VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMATIZACE A INFORMATIKY FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMATION AND COMPUTER SCIENCE
Sestavení souboru multimediálních interaktivních schémat hydrogenerátorů Multimedia schemes design for hydrogenerators
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE DIPLOMA THESIS
AUTOR PRÁCE
Martin Kotrba
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2007
Ing. Stanislav Věchet, Ph.D.
Strana 3
ZADÁNÍ ZÁVĚREČNÉ PRÁCE (na místo tohoto listu vložte originál a nebo kopii zadání Vaš práce)
Strana 5
LICENČNÍ SMLOUVA
Strana 7
ABSTRAKT Cílem mé práce je vytvoření interaktivních schémat hydrogenerátorů pro doplnění a zkvalitnění výuky předmětu prostředky automatického řízení – tekutinové. Seznámíme se s problematikou tekutinových mechanizmů (v našem případě hydrogenerátorů) a vybereme vhodné prvky pro multimediální prezentaci. Tyto prvky budeme realizovat v prostřední Flash ve formátu, který bude vhodný pro prezentaci na internetu.
ABSTRACT The purpose of this work was to create interactive schemes of hydrogenerators to complete and improve Fluid automatic control equipment class. We´ll be introduced to liquid mechanisms (hydrogenerators in particular) and choose suitable components for multimedia presentation. These components will be created in environment of program Flash and the outcome of this effort will be suitable for online presentation.
KLÍČOVÁ SLOVA hydrogenerátory, flash animace
KEYWORDS hydrogenerator, flash animation
Strana 8
Strana 9
Obsah: Zadání závěrečné práce.............................................................................................. 3 Licenční smlouva.........................................................................................................5 Abstrakt....................................................................................................................... 7 1 ÚVOD......................................................................................................................11 2 VLASTNOSTI KAPALIN.................................................................................... 13 2.1 Vliv vlastností kapaliny na funkci hydraulických zařízení................................ 13 2.2 Čištění a zařízení k čištění kapalin..................................................................... 14 3 HYDROGENERÁTORY...................................................................................... 15 3.1 Rozdělení hydrogenerátorů.................................................................................15 3.1.1 Základní vztahy hydrogenerátorů............................................................................ 16
3.2 Zubové hydrogenerátory.....................................................................................16 3.2.1 Princip zubových hydrogenerátorů.......................................................................... 16 3.2.2 Zubové hydrogenerátory s vnějším ozubením......................................................... 18 3.2.3 Zubové hydrogenerátory s vnitřním ozubením........................................................ 22
3.3 Lamelové hydrogenerátory.................................................................................23 3.3.1 Princip lamelových hydrogenerátorů....................................................................... 3.3.2 Lamelové hydrogenerátory s nevyváženým rotorem............................................... 3.3.3 Lamelové hydrogenerátory s vyváženým rotorem ................................................. 3.3.4 Lamelové hydrogenerátory s lamelami ve statoru...................................................
23 25 26 27
3.4 Pístové hydrogenerátory..................................................................................... 28 3.4.1 Princip pístových hydrogenerátorů.......................................................................... 3.4.2 Axiální pístové hydrogenerátory............................................................................. 3.4.3 Radiální pístové hydrogenerátory............................................................................ 3.4.4 Pístové hydrogenerátory s písty v řadě....................................................................
28 31 32 33
3.5 Šroubové hydrogenerátory................................................................................. 34 3.5.1 Princip šroubových hydrogenerátorů....................................................................... 34 3.5.2 Dvouvřetenové a třívřetenové šroubové hydrogenerátory....................................... 35
3.6 Speciální hydrogenerátory..................................................................................37 4 FLASH.................................................................................................................... 39 4.1 Úvod do flash animací........................................................................................39 4.2 Základní prvky animace..................................................................................... 41 4.3 Vrstvy................................................................................................................. 41 4.4 Rámečky............................................................................................................. 43 4.5 Používání symbolů a instancí............................................................................. 44 4.5.1 Typ chování symbolu.............................................................................................. 4.5.2 Vytváření symbolů.................................................................................................. 4.5.3 Vytváření tlačítek.................................................................................................... 4.5.4 Úpravy symbolů...................................................................................................... 4.5.5 Změna vlastností instance........................................................................................
44 45 45 45 45
4.6 Tvorba animace.................................................................................................. 46 4.6.1 Úprava animace....................................................................................................... 48
4.7 Tvorba animace hydrogenerátoru.......................................................................49 4.8 Další vytvořené Flash animace...........................................................................51 4.9 Prezentace animací na www...............................................................................54
Strana 10
5 ZÁVĚR....................................................................................................................55 Seznam použité literatury........................................................................................ 57
Strana 11
1
ÚVOD
Cílém mé práce je vytvoření interaktivních schémat hydrogenerátorů. Nejprve se v první kapitole krátce seznámíme s problematikou tekutin používaných v hydraulických zařízeních. Řekneme si něco o vlivu kapaliny na dané zařízení a o čištění kapalin používaných v hydraulických zařízeních. V další části této práce je nastíněna problematika hydrogenerátorů. Nejprve je popsáno jejich základní rozdělení podle typu konstrukce. Dále se bude práce zabývat technickými vlastnosti, použitím pro různé odvětví průmyslu a principem funkce hydrogenerátorů. Práce popisuje nejen základní typy hydrogenerátorů, ale i jejich speciální verze. Pro bližší pochopení problematiky hydrogenerátorů budou některé vybrané typy doplněny obrázkem. Poslední část nás seznámí s tvorbou interaktivních animací, které budou sloužit k lepšímu pochopení principu funkce hydrogenerátorů. Budeme se zabývat některými prvky, které budou použity v animacích hydrogenerátorů pro nastínění problematiky flash animace. Dále bude popsána tvorba vlastní flashové animace. Tato flashová animace bude rozebrána z hlediska tvorby. Pro porovnání typu mechanizmu a konstrukce budou vytvořeny také animace kompresorů. Flash bude také použit pro prezentaci vytvořených flashových animací na www stránkách.
Strana 12
Strana 13
2
VLASTNOSTI KAPALIN
Kapalina má v hydraulických zařízeních plnit tyto hlavní úkoly. Přenos tlakové energie z místa výroby k místu přeměny na mechanickou energii, přenos signálu tlakovými vlnami, mazání pohyblivých částí, odvod nečistot, odvod tepla zejména z míst s velkým vývinem tepla. Splnění těchto úkolů závisí na mnoha vlastnostech tlakové kapaliny jak fyzikálního, tak chemického charakteru. Tyto vlastnosti jsou u jednotlivých druhů kapalin různé a teprve jejich optimální sladění pro různé provozní podmínky zaručuje bezpečnou a bezporuchovou funkci hydraulických zařízení a jejich životnost. Proto je znalost nejdůležitějších vlastností tlakové kapaliny nezbytným předpokladem jak pro výrobce, tak pro provozovatele zařízení.
2.1
Vliv vlastností kapaliny na funkci hydraulických zařízení
Z vlastností kapalin je pro funkci hydraulických zařízení nejdůležitější viskozita a její index. Musí se k ní přihlížet již při konstrukci, protože na ní je závislá správná funkce zařízení. Většina součástí rozvodů, které rozdělují a řídí směr toku oleje, nemá zvláštní těsnění; těsnění je provedeno zalícováním těchto součástí do příslušných otvorů. Potřebná vůle pro pohyb ovšem způsobuje prolínání nebo protékání oleje takto vytvořenými mezerami. Unikání oleje se projevuje jako objemová ztráta a je provázeno zvýšením teploty oleje, a tím zmenšením jeho viskozity. Ztráty netěsnosti jsou nepřímo úměrné viskozitě a můžeme je proto zmenšit použitím oleje o větší viskozitě. Větší viskozita se naopak projevuje většími tlakovými ztrátami a oteplením vlivem vnitřního tření a tření o stěny trubek a rozvodných kanálů. Potřebný příkon hydrogenerátoru je větší a účinnost klesá. Hodnota viskozity musí být zvolena též z hlediska rychlosti proudění v soustavě a z hlediska dosažení co nejrychlejší funkce všech řídících částí. Malá viskozita zaručuje rychlé proudění a okamžitou funkci, ale způsobuje větší ztráty prosakováním. Výhody na straně jedné jsou vyváženy nevýhodami na straně druhé, proto nelze všeobecně stanovit viskozitu předem. Její volbu ovlivňují jak pracovní podmínky, tak konstrukce hydraulického zařízení a vlastnosti kapalin. Pro nové konstrukce mohou sloužit údaje a zkušenosti získané provozem již vyrobených zařízení. Správnost volby druhu i viskozity oleje se musí ověřit provozními zkouškami a podle jejich výsledků je nutné volbu přizpůsobit. V hydraulických soustavách s vysokým provozním tlakem můžeme použít oleje o větší viskozitě, čímž snížíme ztráty netěsnostmi a tak vznikající oteplení. Tlakové ztráty jsou v poměru k velkému provoznímu tlaku malé. U nízkotlakých zařízení jsou naopak tlakové ztráty, které lze zmenšit použitím oleje o menší viskozitě rozhodující. Vysoký viskozní index tlakové kapaliny umožní zkrátit nebo vůbec vyloučit dobu potřebnou pro její oteplení na provozní teplotu. Zvláště u strojů, kde se používá regulace rychlosti škrcením, je otázka malé změny viskozity při různých teplotách důležitým činitelem a přispívá ke zlepšení pravidelnosti funkce zařízení. Stroje s hydraulickým pohonem, pracují při velkém rozsahu provozních teplot. Vyžadují rovněž oleje s vysokým viskozitním indexem, i když je možno provozní teplotu ovlivnit chladiči nebo ohřívači oleje. Ostatní vlastnosti tlakových kapalin nemají přímý vliv na funkci zařízení.
Strana 14
2.2
Čištění a zařízení k čištění kapalin
Rozlišujeme dva druhy čištění tlakových kapalin. Čištění nepřetržité (během provozu) čističi různých druhů, umístěnými na vhodných místech zařízení. Tyto čističe tvoří součást zařízení. Druhý způsob je čištění mimo zařízení po vypuštění nebo vyčerpání oleje z provozní nádrže zařízení. Toto čištění se používá tehdy, když znečištění oleje dostoupilo takového stupně, že provozní čističe vyžadují obsluhu v příliš krátkých intervalech. Stupeň znečištění oleje se zjistí odebráním vzorku, který se nechá ustát a podle množství usazenin se posoudí nutnost výměny. Další způsob je nanesení kapky oleje na filtrační papír. Je-li uprostřed mastné skrvny tmavé místo, je to rovněž znamení pro výměnu kapaliny. Čím tmavší skrvna, tím větší je znečištění. Olej se může čistit pro každý stroj zvlášť nebo najednou po nahromadění určitého množství. K čištění se používájí filtrační zařízení s filtračními vložkami z různých materiálů, kterými je použitý olej protlačován při současném zahřátí na určitou teplotu. Další způsob je čištění v odstředivkách, ve kterých je olej zbaven cizích těles. Při něm je ovšem nebezpečí, že se odstředí i různé přísady pro zlepšení vlastnosti oleje. Zjistí-li se větší množství usazenin a pryžových nečistot, které jsou známkou částečného rozkladu, musí se olej regenerovat v regeneračních přístrojích s použitím různých chemických prostředků, za současného nahřívání. Nedoporučuje se míchat velmi opotřebený olej s olejem čerstvým, protože se tím vlastnosti směsi zlepší jen nepatrně a čerstvý olej se znehodnotí.
Strana 15
3
HYDROGENERÁTORY
V hydrogenerátoru se převádí energie z tuhých částí na sloupec kapaliny. Podle možností řízení geometrického objemu rozdělujeme hydrogenerátory na neregulační, jejichž geometrický objem je neměnitelný a na regulační, jejichž geometrický objem lze i během chodu řídit. Pro přesnější určení vlastností hydrogenerátorů používáme další rozlišující kritéria a označení. Podle možnosti pracovat v jednom nebo obou smyslech otáčení rozeznáváme hydrogenerátory bez reverzace a s reverzací otáčení. V prvním případě jsou hydrogenerátory buď pravotočivé nebo levotočivé a jejich smysl otáčení nelze bez demontáže a úprav měnit. Hydrogenerátory druhé skupiny (reverzní) mohou pracovat při libovolném smyslu otáčení. Základním parametrem každého hydrogenerátoru je jeho geometrický objem. Je to objem pracovního prostoru (tj. ohraničeného prostoru převodníku, kde probíhá přestup energie) přinášející jednomu úkonu hydrogenerátoru, tj. jedné otáčce. Pro hydrogenerátory platí v ustáleném stavu tyto základní vztahy (bez respektování ztrát):
3.1
průtok
Q = Vn
(1)
otáčky
n=Q/V
(2)
moment
M = 106 Vp / 2 π = 1,5915 . 105 Vp
(3)
výkon
P = 103 pQ = 103 pVn
(4)
Rozdělení hydrogenerátorů
Z hlediska přenosu energie je vstupním prvkem hydraulického mechanizmu. Na hřídel hydrogenerátoru se přivádí energie, jejíž hodnota za jednotku času udává vstupní výkon čili příkon hydrogenerátoru. Tento příkon je dán součinem otáček a hnacího momentu. Vstupním sacím kanálem se do pracovního prostoru hydrogenerátoru přivádí kapalina z nádrže nebo nízkotlaké části obvodu. Působením pracovního mechanizmu poháněného hřídelem prochází kapalina pracovním prostorem do výstupního kanálu a vytváří tak průtok. Současně se v pracovním a výstupním prostoru indukuje tlak daný zatížením hydromotoru a součtem odporů v obvodu mezi hydromotorem a hydrogenerátorem. [1] Podle způsobu plnění rozlišujeme hydrogenerátory bez plnění a s plněním. Hydrogenerátory bez plnění jsou schopny nasávat kapalinu přímo z nádrže, nevyžadují tedy ve vstupním kanálu přetlak, naopak některé typy snesou podtlak až několika setin MPa. Hydrogenerátory s plněním vyžadují pro dokonalé zaplnění pracovního prostoru určitý plnící tlak, který je podle typu asi 0,05 až 1,5 MPa. [1] Z konstrukčního hlediska, tj. jakým způsobem je vytvářen pracovní prostor, jsou generátory zubové, pístové, lamelové, šroubové a speciální-kombinované.
