DE10354802A1 - Hydrodynamic construction unit used as hydrodynamic coupling or retarder comprises a region with cross-section in an inlet region on blade wheel that is greater than possible flow cross-section for leakage flow outside the blade wheels - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Baueinheit, insbesondere eine hydrodynamische Kupplung, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a hydrodynamic structural unit, in particular a hydrodynamic coupling, in more detail with the features the preamble of claim 1.
Hydrodynamische Baueinheiten sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausführungen für unterschiedliche Einsatzzwecke bekannt. Diese umfassen einen Eingang und einen Ausgang und ein dazwischen angeordnetes hydrodynamisches Bauelement. Das hydrodynamische Bauelement umfasst ein mit dem Eingang drehfest verbindbares Primärschaufelrad und ein mit dem Ausgang verbindbares Sekundärschaufelrad, die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren Arbeitsraum bilden. Bei Ausführung des hydrodynamischen Bauelementes als hydrodynamische Kupplung fungiert das Primärschaufelrad als Pumpenrad und das Sekundärschaufelrad als Turbinenrad. Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad werden dabei vorzugsweise von einem ruhenden Gehäuse umschlossen. Dem Arbeitsraum ist wenigstens ein Eintritt in diesen, der mit wenigstens einem Zulaufkanal gekoppelt ist, zugeordnet und mindestens ein mit einem Austritt gekoppelter Auslasskanal, wobei der Druck im Eintrittsbereich des Einlasskanales kleiner ist als der Druck im Austrittsbereich aus dem Arbeitsraum. Bei Ausführung mit ruhendem Gehäuse werden zwischen den mit Relativdrehzahl zueinander rotierenden Elementen bzw. den ruhenden und rotierenden Elementen berührungsfreie Abdichtungen verwendet. Diese sind insbesondere zwischen dem Außenumfang der einzelnen Schaufelräder und dem ruhenden Gehäuse sowie bei Ausführungen mit Durchführung der Schaufelräder zwischen den beiden Schaufelrädern vorgesehen. Die Dichtungen sind jedoch nicht in der Lage, gegen einen vorhandenen Differenzdruck abzudichten, sondern lediglich nur den Leckagestrom zu reduzieren. Bei Nichtabfuhr des Leckagestromes füllt sich der Raum hinter der berührungsfreien Abdichtung mit dem abzudichtenden Medium und der Druck steigt an, bis hinter der berührungsfreien Abdichtung der gleiche Druck herrscht. Dieser hohe Druck wirkt sich dabei negativ in Form von hohen Axialkräften an den Schaufelrädern aus. Insbesondere kommt es zum Anlaufen der beiden Schaufelräder bereits bei hohen Differenzdrehzahlen. Die hohen Axialkräfte bedingen ferner zum einen das Vorsehen entsprechend dimensionierten Lagerungseinheiten für die einzelnen Schaufelräder, wobei diese immer einem erheblichen Druck ausgesetzt sind und ferner eine eventuell ungewünschte Beeinflussung des Übertragungsverhaltens der hydrodynamischen Kupplung.Hydrodynamic Building units are known in the art in a variety of versions for different Purpose known. These include an input and an output and an intermediate hydrodynamic component. The hydrodynamic Component comprises a non-rotatably connectable to the input primary impeller and a connectable to the output secondary impeller, the one another can be filled with operating material Make working space. At execution the hydrodynamic component acts as a hydrodynamic coupling the primary blade wheel as impeller and the secondary impeller as a turbine wheel. Primary impeller and secondary blade are preferably enclosed by a stationary housing. The workroom is at least one entry into this, with at least one Supply channel is coupled, assigned and at least one with a Outlet coupled outlet channel, the pressure in the inlet area of the inlet channel is smaller than the pressure in the outlet area from the workroom. At execution with resting housing be between the relative rotational speed with each other rotating elements or the stationary and rotating elements used non-contact seals. These are in particular between the outer periphery of the individual paddle wheels and the dormant housing as well as in versions with execution the paddle wheels provided between the two paddle wheels. However, the seals are unable to resist an existing one To seal differential pressure, but only the leakage current to to reduce. If the leakage current is not dissipated, the space behind the fills contactless Sealing with the medium to be sealed and the pressure increases, until behind the non-contact Sealing the same pressure prevails. This high pressure affects doing negative in the form of high axial forces on the paddle wheels. In particular, it comes to the start of the two paddle wheels already at high differential speeds. The high axial forces also require on the one hand the provision of appropriately sized storage units for each Paddle wheels, these are always subjected to considerable pressure and also a possibly unwanted Influencing the transmission behavior the hydrodynamic coupling.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Baueinheit der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Druckaufbau im Außenumfang der Schaufelräder, insbesondere im die Beschaufelung tragenden Bereich überschaubar und hinsichtlich der Auswirkungen auf das Übertragungsverhalten bzw. auf die einzelnen Elemente kontrolliert erfolgt und unzulässig hohe Axialkraftwirkungen auf die Schaufelräder vermieden werden. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich dabei durch einen geringen konstruktiven Aufwand auszeichnen.Of the Invention is therefore the object of a hydrodynamic Further develop a structural unit of the type mentioned at the outset, that the pressure build-up in the outer circumference the paddle wheels, especially in the area carrying the blading manageable and with regard to the effects on the transmission behavior or on the individual elements are controlled and impermissibly high Axialkraftwirkungen be avoided on the paddle wheels. The solution according to the invention is intended are characterized by a low design cost.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The inventive solution by the features of the claims 1 and 6 characterized. Advantageous embodiments are in the dependent claims described.
