《石油工程流体机械》第四章 液力偶合器

第四章液力偶合器

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电子邮箱:lizl@整理ppt第四章液力偶合器第四章第一节概述第二节液力偶合器的基本工作理论

第三节液力偶合器特性第四节液力偶合器与动力机共同工作整理ppt第一节概述

一般的机器设备都由三部分组成：动力机、传动装置和工作机。其中传动装置是连接动力机和工作机的中间媒介，它起到变速、换向、制动及改变动力性能等作用，以满足工作机特性的要求，是现代机器设备中不可缺少的重要组成部分。整理ppt一传动装置的分类

传动装置按传递能量方式不同可分为三大类：1）机械传动：如各种齿轮变速箱、链传动等2）电力传动：变压器等3）液体传动①液压传动（又被称为静压传动或者容积式传动）主要靠改变液体的压能达到传

递和变换能量形式目的②液力传动（又称为动液传动）主要靠改变液体的动能大小达到传递和变换能量形式的目的传动装置整理ppt二液力传动的基本元件

液力传动的基本原件是液力偶合器和液力变矩器。任何传动系统中，机械传动件总是不可缺少的。但为了便于区别和比较，将具有一个或一个以上液力传动元件的传动系统都称作液力传动系统。整理ppt三液力传动工作原理

液力传动系统实际上是离心泵、涡轮机、管道以及其他部件的组合体，其原始型式如图4-1所示。图4-1液力传动原理图1—动力机；2—离心泵或泵轮；3—吸入管；4—液槽；5—泵轮壳体；6—连通管；7—涡轮机壳体；8—导流管9—涡轮；10—涡轮机出水管；11—工作机；12—液力传动原件示意图整理ppt液力偶合器结构形式整理ppt现代液力变矩器发动机车轮整理ppt四液力传动的主要优点液力元件内部靠液体传递能量，无机械连接，因而传动性能柔和，具有很好的防振和隔振作用，有利于提高由动力机到工作机全部设备的使用寿命。液力变矩器能在一定范围内自动变矩和变速。工作机负荷大时，变矩器输出力矩自动增大，转速自动降低;负荷减小时，转速随之增加，从而使工作机保持正常的运转状态。液力偶合器无自动变矩的能力，但可以进行无级调速。整理ppt四液力传动的主要优点对动力机和工作机起过载保护作用防止因载荷突然增大而使动力机熄火或停转，并且改善了动力机的启动性能。工作机起步平稳，加速均匀、迅速。易于实现操作的简化和自动化。整理ppt五液力传动的主要缺点传动损失较大，效率低需要配备供油和冷却系统等辅助设备，结构比较复杂，制造成本比较高整理ppt六液力传动的使用范围

液力传动已经广泛应用于各种车辆、内燃机车、起重机械及其它工程机械中。应用于石油机械的历史还并不很长，但已经显示出良好的效果，因而在石油钻机、修井机、压裂车及其它石油机械的传动中，也越来越多地采用液力传动。整理ppt第二节液力偶合器的基本工作理论一偶合器的基本组成及工作过程

（一）基本组成（如图4-2所示）

输入轴（又称泵轮轴）泵轮（B轮）外壳涡轮（T轮）输出轴（T轮轴）三者连在一起转动（以nB）两者连在一起转动（以nT）B轮和T轮又被称为工作轮，每个工作轮都由外环、内环及若干平面径向直叶片组成图4-2偶合器示意图1—输入轴；2—泵轮；3—外壳；4—涡轮；5—输出轴整理ppt1.泵轮整理ppt2.涡轮整理ppt（二）基本概念循环工作腔：两个工作轮的全部流道空间称作偶合器的循环工作腔。循环圆：通过工作轮轴线作工作腔的截面〔即轴面)，则内外环型线所形成的轴面投影，称作循环圆。偶合器的循环圆以轴线为中心，分为上下两个完全对称的部分，故通常只以中心线上半部分的形状表示循环圆，它可能是圆形、椭圆形或其他形状，其中以椭圆居多。图4-3工作轮叶片间的流道循环工作腔流道：偶合器的外环内曲表面、内环外曲表面及相邻两叶片的表面组成了工作轮的循环工作流道（图4-3所示）整理ppt循环圆的有效直径D：循环圆或工作腔的最大直径，称作有效直径，是液力传动元件的表征尺寸。循环圆或工作腔其他部位的尺寸都用有效直径的百分数表示。循环流量：单位时间内由泵轮泵入涡轮的液体体积，称作循环流量，以Q表示。（二）基本概念整理ppt(三)工作过程

