Hydrodynamischer Drehmomentwandler Die Erfindung bezieht sich auf einen, hydrodyna mischen Drehrnornentwandler mit mindestens einer Baugruppe mit einer Axialströmungspumpe und einer Axialströmungsturbin#e, die durch das umströ mende Arbeitsmittel angetrieben wird.
Sie bezweckt, einen Drehmomentwandler für die übertragun,g grosser Leistungen mit einem grossen Untersetzungsverhältnis zu schaffen, wie er beispiels weise bei Schiffen rnit Turbinenantrieb der Propeller schraube benötigt wird.
Beispielsweise kann eine moderne Dampfturbine zur Verwendung als Haupt- antriebsmaschine in einem Schiff<B>10 000 PS</B> Wellen leistung bei einer Drehzahl von 4<B>000</B> bis <B>6 000</B> U./min entwickeln, und diese verhältnismässig hohe Leistung muss wirksam auf eine Schrauben welle übertragen werden, die sich mit etwa<B>125</B> bis 200 U./min drehen, soll.
Um dies zu erreichen, muss ein, Untersetzungsgetriebe gewählt werden, das so wohl den Erford#ernissen der Drehzahluntersetzung als auch den das Schiff beeinflussenden baulichen Gesamterfordernissen gerecht wird.
Der erfindungsgemässe Drehmomentwandler ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Baugruppe, eine, Anzahl Pumpen, auf-weist, #dass jede Purape, zur Um- wälzun#g des Arbeitsmittels mit einer Turbine verbun den ist, um diese anzutreiben" wobei die, Strömung jeder Pumpe im wesentlichen unabhängig und als Parallelströmung hinsichtlich der Strömung der an deren Pumpen fliesst, so dass eine Verringerung der Drehzahl der Abtriebswelle zur Antriebswelle ein tritt.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, und zwar zeigen: Fig. <B>1</B> eine Schnittansicht einer Ausführungsforrn eines Drehmomentwandlers zur Verwendung in einer Drzhzahluntersetzungsanlage eines Schiffes, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Dreh- momentwandlers, welche dessen Hauptteile und ihre Anordnung zeigt, Fig. <B>3</B> eine schematische Darstellung,
welche eine andere Form der Anordnung der Hauptteife zei#gt, Fig. 4 eine der Fig. 2 ähnliche schematische Dar stellung einer weiteren Ausführungsform, der Anord- nun,g, Fig. <B>5</B> eine der Fig. 2 ähnliche schematische Dar- stellu#ng wieder einer weiteren Ausführungsform der Anordnunig der Hauptfeile,
Fig. <B>6</B> eine schematische Darstellung einer weite ren Anordnung der Hauptteile und Fig. <B>7</B> eine, schematische Darstellung einer weite ren Anordnung.
Wie sich. aus Fig. <B>1</B> bis<B>5</B> ergibt, besitzt der Dreh- mornentwandler 20 eine. oder mehrere Pumpen 21a-h mit hoher VolumenleIstung, von denen jede ein Laufrad 22 aufweist, d-ag auf einer Laufradwelle <B>23</B> angeordnet ist. Die Laufradwellen, <B>23</B> sind, mit einem Abtriebselement verbunden, um dieses zur Drehung anzutreiben.
Die Pumpen sollen ein ver gleichsweise hohes Volumen der Arbeitsflüssigkeit zu Turbinen 24a-d fördern, um diese zur Drehung anzutreiben und damit auch die Leistun.gsäbgabe- oder -abnahrnewelle <B>25</B> des Wandlers, auf der die- Turbinen 24 angeordnet sind.
Da eine Axialpumpe mit einem konstanten In nenquerschnitt für den beabsichtigten Zweck beson ders gut geeignet ist, besteht bei allen gezeigten Ausführungsformen das Pumpenlaufrad 22 aus einer Reihe von sich bewegen-den Schaufeln, welche eben falls mit 22 bezeichnet sind. Auf dem Laufrad. wird eine Vielzahl von Schaufeln. verwendet. Ferner hat jede Pumpe 21 nur eine einzige Stufe, welche das Laufrad 22 mit oder ohne eine oder mehrere Reihen von stationären Schaufeln<B>26</B> umfasst, die<B>je</B> nach den Wünschen. des Konstrukteurs oberstromseitig oder unterstromseitig angeordnet sein können.
Die Schaufeln<B>26</B> können oberstromseitig des Laufrades angeordnet und so gerichtet sein, dass sie einen Vor- wirbel in der Arbeitsflüssigkeit erzeugen, um die in die Pumpe eintretende Arbeitsflüssigkeit in der glei chen Richtung, in welcher sich, das Pumpenlaufrad dreht, in Umlauf zu versetzen, um übermässig hohe relative und absolute Geschwindigkeiten, in der An lage herabzusetzen, die infolge der baulichen Ge gebenheiten übermässig hoch werden können.
In<B>je-</B> dem Falle ist, wenn im nachfolgenden von einer Pumpe 21 des Wandrers oder der Anlage die Rede ist, eine einstufige Pumpe zu verstehen, welche Stufe gegebenenfalls die stationäre Beschaufelung umfasst.