Die hydrodynamische Baueinheit umfasst einen Eingang und einen Ausgang und ein dazwischen angeordnetes hydrodynamisches Bauelement, umfassend zwei mit Relativdrehzahl zueinander betreibbaren Schaufelrädern, insbesondere in Form einer hydrodynamischen Kupplung ein mit dem Eingang drehfest verbindbares, vorzugsweise verbundenes Primärschaufelrad und ein mit dem Ausgang drehfest verbindbares, vorzugsweise verbundenes Sekundärschaufelrad, die miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren Arbeitsraum bilden. Die Schaufelräder, insbesondere bei Ausführung als hydrodynamische Kupplung das Primärschaufelrad und das Sekundärschaufelrad werden in axialer Richtung und wenigstens teilweise in radialer Richtung unter Bildung entsprechender als Nebenräume bezeichneter Zwischenräume von einem ruhenden, d. h. ortsfest angeordneten und fixierten Gehäuse umschlossen. Bei dem hydrodynamischen Bauelement kann es sich dabei um einen hydrodynamischen Wandler oder vorzugsweise eine hydrodynamische Kupplung handeln. Letztere ist frei von einem Leitrad. Zur Versorgung mit Betriebsmittel ist ein Betriebsmittelversorgungssystem vorgesehen. Dieses umfasst mindestens eine Zufuhrleitung und/oder Kanal, die bzw. der mit einem Eintritt in den torusförmigen Arbeitsraum koppelbar ist und eine Abfuhrleitung- und/oder Kanal, die bzw. der mit wenigstens einem Austritt aus dem torusförmigen Arbeitsraum verbunden ist. Der Bereich des Eintrittes definiert dabei einen sogenannten Einlassbereich, der Bereich des Austrittes einen Auslassbereich. Unter Ein- und Austritt werden dabei durch die Wand der Schaufelräder oder der einzelnen Schaufeln gebildeten Mündungen in den Arbeitsraum verstanden, d. h. der Querschnitt direkt am Übergang zum Arbeitsraum. Der Begriff Einlassbereich bzw. Bereich des Eintrittes bezieht sich dabei auf die Verbindung des Eintrittes mit dem Außenumfang des jeweiligen Schaufelrades. Dies gilt in Analogie auch für den Austritt und den Auslassbereich. Der Austritt ist durch die an den torusförmigen Arbeitsraum angrenzende Öffnung am Schaufelgrund oder der Beschaufelung charakterisiert. Der Auslassbereich charakterisiert dabei die Verbindung zwischen Arbeitsraum und dem Raum außerhalb durch die Beschaufelung oder Wandung des jeweiligen Schaufelrades. Die Durchströmung der hydrodynamischen Kupplung erfolgt zentrifugal, d. h. von der Rotationsachse aus in den torusförmigen Arbeitsraum hineingerichtet und in radialer Richtung aus dem torusförmigen Arbeitsraum im Bereich der radial äußeren Abmessungen der Schaufelräder heraus. Der sich während des Betriebes im Arbeitsraum einstellende Arbeitskreislauf ist dabei im Bereich der Trennebene zwischen den beiden Schaufelrädern in radialer Richtung durch einen radial inneren und einen radial äußeren Spalt bzw. eine Öffnung im Bereich des radial inneren Durchmessers und des radial äußeren Durchmessers des Arbeitsraumes charakterisiert. Diese Öffnungen müssen nach außen dynamisch, d. h. mittels wenigstens einer eine Relativbewegung zulassenden Dichtung abgedichtet werden. Dabei ist bei Vorsehen eines mittigen Durchtriebes zwischen beiden Schaufelrädern zwischen den Schaufelrädern auf einem Durchmesser ≤ di des inneren Durchmessers des torusförmigen Arbeitsraumes eine Abdichtung vorgesehen. Diese dichtet die Öffnung, d. h. den Spalt im Bereich des inneren Durchmessers des torusförmigen Arbeitsraumes ab. Die einzelnen zwischen den mit Relativdrehzahl zueinander rotierenden Elementen angeordneten Dichteinrichtungen eines Dichtsystems sind dabei als berührungsfreie Dichtungen ausgeführt. Die beiden Öffnungen im Bereich des in radialer Richtung liegenden Innendurchmessers und Außendurchmessers des torusförmigen Arbeitsraumes zeichnen sich dabei durch einen relativ hohen spezifischen Innendruck aus, weshalb diese in der Regel auch nicht zur Einleitung eines äußeren Kreislaufes in den Arbeitsraum verwendet werden. Diese erfolgt vorzugsweise zwischen den Öffnungen. Erfindungsgemäß wird der Querschnitt im Einlassbereich, insbesondere im Bereich des Eintrittes in den Arbeitsraum größer ausgebildet als ein möglicher Fließquerschnitt außerhalb der Schaufelräder im jeweiligen Nebenraum vom Auslassbereich zum Einlassbereich, d. h. es ist irgendwo im Strömungsweg für den Leckagestrom zwischen Auslass- und Einlassbereich eine Verengung vorgesehen, insbesondere eine Drosselstelle, deren Querschnitt kleiner als im Bereich des Eintrittes, vorzugsweise direkt am Eintritt in den Arbeitsraum ist.The hydrodynamic structural unit comprises an input and an output and a hydrodynamic component arranged therebetween, comprising two paddle wheels which can be operated with relative rotational speed, in particular in the form of a hydrodynamic coupling, a primary paddle wheel rotatably connected to the input, preferably a connected primary paddle wheel and preferably non-rotatably connectable to the output Secondary impeller, which together form a working space that can be filled with operating fluid. The paddle wheels, in particular when designed as a hydrodynamic coupling the Primärschaufelrad and the Sekundärschaufelrad are enclosed in the axial direction and at least partially in the radial direction to form corresponding designated as adjoining spaces of a dormant, ie stationary and fixed housing. The hydrodynamic component may be a hydrodynamic converter or, preferably, a hydrodynamic coupling. The latter is free of a stator. For the supply of equipment, a resource supply system is provided. This comprises at least one supply line and / or channel