18. 유체클러치와 토크컨버터 1
가. 유체클러치 (Fluid Coupling)
(1) 원리
유체클러치는 그림과 같이 선풍기 2대를 서로 마주보도록 하고, 한쪽의 선풍기에 전원을
가해 회전시키면 다른 한쪽의 선풍기도 같은 방향으로 회전하기 시작하여 마침내 같은 속도로
회전하게 된다. 또한 바람의 세기가 강할수록 강력한 에너지가 전달된다. 이와 같이 구동부
와 피동부 사이에 어떠한 기계적 연결 없이 유체의 운동에너지에 의해 동력을 전달하는 장치
를 유체클러치라 한다.
(2) 구조
유체클러치는 펌프의 기계적 에너지를 유체의 운동 에너지로 변환하여 터빈을 구동하
는 장치이다. 주요 구성품으로는 펌프(pump 또는 impeller)와 터빈(turbine 또는 runner)이 있으며 내부에는 오일이 가득 채워져 있다. 펌프와 터빈에 설치된 날개는 방사
선상으로 배열되어 있으며, 오일이 순환할 때 발생되는 와류(맴돌이 흐름)에 의해 동력
전달 효율이 저하되는 것을 방지하기 위해 중심에는 가이드 링(guide ring)이 설치된다.
(3) 작동
정지되어 있던 펌프가 회전을 시작하면 오일은 원심력에 의해 튀어나가 터빈을 회전
시키게 된다. 이때는 펌프의 회전속도가 터빈보다 빠르기 때문에 오일은 터빈 날개에 매
우 큰 힘으로 전달되지만, 이 오일은 터빈 날개를 때리고 나서 펌프의 회전 반대 방향으
로 다시 되돌아오게 된다. 이러한 유체의 흐름을 환류라 하며 오일의 환류는 펌프의 회
전을 방해하게 된다. 환류는 펌프의 회전속도가 터빈보다 빠르고, 그 속도 차이가 크면
클수록 커지게 된다. 따라서 펌프의 회전력(토크)은 이 힘을 이겨내기 위해 많은 부분
이 사용된다. 따라서 자체적인 동력 손실 의해 터빈에 전달되는 전달 효율도 저하된다.
터빈의 회전속도가 증가하여 펌프의 회전속도와 차가 줄어들면, 오일의 환류도 감소
하기 때문에 전달효율은 이에 따라 증가한다. 그리고 터빈의 회전속도가 펌프의 회전속
도와 거의 같아지면 오일의 순환운동은 정지된다. 이 때 동력 전달효율이 최대가 되어,
토크 변환율은 1:1이며 동력 전달 효율은 97~98%정도가 된다.
(4) 가이드링의 역할
유체클러치가 회전하면 [그림 4-8]의 (a)와 같이 유체 외측의 흐름은 관류로서 문제
가 없지만 중심부에는 유체의 난류(맴돌이 흐름)가 발생하여 동력전달에 방해가 된다.
이러한 난류는 펌프의 회전속도가 터빈보다 빠르고, 그 속도 차이가 크면 클수록 크
게 나타난다. 따라서 이를 최소화하기 위해 그림(b)와 같이 유체클러치의 펌프와 터빈
의 날개 중앙에 가이드 링을 설치하여 난류에 의한 중심부의 오일 충돌을 감소시킨다.
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