Hydrodynamischer Wandler Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Wandler mit einem torusförmigen Arbeitsraum, einem Pumpenrad, einem Turbinenrad und einem Kranz verstellbarer Leitschaufeln, Die Erfindung betrifft insbesondere einen Wandler zur Anwendung bei einem Maschinensatz, bei dem der Antrieb eine Gasturbine ist, und die Arbeitsmaschine ein Kompressor. Dabei geht es um außerordentlich hohe Leistungen, die in der Größenordnung von 20 Megawatt und darüber liegen. Aufgrund dieser extremen Leistungen weisen die Maschinen auch außerordentlich hohe umlaufende Massen auf, die naturgemäß wieder zu besonderen Problemen führen.

Die Anforderungen an einen Maschinensatz der genannten Art, insbesondere mit einer Gasturbine und einem Kompressor, sind die folgenden : der Kompressor muß in einer Weise angefahren werden, ohne daß der Antrieb überlastet wird * der Kompressor muß auf eine Drehzahl hochgefahren werden, die gleich der Drehzahl des Antriebs ist, das heißt die beiden Maschinen müssen synchron zueinander laufen * nach Erreichen des Synchronlaufes muß eine direkte mechanische Triebverbindung zwischen Antrieb und Arbeitsmaschine hergestellt werden * bei manchen Maschinensätzen der genannten Art, insbesondere umfassend eine Gasturbine als Antrieb und einen Kompressor als

Arbeitsmaschine, kann es notwendig sein, die Gasturbine dauernd laufen zu lassen, und zwar auch dann, wenn der Kompressor abgeschaltet wird.

Als Zwischenglied zwischen Gasturbine und Kompressor käme an sich ein hydrodynamischer Wandler in Betracht. Die bisher bekannten Wandler vermögen jedoch die genannten Funktionen nicht zu erfüllen, und zwar bereits aus Festigkeitsgründen. Bei Teilfüllung kommt es wegen der hohen Leistungen zu Kavitation. Bei Vollfüllung kann ein Wandler der bekannten Bauart die geforderten Extremleistungen nicht bewältigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydrodynamischen Wandler anzugeben, der insbesondere als Zwischenglied zwischen einer Gasturbine und einem Kompressor in Betracht kommt. Ein solcher Wandler soll höchste Leistungen übertragen können und den Synchronlauf zwischen der Gasturbine und dem Kompressor bewirken.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 geiöst.

Die Erfinder haben damit eine perfekte Lösung des Problems gefunden, bei Lösung aller genannten Teilaufgaben.

Bisher erstrebte man bei hydrodynamischen Wandlern einen hohen A-Wert an, um das Bauvolumen des Wandlers klein zu halten. Bei der erfindungsgemäßen Konfiguration ergibt sich zwar ein extrem kleines A, das in der Größenordnung von 0,0005 liegt. Dabei ist das Drehzahiverhältnis u zwischen der Drehzahl des Turbinenrades und jener des Pumpenrades in der Größenordnung von eins. Der Wirkungsgrad ist hoch. Er liegt in der Größenordnung von 0,75 und mehr.

Bei der erfindungsgemäßen Konfiguration sind die Kanäle des Pumpenrades im wesentlichen zentrifugat durchströmt. Diejenigen des Turbinenrades sind im wesentlichen zentripetal durchströmt, was bei Wandlern ungewöhnlich ist. Aufgrund dieser Konfiguration lassen sich höchste Leistungen übertragen, bei mäßigem Bauvolumen, hohem Wirkungsgrad und der Fähigkeit, den Synchronisationszustand herzustellen.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt : Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wandler mit Zahnkupplung als Zwischenglied zwischen einer nicht gezeigten Gasturbine und einem nicht gezeigten Kompressor.

Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Gegenstand von Figur 1.

Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Wandler in vergrößertem Maßstab.

In Figur 1 erkennt man die Eingangswelle 1 sowie die Ausgangswelle 2 des Wandlers. Der Wandler ist zwischengeschaltet zwischen einer hier nicht dargestellten Gasturbine und einem ebenfalls nicht gezeigten Kompressor.

Dem Wandler 3 ist eine Zahnkupplung 4 zugeordnet.

Wandler 3 und Zahnkupplung 4 sind zueinander parallel geschaltet.

Sowohl der Wandler 3 als auch die Zahnkupplung 4 können Drehmoment von der Eingangswelle 1 zur Ausgangswelle 2 jeweils für sich alleine übertragen, aber auch gemeinsam.

Wandler 3 ist füll-und entleerbar. Er umfaßt ein Pumpenrad 3.1 sowie ein Turbinenrad 3.2. Er umfaßt ferner ein feststehendes Leitschaufelrad 3.3 und ein verstellbares Leitschaufelrad 3.4.

Das Pumpenrad 3.1 des Wandlers 3 ist mit der Eingangswelle 1 drehfest verbunden. Das Turbinenrad 3.2 des Wandlers ist mit der Ausgangswelle 2 drehfest verbunden.

