203915. lajstromszámú szabadalom • Energiaátalakító kapcsoló egység
1 HU 203 915 A 2 A találmány tárgya energiaátalaldtó kapcsolóegység, nagy lengőtömegű forgómozgást végzó géprészek, pl. ipari centrifugák forgódobjai és az azokat mozgató hajtóegységek, pl. hajtómotorok közötti összeköttetés megvalósítására, amely fémből, előnyösen acélból készült házat, a ház belső terében lévő forgáspalásttal határolt és a külső környezettől elzárt munkatérben elhelyezkedő, munkafelületükkel egymás felé néző primer profilos tárcsát és szekunder profilos tárcsát, valamint a munkatérbe betöltött közvetítőközeget tartalmaz, a ház külső felülete adott esetben hűtőfelülettel, pl. hűtőlapátokkal van ellátva, a primer profilos tárcsa a házzal együtt a hajtómotor tengelyéhez van hozzáerősítve, a szekunder profilos tárcsa pedig a forgómozgást végző géprésszel van összeköttetésben. A nagy lengőtömegű forgómozgást végző részegységekkel rendelkező berendezések ilyen részegységeinek forgásba hozatalára és a forgó tömeg lefékezésére több, általában összetett hajtóegység vált ismeretessé. Olyan hidrodinamikus kapcsoló ismerhető meg Dr. Vörös Imre: Gépelemek I. (Tankönyvkiadó, Budapest, 1973) 360-361. oldalán, amelynél a hajtómotor tengelye csak a szivattyúkerékkel van összeszerelve, a turbinakerék pedig a hajtott berendezésen kívül a házhoz is hozzákapcsolódik, így a szivattyúkerék a kapcsolóegység házán belül forog. A megoldás hátránya, hogy a tengelykapcsoló csúszásából származó hő gyorsan felmelegíti a munkatérben lévő folyadéktöltetet, ami a nagy hőmennyiséget nem tudja a még csak lassan forgó háznak átadni. Ha a hőegyensúly nem jön létre viszonylag rövid idő alatt, akkor a biztonsági szelep lép működésbe és a túlmelegedés elkerülése végett a folyadéktöltet kiengedésével megszünteti a kapcsolatot a hajtott és a hajtó oldal között. A szakaszos üzemű ipari centrifugák üzemi jellemzője a gyakori indítás és leállás, amely ebben az esetben is nagy lengő tömegek forgatásáról lévén szó, meghatározza a hajtóberendezés fajtáját. Az ipari centrifugáknál is elterjedten alkalmaznak hidrodinamikus tengelykapcsolókat. Itt a megoldások egy csoportjában a fékezési szakaszban történő még intenzívebb hőképződés miatt csak a forgódob felgyorsításában és stacioner forgási szakaszában van szerepük, a fékezést mechanikus szerkezeti elemekkel oldják meg. A mechanikus fékek használata azonban nagy súrlódófelületet igényel, a találkozó fékező felületek pontossága, a fékezéskor keletkező hő elvezetése miatt több problémát hordoz. Hátrányos az is, hogy a fékezéskor itt melegszikraképződés veszélye áll fenn, ami egyes alkalmazási területeken megengedhetetlen. A hidrodinamikus tengelykapcsolók alkalmazhatóságának kiterjesztésére fejlesztették ki az ún. „merülőcsöves” tengelykapcsolókat, amelyek munkaterében a folyadéktöltet mennyisége folyamatosan változtatható. A konstrukció előnye, hogy a nagy igénybevételű indítási és fékezési szakaszban a folyadéktöltet mennyiségével szabályozható az átvitt nyomaték. Előnyös az is, hogy a folyadéktöltet egy külső segédberendezésen történő átáramoltatásával kedvezően hűthető. Hátránya azonban, hogy a tengelykapcsoló kialakítása bonyolult, segédberendezések, pl. szivattyú, hőcserélő, folyadéktartály szükségesek, ami a költségeket növeli, és a segédberendezések használata miatt a meghibásodás valószínűsége is emelkedik. Léteznek olyan állandó töltésű hidrodinamikus tengelykapcsolók is, amelyeknél külső hűtőlapátozatot helyeznek el a meghajtóegység tengelyéhez rögzített házra. A folyamatosan forgó hűtőlapátok kedvezően befolyásolják a hűtést. Hátrányuk azonban, hogy az általánosan elterjedt nagy felületű lapátozással bíró szivatytyúkerék és turbinakerék miatt a nagy lengő tömeget - fékezésénél intenzíven keletkező és a folyadéktöltetben felhalmozódó veszteséghőt - csak jelentősen túlméretezett tengelykapcsoló és hűtőlapátozás mellett képesek a környezetnek átadni. Ez a költségnövekedés mellett pedig - a légellenállás miatt - még a hatásfokot is rontja. A fentiekben bemutatott tengelykapcsolók ismerhetők meg dr. Füzy-dr. Kovács-Tánczos-Somogyi: „Áramlástechnikai gépek és üzemtanúk” (Tankönyvkiadó, Budapest, 1969) c. egyetemi jegyzetéből. Ismert olyan megoldás is, amelynél a hidrodinamikus tengelykapcsoló zárt tokozásban van elhelyezve, amelyen víz áramlik keresztül. Ez előnytelen a berendezés működése szempontjából, mert a vízben forgó ház csak járulékos veszteséggel tudja hajtási feladatát ellátni, emellett a berendezés felépítése bonyolult, karbantartásigényes és a segédberendezések kiszolgálása külön feladatot jelent. A mechanikus féket alkalmazó konstrukciókat kivéve nehézséget okoz a hajtómotorok lassítási szakasz közbeni túlterhelése is. Ekkor ugyanis a hajtómotor fordított polaritásra kapcsolva visszafelé forog, illetőleg hagyományos lapátkialakítás esetén csak forogna. A nagy tehetetlen tömegű hajtott oldal ugyanis forgásban tartja a turbinakereket, ami a folyadéktöltet közreműködésével az eredeti irányba próbálja forgatni a szivattyúkereket, és így a hajtómotort is. Ha ez az időszak túlságosan hosszú, akkor a hajtómotor is túlmelegedhet és tönkremehet. A találmánnyal célunk az ismert megoldások hátrányainak kiküszöbölése, és olyan energiaátalakító kapcsolóegység létrehozása volt, amely nagy tehetetlenségű, forgó mozgást végző géprészek gyorsításán túlmenőén a fékezési szakaszban - a motor fékező üzemállapotában - a szükséges mértékű lassítást a hajtómotor túlterhelése nélkül úgy tudja elérni, hogy a csúcs- hőmennyiségeket állandó és zárt folyadéktöltet mellett akkumulálva a hőt folyamatosan a környezetének át tudja adni. Célul tűztük ki továbbá, hogy a kapcsolóegység egyszerű felépítésű legyen és segédberendezések használata nélkül megfeleljen azoknak a követelményeknek, amelyek a hajtómotor fékezés közbeni védelmét szolgálják. A találmány szerinti kialakításhoz az a felismerés vezetett, hogy ha a nagy lengőtömegű forgómozgást 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