In ähnlicher Weise besitzt die Turbine 24 eine oder mehrere Stufen, die, wie nachstehend beschrie ben, bestimmt werden. Gewöhnlich wird, die Arbe-its- flüssigkeit in die Turbine 24, die vorzugsweise eine Axialturbine ist, dadurch eingeleitet, dass man sie durch eine Reihe stationärer Schaufeln<B>27</B> strömen lässt, welche auf der Ein#trittsseite der Turbine ange ordnet sind und gewöhnlich als Düse bezeichnet werden, von wo sie durch eine Reihe sich bewegen der Schaufeln<B>28</B> strömt, die im Turbinenrad bzw. in der Trommel<B>29</B> angeordnet sind, um dieser eine Drehbewegung mitzuteilen,
und dann durch eine weitere Reihe von stationären Schaufeln<B>30</B> an der Austrittsseite der Reihe der sich bewegenden Schau feln. In jedem Falle ist, wenn nachfolgend von einer einzigen Tufbinenstufe die Rede ist, eine einzige Reihe von- sich bewegen-den Schaufeln zu verstehen, unabhängig davon, ob dieser eine Reihe von statio nären Schaufeln zugeordnet ist oder nicht.
Jede Pumpe weist eine Arbeitsmitteleintrittsöff- nung <B>31</B> und eine Arbe-itsmittelaustrittsöffnung <B>32</B> auf, die gewöhnlich durch, das umgebende Gehäuse gebildet werden, das durch die Ebenen der Aussen kanten der äussersten Pumpenbeschaufelung an den jenigen Seiten oder Enden der Pumpe begrenzt wird, welche zum Verlauf der Arbeitsmittelströmung senk recht sind.
Die Turbine 24 weist eine Arbeitsmittel- eintrittsöffnung <B>33</B> und eine Arbeitsmittelaustritts- öffnung 34 auf, welche durch die umgebende An ordnung und die Ebene begrenzt werden, die zum Verlauf der Arbeitsmittelströmung an der Aussen kante der äussersten Beschaufelung der Turbine an ihrer Eintrittsseite bzw. an ihrer Austrittsseite be grenzt werden. Vorzugsweise hat der Arbeitsmittel- kanal zwischen, der Eintrittsöffnung<B>33</B> und der Austrittsöffnung 34 der Turbine 24 einen konstanten Querschnitt.
Ein eingeschlossener Leitungsweg<B>35</B> bildet einen Kanal für die Strömung des Arbeitsmittels aus der Austrittsöffnun,g J2 der Pumpe 21 zur Ein-trittsöff- nung <B>33</B> der Turbine 24.
Die erwähnten Arbeits- mittelöffnungen. der Pumpe und der Turbine befinden sich daher voneinander in Abstand im Gegensatz zu den üblichen Drehmomentwandlem, bei welchen diese öffnungen einander so nahe wie möglich ange ordnet sein sollen, um Leitungsverluste auf ein Min destmass herabzusetzen und vielleicht auch aus an deren Gründen, Es wird daher ein Raum zwischen den Hauptelementen geschaffen, in, welchem, ein Strömungsverlauf des Arbeitsmittels hergestellt wer den kann, um den wirksamen Betrieb der beiden Hauptelemente zu fördern.
Durch eine sorgfältige Gestaltung des_ Leitungsweges<B>35</B> wird der Arbeits- mittelströmung am Pumpenaustritt und am Turbinen eintritt eine Richtungsgebung erzielt und günstige Strömungsbedingungen, geschaffen, wodurch die Ver luste in den beiden Einheiten auf ein Mindest#mass herabgesetzt werden.
Die Leitungsverluste innerhalb des Leitungsweges<B>35</B> selbst können durch eine sorg- fälti#ge Gestaltung desselben auf ein, Mindestmass herabgesetzt werden, zu der die Anordnung von stationären Arheitsmittelführungsschaufeln <B>36</B> inner halb des Kanals an den Krümmungen des Leitungs weges und an anderen, Stellen im Strömungsverlauf beitragen können. An den Leitungswegkrümmungs- stellen begünstigen stationäre Schaufeln<B>36</B> eine Kas- kadenströmung des Arbeiitsmittels um diese herum. Diese Führungsschaufeln können jedoch vollständig weggelassen werden.
Die Arbeitsflüssigkeit der Anlage wird durch geeignete öffnungen im Wandler eingeleitet. Es kann eine beliebige der viielen bekannten Arten, von Arbeitsflüssigkeiten, verwendet werden, es besteht jedoch ein Merkmal des Drehzahluntersetzungssy- stems darin, dass Wasser für den, beabsichtigten Zweck verwendet werden kann#. In den, Fällen, in welchen die Anordnung an Bord, von Schiffen ver wendet wird, kann dieses Merkmal in Notfällen von ,beträchtlicher Bedeutung werden, da dieses zur Nachfüllung ohne weiteres zur Verfügung steht.
Die Arbeitsflüssigkeit verbindet die Pumpen, 21 mit der Turbine; 24 des Wandlers, so:dass, wenn die Pumpen durch das Antriebselement angetriieben werden, die Arbeitsflüssigkeit mit Hilfe der Pumpen durch die Turbine gefördert wird, um diese zur Drehung anzu treiben.
Da das sich drehende Turbinenrad<B>29</B> auf der Abtriebswelle <B>25</B> des Wandlers des gepumpten Arbedtsmititels, so dass die der Laufradwelle <B>23</B> durch ein in. Fig. 2 und<B>3</B> nicht gezeigtes Anitriebselement zugeführte Leistung auf die Abtriebswelle <B>25</B> über tragen wird.
Bei den, dargestellten Ausführungsfor- men ist eine Drehzahluntersetzung statt einer Dreh zahlerhöhung beabsichtigt, jedoch kann auch das entgegengesetzte Ziel dadurch erreicht werden, dass die relativen Grössen der Bauelemente geändert wer- dem In seiner elementaren Form könnte der Wandler mit nur einereinzigen Pumpe 21 gebaut werden, die eine einzige Turbine 24 beliefert, wobei die letztere nur eine einzige Stufe haben kann,.