which can be coupled with an inlet into the toroidal working space and a discharge line and / or channel which is connected to at least one exit from the toroidal working space. The region of the inlet defines a so-called inlet region, the region of the outlet an outlet region. Entry and exit are understood to mean openings formed by the wall of the paddle wheels or the individual blades into the working space, ie the cross section directly at the transition to the working space. The term inlet area or area of the inlet here refers to the connection of the inlet to the outer periphery of the respective paddle wheel. By analogy, this also applies to the outlet and the outlet area. The outlet is characterized by the adjacent to the toroidal working space opening at the blade root or the blading. The outlet area characterizes the connection between the working space and the space outside through the Be Blade or wall of the respective paddle wheel. The flow through the hydrodynamic coupling is centrifugal, ie directed from the rotational axis into the toroidal working space and in the radial direction out of the toroidal working space in the region of the radially outer dimensions of the paddle wheels. The working cycle which occurs during operation in the working space is characterized in the radial direction by a radially inner and a radially outer gap or an opening in the region of the radially inner diameter and the radially outer diameter of the working space in the region of the parting plane between the two blade wheels. These openings must be dynamically sealed to the outside, ie by means of at least one seal permitting a relative movement. In this case, when providing a central through drive between the two blade wheels between the blade wheels, a seal is provided on a diameter ≦ d i of the inner diameter of the toroidal working space. This seals the opening, ie the gap in the region of the inner diameter of the toroidal working space. The individual arranged between the relative rotational speed relative to each other with rotating elements sealing devices of a sealing system are designed as non-contact seals. The two openings in the region of the radially inner diameter and outer diameter of the toroidal working chamber are characterized by a relatively high specific internal pressure, which is why they are not usually used to initiate an external circuit in the working space. This preferably takes place between the openings. According to the invention, the cross-section in the inlet area, in particular in the area of entry into the working space, is made larger than a possible flow cross-section outside the paddle wheels in the respective side space from the outlet area to the inlet area, ie a narrowing is provided somewhere in the flow path for the leakage flow between the outlet and inlet area. in particular a throttle point whose cross section is smaller than in the region of the inlet, preferably directly at the entrance to the working space.
Gemäß eines zweiten Lösungsansatzes wird der Querschnitt eines Entlastungsquerschnittes in den Arbeitsraum derart gewählt, dass dieser größer als ein kleinstmöglicher Fließquerschnitt außerhalb der Schaufelräder in den Nebenräumen ist. Dieser Querschnitt ist dabei größer als der kleinste Fließquerschnitt zwischen Austritt und Eintritt. Dieser Fließquerschnitt wird durch eine Verengung oder Drosselstelle charakterisiert. Unter „Entlastungsquerschnitt in den Arbeitsraum" wird der Querschnitt unmittelbar am Eintritt in den Arbeitsraum verstanden. Dieser kann je nach Ausführung am Schaufelgrund oder im Bereich eines Schaufelendes vorliegen.According to one second approach is the cross section of a relief cross section in the working space chosen so that this larger than a smallest possible Flow cross-section except for paddle wheels in the side rooms is. This cross section is larger than the smallest flow cross section between exit and entry. This flow cross section is through a Constriction or restriction characterized. Under "Relief cross section into the workroom "will understood the cross section immediately at the entrance to the work space. This can depending on the version be present at the blade bottom or in the region of a blade end.
In beiden Lösungsansätzen kann der kleinste Fließquerschnitt an beliebiger Stelle zwischen Aus- und Einlassbereich am jeweiligen Schaufelrad im jeweiligen Nebenraum angeordnet werden. Entscheidend ist, dass Auslassbereich und Einlassbereich hinter der die äußere Öffnung abdichtenden Dichteinrichtung bzw. zwischen der die äußere Öffnung abdichtenden ersten Dichteinrichtung und der die innere Öffnung abdichtenden zweiten Dichteinrichtung angeordnet sind. Ferner gelten bei Ausführungen mit mehreren Eintritten an einem Schaufelrad in den Arbeitsraum die genannten Beziehungen für die Summe der Einzelquerschnitte der Eintrittsbereiche oder Entlastungsquerschnitte am Schaufelrad.In Both approaches can the smallest flow cross section at any point between exit and inlet area at the respective Paddle wheel can be arranged in the respective side room. critical is that outlet area and inlet area behind the sealing device sealing the outer opening or between the outer opening sealing first sealing means and the inner opening sealing second Sealing device are arranged. Furthermore apply to designs with several entries on a paddle wheel in the work space the said relations for the Sum of the individual cross sections of the inlet areas or relief cross sections on the paddle wheel.
