Форма лопаток. Лопатки, рассчитываемые на широкий диапазон изменения условий натекания жидкости на входе, обычно образуются профилем обтекаемой формы, при котором сопротивление протеканию жидкости минимально. Строго говоря, каждому направлению движения жидкости на входе должен соответствовать свой оптимальный профиль; однако обычно применяются компромиссные конструкции профиля, которые имеют полукруглую форму на входе, а затем постепенно становятся все тоньше и заканчиваются почти острой кромкой на выходе. Профиль проходит вдоль средней струйки от пересечения этой струйки с входной кромкой лопатки до ее пересечения с выходной кромкой. Однако многие современные конструкции позволяют получить хорошие результаты при тонких лопатках, имеющих на всей длине одинаковую толщину; такие лопатки выполняются или из листового материала, или литыми во всех или в некоторых элементах гидротрансформатора.

Рис. 1. Обтекаемый профиль лопатки:
1 и 5 — касательные к средней линии профиля; 2 — угол выхода; 3 — средняя линия профиля; 4 — угол входа.

Характеристики гидротрансформатора. Главные характеристики гидротрансформатора представлены на рис. 2. Крутящий момент на ведомом валу достигает максимума при трогании (т. е. при неподвижном ведомом вале); этот момент практически пропорционален квадрату числа оборотов в минуту колеса насоса. Гидротрансформаторы для легковых автомобилей обычно проектируются на коэффициент трансформации при трогании от 2 до 2,5**. В одноступенчатых гидротрансформаторах можно получить и более высокий коэффициент трансформации. Однако для получения высоких крутящих моментов, необходимых для преодоления длинных и крутых подъемов, нерационально полагаться на один лишь гидротрансформатор, так как к. п. д. гидротрансформатора при высоком коэффициенте трансформации весьма низок; кроме того, это вызывало бы опасность перегрева. Для удовлетворительной работы автомобиля в таких условиях движения гидротрансформатор необходимо дополнять замедляющей шестеренчатой передачей; при наличии такой передачи гидротрансформатор не должен работать на режиме высокого коэффициента трансформации. Кроме того, гидротрансформаторы обычно проектируются с умеренным коэффициентом трансформации при трогании, потому что при самых высоких скоростях движения автомобиля они работают как гидромуфты, а к. п. д. при работе на режиме гидромуфты уменьшается с увеличением коэффициента трансформации при трогании. Это объясняется тем, что Для получения высокого коэффициента трансформации при трогании с места лопатки турбины и реактора должны быть сильно изогнуты, а чем они сильнее изогнуты, тем большее сопротивление они оказывают движению потока жидкости в то время, когда агрегат Работает на режиме гидромуфты. Одноступенчатые гидротрансформаторы могут применяться в тех случаях, когда необходимо иметь коэффициент трансформации от 2 до 4, двухступенчатые — от 3 до о и трехступенчатые — от 4,5 до 6.

Рис. 2. Характеристики обычного трехэлементного гидротрансформатора:
1 — коэффициент трансформации, 2 — к п. д. гидротрансформатора; 3 — расчетная точка; 4 — к. п. д. гидромуфты; 5 — точка перехода на режим гидромуфты.

Зависимость к. п. д. от отношения скоростей вращения. Когда автомобиль еще Стоит, к. п. д. гидротрансформатора, естественно, равен нулю, поскольку скорость вращения турбины и мощность на ведомом валу равны нулю. К- п. д. становится равным нулю также и тогда, когда нет нагрузки, т. е. когда турбина вращается вхолостую, так как при отсутствии момента на ведомом валу полезная мощность равна нулю.

По мере увеличения скорости вращения турбины к. п. д. гидротрансформатора увеличивается и достигает максимального значения в так называемой расчетной точке, которую конструктор может выбирать более или менее произвольно. Максимальный к. п. д. обычно достигает 85—90% и зависит от числа ступеней, числа и чистоты обработки лопаток, углов входа и выхода и т. д. При определенном соотношении скоростей вращения, известно под названием «точки сцепления», крутящий момент на ведомом валу снижается до величины крутящего момента на ведущем валу; таким образом, коэффициент трансформации становится равным 1. В этой точке, соответствующей равенству крутящих моментов, момент на реакторе становится равным нулю, а при более высоких скоростях вращения турбины, когда момент на ведомом валу становится меньше, чем на ведущем, жидкость создает момент на реакторе, действующий в обратном направлении, и стремится повернуть реактор в том же направлении, в котором вращаются колесо насоса и турбина.

Гидродвижущая сила. Основной силой, создающей циркуляцию жидкости в гидротрансформаторе, является центробежная сила. Поскольку она создает ток жидкости, то ее действие аналогично электродвижущей силе в электрических генераторах, и поэтому она может быть названа гидродвижущей силой. Вначале, при неподвижной турбине, центробежная сила, создаваемая вращающимся колесом насоса, является эффективной гидродвижущей силой, и интенсивность циркуляции жидкости прямо пропорциональна этой гидродвижущей силе и обратно пропорциональна общему сопротивлению движению жидкости. К сожалению, в противоположность условиям, имеющим место в электрических цепях, сопротивление не только не является постоянным, но изменяется в широких пределах в зависимости от передаточного отношения. Сопротивление следует разделить на два разных вида: сопротивление движению жидкости и ударное сопротивление.

После того как турбина начала вращаться, она также создает центробежную силу, действующую на жидкость, находящуюся в турбине. Эт сила так же, как и создаваемая колесом насоса, направлена по радиусу от оси вращения, но, поскольку эта сила образуется в так называемой «возвратной» части круга циркуляции, сна действует как противогидродвижущая сила, которая стремится остановить циркуляцию жидкости Именно по этой причине при заданной скорости вращения колеса насоса интенсивность циркуляции так же, как и крутящий момент на турбине, обычно получаются наибольшими при неподвижной турбине. С увеличением скорости вращения турбины противогидродвижущая сила возрастает- эффективная гидродвижущая сила всегда равна разности между центробежными силами, создаваемыми колесом насоса и турбиной.

Потери при циркуляции жидкости. Сопротивление движению жидкости в гидротрансформаторе сходно с сопротивлением движению жидкости в трубе. При движении в трубе происходят потери напора жидкости, которые зависят не только от скорости потока и диаметра трубы, но и от изгибов трубы и изменений ее поперечного сечения, например в местах присоединений. Подобно этому в гидротрансформаторе потери потока увеличиваются от того, что жидкость должна следовать изгибам поверхности профиля лопаток и меридионального сечения тора, а также от того, что площадь поперечного сечения круга циркуляции жидкости в общем изменяется от входа до выхода каждого элемента гидротрансформатора, и в особенности в точках перехода от одного элемента к другому. Вызываемые этим потери, с одной стороны, зависят от скорости потока, а с другой — ст формы и размеров круга циркуляции. В процессе разгона, когда скорость вращения турбины увеличивается, скорость движения жидкости и потери уменьшаются.

Потери на удар. Потери на удар происходят вследствие того, что на большинстве режимов направление потока жидкости при входе на колеса гидротрансформатора не параллельно направлению лопаток на входе, так что вместо того, чтобы плавно входить в каналы, образованные лопатками, жидкость наталкивается на лопатки. Это приводит к ударам и потерям, которые пропорциональны квадрату разности между окружной составляющей абсолютной скорости жидкости на входе и окружной скоростью входной части лопатки.

Рис. 3. Треугольники скоростей жидкости на входе и выходе колеса насоса.

Рис. 4. Треугольники скоростей жидкости на входе и выходе турбины.