Hidraulikus Váltó
Escolastico Hall
A hidraulika elsősorban a folyadk tulajdonsgaival s mrnki alkalmazsukkal foglalkoz rsztudomny. A nv, ahogy minden hidro-, hidra- előtag kifejezs is, a grg hdr (ύδωρ) szbl ered, amelynek jelentse 'vz'.[1] A hidraulika a vz mellett ltalban ms folyadk fizikai viselkedst is trgyalja, technikatrtnetileg, a gyakorlat szmra előbb ltezett, mint az elmleti ramlstan.A hidraulika egyik ga a hidrostatika, mely a nyugalomban levő folyadkon bell a nehzkeds ltal ltrehozott, a magassg szerint vltoz hidrosztatikai nyoms jelensgeit vizsglja.
A hidraulika egy msik terlete, a hidrodinamika a folyadkok egydimenzis (rvnymentes) ramlsval foglalkoz rsztudomny, amely a termszetes s mestersges vzfolysokban s ramlatokban vgbemenő fizikai folyamatokat s mrnki vonatkozsaikat vizsglja. Ennek megfelelően feladatai kz tartozik a permanens s nem permanens ramlsok, szivrgsok stb. felszngrbinek kiszmtsa, hőszennyeződsnek meghatrozsa, a beptett műtrgyak ltal, illetve rjuk kifejtett hatsmechanizmus feltrkpezse stb. Az ramlstan a folyadkok s gzok rvnylő mozgst is trgyalja. A termszetes vizek viselkedsvel foglalkoz tudomnyg a hidrolgia.
A hidraulika a folyadk kzvettsvel vgzett, hidraulikus gpekben (pl. hidraulikus kovcssajtban) alkalmazott erőtvitel mrnki megoldsaival is foglalkozik, ezekben sem a folyadk ramlsa, sem a hidrosztatikus nyomsa nem jtszik rdemleges szerepet.
A gyakorlatban hidraulika nven sokszor magt az erőgp vagy ms mechanikai szerkezet rszeknt alkalmazott erőtviteli rendszert rtik, pldul egy gpjrmű fkberendezsben, replőgp kormnyszerkezetben.
A hidraulikus kos vagy vzemelő kos egy ciklikus vzszivatty, amelyet vzenergia hajt. Adott nyommagassgrl, adott ramlsi sebessggel vesz fel vizet, s magasabb nyommagassgon, kisebb ramlsi sebessggel bocstja ki azt. Az eszkz a vztseffektus segtsgvel hoz ltre olyan nyomst, amely lehetőv teszi a szivattyt tpll bemeneti vz egy rsznek az eredeti vzszintnl magasabban fekvő pontra val emelst. A hidraulikus kost nha olyan tvol fekvő terleteken hasznljk, ahol alacsony nyommagassg vzerőforrs ll rendelkezsre, s szksg van a vznek a forrsnl magasabb helyre trtnő szivattyzsra. Ebben a helyzetben a kos gyakran j szolglatot tesz, hiszen nem ignyel ms erőforrst, mint az raml vz kinetikus energijt.
Az első nll műkdsű kosszivattyt a francia Joseph Michel Montgolfier tallta fel (a hőlgballon trsfeltallja) 1796-ban vzemelsre paprmalmban, Voironban.[3] Bartja, Matthew Boulton 1797-ben brit szabadalmat jelentett be a nevben. [4] Montgolfier fiai 1816-ban megszereztk a tovbbfejlesztett vltozat brit szabadalmt[5] s ezt Whitehurst tervvel egytt 1820-ban Josiah Easton, a somerseti szletsű mrnk vette t, aki rgtn Londonba is kltztt.
A cg 1909-ben bezrt, de a vzikoszletet James R. Easton folytatta. 1929-ben a hampshire-i winchesteri[6] [7] Green & Carter szerezte meg, amely a Vulcan s Vacher kosok gyrtsval s teleptsvel foglalkozott.
Az első amerikai szabadalmat Joseph Cerneau (vagy Curneau) s Stephen (tienne) S. Hallet (1755-1825) jegyeztettk be, 1809-ben.[8] Az Amerikai Egyeslt llamok rdeklődse a hidraulikus kosok irnt 1840 krl fellnklt, mivel jabb szabadalmak jttek ki, s a hazai vllalatok megkezdtk a vzikosok rtkestst. A 19. szzad vge fel az rdeklőds albbhagyott, mivel az ram s az elektromos szivattyk szles krben elrhetőv vltak.