Bei dem zwischen Austritt und Eintritt beschriebenen Strömungsweg im jeweiligen Nebenraum, der durch das ruhende Gehäuse und das jeweilige Schaufelrad beschrieben wird, handelt es sich um den Strömungsweg für einen Leckagestrom. Dieser ist vorzugsweise gar nicht oder nur teilweise mit einem externen Kreislauf, der den Austritt mit dem Eintritt in den Arbeitsraum verbindet, identisch. Vorzugsweise gibt es jedoch keine Überschneidungen zwischen dem durch den externen Kreislauf, beispielsweise zum Zwecke der Kühlung oder zur Steuerung des Füllungsgrades erforderlichen Strömungsweg und dem in den Nebenräumen entlang des Außenumfanges der Schaufelräder beschriebenen Strömungsweg für die sich aus dem externen Kreislauf ergebenden Leckageströme, insbesondere den Leckagestrom am Austritt. Der externe Kreislauf wird dabei über das ruhende Gehäuse geführt.at the flow path described between exit and entry in the respective next room, by the dormant housing and the respective paddle wheel is described, it is the flow for one Leakage current. This is preferably not at all or only partially with an external circuit, which is the exit with the entry into the Workspace connects, identical. Preferably, however, there are no overlaps between by the external circuit, for example, for the purpose the cooling or to control the degree of filling required flow path and in the adjoining rooms along the outer circumference the paddle wheels described flow path for the resulting from the external circuit leakage currents, in particular the leakage current at the outlet. The external circuit is about the resting housing guided.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine absolute Dichtheit zwischen dem Auslassbereich und dem Einlassbereich nicht erforderlich ist, um den durch die Leckageströme bedingten hohen Druck und damit die hohen Axialkräfte auszugleichen. Auch eine starke Einschränkung der einzelnen Strömungsquerschnitte ist nicht unbedingt erforderlich. Der minimalste Strömungsquerschnitt zwischen dem durch den Bereich des bzw. der Austritte beschreibbaren Auslassbereich und dem durch den Bereich des bzw. der Eintritte beschriebenen Einlassbereich kann dabei relativ groß sein. Entscheidend ist, dass der Einlassströmungsquerschnitt in torusförmigen Arbeitsraum entsprechend größer ist als ein minimaler Strömungsquerschnitt zwischen dem Auslassbereich und dem Einlassbereich, d. h. anders gesagt, zwischen Auslassbereich und Einlassbereich eine Verengung oder Drosselstelle vorgesehen ist, deren Querschnitt kleiner als am Eintritt bzw. im Einlassbereich am Schaufelrad ist bzw. bei Vorsehen mehrerer Eintritte an einem Schaufelrad deren Summe. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird dabei erreicht, dass der Raum hinter der berührungsfreien Abdichtung am Außenumfang aufgrund der Ausgestaltung der aufeinanderfolgenden Strömungsquerschnitte, insbesondere eines entsprechenden weiteren, d. h. größeren Querschnittes auf den verengten Querschnitt entlastet wird. Dabei stellt dann die berührungsfreie Abdichtung einen Fließwiderstand dar, an welchem Druck abgebaut wird. Der Druck hinter der berührungsfreien Abdichtung reduziert sich und damit auch die auf den Außenumfang des Schaufelrades wirkende Axialkraft, die sich aus Druck mal Fläche ergibt. Als kleinstmöglicher Strömungsquerschnitt kann daher ein Querschnitt in axialer oder radialer Richtung angesehen werden.The inventors have recognized that an absolute tightness between the outlet region and the inlet region is not required in order to compensate for the high pressure caused by the leakage flows and thus the high axial forces. A strong restriction of the individual flow cross sections is not absolutely necessary. The minimum flow cross section between the outlet region which can be described by the region of the outlet (s) and the inlet region described by the region of the inlet (s) can be relatively large. Decisive is that the inlet flow cross-section in the toroidal working space is correspondingly larger than a minimum flow cross-section between the outlet region and the inlet region, ie, between the outlet region and inlet region, a constriction or throttle point is provided whose cross-section is smaller than at the inlet or in the inlet region at the impeller is or when providing multiple entries on a paddle wheel their sum. With the solution according to the invention it is achieved that the space behind the non-contact seal on the outer circumference due to the configuration of the successive flow cross-sections, in particular a corresponding further, ie larger Cross-section is relieved on the narrowed cross-section. In this case, then the non-contact seal is a flow resistance, at which pressure is reduced. The pressure behind the non-contact seal is reduced and thus also the force acting on the outer circumference of the impeller axial force, resulting from pressure times area. As the smallest possible flow cross-section can therefore be considered a cross section in the axial or radial direction.
