DE1775654C3 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler - Google Patents

Description

Bei hydrodynamischen Drehmomentwändlern der im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Gattung ist das Wandlerpumpenlaufrad mit dem Elektromotor und das Wandlerturbinenlaufrad mit der Speicherpumpe gekoppelt. Zum Einschalten des Wandlers wird sein Ringgehäuse mit einem hydraulischen Übertragungsmittel, meist Wasser gefüllt, und das Wandlerpumpenlaufrad mit Hilfe des Elektromotors in Drehung versetzt. Das hydraulische Übertragungsmittel strömt AußerdemHochfahren auf Synchrondrehzahl werden Drehmomentwandler bei hydroelektrischen Maschinensätze:, auch dazu verwendet fen Rotor der elektrischen Maschine nach dem Abstellen des Masch.-nensatzes möglichst rasch abzubremsen, damit die Lager der elektrischen Maschine geschont werden. Dazu wird der Ringraum des Drehmomentwandlers mit Wasser gefüllt Das Abbremsen des Wandlerpumpenlaufrades durch Wasser ist jedoch nur im oberen Drehzahlbereich wirksam, weil die Bremswirkung mit abfallender Drehzahl verhältnismäßig rasch nach einem parabolischen Gesetz abnimmt Die bekannten Drehmomentwandler sind also für das vollständige Abbremsen des Rotors der elektrischen Maschine nicht geeignet.

Aus diesem Grunde wird bisher in der Praxis die elektrische Maschine im unteren Drehzahlbereich auf elektrischem Wege bis zum Stillstand abgebremst. Bei sehr leistungsstarken elektrischen Maschinen werden aber die notwendigen elektrischen Einrichtungen zum Bremsen im unteren Drehzahlbereich sehr aufwendig und groß.

Die dem Anmeldungsgegenstand zugrunde liegende Aufgabenstellung besteht darin, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler zu schaffen, der sowohl zum Hochfahren der Speicherpumpe aus dem Stillstand bis zur Arbeitsdrehzahl, wie auch zum Abbremsen des Elektromotors von der Normaldrehzahl bis herunter zum Stillstand geeignet ist. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Durch die Maßnahmen gemäß den Ansprüchen 2 und 3 wird eine einfache Zu- bzw. Ableitung des hydraulischen Übertragungsmittels erreicht. Die Maßnahmen gemäß den Ansprüchen 4 und 5 ergeben eine gut regelbare Drosselung. Durch die Maßnahme gemäß Anspruch 6 wird das Innengehäuse des Wandlers verstärkt und trotzdem ein in Umfangsrichtung des Wandlers durchgehender Kanal aufrechterhalten. Die Maßnahme gemäß Anspruch 7 verhindert eine Drehrichtungsumkehr nach Abbremsen der getriebenen Maschine bis zum Stillstand.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der

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Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher fein 14 gelegenen Räume 26 über Kanäle 27 mit dem

erläutert Es stellt dar Innengehäuse 5. Das Innengehäu&e ist über weitere

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine durch die Leitschaufeln 4' des Leitapparates 4 und das

beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemä- Außengehäuse 1 führenden Kanäle 28 mit einer Ab-

ßen Vorrichtung, 5 wasserleitung 29 verbunden. Die Druckwasserleitung

F i g. 2 einen schematischen Querschnitt entlang der 25 führt über ein oder mehrere Absperrventile 30, beiLinie A-A der F i g. 1. spielsweise zum Oberwasser der hydraulischen Anlage,