Strana 16 3.1.1
Základní vztahy hydrogenerátorů
Základní obecné vztahy pro hydrogenerátory, uvedené v rovnicích (1) až (4), jsou vztahy teoretické. Ve skutečnosti má každý hydrogenerátor průtokové ztráty, dané jeho vnitřní a vnější svodovou propustností, a ztráty mechanicko-hydraulické, do nichž zahrnujeme např. ztráty mechanickým a kapalným třením, ztráty hydrodynamické a vířivé. Vlivem průtokových ztrát je skutečný výstupní průtok Q1 hydrogenerátoru menší než teoretický průtok Q: Q1 = QηQ.
(5)
Velikost průtokových ztrát vyjadřuje průtoková účinnost ηQ, definovaná jako poměr skutečného průtoku k teoretickému ηQ = Q1 / Q.
(6)
Hydraulicko-mechanické ztráty vyjadřujeme tlakovou účinností ηp, která je u hydrogenerátoru definovaná jako poměr teoretického hnacího momentu (3) k momentu skutečnému (8) ηp = M / M1.
(7)
Skutečný hnací moment: M1 = 106 Vp / 2 π ηp.
(8)
Součin průtokové a tlakové účinnosti dává celkovou účinnost η, definovanou jako poměr výstupního výkonu P1 k vstupnímu výkonu (příkonu) P η = ηQ ηp = P1 / P.
(9)
Výstupní výkon hydrogenerátoru P1 = 103 pQ1.
(10)
Vstupní výkon (příkon ) hydrogenerátoru P = 2 π M1 n = 106 pVn / ηp.
3.2
(11)
Zubové hydrogenerátory
Zubové hydrogenerátory jsou nejrozšířenějším druhem. Jsou to typické neregulační hydrogenerátory, tj. s neměnným geometrickým objemem. Výroba hydrogenerátorů převyšuje značně výrobu hydromotorů. Zubové hydrogenerátory nevyžadují plnění a snesou na vstupu i mírný podtlak. Až na vyjímky se vyrábějí bez reverzace otáčení. 3.2.1
Princip zubových hydrogenerátorů Zubový hydrogenerátor tvoří dvojice spoluzabírajících ozubených kol, uložených otočně v
3HYDROGENERÁTORY
Strana 17
příslušném vybrání tělesa (obr. 1). Pracovní prostor, tvořený zubovými mezerami kol, je ohraničen zuby kol, plochami radiálně a axiálně přiléhajícími k ozubeným kolům a stykem zubů v záběru. Konkrétní uspořádání se liší podle koncepce a typu hydrogenerátoru, zejména u hydrogenerátoru s vnějším a vnitřním uložením. Funkce zubového hydrogenerátoru: kapalina je nasávána do vstupního (sacího) prostoru pod tlakem, vznikajícím cyklickým zvětšováním objemu vstupního prostoru při otevírání zubových mezer tak, jak vycházejí jednotlivé zuby ze záběru. Potom postupuje v zaplněných zubových mezerách po obvodu kol do vstupního prostoru. Vstupní prostor je vůči vstupnímu prostoru těsněn malou radiální a axiální vůlí kol v tělese (zuby tvoří vlastně vícenásobné labyrintové řešení) a záběrem zubů. Vzhledem k rozdílné výšce hlavy a paty zubu se uzavírá v zubové mezeře při opětovném záběru zubů část kapaliny, která se vrací do vstupního prostoru. Tento mrtvý prostor zubové mezery se po jejím uzavření během poloviny záběru zmenšuje, kapalina v něm obsažená se stlačuje, a takto vzniklá síla způsobuje přídavné zatížení ložisek, působí nepříznivě na chod hydrogenerátoru a v krajním případě může vést i k zablokování chodu. V průběhu druhé poloviny záběru se uzavřený prostor zvětšuje a dochází v něm k podtlaku. Těmto nepříznivým jevům se čelí propojením kritického prostoru se vstupním nebo výstupním prostorem pomocí odlehčovacích drážek v tělese. Ke snížení komprese prospívá též zmenšení délky záběru a zvětšení boční vůle ozubení.[1]
Obr. 1 – princip zubového hydrogenerátoru Poněkud odlišné jsou výstředníkové (gerotorové) hydrogenerátory s vnitřním ozubením. Charakteristické je pro ně excentrické uložení pastorku vůči korunovému kolu a stálý záběr všech zubů rotoru se zuby korunového kola – počet zubů se liší o 1. Při otáčení rotoru vlivem vzájemného relativního pohybu se během části otáčky zubové mezery zvětšují, kapalina je do nich nasávána, během další části otáčky se mezery zmenšují a kapalina je vytlačována do výstupního prostoru. Hlavní rozměry a geometrický objem Hlavní rozměry kol s evolentním ozubením se vypočítají podle známých postupů, platných pro ozubená kola. Přesné určení geometrického objemu zubového převodníku je vzhledem ke složitým kinematickým poměrům značně obtížné, a je možné pouze změřením na skutečném hydrogenerátoru. Dobrých výsledků se dosáhne také zplanimetrováním průřezu pracovního prostoru, nakresleného ve zvětšeném měřítku pro několik poloh záběrového bodu. V praxi se pro první návrh většinou používá zjednodušených a empirických vztahů. Skutečný změřený objem V se popřípadě koriguje dodatečně, úpravou šířky kol. [3]
Strana 18 Konstrukce hydrogenerátoru Zubové hydrogenerátory mají různé konstrukce. Rozdíly jsou dány především ozubením (vnější, vnitřní), základní koncepcí hydrogenerátoru (klasický nebo výstředníkový) a způsobem vymezení funkčních vůlí. Důležitým konstrukčním uzlem jsou ložiska kol. Namáhání ložisek zubového hydrogenerátoru je velké. Z konstrukčních důvodů a vzhledem k průhybu je délka čepů kol omezena. Jejich průměr se ze stejných důvodů volí co největší. Používají se ložiska valivá i kluzná. Valivá ložiska snášejí lépe rázové zatěžování a těžší provoz, nemají tak velké nároky na čistotu kapaliny a nevyžadují nucené mazání. Vzhledem k rozměrům se používají převážně jehlová ložiska, a to většinou s volnými jehlami, kde čep kola tvoří vnitřní kroužek ložiska. Méně časté je uložení jehel v kleci, která snižuje počet valivých elementů. Nevýhodou valivého uložení je nízká výpočtová životnost uložení, dána omezenými rozměry a vysokým zatížením. [3] Kluzná ložiska mají dlouhou životnost, je-li zajištěna předepsaná filtrace a dobré mazání a jsou konstrukčně jednoduchá. Jako kluzné materiály se používají šedá litina (u nízkotlakých hydrogenerátorů), hliníkové slitiny tvářené i lité, ložisková pouzdra s výstelkou z kluzného kovu a i výstelky z polytetrafluorethylenu (teflonu), vyztuženého drátěným pletivem. Co do způsobu mazání převažují ložiska s hydrodynamickým mazáním a zajištěnou cirkulací oleje. Kapalina protéká ložiskem působením rozdílu tlaku mezi vstupním prostorem a prostorem, kde před koncem záběru a na jeho konci vzniká podtlak. Kapalina proudí z výchozího místa vrtáním na zadní stranu objímky k otvoru pro čep podélnou drážkou a zkosením po obvodu ložiskového otvoru do prostoru podtlaku.[3] 3.2.2
Zubové hydrogenerátory s vnějším ozubením
Většina zubových hydrogenerátorů s vnějším ozubením se vyrábí s dvěma ozubenými koly stejného průměru, s evolentním ozubením s úhlem záběru 200 a rovnými zuby. Existují i hydrogenerátory se třemi koly, kde prostřední kolo je hnací a dvě krajní hnaná. Tříkolový hydrogenerátor lze použít se dvěma samostatnými výstupy jako dvouproudý nebo – po vytvoření vhodných spojovacích kanálů – jako jednoproudý. Nevýhodou tříkolových hydrogenerátorů je vyšší technologická náročnost a poněkud nižší průtoková účinnost. Výhodou je kompaktní uspořádání a poměrně malé rozměry, neboť střední hnací kolo racuje současně pro obě větve. Některé zubové hydrogenerátory mají kola se šikmými zuby, která mají výhodu v plynulejším záběru, neboť zubová mezera se otevírá a uzavírá postupně. Tyto hydrogenerátory se vyznačují menšími pulsacemi průtoku a tišším chodem. Jejich nevýhodou je přídavná axiální síla z ozubení, kterou je třeba zachytit v ložiskách a poněkud vyšší technologická náročnost. Vpraxi se nerozšířily, podobně jako hydrogenerátory s šipovým ozubením. [3] Spojením dvou nebo tří jednoproudých zubových hydrogenerátorů vznikne hydrogenerátor dvouproudý (obr. 2), popř. tříproudý. Tělesa jednotlivých hydrogenerátorů (sekcí) jsou pevně spojena; hnací hřídele dalších sekcí jsou spojkami spojeny s hnacím hřídelem první sekce. Tento hřídel přenáší součet hnacích momentů všech spojených hydrogenerátorů. V některých případech je proto nutné omezit kvůli pevnosti maximální tlak v jednotlivých sekcích. Sekce mohou být stejně nebo různě velké. Hlavní výhodou uvedeného uspořádání je možnost jedním pohonem získat dva až tři oddělené průtoky.
3HYDROGENERÁTORY
Strana 19
Obr. 2 – dvouproudý hydrogenerátor bez kompenzace axiální vůle Konstrukční uspořádání zubového hydrogenerátoru, zejména vlastní hydraulické části, bývá předmětem patentů a přímo ovlivňuje jak průtokové ztráty (průtokovou účinnost), tak ztráty mechanicko-hydraulické (tlakovou účinnost). Průtokové ztráty se skládají z úniku axiálních vůlí mezi boky kol a tělesem, úniku radiálních vůlí po obvodě kol a úniku v záběru zubů. Nějvětší vliv na velikost průtokových ztrát má axiální vůle.[3] Nejjednodušší zubové hydrogenerátory mají axiální vůlí konstantní (obr. 2). Vůle je dána rozdílem šířky funkčního prostoru v tělese a šířky kola, pohybuje se řádově v setinách mm. Čepy kol jsou uloženy v kluzných ložiskách přímo v tělese a víku, nebo ve zvláštních ložiskových objímkách, které zároveň axiálně vymezují funkční prostor. V tomto provedení se vyrábějí převážně hydrogenerátory pro provozní tlak do 6 MPa a maximální tlak do 8 MPa. Pokročilá technologie a přesnost výroby umožňuje dosáhnout u speciálních provedení maximálních tlaků přes 10 MPa. Při překročení provozního tlaku klesá prudce průtoková, a tím i celková účinnost, hydrogenerátor se velmi zahřívá a může dojít k jeho poškození.
