CN111828588A - 一种低速比液力变矩器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低速比液力变矩器，泵轮、一级涡轮、二级涡轮和导轮的流道首尾相衔接组成变矩器工作液体循环流动的工作腔，其所述一级涡轮叶片数为32‑40个，一级涡轮叶片进口安放角为64.5度，一级涡轮的出口安放角改为25.9度；所述二级涡轮进口安放角为136.4度，二级涡轮的叶片出口角为39度，该二级涡轮叶片进口内外环包角角度均为78度，该二级涡轮进口液流冲角为7.2度，该二级涡轮出口液流角为3.2度；所述导轮叶片数为24个，该导轮叶片进口外环包角角度为89.1度。本发明能够提升低转速比工况性能，同时并且能够使用金属片材通过冲压制造，从而可以大幅节省制造成本。

Description

一种低速比液力变矩器

技术领域

本发明涉及一种液力变矩器，尤其是一种一种低速比液力变矩器及导叶调节方法。

背景技术

目前，传动装置是风力发电装置的关键部件系统，是连接风力机和发电机的枢纽。为了使发电机输入转速保持恒定，并快速响应作用于风力机上的风速变化，则要求该传动装置具有自动调节转速的能力，并通过合适的传动设计，使发电机输入转速基本不变。

目前，国内外用于风力发电的调速装置有双馈发电机和直驱式永磁发电机组，双馈发电机系统根据风力机的转速变化与电网电压频率的要求，通过变流器给发电机转子送入相应转差频率的励磁电流，使定子绕组发出的电压频率与电网相同，这种方案是当前实现变速恒频的常用方案，在欧美等风电发达国家得到迅速发展，兆瓦级变速恒频风力发电机组已投入使用，但其总效率不高，平均无故障运行时间较短，成本较高，重量大，且频率不稳定；直驱式永磁发电机组用变频器将风力发电机发出的频率变化的交流电转换为与电网频率幅值和相位相同的电压后送入电网，这种方案结构简单，系统可靠性高，可解决频率不稳定性问题，但变频器本身质量较大，随着风力发电机组的大型化，变频器的质量，体积越来越大。

液力变矩器是液力传动系统重要的部件，装有液力变矩器的动力传动系统，既能吸收传统系的扭振，又可以确保系统平稳起步、变速变矩，以降低冲击，提高系统寿命。

在申请号为CN201010592122.6，专利名称为“一种液力变矩器”中公开了一种液力变矩器。

在申请号为CN201721025067.6，专利名称为“一种液力变矩器”中也公开一种液力变矩器。

除了上述公开的液力变矩器外，市场上常见的有YJSW315双涡轮液力变矩器。

其中双涡轮液力变矩器具有起动变矩比大、调节范围宽、高转速比工况高效区宽等优点，低转速比工况效率相对而言较差，但低转速比工况性能在大功率液力机械调速系统中又有着十分关键的地位，因此如何提高双涡轮液力变矩器低转速比工况性能，扩大低转速比高效工作区，降低油耗，提高系统效率是急需解决的一个问题。而液力变矩器对动力的传递是通过工作液流与叶片之间的相互作用实现的，叶片参数通过对工作液流的影响，再对变矩器性能产生影响，因此，对叶片参数进行优化，是提高变矩器性能的重要途径。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种低速比液力变矩器，能够提升低转速比工况性能，同时并且能够使用金属片材通过冲压制造，从而可以大幅节省制造成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低速比液力变矩器，包括泵轮、一级涡轮、二级涡轮和导轮，所述泵轮、一级涡轮、二级涡轮和导轮的流道首尾相衔接组成变矩器工作液体循环流动的工作腔，其特征在于：

所述泵轮、一级涡轮和二级涡轮均包括有多个叶片及中心环，所述每个叶片具有与一体形成的壳部分，所述壳部分沿圆周方向设置在叶片的仅一侧上；所述叶片的径向内端连接至所述中心环处，且相邻叶片的壳部分密封的接合在一起，构成泵轮、一级涡轮和二级涡轮的壳。

所述一级涡轮叶片数为32-40个，一级涡轮叶片进口安放角为64.5度，一级涡轮的出口安放角改为25.9度；

所述二级涡轮进口安放角为136.4度，二级涡轮的叶片出口角为39度，该二级涡轮叶片进口内外环包角角度均为78度，该二级涡轮进口液流冲角为7.2度，该二级涡轮出口液流角为3.2度；

