द्रव युग्मन

द्रव युग्मन या हाइड्रोलिक युग्मन एक हाइड्रोडायनामिक या 'हाइड्रोकाइनेटिक' उपकरण है जिसका उपयोग घूर्णन यांत्रिक शक्ति को प्रसारित करने के लिए किया जाता है। इसका उपयोग ऑटोमोबाइल ट्रांसमिशन में यांत्रिक क्लच के विकल्प के रूप में किया गया है। समुद्री और औद्योगिक मशीन ड्राइव में भी इसका व्यापक अनुप्रयोग है, जहां बिजली पारेषण प्रणाली की शॉक लोडिंग के बिना परिवर्तनीय गति संचालन और नियंत्रित स्टार्ट-अप आवश्यक है।

हाइड्रोकाइनेटिक ड्राइव, जैसे कि, को हाइड्रोस्टैटिक ड्राइव, जैसे हाइड्रोलिक पंप और मोटर संयोजन से अलग किया जाना चाहिए।

इतिहास
द्रव युग्मन की उत्पत्ति हरमन फोटिंगर के काम से हुई है, जो स्टेटिन में एजी वल्कन वर्क्स में मुख्य डिजाइनर थे। 1905 के उनके पेटेंट में द्रव कपलिंग और टॉर्क कन्वर्टर्स दोनों सम्मिलित थे।

डॉ. गुस्ताव बौएर ने वुल्कन-वेर्के के साथ मिलकर इंग्लिश इंजीनियर हैरोल्ड सिंक्लेयर के साथ काम किया था ताकि वे फ़ेटिंगर कपलिंग को वाहन संवहन में उपयोग के लिए समायोजित कर सकें, जिसका प्रयास था कि वे सिंक्लेयर ने 1920 के दशक में लंदन बसों पर सवारी करते समय महसूस किया था। 1926 के अक्टूबर में लंदन जनरल ऑम्निबस कंपनी के साथ प्रारम्भ होने वाली सिंक्लेयर की चर्चाओं और एसोसिएटेड डेम्लर बस चेसिस पर परीक्षणों के बाद, डेम्लर समूह के निजी कारों पर इस सिद्धांत को लागू करने का निर्णय किया। पर्सी मार्टिन ने डेम्लर ग्रुप की निजी कारों पर इस सिद्धांत को लागू करने का निर्णय लिया।

1930 के दौरान इंग्लैंड के कोवेंट्री की डेमलर कंपनी ने बसों और उनकी प्रमुख कारों के लिए द्रव युग्मन और विल्सन सेल्फ-चेंजिंग गियरबॉक्स का उपयोग करके एक ट्रांसमिशन प्रणाली प्रारम्भ की। 1933 तक इस प्रणाली का उपयोग समूह द्वारा निर्मित भारी वाणिज्यिक वाहनों से लेकर छोटी कारों तक सभी नए डेमलर, लैंचेस्टर और बीएसए वाहनों में किया गया था। इसे जल्द ही डेमलर के सैन्य वाहनों तक बढ़ा दिया गया और 1934 में फ्लुइड्रिव के रूप में ब्रांडेड सिंगर इलेवन में प्रदर्शित किया गया। इन कपलिंग्स को वल्कन-सिंक्लेयर और डेमलर पेटेंट के तहत निर्मित बताया गया है।

1939 में जनरल मोटर्स कॉरपोरेशन ने हाइड्रैमैटिक ड्राइव पेश किया, जो बड़े पैमाने पर उत्पादित ऑटोमोबाइल में स्थापित पहला पूर्ण स्वचालित ऑटोमोटिव ट्रांसमिशन सिस्टम था। हाइड्रैमैटिक ने एक द्रव युग्मन नियोजित किया था।

द्रव कपलिंग का उपयोग करने वाले पहले डीजल लोकोमोटिव का उत्पादन भी 1930 के दशक में किया गया था।