Obr. 3 – hydrogenerátor s prostou tlakovou kompenzací axiálních vůlí
Strana 20
Předpokladem dosažení vyšších provozních tlaků při dobré průtokové účinnosti je kompenzace axiálních vůlí. Nejstarším způsobem je prostá tlaková kompenzace axiálnch vůlí (obr. 3). Čepy kol jsou uloženy v jehlových ložiskách, jejichž vnější kroužky jsou uloženy v tělese suvně. Opěrné desky (čela) z kluzného materiálu (např. bronzu) jsou přes ložiskové objímky přitlačovány na boky kol pružinami a navíc tlakem z výstupu, zavedeným na mezikruhovou plochu objímky. Takto vzniklá síla kompenzuje sílu působící na čelo ze strany ozubených kol a vymezuje axiální vůli mezi čelem a kolem. Mezikruhová plocha objímky je volena tak, aby přítlačná síla byla trvale větší než výslednice odtlačných sil. Kapalina pronikající podél čel, je odváděna ložisky a vrtáním kol do sacího prostoru. Vlivem nerovnoměrného rozložení tlaku po obvodě kola jsou výslednice přítlačných a odtlačných sil vzájemně posunuty, což vede k příčení čela, neboť čelo je více přitlačováno v místě vstupního prostoru s nízkým tlakem. Příčení čel má za následek vyšší mechanické ztráty a poměrně malou životnost třecích ploch při dlouhodobém provozu za vyšších tlaků. Tyto zubové hydrogenerátory dosahují krátkodobě tlaku až 15 MPa při dobré průtokové účinnosti. Vzhledem k velmi nízké tlakové účinnosti je celková účinnost pouze 0,55 až 0,6.[1] Snahy o zvýšení celkové účinnosti vedly ke konstrukci zubových hydrogenerátorů s vyváženou kompenzací axiálních vůlí a sil. Čela jsou opět přitlačována tlakem kapaliny, avšak tvar a velikost přítlačné plochy jsou voleny tak, že působiště přítlačných a odtlačných sil se přibližně shodují, přičemž přítlačná síla je trvale o něco větší. [3] Na obrázku 4 je tzv. hydrogenerátor DUO, který má na rozdíl od běžných hydrogenerátorů s vnějším ozubením velmi nízkou hlučnost. Je to hydrogenerátor s vyváženou kompenzací axiálních vůlí a sil, avšak místo obvyklého jednoho páru kol jsou použity dva páry oddělené mezideskou a navzájem pootočené úhlově o polovinu zubové rozteče. Pulsace průtoku jsou sníženy na ¼ hodnoty klasického uspořádání a odpovídají hydrogenerátoru s dvojnásobným počtem zubů. Hlučnost hydrogenerátoru DUO menších velikostí je při tlaku 18 MPa menší než 70 dB(A). Hydrogenerátor DUO (obr. 4) je odvozen od hydrogenerátoru stejné konstrukce, avšak s jedním párem kol. Čtyři ložiskové objímky stejného průměru jako ozubená kola jsou spolu s koly uloženy s určitou radiální a axiální vůlí ve vybrání tělesa. Po prvním spuštění nového hydrogenerátoru se kola i ložiskové objímky přitlačí tlakem z výstupu na sací stranu tělesa. Tím se jednostraně vymezí jednak vůle mezi čepy kol s kluznými pouzdry pevně zalisovanými v ložiskových objímkách, jednak vůle mezi objímkami a tělesem. Hlavy kol pak vytvoří během krátké doby při záběhu odpovídající dráhy v tělese, jejichž relativní hloubka je dána radiálními vůlemi mezi čepy kol a pouzdry, a mezi objímkami a tělesem. Po záběhu, při normální funkci hydrogenerátoru, je pak radiální vůle mezi kolem a tělesem po větší části obvodu od sacího prostoru k výstupnímu prostoru velmi malá. Pozvolné stoupání tlaku snižuje nebezpečí kavitace a zejména hlučnost hydrogenerátoru. [1]
3HYDROGENERÁTORY
Strana 21
Obr. 4 – hydrogenerátor DUO Zubové hydrogenerátory s vyváženou kompenzací mají vysokou průtokovou i celkovou účinnost, která je běžně 0,86, maximálně až 0,9. Celková účinnost závisí na otáčkách. S otáčkami klesajícími pod určitou mez účinnost silně klesá. Není proto vhodné používat zubové hydrogenerátory při otáčkách nižších než 13 s-1, vyjímečně 10 s-1. Jmenovité tlaky jsou 16 až 18 MPa, u špičkových výrobků 20 až 22 MPa, maximální tlaky jsou 20 až 25 MPa. U moderních hydrogenerátorů převažuje kluzné uložení kol. Jejich konstrukce se vyznačuje velmi dobrou technologičností, takže jejich výroba je levná. Na tělesa se používají tažené profily nebo odlitky, popř. výkovky z lehkých kovů přesně odlévané a minimálně obráběné ložiskové objímky s výstelkou, kvalitní pryžová těsnění s opěrnými příložkami z plastů, což dohromady zajišťuje vysokou spolehlivost a životnost. Hlučnost závisí na geometrickém objemu, tlaku a na otáčkách. Při tlaku 16 MPa a otáčkách 25 s-1 dosahuje u hydrogenerátoru s geometrickým objemem 12.10-6 m3 hodnoty 82 dB(A), u hydrogenerátoru 50.10-6 m3 již 90 dB(A) a u hydrogenerátoru 76.10-6 m-3 až 96 dB(A).[1] Nejvyšší celkové účinnosti dosahují zubové hydrogenerátory s vyváženou radiální a axiální kompenzací vůlí a sil. U tohoto hydrogenerátoru jsou radiální síly od tlaku a momentu vyváženy zavedením tlaku z výstupního prostoru do tří utěsněných komor, vytvořených na obvodu ložiskové objímky. Objímka je na dvou místech po délce rozříznuta a dále zeslabena dvěma zářezy, takže se působením tlaku v komorách deformuje. Tímto způsobem se při stoupajícím tlaku zmenšuje radiální vůle v ložisku, kolo je tlačeno směrem k výstupnímu prostoru, čímž se současně kompenzuje radiální obvodová vůle kola. K přesnému vyvážení přispívá též zvětšení radiální vůle po části obvodu kola. Na zadní straně ložiskových objímek jsou dále prostory pro axiální kompenzaci. [4] Zubové hydrogenerátory s radiální a axiální kompenzací dosahují provozních tlaků 28 až 30 MPa při celkové účinnosti přes 0,9. Jsou však výrobně velmi náročné, vyrábějí se v menších velikostech. Zubové hydrogenerátory s vnějším ozubením a vyváženou kompenzací jsou nejrozšířenější zubové hydrogenerátory pro vyšší tlaky. Vyrábějí se v širokém rozsahu geometrických objemů od 2.10-6 m3 až asi po 380.10-6 m3, vyjímečně i větší. Z pevnostních důvodů mají některé největší typy, odvozené od určité základní velikosti, snížen jmenovitý i maximální tlak. Rozsah otáček závisí na velikosti hydrogenerátorů a bývá 10 až 67 s-1. Doporučený provozní rozsah viskozity je (12 až 800).10-6 m2 . s-1. Doporučená filtrace je 40 až 63 μm, u vysokotlakých hydrogenerátorů s kluzným uložením 16 až 25 μm. [1]
Strana 22 3.2.3
Zubové hydrogenerátory s vnitřním ozubením
Zubové hydrogenerátory s vnitřním ozubením rozdělujeme na hydrogenerátory s vnitřním evolventním ozubením a hydrogenerátory výstředníkové (gerotorové) s cykloidním ozubením. Hlavní výhodou hydrogenerátorů s vnitřním evolventním ozubením je větší délka záběru, tj. pozvolnější plnění i vyprazdňování zubových mezer. Vyznačují se malými pulsacemi průtoku srovnatelnými s axiálními pístovými hydrogenerátory, což se odráží v jejich nízké hlučnosti i při vysokých tlacích. Vzhledem k souosému uspořádání jsou velmi kompaktní, je možno je seskupit do dvouproudého nebo tříproudého uspořádání.
Obr. 5 – hydrogenerátor s vnitřním ozubením a axiální a radiální kompenzací 1-hnací pastorek, 2-dělicí klín, 3-korunové kolo, 4-segment, 5-těsné komory Základní uspořádání vysokotlakého hydrogenerátoru s radiální a axiální komnpenzací je na obr. 5. Mezi hnací patorek (1) a kolo (3) volně uložené v tělese je ložen dělicí klín (2), který uzavírá zubové mezery během přechodu ze vstupního do výstupního prostoru Kolo (3) je jednostranně opřeno o segment (4), ve kterém jsou těsněné komory (5), spojené s výstupním prostorem. Působením pružiny a tlaku v komorách (5) je segment přitlačován ke kolu (3). Tímto způsobem je kolo (3) udržováno v záběru s pastorkem (1) a současně je též vymezována radiální vůle na klínu (2). Axiální vůle je kompenzována obdobným způsobem jako u hydrogenerátoru s vnějším ozubením. Hlučnost hydrogenerátoru při tlaku 30 MPa roste s velikostí geometrického objemu od 60 dB(A) u nejmenších velikostí až asi na 78 dB(A) u větších velikostí. [1] Uvedený hydrogenerátor s vnitřním ozubením se vyrábí ve velikostech geometrických objemů (3,5 až 160).10-6 m3; rozsah otáček je 10 až 60 s-1 u nejmenších a 5 až 42 s-1 u největších. Doporučený provozní rozsah je (20 až 100).10-6m2s-1.[1] Dále máme např. hydrogenerátor s dělícím klínem souměrného tvaru. Výrobce nabízí několik řad až do tlaku 25 (32) MPa. K dosažení vysokého provozního tlaku je použito sériové zapojení několika tlakových stupňů – hydrogenerátorů. U staršího provedení se tlaku 30 (36) MPa dosahovalo ve třech stupních, nové provedení je pouze dvoustupňové při tlakovém rozdílu 12,5 (16) MPa na stupeň. Speciální (trochoidní) ozubení zaručuje téměř nulový mrtvý prostor zubové mezery, takže pulsace průtoku jsou minimální a hlučnost pod 70 dB(A).
3HYDROGENERÁTORY
3.3
Strana 23
Lamelové hydrogenerátory
Základní součásti lamelových hydrogenerátorů jsou: rotor, otáčející se uvnitř statoru a ploché, radiálně pohyblivé lamely, umístěné v drážkách. Lamely se dotýkají křivkové dráhy, a tím vytvářejí jednotlivé pracovní komory, které jsou ze stran utěsněny čely. Radiální vzdálenost mezi rotorem a statorem se po obvodu mění, tím se při otáčení mění objem komor a dochází k čerpání. Podle tvaru křivkové dráhy a uspořádání lamel rozeznáváme tyto lamelové hydrogenerátory: s nevyváženým rotorem, s vyváženým rotorem, s lamelami ve statoru. 3.3.1
Princip lamelových hydrogenerátorů
Lamelový hydrogenerátor s nevyváženým rotorem. Válcový rotor je excentricky umístěn ve statoru s kruhovou oběžnou dráhou. Lamely jsou buď radiální nebo skloněné pod úhlem 10 až 150. Kapalina je rozváděna ledvinovitými otvory v čelech skříně. Úhel mezi otvory je přibližně rovný úhlu mezi dvěma sousedními lamelami. Geometrický objem se rovná z-násobku objemu, uzavřeného mezi dvěma lamelami při přechodu mezi vstupem a výstupem hydrogenerátoru. Tento objem je rovný ploše násobené šířkou. Při zanedbání změny vysunutí lamely h v rozsahu úhlu α je geometrický objem dán vztahem V = 2eb(πD – sz),
(12)
kde D je průměr dráhy ve statoru, s – tloušťka lamely. Vzorec platí pro hydrogenerátor s radiálními lamelami. Jsou-li lamely nakloněny, platí V = 2eb[πD – (sz/cosβ)],
(13)
kde β je úhel sklonu lamel. Vzorce údávají větší hodnotu, než odpovídá skutečnosti. Je to dáno zanedbáním měnícího se zdvihu lamely, který roste s úhlem α, tedy se zmenšujícím se počtem lamel. Při 4 lamelách je hodnota vyšší asi o 7%, při 6 lamelách o 2,5%, při 8 lamelách je rozdíl 1,2%. Přesná hodnota se jednoduše zjistí měřením plochy planimetrem.[1] Změna zdvihu lamely ovlivňuje rovnoměrnost průtoku lamelového hydrogenerátoru. Mění se nejen činná plocha lamely, ale změnou vzdálenosti od středu otáčení také její obvodová rychlost. Obě změny negativně ovlivňují rovnoměrnost průtoku a jejich vliv je výraznější u sudého počtu lamel (např. u hydrogenerátoru s 12 lamelami je nerovnoměrnost 3,4%, hydrogenerátor se 7 lamelami má 2,5%). Zdvih lamely, tj. její činnou výšku lze stanovit z kinematiky převodníku h = e(1 – cosφ), kde φ = ωt je úhel pootočení.