Die
optimale Beziehung der einzelnen Querschnittsflächen zueinander, insbesondere
das Flächenverhältnis, ergibt
sich dabei als Funktion der einzelnen Drücke, Temperaturen und Querschnittsverhältnisse
für den
Strömungsweg
zwischen Auslassbereich und Einlassbereich in den torusförmigen Arbeitsraum.
Dieser kann für
den Querschnitt im Bereich des Eintrittes, d. h. im Einlassbereich
am Schaufelrad durch folgende Beziehung beschrieben werden:
- pE
- Druck im Einlassbereich, d. h. im Bereich des Eintrittes in den Arbeitsraum am Schaufelrad
- pA
- Druck im Auslassbereich, d. h. im Bereich des Austrittes am Schaufelrad
- QL
- Leckagestrom vom Auslassbereich zum Einlassbereich, d. h. vom Bereich des Austrittes zum Bereich des Eintrittes
- QK
- erforderlicher Betriebsmediumstrom zur Kühlung und Ansteuerung
- AQE
- Fläche des Einlassquerschnittes bzw. im Bereich des Eintrittes in den Arbeitsraum
- AQL
- Fläche an der Drosselstelle für den Leckagestrom vom Auslassbereich zum Einlassbereich
- CQL
- Widerstandsbeiwert der Fläche der Drosselstelle des Leckagestroms vom Auslassbereich zum Einlassbereich
- CQE
- Widerstandsbeiwert der Fläche vom Einlassquerschnitt wobei
- QL
- aus pA und pE ermittelbar ist
- p E
- Pressure in the inlet area, ie in the area of entry into the working space on the impeller
- p A
- Pressure in the outlet area, ie in the area of the outlet at the impeller
- Q L
- Leakage flow from the outlet area to the inlet area, ie from the area of the outlet to the area of the inlet
- Q K
- Required operating medium flow for cooling and control
- A QE
- Area of the inlet cross-section or in the area of entry into the working space
- A QL
- Area at the restriction point for the leakage flow from the outlet area to the inlet area
- C QL
- Resistance coefficient of the area of the throttle point of the leakage flow from the outlet area to the inlet area
- C QE
- Drag coefficient of the area from the inlet cross section where
- Q L
- from p A and p E can be determined
Für zwei Leckageströme (jeweils
einer pro Nebenraum) von zwei Auslassbereichen bei Anordnung der
Austritte an beiden Schaufelrädern
ergibt sich für
AQE dann folgende Beziehung:
- QL1
- Leckagestrom
1 vom Auslassbereich1 zum Einlassbereich, d. h. zum Bereich des Eintrittes in den Arbeitsraum - QL2
- Leckagestrom
2 vom Auslassbereich2 zum Einlassbereich, d. h. zum Bereich des Eintrittes in den Arbeitsraum - AQL1
- Fläche der Drosselstelle
1 für den Leckagestrom1 vom Bereich des Austrittes bzw. Auslassbereich1 zum Einlassbereich - AQL1
- Fläche der Drosselstelle
2 für den Leckagestrom2 vom Bereich des Austrittes2 bzw. Auslassbereich2 zum Einlassbereich - CQL1
- Widerstandsbeiwert
1 der Fläche1 der Drosselstelle für den Leckagestrom1 vom Bereich des Austrittes1 bzw. Auslassbereich zum Einlassbereich - CQL1
- Widerstandsbeiwert
2 der Fläche2 der Drosselstelle2 des Leckagestromes2 vom Bereich des Austrittes2 bzw. Auslassbereich2 zum Einlassbereich
- Q L1
- leakage current
1 from the outlet area1 to the inlet area, ie to the area of entry into the working space - Q L2
- leakage current
2 from the outlet area2 to the inlet area, ie to the area of entry into the working space - A QL1
- Area of the throttle point
1 for the leakage current1 from the area of the outlet or outlet area1 to the inlet area - A QL1
- Area of the throttle point
2 for the leakage current2 from the area of the exit2 or outlet area2 to the inlet area - C QL1
- drag
1 the area1 the throttle point for the leakage current1 from the area of the exit1 or outlet to the inlet area - C QL1
- drag
2 the area2 the throttle point2 the leakage current2 from the area of the exit2 or outlet area2 to the inlet area
Gemäß des weiteren
zweiten Lösungsansatzes
ist der Entlastungsquerschnitt in den Arbeitsraum größer als
ein möglicher
Fließquerschnitt
außerhalb der
Schaufelräder
für den
Leckagestrom vom Auslassbereich zum Entlastungsbereich im Einlassbereich,
wobei unter Entlastungsquerschnitt der Querschnitt unmittelbar am
Eintritt in den Arbeitsraum verstanden wird. Dabei ergibt sich für den Entlastungsbereich
für die
Querschnittsfläche
folgende Beziehung:
- pA
- Druck im Bereich des Austrittes aus dem Arbeitsraum bzw. am Auslassbereich
- pE
- zulässiger Druck im Entlastungsbereich
- CQE
- Widerstandsbeiwert der Fläche am Entlastungsquerschnitt
- CQL
- Widerstandsbeiwert der Fläche der Drosselstelle des Leckagestromes vom Bereich des Austrittes aus dem Arbeitsraum, d. h. im Auslassbereich zum Entlastungsbereich
- AQL
- Fläche an der Drosselstelle für den Leckagestrom vom Bereich des Austrittes aus dem Arbeitsraum, d. h. im Auslassbereich zum Entlastungsbereich
- AQE
- Fläche des Entlastungsquerschnittes
- p A
- Pressure in the area of the outlet from the working space or at the outlet area