Es kann jedoch auch mehr als eine Pumpe verwendet werden, um ein grösseres Arbeitsmittelvolumen an, die Turbine zu liefern, die übertragene Leistung zu erhöhen und das Drehzahluntersetzungsverhältnis zu vergrössern.
Wie in Fig. <B>1</B> bis<B>3</B> und<B>5</B> gezeigt, in, welchen mehrere Pumpen zur Belieferung einer einzigen Turbine ver wendet werden, ist die Arbeitsmittelaustrittsöffnung <B>32</B> jeder Pumpe parallel zu der jeder weiteren Pumpe angeordnet, um ein Parallelschaltungswerhältnis zwi schen den Arbeitsmittellaustrittsströmen. aus allen Pumpen zu erhalten.
Hiertdurch wird eine, wesentliche Erhöhung des Strömungsvolumens des gesamen Arbeitsmittels aus den die gleiche Turbine befie- fernden Pumpen erzielt, während der Strörnungs- staudruck des Arbeitsmittels nur mässig erhöht wird, Daher wird statt der zusätzlichen Anordnung mehr facher Pumpenstufen, was praktisch auf die Ver wendung zusätzlicher Pumpen in Reihenschaltung in der Anlage hinausläuft, das Strömungsvolumen d,--r Anlage dadurch erhöht,
diass zusätzlich ein stufige Pumpen in Parallelschaltung mit Bezug auf die Strömung aus allen derselben vorgesehen werden. Beispielsweise ist, wie in Fig. <B>1</B> gezeigt, die Arbeits- mittelausttrittsströmung aus der Pumpe 21a parallel zu derjenigen aus jeder der weiteren Pumpen.
In Fig. 2 und<B>3</B> ist die Strömung aus der Pumpe 21a zur Turbine 24 bei jeder Anordnung parallel zur Strömung aus der Pumpe<B>21b.</B> In Fig. <B>5</B> trifft dieses Verhältnis ebenfalls hinsichtlich der Strömung aus den Pumpen 21c und<B>21d</B> zur Turbine 24b und aus den Pumpen 2le und 21f zur Turbine 24c zu.
Hier aus ergibt sich, dass der Abstand aller Pumpenaus- trittsöffnungen <B>32</B> von der Turbineneintrittsöffnung <B>33</B> einen Raum zur wirksamen Anordnung mehrerer Pumpen 21 und, zur Anordnung von Leitungswegen <B>35</B> ergibt, um eine parallele Arbeitsmittelströmung zu erhalten.
In diesem Zusammenhang ist zu er wähnen, dass die Laufräder 22 selbst oder, mit ande ren Worten, die Pumpen 21 selbst in Reihenschaltung sein können, wie, in Fig. <B>1</B> und Fig. <B>5</B> gezeigt, in welchen mehrere Pumpenlaufräder 22 auf einer ge meinsamen, Welle<B>23</B> angeordnet sind-, während- cke Arbeitsmittelaustrittsströrnung aus allen parallel zu einander sein kann. Bestimmte Pumpen, beispiels, weise die Pumpen 21,a und<B>21b</B> in Fig. 2 und<B>3,</B> sind selbst wieder zueinander parallel.
Es kann daher festgestellt werden, dass unabhängig davon, ob die Pumpen 21 selbst in Reihenschaltung oder parallel zueinander angeordnet, sind, so lange dlie Arbeits- mittclaustritts,öffnungen <B>32</B> aller Pumpen 21 bei einer gegebenen Anlage, parallel mit Bezug auf die Arbeits- mittelaustüttsöffnungen, aus jeder derselben ange ordnet sind, die Ziele der Erfindung erreicht sind.
Hinsichtlich mehrerer der vielen Abänderungs- formen in der Anordnung der Pumpen, und Tur binenelemente des Wandlers, die<B>je</B> nach der beab sichtigten Verwendung möglich sind, zeigt Fig. <B>1</B> mehrere Pumpen 21, von, denen, jede durch eine ge sonderte Antriebseinheit angetrieben wird.
Fig. 2 und<B>3</B> zeigen eine Ausführungsforrn, mit einer Aufbau-Anordnung, welche einen Leitungsweg <B>38</B> zwischen der Austrittsöffnung 34 der Turbine 24 und den Eintrittsöffnungen<B>31</B> der Pumpen 21 auf weist, welcher zusammen mit dem Leitungsweg<B>35</B> einen eingeschlossenen, Umlaufkanal für die Arbeits flüssigkeit bildet. Die Turbine 24 ist in ihrem, eigenen Gehäuse<B>39</B> eingeschlossen, während -die Pumpen 21 von, ih#ren jeweiligen Gehäusen 40 umgeben sind. Die gesamte Anlage ist in(einlem Getriebegehäuse 41 eingeschlossen.
Bei der dargestellten Ausführungs form beliefern zwei einstufige Axialpumpen eine zweistufige Turbine 24, an deren Eintrittsseite ein Düsenblock <B>27</B> vorgesehen, ist.
Wie in. Fig. 2 gezeigt, sind auf der Leistungsab- nahmewelle, <B>25</B> und auf den, Antriebs- oder Pumpen- laufradwellen <B>23</B> Axia#llager 42 und 43 vorgesehen. Bei dieser Anordnung wird, wie gezeigt, die Leistung von zwei nichtgezeigten Kraftmaschincu. auf eine einzige Leistungsabnahrnewelle <B>25</B> dadurch übertra gen, dass jedt Kraftmaschine mit einer der Lauf- radwellen, <B>23</B> gekuppelt ist.
Gegebenenfalls kann eine einzige Krafümaschine in, geeigneter Weise mit bei-den Laufradwellen <B>23</B> zur übertragung ihrer Lei stung auf die Welle<B>25</B> verzahnt oder in anderer Weise gekuppelt sein.
