间隙（间隙与循环圆直径之比）的范围在0.2%~1.6%之间。
　　本文使用BladeGen对Y615型双涡轮可调式液力变矩器进行建模，使用TurboGrid对各叶轮流道进行网格划分，使用CFX计算流体力学软件进行数值计算与结果后处理。并通过设置压力监测点的方法，研究了泵轮叶片及离心涡轮叶片前后边的压力脉动情况。然后通过改变离心涡轮进口边半径，改变泵涡间隙，分析改变泵涡间隙对液力变矩器性能及压力脉动的影响。
　　在所有相邻叶轮对之间，泵轮和离心涡轮互相之间的干涉效应最显著。其他叶轮对之间的干涉效应基本可以忽略。泵轮叶片数较少（15片），而且叶片正面出流压力高，背面出流压力低，泵轮的出流压力在周向上成高低交错分布，对其下游的涡轮造成周期性冲击。
　　液流进入涡轮流道时，会与涡轮叶片进口边发生冲击，出现高压区。当涡轮叶片与泵轮叶片接近时，两叶片之间间隙极小，形成阻塞效应。另外泵轮背面存在低速低压的湍流区。此湍流区会产生不规则流场，并且吸收外部传来的压力脉动。其内部也会产生与外部不同频率的压力脉动。
　　设定泵涡间隙时，需要考虑最重要的因素就是涡轮前端高压区的尺寸。泵涡间隙会影响液力变矩器的性能参数，如效率曲线、泵轮力矩系数，也决定了压力脉动的大小。泵涡间隙越小，泵轮涡轮间的动静干涉效应就越强，压力脉动越大。而泵涡间隙较大，则能够使泵轮的出流在无叶片流道进行较充分的压力扩散，使离心涡轮的入流在周向上压力比较均匀，降低压力脉动效应，提高效率。但是较大的泵涡间隙会降低泵轮力矩系数。而且实际中无叶片流道过长也会产生回流等现象。因此泵涡间隙的选取需要综合考虑各方面因素。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 液力变矩器的模型建立及数值计算方法

2.1 概述

2.2 假设与简化

2.3 模型建立

2.4 网格划分

2.5 计算流体力学概述

2.6 多流域耦合方法

2.7 流场设定及边界条件设定

2.8 数值计算设置

2.9 监测点设置

2.10 压力脉动研究方法

2.11 本章小结

第3章 液力变矩器流场分析

3.1 引言

3.2 最优工况分析

3.3 高转速比工况分析

3.4 低转速比工况分析

第4章 液力变矩器压力脉动分析

4.1 引言

4.2 泵轮出口边压力脉动分析

4.3 离心涡轮进口边压力脉动分析

4.4 离心涡轮出口边压力脉动分析

4.5 其他转速比下的压力脉动

4.6 本章小结

第5章 泵涡间隙对液力变矩器的影响

5.1 引言

5.2 性能参数

5.3 压力脉动分析

5.4 综合对比分析

5.5 泵涡间隙的设定原则

5.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