偶合器的泵轮轴与动力机相连，工作时，动力机带动泵轮旋转，由于工作腔内充满工作液体，在离心力作用下，液体向泵轮外缘(泵轮出口)流动。如果涡轮处于静止状态，或转速低于泵轮，涡轮外缘(涡轮进口)处液体所受的离心力为零或较小。由于两个工作轮直径相同，在轴线方向上成镜面对称布置，端面间隙很小，又密封在同一外壳内，故泵轮外缘处的液体就自动地流向涡轮，冲击涡轮叶片，推动或加速涡轮同向旋转。液体进入涡轮后，沿着流道向涡轮中心(涡轮出口)流动，并返回泵轮中心〔泵轮进口)再被泵出，从而在工作腔内产生液体的循环流动。整理ppt(三)工作过程液体在偶合器循环园内的流动情况整理ppt(三)工作过程

在液力传动元件中，正是靠着这种循环流动、才可能实现各工作轮间的能量传递和转换。偶合器的涡轮轴与工作机相连，涡轮旋转带动工作机作功从而完成了从动力机到工作机的能量传递过程。就全过程来讲，偶合器泵轮的作用是把动力机输入的机械能转换为液体能，使液体的流动速度和动量矩增加。而涡轮的作用则是把液体能转换为机械能，由涡轮轴输送到工作机。液体经过涡轮后，动量矩减小。整理ppt二液体在偶合器循环流道中的运动（一）循环圆的中间旋转曲面及其展开

液力偶合器循环流道中的流动实际上是一种复杂的空间三元流动，只是为了简化起见，目前仍然广泛应用单元流动(束流)理论分析液体的流动状况。即将空间的三元流动通过一些可行的假设来转化为平面上的单元流动来分析讨论。为此，就必须用到中间旋转曲面及其展开。整理ppt（一）循环圆的中间旋转曲面及其展开1、单元流动理论建立的四点假设工作轮循环流道中的液流是由无限多个单元液流组合而成的，每个流束都严格地受流道约束，任何液体质点都不会在相邻的流束之间窜动。工作轮的叶片无限多、无限薄，液体相对于叶片的运动轨迹必定与叶片骨线的切线方向一致（相对速度的方向为骨线的切线方向）。工作液体的流动是轴对称的，即旋转轴对称点处的液体流动状态相同；同时，同一过流断面上液体质点的轴面分速度相同。整理ppt（一）循环圆的中间旋转曲面及其展开每一个工作轮进口处的液体流动状态，完全取决于前一工作轮出口处的液流状态；而工作轮进口处流动状态的变化，对该轮出口处的液流状态并无影响。1、单元流动理论建立的四点假设

根据以上四点假设，就可以初步分析液体在循环圆流道中的运动情况，液体在循环圆流道中的绝对运动是一种复合运动。这种空间的复合运动是由液体随工轮一起旋转的牵连运动和液体相对工作轮循环流道的相对运动合成而来的。即：

整理ppt2、中间旋转曲面的产生

（一）循环圆的中间旋转曲面及其展开问题一：由于循环圆流道可以看成是由无数旋转曲面构成，液体在无数旋转曲面上互不干扰地运动着，那么我们以什么位置或者以哪一个旋转曲面上的液体运动来分析呢？答案：中间旋转曲面，因为它代表了偶合器循环圆流道内液体运动的平均物理现象。这样就将无数旋转曲面上的液体运动简化为单个旋转曲面上的运动整理ppt问题二：中间旋转曲面是如何作出的呢？方法：①绘制循环圆的中间流线：在循环圆流道中内循环圆流线和外循环圆流线间作无数内切圆，各内切圆的圆心连线即认为是中间流线,或称为中间循环圆如图4-4(a)。②设想将中间流线绕轴线旋转一周，就可以得到如图4-4(b)所示的中间旋转曲面。4-4（a）循环圆部分及中间流线图4-4（b）中间旋转曲面2、中间旋转曲面的产生整理ppt（一）循环圆的中间旋转曲面及其展开3、中间旋转曲面的平面展开

中间旋转曲面与工作轮每个叶片的两个表面相交，可以设想，这些交线都印在中间旋转曲面上。假定前半部分为B轮的，后半部分为T轮的。则展开方法是先将其径向切断；然后伸直形似一个圆柱；最后沿底下的母线剪开前面向上打开。即展开图如图4-5所示。图4-5