Fig. 2 zeigt ferner Mittel, durch. welche der Wandler Bedingungen in einem Drehzahlunterset- zungssystem angepasst werden kann, bei welchem ausserordentlich hohe Schaufelgeschwindigkeiten<B>be-</B> stehen und, die übertragung einer hohen Leistung #erfordtrl.ich ist.
Das Arbeitsmittel, beispielsweise Wasser, wird durch die öffnungen <B>37</B> im Leitungsweg <B>38</B> mittels einer Presslüfttankanordnung an sich be kannter Art zugeführit. Der Presslufttank 46 ist mit einer Arbeitsmittelzufuhrleitung 47, in der sich ein geeignetes Ventil 48 befindet, sowie mit einer Arbeitsmittelausitrittsleitung 49, in der sich ebenfalls ein Ventil<B>50</B> befindet, versehen, welch letzteres, wie gezeigt, mit den öffnungen <B>37</B> verbunden, ist. Die Arbeitsmiaalumlaufkanäle sind vollständig gefüllt.
Mit<B>51</B> ist ein Rückdruckentspannungsventil <B>51</B> be zeichnet. In den Fällen, in welchen hohe Schaufelge schwindigkeiten auftreten, kann die Schaufelkavita- tion gross sein. Daher ist es zur Verhinderung von Wirkungsgradverlusten vorzuziehen, Mittel vorzu sehen, durch welche das Arbeitsmittel während des Betriebs der Anlage un & r einen beträchtlichen sta tischen Druck gesetzt und gehalten werden kann.
Solche Mittel, können beispielsweise Arbeitsmittel- förder- und Arbeitsmitvelnachfüllpumpen, <B>52</B> sein, die einen, stati-schen Druck von beispielsweise 14 bis 21 Atmosphären während des Betriebs ständig auf das Arbeitsmittel der Anlage ausüben. Dieser Druck wird- über Druckleitungen<B>53</B> zugeführt, die zu den Drucköffnungen 54 in den Leitungswegen<B>35</B> führen. In den, Druckleitu#ngen 54 sind geeignete Ventile<B>55</B> vorgesehen.
Durch diesen. statischen Druck wird, die Schaufelkavitation verrinigert oder ausgeschaltet und, dadurch der Wirkungsgrad der Pumpen und der Gesamtanlage. erhöht.
In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass jede der Ausführungsformen. eine solche Druckan lage haben. kann, und im Falle eines Versagens der selben ist ferner zu berücksichtigen, dass bei jeder Ausführungsform eine mit einem Ventil versehene Leitung vorgesehen sein kann, die sich zwischen den Umlaufkan,älen und der Aussenseite des Schiffes<B>30</B> erstreckt, so dass im Untexseebootbetrieb dieser Kanal in einer Tiefe von 60-90m unterhalb der Wasser oberfläche geöffnet werden kann, um den gewünsch ten statischen Druck zu erzielen und,
die vonk Lei- stungsausnutzung ohne Kavitation zu ermöglichen. Es ist ausserdem möglich, eine Druckerzeugungsan- lage, selbst wenn die Arbeitsmittelfördereinrichtung unwirksam geworden ist, auf der Wasseroberfläche zu betreiben, welche in wirksamer Weise etwa<B>50%</B> der maximalen Leistung der Kraftmaschine absor biert.
Fig. 4 zeigt, wie mehrere Pumpen 21 auf der gleichen Laufradwelle <B>23</B> innerhalb des Turbmenra- des bzw. der Trommel<B>29</B> angeordnet werden kön nen. Die Pumpenlaufradwelle wird natürlich durch ein Antriebselement oder eine nicht gezeigte Kraft maschine wie bei den anderen Ausführungsformen angetrieben, und die Turbine ist mit der 1.pistungs- entnahmewelle <B>25</B> wie bei den anderen. Ausfüh rungsformen verbunden.
Bei der in Fig. 4 darge stellten Ausführungsforra ist die Arbeitsmittelströ- mung von beiden Pumpen 21, wie durch die Pfeile angegeben, so gerichtet, dass die eine Turbine 24a mit dem Arbeitsraittel beliefert wird, das aus beiden Pumpen 21 durch den Kanal 35a ausströmt und dann an der Turbinenaustrittsöffnung 34a geteilt wird-, so dass die Hälfte des Arbeitsmittels zum Eintrittsende der einen Pumpe über den inneren Kanal 38a zurückkehrt, während die andere Hälfte des Arbeitsmittels zum Eintrittsende der anderen Pumpe über den,
Kanal<B>38b</B> zurückkehrt, der sich ausserhalb des Wandlergehäuses befindet. Diese Aus führungsform ist mit Mitteln zur Umkehrung der Drehrichtung der Abtriebswelle <B>25</B> ohne Umkehrung der Drehrichtung der Pumpen 21 ausgerüstet.
Diese Mittel bestehen aus Ringventilen<B>57,</B> welche in, die mit strichpunktierten Linient gezeichneten Stel lungen gleiten können, um die Arbeitsmittelströmung aus beiden Pumpen so zu richten" dass die Turbine 24b in gleicher Weise beliefert wird-, wie durch die "estrichelten Pfeile angegeben, Die beweglichen Schaufeln der Turbine 24b sind so gerichtet, dass die Strömungsrichtung der Abtriebswelle umgekehrt wird, wenn das Arbeitsmittel durch !sie hindurch, in der durch die gestrichelten Pfeile angegebenen Rich tung strömt.