(14)
Strana 24 Průtok má proto sinusový průběh, takže jeho nerovnoměrnost pro sudý počet lamel je δ = 2 sin2 (π/2z)
(15)
δ = 2 sin2 (π/4z)
(16)
a pro lichý počet lamel je
Z těchto vztahů je vidět výhodnost hydrogenerátoru s lichým počtem lamel z hlediska rovnoměrnosti průtoku. Lamelový hydrogenerátor s vyváženým rotorem. Křivková dráha statoru vytváří dvojice protilehlých vstupních a výstupních prostorů hydrogenerátoru. Hydrostatické síly působící na rotor jsou vyváženy a zatížení ložisek hydrogenerátoru je podstatně nižší než u hydrogenerátoru s nevyváženým rotorem. Odpovídající dvojice prostorů jsou spojeny kanály v tělese. Vstup a výstup kapaliny je opět v čelech tělesa. Křivková dráha statoru je v úhlech odpovídajících přechodu lamel na předělech mezi rozvodovými otvory tvořena oblouky opsanými ze středu rotoru. Tím se dosáhne rovnoměrného průtoku u hydrogenerátoru a lamely, které procházejí mezi vstupem a výstupem a jsou vystaveny jednostrannému tlaku se v drážkách nepohybují. Tím se zmenšuje jejich opotřebení a snižují se mechanické ztráty hydrogenerátoru. Tvar křivkové dráhy mezi kruhovými oblouky se volí tak, aby zrychlení nebo rychlost radiálního pohybu lamel byly konstantní. [1] Geometrický objem V = 2b[π(r22 – r12) – (r2 – r1)sz],
(17)
kde r1 je poloměr menšího oblouku křivkové dráhy, a r2 je poloměr většího oblouku křivkové dráhy. U hydrogenerátorů s nakloněnými lamelami V = 2b [π(r22 – r12) – (r2 – r1) (sz/cosβ)]
(18)
Lamelový hydrogenerátor s lamelami ve statoru. Hydrogenerátor má dva rotory otáčející se ve dvou vzájemně oddělených statorech. Lamely oddělující vstup a výstup hydrogenerátoru jsou v drážkách statorů přitlačovány k vnějším povrchům rotorů. Pro každý rotor jsou dvě lamely. Křivková dráha je na vnějším povrchu rotoru, vnitřek statoru je válcový. Hydrogenerátory jsou založeny na principu, podle kterého dva pulsující průtoky, mohou v kombinaci dát výslednou hodnotu bez pulsací. Průběh těchto veličin je dán tvarem rotoru. Oba rotory jsou vzájemně pootočeny o 900. Poloha drážek, v nichž se pohybují lamely, je u obou statorů ve stejné rovině. Rozvod kapaliny je ve statoru. Geometrický objem V = 2b [π(r22 – r12) – 2(r2 – r1) s]
(19)
3HYDROGENERÁTORY
Strana 25
Tyto lamelové hydrogenerátory mají stejně jako předcházející typ teoretický průtok hydrogenerátorů bez pulsací. Ve skutečnosti však dochází k pulsaci průtoku způsobené stlačitelností kapaliny. Protéká-li kapalina ze vstupu do výstupu, zmenšuje se její objem. Změna objemu kapaliny, daná její stlačitelností, musí být nahrazena z tlakové větve, čímž dochází ke kolísání průtoku. Tato nerovnoměrnost je dána vztahem δ = (α dp / E dφ) . 100 [%]
(20)
kde α je úhel mezi lamelami; α = 2π/z, φ je úhel pootočení rotoru. Její velikost tedy roste s klesajícím počtem lamel a s rychlostí změny tlaku na otáčení. Vhodné konstrukční řešení přechodu mezi vstupem a výstupem zpomalující stoupání vstupního tlaku na výstupním příznivě ovlivňuje rovnoměrnost proudu. Vliv stlačitelnosti kapaliny na pulsaci hydrogenerátoru se samozdřejmě projevuje u všech lamelových hydrogenerátorů a připočítává se k pulsaci dané kinematikou prvku. Nerovnoměrnost průtoku hydrogenerátorů také ovlivňuje měnící se výška lamel při pootočení, které odpovídá průchodu lamely výstupním prostorem. Změna vysunutí lamely mění objem, kterým lamela zasahuje do tohoto prostoru. Zasouvání lamely způsobuje úbytek průtoku, protože ubývající objem lamely musí být nahrazen odpovídajícím objemem kapaliny. Tento vliv odpadá, jsou-li prostory pod lamelami spojeny s výstupním prostorem.[4] 3.3.2
Lamelové hydrogenerátory s nevyváženým rotorem
Tyto hydrogenerátory se vyrábějí jak regulační, tak neregulační. Změny geometrického objemu se dosáhne změnou výstřednosti. Velké síly, vznikající působením tlaku kapaliny na rotor z jedné strany, značně zatěžují ložiska. Proto tyto hydrogenerátory nejsou pro vysoké tlaky. Využívá se hlavně možnosti změny geometrického objemu a vyrábějí se jako regulační. Hydrogenerátor s regulací na konstantní tlak. Stator je v tělese uložen suvně, síla tlaku kapaliny, která na něj zevnitř působí, je částečně zachycena v opěrném hrotu, kolem kterého se stator kývá. Druhá složka síly působí proti pružině, která tlačí stator do polohy maximální výstřednosti, jejíž velikost je určena dorazem, umístěným proti pružině. Při stoupnutí pracovního tlaku nad stanovenou hodnotu danou přepětím pružiny se překonává síla pružiny a stator se posouvá a změnšuje výstřednost. Novější konstrukce podobného hydrogenerátoru je na obrázku 6. Tlak kapaliny působí trvale na menší píst, který tlačí stator do maximální výstřednosti. Při stoupnutí tlaku nad stanovenou hodnotu propojí řídící šoupátko s výstupem hydrogenerátoru také válec velkého pístu, který výstřednost statoru zmenšuje.
Strana 26
Obr. 6 - regulační lamelový hydrogenerátor s regulací na konstantní tlak Hydrogenerátor (obr. 6) má hydraulicky přitlačovaná čela. Kapalina z výstupu je zavedena na vnější část čela, na plochu, jejíž velikost je vymezena těsnicím kroužkem. Přítlačná síla je tím úměrná pracovnímu tlaku a její působiště je proti působišti odtlačné síly. Na obrázku je jeden ze způsobů přitlačování lamel na oběžnou dráhu statoru. Prostor pod lamelou je kanálem a drážkou v čele spojen s pracovním prostorem hydrogenerátoru, kterým lamela právě prochází. Na výstupní polovině otáčky vniká pod lamely pracovní tlak a přitlačuje je k oběžné dráze. Na vstupní polovině otáčky jsou lamely odlehčeny. Jiné způsoby přitalčování lamel je tak, že tlak je pod lamelu zaváděn buď otvorem v lamele nebo drážkou na boku lamely. V obou případech mají lamely v horní části, tj. na ploše dosedající na oběžnou dráhu, odlehčovací drážku. Tlak působící v této drážce snižuje přítlačnou sílu, a tím zmenšuje opotřebení lamely. Podobný způsob odlehčení je použit i u hydrogenerátoru (obr. 6) s tím rozdílem, že v jedné drážce jsou umístěny dvě lamely. Odlehčovací drážka je vytvořena skosením jejich horní plochy. Zdvojením lamely jsou vytvořeny dvě dosedací hrany na oběžnou dráhu, čímž se jednak sníží tlaky ve stykové ploše, jednak se zvýší těsnost jednotlivých pracovních komor. Další způsob přitlačování lamel je takový, že je použito tzv. vnitřní lamely, která je pohyblivě uložena ve vybrání v pracovní lamele. Tlak je zaveden do prostoru mezi obě lamely a přítlačná síla proto odpovídá pouze příslušné ploše vnitřní lamely násobené tlakem. Spodní strana lamel je spojena s beztlakovým prostorem hydrogenerátoru. Lamelové hydrogenerátory s nevyváženým rotorem se vyrábějí běžně pro maximální tlaky od 10 do 16 MPa. Velikosti geometrických objemů jsou (10 až 150).10-6m 3. [1] 3.3.3
Lamelové hydrogenerátory s vyváženým rotorem
Tyto hydrogenerátory nedávají možnost změny geometrického objemu. Jejich předností je však vyvážení hydrostatických sil, které připouští vyšší pracovní tlaky než u nevyváženého rotoru. Lamelový hydrogenerátor s vyváženým rotorem je na obrázku 7. Také zde je použito hydraulického přitlačování čel pracovním tlakem. Počáteční přitlačení lamel je pružinami. Každá lamela je k oběžné dráze statoru přitlačována třemi pružinami uloženými částečně v lamele, částečně v rotoru. Pružiny mají vnitřní vedení kolíky, které jsou zalisovány v rotoru. K silám pružin přistupuje ještě přitlačování tlakem, který je zaváděn pod lamely.
3HYDROGENERÁTORY
Strana 27
Obr. 7 - lamelový hydrogenerátor s vyváženým rotorem Lamelový hydrogenerátor s vyváženým rotorem. Geometrický objem je 98.10 -6 m3, kinematická viskozita oleje 35.10-6 m2s -1. Průběhy průtoku, příkonu a celkové účinnosti jsou vyneseny pro jedny otáčky. Vzhledem ke konstantním otáčkám je čára průtoku současně i průběhem průtokové účinnosti. Lamelové hydrogenerátory s vyváženým rotorem se vyrábějí pro maximální tlaky od 10 do 20 MPa. Geometrické objemy jsou od 10 do 200.10 -6 m3, vyrábějí se však i hydrogenerátory malé s geometrickými objemy od 2,5.10-6 nebo velké s geometrickým objemem až do 450.10-6m3. Konstrukce těchto prvků umožňuje spojení více hydrogenerátorů v jediném tělese. Obvykle se vyrábějí jako dvouproudé se společným vstupem .[1] 3.3.4
Lamelové hydrogenerátory s lamelami ve statoru
Tyto hydrogenerátory nemají stejně jako předchozí typy možnost změny geometrického objemu. Proti oběma předchozím typům mají horší účinnost, jejich předností však je tichý chod a nižší cena. U lamelových hydrogenerátorů s lamelami ve statoru jsou kanály protilehlých vstupních či výstupích komor jsou propojeny v zadním víku, na kterém je vstup i výstup hydrogenerátoru. Lamely obou částí jsou na počátku přitlačeny k rotoru plochou tvarovou pružinou. Další přitlačení je pracovním tlakem, který je zaveden do prostoru nad lamely.[5]
Strana 28 Lamelové hydrogenerátory s lamelami ve statoru se vyrábějí pro maximální tlaky od 16 do 21 MPa. Velikosti geometrických objemů jsou od 5 do 250.10 -6 m3. Také zde umožňuje konstrukce spojení několika prvků do jednoho tělesa.
3.4
Pístové hydrogenerátory
Základní součástí pístových hydrogenerátorů jsou písty, které konají ve válcích přímočarý vratný pohyb. Válce jsou uspořádány buď jednotlivě, nebo v tzv. bloku. Podle prostorového uspořádání pístů jsou hydrogenerátory axiální, radiální a řadové. 3.4.1
Princip pístových hydrogenerátorů
Axiální pístové hydrogenerátory mají osy válců rovnoběžné s osou otáčení. Podle konstrukce se dělí na hydrogenerátory s nakloněným blokem válců a na hydrogenerátory s nakloněnou deskou. Osa hřídele je různoběžná s osou bloku válců a úhel mezi jimi sevřený určuje zdvih pístů. Maximální velikost tohoto úhlu je 25 až 40o. Pohyb pístů je nucený, vyvolaný ojnicemi, uloženými v kulových kloubech v pístech a v hnacím hřídeli. Středy kulových kloubů na hřídeli leží v rovině kolmé k ose hřídele a procházející průsečíkem obou os. Rotační pohyb hřídele a bloku válců je vzájemně vázán přes ojnice a písty, přičemž nutná vůle mezi ojnicí a pístem způsobuje jejich částečné úhlové pootočení.[5] Geometrický objem je dán součinem plochy, zdvihu a počtu pístů. U hydrogenerátorů s nakloněným blokem je dráha pístu z úvratě (při zanedbání konečné délky ojnice) dána vztahem x = Dh / 2 (1 – cosφ) sinα,
(21)
kde Dh je roztečný průměr kulových kloubů ojnic na hřídeli (m), α – úhel sklonu os (0), φ – úhel pootočení hřídele (rad). Zdvih pístu je dán dráhou pro úhel pootočení hřídele φ = π, tedy h = Dh . sinα
(22)
a geometrický objem V = SzDh . sinα,
(23)
kde S je plocha pístu (m2). U axiálního pístového hydrogenerátoru hřídel a blok válců leží na stejné ose a rotace bloku je přímo odvozena od rotace hřídele. Písty se opírají o šikmou desku a jejich zdvih je dán úhlem naklonění desky. Jeho maximální velikost je 18 až 20 0. Styk pístů a šikmé desky je buď přímý nebo prostředníctvím hydrostatiky vyvážených kluzátek. V prvním případě se písty svým vnějším koncem opírají o desku, která je uložena na ložisku a rotuje spolu s nimi a blokem válců. V druhém případě jsou vnější konce pístů opatřeny kluzátky, deska je pevná a kluzátka po ní kloužou. Písty a kluzátka jsou spojeny kulovým kloubem.
3HYDROGENERÁTORY
Strana 29
Dráha pístu x = (Dr / 2) (1 – cosφ) tgα
(24)
kde Dr je rozečný průměr válců v bloku (m). Zdvih je pro φ = π h = Dr tgα
(25)
a geometrický objem V = SzDr tgα
(26)
Pro oba axiální pístové hydrogenerátory platí, že výsledný průtok je součtem průtoků od jednotlivých pístů, jejich velikost je dána okamžitou rychlostí pístu. Derivací vztahu dostaneme pro dráhu s dosazením φ = ωt dostaneme q1 = S (dx / dt) = K sinφ.
(27)
Pro hydrogenerátor s nakloněným blokem K = Sω (Dh / 2) sinα
(28)
a pro hydrogenerátor s nakloněnou deskou K = Sω (Dr / 2) tgα
(29)
V obou případech mají dílčí průtoky sinusový průběh. Je-li nerovnoměrnost průtoku δ = (Qmax – Qmin) / Qs
(30)
pak pro lichý počet pístů δ = (π / 2z) tg (π / 4z)
(31)
a pro sudý počet δ = (π / z) tg (π / 2z).
(32)
Pro lichý počet pístů je nerovnoměrnost průtoku podstatně nižší než pro sudý počet a její frekvence je dvojnásobná. Proto se většinou pístové hydrogenerátory dělají s lichým počtem pístů. Také u pístových hydrogenerátorů dochází k nerovnoměrnosti průtoku dané kinematikou pohonu pístu, ještě nerovnoměrnost způsobená stlačitelností kapaliny. Objem, který přechází u hydrogenerátorů ze vstupu na tlakovou stranu prvku a jehož stlačení vyvolá úbytek vstupního průtoku, je roven součtu pracovního objemu v jednom válci zbytkového objemu. Ten je rovný součtu zbytkového objemu ve válci pod spodní úvratí pístu a objemu spojovacího rozvodového kanálu mezi válcem a rozvodovou plochou.
Strana 30 Za předpokladu průměrného celkového zbytkového objemu Vz = 0,25 V1 (V1 je pracovní objem jednoho válce) je nerovnoměrnost průtoku u hydrogenerátoru s lichým počtem pístů způsobená stlačitelností kapaliny δ = (2,5 π dp) / (Ez dφ).