- p E
- permissible pressure in the discharge area
- C QE
- Drag coefficient of area at relief cross section
- C QL
- Drag coefficient of the area of the throttle point of the leakage current from the area of the outlet from the working space, ie in the outlet area to the discharge area
- A QL
- Area at the throttle point for the leakage flow from the area of the outlet from the working space, ie in the discharge area to the discharge area
- A QE
- Area of the relief cross-section
Für zwei Leckageströme von zwei
Auslassbereichen ergibt sich folgende Beziehung:
- pA1
- Druck im Bereich des
Austrittes
1 , d. h. im Auslassbereich1 - pA2
- Druck
2 im Bereich des Austrittes2 aus dem Arbeitsraum, d. h. dem Auslassbereich2 - AQL1
- Fläche der Drosselstelle
1 für den Leckagestrom1 vom Bereich des Austrittes1 am Schaufelrad, d. h. im Auslassbereich1 zum Entlastungsbereich - AQL2
- Fläche der Drosselstelle
2 für den Leckagestrom2 vom Bereich des Austrittes2 am Schaufelrad, d. h. im Auslassbereich2 zum Entlastungsbereich - CQL1
- Widerstandsbeiwert
1 der Fläche1 der Drosselstelle1 für den Leckagestrom1 vom Bereich des Austrittes1 aus dem Schaufelrad, d. h. dem Auslassbereich1 zum Entlastungsbereich - CQL2
- Widerstandsbeiwert
2 der Fläche2 der Drosselstelle2 für den Leckagestrom2 vom Bereich des Austrittes2 aus dem Schaufelrad, d. h. dem Auslassbereich2 zum Entlastungsbereich
- p A1
- Pressure in the area of the outlet
1 ie in the outlet area1 - p A2
- print
2 in the area of the exit2 from the working space, ie the outlet area2 - A QL1
- Area of the throttle point
1 for the leakage current1 from the area of the exit1 on the paddle wheel, ie in the outlet area1 to the relief area - A QL2
- Area of the throttle point
2 for the leakage current2 from the area of the exit2 on the paddle wheel, ie in the outlet area2 to the relief area - C QL1
- drag
1 the area1 the throttle point1 for the leakage current1 from the area of the exit1 from the paddle wheel, ie the outlet area1 to the relief area - C QL2
- drag
2 the area2 the throttle point2 for the leakage current2 from the area of the exit2 from the paddle wheel, ie the outlet area2 to the relief area
Die Widerstandsbeiwerte berücksichtigen dabei sämtliche Einflüsse auf den Fließwiderstand, auch die Relativgeschwindigkeit, zum Beispiel die Sperrwirkung der Strömung aus dem stehenden Gehäuse in das sich drehende Pumpenrad bzw. die Relativdrehzahl in der Drosselstelle zwischen Gehäuse und dem jeweiligen Schaufelrad, insbesondere Pumpenrad, die räumlichen Verhältnisse in den Drosselstellen und die aufgrund unterschiedlicher Temperaturen möglicherweise unterschiedlichen Viskosität.The Resistance coefficients take into account all influences on the flow resistance, too the relative velocity, for example, the barrier effect of the flow the standing housing in the rotating impeller or the relative speed in the throttle point between housing and the respective paddle wheel, in particular impeller, the spatial conditions in the throttling points and due to different temperatures possibly different viscosity.
Die Einengung im Strömungs- bzw. Fließweg vom Bereich des Austrittes oder der Austritte aus dem Arbeitsraum, d. h. dem Auslassbereich zum Eintritt bzw. den Einlassbereich kann konstruktiv durch unterschiedliche Möglichkeiten realisiert werden. Stellvertretend seien genannt:
- – ein axialer Spalt
- – ein radialer Spalt
- – eine Kombination aus einem axialen Spalt und einem radialen Spalt
- – ein Labyrinth
- – separate Einbauten, wie Ringe etc.
- - an axial gap
- A radial gap
- - A combination of an axial gap and a radial gap
- - a labyrinth
- - separate fixtures, such as rings etc.
Die Anordnung des oder der Eintritte in den torusförmigen Arbeitsraum kann dabei entsprechend nachfolgend genannter Möglichkeiten erfolgen:
- a) Anordnung des Einlasses am Außenumfang des Schaufelrades, vorzugsweise des Primärschaufelrades und/oder Sekundärschaufelrades, wobei der Eintritt direkt in den Schaufelgrund, d. h. in den Zwischenraum zwischen zwei einander benachbart angeordneten Schaufeln des entsprechenden Schaufelrades mündet.
- b) Anordnung des Einlasses am Außenumfang wenigstens eines Schaufelrades, Primärschaufelrad oder Sekundärschaufelrad und Verbindung über in der Beschaufelung oder an der Beschaufelung angeordnete Verbindungsleitungen oder Kanäle mit dem Eintritt in den Arbeitsraum, der in den Kernraum des Arbeitsraumes mündet.
- a) arrangement of the inlet on the outer circumference of the impeller, preferably the primary impeller and / or secondary impeller, wherein the inlet opens directly into the blade root, ie in the space between two adjacent blades arranged the corresponding impeller.