Fig. <B>5</B> zeigt, wie mehrere Pumpen-Turbinen# Kombinationen angeordnet werden können, um eine einzige Leistungsabgabewelle <B>25</B> anzutreiben, wobei jedoch jedes parallele Paar von Pumpen, zusammen mit der zugeordneten Turbine seinen eigenen, geson derten Teil des gesamten Arbeitsmittels der Anlage in Umlauf versetzen kann. Dies kann durch eine geeignete Anordnung von Arbeitsmitteltrennwänden 44 zwischen den Leitungswegen<B>35</B> erreicht werden, wie in Fig. <B>5</B> gezeigt.
Es wird. in diesem Zusammen- hang auf einen Vergleich mit der -Fig. <B>1</B> hinsichtlich der Strömung beispielsweise aus. den Pumpen 21,a und<B>21d</B> verwiesen. Gegebenenfalls können für dien angegebenen Zweck nicht gezeigte Arbeitsmittelab- laussöffnungen in jederder Pumpen-Turbineneinheiten vorgesehen, werden, Durch eine solche Anordnung lassen sich, mehrere Vorteile erzielen. Beispielsweise ermöglicht die Abteilung einer Einheit während des Betriebs mit einer entsprechenden Verringerung der Leistung der Kraftmaschine, dass die übrigen Ein heiten in normaler Weise arbeiten.
Gegebenenfalls können bei mindestens einer der Einheiten, beispiels weise bei der Turbine 24c zusammen) mit den zuge hörigen Pumpen 2le und 21f die Beschaufelung und die Arbeitsmittelkanäle so angeordnet werden, dass sie als Umkehrturbine dient, die abgeleitet gehalten wird, während die vorderen Einheiten arbeiten.
Wenn der umgekehrte Betrieb gewünscht wird, kann, das Arbeitsmittel rasch aus den vorderen Einheiten ab geleitet und die Umkehreinheit rasch gefüllt werden, um eine Drehung in umgekehrter Richtung der Lei- stungsabgabewelle <B>25</B> zu erhalten, ohne dass die Dreh richtung der Purapenlaufradwelle <B>23</B> oder diejenige der Antriebselemente<B>59</B> geändert wird. Diese An triebselemente 49 können aus zwei Dampfturbinen ,der Zweiwellenianordnung bestehen.
Die beiden An triebselemente brauchen, nicht identisch zu sein, kön nen jedoch trotzdem mit geeignet gewählten Pumpen verbunden werden, so dass jede Antriebselernent- Pumpen-Gruppe den #gleichen statischen Druck und die gleiche Strörnungsgeschwindigkeit an der Ein trittsseite der Schraubenpropellerantriebsturbine lie fert, um übereinstimmende Ströme an dieser Stelle sicherzustellen.
Es seien beispielsweise 40<B>000 PS</B> Niederdruck- und Hochdruckantriebsmaschinen in Zweiwellenanordnung angenommen, von denen, die eine für eine Drehzahl von<B>3 000</B> U./min und die andere für eine Drehzahl von,<B>1000</B> U./min gebaut und jede zur Aufnahme von 20<B>000 PS</B> bestimmt ist. Die zusammenpassende Turbineneintrittsströmung kann durch die Wahl von zwei Pumpen und Pumpen naben von verschiedener Grösse sichergestellt werden.
Natürlich können, die Bauelemente dts Wandlers bei allen Anordnungen von einem Gussgehäuse oder dergleichen, das mit Leitungswegen ausgebildet ist, eingeschlossen werden. Ferner ist zu erwähnen, dass bei allen Anordnungen, ein. voller, sich über<B>360'</B> erstreckender Arbeitsmitteleintritt und' -austritt für die Turbine 24 vorgesehen ist, wodurch deren Arbeitswirkungsgrad erhöht wird.
Die Strömungs richtung des Arbeitsmittels von den Pumpen, zur Turbine kann derart sein, dass der axiale Schub während des Betriebs der Abtriebswel#le ausgeglichen wird oder der axiale Pumpenschub bei Verwendung mehrerer Pumpen ausgeglichen wird oder beides. Dies ergibt sich, ohne weitere Erklärung ohne weite res aus den. Zeichnungen. Wenn der axiale Schub der Bauelernente ausgeglichen wird, kann natürlich die Grösse der Drucklager des Wandlers wesentlich verringert werden.
Die Querschnittsgestaltung der ganzen Beschaü- felung des Wandlers, einschliesslich der sich bewegen den und der stationären Pumpen- und Turbinen schaufeln sowie der stationären Führungsschaufeln innzrhalb der Arbeitsmittelkanäle ist im wesentlichen von der Schaufelform des überdruck- oder Reak tionstyps im Gegensatz zur Schaufelgestaltung vom Gleichdrucktyp. Bei druckgespeisten. Systemen, haben alle Schaufeln Standard-NACA-Schnitte oder von Modifikationen hiervon.
Bei nicht druckgespeisten Systemen besteht eine andere Möglichkeit für die Pumpe in, der Verwendung von, Superkaviations- schaufelquerschnItten.
Die Pumpenlaufradbeschaufelung 22 ist mit einer grösseren Schaufelsteigungsveränderung über die Länige der Schaufel als die andere Beschaufelung des Wandlers ausgebildet. Es wird vorgeschlagen, die Laufradbeschaufelung 22 aus Schaufelquer schnitten der NACA-Serie <B>65</B> herzustellen. Es ist vorzuziehen, dass die Pumpenlaufradibeschaufelung eine hohe Festigkeit (solidity) von etwa<B>1,5</B> am Schaufelfuss und von<B>0,7</B> an der Spitze für den höchsten Wirkungsgrad hat.
Die Turbinenbeschaufelung hat vorzugsweise eine Festigkeit von etwa<B>1,5</B> an jedem Halbmesser. Diese Festigkeit ist vom Fuss bis zur Spitze infolge des grossen relativen Nabenhalbmessers im Vergleicher zum Schaufelhalbmesser im wesentfichen konstant.
