Su freni

Su freni, mekanik enerjiyi emmek için kullanılan bir tür sıvı kavramadır ve genellikle su dolu bir muhafazaya monte edilmiş bir türbin veya pervaneden oluşmaktadır.
Türbin veya pervane döndükçe, türbülans ve sürtünme nedeniyle mekanik enerji suya aktarılmaktadır. Statordaki ceplerden dönen rotordaki ceplere geçerken suyun hızlanmasının neden olduğu şok enerji gerektirmektedir. Bu enerji, su freni boyunca ilerlerken sürtünme nedeniyle suyu ısıtmaktadır. Rotora (genellikle içten yanmalı motor) dönüşen sistemin beygir gücünün neredeyse tamamı suyun sıcaklık değişimine dönüştürülmektedir. Ünite içindeki rulmanlar ve contalar tarafından çok az miktarda enerji alınmaktadır. Bu nedenle, su sürekli olarak emilen beygir gücü ile orantılı bir oranda cihazda hareket etmelidir. Ölçek oluşumunu ve kavitasyonunu önlemek için üniteden çıkan su sıcaklığı 5070 C altında tutulmalıdır. Su cihazın ortasına girer ve stator ve rotordaki ceplerden geçtikten sonra muhafazanın dışına kontrollü bir delikten çıkmaktadır. Yükleme miktarı, muhafazanın içindeki su seviyesine bağlıdır. Bazı su frenleri sadece giriş suyu hacmini kontrol ederek yükü değişir ve emilmek istenen beygir gücüne bağlı olarak belirli bir çıkış deliği boyutuna sahiptir ve bazı kontrol hem giriş hem de çıkış deliklerini aynı anda kontrol eder ve bu da çıkış suyu sıcaklıkları üzerinde daha fazla kontrol sağlamaktadır. Muhafaza, ünitedeki su seviyesi yükseldikçe ve düştükçe havanın suyu yerinden etmesine izin vermek için dışarıya havalandırılmaktadır.
Emilebilen tork miktarı T=kN2D5 denklemi ile tanımlanır, burada T = tork, N = RPM, D = rotorun çapı ve k = rotor/ stator ceplerinin boyutuna ve şekline ve açısına bağlı bir sabittir.
Test edilen sistemin torkunun ölçülmasını gerektiren sistemler tipik olarak giriş şaftına dik gövdeye tutturulmuş bir tork koluna monte edilmiş bir gerinim ölçer kullanılmaktadır. Gövde/stator makaralı rulmanlara monte edilir ve rotor, rotor ve çerçeveden bağımsız olarak dönebilmesi için muhafaza/stator içindeki makaralı rulmanlara monte edilmektedir. Gerinim ölçer tork kolunu çerçeve montajına bağlar ve gövde türbinin aynı yönüne dönmeye çalışırken gövdenin dönmesini önlemektedir. (Newton'un üçüncü yasası).
Direnç miktarı, muhafazadaki su miktarını herhangi bir zamanda değiştirerek değiştirilebilmektedir. Bu, manuel veya elektronik kontrollü su vanaları ile gerçekleştirilmektedir. Fren içindeki su seviyeleri ne kadar yüksek olursa yükleme o kadar büyük olacaktır. Su frenleri genellikle bazı dinamometre formlarında kullanılır, ancak İngiliz gelişmiş yolcu treni gibi demiryolları araçlarında da kullanılmıştır.
Hidrokinetik konstrüksiyon (tork emilimi)
Froude su freni hidrokinetik yapıya veya (tork emilimi) dayanmaktadır. Makine, dönüşüyle suyu dışa doğru hızlandıran bir çarktan (rotor) oluşmaktadır. Suyun hızı bir stator tarafından değiştirilir ve bu da suyun rotorun iç çapına geri dönmesine neden olmaktadır. Belirli bir su kütlesi için, bu hız değişimi karşılık gelen bir momentum değişikliği sağlar ve momentum değişim hızı bir kuvvetle orantılıdır. Rotor ve stator içinde bir noktada hareket eden bu kuvvet, mil merkez hattından bir mesafedir ve bir mesafe ile çarpılan bir kuvvet tork üretmektedir.