Figur 2 läßt die Verhältnisse im Bereich von Wandler und Zahnkupplung genauer erkennen. Die Zahnkupplung 4 umfaßt zwei Kupplungshälften. Die eine Kupplungshälfte-ein Ritzel 4.1-ist mit der Eingangswelle 1 drehfest verbunden. Die andere Hälfte-ein Zahnkranz 4.2-ist mit der Ausgangswelle 2 drehfest verbunden. Zahnkranz 4.2 ist in Figur 2 nach links verschiebbar. Wird diese Verschiebung vorgenommen, so wird damit die Kupplung 4 geschlossen.

Es ist ein Anschluß 5 für Steueröl vorgesehen. Durch diesen läßt sich Steueröl in den Innenraum des Kupplungsgehäuses einleiten, und zwar derart, daß es einen Kolben 4.3 beaufschlagt, der seinerseits den Zahnkranz 4.2 nach links verschiebt. Dem Anschluß 5 ist ein hier nicht dargestelltes Ventil zugeordnet.

In Verbindung mit dem Betätigen der Kupplung ist ein Satz von Tellerfedern 6 von Bedeutung-siehe Figur 5. Während Steueröl bei Einlaß in den Anschluß 5 den Kolben 4.3 nach links verschiebt, und die Kupplung 4 damit schließt, haben die Tellerfedern 6 das entgegengesetzte Bestreben.

Sie haben die Tendenz, die Kupplung 4 zu öffnen.

Wie oben beschrieben, wird beim Anfahrvorgang Synchronität zwischen der Gasturbine und dem Kompressor hergestellt, somit auch zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 2. Das Synchronität vorliegt, wird

von hier nicht gezeigten Sensoren erfaßt. In diesem Augenblick wird das genannte Ventil des Steueröl-Anschlusses 5 geöffnet. Steueröl tritt ein, beaufschlagt den Kolben 4.3 und verschiebt den Zahnkranz 4.2 nach links, so daß die Kupplung 4 geschlossen wird. Sie bleibt so lange geschlossen, als der Druck des Steueröles auf dem Kolben 4.3 stehen bleibt. Deswegen läßt man das Ventil vor dem Anschluß 5 so lange geöffnet, als man die Kupplung geschlossen haben möchte.

Wünscht man, die Kupplung 4 zu öffnen, so wird das genannte Ventil des Steueröl-Anschlusses 5 zugesperrt, und an einer anderen Stelle wird dafür gesorgt, daß Steueröl austreten kann, beispielsweise durch Öffnen eines Auslasses 7-siehe Figur 2. Liegen diese Bedingungen vor-Steuerölzulauf bei Anschluß 5 geschlossen und Steuerölauslauf 7 geöffnet-so wirken allein die Federn 6 auf den Kolben 4.3 über eine Stange 6.1, so daß der Kolben 4.3 in Figur 2 nach rechts bewegt wird, und damit auch der Zahnkranz 4.2. Die Kupplung wird geöffnet, und es wird kein Drehmoment mehr über die Kupplung 4 übertragen.

In Figur 3 erkennt man wiederum die Eingangswelle 1-hier zugleich die Eingangswelle 1 des Wandlers 3, ferner die Antriebswelle 2 des hier nicht gezeigten Kompressors-hier zugleich die Ausgangswellen 2 des Wandlers 3.

Man erkennt wiederum das Pumpenschaufelrad 3.1, das Turbinenschaufetrad 3.2, ein feststehendes Leitschaufelrad 3.3 sowie ein verstellbares Leitschaufelrad 3.4. Der Pfeil C veranschaulicht die Strömungsrichtung in dem Strömungskanal, der im wesentlichen aus dem Wandlergehäuse 3.5 sowie den Schaufeln von Pumpenrad und Turbinenrad gebildet ist. Wie man sieht, sind die Kanäle des Pumpenrades 3.1 zentrifugal durchströmt, während die Kanäle des Turbinenrades 3.2 zentripetal durchströmt sind.

Eine gestrichelt dargestellte Linie D verläuft achssenkrecht zur Drehachse E des Wandlers. Das Pumpenrad 3.1 und das Turbinenrad 3.2 liegen beidseits der Linie D.

Man erkennt die Eintrittskante 3.1.1 und die Austrittskante 3.1.2 einer Pumpenschaufel, sowie die Eintrittskante 3.2.2 und die Austrittskante 3.2.1 einer Turbinenschaufel. Die Eintrittskante 3.1.1 und die Austrittskante 3.2.1 liegen einander unmittelbar gegenüber. Es ist somit kein irgendwie geartetes hydrodynamisches Element mehr zwischengeschaltet. Diese beiden Kanten befinden sich näher bei der Wandlerachse E, als die beiden anderen Kanten 3.1.2 und 3.2.2.

Betrachtet man den Ringkanal, in dem die Strömung gemäß Pfeil C verläuft, annähernd als Kreiskanal, so könnte man sagen, daß sich die Pumpenschaufeln im ersten aufsteigenden Quadranten befinden, und die Turbinenschaufeln im zweiten absteigenden Quadranten.