Es wurde festgestellt, dass eine Veränderung<B>im</B> Drehzahluntersetzungsverhältnis des Wandlers in ein,- facher Weise dadurch herbeigeführt werden kann<B>'</B> dass die Zahl der Stufen in der Turbine 24 verändert wird, wobei alle anderen konstruktiven Merkmale im wesentlichen die gleichen bleiben.
Dies ist durch die allgemeine Form der Gleichung für Drehzahlun- tersetzungsverhältnisse in hydraulischen Drehmo- mentwandlern für den Fall gezeigt, bei welchem die Pumpen des Systems mit Bezug auf die Richtung der Arbeitsmittelaustrittsströme aus jeder derselben parallel geschaltet sind.
Diese allgemeine Form der Gleichung ist:
EMI0005.0035
wobei <B><I>NI,</I></B> # Pumpendrehzahl in Umdrehungen<B>je</B> Sekunde, Nt, <B>=</B> Turbinendrehzahl in Umdehungen <B>je</B> Sekunde, Dt = Durchmesser der Turbine, Dp <B>=</B> Durchmesser der Pumpe, nf, <B>=</B> Zahl der Stufen in der Turbine und f(x) <B>=</B> eine Funktion der Strömungsgeometriever- änderlichen x, hier nicht erheblich.
Die ähnliche allgemeine Form der Drehzahlun- terse,tzungsverhältnisgleichung für den Fall, bei wel chem die Pumpen in Reihenanordnung rm,*t Bezug auf die Richtung der Austrittsströmung aus jeder derselben<B>(d.</B> h. im Stufenverhältnis) sind, ist:
EMI0005.0049
Der Vergleich der Gleichungen<B>(1)</B> und (2) zeigt:
EMI0005.0050
Dies zeigt, dass für die gleichen Grössen in den Glei chungen<B>(1)</B> und (2) das Drehzahluntersetzungsver- hältnis der Parallelanordnung um die Quadratwurzel der Zahl der Pumpen, grösser ist als das, der Reihen, anordnung. Aus der Gleichung<B>(1)</B> ergibt sich, dass die Zahl der Pumpen oder Pumpenstufen, kein direkt auftretender Faktor ist, während die Zahl der Pum pen oder Pumpens-tufen in der ähnlichen allgemeinen Form der Gleichung (2) für den Fall ein, Faktor ist, bei welchem sich die Pumpen in Reihenanordnung mit Bezug auf die Richtung der Austrittsströniung aus jeder von,
ihnen<B>(d.</B> h. im Stufenverhältnis) befinden. Die Gleichung<B>(3)</B> zeigt, dass durch eine zunehmende Zahl von in Reihenanordnung befindlichen Pumpen das erzielbare Drehzahlunte-lisetzungsverhältnis, wenn alle anderen Grössen in dieser Gleichung konstant bleiben, verringert wird.
Daher wird, nach der Gleichung<B>(1),</B> wenn die Zahl der Turbinenstufen zunimmt, das Drehzahlun- tersetzu-ngsverhältnis des Systems ebenfalls in einem grösseren Masse erhöht als bei der Reihenanordnung nach der Gleichung #(2). Es kann gezeigt werden, dass das Parallelsystem bei den Pumpen eine grössere Freiheit in der Wahl der Turbinenproportionen er- möglitcht als das Reihensystern und in vielen Fällen fuhrt das Parallelsystem zu einer brauchbaren Kon struktion, wähmend es beim Reihensystem nicht der Fall sein kann.
Wenn das Parallelsystem in ein Schiff eingebaut wird, so bedeutet, dies, dass zuslätz- liche, Turbinenstufen eine langsamere Schraubenpro- pellerdrehzahl unabhängig von der Drehzahl der Pumpe (N.) und von den jeweiligen Durchmessern der Pumpe oder der Turbine<B>(D,</B> odor DJ liefern.
Es wurde ferner festgestellt, dass die Parallelan ordnung der Turbinen, oder Turbinenstufen, mit Be zug auf die Richtung der Arbeitsmittelströmung zu jeder derselben die Leistungsübertragungskapazität eines gegebenen, Systems vervielfacht.
Daher kann die gestapelte Anordnung der Pumpen-Turbinen- Kombinationen, wie in Fig. <B>5</B> gezeigt, bei welcher <B>jede</B> Kombinationseinheit ihre eigene Arbeitsmittel- zufuhr in Umlauf -setzt, Vorteile durch Vervielfa- chung der Leistungskapazität des Systems in Ver gleich zu der gleichen allgemeinen Anordnung haben kann, bei welcher jedoch die Arbeitsn ättels-trömung zu allen Turbinen odbr Turbinenstufen in Reihen anordnung ist.
Eine beispielsweise Ausführungsform für dien Einbau in ein primäres Drehzahluntersetzungssystein für Wasserfahrzeuge ist in Fig. <B>1</B> gezeigt. Bei äieser Anordnung werden zwei zweistufige Turbinen 24a und 24b, von denen<B>jede</B> durch, vier Pumpen 21a-d bzw. 21e-h gespeist wird, zur Lcistungsübertragung it gleichzeitiger Drehzahluntersetzung von, zwei Antriebs- oder Pumpenlaufradwellen <B>23</B> zur Lei- stungsabgabewelle <B>25</B> verwendet.