(33)
Nerovnoměrnost tedy roste s klesajícím počtem pístů a s rychlostí změny tlaku při přechodu mezi vstupem a výstupem. Konstrukce rozvodu, zpomalující rychlost změny tlaku, také příznivě ovlivňuje pulsaci proudu. Oba typy hydrogenerátorů se liší i způsobem přenosu sil mezi mechanickou a hydraulickou částí. U hydrogenerátoru s nakloněným blokem se síla, vyvolaná tlakem kapaliny na píst, přenáší ojnicí na hřídel. Síla působí v ose ojnice a její radiální složka, násobená příslušným ramenem, dává moment na hřídeli. Axiální složky sil jsou zachyceny v ložiskách. Osy ojnic nejsou totožné s osami pístů, ale jsou skloněné o úhel daný kinematikou pohonu. Při otáčení se osy ojnic pohybují po přibližně kulové ploše, jejž osa je totožná s osou pístu a vrchol leží ve středu kruhového kloubu v pístu. Vlivem tohoto sklonu vzniká normálová síla mezi pístem a blokem válců, daná normálovou složkou síly působící v ose ojnice. Vzhledem k malému úhlu sklonu, asi 2 0, je tato síla malá, takže i klopný moment sil na bloku válců je malý. To je předností tohoto typu, nevýhodou však je velké zatížení ložisek hřídele. U hydrogenerátorů s nakloněnou deskou se síla vyvolaná tlakem kapaliny na píst přenáší přes kluzátka na šikmou desku. Axiální složka reakce je v rovnováze se silou od tlaku kapaliny, tečná složka násobená příslušným ramenem dává moment, který se přes blok válců přenáší na hřídel. To je nevýhoda, protože celý moment je přenášen přes blok válců. Způsobuje to jednak velké normálové síly mezi písty a blokem, jednak velký klopný moment na bloku, který musí být zachycen zvláštním ložiskem. Ramena tečných složek sil se u obou typů mění při otáčení podle sinusovky, tedy i momenty vyvolané jednotlivými písty mají sinusový průběh. Proto pro nerovnoměrnost momentu platí stejné vztahy (31) jako pro kinematickou nerovnoměrnost průtoku. Radiální pístové hydrogenerátory mají osy válců v rovině, která je kolmá k ose otáčení. Podle konstrukce hydrogenerátoru jsou válce uspořádány buď v rotujícím bloku válců nebo jsou samostatné a neotáčejí se. U hydrogenerátoru s rotujícím blokem válců se písty se svým vnějším koncem opírají o výstředný kotouč tak, že při otáčení konají vůči bloku relativní přímočarý vratný pohyb, přičemž zdvih je dán velikostí výstřednosti. Kapalina se rozvádí rozvodovým čepem, kolem kterého blok válců rotuje. Jiným typem radiálních pístových hydrogenerátorů s válci rotujícím v bloku jsou hydrogenerátory, u nichž oběžná dráha pístu je křivka podobná zkrácené epicykloidě . Písty vykonají za jednu otáčku několik pracovních zdvihů, jejichž počet je dán počtem vrcholů oběžné dráhy. Rozvod kapaliny na vnitřní straně pístu v rozvodovém čepu je uspořádán tak, aby byly vždy pod tlakem, popř. bez tlaku, písty nacházející se v daném okamžiku na oběžné dráze v místech se stejným smyslem strmosti.
3HYDROGENERÁTORY
Strana 31
Geometrický objem hydrogenerátoru V = Shzi
(34)
kde h je zdvih pístu; h = R1 – R2, i – počet vrcholů. U radiálního pístového hydrogenerátoru s nerotujícími válci jsou písty poháněny přes ojnice excentrickým kotoučem na hřídeli. Konstrukce pohonu pístů se liší podle výrobce. Ojnice mají na vnitřní straně hydrostatické ložisko na válcové ploše, která klouže po excentrickém kotouči. Rozvod kapaliny u těchto hydrogenerátorů bývá radiálním nebo čelním rotačním šoupátkem a kapalina je přiváděna na vnější stranu pístů. 3.4.2
Axiální pístové hydrogenerátory
Tyto hydrogenerátory se používají v neregulačním i regulačním provedení. Změny geometrického objemu se dosáhne řízením zdvihu pístu změnou úhlu mezi osou hřídele a osou bloku válců, popř. změnou úhlu sklonu šikmé desky. Úhly lze měnit v obou smyslech od nuly do maxima. Tím se dosáhne reverzace směru toku kapaliny při nezměněném smyslu otáčení hřídele. Neregulační hydrogenerátor s nakloněným blokem má šoupátkový rozvod kapaliny na čele bloku válců. Styková rozvodová plocha u těchto prvků bývá rovinná nebo kulová. Blok válců je axiálně volný a je silově vyvážen. Axiální síly přitlačující blok válců k rozvodové hlavě jsou v rovnováze se silami na rozvodových plochách, které blok odtlačují. Převodník má tzv. centrální přitlačování, které zvětšuje přítlačnou sílu bloku lineárně se součtem tlaků v obou prostorech rozvodu. Kulová uložení ojnic jsou mazána kapalinou, která je přiváděna z válců vrtáním v pístech a ojnicích. Regulační hydrogenerátor s nakloněným blokem má pracovní část prvku uloženou v kyvném závěsu, jehož naklápěním se mění úhel sklonu os a tím geometrický objem. Nevýhodou jsou však jednak velké hmoty, které se při řízení pohybují a svým setrvačným účinkem zvětšují doby přestavení nebo přestavné síly, jednak větší zástavbové rozměry. U hydrogenerátorů se do jednoho tělesa často připojují další prvky nutné pro otevřený či uzavřený hydraulický obvod. Například pomocný hydrogenerátor, sloužící jako zdroj tlaku jednak pro ovládací mechanizmus, jednak pro plnění uzavřeného obvodu, čistič, regulátor průtoku pro ovládání a pojistný ventil. Takzvaný vysokotlaký ventilový blok obsahuje dva jednosměrné ventily pro plnění, pojistné ventily pro obě větve hlavního obvodu a zkratovací ventil pro propojení obou větví. Nízkotlaký blok obsahuje čistič pro plnění chráněný pojistným ventilem, přepouštěcí ventil okruhu ovládání a přepouštěcí ventil plnění. Použití těsnících kroužků umožnilo sloučení pístu a ojnice v jedinou součást a tím zvýšení úhlu sklonu os až na 400. U neregulačního hydrogenerátoru této konstrukce při téměř stejných rozměrech se geometrický objem a též i průtok a přenášený objem zvýšily o 60%. Regulační hydrogenerátory se převážně vyrábějí s vyklápěním na jednu stranu, hydrogenerátory vzhledem k dostatečné velikosti vstupních průřezů mohou pracovat i v otevřených hydraulických obvodech při vysokých otáčkách.
Strana 32 Axiální pístové hydrogenerátory s nakloněným blokem se vyrábějí v širokém rozsahu velikostí v regulačním i neregulačním provedení. Velikost geometrického objemu je od 10 .10 –6m 3 do 500.10-6m 3. Maximální tlaky jsou 25 až 40 MPa, vyjímečně až 50 MPa. Filtrace pro tyto prvky je předepisována 10 až 16 μm, pro nižší tlaky někdy až 25 μm. [1] U neregulačního axiálního pístového hydrogenerátoru s nakloněnou deskou je blok válců v místě, kde působí radiální síly od pístů, uložen ve vnějším radiálním ložisku. Kluzátka pístů jsou hydrostaticky vyvážena tlakem přiváděným z pracovního prostoru pístu. Rozvod kapaliny je šoupátkový, tvořený čelem bloku válců a rozvodovou deskou. Jiný způsob zachycení radiálních sil na bloku válců je na obrázku 8. Blok válců je uložen na hřídeli, jehož ložiska musí mít větší únosnost. Mezi blokem válců a rozvodovým čelem jsou pružná těsnicí pouzdra, která vyrovnávají naklonění bloku, vznikajícím průhybem hřídele a vůlí v ložiskách. Tím se naklápění bloků nepřenáší na rozvodové plochy. Geometrický objem se mění změnou úhlu šikmé desky. Rovina středů kulových kloubů klouzátek prochází průsečíkem osy hřídele a osy naklápění šikmé desky.[1]
Obr. 8-regulační axiální pístový hydrogenerátor s nakloněnou deskou 3.4.3
Radiální pístové hydrogenerátory
V tomto radiálním pístovém regulačním hydrogenerátoru se kapalina rozvádí středním čepem. Na něm se na valivých ložiskách otáčí blok válců, poháněný hřídelem přes kuličkovou spojku. Výstředník , o který se opírají písty, je valivě uložen a otáčí se spolu s blokem válců. Různá obvodová rychlost hlav pístů, daná jejich odlišným vysunutím z bloku válců, se vyrovnává odvalováním pístů po oběžné dráze. Výstředník se může posouvat kolmo k ose hřídele. Změnou jeho excentricity se mění i geometrický objem. Tyto hydrogenerátory se vyrábějí od malých velikostí s geometrickým objemem 10.10-6m3, zřídka až 500.10-6m3. Maximální tlak je 20 až 25 MPa. Požadovaná filtrace je obvykle 25 μm. [1]
3HYDROGENERÁTORY
Strana 33
Obr. 9-regulační radiální pístový hydrogenerátor s excentrickým kotoučem 3.4.4
Pístové hydrogenerátory s písty v řadě
Tyto hydrogenerátory mají osy válců v rovině procházející osou hřídele. Používají se hlavně pro stacionární výrobní zařízení, především pro tvářecí stroje. Zvyšováním tlaku u jiných druhů pístových hydrogenerátorů se jejich používání omezuje, protože ze všech druhů pístových hydrogenerátorů mají nenižší měrný výkon na jednotku hmotnosti.[5] Písty jsou poháněny buď klikovým mechanizmem nebo některým z mechanizmů, používaných v radiálních pístových hydrogenerátorech. Hydrogenerátor (obr. 10) má robustní klikový mechanizmus, který má místo kliky výstředník na hnacím hřídeli. Ojnice je uložena ve valivých ložiskách jak na výstředníku, tak v křižáku. Rozvod se provádí samočinnými ventily s plochým sedlem. Hydrogenerátor obvykle mívá lichý počet pístů a pro vyrovnání nerovnoměrnosti průtoku je na výstupu zařazen akumulátor. Na obrázku je vypínací mechanizmus, který přeruší průtok, je-li dosažen požadovaný tlak. Pracovní tlak je zaveden nad řídící píst a působí proti síle pružiny. Při dosažení požadovaného tlaku vypínací mechanizmus nadzvedne přes soustavu pák výstupní ventily. Hydrogenerátory s pohonem pístů výstředníkem na hnacím hřídeli se vyrábějí buď jako dvoupístové s jedním výstředníkem a protilehlými válci nebo s několika válci vedle sebe a příslušným počtem výstředníků. Hydrogenerátory s písty v řadě se používají především tam, kde jsou požadovány vysoké tlaky 50 až 65 MPa.
Strana 34
Obr. 10-pístový hydraulický hydrogenerátor s písty v řadě
3.5
Šroubové hydrogenerátory
Šroubové hydrogenerátory mají na rozdíl od ostatních druhů, zcela plynulý průtok téměř bez pulsací a proto nízkou hlučnost. Jsou to hydrogenerátory neregulační, bez reverzace otáčení. Vyrábějí se v provedení jednovřetenovém, dvouvřetenovém a třívřetenovém. Jednovřetenové hydrogenerátory nemají význam-používají se pouze pro dopravu kapalin. 3.5.1
Princip šroubových hydrogenerátorů
Šroubový hydrogenerátor má dvě nebo tři šroubová vřetena uložená s malou vůlí v tělese. Vřetena mají jednochodý nebo vícechodý závit a jsou ve stálém těsném záběru. Při otáčení vytvářejí řadu uzavřených prostorů, jejichž počet je dán počtem stoupání závitu na délku vřetena a počtem chodů závitů. Jednotlivý pracovní prostor je vymezen závitovou mezerou, záběrem vřeten a vybráním tělesa. Při otáčení vřeten se plynule otevírají závitové mezery, kapalina je do nich nasávána, postupuje v uzavřeném prostoru závitové mezery v axiálním směru a na konci pracovního prostoru tělesa vystupuje do výstupního tlakového prostoru. Vzhledem k tomu, že jde o plynulý nepřetržitý proces, je průtok kapaliny naprosto plynulý bez pulsací. Kapalina v mezerách nerotuje ani nevíří, vykonává pouze posuvný pohyb. Výstupní prostor je od vstupního prostoru těsněn malou vůlí vřeten v tělese a stykem v závitové ploše.[6] Podmínkou činnosti hydrogenerátoru je počet závitů na vřetenu větší než 1, tzn. délka vřetena L je větší než stoupání s závitu šroubovice. Těsnost se zvyšuje s počtem závitů, takže pro vyšší provozní tlaky se používá delších vřeten. Tlakový rozdíl se na jeden závit volí 2 až 3 MPa. Podle provozního tlaku rozdělujeme hydrogenerátory na nízkotlaké, středotlaké a vysokotlaké. Liší se zejména délkou vřeten. Profil závitu bývá buď obdélníkový nebo cykloidní. Plochý závit se snáze vyrobí v požadované přesnosti, nezaručuje však dokonalou těsnost v záběru a je proto vhodný pouze pro nízkotlaké hydrogenerátory menších velikostí. Výhodou cykloidního profilu je větší těsnost v záběru, nevýhodou obtížná výroba. Použvá se u větších hydrogenerátorů pro vyšší tlaky.[1]
3HYDROGENERÁTORY
Strana 35
Geometrický objem šroubového hydrogenerátoru je stálý a je určen objemem závitové mezery v délce jednoho stoupání závitu. V = V1z,
(35)
kde V1 je objem závitové mezery jednoho závitu (m3), z – počet chodů závitu. Geometrický objem dvouvřetenového hydrogenerátoru s vřeteny o stejném průměru a s pravoúhlým profilem závitu V = {(π/4).(Da2 – Df2) – πDa2 (α/360) + [(Da – Df)2/ 8] tgα} sz,
(36)
kde Da je hlavový průměr závitu, Df – patní průměr závitu, s – stoupání závitu, α – polovina středového úhlu průsečíků hlavvých kružnic; α = arccos [(Da + Df) / 2Da]
(37)
Pro přibližný výpočet objemu jednochodého závitu postačí vzorec V ≈ πD [(Da - Df) / 2]b
(38)
kde D je roztečný průměr závitu, b – šířka závitové mezery na průměru D. 3.5.2
Dvouvřetenové a třívřetenové šroubové hydrogenerátory
Dvouvřetenový šroubový hydrogenerátor má dvě vřetena uložená v tělese v kluzných nebo valivých ložiskách. Vřetena mají zpravidla plochý závit. Mimo nejmenší velikosti je třeba zajistit správný záběr vřeten nuceným pohonem hnaného vřetena ozubeným soukolím. Vřetena jsou radiálně vyvážena, opotřebení tělesa je proto minimální. Jsou však zatížena značnou axiální silou, vzniklou jednostranným působením tlaku na mezikruhovou plochu čela vřetena. Vřetena jsou axiálně vyvážena vyrovnáním tlaků na obou koncích vřeten pomocí kanálů. U hydrogenerátoru na obrázku 11 je kompenzace axiálních sil provedena dvoustranným uspořádáním hydrogenerátoru. Na každém vřetenu jsou dvě závitové šroubovice opačného stoupání, takže axiální síly působící na vřeteno se navzájem ruší. Vstupní prostory jsou vytvořeny po stranách, výstupní prostor ve střední části hydrogenerátoru.