In dem in F i g. 1 dargestellten Längsschnitt durch und die Abwasserleitung 29 führt über ein oder mehreeinen Drehmomentenwandler ist das äußere Ringge- re Absperrventile 31, beispielsweise zum Unterwasser, häuse mit 1 bezeichnet in diesem Gehäuse sind in io Infolge dieser Ausgestaltung des Wandlers ist es Achsrichtung einander gegenüberstehend das Pumpen- möglich, zum Abbremsen des Pumpenlaufrades 2, bzw. laufrad 2 und das Turbinenlaufrad 3 angeordnet Zwi- der mit diesem über die Welle 9 verbundenen elektrischen ihnen befindet sich der Leitapparat 4. dessen nur sehen Maschine durch die Leitung 25 Druckwasser in in F i g. 2 dargestellte Leitschaufeln 4' einerseits am au- die Räume 24 einzuleiten, welches dann, da die Strößeren Ringgehäuse 1 und andererseits an einem inne- »5 mung entlang des Pfeiles 22 durch den eingefahrenen ren Ringgehäuse 5 befestigt sind. Ringschieber 23 gesperrt ist, entlang des Strömungs-

Das Pumpenlaufrad 2 ist mit mehreren über den au- pfeiles 32 die Pumpenschaufeln 6 beaufschlagt, so daß

fieren Umfang verteilt angeordneten Pumpenschaufeln diese infolge der nun umgekehrten Strömungsrichtung

6 besetzt und mit der Laufradnabe 7 auf dem Ende 8 wie eine Francisturbine wirken und ein Bremsmoment

der Antriebswelle 9 befestigt. Die Antriebsweife 9 ist »o auf das Laufrad 2 ausüben. Das Druckwasser strömt

im Betriebsfall mit einem Elektromotor kraftschlüssig nach dem Verlassen des Pumpenlaufrades entlang des

verbunden. Pfeiles 33 durch den Kanal 27, von dort in das Innere

Das Ende 8 der Antriebswelle 9 geht in ein Kopf- des Ringgehäuses 5 und aus diesem durch den Kanai 28

stück 10 über, welches strömungsgünstig geformt ist in die Abwasserleitung 29. Sobald das Pumpenlaufrad 2

und die Umlenkung der Ringströmung im inneren Teil as und damit die Welle 9 und der daran gekuppelte Elek-

des Ringgehäuses 1 übernimmt. Das Kopfstück 10 ist tromotor so weit abgebremst sind, daß sie stillstehen,

weiter mit einem Abschluß-Stück 11 verbunden, wel- werden die Absperrventile 30 und 31 geschlossen, wor-

ches den von der Antriebswelle 9 angetriebenen Teil 12 auf die Vorrichtung durch Entleeren völlig außer Be-

der Zahnradkupplung 13 trägt. trieb gesetzt werden kann.

Das Turbinenlaufrad 3 ist mit Turbinenschaufeln 14 so Um die zur Bremsung benötigte Druckwassermenge

besetzt, und es geht zur Abtriebswelle hin in das bei- möglichst optimal in die Vorrichtung eintreten zu las-

spielsweise halbkugelförmige Zwischenstück 15 über, sen, wird vorgeschlagen, daß jeweils zwischen zwei be-

das seinerseits mit der air Speicherpumpe führenden nachbarten Leitschaufeln 4' je eine Druckwasserzulei-

Abtriebswelle 16 verbunden ist. Das Zwischenstück 15 tung 25 angeordnet ist die ihrerseits mit einer ringför-

trägt im Innern das Kupplungsteil 17, welches ebenso 35 migen, an das Oberwasser anzuschließenden Verteiler-

wie das Kupplungsteil 12 mit einer Innenverzahnung 18 leitung 25" in Verbindung stehen. Die Verteilerleitung

ausgerüstet ist. Im Innern des Kupplungsteiles 17 ist 25" wird vorteilhafterweise an das Gehäuse 1 der Vor-

axialverschiebbar das mit einer Außenverzahnung 19 richtung angegossen oder angeschweißt Entsprechend

ausgerüstete Zahnrad 20 angeordnet welches mit Hilfe sollte auch jede Leitschaufel 4' einen mit dem Innenge-

der Kupplungsstange 21, die zentral durch die Ab- 40 häuse 5 in Verbindung stehenden Kanal 28 aufweisen,

triebswelle 16 nach außen geführt ist, verschoben wer- wobei sämtliche Kanäle 28 außerhalb des Außengehäu-

den kann. Hierdurch ist es möglich, die beiden Kupp- ses 1 in eine an das Unterwasser anzuschließende Ring-

lungshälften 12 und 17 bei Stillstand oder bei synchro- leitung 29' einmünden.