偶合器的平面展开图及进、出口速度整理ppt（二）偶合器工作轮的进、出口速度三角形

进、出口处的速度三角形如图4-5所示，进、出口有关参数符号规定如下R—中间曲面上某点到轴线的半径；

b—叶片某处的宽度；

F—某处流道的过流面积；

n—工作轮的转速；u、w、c—中间曲面上液体质点的圆周速度、相对速度和绝对速度；

cu—中间曲面上液体质点的绝对速度在圆周切线方向的速度分量，称作圆周分速度；

cr—中间曲面上液体质点的绝对速度在轴面上的速度分量，称作轴面分速度。整理ppt（二）偶合器工作轮的进、出口速度三角形1、泵轮出口速度三角形（1）泵轮出口处液体的圆周速度uB2在平面图上沿母线方向，其值为（2）泵轮出口处液体相对于叶片的运动速度wB2沿叶片出口的切线方向。其值为整理ppt（3）泵轮出口处的绝对速度

（二）偶合器工作轮的进、出口速度三角形

当偶合器的结构尺寸一定时，FB2、RB2、bB2以及考虑叶片厚度影响的断面缩小系数φB2都是定值；当工况一定(即nT一定〕时，nB和Q也是定值。因此，uB2和wB2的方向和大小均为已知值，可以作出泵轮出口处液流的速度三角形，其绝对速度为整理ppt2、T轮进口速度三角形

由于泵轮出口与涡轮入口几乎衔接在一起，并且RB2=RT1，因此泵轮出口处的绝对速度就是T轮进口处的绝对速度。（1）T轮进口处的绝对速度cT1（2）T轮进口处的圆周速度uT1方向为母线方向，其值为：（二）偶合器工作轮的进、出口速度三角形第8周结束10-31整理ppt

（3）T轮进口处的相对速度wT1（二）偶合器工作轮的进、出口速度三角形

当nT一定时，uT1的大小确定。于是可作涡轮进出口处液体的速度角形，其相对速度为

wT1是液体刚进入涡轮时相对于叶片的运动速度，一旦进入涡轮，就被迫按叶片方向以w'T1作相对于叶片的运动，产生冲击速度损失ΔwT1并且其值为整理ppt（二）偶合器工作轮的进、出口速度三角形3、T轮出口处速度三角形（1）涡轮出口处液体的圆周速度uT2在平面图上沿母线方向，其值为（2）涡轮出口处液体相对于叶片的运动速度wT2沿叶片出口的切线方向，其值为整理ppt（3）T轮出口处的绝对速度（二）偶合器工作轮的进、出口速度三角形

当结构和工况一定时，uT2及wT2一定，故可作涡轮出口处液体的速度三角形，其绝对速度为整理ppt4、B轮进口处速度三角形（二）偶合器工作轮的进、出口速度三角形（1）B轮进口的绝对速度cB1由于B轮入口与T轮出口衔接，且RB1=RT2，故B轮进口的绝对速度cB1，就是T轮出口的绝对速度cT2。即（2）B轮进口的圆周速度uB1圆周速度的方向为母线方向，其值为整理ppt（二）偶合器工作轮的进、出口速度三角形（3）B轮进口的相对速度wB1

wB1是液体刚进入B轮时相对于叶片的运动速度，一旦进入B轮，就被迫按叶片方向以w'B1作相对于叶片的运动，产生冲击速度损失ΔwB1并且其值为整理ppt

图4-6给出了偶合器泵轮和涡轮进出口处速度间的关系，以及它们与循环圆尺寸间的关系。

（二）偶合器工作轮的进、出口速度三角形图4-6偶合器内液流速度三角形与半径的关系整理ppt三偶合器的循环流量（一）推导方法概述①由能量平衡方程可知，偶合器循环流道中的液体从泵轮获得的功率，液体转化给涡轮的功率与循环流道中损失的功率之间的关系为

上式中，不包括机械损失。因为机械损失的功率不转化为液体能。此外，还略去了泵轮与涡轮间隙之间的漏失损失，即认为流过泵轮和涡轮的液体流量相等，都是Q。整理ppt（一）推导方法概述

上式说明，泵轮提供给单位重量液体的能量，一部分用来转化为涡轮上的机械能（包括涡轮轴上输出的有效机械动能和涡轮轴克服机械摩擦损失的机械能），另一部分用来克服循环流道中的所有水力损失。整理ppt(二)泵轮提供的液体压头HB