Strana 36
Obr. 11-dvoustranný šroubový hydrogenerátor Dvouvřetenové hydrogenerátory se vyrábějí v menších velikostech s průtoky do 0,7.10 m .s pro provozní tlaky do 10 MPa. Vyjímkou jsou hydrogenerátory s velkými průtoky do 67.103 3 -1 m .s a nízkým provozním tlakem asi do 1,5 MPa. Průtoková účinnost dvouvřetenových hydrogenerátorů při provozním tlaku je 0,75 až 0,85.[1] 3
3
-1
Třívřetenový hydrogenerátor se skládá z hlavního středního a dvou bočních hnaných vřeten zpravidla menšího průměru, která slouží k těsnění závitových mezer hnacího vřetena. Používá se téměř výhradně závit s cykloidním profilem a dostatečně velkým úhlem stoupání (300 až 400), takže boční vřetena se otáčejí působením tlaku na jejich čela a odpadá pohon zvláštním převodem. Z důvodů dynamického vyvážení vřeten se používá dvouchodý závit. Vřetena, zvlástě pro vyšší tlaky, se axiálně odlehčují zavedením výstupního tlaku kanály ve vřetenech do kompenzačních prostorů vytvořených na zadních čelech vřeten. Třívřetenové hydrogenerátory se vyrábějí v širokém rozsahu parametrů. Průtoky (0,002 až 250).10-3m3.s-1, otáčky až 300 s-1 a tlaky do 20 MPa. Průtoková účinnost je 0,75 až 0,95, tlaková účinnost je 0,9, takže celková účinnost je asi 0,7 až 0,85.[1] Šroubové hydrogenerátory jsou typické vysokootáčkové stroje. Vzhledem k průtokovým ztrátám jsou optimální otáčky 25 až 50 s-1. Průtoková i celková účinnost závisí na otáčkách a viskozitě. Šroubové hydrogenerátory se vyznačují velmi dobrými sacími schopnostmi, dovolený vstupní tlak je ±0,05 MPa.[1] Šroubové hydrogenerátory nejsou příliš náročné na čistotu kapaliny, předepisuje se filtrace v sání 100 μm. Šroubové hydrogenerátory se používájí též v hydraulických mechanizmech, kde jejich hlavní výhody, tj. rovnoměrný průtok a nízká hlučnost, vyváží náročnou výrobu a vyšší cenu.
3HYDROGENERÁTORY
3.6
Strana 37
Speciální hydrogenerátory
Většina hydrogenerátorů je konstruována pro všeobecné použití v soustavách bez ohledu na druh zařízení či stroje, ve kterém pracují. Ve většině případů také technické parametry těchto prvků pro uvažované použití vyhovují. V některých oborech jsou speciální požadavky. Tyto požadavky se více či méně liší nebo zdůrazňují některý z parametrů natolik, že splnění tohoto požadavku není pro běžnou výrobu únosné. Největším z oborů je letectví a kosmonautika. Hydrogenerátory musí pro letectví splňovat následující požadavky. Především je to vysoká spolehlivost, která vyjádřena pravděpodobností bezporuchového provozu musí být 0,95 či 0,99. Dále je to nízká hmotnost a z toho vyplývající malé rozměry, velký rozsah teplot prostředí od -65 do 100 až 120 0C, při kterých musí prvek pracovat. Zpřísněné jsou požadavky na pulsaci proudu i tlaku regulační oblasti, na časové konstanty regulace.[1] Z těchto důvodů se konstrukce hydrogenerátorů pro letecký průmysl liší od běžných hydrogenerátorů. Používají se velmi kvalitní materiály, konstrukce jsou odlehčené bez ohledu na výrobní náklady. Axiální pístový hydrogenerátor pro letecké hydraulické soustavy je na obrázku 12. Má devět samostatných válců, které jsou zalisovány v zadním víku. Výstup kapaliny je přes samočinné ventily, vstup dírami ve válcích, které se otevírají pohybem pístů. Hydrogenerátor má tlakovou kompenzaci. Řada děr ve stěnách válců je při pracovím talku nižším, než je počátek regulace, přikryta axiálně posuvnými objímkami. Pohyb objímek je řízen ovládací deskou, přitlačovanou pružinou. O desku se opírá řídicí píst, pod kterým je z opačné strany zaveden tlak kapaliny. Dosáhne-li tento tlak nastavené hodnoty, dojde k axiálnímu posuvu ovládací desky a tím i objímek. Posuv objímek je úměrný tlaku a postupným otevíráním děr se snižuje činný zdvih pístů a tím i průtok hydrogenerátoru.
Obr. 12-axiální pístový hydrogenerátor s tlakovou kompenzací
Strana 38 Novější hydrogenerátor pro letadlové hydraulické soustavy je axiální pístový s nakloněnou deskou. Rozvod kapaliny je šoupátkový, čelem bloku válců a rozvodovou hlavou. Hydrogenerátor je regulační s regulací na konstantní tlak. Kromě vysokotlakého hydrogenerátoru je v tělese ještě odstředivé čerpadlo, které slouží pro plnění hlavního hydrogenerátoru. Mezi speciální hydrogenerátory patří také ruční hydrogenerátory, sloužící pro různé menší mechanizmy, např. pro zvedání, vyvolání síly apod., nebo jako nouzové zdroje tlaku v některých hydraulických soustavách. Tento hydrogenerátor má rozvod kapaliny samočinnými kuličkovými ventily. Poměr ploch pístu na volné straně a na straně pístnice je 2 : 1, takže hydrogenerátor dodává při každém zdvihu stejný objem kapaliny. Také síla na páce je při každém zdvihu stejná. Ruční hydrogenerátory se staví pro maximální tlaky 10 až 15 MPa, někdy až 20 MPa, přičemž geometrický objem (udávaný na jeden zdvih) je v nepřímé závislosti na tlaku. Je to dáno maximálně přípustnou silou na páce, která je úměrná součinu tlaku a geometrického objemu.
Strana 39
4
FLASH
Flash je program pro vytváření interaktivních animací. Je to program, který si získal a stále získává nové příznivce pro svoji jednoduchost na jedné straně a rozsáhlé možnosti na straně druhé. Animace vytvářené v programu flash nejsou bezpodmínečně určeny pro web, ale jejich využití je zde nejčastější. Používaná grafika V programu Flash můžeme pro vytváření animací používat obrázky vytvořené mimo Flash a importovat je. Grafické možnosti Flashe jsou však dosti silné na vytvoření vlastních obrázků. Kdy sáhnout po možnosti importu a kdy tvořit obrázek přímo v programu Flash? Do jisté míry to závisí na našich zkušenostech a praxi. Pokud jsme velmi zruční v jiných programech (Photoshop, FreeHand, Illustrator...) můžeme vytvořit obrázky mimo Flash a importovat je. Pokud ale nedisponujeme těmito programy, nebo dobře zvládáme i práci s nástroji Flashe, která má přece jenom svá specifika, nic nám nebrání připravit obrázky přímo ve Flashi. Je samozřejmé, že možnosti Flashe nedosahují zcela schopností, kterými disponují specializované aplikace na tvorbu kreseb, ale i přes svoji na první pohled chudou nabídku můžeme být možná překvapeni tím, co vše dokáže. Grafika, kterou přímo vytváříme v aplikaci Flash, je vektorová. Je tedy tvořena jednotlivými objekty, které mohou mít obrys a mohou mít výplň. Výplň i obrys se chovají jako samostatné objekty, ne tak, jak jsme zvyklí třeba z CorelDRAW, kde výplň a obrys jsou vlastnostmi objektu jako takového, a nemůžeme je od sebe oddělit. Můžeme pouze nastavit nulovou tloušťku obrysové čáry, nebo „žádnou“ barvu výplně. Pokud pracujeme v rámci jedné vrstvy, potom objekty stejné barvy se spojují dohromady do jednoho objektu a naopak objekty různých barev se „odečítají“. Vedle nakreslené grafiky existuje možnost (a pro animace nutnost) převedení grafiky na tzv. symbol. Při kreslení je možné využít schopnosti rozpoznávat tvary a převádět křivé čáry a čáry od ruky na přímky a hladké křivky, stejně tak i od ruky kreslené a různě pokřivené obdélníky a elipsy.
4.1
Úvod do flash animací
Každá animace je malý podvodem, který vychází z určitých vlastností lidského oka a schopnosti vnímat vizuální změny. Oko zachytí změny ve scéně, kterou pozorujeme, předá je mozku, který tyto změny vyhodnotí. Při vyhodnocování změn je pozorovaná událost vzorkována, rozkládá se do jednotlivých obrazů. Musíme si uvědomit, že pokud se díváme na otáčející se kolo s příčlemi, vidíme při určité rychlosti, že se příčle pohybují ve směru otáčení, při jiné rychlosti se zdá, že stojí na místě, a při jiné máme dokonce pocit, že se pohybují proti směru otáčení. Klasický film využívá toho, že promítá jednotlivá políčka rychleji, než stačíme postřehnout změnu. Stejně tak pracuje např. i monitor počítače, jehož snímková frekvence je ale několikrát vyšší než filmová. [7] Animace jako taková má historické kořeny, ale největšího rozmachu dosáhla s nástupem filmu. Vyvinula se celá řada technik, z nich nejjednodušší na představu je animace po celých obrázcích a nejznámější je asi animace s použitím průhledných fólií, tzv. Cell (filmová, celuloidová) animace. Při tomto způsobu práce je celý obrázek rozložen na jednotlivé části, některé z nich jsou nepohyblivé, jiné pohyblivé. Každá část je nakreslena na samostatné průhledné fólii. Potom stačí poskládat fólie na sebe a máme kompletní obrázek. Pohyblivé části se překreslují a nahrazují. Statická část obrázku zůstává a mění se pouze pohyblivé části. Celá animace se musí
Strana 40 vyrovnat s jedním zásadním problémem: na kolik mezistupňů rozfázovat pohyb tak, aby byl maximálně plynulý, a současně aby příliš nenarostl počet obrázků, které je nutné vytvořit. Flash nám standardně nabídne počet 12 snímků za sekundu. Pro animace na webu 8 snímků. Budeme-li chtít animovat např. 5vteřinovou ukázku, bude to znamenat 5 x 12 = 60 snímků. Proto se i v klasickém animovaném filmu se používá metoda tzv. keyframes (klíčové rámečky). [7] V počítačové technice místo týmu kreslířů nastupuje programové vybavení, které je schopno změny, které se odehrají mezi klíčovými rámečky, dotvořit samo. Může jít např. o pohyb některého objektu, o změnu tvaru, barvy, průhlednosti apod. Tímto postupem je možné zredukovat počet obrázků, které musí skutečně autor vytvořit, na minimum. Na druhé straně tím naroste náročnost na optimální rozvržení animace, aby bylo možné uvedený postup vhodně využít.Program Flash poskytuje obě možnosti vytváření animací – jak animaci typu frame-to-frame (rám-rám), tak animaci s generovanými mezistavy, tzv. tweened animaci (z anglického between – mezi). Některé animace však pomocí mezistavů vytvořit nejde a je nutné použít klasickou cell animaci rám-rám, nebo kombinaci obou.[7]
Obr. 13-Snímky animace Když se podíváme na horní obrázek: jednotlivé snímky je možné vytvořit jako zcela samostatné obrázky a animaci pořídit snímek za snímkem, vhodné bude každé políčko vyskládat z několika vrstev. Na každé vrstvě může být část, která se mění, nebo část, která se nemění.V uvedeném případě by to byla vrstva hlava (jsou použity celkem dvě hlavy), vrstva ruce (zde jsou tři varianty), vrstva tělo (je pouze jedno tělo pro všechny obrázky) a nohy (jsou dvě provedení).V případě obrázku na vrstvách je možné každou vrstvu upravovat samostatně. Program Flash poskytuje obě možnosti práce, ale má pro nás i něco navíc.