所述导轮叶片数为24个，该导轮叶片进口外环包角角度为89.1度；

作为优选：还包括有芯部环，所述芯部环的横截面具有弓形轮廓，所述叶片在其与壳部分相对的轴向内边缘处具有形状与芯部环相匹配的弓形凹口。

作为优选：所述叶片在凹口处设置有突片，并且所述芯部环具有用于接收所述突片的狭槽。

作为优选：多个叶片沿圆周方向顺序地编号为奇数编号叶片和偶数编号叶片，并且所述奇数编号叶片与中心环一体地形成第一叶片组件。

作为优选：还包括内环，叶片的径向内端连接至该内环，所述偶数编号叶片与该内环一体地形成第二叶片组件。

作为优选：所述第一叶片组件通过冲压一体地制造

作为优选：所述叶片和其壳部分通过冲压一体地制造。

本发明的有益效果是：

将一级涡轮叶片进口角由62.2°变为64.5°，叶片出口角由24.3°变为25.9°时，液流进口端向着叶片头部移动，进口液流冲角变为最佳范围内的正冲角，液力变矩器整体效率提高最大，水力损失最小，获得了使液力变矩器性能效率更高、流态更好、水力损失降低更小的叶片模型，以此来扩大了低转速比工况的高效区。

同时将二级涡轮叶片进口安放角改为136.4°，出口角改为39°，叶片进口内外环包角角度均改为78°的方案，获得了使液力变矩器性能效率更高、流态更好、水力损失降低更小的叶片模型，以此来扩大了低转速比工况的高效区。

液力变矩器涡轮优化后的基础上，通过对导轮叶片数以及导轮进出口角度的研究，总结分析对导轮进行叶片数以及进口角度优化后，变矩器效率变化的规律，为以后导轮的优化提供优化思路。并综合优化方案的计算结果，采用导轮叶片优化为24叶片数，叶片进口外环包角角度改为89.1°，内环包角角度不变的模型为最终模型，作为前面所有工作的研究结果，以此来提高液力变矩器低转速比工况的性能。

同时并且能够使用金属片材通过冲压制造，从而可以大幅节省制造成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图中，涡轮组件1、单向离合器2、发动机曲轴3、导轮固定套管4、导轮组件5、泵轮组件6、壳体7、输出轴8、输入导座9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

如图1所示，本实施例包括1、一种低速比液力变矩器，包括涡轮组件1、泵轮组件6和导轮组件5，其中涡轮组件1包括一级涡轮、二级涡轮，泵轮组件6包括泵轮，导轮组件5包括导轮，其中泵轮、和导轮，所述泵轮、一级涡轮、二级涡轮和导轮的流道首尾相衔接组成变矩器工作液体循环流动的工作腔，其特征在于：所述泵轮、一级涡轮和二级涡轮均包括有多个叶片及中心环，所述每个叶片具有与一体形成的壳部分，所述壳部分沿圆周方向设置在叶片的仅一侧上；所述叶片的径向内端连接至所述中心环处，且相邻叶片的壳部分密封的接合在一起，构成泵轮、一级涡轮和二级涡轮的壳。所述一级涡轮叶片数为32-40个，一级涡轮叶片进口安放角为64.5度，一级涡轮的出口安放角改为25.9度；所述二级涡轮进口安放角为136.4度，二级涡轮的叶片出口角为39度，该二级涡轮叶片进口内外环包角角度均为78度，该二级涡轮进口液流冲角为7.2度，该二级涡轮出口液流角为3.2度；所述导轮叶片数为24个，该导轮叶片进口外环包角角度为89.1度；

其中，还包括有芯部环，所述芯部环的横截面具有弓形轮廓，所述叶片在其与壳部分相对的轴向内边缘处具有形状与芯部环相匹配的弓形凹口。

其中，所述叶片在凹口处设置有突片，并且所述芯部环具有用于接收所述突片的狭槽。

其中，多个叶片沿圆周方向顺序地编号为奇数编号叶片和偶数编号叶片，并且所述奇数编号叶片与中心环一体地形成第一叶片组件。

其中，还包括内环，叶片的径向内端连接至该内环，所述偶数编号叶片与该内环一体地形成第二叶片组件。

其中，所述第一叶片组件通过冲压一体地制造。

其中，所述叶片和其壳部分通过冲压一体地制造。

其中，导轮处连接有单向离合器2，该单向离合器2一侧设有导轮固定套管4。

其中以二级涡轮和导轮为例，分别对叶片进口内外环包角角度进行改型，以研究外环包角这个参数对YJSW315双涡轮液力变矩器变相点之前的不同转速比工况性能的影响规律。改型时对叶片内外环包角角度分别进行相同角度的改型和不同角度的改型，通过对比分析启动变矩比和典型工况的变矩器效率的变化，发现了叶片内外环包角角度的变化对液力变矩器性能有较大的影响，可归纳为：当叶片外环包角角度保持不变时，内环包角角度的减小或增加使变矩器低转速比工况性能降低，使中高转速比工况性能提升；当叶片内环包角角度保持不变时，外环包角角度的减小使变矩器低转速比工况性能提升，使中高转速比工况性能降低。由此，为了提高YJSW315双涡轮液力变矩器低转速比工况的效率，在对变矩器涡轮叶片进行内外环包角时优化时，可根据具体的性能需求来调整内外环包角的角度值，以此来获得理想的变矩器效率。