Die weiteren we sentlichen Bauteile des Systems und deren allgemeine Anordnung ergibt sich mit Hilfe der Bezugsziffern durch Vergleich mit der, vorangehenden Beschrei bung und, den, anderen Figuren der Zeichnung. Es sind jedoch zwei zusät-zliche Turbinen 24c und 24d mit den Abgabewellen-Umkehrturbinen verbunden gezeigt. Diese Turbinen 24c und 24d sind nicht in Betrieb,<B>d.</B> h. durch Arbeitsflüssigkeit mit den Pum pen 21,a-d bzw. 21e-h verbunden, während die Turbinen 24a und, 24b in Betrieb sind, um die Ab- triebswelle <B>25</B> in Vorwärtsrichtung zu drehen.
An der Turbinentrommel<B>29</B> sind fünf Ringumkehrven- tile <B>56</B> vorgesehen, von denen jedes zur Gleitbewe- gung in der Richtung der Drehachse der Turbinen trommel angeordnet ist, wie gezeigt. Die Ventile<B>56</B> sind durch nicht gezeigte Mittel zur gleichzeitigen Bewegung miteinander in ihre jeweils erforderlichen Stellungen gekuppelt, um die Umkehrung der Dre hung der Abtriebswelle <B>25</B> zu bewirken, wie nach stehend beschrieben wird.
Diese Mittel erstrecken sich zur Aussenseite des Gehäuses 41 und, sind, von dieser aus betätigbar. Jedes Ventil<B>56</B> kann, längs der Hülsenfläche<B>57</B> der Turbinentrommel<B>29</B> be wegt werden, wobeidie Ventile<B>56</B> auf den Flächen <B>58</B> derselben gleiten.
Jedes kann so bewegt werden, dass es gegen die benachbarten, Turbinen--intrittsöff- nungen oder Austrittsöffnungen,<B>je</B> nach Lage des Falles, gebracht wird, um einen Nebenanschluss der Arbeitsmittelströmung von der Eintrittsöffnung oder der Austrittsöffnung einer vorderen Turbine weg zu den einen oder den anderen Öffnungen einer Um kehrturbine zu bewirken und umgekehrt, wie sich ohne weiteres aus Fig. <B>1</B> ergibt.
Wenn, die Drehrich tung der Abtriebswelle <B>25</B> um-gekehrt werden soll, so kann dies unabhängig von und daher ohne Be rücksichtigung der Drehilichtung der Pumpen 21a-h und damit der nicht gezeigten Kraftmaschinenan- triebswellen geschehen, mit denen die Pumpenlauf- radwellen, <B>23</B> verbunden sind.
Eine weitere Wasserfahrzeug-Vortriebsanordnung mit der Drehzahluntersetzung ist schematisch, in Fig. <B>6</B> gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind die Zwillingsdampfturbinen <B>59</B> mit ihren Antriebswellen <B>60</B> mit den Laufradwellen <B>23</B> der Pumpensätze 40 verbunden.
Verhältnismässig lange Arbeit-siniftelaus- trittsleitungen <B>35</B> von, den Pumpensätzen 40 bilden einen, oder mehrere ArbeitsmitteIkanäle (die ebenfalls mit<B>35</B> bezeichnet sind) und zum Turbinengehäuse 41 führen, in welchem sich die Turbinen 24 an einer von den Pumpensätzen abgekehrten Stelle, in der <B>Nähe</B> des Schraubenpropellers<B>63</B> befinden. Es. ist nur eine einzige Leitung<B>35</B> von jedem Pumpensatz 40 zum Turbinengehäuse 41 dargestellt, obwohl mehr als eine auf jeder Seite vorgesehen werden kann.
Die Arbeitsflüssigkeit, deren Strömungsrichtung durch Pfeilköpfe angedeutet ist, wird' zu den Pumpen 40 aus den nicht gezeigten Arbeitsmittelaustrittsöffnun- gen der Turbine 24 durch Leitungen<B>38</B> geleitet. Fer ner ist die Anordnung der Drucklager 42 für die Schraubenpropellerwelle angedeutet. Daher können die Vorteile der Anordnung eines hydraulischen, Mo tors in grosser Nähe des Schraubenpropellers<B>63</B> durch die Verwendung der erfindungsgemässen An ordnung erzielt werden, wobei lange Leitungen,<B>35</B> und<B>38</B> zwischen dem erwähnten Motor und, den Pumpen ohne wesentliche Verringerung des Wir kungsgrades des Systems verwendet werden können, was beabsichtigt ist.
Die dargestellte Ausführungs form kann, insofern abgeändert werden, als die Tur bine 24 so weit nach rückwärts verlegt wird" dass sie sich völlig ausserhalb des Schiffsrumpfes 64<B>be-</B> findet in der Weise, dass das, Lager 42 zwischen der Turbine und dem Rumpf angeordnet ist, wobei sich geeignete Lagerungen, vom Rumpf zum Kanal <B>38</B> und, zu den nicht drehbaren, Teilen der Turbine erstrecken, Bei dieser Ausführungsform kann der Schraubenpropeller<B>63</B> unmittelbar auf der sich dre henden Trommel<B>der</B> Turbine angeordnet werden.
In Fig. <B>6</B> ist die Umrissform des Schiffsrumpfes mit 64 bezeichnet. Auch bei dieser Anordnung ist ein Merkmal gezeigt, welches allen ihren, Anordnungen und Ausführungsformen gemeinsam ist, obwohl es in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Dieses Merkmal 'bestehe in, der Fähigkeit des Systems, für Notfälle einen Arbeitsmittelstrahlvortrieb des Schif fes bei einem Bruch, des Schraubenpropellers<B>63</B> oder dessen Welle<B>62</B> zu ermöglichen.
