G.P.M. Hof
Theory and Simulation of Fluid Couplings
Doctoraalopdracht,
Rapport 2004.TL.5658, Sectie Transporttechniek en Logistieke Techniek.
Op het gebied van de aandrijftechniek komt het dikwijls voor dat de
hoedanigheid van het vermogen dat door een bepaalde energiebron (motor)
wordt geleverd niet overeenkomt met de hoedanigheid van het vermogen dat door
de energieverbruiker (last) wordt verlangd. Om dit probleem te ondervangen kan
er gebruik gemaakt worden van een hydrodynamische koppeling om de
energietoevoer om te vormen naar de gevraagde vorm.
De belangrijkste onderdelen van een hydrodynamische koppeling, ook wel
vloeistofkoppeling genoemd, zijn twee schoepenraderen (een buitenrad
(pompwiel) en een binnenrad (turbinewiel)) en een schaal. Het pompwiel is
verbonden met de motor. Het koppel dat door de aandrijfmotor wordt
geleverd, wordt omgevormd naar de kinetische energie van de vloeistof. In
het turbinewiel, dat verbonden is met de aangedreven machine, wordt deze
kinetische energie weer omgevormd in mechanische energie. Het overgedragen
koppel is altijd gelijk aan het ingangskoppel.
Voor de bewerkstelliging van een verdere ontlasting van de aandrijfmotor, een
vloeiender start van de aangedreven machine en een beter rendement van het
aandrijfsysteem, kan de vloeistofkoppeling uitgerust worden met een
vertragingskamer en een ringkamer. Door toepassing van deze hulpkamers kan
de hoeveelheid vloeistof, die zorgdraagt voor de koppeloverdracht, tijdens
bedrijf aangepast worden.
De vaststelling van het nominale bedrijfspunt van een aandrijfsysteem (de
nominale bedrijfssnelheid en het nominale bedrijfskoppel) is relatief
eenvoudig. Ook de kwalitatieve opstartkenmerken van het aandrijfsysteem
kunnen zonder veel moeite geschat worden. Het is echter tamelijk complex
om de kwantitatieve kenmerken van het opstartverloop te bepalen, evenals
het dynamische gedrag van de gehele aandrijving. Het maken van een correcte
schatting van het opstartgedrag van het aandrijfsysteem is bijna ondoenbaar
zonder gebruik te maken van computersoftware.
Er is software, T-Cycle genaamd, beschikbaar om het gedrag van een
eenvoudig aandrijfsysteem te bepalen voor verschillende bedrijfskenmerken.
Deze software is echter niet geschikt voor gedetailleerde berekeningen van
de opstartkenmerken van het aandrijfsysteem. Daarom is er nieuwe software,
TurboSIM genaamd, ontwikkeld en geprogrammeerd. TurboSIM is in staat om
bedrij fskarakteristieken van een aandrijfsysteem, bestaande uit een
motor, een hydrodynamische koppeling, een tandwielreductor en een machine,
te simuleren. Deze elementen zijn met elkaar verbonden door middel van
assen en flexibele koppelingen. Door gebruik te maken van een dynamisch
model (met massa-, dempings- en stijfheidseigenschappen van alle
componenten van het aandrijfsysteem) kan de nieuwe software gebruikt
worden om het ontwerp van een aandrijfsysteem reeds in de ontwerpfase te
optimaliseren door middel van parametervariatie.
Verificatie van TurboSIM toont aan dat de kwalitatieve werking van de
nieuwe software voldoet. De validatie van de software is uitgevoerd door
een vergelijking te maken van simulatieresultaten met gemeten waarden van
een proefopstelling. Deze beoordeling laat zien dat er een significant
verschil is tussen de resultaten van de simulatie en de resultaten van de
proefopstelling. Het is zeer aannemelijk dat deze afwijking toe te
schrijven is aan een modelvereenvoudiging van de vloeistofverdeling
tijdens het opstarten van de koppeling.
Rapporten studenten Transporttechniek en Logistieke Techniek
Gewijzigd: 2004.06.20;
logistics@3mE.tudelft.nl
, TU Delft
/ 3mE
/ TT
/ LT.