泵轮工作特性分析

1.泵轮在液力变矩器中的作用

（1）泵轮旋转时，由于叶片对液流的作用，使液体产生圆周运动（牵连运动）速度uB和沿叶片间通路的相对运动速度wB，合成为绝对速度vB。

（2）由于液流进入叶片和流出叶片的绝对速度在数量和方向上的变化，使液体的动量矩发生变化。液流动量矩的变化是由于泵轮上的转矩MB通过叶片对液流作用的结果。

（3）由发动机输入液力变矩器的功率，通过泵轮叶片对液流的作用，将机械能变为液体液能，并以能头HB表示。液体能的能头HB由两部分组成，一部分是速度能（动能），它是由液体绝对运动的速度增高来表示的；另一部分是压能，它由牵连运动（圆周运动）的离心压力和相对运动中由于截面的变化所引起的速度变化最终引起压头的变化。

下面通过对泵轮叶片入口和出口处液流速度三角形的分析，来建立上述参数变化的数量关系。

2.泵轮入口和出口处的速度三角形

液体在泵轮叶片入口处和出口处的速度三角形，实际上是指入口处液流尚未进入叶片前和出口处液流刚离开叶片后的速度三角形，如图13.1.3所示。

液体的牵连运动是旋转运动，因此牵连运动速度uB的方向为圆周的切线方向，其大小与旋转速度nB以及叶片入口和出口处的半径RB1和RB2有关。入口和出口处的牵连速度分别为）

图13.1.3　泵轮叶片入口处和出口处的速度三角形

液体在叶片入口和出口处的相对速度方向沿叶片骨线方向，数值为

式中，aB1，aB2——入口、出口处叶片流道间的最短距离；

bB1，bB2——轴面上流道的宽度；

zB——泵轮的叶片数。

泵轮叶片入口和出口处的绝对速度为上两速度的矢量和，即

其数值可按下式计算

绝对速度是一个空间速度，通常把它按轴面和圆周运动的切向分解，因而得到两个互相垂直的分速度vmB和vuB，即

其中，轴面分速度vm的方向与轴面上的中间流线相切，其数值等于

式中，ψB1，ψB2——泵轮入口处和出口处截面阻塞系数；

FB1，FB2——泵轮入口处和出口处与轴面速度相垂直的流道截面积。

圆周分速度vu的方向与牵连速度u的方向一致，其大小由速度三角形可知：(www.xing528.com)

在无叶片区段液流的动量矩不变，则

为减少液流在工作流道内流动的扩散和收缩损失，应尽可能在设计中保证所有液流通过的截面相等，因此轴面分速度vmB2和vmB1是接近相等的。但是牵连速度uB却随半径RB的增大而增大，即当RB2＞RB1，有uB2＞uB1，因此泵轮出口处的绝对速度一般大于入口处的绝对速度，即vB2＞vB1。这说明液流通过泵轮叶片间流道后，液流的绝对速度增大了。

3.泵轮叶片与液流相互作用的转矩

液体在泵轮叶片的作用下，动量矩发生了变化，液体由叶片入口至出口，动量矩增大，其原因是泵轮上转矩MB作用的结果。根据泵轮与液体相互作用的转矩关系式，有

4.泵轮中能量的转换及获得的能头

泵轮通过叶片对液体的作用，将发动机传来的机械能变为液体的液能，其表现的形式为叶片出口处液流的总能头HB2高于入口处的总能头HB1，两者之差HB即为在泵轮作用下液流增加的能头。

根据欧拉方程，可得

将vuB1=vuD2RD2/RB1代入，得

5.泵轮的能头特性

上述有关泵轮中液流速度、转矩和能头的分析，都是假定在泵轮转速nB不变，液力变矩器的速比i确定，并且涡轮转速nT和循环圆中的循环流量Q也是确定的情况下得到的。当液力变矩器工况变化时，将引起上述液流速度、转矩和能头的变化。例如，对向心式液力变矩器而言，循环流量Q随着速比i增大而减小。

通常，把液力变矩器泵轮能头HB与转矩MB随循环流量Q而变化的特性，称为泵轮的能头特性和转矩特性。

对泵轮能头公式，当给定液力变矩器，其截面积AB2和AD2是已知数，不考虑流动偏离时，叶片出口角度βB2和βD2也是已知数，当转速nB一定时，对应uB2和uB1也是已知数。

泵轮能头公式展开，有

此时能头公式可改写为

式中，A，B——已知常数。其中A为正值；由于一般泵轮叶片后倾，即cotβB2＜0，而导轮出口角前倾，即cotβD2＞0，此时B为负值，即泵轮能头HB随循环流量Q的增大而减小。

同理，对泵轮转矩公式，对给定液力变矩器展开有

此时转矩公式可改写为

式中，A、B——已知常数。

式（13.1.20）表明，泵轮转矩MB与循环流量Q之间的关系为一条经过坐标原点的抛物线。