根据第三章离心泵的基本方程，泵轮提供给液体的压头为

由图5-10所示的偶合器泵轮的进、出口速度三角形可知，而令α—称作泵轮进、出口半径比

i—称作偶合器的转速比整理ppt则有(二)泵轮提供的液体压头HB将以上关系代入能量方程，得或者整理ppt（三）涡轮消耗的液体压头HT

同样，由第四章涡轮钻具的基本方程(4-10)可知，涡轮中转化为机械能所消耗的液体压头(或转化压头)为

由偶合器进、出口速度三角形和半径，以及泵轮与涡轮转速之间的关系可知：，整理ppt（三）涡轮消耗的液体压头HT所以或者整理ppt（四）循环流道中液体的能量损失

偶合器工作时，循环流道内液体的能量损失包括：液体在泵轮及涡轮进口处的冲击损失hBim和hTim；液体在循环流道中流动时，由于液体的内摩擦，液体与工作轮内壁的摩擦，以及流道内扩散、收缩、拐弯等造成的总阻力损失hf。因此偶合器内总的能量损失可以表示为整理ppt

偶合器传递力矩时，泵轮与涡轮之间总会有一定的转速差，因而，在泵轮及涡轮的进口处，液流的冲击损失是难以避免的。根据流体力学的基本知识和液流速度三角形，上述几种损失的计算式可以表示为（四）循环流道中液体的能量损失式中ξB—泵轮进口液流的冲击损失系数，一般都小于1，定性分析时，可取其等于1；

ξT—涡轮进口液流的冲击损失系数，一般都小于1，定性分析时，可取其等于1；整理ppt（四）循环流道中液体的能量损失∑ξ—偶合器弯曲流道中总的阻力损失系数，只按沿程阻力考虑；

w—循环流道中液流相对速度的平均值。其中λ—摩擦阻力系数；

L—循环流道长度；

dh—流道的计算直径。将各项压头公式代人能量平衡方程，整理后得到循环流道中的平均相对速度为整理ppt

在偶合器和其它液力元件的设计中，为尽可能减小流道内液体流动的损失，总是力求循环流道各处的过流面积接近相等。设流道过流面积都等于泵轮出口过流面积FB2，则流道中液体的平均速度都等于泵轮出口处的相对速度值，即w=wB2。由于叶片平直且径向布置，W的方向与过流面积垂直，故循环流量为（四）循环流道中液体的能量损失将两边平方，循环流量公式还可以改写为整理ppt令（四）循环流道中液体的能量损失循环流量公式可以改写为

对于一定尺寸的偶合器，当nB恒定时，A、B、C都是常数，且A=C>0,B>0所以偶合器的循环流量Q与转速比i的关系，是一个典型的椭圆方程。以nT为横坐标，Q为纵坐标，即可得到如图4-7所示的偶合器循环流量特性曲线。图4-7液力偶合器循环流量特性整理ppt四液力偶合器的力矩方程

在液力偶合器中，液体受到泵轮和涡轮的作用。设泵轮作用于液体的力矩为MB-Y，涡轮作用于液体的力矩为MT-Y,按照动量矩定理，力矩公式可写为通常，

故为MB-Y正，MT-Y为负，泵轮使液体的动量矩增加，涡轮使其动量矩减少。

整理ppt将四液力偶合器的力矩方程

代入上述方程，得比较以上两式，得

由此可见,在忽略不计泵轮与涡轮间隙泄漏损失的条件下，偶合器泵轮和涡轮各自作用于液体的力矩是大小相等，方向相反。

整理ppt四液力偶合器的力矩方程在液力传动中，力矩方程一般都采用更简单的形式。对于偶合器，将以上方程代入力矩方程，并且令则得整理ppt四液力偶合器的力矩方程式中k1,k2—尺寸比例常数；

—过流断面收缩系数；ρ—液体密度；

nB—泵轮转速;D—有效直径;λB—偶合器泵轮力矩系数。

对于结构一定的偶合器，k1、k2和α都是常数。若假定受叶片厚度影响的过流断面收缩系数φB2和阻力系数∑ξ也是常数，则力矩系数λB只是转速比i的函数，即λB=f(i)。λB并不是无因次系数，其单位是重力加速度的倒数(s2/m)。λB是一个很重要的参数，在ρ

、D和nB一定时，与泵轮力矩成正比例关系。λB值反映了偶合器传递力矩和功率的能力，故又称作能容系数。

整理ppt四液力偶合器的力矩方程

当泵轮和涡轮旋转时，要克服轴承、密封等的摩擦阻力，以及工作轮外表面与液体间的摩擦阻力，存在机械损失。因此，严格地说，泵轮作用于液体的力矩MB-Y并不等于动力机传递到泵轮上的力矩MB，涡轮作用于液体的反作用力矩MT-Y也不等于工作机施加到涡轮轴上的阻力矩MT。但是，如果传递的力矩很大，摩擦阻力相对很小，可以忽略不计。因此，一般情况下都认为MB≈MB-Y，MT≈MT-Y

