-
Kreislauf für hydrodynamischen Drehinomentwandler Die Erfindung bezieht
sich auf die Dimensionierung eines Kreislaufes für einen hydrodynamischen Drehrnomentwandler
nach Föttinger.
-
Aus der Literatur sind Empfehlungen bekannt, Wandlerkreisläufe so
auszuführen, daß sich eine konstante Meridiangeschwindigkeit cm ergibt. Die
Flächenquerschnitte sollen also nach der Bedingung b # r", .-; konstant ausgeführt
werden, worin b die Kanalbreite und r", den Abstand der betrachteten Stelle von
der Rotationsachse des Wandlers darstellen.
-
Maßgebend für die Strömungsverluste ist, neben der Ausbildung der
Schaufelgitter, der Geschwindigkeitsverlauf an der inneren und an der äußeren Begrenzungskontur.
Treten dort Gebiete mit starker Verzögerung auf, so wird sich an den Stellen zwischen
den Schaufelkränzen, an denen keine Energieübertragung von den Schaufelgittern an
die Flüssigkeit und umgekehrt stattfindet, die Strömung ablösen. Das bringt jedoch
zwei Nachteile: a) bilden sich stromab von den Ablösungsstellen Gebiete mit starken
Verwirbelungen, b) werden die sich in dem Kreislauf befindenden Gitter von einer
nicht gesunden, d. h. abgelösten Strömung beaufschlagt, was sowohl zu einer Abweichung
des Betriebspunktes dieser Gitter vom Auslegungspunkt als auch zu vergrößerten Verlusten
bei der Gitterdurchströmung führt.
-
Bei dem obenerwähnten Kreislauf mit konstanter Meridiangeschwindigkeit
ergeben sich auf Grund der durch die notwendige Umlenkung von 360° auftretenden
Krümmereffekte zwangläufig starke Beschleunigungs- und Verzögerungsgebiete auf den
Begrenzungskonturen.
-
Die Erfindung zeigt eine Möglichkeit, wie durch günstige Gestaltung
des Wandlerkreislaufes Ablösungserscheinungen auf der inneren und äußeren Begrenzungskontur
zwischen den Schaufelgittern eines Wandlerkreislaufes vermieden werden können.
-
Aufgabe der Erfindung ist es somit, die aus den unter a) und b) genannten
Nachteilen resultierenden Energieverluste zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird der
Kreislauf eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers so ausgebildet, daß auf der
inneren und äußeren Kontur zwischen den Gittern des Kreislaufes keine negativen
Geschwindigkeitsgradienten auftreten, die zu einer Ablösung der Strömung führen
könnten. Der Kreislauf ist somit so auszuführen, daß die Flächenquerschnitte senkrecht
zu den Meridianstromlinien zwischen den Schaufelgittern in Strömungsrichtung abnehmen
und die dadurch bedingten Verzögerungen der Meridianströmung in einem oder mehreren
Gittern des Kreislaufes vorgenommen werden.
-
Die Verzögerungen im Gebiet der Schaufelgitter haben keine nachteiligen
Folgen. Wie Versuche gezeigt haben, lassen sich in einem radialen Pumpenlaufrad
starke Verzögerungen der Meridianströmung erreichen, sofern das Schaufelgitter desselben
von einer gesunden, d. h. nicht abgelösten Strömung beaufschlagt wird. Das Schaufelgitter
kann dann im Zusammenhang mit den Meridiangeschwindigkeiten so ausgelegt werden,
daß die Grenzschicht auf den Schaufeln anliegt. Die Verzögerung im Gitter kann jedoch
nicht ins Unbegrenzte gesteigert werden. Man wird daher immer bestrebt sein, keine
unnötig starken Beschleunigungen zwischen den Gittern auszuführen, sondern versuchen,
mit einem gleichförmigen Geschwindigkeitsverlauf auf den Wänden zwischen den Schaufelgittern
auszukommen.
-
Die Gestaltung des Kreislaufes kann z. B. mit Hilfe der elektrodynamischen
Analogie geschehen. An Hand eines Ausführungsbeispieles und den Zeichnungen wird
die Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch einen nach der
Erfindung ausgeführten Wandlerkreislauf, Fig. 2 ein Diagramm mit dem Verlauf des
Flächenverhältnisses
, aufgetragen über der Wegkoordinate s, Fig. 3 ein Diagramm mit dem Verlauf der
Abstände der Potentiallinien längs der Wand, Fig. 4. ein Diagramm des Druckverlaufes
auf den Kanalwänden.
Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen
nach der Erfindung ausgeführten Wandlerkreislauf mit üblicher Schaufelanordnung,
bei dem ein einstufiges Turbinenrad T direkt über dem einstufigen Pumpenrad P sitzt.
L stellt das Leitgitter dar. Der Ein- und Austritt des Strömungsmediums ist bei
den jeweiligen Gittern mit 1 bzw. 2 bezeichnet.
-
Die Fig.2 zeigt den vorgegebenen Verlauf des Flächenverhältnisses
des Kanals, aufgetragen über der Wegkoordinate s, die etwa längs der mittleren Stromlinie
verläuft. F = 2 r :r d ist die Kreisringfiäche, die sich aus dem Durchmesser
d des in den Kanal einschreibbaren Kreises und dem Abstand r des Kreismittelpunktes
von der Wandlerachse ergibt (vgl. Fig. 1). Zwischen Turbinenaustritt 2 T und Pumpeneintritt
1P nimmt das Flächenverhältnis etwa linear von 1,0 auf 0,6 ab. Daraus resultiert
ein starkes Anwachsen der meridiandurchströmten Fläche zwischen Pumpeneintritt 1P
und Turbinenaustritt 2 T, was eine starke Verzögerung der Meridianströmung im Gebiet
des Pumpen- und Turbinengitters bedeutet. Das ist jedoch nicht gefährlich, da die
Strömung hier den Gesetzen der Gitteraerodynamik folgt. Im Turbinengitter ist, wie
eine Betrachtung der Geschwindigkeitsdreiecke leicht erkennen läßt, immer eine beschleunigte
Relativströmung vorhanden. Aber auch die Pumpengitter kann man trotz verzögerter
Meridianströmung mit guten Wirkungsgraden erhalten, allerdings wieder unter der
bereits obenerwähnten Voraussetzung, daß eine nicht abgelöste, gesunde Strömung
zum Pumpengitter vorhanden ist.
-
Fig. 3 zeigt den Verlauf der Abstände s der Potentiallinien auf den
Kanalwänden. Dieses Ergebnis wurde mittels der elektrodynamischen Analogie gewonnen.
ist ein Maß für die Geschwindigkeit und ist mit dieser verknüpft durch die Beziehung
Der Indexo bezeichnet einen willkürlich wählbaren Bezugsort. Auf der Abzisse, die
etwa dem Verlauf des Strömungsweges entspricht, sind die Potentiale aufgetragen,
gekennzeichnet durch die Widerstände der Brückenschaltung in [a].
-
Man erkennt, daß zwischen den Gittern tatsächlich nur unverzögerte
Strömung vorhanden ist (Abfall bzw. konstanter Verlauf von As). Erst im Gebiet
des Pumpengitters beginnt die Verzögerung. Sie setzt sich im Gebiet des Turbinengitters
fort. Dieses ist jedoch nicht mit eingezeichnet, da sich hier die Elektroden befinden.
Bei dem vorliegenden Beispiel wurde, wie das Diagramm zeigt, im Gebiet des Leitgitters
L keine Verzögerung zugelassen. Die Verzögerung erfolgt in diesem Falle im Pumpen-
undTurbinengitter.
-
Fig. 4 zeigt den gemessenen Druckverlauf auf den Kanalwänden des Versuchswandlers,
dessen Kreislaufkontur erfindungsgemäß ausgeführt wurde. Gewählt wurde die in Fig.1
dargestellte Form. Zwischen Turbinenaustritt 2T und Leitgittereintritt 1L ist der
Druckverlauf auf der Innenkontur nahezu konstant, auf der Außenkontur leicht abfallend.
Das bedeutet einen konstanten bzw. leicht ansteigenden Verlauf der Geschwindigkeiten.
Durch das Leitgitter wird ein Drall der Strömung mitgeteilt, wodurch zwischen Leitgitteraustritt
2 L und Pumpeneintritt 1 P nach dem Drallsatz der Druck mit abnehmendem Radius abnehmen
muß.