Hidrodinamikus
tengelykapcsoló
A
hidraulikus tengelykapcsoló lényegét legegyszerűbben közönséges ventilátorokkal
lehet érzékeltetni. Állítsunk szembe két ventilátort. Az egyiket kapcsoljuk
a villamos hálózatra, a másikat ne. A forgásba jövő ventilátor levegőt
fúj a másikra, amelyik - mint egy szélkerék - szintén forogni kezd. Esetünkben
a "szélkerék" fele olyan gyorsan forog, mint a ventilátor. A rajta lévő
villamos motor most, mint egy generátor, áramot tud termelni! Egy hozzá
kapcsolt kis izzó talán még világítana is.
Az egyik ventilátorból tehát teljesítmény
adódik át a másikra. A közvetítő elem az áramló levegő. Természetesen a
levegő maximum csak akkora forgatónyomatékot ("erőt") tud átadni, mint
amekkorával őt a ventilátor meglódította. Mivel azonban a "szélkerék" sosem
tud olyan gyorsan forogni, mint a ventilátor, a generátor teljesítménye
mindig kisebb, mint amekkorát a ventilátor felvesz.
Ezek
után képzeljük el, hogy az ábrán látható különleges "tányért" vízzel megtöltjük,
majd elkezdjük forgatni. A lapátok miatt a víz is forogni kezd a tányérral
együtt. A centrifugális erő hatására minden vízrészecske elindul sugárirányban
a kerület felé, ahol szintén van (volt) vízrészecske. Az eredetileg ott
lévő vízrészecske ugyanis - a tányér pereme miatt - nem tud sugárirányban
(vízszintesen) elmozdulni, viszont a mögötte lévő részecske nyomja. Emiatt
a fal mellet lévő részecske fölfelé (függőlegesen) kénytelen elmozdulni,
azaz kilép a tányérból. Az őt kiszorító részecske természetesen ugyanerre
sorsra jut az őt követő részecske hatására. Ez a folyamat tart mindaddig,
míg az utolsó vizcsepp is ki nem repül a tányérból. A rajz mutatja, hogy
az éppen kirepülő részecske ferde irányban hagyja el a tányért - legalább
is így látja a külső szemlélő ( c abszolút
sebesség). Ugyanis az előző pillanatban még együtt forgott a tányérral
( u kerületi sebesség), viszont a tányérhoz
képpest függőlegesen volt kénytelen kilépni (lapáthoz viszonyított w
sebesség), s a két relatív sebesség eredője az abszolút sebesség.
Ezek után vegyünk két egyforma "lapátkereket",
s állítsuk őket szembe egymással. Hogy a folyadék ne fröcskölődjön szanaszét,
ezért a két lapátkereket burkoljuk be például úgy, ahogy az az ábrán látható:
az Sz
jelzésű kerékhez hozzáerősítünk egy lemezburkolatot, aminek
a közepén kibúvik a T jelzésű kerék tengelye.
Ez már egy valóságos hidrodinamikus tengelykapcsoló.
Itt is feltüntettük a sebességvektorokat a perspektívikus ábrán is, meg
külön felülnézetben is. Az utóbbi rajzon a fekete vonalak jelzik a lapátokat.
Figyeljük meg a vektorokat. A turbinalapát u
kerületi sebessége kisebb, mint a szivattyújé, a pillanatnyi áttétel tehát
kissebb az egynél: iH < 1. Fontos megjegyezni, hogy
a szivattyúból kilépő folyadék c abszolút
sebessége változás nélkül éri el a turbinát, mivel nincs közben semmi,
ami módosíthatná az irányát. A turbinába való belépést vizsgálva tehát
megállapíthatjuk, hogy a c - u
= w lapáthoz viszonyított sebesség
ferdén, azaz ütközéssel lép be a lapátok közé, azaz a lapátok közötti cella
külső részébe..
A turbinakerékbe belépő folyadékrészecske
szemben találja magát az ott lévő részecskével, ami - a turbinakerékben
meglévő centrifugális erő miatt - szintén ki szeretett volna lépni a kerékből.
Csakhogy a turbina a szívattyúnál lassabban forog, így kisebb a centrifugális
erőtér, ezért a szívattyúból érkező részecske győz: befelé szorítja a turbinában
lévő folyadékrészecskét, ami az utána nyomuló újabb részecskék miatt kénytelen
mind jobban megközelíteni a cella tengelyhez közeli részét, maga előtt
nyomva az ott lévő folyadékrészecskéket. Az eredmény: a folyadék kilép
a turbinakerékből, s átlép (visszalép) a szivattyúkerékbe. Az alsó átlépéshez
(ki- és belépéshez) tartozó vektorokat szintén megrajzolhatjuk.
Amint a baloldali ábrán láthatjuk,
összesen négy vektorháromszög megrajzolására van szükség: szívattyú be-
és kilépés, turbina be- és kilépés. Az ábrából az is kiderül, hogy a kerületi
sebességek léptékarányos megrajzolásához ismerni kell a tengelyek távolságát
a be- és a kilépések helyétől.
A perspektívikus ábrán az u
vektorokat még könnyen megrajzolhatjuk léptékarányosan, a többi vektort
azonban már nem.
Ehhez a folyadékrészecskék útját kell
követni, és a megfelelő pillanatokban "pillanatfelvételt" készítünk a cirkulációs
kör középpontjából a részecskéről, majd ezeket a felvételeket sorba rakjuk.
De úgy is felfoghatjuk, hogy a turbinalapátozást
felfelé kiforgatjuk, majd vízszintesen beforgatjuk a papír síkjába. Ezek
után már csak azt a négy vízszintes egyenest kell meghúzni a be-
és a kilépő éleknél, amelyekre majd a kerületi sebességek vektorát felrajzoljuk,
ahogy azt az alábbi ábra szemléletesen mutatja.

A jobboldali ábra mutatja a
folyadék útját: a szívattyúba belépő folyadék távolodik a tengelytől, majd
kilép a cellából, s belép a turbina külső élénél. A turbinában halad "lefele",
egészen a kilépő élig, ott átlép a szívattyúba, s folyamat folytatódik
Az alábbi ábra mutatja a megrajzolt
sebességvektorokat iH= 0,6 pillanatnyi áttétel mellett.
Nézzük
meg a módját, hogyan kell elvégezni a szerkesztést.
Ezek után nézzünk meg egy kis filmecskét.
Érdekes a hidrodinamikus "tengelykapcsolónak"
tartós
fékként (retarder) való alkalmazása (jobb oldali ábra).
Itt arról van szó, hogy ezt a szerkezetet
a sebességváltó és a differenciálmű közé építik be (vagy magába a sebességváltóba)
úgy, hogy a "turbinakereket" a házhoz rögzítik.
Vagyis az a nyomaték, ami a szivattyúkerékre
hat, a házra tevődik át, amit természetesen nem tud forgatni. Ezt a nyomatékot
a szivattyúkerék a jármű haladásától kapja, vagyis fékezi a járművet, hasonlóképp,
mint a motorfék. Erre általában hosszú lejtmenetben van szükség. A fékezés
megkezdéséhez fel kell tölteni a retardert folyadékkal, a kikapcsolásához
üriteni kell a szerkezetet. Ez azt is jelenti, hogy üzemi fékként szóba
sem jöhet.
|