Obr. 14-animace průjezdu auta
4FLASH
Strana 41
Celá animace ukazuje průjezd auta zleva doprava. V takovém případě postačí ve Flashi zadat počáteční a koncový snímek (tzv. klíčové rámečky, keyframes) a o zbytek se již postará program, který zbývající obrázky sám vygeneruje. Takovéto animaci se říká Motion Tweened (pohybová mezisnímková) animace. Tuto mezisnímkovou animaci bychom mohli použít i v předchozím případě např. pro animaci pohybu rukou pistolníka. V obou ukázkách je samozřejmě použit velmi malý počet snímků, který by nemohl vytvořit dojem skutečného pohybu. Při snímkové frekvenci 12 fps (frame-per-second, snímků za vteřinu) by obě animace trvaly necelou polovinu vteřiny. Velmi jednoduše bychom si mohli pomoci např. zdvojením, nebo ztrojením snímků a tím animaci protáhnout.[7] Jinou možností mezistavové animace je tzv. Shape Tweened (tvarová mezisnímková) animace, kdy přechází jeden tvar do druhého:
Obr. 15-tvarová mezisnímková animace I v tomto případě postačí ve Flashi zadat počátek a konec a všechny mezisnímky dopočítá počítač.
4.2
Základní prvky animace
Animace může být vytvořena několika na sebe navazujícími scénami. Každá scéna může být tvořena řadou postupně zobrazovaných rámečků (frames). Obsah těchto rámečků může být rozložen na jedné nebo několika vrstvách. Rámečky mohou být prázdné, častěji obsahojí obrázky, které mohou být jako statické vytvořeny uživatelem nebo vygenerovány z počátečního a koncového rámečku počítačem. Scéna Jednoduché animace budou obsahovat třeba jenom jednu scénu. Rozsáhlejší animace mohou mít ale scén několik. V našem případě (tvorba animací hydrogenerátorů) bez interaktivního ovládání ze strany uživatele, se budou jednotlivé scény přehrávat postupně, jedna za druhou.
4.3
Vrstvy
Použití vrstev v programu Flash neslouží pouze k lepší organizaci práce. Bez vrstev by jsme nebyli schopni vytvořit složitější animace (v našem případě animace hydrogenerátorů). Jednotlivé objekty, které jsou umístěny na jedné vrstvě se vzájemně ovlivňují – spojují se dohromady (pokud jsou stejné barvy) nebo se ořezávají (pokud jsou různobarevné). Použití objektů na různých vrstvách tento vliv zcela eliminuje. Navíc máme možnost zacházet s každým objektem zcela samostatně, můžeme využívat např. průhlednost, která se projeví teprve při několikavrsvém uspořádání, používat masky vrstev apod.[9]
Strana 42
Základní informace o jednotlivých vrstvách získáte z panelu časové osy.
Obr. 16-popis informací o vrstvách Nahlížení na vrstvy Během tvorby animace také občas chceme zobrazit nebo skrýt vrstvy. Červené X vedle jména vrstvy znamená, že vrstva je skryta. Skryté vrstvy jsou zachovány při publikaci animace. Nicméně skryté vrstvy nemůžete upravovat v SWF souboru, pokud jej otevřeme ve Flashi. Pro usnadnění toho, aby jsme poznali, do které vrstvy objekty patří, můžeme všechny objekty na vrstvě zobrazit jako barevné obrysy. Barvu obrysů použitou pro každou vrstvu můžeme změnit. V časové ose můžeme měnit výšku vrstev, aby se v časové ose zobrazilo více informací. Můžeme také měnit počet vrstev zobrazených v časové ose. Úprava vrstev Pro kreslení, malování nebo jinou změnu vrstvy označíme vrstvu, aby byla aktivní. Ikona tužka vedle jména vrstvy znamená, že vrstva je aktivní. V danou dobu může být aktivní pouze jedna vrstva (ačkoliv může být najednou označeno více vrstev). Vrstvy můžeme přejmenovávat, kopírovat a mazat. Vrstvy můžeme zamykat, aby jsme zabránili jejich úpravě, a můžeme měnit jejich pořadí. Implicitně jsou vrstvy pojmenovány podle pořadí, v jakém byly vytvořeny : Vrstva 1, Vrstva 2 a tak dále. Vrstvy můžeme pojmenovat, aby lépe vystihovaly svůj obsah. Vrstvy můžeme skrývat nebo můžeme zobrazovat obsahy vrstev jako obrysy při úpravách jiných vrstev, aby nebyla pracovní plocha přecpaná.
4FLASH
Strana 43
Používání vodících vrstev Pro pomoc při kreslení můžeme použít guide layers (vodící vrstvy). Z jakékoliv vrstvy můžeme udělat vodící vrstvu. Guide Layers (Vodící vrstvy) jsou označeny vodící ikonou nalevo od jména vrstvy. Vodící vrstvy se neobjeví v publikované animaci přehrávače Flash.
Obr. 17-vodící vrstvy Můžeme vytvořit také motion guide layer (vodící vrstvu pohybu), aby jsme mohli regulovat pohyb objektů v animaci vykreslující pohyb. Používání maskovacích vrstev Pro různé efekty a přeměny můžeme použít maskovací vrstvy např. pro vytvoření otvoru, kterým je vidět obsah jedné nebo více níže ležících vrstev. Více vrstev můžeme seskupit do jedné maskovací vrstvy pro vytvoření složitějších efektů. Můžeme také použít jakýkoliv typ animace kromě pohybu trasy, aby se maska pohybovala. Nemůžeme maskovat vrstvy uvnitř tlačítek. Pro vytvoření maskovací vrstvy umístíme na vrstvu vyplněnou plochu. Maskovací vrstva odkryje oblast níže ležících vrstev, která leží pod vyplněnou plochou a zakryje všechny další plochy. Maskovací vrstvy mohou obsahovat pouze jednoduchý tvar, instanci nebo znakový objekt.
4.4
Rámečky
Zatímco vrstvy představují rozložení obsahu animace bez ohledu na časový průběh, ale spíše vzhledem k logickému členění na objekty a pro zajištění jejich viditelnosti, je rámeček časovým snímkem animace. Rámeček vlastně odpovídá políčku promítaného filmu. V každém časovém úseku vidíme vždy pouze rámečky všech vrstev jedné scény, který odpovídá postavení přehrávací hlavy. Rámečky tvoří druhou část časové osy. Práce s rámečky je jednou z nejdůležitějších činností, kterou je třeba zvládnout pro vytvoření dobré animace. Existuje několik typů rámečků: prázdný, klíčový, statický... [7]
Strana 44 Základní typy rámečků a jejich skupin:
Obr. 18-typy rámečků
4.5
Používání symbolů a instancí
Symbol je grafika, tlačítko nebo klip animace, který jednou vytvoříme a pak jej můžeme opakovaně použít v jedné nebo více animacích. Jakýkoliv symbol, který vytvoříme, se stává částí knihovny. Instance je kopie symbolu umístěná na plochu nebo vsazená do jiného symbolu. Instance se může lišit od původního symbolu barvou, velikostí a funkcí. Úprava symbolu aktualizuje všechny jeho instance. Ale úprava instance symbolu aktualizuje pouze tuto instanci. Používání symbolů v animaci v podstatě snižuje velikost souboru; uložení několika instancí symbolu vyžaduje méně místa než uložení úplného popisu prvku pro každý výskyt. Například můžeme snížit velikost souboru našich animací pokud konvertujeme statickou grafiku, jako jsou obrázky v pozadí, do symbolů, které pak použijeme znovu. Používáním symbolů můžeme také urychlit přehrávání animace, protože symbol se musí do prohlížeče stáhnout pouze jednou. Používání symbolů nám také umožní sdílet obrázky a další prvky, jako jsou klipy animace nebo zvuky, mezi animacemi. Symboly můžeme zahrnout do sdílené knihovny bez importování položek do animací.[9] 4.5.1
Typ chování symbolu
Každý symbol má jedinečnou časovou osu a plochu s vrstvami. Když vytvoříme symbol, vybereme si, jak se bude chovat v závislosti na tom, jak ho chceme použít v animaci. Pro statické obrázky a pro vytvoření opakovaně použitých částí animace, které jsou vázané na časovou osu hlavní animace, použijeme grafické symboly. Grafické symboly pracují v souladu s časovou osou hlavní animace. Interaktivní ovladače a zvuky nebudou fungovat v animované sekvenci grafických symbolů.[9] Pro vytváření interaktivních tlačítek v animaci, které odpovídají na kliknutí myši, pohyb myši nebo jiné akce, použijeme symboly tlačítek. Pro vytvoření opakujících se částí animace použijeme symboly klipu animace. Movie Clips (Klipy animace) mají svou vlastní časovou osu s více snímky, která se přehrává nezávisle na časové ose hlavní animace. Instance klipu animace můžeme také umístit dovnitř časové osy symbolu tlačítka, čímž vytvoříme animovaná tlačítka.
4FLASH
Strana 45
Klipu animace můžeme přiřadit parametry (proměnné s hodnotami) a vytvoříme smart (chytrý) klip. Chytrému klipu pak můžeme přidat akce a skripty a vytvoříme styčné prvky - jako rádiová tlačítka, kontextová menu nebo tipy panelu nástrojů - které budou odpovídat na kliknutí myší nebo jiné jevy. 4.5.2
Vytváření symbolů
Symboly můžeme vytvářet ze zvolených objektů na ploše nebo můžeme vytvářet prázdné symboly a vytvořit nebo importovat jejich obsah v režimu editace symbolů. Symboly mohou mít veškeré funkce, které můžeme vytvořit ve Flashi, včetně animace. Použitím symbolů, které obsahují animace, můžeme vytvořit animace s velkým množstvím pohybu při minimální velikosti souboru. 4.5.3
Vytváření tlačítek
Tlačítka jsou ve skutečnosti interaktivní klipy animace se čtyřmi snímky. Když jako behavior (chování) symbolu zvolíme tlačítko, Flash vytvoří časovou osu se čtyřmi snímky. První tři snímky zobrazují tři možné stavy tlačítka, čtvrtý definuje aktivní plochu tlačítka. Časová osa se ve skutečnosti nepřehrává, pouze reaguje na pohyb a akce ukazatele myši tím, že přeskočí do odpovídajícího snímku. Aby bylo tlačítko v animaci interaktivní, musíme umístit instanci symbolu tlačítka na plochu a přiřadit instanci akce. Akce musí být přiřazeny instanci tlačítka v animaci, ne snímkům v časové ose tlačítka. Každý snímek v časové ose symbolu tlačítka má specifickou funkci. První snímek je stav Up (Nahoře), představující vzhled tlačítka v situacích, kdy na něm není ukazatel. Druhý snímek je stav Over (Přes), představující vzhled tlačítka, když je nad ním ukazatel. Třetí snímek je stav Down (Dole), představující vzhled tlačítka, když je na něj kliknuto. Čtvrtý snímek je stav Hit (Zásah), definující oblast, která bude reagovat na kliknutí myši. Tato oblast je v animaci neviditelná. 4.5.4
Úpravy symbolů
Když upravíme symbol, Flash aktualizuje všechny instance tohoto symbolu v animaci. Symbol můžeme upravovat v kontextu s ostatními objekty na ploše použitím příkazu Edit in Place (Upravit na místě). Ostatní objekty jsou ztlumeny, aby byly odlišeny od symbolu, který upravujeme. Symbol můžeme upravovat také ve zvláštním okně použitím příkazu Edit in New Window (Upravit v novém okně) nebo režimu pro editaci symbolu. Úprava symbolu ve zvláštním okně nám umožní vidět symbol i hlavní časovou osu zároveň. V režimu pro editaci symbolu se okno změní z pohledu na plochu na pohled pouze na symbol; křížek představuje registrovaný bod symbolu. Dále je panel instancí ztlumený a jméno symbolu se zobrazí v levém horním rohu okna nad časovou osou. 4.5.5
Změna vlastností instance
Každá instance má své vlastní vlastnosti, které jsou odděleny od symbolu. Můžeme měnit odstín, průhlednost a jasnost instance, předefinovat jak se instance chová (například změnit grafiku na klip animace); a nastavit, jak se animace přehraje uvnitř grafické instance. Instanci můžeme také zešikmovat, otáčet s ní nebo měnit její velikost bez ovlivnění symbolu.
