KR20190064578A

KR20190064578A - 블레이드 휠 윤곽

Info

Publication number: KR20190064578A
Application number: KR1020197008802A
Authority: KR
Inventors: 하랄드 호펠드; 번하드 슈스트
Original assignee: 보이트 파텐트 게엠베하
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2019-06-10
Also published as: DE102016118588A1; CN109790885A; WO2018059760A1; EP3519714A1; US20200040949A1; BR112019005420A2

Abstract

유체역학적 커플링은 공통 회전축 주위에 회전 가능하제 장착되는 임펠러 및 터빈 휠을 포함한다. 상기 임펠러 및 상기 터빈 휠은 각기 상기 회전축 주위로 원주 방향으로 연장되는 채널을 가져 축 상으로 서로 마주하는 상기 채널들은 유체로 채워질 수 있는 환형의 동작 챔버를 한정한다. 상기 임펠러 및 상기 터빈 휠은 각기 상기 채널들을 블레이드 챔버들 내로 분할하는 방사상의 블레이드들을 가진다. 이 경우, 상기 터빈 휠은 제1 블레이드 챔버 및 제2 블레이드 챔버를 포함하며, 여기서 방사 방향으로 상기 채널의 윤곽들은 상기 두 블레이드 챔버들 내에서 다르다.

Description

블레이드 휠 윤곽

본 발명은 유체역학적 커플링(hydrodynamic coupling)에 관한 것이다. 본 발명은 특히 상기 유체역학적 커플링의 블레이드 휠 상의 블레이드 챔버의 윤곽에 관한 것이다.

유체역학적 커플링은 입력측 및 출력측 사이에서 토크를 전달하는 목적을 위해 설계된다. 상기 입력측 및 상기 출력측은 각기 적어도 하나의 블레이드 휠에 연결되며, 여기서 구동되는 측(상기 입력측)의 블레이드 휠은 임펠러라고도 언급되고, 구동하는 측(상기 출력측)의 블레이드 휠은 터빈 휠이라고도 언급된다. 상기 두 개의 블레이드 휠들의 블레이드들 사이에서 유체가 유체역학적인 커플링 방식으로 상기 휠들에 작용하여 상기 입력측 및 상기 출력측 사이에 특정한 슬립이 가능해지며, 이에 따라 상기 입력측 및 상기 출력측의 회전 속도들이 서로 다르게 된다. 상기 임펠러 및 상기 터빈 휠 사이의 커플링 정도는 얼마나 많은 유체가 상기 블레이드 휠들 사이의 영역 내에 존재하는 가에 의해 영향을 받을 수 있다. 상기 유체의 양을 제어하기 위해, 통상적으로 시동 동안의 초기 충전에 의해 유체 시스템 또는 상기 유체의 양이 구현되도록 제공된다.

상기 커플링 시스템은, 예를 들면, 드라이브 모터 및 벨트 컨베이어(수송 벨트, 밴드 컨베이어 또는 평탄한 벨트 컨베이어로도 언급됨) 사이에서 토크를 전달하기 위해 사용될 수 있다. 상기 벨트의 시동에 대해, 과부하를 방지하기 위해 상기 벨트에 작용하는 힘을 부드럽거나 서서히 증가시킬 필요가 있을 수 있다. 무거운 벨트가 프로세스에 적재될수록, 상기 벨트에 작용하는 힘이 보다 세심하게 구현되어야 한다. 예를 들면, 상기 벨트가 개방 처리 채광(opencast mining)에서 슬래그를 이송하기 위해 사용될 경우, 정지 상태로부터의 시동은 통상의 이송 속도가 구현되기 전까지 몇 분의 시간을 요구한다.

본 발명의 목적은 토크의 균일한 전달을 위한 개선된 유체역학적 커플링(hydrodynamic coupling)의 수반을 기초로 한다. 다른 목적은 이와 같은 커플링을 갖는 개선된 커플링 시스템을 구체화하는 것을 수반한다. 본 발명에서는 독립 청구항들의 주요 요소들에 의해 이들 목적들을 구현한다. 종속 청구항들에는 바람직한 실시예들이 기재된다.

유체역학적 커플링은 공통 회전축 주위에 회전 가능하게 장착되는 임펠러(impeller) 및 터빈 휠을 포함한다. 상기 임펠러 및 상기 터빈 휠은 각기 상기 회전축을 원주 방향으로 둘러싸는 채널을 구비하여, 서로 축 상으로 마주하는 상기 채널들이 유체로 채워질 수 있는 환형의 동작 챔버를 한정한다. 상기 임펠러 및 상기 터빈 휠은 각기 상기 채널들을 블레이드 챔버들 내로 분할하는 방사상 블레이드들을 가진다. 이 경우, 상기 터빈 휠은 제1 블레이드 챔버 및 제2 블레이드 챔버를 포함하며, 상기 방사 방향으로의 상기 채널의 윤곽(contour)들은 두 블레이드 챔버들 내에서 다르다.