अवलोकन
द्रव युग्मन में तीन घटक होते हैं, साथ ही हाइड्रोलिक द्रव भी:
 * आवास, जिसे शेल के रूप में भी जाना जाता है (जिसमें ड्राइव शाफ्ट के चारों ओर एक तेल-तंग सील होनी चाहिए), में द्रव और टर्बाइन होते हैं।
 * दो टरबाइन (पंखे जैसे घटक):
 * एक इनपुट शाफ्ट से जुड़ा हुआ है; पंप या प्ररित करनेवाला के रूप में जाना जाता है, या प्राथमिक पहिया इनपुट टरबाइन।
 * दूसरा आउटपुट शाफ्ट से जुड़ा है, जिसे टरबाइन, आउटपुट टरबाइन, सेकेंडरी व्हील या रनर के रूप में जाना जाता है

ड्राइविंग टरबाइन, जिसे 'पंप' के नाम से जाना जाता है, (या ड्राइविंग टोरस) को प्राइम मूवर द्वारा घुमाया जाता है, जो सामान्यतः एक आंतरिक दहन इंजन या विद्युत मोटर है। प्ररित करनेवाला की गति द्रव पदार्थ को बाहर की ओर रैखिक और घूर्णी गति दोनों प्रदान करती है।

हाइड्रोलिक द्रव 'पंप' द्वारा निर्देशित होता है जिसका आकार प्रवाह को 'आउटपुट टरबाइन' (या चालित टोरस[ए]) की दिशा में मजबूर करता है। यहां, 'इनपुट चरण' और 'आउटपुट चरण' के कोणीय वेगों में किसी भी अंतर के परिणामस्वरूप 'आउटपुट टरबाइन' पर एक शुद्ध बल उत्पन्न होता है, जिससे टॉर्क उत्पन्न होता है; इस प्रकार यह पंप की तरह ही दिशा में घूमने लगता है।

द्रव की गति प्रभावी रूप से टोरॉइडल होती है - पथों पर एक दिशा में यात्रा करना जिसे टोरस की सतह पर देखा जा सकता है:


 * यदि इनपुट और आउटपुट कोणीय वेगों के बीच अंतर है तो गति में एक पोलोइडल घटक होता है
 * यदि इनपुट और आउटपुट चरणों में समान कोणीय वेग हैं तो कोई शुद्ध सेंट्रिपेटल बल नहीं है - और द्रव पदार्थ की गति घूर्णन की धुरी के साथ गोलाकार और सह-अक्षीय है (यानी टोरस के किनारों के आसपास), एक टरबाइन से दूसरे टरबाइन तक द्रव पदार्थ का प्रवाह नहीं होता है।

स्टाल गति
द्रव युग्मन की एक महत्वपूर्ण विशेषता इसकी रुकने की गति है। स्टॉल स्पीड को उच्चतम गति के रूप में परिभाषित किया गया है जिस पर पंप तब काम कर सकता है जब आउटपुट टरबाइन लॉक हो और पूर्ण इनपुट टॉर्क (स्टॉल स्पीड पर) लगाया जाए। एक ठहराव पर, उस गति पर इंजन की सारी शक्ति द्रव युग्मन में गर्मी के रूप में नष्ट हो जाएगी, जिससे संभवतः क्षति हो सकती है।

स्टेप-सर्किट युग्मन
सरल द्रव युग्मन का एक संशोधन चरण-सर्किट युग्मन है जिसे पहले फ्लुइड्रिव इंजीनियरिंग कंपनी द्वारा "एसटीसी युग्मन" के रूप में निर्मित किया गया था।

एसटीसी कपलिंग में एक जलाशय होता है, जिसमें आउटपुट शाफ्ट के रुकने पर कुछ, लेकिन सभी नहीं, तेल खिंचता है। यह इनपुट शाफ्ट पर "ड्रैग" को कम करता है, जिसके परिणामस्वरूप निष्क्रिय होने पर ईंधन की खपत कम हो जाती है और वाहन की "ड्रैग" की प्रवृत्ति में कमी आती है।

