Hydrodynamická spojka

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Hydrodynamická spojka - schema (vlevo čerpadlo, vpravo turbína)

Hydrodynamická spojka je konstrukčně nejjednodušší hydrodynamické zařízení k přenosu kroutícího momentu.[1][2] Je využívána v různých oblastech dopravy jako alternativa k mechanické spojce. Její využití se neomezuje jen na silniční a kolejová vozidla, ale nachází uplatnění i v lodní dopravě, u nejrůznějších přepravních mechanizmů, stavebních strojů a dalších zařízení, kde je požadován plynulý rozběh i se zátěží. Hydrodynamické spojky se vyrábějí v různých velikostech dle přenášeného momentu, resp. výkonu, který se pohybuje řádově v rozmezí jednotek až tisíců kilowattů. Na rozdíl od hydrodynamického měniče nezvyšuje kroutící moment.

Vznik a vývoj[editovat | editovat zdroj]

Hydrodynamickou spojku vynalezl Dr. Hermann Föttinger, vedoucí konstruktér loděnic Vulcan ve Štětíně, tehdy ještě v Německu.[3] Jeho patent z roku 1905 obsahoval hydrodynamickou spojku i hydrodynamický měnič.

V roce 1930 zkonstruoval Harold Sinclair, zaměstnanec společnosti Daimler company, planetovou převodovku s hydrodynamickou spojkou. Jeho cílem bylo odstranit trhavé rozjezdy autobusů, které sám zažil ve 20. letech při pobytu v Londýně.[3]

V roce 1939 představila společnost General Motors převodovku hydramatic – první zcela automatickou převodovku (s hydrodynamickou spojkou) použitou u sériově vyráběných automobilů.[3]

První motorovou lokomotivu s převodovkou se dvěma měniči a jednou hydrodynamickou spojkou navrhnul Föttinger již roku 1926, tento projekt se ale neuskutečnil. [4]

Vlastnosti[editovat | editovat zdroj]

Hydrodynamická spojka má několik vlastností, které určují její použití:[1]

Výhody
  • moment i otáčky na vstupní i výstupní straně nemohou překročit určité meze dané vlastnostmi kapaliny a konstrukcí dané spojky
  • výstupní moment lze regulovat množstvím náplně
  • spojka díky své konstrukci tlumí rázy a výkyvy v zatížení a kmitání torzního charakteru
  • umožňuje hladký rozeběh
  • při paralelním spojení motorů pohánějících společný výstupní hřídel vyrovnává spojka jejich zatížení
  • vysoká účinnost - až 97-98%
Nevýhody
  • nižší účinnost ve srovnání s mechanickou spojkou
  • ohřev náplně při vysokém zatížení

Konstrukce[editovat | editovat zdroj]

Hydrodynamická spojka pohonu ventilátoru lokomotivy ČME3:
1. výstup
2. turbína
3. čerpadlo
4. skříň (těleso)
5. skříň spojky kompresoru

Hydrodynamická spojka je složena ze tří základních částí:

  • Skříň, která musí být dostatečně těsná proti úniku kapaliny, zejména v oblasti prostupu hřídelů
  • Čerpadlo
  • Turbína

Kapalina se v lopatkách čerpadlového kola dostává vlivem odstředivé síly k jeho vnějšímu okraji. Zde přechází do lopatek turbíny. Pokud má turbína jiné otáčky, než čerpadlo, dochází k silovému působení proudící kapaliny na lopatky v obvodovém směru a tím ve výsledku k přenosu kroutícího momentu. Kapalina zbrzděná v lopatkách turbíny proudí směrem k hřídeli. V principu může spojka přenášet výkon oběma směry, čili lze ji použít i k brzdění motorem. Zvláštním případem spojky je spojka s pevným turbínovým kolem. Taková spojka se nazývá hydrodynamická brzda. Spojka může být naplněná kapalinou částečně nebo úplně. Tím se mění velikost přenášeného momentu.

Skluz[editovat | editovat zdroj]

Hydrodynamická spojka musí mít na výstupu vždy nižší otáčky, než na vstupu, jinak kapalina ve spojce neproudí a spojka nepřenáší žádný moment.[5] Proto nemůže hydrodynamická spojka pracovat se 100% účinností. Ztráty způsobené třením v kapalině a turbulencemi se mění na teplo.

