[发明专利]一种提高可调式液力变矩器综合效率的叶片角优化方法

说明书

本发明提出了一种提高可调式液力变矩器综合效率的叶片角优化方法，本发明首先以EL9型液力变矩器为基型，通过数值模拟分析其能量损失的主要来源，确定叶片角优化的叶轮区域；其次，依据一元束流理论建立液力变矩器特性计算模型，采用小种群遗传算法对涡轮与固定导轮叶片角进行优化；最后，利用CFD技术对优化后的变矩器进行数值模拟，验证优化结果。结果表明优化后液力变矩器在低转速比工况范围内其平均效率比原型有明显提升，且泵轮力矩系数在全工况范围内小幅提升。

技术领域

本发明属于可调式液力变矩器技术领域，特别是涉及一种提高可调式液力变矩器综合效率的叶片角优化方法。

背景技术

可调式液力变矩器可在不改变原动机输入特性的前提下，实现输出转速与工作机负载特性的大幅度变化调节，通常与行星齿轮调速装置配合使用。其工作不依赖电源，可连续运行时间长，传动效率高，非常适用于锅炉给水泵与石油钻机等设备。可调式液力变矩器调速幅度大，工作中常见其在正负设计转速比之间大范围变化，单以设计转速比工况效率衡量其经济性能不符合实际情况，应考虑各转速比工况下的综合效率。液力变矩器的传动原理决定了，其不同转速比效率间存在此消彼长的关系，传统的以设计转速比效率高为目标的液力变矩器优化方案往往不能使各转速比工况综合效率达到最佳。此外，在提高变矩器效率的同时，尚需保证变矩器的泵轮力矩系数等参数满足设计要求，因此可调式液力变矩器的优化是一个多因素折中考量的问题，非常适合通过多目标优化方法来解决。

发明内容

本发明目的是为了提高液力变矩器的综合效率，提出了一种提高可调式液力变矩器综合效率的叶片角优化方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种提高可调式液力变矩器综合效率的叶片角优化方法，包括以下步骤：

步骤一、通过数值模拟确定可调式液力变矩器低转速比区间内能量损失产生区域；

步骤二、根据一元束流理论建立可调式液力变矩器特性计算模型，得到液力变矩器各特性参数；

步骤三、根据步骤二所得结果，采用小种群遗传算法对叶片角度进行优化；

步骤四、对优化结果进行数值模拟验证。

进一步地，所述步骤一具体为：

步骤1.1、将泵轮流道、涡轮流道、可调导轮流道与固定导轮流道组成液力变矩器循环圆；

步骤1.2、设定边界条件；

步骤1.3、计算液力变矩器性能的特性参数效率η，其与转速比i的关系为：

式中M_B为泵轮转矩，M_T为涡轮转矩；

步骤1.4、定义各叶轮流域的能量损失率ζ_i：

式中Q为循环流量，Δp_i为各叶轮流域总压损失；ρ为工作油密度，ω为泵轮角速度；

计算各叶轮能量损失率随转速比变化趋势；确定液力变矩器内能量损失主要发生区域为涡轮和固定导轮流域。

进一步地，所述设定边界条件具体为：

工作油密度ρ＝830kg/m³，动力粘度μ＝0.00664Pa·s，泵轮转速为n_B＝1492r/min，涡轮转速为n_T，不同工况转速比各叶轮内外环以及叶片表面均为无滑移壁面；液力变矩器内流场为四部分叶轮流域共同组成的首尾相衔的封闭流域，各流域之间数据通过交界面进行传递；采用单流道进行计算，将两侧流交界面设置为周期性边界条件。