जब आउटपुट शाफ्ट घूमना प्रारम्भ करता है, तो तेल को केन्द्रापसारक बल द्वारा जलाशय से बाहर फेंक दिया जाता है, और युग्मन के मुख्य निकाय में वापस आ जाता है, ताकि सामान्य विद्युत संचरण बहाल हो सके।

स्लिप
जब इनपुट और आउटपुट कोणीय वेग समान हों तो एक द्रव युग्मन आउटपुट टॉर्क विकसित नहीं कर सकता है। इसलिए एक द्रव युग्मन 100 प्रतिशत विद्युत पारेषण दक्षता प्राप्त नहीं कर सकता है। लोड के तहत किसी भी द्रव युग्मन में होने वाली फिसलन के कारण, द्रव पदार्थ के घर्षण और अशांति में कुछ शक्ति हमेशा खो जाएगी, और गर्मी के रूप में नष्ट हो जाएगी। अन्य द्रव गतिक उपकरणों की तरह, इसकी दक्षता बढ़ते पैमाने के साथ धीरे-धीरे बढ़ती है, जैसा कि रेनॉल्ड्स संख्या द्वारा मापा जाता है।

हाइड्रोलिक द्रव
चूंकि द्रव युग्मन गतिज रूप से संचालित होता है, इसलिए कम श्यानता वाले द्रव पदार्थों को प्राथमिकता दी जाती है। सामान्यतः, मल्टी-ग्रेड मोटर तेल या स्वचालित ट्रांसमिशन द्रव पदार्थ का उपयोग किया जाता है। द्रव का घनत्व बढ़ने से टॉर्क की मात्रा बढ़ जाती है जिसे किसी दिए गए इनपुट गति पर प्रसारित किया जा सकता है। हालाँकि, हाइड्रोलिक द्रव पदार्थ, अन्य द्रव पदार्थों की तरह, तापमान परिवर्तन के साथ श्यानता में बदलाव के अधीन होते हैं। इससे ट्रांसमिशन प्रदर्शन में बदलाव होता है और इसलिए जहां अवांछित प्रदर्शन/दक्षता परिवर्तन को न्यूनतम रखना पड़ता है, वहां मोटर तेल या उच्च श्यानता सूचकांक वाले स्वचालित ट्रांसमिशन द्रव पदार्थ का उपयोग किया जाना चाहिए।

हाइड्रोडायनेमिक ब्रेकिंग
द्रव कपलिंग हाइड्रोडायनामिक ब्रेक के रूप में भी कार्य कर सकते हैं, जो घर्षण बलों (चिपचिपापन और द्रव पदार्थ/कंटेनर दोनों) के माध्यम से गर्मी के रूप में घूर्णनशील ऊर्जा को नष्ट कर देते हैं। जब ब्रेक लगाने के लिए द्रव युग्मन का उपयोग किया जाता है तो इसे रिटार्डर के रूप में भी जाना जाता है।

स्कूप नियंत्रण
द्रव युग्मन का सही संचालन इस बात पर निर्भर करता है कि यह द्रव से सही ढंग से भरा हुआ है। कम भरा हुआ कपलिंग पूरे टॉर्क को संचारित करने में असमर्थ होगा, और सीमित द्रव पदार्थ की मात्रा भी अधिक गर्म होने की संभावना है, जिससे प्रायः सील को नुकसान होता है।

यदि किसी कपलिंग को जानबूझकर कम पानी भरे होने पर सुरक्षित रूप से संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, सामान्यतः एक पर्याप्त द्रव भंडार प्रदान करके जो प्ररित करनेवाला के साथ जुड़ा नहीं है, फिर इसके भरण स्तर को नियंत्रित करने का उपयोग उस टॉर्क को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है जिसे यह संचारित कर सकता है, और कुछ मामलों में लोड की गति को भी नियंत्रित करने के लिए।