A huszadik szzad vgre a fejlődő orszgokban a fenntarthat technolgia s a fejlett orszgokban az energiatakarkossg miatt meglnklt az rdeklőds a hidraulikus kosok irnt. Ilyen pldul a Flp-szigeteken műkdő Aid Foundation International, amely Ashden-djat nyert a tvirnytott szivattyk kifejlesztsrt, amelyek knnyen karbantarthatk tvoli falvakban.[9] A hullmerő kiaknzsra szolgl egyes javaslatokban a hidraulikus kos elvt alkalmaztk, amelyek egyikt Hanns Gnther mr 1931-ben trgyalta In hundert Jahren cmű knyvben.[10]
Nhny ksőbbi, az Egyeslt Kirlysgban tallhat vegyes kosoknak nevezett terveket gy ksztettk, hogy a kezelt vizet szivattyzzk kezeletlen meghajts vzforrs segtsgvel, ami lekzdi azokat a problmkat, amelyek az ivvz nylt ramlsbl szrmaznak.[11]
1996-ban az angol Frederick Philip Selwyn mrnk szabadalmaztatta a hidraulikus kosszivattyt, ahol a maradkvzszelep hasznlta a Venturi-hatst, s koncentrikusan a bemeneti cső kr rendeződtt.[12] A kialakts kompakt, s jelenleg "Papa Ram Pump" nven forgalmazzk.[13]
A 2. brn lthat egyszerűstett hidraulikus kos műkdse: Kezdetben a maradkvzszelep [4] sajt slya miatt nyitva (azaz sllyesztve) van, s az adagolszelep [5] bezrdik a vzoszlop ltal a kimeneten [3] fellpő nyoms miatt. A bemeneti csőben lvő vz [1] a gravitcis erő alatt kezd folyni, s felveszi a sebessget s a mozgsi energit, amg a nvekvő kzegellenllsi erő megemeli s bezrja a maradkvzszelepet. A lendlet a vz ramlst a bemeneti csővel szemben mr lezrult maradkvzszelep okozza a vztst, a megemelt nyomst a szivatty tlnyomsa okozta vzoszlop nyomja le az aljzatbl. Ez a nyomsklnbsg most kinyitja az adagolszelepet [5], s arra knyszert nmi vizet, hogy ramoljon a szlltcsőbe [3]. Mivel ezt a vizet a szlltcsvn keresztl inkbb felfel knyszerti, mint a forrsbl lefel, az ramls lelassul; amikor az ramls megfordul, s az adagol visszacsapszelep [5] zr. Ekzben a maradkvzszelep zrdstl vzts-nyomsimpulzust is eredmnyez, amely a bemlővezetken[14] felfel terjed tovbb a forrsig, ahol szvimpulzuss alakul, amely visszafel terjed a bemlőcsőben.[15] Ez a szvimpulzus a szelep slyval vagy rugjval visszahzza a maradkvzszelepet, s lehetőv teszi a folyamat jrakezdst.
A levegőt tartalmaz nyomstart edny [6] csillaptja a hidraulikus nyomstst, amikor a maradkvzszelep zr, s javtja a szivattyzs hatkonysgt azltal, hogy llandbb ramlst enged a szlltcsvn. Br a szivatty elmletileg műkdhet nlkle, a hatsfok drasztikusan cskken, s a szivattyt rendkvli terhelsek rik, amelyek jelentősen lervidthetik az lettartamt. Az egyik problma az, hogy a nyoms alatt lvő levegő fokozatosan teljesen felolddik a vzben. Ennek a problmnak az egyik megoldsa az, hogy a levegőt rugalmas membrn vlasztja el a vztől (hasonlan a tgulsi tartlyhoz); ez a megolds azonban problematikus lehet azokban a fejlődő orszgokban, ahol a ptalkatrszeket nehz beszerezni. Egy msik megolds egy szvszelep, amelyet a szlltszelep meghajt oldala kzelben helyeznek el. Ez automatikusan kis mennyisgű levegőt szv be minden alkalommal, amikor a szlltszelep lell, s a rszleges vkuum kialakul.[16] Egy msik megolds az, ha a nyomstart ednybe behelyeznk egy aut vagy motorkerkpr gumiabroncsbelsőt, benne nmi levegővel, ami a szelepet zrja. Ez a cső valjban megegyezik a membrnnal, de szlesebb krben elrhető anyagokbl valstjk meg. A csőben lvő levegő ugyangy csillaptja a vztst, mint ms konfigurcikban.
