水ブレーキ

水ブレーキは、機械エネルギーを吸収するために使用される流体継手の一種であり、通常は水で満たされた筐体内に設置されたタービンまたはプロペラで構成されています。

タービンまたはプロペラが回転すると、乱流と摩擦により機械エネルギーが水に伝達されます。ステータのポケットから回転するローターのポケットへ水が通過する際の加速によって生じる衝撃にはエネルギーが必要です。このエネルギーは、水がウォーターブレーキを通過する際の摩擦により水を加熱します。ローターを回転させるシステム（通常は内燃機関）の馬力のほぼすべてが、水の温度変化に変換されます。ごくわずかなエネルギーが、ユニット内のベアリングとシールによって消費されます。したがって、水は吸収される馬力に比例した速度で常に装置内を流れる必要があります。スケール形成とキャビテーションを防ぐため、ユニットから出る水の温度は120～160 °F（49～71 °C）以下に維持する必要があります。水は装置の中心から入り、ステータとローターのポケットを通過した後、制御されたオリフィスからハウジングの外側に排出されます。負荷量は、ハウジング内の水位に依存します。水ブレーキの中には、流入水量のみを制御することで負荷を変化させ、吸収したい馬力に応じて出口オリフィスのサイズを固定するタイプと、流入オリフィスと流出オリフィスの両方を同時に制御することで出口水温をより細かく制御できるタイプがあります。ハウジングは外部に通気口が設けられており、ユニット内の水位が上昇・下降するにつれて空気が水を押し出すようになっています。   

吸収できるトルクの量は、T=kN ² D ⁵という式で定義されます。ここで、T = トルク、N = RPM、D = ローターの直径、k = ローター/ステーターポケットのサイズ、形状、角度に依存する定数です。^{[ 1 ]}

試験対象システムのトルクを測定する必要があるシステムでは、通常、入力軸に垂直にハウジングに取り付けられたトルクアームにひずみゲージが取り付けられます。ハウジング/ステータはローラーベアリングに取り付けられ、ローターはハウジング/ステータ内のローラーベアリングに取り付けられているため、ローターとフレームとは独立して回転できます。ひずみゲージはトルクアームをフレームアセンブリに接続し、ハウジングがタービンと同じ方向に回転しようとするのを防ぎます（ニュートンの第三法則）。

抵抗値は、筐体内の水量を調整することで変化させることができます。これは、手動または電子制御式の水バルブによって行われます。ブレーキ内の水位が高いほど、負荷は大きくなります。水ブレーキは、一部の動力計で一般的に使用されていますが、英国の先進旅客列車などの鉄道車両にも使用されています。

フルード水ブレーキは、流体運動構造または（トルク吸収）に基づいています。

この機械は、回転によって水を外側へ加速させるインペラ（ローター）で構成されています。水の速度はステーターによって変化し、ローターの内径に戻されます。一定量の水に対して、この速度変化は対応する運動量変化をもたらし、運動量の変化率は力に比例します。ローターとステーター内のどこかの点に作用するこの力は、シャフトの中心線から一定の距離にあり、力と距離の積がトルクを生み出します。

• トルクコンバーター