，所以

MB是动力机输送到偶合器泵轮轴上的力矩，称作输入力矩；-MT是涡轮轴输送给工作机的力矩，称作输出力矩。在以后的讨论中，凡是与泵轮力矩MB和转速nB同向的为正方向，否则为负方向。输入力矩与输出力矩的方向相同，大小相等，即不改变力矩是偶合器重要的特征之一。整理ppt第三节液力偶合器的特性

液力偶合器的特性表示偶合器主要参数之间的关系。除去B轮力矩MB、B轮转速nB、T轮输出力矩-MT、T轮输出转速nT及传动比i=nT/nB外，偶合器还有以下几个重要特性参数：①相对滑差率

s—表示泵轮、涡轮间的转速差与泵轮转速比值的百分数，即当i=0时，s=100%，此时循环流量和传递力矩达到最大值。当i=1时，s=0%，此时循环流量和传递力矩为零。②变矩系数K—表示输出力矩与输入力矩的比值，即偶合器不变矩，故K=1一液力偶合器的特性参数整理ppt一液力偶合器的特性参数③输入功率NB和输出功率NTA）偶合器的输入功率NB公式中λNB的称作泵轮的功率系数，当以W作为功率单位时，其公式为当以KW作为功率单位时，公式为B）输出功率NT整理ppt一液力偶合器的特性参数式中λNT称作偶合器涡轮的功率系数，当以W作为功率单位时，其公式为当以KW作为功率单位时，公式为④偶合器的效率η—表示偶合器输出功率与输入功率之比值，即该式表明，偶合器的效率等于转速比整理ppt二偶合器的外特性偶合器的外特性偶合器的外特性是指泵轮转速nB和工作液体密度ρ恒定的条件下，泵轮输入力矩MB和功率NB、涡轮输出力矩-MT和功率NT、效率η等与涡轮转速nT之间的关系。即MB-nT，NB-nT，-MT-nT，NT-nT，η-nT之间的关系。见图4-8所示2.外特性的获得方法

外特性曲线一般由试验求得。试验设备及测试仪器等如图4-9所示。试验过程中，通过调节可控硅整流装置或直流电机的激磁电流，始终保持泵轮转速不变；通过调节测功机。改变负载和涡轮转速；分别用二台力矩转速测量仪器测出偶合器的输入力矩和转速、输出力矩和转速；将试验数据经过计算和整理，就可以绘制出偶合器的外特性曲线。整理ppt二偶合器的外特性图4-8偶合器的外特性曲线整理ppt二偶合器的外特性图4-9偶合器试验装置整理ppt二偶合器的外特性3.外特性的几类说明（1）额定工况（设计工况）为了充分地利用功率，一般设定，η=i=0.95~0.98之间某值为额定值，称作额定工况或设计工况，并在该工况的有关参数的右上角标以“*”号，以表示与其他工况参数的区别。（2）偶合器的过载系数Tg偶合器的最大力矩Mmax与设计工况下的力矩M*B〔又称作额定力矩或标定力矩)的比值，称作偶合器的过载系数，以Tg表示，即整理ppt3.外特性的几类说明（3）偶合器的制动过载系数

偶合器制动工况（nT=0）下力矩Mc与设计工况下力矩M*B的比值，称作制动过载系数，以Tgc表示，即对于普通型偶合器，最大力矩就是制动力矩，故Tg=Tgc。

（4）效率特性η-nT(i)的分析

偶合器的效率只随转速比i变化。当nB为常数时，η与nT成直线关系，理论上，η与nT曲线是一条过零点的直线，但在i=1，η=100%后，立即下降为零。实际上，当偶合器在高转速比工况（0.95<i<1）下工作时，液体的循环流量和传递力矩的能力明显下降，偶合器中由于机械摩擦而损失的力矩在总力矩中所占的比例显著增加，使实际效率大大低于转速比i。所以，一般的情况是，i=0.985左右时，η达到最大值，此后，就急剧下降，在i≈1时，η=0。整理ppt4.偶合器的通用特性和等效抛物线（1）偶合器的通用特性

在偶合器循环圆直径及工作液体密度不变的条件下改变泵轮转速nB，使其分别稳定在nB1、nB2、nB3……转速下，可以得到一簇如图4-10所示的曲线，称作偶合器的通用特性曲线。（2）通用特性上的力矩等效抛物线将不同泵轮转速下的曲线上效率相等的点连成曲线，可以得到一组等效曲线。每条等效曲线代表一种确定的效率η或转速比i，曲线上各点的力矩为其中ρ，g和D一定，i也一定，故λBρgD5/i2为常数C，等效曲线上的力矩可表示为这就说明，偶合器通用特性曲线上的等效抛物线，是一簇通过坐标原点的抛物线。图4-10偶合器的通用特性曲线整理ppt三偶合器的原始特性何为原始特性偶合器的原始特性是指其力矩系数λB和效率η与转速比i间的关系曲线。如何作出原始特性由于理论上推导出的λB与i关系式，在推导过程中忽略了许多因素，因此在实际中通常用实验得出的外特性来计算出原始特性，即3.原始特性的说明（1）对于同类型几何相似的偶合器它们的原始特性都相同。对于同一偶合器，在不同的条件下工作时，其原始特性也不变。第11周周1整理ppt原始特性的说明

