涡轮工作特性分析

1.涡轮在液力变矩器中的作用

（1）当由泵轮流出的高速液流冲击涡轮叶片时，叶片将液流的液能转变为涡轮轴上的机械能。液流离开涡轮时，其能头降低，绝对速度在方向和数量上均发生变化。

（2）涡轮叶片改变液流的动量矩，使涡轮轴获得来自液流作用的转矩MT。

2.涡轮入口和出口处的速度三角形

液流在涡轮流道内的运动与泵轮一样，也是由在叶片间通路的相对运动和与涡轮一起的牵连运动所组成的。

液流在涡轮叶片入口和出口处的速度三角形如图13.1.4所示。

牵连运动速度uT的方向是圆周运动的切线方向，其值为

图13.1.4　涡轮叶片入口处和出口处的速度三角形

式中，nT，ωT——涡轮的转速和旋转角速度。

相对运动速度wT的方向与叶片断面的骨线方向一致，大小等于流量Q除以与相对运动速度方向垂直的流道截面积，即

式中，aT1，aT2——涡轮入口处和出口处叶片流道间的最短距离；

bT1，bT2——涡轮轴面上流道的宽度；

zT——涡轮的叶片数。

液流在涡轮叶片入口和出口处的绝对速度分别为

涡轮的绝对速度也是空间速度，它可分解为轴面分速度vmT1、vmT2及圆周分速度vuT1、vuT2。其中，轴面分速度vmT1、vmT2的方向与涡轮叶片的中间流线相切，大小等于流量Q除以与中间流线相垂直的截面积，即

绝对速度的圆周分速度vuT1、vuT2的方向为圆周运动的切线方向，大小等于

无叶片区液流的动量矩不变，故vuT1的大小还可通过下式得到：

由于液流通过涡轮叶片时，牵连运动的圆周运动速度由大变小，因此液流的绝对速度也逐渐变小。

唯一的特殊情况是当涡轮制动时，由于nT=0，液流的运动仅是沿工作轮流道的相对运动。如果叶片通路的断面面积不变，液流运动速度的大小就不会发生变化，但液流运动速度的方向改变了。(www.xing528.com)

3.涡轮叶片与液流相互作用的转矩

液流在冲击涡轮叶片时，由于液流速度在大小和方向上不断发生变化，因此动量矩也发生变化。

涡轮与液体相互作用的转矩关系式为

对于所研究的液力变矩器，vuT1RT1=vuB2RB2，因此上式可改写成

由速度三角形的分析，有

液流流经涡轮的动量矩减小，MT为负值，表示液体输出转矩。

4.涡轮中能量的转换及涡轮消耗的能头

液力变矩器工作时，涡轮由液流获得能量，并以机械能的形式传至能量消耗部分。

将vuT1=vuB2·RB2/RT1代入欧拉方程HT=（uT2vuT2-uT1vuT1）/g，得

HT常为负值，表示液体的能量降低。

5.涡轮的能头特性

上述有关涡轮中液流速度、转矩和能头的分析，也是假定在泵轮转速nB不变，液力变矩器的速比i确定，因而涡轮转速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。

把液力变矩器泵轮能头HT与转矩MT随循环流量Q和涡轮转速nT而变化的特性，称为涡轮的能头特性和转矩特性。

当给定液力变矩器，涡轮能头公式展开，有

在nT一定时，式中A、B为已知常数。

同理，对涡轮转矩公式，对给定液力变矩器展开，有

在nT一定时，式中A、B为已知常数。公式表明，涡轮转矩MT与循环流量Q之间的关系为一条经过坐标原点的抛物线。

涡轮的能头特性和转矩特性都包含有涡轮转速nT，随着涡轮转速nT的变化，循环流量Q随之变化，进而能头和转矩也发生变化。