A tipikus energiahatkonysg 60%, de akr 80% is lehetsges. Ezt nem szabad sszekeverni a trfogati hatkonysggal, amely a leadott vz mennyisgt viszonytja a forrsbl vett teljes vzhez. A szlltcsőnl rendelkezsre ll vzmennyisg cskken a szlltfej s a betpll fej arnyval. Teht, ha a forrs kt mterrel van a kos felett, s a vizet 10 mterre emelik a kos fl, akkor a betpllt vznek csak 20%-a ll rendelkezsre, a msik 80% pedig a maradkvzszelepen keresztl folyik el. Ezek az arnyok 100%-os energiahatkonysgot feltteleznek. A tnyleges leadott vz mennyisgt tovbb cskkenti az energiahatkonysgi tnyező. A fenti pldban, ha az energiahatkonysg 70%, a leadott vz a 20% 70%-a, azaz 14% lesz. Feltve, hogy a 2:1 tpfej/szlltfej arny s 70%-os hatkonysg, a leadott vz az 50% 70%-a, azaz 35% lenne. Az elltsi fej nagyon magas arnya ltalban alacsonyabb energiahatkonysgot eredmnyez. A vzikosok szllti gyakran tblzatot adnak meg a tnyleges tesztek alapjn a vrhat trfogatarnyokrl.
Mivel mind a hatkonysg, mind a megbzhat műkds a vzts hatsaitl fgg, fontos a hajtcső kialaktsa. Ennek 3 s 7-szer nagyobbnak kell lennie, mint a forrs s a kos kztti fggőleges tvolsg. A kereskedelmi vzikosok rendelkezhetnek egy bemeneti csatlakozval, amely alkalmas ennek az optimlis lejtsnek a befogadsra.[17] A tpvezetk tmrője ltalban megegyezik a nyomcsonkra szerelhető bemenet tmrőjvel, ami viszont a szivatty teljestmnyn alapul. A hajtcsőnek lland tmrőjűnek, anyagnak s a lehető legegyenesebbnek kell lennie. Ahol hajltsokra van szksg, azoknak sima, nagy sugar grbleteknek kell lennik. Mg egy nagy spirl is megengedett, de a knykket kerlni kell. A PVC bizonyos ltestmnyekben műkdik, de az aclcsveket rszestik előnyben, br azok sokkal drgbbak. Szelepek hasznlata esetn szabad ramlsnak kell lennik, pldul gmbcsapnak vagy zrszelepnek.
A szlltcső sokkal kevsb kritikus, mivel a nyomstart edny megakadlyozza, hogy a vzts hatsai felfel haladjanak. ltalnos kialaktst a megengedett nyomsess hatrozn meg a vrhat ramls alapjn. Jellemzően a csőmret krlbell a fele lesz a betpll cső mretnek, de nagyon hossz tvon nagyobb mret is megadhat. A PVC-cső s a szksges szelepek nem jelentenek problmt.
Az jonnan zembe helyezett vagy a ciklust abbahagy vzemel kosnak automatikusan el kell indulnia, ha a kiegyenltő szelep slyt vagy a rug nyomst helyesen lltjk be, de az albbiak szerint lehet jraindtani:[14] Ha a szelep felemelt (zrt) helyzetben van, kzzel le kell tolni nyitott helyzetbe, s ki kell engedni. Ha az ramls elegendő, akkor legalbb egy ciklus lefut. Ha nem folytatja a ciklusokat, addig ismtelten le kell nyomni, amg nmagban folyamatos ciklusra nem kerl, ltalban hrom vagy ngy kzi ciklus utn. Ha a nyomszelep lell, a lefoly (nyitott) helyzetben a maradkvzszeleppel, akkor kzzel kell felemelni s fenn kell tartani, amg szksges a tpvezetk vzzel val megtltshez s az esetleges lgbuborkok feljutshoz a csvn a forrsig. Ez a tpvezetk hossztl s tmrőjtől fggően eltarthat egy ideig. Ezutn manulisan elindthat a fent lert szelep nhnyszori lenyomsval. Ha a szelepen van a nyomcsőnl a szlltcső, megknnyti az indtst. A szelepet zrjuk amg a kos nem kezdi meg a ciklust, majd fokozatosan nyissuk ki, hogy megtltse a szlltcsvet. Ha tl gyorsan nyitjk meg, akkor lell a ciklus. Amint a szlltcső megtelt, a szelep nyitva maradhat.
Nem ritka, hogy egy műkdő vzikos időnknt jraindtst ignyel. A ciklus a leeresztő szelep rossz belltsa vagy a forrsnl nem megfelelő vzramls miatt lellhat. A levegő akkor lphet be, ha a betpllt vz szintje legalbb nhny hvelyknyivel nem haladja meg a tpvezetk bemeneti vgt. Tovbbi problmk a szelepek eltmődse trmelkkel vagy nem megfelelő felszerels, pldul egyenetlen tmrőjű vagy anyag, les kanyarokkal vagy durva belső trrel elltott, vagy tl hossz vagy rvid csepphez vezető, vagy nem elg merev anyagbl kszlt. A PVC-elltcső egyes ltestmnyekben műkdik, de az aclcső jobb.
c80f0f1006