V optimálním případě dosahuje účinnost spojky 94 % - to znamená, že otáčky na výstupu dosahují 94 % otáček na vstupu. Podobně jako u jiných hydrodynamických zařízení má účinnost tendenci stoupat se vzrůstající velikostí, jak udává Reynoldsovo číslo.

Přenosová kapalina[editovat | editovat zdroj]

Jelikož toto zařízení využívá kinetické energie kapaliny, je žádoucí, aby tato kapalina měla nízkou viskozitu.[5] Obecně je možné použít motorový olej nebo hydraulický olej. S vyšší hustotou kapaliny se zvyšuje i velikost momentu, který je možné spojkou přenést. Kromě olejů se v některých případech využívá i voda, ale ta má nevýhodu v problematickém těsnění ložisek, do kterých nesmí voda proniknout.[6]

Hydrodynamická brzda[editovat | editovat zdroj]

Jak již bylo zmíněno výše, hydrodynamickou spojku s pevnou (neotočnou) turbínou lze využít k brzdění. Tato aplikace se nazývá retardér.[7] U retardéru je nutné zajistit dostatečný odvod vzniklého tepla.

Aplikace[editovat | editovat zdroj]

Průmysl[editovat | editovat zdroj]

Hydraulické spojky nacházejí uplatnění všude tam, kde je nutné zajistit velmi plynulý rozběh nebo velmi mírnou reakci na proměnné zatížení. [8][9]

Kolejová doprava[editovat | editovat zdroj]

Hydrodynamické spojky jsou použity v některých motorových lokomotivách a vozech, nejčastěji spolu s hydrodynamickým měničem (měniči) pro jednotlivé jízdní stupně v hydrodynamických převodovkách. U některých motorových vozů a jednotek jsou součástí automatických převodovek.

Silniční vozidla[editovat | editovat zdroj]

Hydrodynamické spojky byly součástí poloautomatických a automatických převodovek až do konce 40. let 20. století, kdy byly vytlačeny měniči. Dodnes se často používá v pohonu chladicího ventilátoru chladiče motoru pro zajištění optimální provozní teploty - skluz spojky a tím otáčky a příkon ventilátoru jsou regulovány v závislosti na teplotě chladicí kapaliny.

Letectví[editovat | editovat zdroj]

Nejznámější bylo použití u motoru Wright R-3350 se systémem Turbo-Compound. Tento systém se skládal ze tří turbín poháněných výfukovými plyny, které byly prostřednictvím hydrodynamické spojky připojeny na klikový hřídel motoru. Cílem bylo zvýšení účinnosti motoru využitím energie výfukových plynů.[10]

Výroba[editovat | editovat zdroj]

Hydrodynamická spojka představuje poměrně jednoduchý výrobek. Čerpadlo i turbína mohou být odlity z hliníkové slitiny nebo lisované z oceli, skříň může být odlévaná nebo kovaná.

Související články[editovat | editovat zdroj]

Logo Wikimedia Commons Obrázky, zvuky či videa k tématu Fluid couplings ve Wikimedia Commons

Zdroje[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Fluid_coupling na anglické Wikipedii.

  1. a b Popis spojky v návodu k cvičením VŠB v Ostravě
  2. Fluid coupling encyclopedia2.thefreedictionary.com
  3. a b c Light and Heavy Vehicle Technology, Malcolm James Nunney, p 317 (Google Books link)
  4. Illustrated Encyclopedia of World Railway Locomotives, Patrick Ransome-Wallis, str. 52 a následující (ISBN 0-486-41247-4, 9780486412474 Google Books link)
  5. a b Why is the output speed of a turbo coupling always lower than the input speed? – Proč je výstupní rychlost vždy nižší než vstupní? na voithturbo.com z Voith - Fluid couplings FAQ
  6. Does the type of operating fluid influence the transmission behaviour? Má druh kapaliny vliv na přenos? na voithturbo.com z Voith - Fluid couplings FAQ
  7. Fluid couplings glossary voithturbo.com
  8. Industry/Sector Průmyslové a jiné využití hydrodynamických spojek na voithturbo.com
  9. Process Využití ve výrobním procesu na voithturbo.com
  10. Motor Wright R-3350 na stránkách o letounu Lockheed Super Constellation

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Popis spojky v učebním textu VŠB
  • Dančák Z.:Hydraulické spojky a měniče, bakalářská práce FSI VUT Brno, 2009on-line