- b) Arrangement of the inlet on the outer circumference of at least one impeller, primary impeller or secondary impeller and connection via arranged in the blading or on the blading connecting lines or channels with the entry into the working space, which opens into the core space of the working space.
Bei der gemäß b) genannten Lösung erfolgt die Einleitung des Leckagestromes im Bereich des geringsten statischen Druckes, d. h. die Widerstände für das Betriebsmittel sind relativ gering, so dass eine problemlose Einspeisung gewährleistet ist. Unter Kernraum wird dabei das Integral über der Flächenhalbierenden verstanden. Die Befüllung erfolgt dabei über entsprechend dafür ausgebildete Befüllschaufeln oder aber bei gleichzeitiger Ausnutzung zur Entlüftung des Arbeitsraumes über die Entlüftungsschaufeln durch Ausnutzung der Entlüftungskanäle.at referred to in b) solution the introduction of the leakage current takes place in the region of the lowest static pressure, d. H. the resistors for the resource are relative low, so that a trouble-free feed is guaranteed. Under core space becomes the integral over the area bisector Understood. The filling takes place via accordingly trained filling blades or at the same time utilization for venting the working space on the ventilation vanes by utilization of the venting channels.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dabei für hydrodynamische Kupplungen mit ruhendem Gehäuse für unterschiedlichste Ausführung anwendbar. Dabei kann es sich um hydrodynamische Kupplungen mit
- a) externem offenen Kreislauf
- b) externem geschlossenen Kreislauf oder
- c) externem geschlossenen und druckdicht ausgeführten Kreislauf
- a) external open circuit
- b) external closed circuit or
- c) external closed and pressure-tight circuit
Die Möglichkeit gemäß c) bietet den Vorteil, dass hier durch Einbringen eines statischen Überlagerungsdruckes in den externen geschlossenen Kreislauf eine Steuerung des Füllungsgrades auf einfache Art und Weise erfolgen kann.The possibility according to c) offers the advantage that here by introducing a static overlay pressure in the external closed circuit, a control of the degree of filling can be done in a simple manner.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:The solution according to the invention explained below with reference to figures. This is in detail the following is shown:
Die
Die
Erfinder haben erkannt, dass eine absolute Dichtheit zwischen dem
Auslassbereich
Die
in der
Die
Mit
der in der
Die
Für die in
Ferner
zu erkennen sind der Übertritt
aus dem zwischen den Schaufelrädern-Primärschaufelrad
Dieser
dient der Führung
des Betriebsmittels im hier nicht dargestellten Kreislauf
Bezüglich der
Anordnungen der Dichteinrichtungen, insbesondere der Abdichtung
der Öffnung
Die
Bei
allen in den
Für alle Ausführungen
können
die erfindungsgemäße Beziehungen
zwischen Einlassquerschnitt und Querschnitt des Strömungsweges
wie nachfolgend ausgeführt
definiert werden. Dabei werden folgende Parameterbeschreibungen
zugrundegelegt:
Dabei werden bei Führung zweier Leckageströme an den
Außenumfängen
- pE
- Druck im Einlassbereich
32 ,33 bzw. zulässiger Druck im Entlastungsbereich - pA
- Druck im Auslassbereich
36 - pA1
- Druck
1 im Auslassbereich361 - pA2
- Druck
2 im Auslassbereich362 - QL
- Leckagestrom vom Auslassbereich
36 zum Einlassbereich32 ,33 bzw. zum Entlastungsbereich57 - QL1
- Leckagestrom
1 vom Auslassbereich36 zum Einlassbereich32 bzw. zum Entlastungsbereich57 - QL2
- Leckagestrom
2 vom Auslassbereich36 zum Entlastungsbereich32 bzw. zum Eintlastungsbereich57 - QK
- erforderlicher Betriebsmedienstrom zur Kühlung und Ansteuerung
- AE
- Fläche des Einlassquerschnittes bzw. Fläche des Entlastungsquerschnittes
- AQL
- Fläche der Drosselstelle Leckagestrom
vom Auslassbereich
36 zum Einlassbereich32 ,33 bzw. zum Entlastungsbereich57 - AQL
- Fläche der Drosselstelle
1 für den Leckagestrom1 vom Auslassbereich361 zum Einlassbereich32 bzw. zum Entlastungsbereich57 - AQL2
- Fläche der Drosselstelle
2 für den Leckagestrom2 vom Auslassbereich362 zum Einlassbereich33 bzw. zum Entlastungsbereich57 - CQL
- Widerstandsbeiwert
der Fläche
der Drosselstelle des Leckagestromes vom Auslassbereich
36 zum Einlassbereich32 ,33 bzw. zum Entlastungsbereich57 - CQL1
- Widerstandsbeiwert
der Fläche
1 der Drosselstelle1 des Leckagestromes vom Auslassbereich361 zum Einlassbereich32 bzw. Entlastungsbereich57 - CQL2
- Widerstandsbeiwert
2 der Fläche2 der Drosselstelle2 des Leckagestromes2 vom Auslassbereich362 zum Einlassbereich33 bzw. zum Entlastungsbereich57 - CQE
- Widerstandsbeiwert Fläche Einlassquerschnitt bzw. Entlastungsquerschnitt