（2）偶合器的外特性只反映某一偶合器在某一确定的nB下耦合器的性能，不同的nB就会有若干条特性（即所谓的通用特性），因此它不便于对不同偶合器的性能进行比较，也不便于了解同一偶合器在工作条件变化时其性能的变化特点，因而具有一定的局限性；而偶合器的原始特性避开了某些具体的限制条件，只涉及到偶合器的基本类型，并能够反映出同一类型偶合器的基本特征，因而具有广泛的代表性。（3）偶合器的类型不同，原始特性曲线（图4-11）的形状也就不同。理想的原始特性应具有两个共同的特点：一是在i<0.9的区段内，λB-i曲线变化平缓，最好如图4-12中曲线所示的那样。这种偶合器的过载系数Tg和Tgc较小(接近为1)，有利于动力机的启动和避免因外载突然加大而使动力机超载，对机器起过载保护作用。三偶合器的原始特性整理ppt三偶合器的原始特性图4-11偶合器的原始特性曲线图4-12偶合器的理想原始特性曲线整理ppt

二是在高转速比i=0.9～1区段内，力矩系数要尽量大，特性要硬，以便在相同的设计工况下有较大的力矩系数λB*，效率η较高，同时具有较好的抗负载波动能力，使工作机在稳定的转速下工作。

4.实际上完全获得偶合器的理想原始特性是很难的，但可采取一些措施，使其基本上满足要求，具体措施如下：（1）使偶合器工作腔内部分充液：工作液体的体积最多只占工作腔容积的95%左右。留出部分容积容纳从液体中分离出来的空气和蒸汽。

三偶合器的原始特性整理ppt三偶合器的原始特性

（2）在偶合器循环工作腔内的涡轮上安装挡板：目的就是为了使偶合器在低传动比下工作时，由于液流由小循环流向大循环流动过渡，这时挡板就起到阻碍液流流动的作用，从而使循环流减慢，力矩系数降低，也就使λB-i曲线变平缓。

（3）在偶合器工作腔以外增加一个储油辅助室：作用就是当偶合器在部分充液下工作时，循环工作腔内的液体体积随传动比i的变化而变化(自动调节)。规律是随着i的减小，工作腔内液体量减小，而辅助室内液体量增多。从而使力矩系数λB变化较缓慢。整理ppt四偶合器的全特性1.偶合器的全特性概念

它是指当偶合器的nB和ρ都恒定的条件下。偶合器的牵引工况、超越工况和反转工况下的力矩MB随涡轮转速nT或传动比i的变化规律，就称为偶合器的全特性。2.牵引工况:

是指当传动比i在[0,1]之间时偶合器的力矩外特性。其中在牵引工况下又有三个工作点：①设计工况点（额定工况点）：此时特性参数为nT*，η*

，MB*，λB*，i*=nT*/nB

②制动工况点（零速工况点）：此时，nT=0，i=0，η=0，MB=-MT=Mmax，Q=Qmax，λB>0,MB>0,NB>0,NT=0,输入的能量全部转化为热量。

③空转工况（零矩工况）：此时，nT≈nB，Q≈0,MB=-MT=0，NB=NT=0，η=0，此工况下，偶合器无能量输入和输出。

整理ppt3.超越工况又称为反循环工况，它是指i>1的工况下。此种工况出现在当机车或汽车正档行驶而高速下坡时，此时nT>nB,i>1液体作反循环运动，液体流动方向和功率输出方向都与牵引工况相反，涡轮变成了“泵轮”工作,泵轮变成了“涡轮”工作。

4.反转工况即涡轮的旋转方向与泵轮的旋转方向相反，即i<0的工况，（这里的i的负号代表nT与nB方向相反的意思）。这种工况出现在机车爬坡时，因动力不足而倒滑；或起重物体时因未结合下落自锁机构而重物自由下落时。四偶合器的全特性整理ppt四偶合器的全特性图4-13偶合器的全特性整理ppt第四节液力偶合器与动力机共同工作