भरण स्तर को नियंत्रित करना एक 'स्कूप' के साथ किया जाता है, एक गैर-घूर्णन पाइप जो एक केंद्रीय, निश्चित हब के माध्यम से घूर्णन युग्मन में प्रवेश करता है। इस स्कूप को हिलाकर, घुमाकर या इसे फैलाकर, यह कपलिंग से द्रव पदार्थ निकालता है और इसे कपलिंग के बाहर एक होल्डिंग टैंक में लौटा देता है। जरूरत पड़ने पर तेल को वापस कपलिंग में पंप किया जा सकता है, या कुछ डिज़ाइन गुरुत्वाकर्षण फ़ीड का उपयोग करते हैं - स्कूप की क्रिया कपलिंग के घूर्णन द्वारा संचालित इस होल्डिंग टैंक में द्रव पदार्थ को उठाने के लिए पर्याप्त है।

स्कूप नियंत्रण का उपयोग बहुत बड़े टॉर्क के संचरण के आसानी से प्रबंधित और चरणहीन नियंत्रण के लिए किया जा सकता है। फेल डीजल लोकोमोटिव, 1950 के दशक का एक ब्रिटिश प्रायोगिक डीजल रेलवे लोकोमोटिव, प्रत्येक इंजन को बारी-बारी से संलग्न करने के लिए, चार इंजन और चार कपलिंग का उपयोग करता था, जिनमें से प्रत्येक में स्वतंत्र स्कूप नियंत्रण होता था। इसका उपयोग सामान्यतः परिवर्तनशील गति वाली ड्राइव प्रदान करने के लिए किया जाता है।

औद्योगिक
द्रव कपलिंग का उपयोग घूर्णी शक्ति से जुड़े कई औद्योगिक अनुप्रयोगों में किया जाता है, विशेष रूप से मशीन ड्राइव में जिसमें उच्च-जड़ता प्रारंभ या निरंतर चक्रीय लोडिंग सम्मिलित होती है।

रेल परिवहन
पावर ट्रांसमिशन सिस्टम के हिस्से के रूप में कुछ डीजल इंजनों में द्रव कपलिंग पाए जाते हैं। सेल्फ-चेंजिंग गियर्स ने ब्रिटिश रेल के लिए सेमी-ऑटोमैटिक ट्रांसमिशन बनाए, और वोइथ ने डीजल मल्टीपल यूनिट्स के लिए टर्बो-ट्रांसमिशन का निर्माण किया, जिसमें द्रव कपलिंग और टॉर्क कन्वर्टर्स के विभिन्न संयोजन सम्मिलित हैं।

ऑटोमोटिव
द्रव युग्मन का उपयोग विभिन्न प्रकार के प्रारंभिक अर्ध-स्वचालित ट्रांसमिशन और स्वचालित ट्रांसमिशन में किया जाता था। 1940 के दशक के उत्तरार्ध से, ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में हाइड्रोडायनामिक टॉर्क कनवर्टर ने द्रव युग्मन को प्रतिस्थापित कर दिया है।

ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में, पंप सामान्यतः इंजन के फ्लाईव्हील से जुड़ा होता है - वास्तव में, युग्मन का घेरा फ्लाईव्हील का उचित हिस्सा हो सकता है, और इस प्रकार इसे इंजन के क्रैंकशाफ्ट द्वारा घुमाया जाता है। टरबाइन ट्रांसमिशन के इनपुट शाफ्ट से जुड़ा है। जबकि ट्रांसमिशन गियर में है, जैसे-जैसे इंजन की गति बढ़ती है, द्रव की गति से टॉर्क इंजन से इनपुट शाफ्ट में स्थानांतरित हो जाता है, जिससे वाहन आगे बढ़ता है। इस संबंध में, द्रव युग्मन का व्यवहार मैन्युअल ट्रांसमिशन चलाने वाले यांत्रिक क्लच से काफी मिलता जुलता है।