nem Umlauf miteinander zu verbinden und so die WeI- Zur Einleitung des Bremsvorganges ist es wesentlich,

len 9 und 16 unmittelbar miteinander zu kuppeln. 45 daß der normale Strom des Arbeitsmittels, der in der

Zum Hochfahren der mit der Welle 16 verbundenen Zeichnung durch die Pfeile 22 dargestellt ist unterbro-. Speicherpumpe wird zunächst der Elektromotor in Be- chen wird. Im dargestellten Beispiel geschieht dies trieb gesetzt und auf diese Weise die Welle 9 angetrie- durch vollständiges Einfahren der Ringschütze 23. In ben. Hiernach wird das Ringgehäuse 1 mit Wasser ge- Abweichung hiervon ist es aber auch möglich, den Leitfüllt, worauf sich infolge der Pumpwirkung der Pum- 50 apparat 4 mit verstellbaren Leitschaufeln 4' auszurüpenschaufeln 6 eine Strömung einstellt, deren Richtung sten, welche so weit verstellbar sind, daß der Leitappadurch die gestrichelten Pfeile 22 angedeutet ist. Die rat vollständig geschlossen werden kann. Leitapparate Strömung des Arbeitsmittels wird durch den Leitappa- dieser Art sind an sich bekannt; sie sind jedoch bei rat 4 auf die Turbinenschaufeln 14 gelenkt und treibt Drehmomentenwandlern der bisher bekannten Art diese an. Im dargestellten Beispiel ist kurz vor den Tür- 55 nicht erforderlich, da bei diesen kein Anlaß zum vollbinenschaufeln ein ringförmiger Drosselschieber 23 an- ständigen Schließen besteht und die Drosselvorrichtungeordnet, der zur Einstellung der Strömung auf einen gen lediglich zur Begrenzung des zu übertragenden gewünschten Wert und damit zur Begrenzung des ma- Momentes dienen, ximal übertragbaren Momentes dient. Anstatt den gesamten Leitapparat 4 mit verstellba-

Der Drehmomentenwandler kann nicht nur zum 60 ren Schaufeln 4'auszurüsten, kann dem an sich bekann- Hochfahren der anzutreibenden Speicherpumpe aus ten Leitapparat mit feststehenden Schaufeln ein weite-

dem Stillstand auf Synchrondrehzahl dienen, sondern rer, kleinerer Leitapparat mit verstellbaren Schaufeln

auch zum Abbremsen des mit der Antriebswelle 9 ver- als Drosselglied vorgeschaltet sein. Die Leitschaufeln

bundenen Elektromotors bei abgekuppelter Pumpe. dieses vorgeschalteten Apparates müssen ebenfalls

Hierzu sind die im Arbeitsfall in Strömungsrichtung «5 vollständig schließbar sein.

hinter den Pumpenschaufeln 6 gelegenen Räume 24 mit Im Innern des Innengehäuses 5 sind vorzugsweise

einer Druckwasserleitung 25 verbunden und die im Ar- Verstärkungsrippen 34 angeordnet, welche dem Innen-

beitsfall in Strömungsrichtung vor den Pumpenschau- gehäuse die erforderliche Festigkeit verleihen. Damit

die Verstärkungsrippen 34 das Innengehäuse nicht in eine Vielzahl von Kammern unterteilen, wird vorgeschlagen, im Bereich der Einströmöffnungeri 35 und der Ausströmöffnungen 36 Ausschnitte 37 anzuordnen.