偶合器是传动装置，必须与动力机配合，组成一种新的动力机组才能输出动力。这种新动力机组性能的优劣，取决于偶合器与动力机共同工作的特性。目前石油矿场上所用的动力机主要是柴油机和异步电动机，本节只讨论偶合器与这两种动力机的匹配问题。

即动力机+液力偶合器新的动力机组

第八周完(11-2)整理ppt一偶合器的负荷特性

由于动力机的输出轴与偶合器的输入轴相连，那么B轮轴吸入的力矩MB就是动力机的负荷，故负荷特性就是把偶合器当成动力机的负荷来看待的。

1.负荷特性负荷特性是指当偶合器结构尺寸一定时，ρ一定，工况i也一定时，而λB也一定时，偶合器输入力矩MB随B轮转速nB之间的变化规律就称为偶合器的负荷特性。由知，当D，g，ρ和λB一定时，则

由此可见，MB与B轮转速nB的关系是一条顶点在原点的抛物线。

又由于一定的i对应着一定的λB和常数C，那么不同的i下，就对应着不同的并且确定的λB和常数C值。因此，，对应于不同的工况下，是一簇负荷抛物线，它可根据原始特性作出来。整理ppt一偶合器的负荷特性

偶合器的负荷特性如图4-14所示图中i0至i7为负荷抛物线且有i0<i1<i2<i3<i4<i5<i6<i7的关系，这种关系可有λB=f(i)看出图4-14偶合器的负荷特性整理ppt一偶合器的负荷特性

2.负荷特性的常用作图方法在原始特性曲线上分别取不同的i值，查出不同i下对应的λB值，然后，由就算出不同i下的C值，分别带入中，根据以nB为横坐标，MB为纵坐标，列表（如4-2）并描点连线即可。图4-15（a）偶合器的原始特性整理ppt2.负荷特性的常用作图方法

原始特性曲线上选取值计算负荷特性的有关参数iλBC=λBρgD5MB=CnB2i0λB0C0MB=C0nB2i1λB1C1MB1=C1nB2i2λB2C2MB2=C2nB2............inλBnCnMBn=CnnB2表4-2偶合器负荷特性参数值整理ppt2.负荷特性的常用作图方法偶合器的负荷特性曲线整理ppt二柴油机的特性1.全程调速器当柴油机负载改变时，这个装置能自动的调节喷油泵的供油量，以保持发动机转速在一个较小的范围内变动或基本不变，即调节供油量，维持转速基本不变的一种装置，就称为调速器。柴油及的调速器一般分为单程、双程和全程式三种，石油矿场上用的柴油机，一般是全程调速的，故采用的是全程调速器。2.柴油机的力矩外特性指柴油机在全供油量下，在各种转速下所能达到的最大力矩之间的关系。通常柴油机的外特性Md-nd如图所示图4-16柴油机的外特性Md-nd整理ppt

3.柴油机的全程调速特性

利用柴油机的全程调速器，当柴油机的供油手柄（油门）固定在径向位置时（最小-最大油门间），都分别对应着柴油机的一个转速nd（空载转速），若此时，柴油机的负载力矩发生变化（增大），若无全程调速器，则此时，由于油门一定，则输出功率Nd一定，那么nd要降低（因为Nd=Mdwd）；若有全程调速器，则当M增大时，全程调速器会自动调节供油泵的供油量，此时，会增加供油量，使输出功率Nd增加，从而使转速n基本维持不变。同样，当Md减小时，调速器会自动减小供油量，使输出功率减小，从而也使转速保持基本不变。

二柴油机的特性整理ppt二柴油机的特性那么当M增大时，最多只能达到外特性上（因为此时柴油机油门已达到最大供油位置）；若此时，Md再大，其Md-nd就会沿柴油机的外特性变化，当Md达到外特性上的最大值时，若再继续增大，此时柴油机转速n就会迅速向灭火点转速nmin移动，甚至会造成柴油机熄火。

4.柴油机的两种全程调速特性（图4-17（a）、（b）所示）图4-17（b）δ≠0时的全程调速特性图4-17（a）δ=0时的全程调速特性整理ppt二柴油机的特性其中为转差率，转差率越小，则柴油机调速器的灵敏度越高。图中nⅠ、

nⅡ……与柴油机供油控制手柄的不同位置对应。

我们来看b图中，现在假定柴油机的供油手柄固定在Ⅲ档的位置，此时柴油机空载转速为nⅢ。那么随着负载力矩的增加，假定有M1变为M2，则柴油机的特性则由n1变为n2；当M增大到A1点时，这是柴油机供油量已达到Ⅲ档下的最大供油量，若此时，Md不再变化，则柴油机就在MA1和nA1下工作；若此时M再继续增大，则这时柴油机的工作点要沿外特性向左移动，在MA1和Mdmax之间的任一工况下，皆达到了平衡稳定工作；但当Md达到Mdmax后再稍有增大，就会使工作点迅速向B点（熄火点）移动，直至柴油机熄火，其它几档的变化完全类似。整理ppt二柴油机的特性