Dies kann infolge des relativ hohen Volumens des Arbeltsmittel- austritts aus den Axialpumpen erreicht werden, die sich mit Bezug auf die Arbeitsmittelströmung aus jeder dellsellben in Parallelanordnung befinden. An jede der Pumpenaustrittsleituntgen <B>35</B> ist eine Tur- binenumgehungsleitung <B>65</B> angeschlossen, die in der Nähe des Schraubenpropellers<B>63</B> durch die Schiffs- rumpfwand 64 in das Wasser mündet.
In den Lei tungen<B>65</B> und<B>35</B> sind, geeignete Ventile<B>66</B> und,<B>67</B> vorgesehen, dürch deren öffnen und Schliessen das grosse Volumen der durch die Pumpensätze 40 ge pumpten Arbeitsflüssigkeit in das Wasser unter Um gebung der Turbineneinheit zum Austreten gebracht werden kann. Auf diese Weise wird ein Arbeits- mittelstrahl-Vortriebssystem für das Schiff erhalten, so dass es mit verminderter Geschwindigkeit auf Fahrt geh-alten werden kann, damit es eine Fahrt zum Hafen zur Instandsetzung unternehmen kann.
Der Eintritt des, Arbeitsmittels in die Pumpensätze 40 geschieht entweder durch die Pumpensaugwirkung aus der Abdichtung durch eine Flüssigkeitseintritts#- leitung (nicht gezeigt) in der Nähe des Schrauben propellers oder durch eine weitere Zufuhrleitun#g <B>70,</B> die zum, Pumpenieintrittskanal <B>38</B> führt. Letztere sind mit Absperrventilen<B>6,9</B> versehen, wie in der Zeich#- nung gezeigt. Wenn die letztgenannte Anordnung verwendet wird, wird derjenige Teil der Leitung<B>38,</B> dier von der Turbine 41 zu den Pumpensätzen 40 führt, durch -die Ventile<B>69</B> abgeschaltet.
Es können natürlich, auch andere Mittel und Anordnungen für den Heimfahrt -B,atrieb vorgesehen werden.
Fig. <B>7</B> zeigt eine Anordnung, bei weIcher die Vort#riebsleistun#g von zwei Dampfturbinen eines Schiffes auf zwei konzentrisch angeordnete Sch'rau- benpropelllerwellen 62a und<B>62b</B> übertragen wird, um zwei gcgen,1,äufige Propellerschrauben 63a und <B>63b</B> anzutreiben.
Die Antriebswellen<B>60</B> der Turbinen <B>59</B> sind bei<B>61</B> mit den Laufradwellen <B>23</B> von zwei Pumpensätzen 40a-b gekuppelt, von denen jeder schematisch, als eine einzige Pumpe dargestellt ist, jedoch aus mehreren Pumpen bestehen kann. Die beiden Pumpensätze 40a und 40b fördern das Arbeitsmittel durch die Turbine 41 von deren ent gegengesetzten, Sehen.
Das Arheitsmittel treibt die Turbinenlaufradschaufeln 42a, welche mit der äusse ren, Schraubenpropellerwelle 62a mit Hilfe eines Gliedes 43a verbunden ist, das speichenartige Teile aufweist, welche die TurbInentromme-1 mit- der äusse ren Welle 62a verbinden, in der einen, Richtung an. und die Schaufeln 42b, welche, mit der inneren Schraubenpropellerwelle <B>62b</B> mittels eines Gliedes 43b verbunden ist, in der entgegengesetzten, Richtung an. Weitere Anordnungen können aus der darge stellten Anordnung abgeleitet werden.
Die Turbinen- beschaufelung jeder Turbineneinheit 41a und,' 41b ist natürlich entgegengesetzt zur anderen angeordnet, so dass sich die Schraubenpropeller 63a und<B>63b</B> während der Bewegung des Schiffes in entgegenige- setzten Richtungen drehen.
Bei allen Anordnungen des Systems und Wand- lers bei Verwendung als primäre Drehzahlunter- setzungseinrichtung eines Schiffes sind die Rauele- mente in. ihrer Grösse, in ihrem Gewicht und- Raum bedarf im Vergleich zu anderen- Antriebssystemen klein. Die verschiedenen Anordnungen, die zur Ver fügung stehen, ergeben eine ausserordentlich ge drängte Bauforin des Drehzahluntersetzungssysteins des Schiffes im Vergleich zu den gegenwärtig bekann ten Systemen.
Beispielsweise ist es entsprechend einer ausgeführten Konstruktion möglich, zwei Pum pen zu verwenden, welche<B>je 7 500 PS</B> Wellenleistung bel <B>6 000</B> U./min aufnahmen und an. eine einzige Turbine<B>15 000 PS</B> Wellenleistung mit 200 U./nlin, bei einer Gesamtlänge des Wandlers von etwa 2,44 m mit Bug- und Heckeinheiten und einem seit lichen Bereich des Wandlers innerhalb einer Breite von etwa<B>1,52</B> m, liefern. Dieser Wandler hatte einen, Wirkungsgrad, der höher als<B>82</B> % lag.
Durch eine sorgfältige Konstruktion unter besonderer Berück sichtigung der jeweiligen Durchmesser der Pumpen- und Turbinenbauelemente, der Zahl der Pumpen und der Zahl der Turbinenstufen, die durch eine oder mehrere Pumpen behefert werden sollen, der Lei tungen und der Anordnung -der Teile des Systems, die alle -einer Veränderung unterworfen sind-, können Drehzahluntersetzungsverhältnisse über<B>80: 1</B> mit einem verhältnismässig hohen Wirkungsgrad erreicht werden. <B>-</B> Die 'beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich alle auf Schiffsantriebe. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche beschränkt. Sie könnte auch, für andere Zwecke, z.
B. bei stationären Kraftmaschinen- anlagen, für Lokomotiven und Kraftfahrzeuge ver wendet worden.