通过分析YJSW315双涡轮液力变矩器一级涡轮和二级涡轮进出口位置的液流冲角及流态状况，结合前人对该液力变矩器涡轮的优化改型方案，对一级涡轮和二级涡轮进行叶片数和叶片安放角和内外环包角进行优化改型，最终确定将一级涡轮叶片数优化为36叶片，叶片进口安放角改为64.5°，出口安放角改为25.9°；将二级涡轮叶片进口安放角改为136.4°，出口角改为39叶片进口内外环包角角度均改为78°的方案，获得了使液力变矩器性能效率更高、流态更好、水力损失降低更小的叶片模型，以此来扩大了低转速比工况的高效区。

通过对导轮叶片数以及导轮进出口角度的研究，总结分析对导轮进行叶片数以及进口角度优化后，变矩器效率变化的规律，为以后导轮的优化提供优化思路。并综合优化方案的计算结果，采用导轮叶片优化为24叶片数，叶片进口外环包角角度改为89.1°，内环包角角度不变的模型为最终模型，作为前面所有工作的研究结果，以此来提高液力变矩器低转速比工况的性能。

如图1所示，输入导座9位于壳体7左侧，输入导座9左侧连接有发动机曲轴3，在输入导座9上连接有壳体7，壳体7的一端与泵轮组件6配合连接。在输入导座9内设有深沟球轴承和输出8，深沟球轴承一侧与所述的涡轮组件1中的涡轮轴座配合连接，另一侧与输出轴8对应配合。

在泵轮组件6与涡轮组件1之间还设有导轮组件5，在所述导轮组件5和涡轮组件1之间设有对应配合的一个平面滚针轴承，在所述导轮组件5和泵轮组件6之间设有对应配合的另一个平面滚针轴承。通过上述两个平面滚针轴承设置使得导轮组件和涡轮组件以及泵轮组件之间均通过滚动摩擦对应配合，大大降低导轮组件和涡轮组件以及泵轮组件之间的摩擦力、噪声、部件损耗等问题。

在所述的输出轴8的轴身上设有一组与涡轮组件1中涡轮座对应配合的花键，且所述的花键均为倾斜设置，倾斜角度为6度，使得其能将更强的扭矩传递到变速器中。

在所述的输出轴8的轴身设有环状凸出部，所述的环状凸出部与输出轴8同轴，且直径大于输出轴8的直径，使得环状凸出部凸出输出轴8的外壁。在输入座1的内壁上设有与环状凸出部对应配合的环槽。由于凸出部支撑，使得输出轴与涡轮组件之间出现磨损后依然沿其轴线旋转，输出轴不会发生径向的摆动，从而避免了与输出轴输出端对应配合的其它部件，由于输出轴发生径向的摆动造成损伤的情况发生。

在泵轮组件中的泵轮齿套内设有与输出轴8对应配合的轴承，所述的轴承为双列轴承，通过双列轴承的设置可以使输出轴8能够承受更大的载荷。

在所述的泵轮齿套的端部设有一组与供油泵对应配合的拨动爪，使得供油泵随着泵轮齿套一同旋转，在泵轮齿套的端部还设有一组供油槽，所述的供油槽起到增大供油泵的供油量的作用，从而起到增加液力变矩器输出功率的目的。所述的拨动爪与供油槽为交替设置，这使得泵轮齿套与供油泵之间连接时更加牢固，供油更加均匀。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种低速比液力变矩器，包括泵轮、一级涡轮、二级涡轮和导轮，所述泵轮、一级涡轮、二级涡轮和导轮的流道首尾相衔接组成变矩器工作液体循环流动的工作腔，其特征在于：

所述泵轮、一级涡轮和二级涡轮均包括有多个叶片及中心环，所述每个叶片具有与一体形成的壳部分，所述壳部分沿圆周方向设置在叶片的仅一侧上；所述叶片的径向内端连接至所述中心环处，且相邻叶片的壳部分密封的接合在一起，构成泵轮、一级涡轮和二级涡轮的壳。

所述一级涡轮叶片数为32-40个，一级涡轮叶片进口安放角为64.5度，一级涡轮的出口安放角改为25.9度；

所述二级涡轮进口安放角为136.4度，二级涡轮的叶片出口角为39度，该二级涡轮叶片进口内外环包角角度均为78度，该二级涡轮进口液流冲角为7.2度，该二级涡轮出口液流角为3.2度；

所述导轮叶片数为24个，该导轮叶片进口外环包角角度为89.1度。

2.根据权利要求1所述的一种低速比液力变矩器，其特征在于：还包括有芯部环，所述芯部环的横截面具有弓形轮廓，所述叶片在其与壳部分相对的轴向内边缘处具有形状与芯部环相匹配的弓形凹口。

3.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述叶片在凹口处设置有突片，并且所述芯部环具有用于接收所述突片的狭槽。

4.根据权利要求1所述的，其特征在于：多个叶片沿圆周方向顺序地编号为奇数编号叶片和偶数编号叶片，并且所述奇数编号叶片与中心环一体地形成第一叶片组件。

5.根据权利要求1所述的，其特征在于：还包括内环，叶片的径向内端连接至该内环，所述偶数编号叶片与该内环一体地形成第二叶片组件。

6.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述第一叶片组件通过冲压一体地制造。

7.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述叶片和其壳部分通过冲压一体地制造。

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