5.柴油机的标定功率柴油机的标定功率又称为额定功率，它是柴油机名牌上标出的参数值，相对于额定功率的转速和力矩称为额定转速和额定力矩。按国家标准，一般柴油机按四种情况进行标定，即为15分钟，1小时，12小时和持续功率。它是指在相应时间内，柴油机稳定工作的最大输出功率与转速nd间的关系特性和力矩与nd的关系。通常石油机械中，应用的是持续功率特性Nc-nd和持续力矩特性Md-nd。持续功率和力矩特性，一般由12小时功率特性Nd-nd和12小时力矩特性Md-nd换算而来。还要注意的一点是柴油机的输出功率Nc和输出力矩Mc，也称作泵轮轴上所具有的功率NB和MB。因为只有当NC和MC，再去掉柴油机所带动的所有辅助设备消耗的功率N和M后，剩余的NC和MC，才是驱动B轮对液体做功的NB和MB。简单表示为：

整理ppt三偶合器与柴油机的共同工作特性

1.确定偶合器与柴油机共同工作的条件柴油机输给偶合器泵轮的净力矩特性曲线Md-nd、偶合器的原始特性、有效直径D及工作液密度ρ。在此基础上可作出偶合器与柴油机匹配的合理程度。2.共同工作的联合输入特性当柴油机与偶合器之间用刚性联结时，柴油机的输出净力矩是主动力矩，偶合器泵轮力矩是阻力矩，也就是动力机的负载。因此，按相同比例，将柴油机输给偶合器B轮的净力矩特性与偶合器的负载特性曲线绘制在同一个坐标系中，就可得到其共同工作的联合输入特性曲线（如图4-18所示）。整理ppt三偶合器与柴油机的共同工作特性图4-18偶合器与柴油机共同工作的联合输入特性曲线整理ppt

设偶合器在i0~imax(0~1)范围内的负荷特性曲线与柴油机在全程调速下的净力矩特性曲线的交点分别为1，2，3，…n…和1,2,3’,4’…n’…，则只有这些交点才能满足（或达到）主动力矩和负载力矩的相互平衡，从而保证柴油机与偶合器稳定运转。我们就把偶合器的负荷特性曲线与柴油机输出的净力矩特性曲线的交点就称为两者共同工作时的工况点或称为工作点。两者在任何工况下，都必须在相应的工况点下工作。由于在i0~imax范围内可作出无数条负荷特性曲线，故其共同工作的工况点也就有无数个。

（1）当柴油机油门全开时，柴油机的调速特性是有点1-2-3-4-5组成的曲线，这时两者共同工作时的工况点范围实际上是1，2，3，4，5点连成的曲线。

2.共同工作的联合输入特性整理ppt（2）当柴油机供油手柄处在最小与最大油门之间的任一确定位置时，由于柴油机的全程调速，故柴油机将要在转速n1下工作。此时的调速特性曲线为1，2，3’，4’，5’点的连线，这时柴油机与偶合器共同工作的工况点范围就是上述这些点的连线。当然，对于某一确定的工况，那么其共同工作的工况点也是某一确定的一个交点，如：假定此时偶合器的工况为i=i3，柴油机油门为n1对应下的位置。那么此种工况下的联合工作工况点就是交点4’。其它类似。

（3）共同工作的联合输入特性由于偶合器的原始特性λB-i曲线可以推出偶合器的负荷特性曲线MB-nB曲线，然后再将MB-nB与柴油机的净力矩特性曲线Md净-nd绘制在同一坐标系中。

2.共同工作的联合输入特性整理ppt三偶合器与柴油机的共同工作特性3.共同工作的联合输出特性

（1）联合输出特性偶合器与柴油机共同工作的联合输出特性是指当柴油机油门全开时，偶合器T轮轴上的输出力矩-MT、输出功率NT和效率等与T轮转速nT之间的关系。它可以用计算或作图两种方法求出。（2）计算法作联合输出特性曲线方法是，从共同工作的联合输入特性曲线上，查得共同工作时的各工况点下的i，MB，nB等参数，然后，按以下公式计算出各个相对应的值，列于表4-1内，以nT为横坐标，以计算出的其余各个参数为纵坐标，描点连线即可得到如图4-20所示的联合输出特性曲线。第12周周1整理ppt3.共同工作的联