फ्लुइड फ्लाईव्हील, टॉर्क कन्वर्टर्स से अलग, विल्सन प्री-सिलेक्टर गियरबॉक्स के साथ संयोजन में डेमलर कारों में उनके उपयोग के लिए सबसे ज्यादा जाने जाते हैं। 1958 मैजेस्टिक के साथ स्वचालित गियरबॉक्स पर स्विच करने तक, डेमलर ने अपनी लक्जरी कारों की पूरी रेंज में इनका उपयोग किया। डेमलर और एल्विस दोनों अपने सैन्य वाहनों और बख्तरबंद कारों के लिए भी जाने जाते थे, जिनमें से कुछ में पूर्व-चयनकर्ता गियरबॉक्स और द्रव फ्लाईव्हील के संयोजन का भी उपयोग किया जाता था।

विमानन
फ़्लूइड कपलिंग्स का सबसे प्रमुख उपयोग एयरोनॉटिकल एप्लिकेशन्स में डीबी 601, डीबी 603 और डीबी 605 इंजनों में हुआ था, जहां इसे सेंट्रीफ़्यूगल कंप्रेसर और राइट टर्बो-कंपाउंड रेसिप्रोकेटिंग इंजन के लिए बैरोमेट्रिकली नियंत्रित हाइड्रोलिक क्लच के रूप में उपयोग किया गया था। इस इंजन में तीन पावर रिकवरी टरबाइन्स ने इंजन के वायु गैसों से लगभग 20 प्रतिशत ऊर्जा या लगभग 500 हॉर्सपावर (370 किलोवॉट) को निकाला और फिर, तीन फ़्लूइड कपलिंग्स और गियरिंग का उपयोग करके, कम-टॉर्क हाई-स्पीड टरबाइन रोटेशन को लो-स्पीड, हाई-टॉर्क आउटपुट में बदला गया था ताकि प्रॉपेलर को ड्राइव किया जा सके।

गणना
सामान्यतया, किसी दिए गए द्रव युग्मन की शक्ति संचारण क्षमता दृढ़ता से पंप की गति से संबंधित होती है, एक विशेषता जो सामान्यतः उन अनुप्रयोगों के साथ अच्छी तरह से काम करती है जहां लागू भार में बहुत अधिक उतार-चढ़ाव नहीं होता है। किसी भी हाइड्रोडायनामिक युग्मन की टोक़ संचारण क्षमता को $$r\,N^2D^5$$ अभिव्यक्ति द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जहाँ r द्रव का द्रव्यमान घनत्व (kg/m3) है, एन प्ररित करनेवाला गति (आरपीएम) है, और $$D$$ प्ररित करनेवाला व्यास (m) है। ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के स्थिति में, जहां लोडिंग काफी चरम सीमा तक भिन्न हो सकती है,

$$r\,N^2D^5$$ केवल एक अनुमान है। रुक-रुक कर गाड़ी चलाने से कपलिंग अपनी सबसे कम कुशल सीमा में संचालित होगी, जिससे ईंधन अर्थव्यवस्था पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ेगा।

निर्माण
द्रव कपलिंग उत्पादन करने के लिए अपेक्षाकृत सरल घटक हैं। उदाहरण के लिए, टरबाइन एल्यूमीनियम कास्टिंग या स्टील स्टैम्पिंग हो सकते हैं और आवास भी कास्टिंग हो सकते हैं या स्टैम्प्ड या जाली स्टील से बने हो सकते हैं।

औद्योगिक द्रव कपलिंग के निर्माताओं में वोइथ, ट्रांसफ्लुइड, ट्विनडिस्क, सीमेंस, पराग, फ्लुइडोमैट, रेउलैंड इलेक्ट्रिक और टीआरआई ट्रांसमिशन एंड बियरिंग कॉर्प सम्मिलित हैं।

पेटेंट

 * द्रव युग्मन पेटेंट की सूची।

यह एक विस्तृत सूची नहीं है, बल्कि इसका उद्देश्य 20वीं शताब्दी में द्रव युग्मन के विकास का एक विचार देना है।

यह भी देखें

 * टॉर्क प्रवर्धक
 * टॉर्क कनवर्टर
 * वाटर ब्रेक

बाहरी संबंध

 * Fluid Coupling, The Principles of Operation, film