Um das Abfangen der Vorrichtung bei Stillstand des Pumpenlaufrades 2 bzw. der Welle 9 zu erleichtern, wird weiter vorgeschlagen, auf der Welle 9 eine Rücklaufsperre 38 anzuordnen, die beispielsweis feststehenden Teilen des Gehäuses t verbu im Fundament verankert ist Eine derartige sperre, deren Aufbau bekannt ist, verhindei kehr der Drehrichtung der Welle und mac naues Beobachten der Vorrichtung beim ι überflüssig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler zum Hochfahren einer von einem Elektromotor getriebenen Speicherpumpe, mit einem an den Elektromotor gekoppelten Wandlerpumpenlaufrad, einem die Speicherpumpe treibenden Wandlerturbinenlaufrad sowie mit einem zwischen diesen im selben Ringgehäuse angeordneten, nicht umlaufenden Leitapparat, wobei Drosselvorrichtungen für das im Ringgehäuse umlaufende hydraulische Übertragungsmittel vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die — im Wandlerbetrieb — in Strömungsrichtung gesehen hinter den Wandlerpumpenschaufeln (6) gelegenen Räume (24) des Ringgehäuses mit einer Druckwa^cserleitung (25), und die in Strömungsrichtung vor den Wandlerpumpenschaufeln (6) gelegenen Räume (26) über Kanäle (27) mit einem Innengehäuse (5) und dieses ao über weitere, durch die Wandlerleitschaufeln (4') und das Außengehäuse (1) führende Kanäle (28) mit einer Abwasserleitung (29) verbindbar sind.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei benachbarten as Leitschaufeln (4') je eine Druckwasserzuleitung (25) angeordnet ist, die ihrerseits mit einer ringförmigen.

an das Oberwasser anzuschließenden Verteilerleitung (25') in Verbindung stehen.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitschaufel (4') einen mit dem Innengehäuse (5) in Verbindung stehenden Kanal (28) aufweist und daß mehrere oder sämtliche Kanäle (28) außerhalb des Außengehäuses (1) in eine an das Unterwasser anzuschließende Ringleitung (29') einmünden.

4. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung in bekannter Weise ein verstellbarer und vollständig schließbarer Leitapparat ist, der zusätzlich zum Leitapparat (4) oder an dessen Stelle im Strömungsweg des Übertragungsmittels angeordnet ist

5. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung in bekannter Weise eine bis zum Anschlag gegen das Innengehause (S) einfahrbare Ringschütze (23) ist

6. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Innengehäuses (5) Verstärkungsrippen (34) angeordnet sind, die im Bereich der Einströmöffnungen (35) und der Aus-Strömöffnungen (36) Ausschnitte (37) aufweisen.

7. Wandler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß mit der Antriebswelle (9) eine an den ruhenden Teilen der Vorrichtung oder im Fundament verankerte Rücklaufsperre (38) verbunden ist.

hierbei, von einem Leitapparat gefuhrtzum Wandier-Snenlaufrad und treibt dieses. Es b,ldet sich demgemäß eine Strömung des Übertragungsm.ttels aus, weiche ta UagsschnJtt der Vorrichtung betrachtet. _ln Umfirkhfung des Ringgehäuses verlauft

DuS Drosselung des Ubertragungsmutelstromes kann das maximal übertragbare Drehmoment auf esnen geTünschten Grenzwert eingestellt werden. D.e DrosfeluWwird bei den bekannten Wandlern entweder durch mehr oder weniger starke öffnung des einstellbaren Leitapparats bewirkt oder dadurch daß in den ühe^ungsmittelstrom ein Drosselsch,eber. der meist die Form eines Ringschiebers aufweist, mehr oder weniger weit eingeführt wird. ....

Hydrodynamische Drehmomentwandler der beschriebenen Art werden dazu benutzt, den Laufer der Speicherpumpe aus dem Stillstand so wen hochzufahren daß der Läufer der Speicherpumpe synchron mit dem Rotor des treibenden Elektromotors umlauft Ist dieser Zustand erreicht, so wird eine Zahnradkupplung eingekuppelt und durch diese das Antriebsdrehmoment übertragen. Der Drehmomentwandler kann dann ausgeschaltet werden, was durch Entleeren des Ringge-