Waar grote machines bewegen en grote massa’s soepel moeten worden versneld en vertraagd, worden vloeistofkoppelingen ingezet. Hierin wordt het draaimoment door vloeistofstroming overgebracht. Hoe deze stroming precies in het inwendige van de koppeling verliep, bleef voor de ingenieurs verborgen. Tot nu toe, want wetenschappers hebben het inwendige zichtbaar gemaakt.
Vloeistofkoppelingen worden toegepast voor krachtoverbrenging in aandrijfsystemen met hoge vermogens. Men vindt ze bijvoorbeeld in centrales (voor de koppeling van stoomturbine en generator) en voor aandrijvingen in schepen en treinen.
Het complexe stromingsbeeld in het inwendige van een koppeling tijdens het bedrijf te meten was tot nu toe een onmogelijke opgave. Wetenschappers van het Onderzoekscentrum Dresden-Rossendorf (FZD) hebben in samenwerking met Voith Turbo GmbH twee nieuwe, beeldvormende meetsystemen ontwikkeld, die helpen om de vormgeving van de koppeling te optimaliseren. De systemen zijn ook geschikt voor bredere toepassing in de machine- en installatiebouw.
Gammastralingstomografie
De onderzoekers van het Instituut voor Veiligheidsonderzoek van het FZD hebben een computermeetsysteem op basis van gammastralen ontwikkeld. Met behulp van gammastraling is de verdeling van de vloeistof in de koppeling tijdens bedrijf in scherpe driedimensionale beelden waar te nemen (gammastralingstomografie). Het principe komt overeen met dat van de medische toepassing. Ten opzichte van het medisch gebruik maakt het toestel van de FZD-wetenschappers onderzoek mogelijk aan grote machinedelen die met meer dan 100 s-1 draaien.
Omdat het waarnemen van snel veranderende vloeistofstromingspatronen en de meting van vloeistofsnelheden niet mogelijk was, ontwikkelde het onderzoeksteam een volledig nieuwe sensor, die binnenin de koppeling wordt gebruikt. Het gaat hierbij een geleidingssensor die als een dun laagje platina in het inwendige van de koppelingskamer wordt aangebracht. Deze sensor levert continu scherpe beelden van de vloeistofverdeling tegen de wand van de koppelingskamer met een snelheid van 10.000 beelden per seconden. Daarmee zijn de dynamische stromingsprocessen in de koppeling goed te analyseren.
Praktijktoepassing
De FZD-onderzoekers konden de combinatie van de beide meetmethoden succesvol toepassen bij Voith Turbo, wereldwijd de grootste producent van vloeistofkoppelingen. Met behulp van de speciale meettechnieken uit Rossendorf is het nu voor het eerst gelukt om de stromingen binnen een testkoppeling met tot nu toe onbereikbare nauwkeurigheid te meten. De verkregen data zijn belangrijk voor de toekomstige optimalisering van de koppeling en ter controle van numerieke stromingsberekeningen.
Verdere toepassingsgebieden liggen voor de hand. Het nieuwe meetsysteem kan overal worden gebruikt waar men stromingen in buizen, pompen, drukvaten of chemische reactoren zichtbaar wil maken. De foto van het inwendinge van een draaiende turbinekoppeling toont de verdeling van de vloeistof (rood) en lucht of gas (blauw).