In this case, when two leakage currents at the outer peripheries
- p E
- Pressure in the inlet area
32 .33 or permissible pressure in the discharge area - p A
- Pressure in the outlet area
36 - p A1
- print
1 in the outlet area36 1 - p A2
- print
2 in the outlet area36 2 - Q L
- Leakage flow from the outlet area
36 to the inlet area32 .33 or to the discharge area57 - Q L1
- leakage current
1 from the outlet area36 to the inlet area32 or to the discharge area57 - Q L2
- leakage current
2 from the outlet area36 to the relief area32 or to the load area57 - Q K
- required operating medium flow for cooling and control
- A E
- Area of the inlet cross-section or area of the relief cross-section
- A QL
- Area of the throttle point Leakage flow from the outlet area
36 to the inlet area32 .33 or to the discharge area57 - A QL
- Area of the throttle point
1 for the leakage current1 from the outlet area36 1 to the inlet area32 or to the discharge area57 - A QL2
- Area of the throttle point
2 for the leakage current2 from the outlet area36 2 to the inlet area33 or to the discharge area57 - C QL
- Drag coefficient of the area of the throttle point of the leakage current from the outlet area
36 to the inlet area32 .33 or to the discharge area57 - C QL1
- Drag coefficient of area
1 the throttle point1 the leakage current from the outlet area36 1 to the inlet area32 or discharge area57 - C QL2
- drag
2 the area2 the throttle point2 the leakage current2 from the outlet area36 2 to the inlet area33 or to the discharge area57 - C QE
- Resistance coefficient area inlet cross section or relief cross section
Daraus
ergibt sich für
die Flächenquerschnitte
am Entlastungsbereich allgemein folgende Beziehung:
Bei
zwei Leckageströmen
Für den Einlassbereich
ergibt sich dann die folgende Bedingung:
QL ist
ermittelbar aus pA und pE (Strömungsberechnung
in der Drosselstelle).
Q L can be determined from p A and p E (flow calculation in the throttle point).
Bei
zwei Leckageströmen
von zwei Auslassbereichen:
- 11
- hydrodynamische Baueinheithydrodynamic unit
- 22
- hydrodynamisches Bauelementhydrodynamic module
- 33
- Primärschaufelradprimary blade
- 44
- Sekundärschaufelradsecondary blade
- 55
- Arbeitsraumworking space
- 66
- ruhendes Gehäuseresting casing
- 77
- SchaufelradnebenraumSchaufelradnebenraum
- 88th
- SchaufelradnebenraumSchaufelradnebenraum
- 99
- Außenumfang des Primärschaufelradesouter periphery the primary blade wheel
- 1010
- Außenumfang des Sekundärschaufelradesouter periphery of the secondary blade wheel
- 1111
- Innenwandinner wall
- 1212
- ArbeitskreislaufWorking circuit
- 1313
- BetriebsmittelversorgungssystemWorking fluid supply system
- 1414
- GehäuseinnenraumHousing interior
- 1515
- Eintrittentry
- 1616
- Austrittexit
- 1717
- Schaufelgrundblade base
- 1818
- Schaufelgrundblade base
- 1919
- Kernraumcore area
- 2020
- Kreislaufcirculation
- 2121
- geschlossener externer Kreislaufclosed external circuit
- 2222
- BetriebsmittelversorgungsquelleEquipment supply source
- 2323
- Öffnungopening
- 2424
- Relativdrehzahl zulassendes DichtungssystemRelative speed permitting sealing system
- 2525
- zweite Öffnungsecond opening
- 2626
- Innenumfanginner circumference
- 2727
- schaufeltragender Teilshovel-bearing part
- 2828
- schaufeltragender Teilshovel-bearing part
- 2929
- Trennebeneparting plane
- 3030
- erste Dichteinrichtungfirst sealing device
- 3131
- zweite Dichteinrichtungsecond sealing device
- 3232
- Einlassbereichinlet area
- 3333
- Einlassbereichinlet area
- 3434
- Wandwall
- 3535
- Wandwall
- 3636
- Auslassbereichoutlet
- 3737
- Füllkanalfilling channel
- 3838
- Gehäuseteilhousing part
- 3939
- Gehäuseteilhousing part
- 4040
- Zwischenelementintermediate element
- 4141
- Verlängerungrenewal
- 4242
- erste Dichtstellefirst sealing point
- 4343
- zweite Dichtstellesecond sealing point
- 4444
- Dichteinrichtungsealing device
- 4545
- Dichteinrichtungsealing device
- 4646
- dritte Dichtstellethird sealing point
- 4747
- Zwischenraumgap
- 4848
- Übertrittcrossing
- 4949
- Zufuhrleitungsupply line
- 5050
- berührungsfreie Dichtungnoncontact poetry
- 5151
- berührungsfreie Dichtungnoncontact poetry
- 5252
- Spaltgap
- 5353
- abgedichteter Teil des Spaltessealed Part of the gap
- 5454
- Rechteckringrectangular ring
- 5555
- axialer Spaltaxial gap
- 5656
- radialer Spaltradial gap
- 5757
- EntlastungsquerschnittRelief section
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- 2003-11-21 DE DE10354802.5A patent/DE10354802B4/en not_active Expired - Fee Related
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DE10354802B4 (en) | 2015-10-29 |
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