Strana 46
Obr. 19-originál obrázek a jeho dvě instance
4.6
Tvorba animace
Animaci vytváříme změnou obsahu po sobě jdoucích snímků. Můžeme nechat objekt pohybovat po ploše, zvětšovat nebo zmenšovat jeho velikost, otáčet s ním, měnit jeho barvu, přidávat nebo ubírat odstín nebo měnit jeho tvar. Změny mohou nastat nezávisle na jiných změnách nebo ve shodě s nimi. Například můžeme objekt nechat otáčet a zároveň mu přidávat na odstínu. Existují dvě metody pro vytváření animovaných sekvencí ve Flashi: animace snímek-za-snímkem a vykreslovaná (tweened) animace. V animaci snímek-za-snímkem vytváříme obrázek v každém snímku. Ve vykreslované animaci vytvoříme počáteční a koncový snímek a necháme Flash vytvořit snímky mezi nimi. Flash změní velikost objektu, otáčení, barvu a další vlastnosti postupně mezi počátečním a koncovým snímkem, aby vytvořil zdání pohybu. Vykreslování je efektivní způsob vytváření pohybu a změn během času, přičemž zachovává minimální velikost souboru. Ve vykreslované animaci uchovává Flash pouze hodnoty pro změny mezi snímky. V animaci snímekza-snímkem uchovává Flash hodnoty pro každý rám.[7] O vrstvách a animaci Každá scéna v animaci Flash se skládá z určitého počtu vrstev. Když animujeme, používáme vrstvy pro organizaci složek animované sekvence a pro oddělení animovaných objektů, aby se nevygumovaly, nespojily se nebo nerozdělily na úseky. Pokud chceme, aby Flash vykreslil pohyb několika skupin nebo symbolů najednou, musí každý z nich být na samostatné vrstvě. Typicky obsahuje vrstva v pozadí statický výtvor. Další vrstvy obsahují každá jeden oddělený animovaný objekt.[7]
Obr. 20-časové osy Když má animace několik vrstev, může být sledování a úprava objektů na jedné nebo dvou vrstvách obtížná. Tento úkol je jednodušší, pokud pracujeme v určitou dobu vždy s obsahem jedné vrstvy.
4FLASH
Strana 47
Rychlost střídání snímků Rychlost střídání animace, která je příliš pomalá, způsobí, že animace vypadá, jako by se zastavovala a začínala; rychlost snímků, která je příliš rychlá rozmazává detaily animace. Animace QuickTime a AVI mají obyčejně rychlost střídání snímků 12 fps, zatímco standardní rychlost pro obrázky pohybu je 24 fps. Složitost animace a rychlost počítače, na kterém se animace přehrává, ovlivní hladkost přehrávání. Vzhledem k tomu, že pro celou animaci Flash určujeme pouze jednu rychlost střídání snímků, je dobré nastavit tuto rychlost předtím, než začneme animovat. Vykreslování instancí, skupin a písma Pro vykreslení změn ve vlastnostech instancí, skupin a písma použijeme vykreslení pohybu. Flash umí vykreslovat umístění, velikost, otáčení a zešikmení instancí, skupin a písma. Dále umí Flash vykreslovat barvu instancí a písma vytvářením postupných barevných změn nebo přidáváním či ubíráním odstínu. Pro vykreslení barvy skupin nebo písma, je musíme nejprve změnit na symboly. Když změníme počet snímků mezi dvěma klíčovými snímky nebo přesunete skupinu nebo symbol do jednoho z klíčových snímků, Flash automaticky vykreslí snímky znovu. Vykreslování pohybu po trase Vodící vrstvy pohybu nám umožní nakreslit trasy, po nichž budou animovány vykreslované instance, skupiny nebo bloky textu. Na vodící vrstvy pohybu můžeme odkázat více vrstev, aby stejnou trasu následovalo více objektů. Normální vrstva, která je vázaná na vodící vrstvu, se stává řízenou vrstvou.
Obr. 21-vykreslování pohybu po trase Vykreslování tvarů Pomocí Tweening Shapes (Vykreslování tvarů) můžeme vytvářet efekt podobný morfingu, způsobující, že určitý tvar bude vypadat jako by se postupem času měnil na jiný. Flash může také vykreslit umístění, velikost a barvu tvarů. Nejlepší je vykreslení jednoho tvaru za určitý časový úsek. Pokud vykreslujeme najednou více tvarů, musí všechny být na stejné vrstvě. Flash neumí vykreslit tvar skupin, symbolů, bloků textu nebo bitmapových obrázků.
Strana 48 Vytváření animace snímek za snímkem Animace snímek-za-snímkem mění obsah plochy v každém snímku a je nejvíce vhodná pro složité animace, ve kterých se každý snímek mění namísto postupného vykreslení pohybu. Tento druh animace zvyšuje velikost souboru mnohem rychleji než vykreslovaná animace.
Obr. 22-animace snímek za snímkem 4.6.1
Úprava animace
Poté, co vytvoříme snímek nebo klíčový snímek, můžeme jimi pohybovat kamkoliv v rámci aktuální vrstvy nebo do jiné vrstvy, odstraňovat je a dělat jiné změny. Upravitelné jsou pouze klíčové snímky. Můžeme prohlížet vykreslované snímky, ale nemůžeme je přímo upravovat. Vykreslované snímky upravíme změnou jednoho z definujících klíčových snímků nebo vložením nového klíčového snímku mezi počáteční a koncový klíčový snímek. Pro přidání položek do aktuálního klíčového snímku můžeme položky přetahovat z okna knihovna na plochu.
4FLASH
4.7
Strana 49
Tvorba animace hydrogenerátoru
V této kapitole budeme rozebírat postupnou tvorbu animace jednoho hydrogenerátoru. Pro tuto ukázku byl zvolen lamelový hydrogenerátor. Nejprve byly nakresleny jednotlivé části hydrogenerátoru (lamely, tělo hydrogenerátoru, šipky ukazující proudění kapaliny) a vše bylo uloženo do knihovny pomocí symbolů. Dále byly jednotlivé části vkládány na plochu a byla vytvořena vlastní animace. Tyto jednotlivé části hydrogenerátoru byly vkládány do různých vrstev podle našich požadavků viditelnosti dané vrstvy hydrogenerátoru. Vrstvení jednotlivých součástí bylo velice důležité pro správné zobrazení a chod samotné animace.
Obr. 23 - lamelový hydrogenerátor Animace lamelového hydrogenerátoru se skládá z těchto hlavních částí: vnější konstrukce hydrogenerátoru a upevnění hydrogenerátoru. Na straně jedné se nachází tlakový vstup kde tlaková kapalina vchází do lamelového hydrogenerátoru a na straně druhé tlaková kapalina z hydrogenerátoru vystupuje ven. Středová část včetně lamel koná rotační pohyb ve směru proudění tlakové kapaliny. Protože je tělo hydrogenerátoru po dobu celé animace viditelné, byla vložena do nejvyšší vrstvy, aby nebyla ničím překrývána. Další vkládáná vrstva byla vrstva lopatek hydrogenerátoru, které se vlivem proudění tlakové kapaliny otáčejí ve směru pohybu. Pod tuto vrstvu bylo vloženo středové otočné kolo, do kterého lopatky zapadají. Do nejnižší vrstvy byla vložena tlaková kapalina. Tato tlaková kapalina je překrývána jednotlivými části hydrogeneátoru a je viděna jen v místech kde potřebujeme.
Strana 50
Obr. 24 - hlavní konstrukce lamelového hydrogenerátoru Pohyb lopatek hydrogenerátoru byl vytvořen pomocí metody frame-by-frame nebo-li snímek za snímkem. V každém okamžiku se tedy mění místo lopatek v hydrogenerátoru. Byla použita tato metoda pro animaci lopatek, aby vše zapadalo do středového kola, které se otáčí po směru proudění tlakové kapaliny. Ostatní pohyb symbolů je zajištěn pomocí motion tweeningu (šipky v hydrogenerátoru a otáčení středu). Pomocí motion tweeningu byl zajištěn plynulý pohyb celé animace.
Obr. 25 - středové kolo s lopatkama konající rotační pohyb Do animace byly dále přidány tlačítka na ovládání celé animace (play, stop, pause). Tyto tlačítka umožňují animaci spustit, úplně zastavit nebo zastavit v určitém okamžiku proudění tlakové kapaliny. Jako poslední tlačítko bylo použito tlačítko pro popis jednotlivých částí lamelového hydrogenerátoru.
Obr. 26 - tlačítka pro ovládání animace
4FLASH
Strana 51
Po seskupení všech výše uvedených prvků byla animace lamelového hydrogenerátoru kompletní.
Obr. 27 - lamelový hydrogenerátor
4.8
Další vytvořené Flash animace Zubový hydrogenerátor s vnějším ozubením
Jako další animace hydrogenerátoru byla vytvořena animace zubového hydrogenerátoru s vnějším ozubením. Tato animace se skládá z vnějšího pláště a dvou ozubených kol konající rotační pohyb. Tato ozubená kola do sebe vzájemně zapadají a rotují každá v jiném směru otáčení. Ovládací prvky animace jsou totožné jako u lamelového hydrogenerátoru. Na rozdíl od předchozí animace nebyla použita metoda frame-by-frame, ale jen metoda motion tweeningu.
Obr. 28 - zubový hydrogenerátor
Strana 52 Pro porovnání principů a mechanizmů byly vytvořeny také animace kompresorů. Níže budou krátce představeny. Jednostupňový kompresor Tento kompresor se zkládá z vnějšího pláště, válce a kliky, která je ukotvena k rotujícímu kolu. Je zde tlakový vstup kde na jedné straně přivádíme vzduch a na straně druhé vychází ven z kompresoru. U této animace byla použita kombinace dvou metod jako u lamelového hydrogenerátoru (metoda frame-by-frame a motion tweening). Ovládací prvky nebyly změněny.
Obr. 29 - jednostupňový kompresor Dvoustupňový kompresor Tento kompresor se od předchozího případu liší zejmená konstrukcí. Na otáčeném kole jsou připevněny dvě kliky s dvěma válci a vzduch prochází přes chlazení. Díky složitosti celé animace byly zde použity obě dvě metody (frame-by-frame a motion tweening).
Obr. 30 - dvoustupňový kompresor
4FLASH
Strana 53
Membránový kompresor Tento typ kompresoru je téměř identický s jednostupňovým kompresorem. U tohoto kompresoru můžeme nalézt jen nepatrné změny v konstrukci a také membránu, která je ukotvena na válci a pohybuje se s válcem nahoru a dolů. Metoda pohybu animace byla použita identická jako u jednostupňového kompresoru.
Obr. 31 – jednostupňový membránový kompresor Radiální turbo-kompresor Tento radiální turbo-kompresor se liší zejména svou konstrukcí od ostatních kompresorů. Uprostřed celého mechanizmu se otáčí rotor a tím je přiváděn vzduch do kompresoru.
Obr. 32 - radiální turbo-kompresor
Strana 54 Šroubový kompresor U tohoto typu kompresoru se otáčí dvě vřetena, pomocí kterých je přiváděn vzduch do kompresoru. Zde je použita metoda motion tweeningu.
Obr. 33 - šroubový kompresor
4.9
Prezentace animací na www
Pro prezentaci na www byl použit program Flash. V nabídce menu se nachází základní rozdělení konstrukce hydrogenerátorů a také pro porovnání animace kompresorů. Po otevření jednotlivé nabídky z menu se otevře okno s podrobnějším rozdělením. U některých typů byly použity vytvořené flash animace, v ostatních případech je typ hydrogenerátoru doplněn obrázkem. Každý typ hydrogenerátoru byl také krátce popsán.
Obr. 34 – prezentace na www
Strana 55
5
ZÁVĚR
Cílem této práce bylo podrobně se seznámit s problematikou hydrogenerátorů a sestavit multimedialní interaktivní schémata těchto hydrogenerátorů. Hydrogenerátory byly postupně rozděleny podle dané konstrukce. Každý jednotlivý typ byl podrobně popsán, aby bylo možné pochopit problematiku vytvářených schémat. Pro názornost byly některé kapitoly doplněny obrázky daných typů hydrogenerátorů. Po prostudování problematiky byly navrženy zjednodušené sestavy hydrogenerátorů a animovány pomocí programu Flash. Byly uvedeny některé součásti programu Flash, které byly použity při tvorbě flashové animace. V jedné z kapitol je rozebrána problematika při tvorbě animace a byly zobrazeny komponenty, pomocí kterých animace vznikala. Tyto interaktivní schémata budou nyní sloužit pro doplnění a zkvalitnění výuky předmětu prostředky automatického řízení tekutinové. Pro srovnání byly také vytvořeny interaktivní schémata kompresorů. Pro prezentaci na www stránkách byl také použit program Flash.
Strana 56
Strana 57
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]
PIVOŇKA, Josef; Tekutinové mechanizmy, 1. vydání Praha: SNTL, 1987. 624 s. ISBN 04-225-87 LEWIS, E.E. - Stern, H.; Design of Hydraulic Control Systems, New York, McGraw-Hill Book Co, 1962 ŠEVLJ, M.; Teorie a výpočty ozubených kol, 1. vydání Praha, SNTL 1957 THOMA, J.; Hydrostatische Getreibe, Munchen, Carl Hanser Verlag 1964 PROKEŠ, Josef; Hydraulické pohony, 1. vydání Praha, Nakladatelství ROH – PRÁCE PROKEŠ, Josef; Hydraulické a pneumatické mechanizmy, 1. vydání Praha: SNTL, 1988 ISBN 04-215-88 PROKEŠ, Karel; Macromedia flash interaktivní animace, 1. vydání Brno: Junis 2000 ISBN 80-86097-51-X ŠRUTKA, Milan; Hydraulické a pneumatické prvky v regulaci, 1. vydání Brno:Vysoké učení technické v Brně, 1973 CHUNN, Rusell: Flash 5 pro pokročilé, 1. vydání Praha: Computer Press 2001 ISBN 80-7226-519-9