다른 윤곽들의 결과로서, 상기 두 블레이드 챔버들은 다른 목적들을 위해 최적화될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 블레이드 챔버는 상기 동작 챔버의 체적을 최대화하기 위해 설계될 수 있는 반면, 상기 제2 블레이드 챔버는 특히 보다 높은 슬립(slip) 정도의 경우에 상기 유체역학적 커플링의 거동에 영향을 미칠 수 있는 특정한 소용돌이 챔버 프로파일을 가질 수 있다. 상기 동작 챔버 체적을 최대화함으로써, 출력 밀도 및/또는 최대의 전달 가능한 토크가 일정한 외측 직경, 일정한 블레이드 각도(회전의 양 방향들에 대해 통상적으로 90°), 일정한 회전 속도 및 상기 유체의 일정한 비중량을 구비하는 다른 유체역학적 커플링에 비해 증가될 수 있다. 상기 제2 블레이드 챔버의 윤곽에 의해, 상기 유체의 유동 거동은 특히 상기 방사 방향으로 영향을 받을 수 있다. 이러한 흐름은 증가되는 슬립 정도의 경우에 상기 제2 윤곽에 의해 크게 영향을 받을 수 있으므로, 구성되는 토크가 상기 커플링의 시동 동안에 보다 잘 영향을 받을 수 있다. 특히 느린 힘 구성으로의 부드러운 시동이 효과적인 방식으로 구현될 수 있다. 토크 스파이크들이 효과적으로 제거될 수 있다.

상기 제1 블레이드 챔버는 제1 길이방향 섹션 표면을 가지며, 상기 제2 블레이드 챔버는 제2 길이방향 섹션 표면을 가진다. 상기 길이방향 섹션 표면은 상기 회전축을 갖는 평면 내에 놓인다. 상기 제2 길이방향 섹션 표면이 상기 제1 길이방향 섹션 표면보다 긴 것이 바람직하다. 상기 길이방향 섹션 표면의 크기는 해당 영역 내의 상기 채널의 윤곽에 의해 기본적으로 조절된다. 상기 길이방향 섹션 표면의 증가되는 크기로써, 상기 블레이드 휠의 체적 및 이에 따른 동작 휠의 체적이 증가된다. 상기 동작 챔버 체적을 최대화함으로써, 상기 임펠러 및 상기 터빈 휠 사이의 질량 유량은 앞서 설명한 바와 같이 전달 가능한 동력이 향상되도록 증가될 수 있다.

상기 터빈 휠의 모든 블레이드 챔버들이 상기 제1 블레이드 챔버 또는 상기 제2 블레이드 챔버에 대응되는 것이 보다 바람직하다. 달리 말하면, 상기 터빈 휠이 제1 및 제2 블레이드 챔버들을 포함하며, 여기서 상기 제1 블레이드 챔버들이 서로 대응되고, 상기 제2 블레이드 챔버들이 서로 대응되는 것이 바람직하다. 이러한 연관성은 바람직하게는 상기 채널의 윤곽에 대해서와 이에 따른 상기 길이방향 섹션 표면의 크기와 형상에 대해서도 수행된다. 동일한 유형의 블레이드 챔버들이 이들의 체적들도 서로 대응되도록 원주 방향으로 동일한 크기를 가지는 것이 보다 바람직하다. 보다 바람직하게는, 모든 블레이드 챔버들이 상기 원주 방향으로 동일한 크기를 가진다.

상기 제2 블레이드 챔버는 방사상의 내부 영역 및 방사상의 외부 영역으로 나누어질 수 있다. 상기 방사 방향으로의 상기 채널 또는 상기 윤곽의 곡률은 바람직하게는 상기 내부 영역 내에서 보다는 상기 외부 영역 내에서 크다. 달리 말하면, 상기 외부 영역 내의 상기 윤곽의 최대 곡률 반경은 상기 내부 영역 내에서 보다 작다. 상기 윤곽은 상기 길이방향 섹션 평면 내에 놓이며, 이에 따라 상기 길이방향 섹션 표면을 한정한다. 상기 내부 영역 내에서 상기 윤곽은 보다 둥근 형상으로 되고, 상기 외부 영역 내에서는 보다 각진 형상으로 일컬어지는 방식이 된다. 그 결과, 상기 동작 챔버 체적을 최대화하고, 소용돌이도(vorticity)에 의한 상기 유체 유동을 제어하는 것에 대한 전술한 목적들이 각 경우에 향상된 방식으로 구현될 수 있다.

상기 내부 영역 및 상기 외부 영역 사이의 분리는 대체로 크게 중요하지는 않으며 다양한 방식들로 선택될 수 있다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 분리는 상기 제2 블레이드 챔버 내의 내부 및 외부 영역들의 체적들이 기본적으로 동등한 크기를 가지는 방식으로 선택된다. 상기 분리는 이 경우에 상기 회전축 주위로 실린더 형상의 분리 평면을 따라 연장된다. 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 실린더 형상의 분리 평면은 상기 블레이드 챔버의 가장 큰 외측 반경 및 가장 작은 내측 반경 사이의 중간으로 연장되는 지점을 통해 연장된다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 분리 평면은 해당 블레이드 챔버의 길이방향 섹션 표면의 영역의 중심을 통해 연장된다. 하나 이상의 실시예에 있어서, 상기 분리 평면은 또한 토러스(torus)를 통해 길이방향 섹션에 대응되는 영역의 중심을 통해 연장될 수 있다. 모든 실시예들에 있어서, 내부 및 외부 영역들은 상기 방사 방향으로 직접 서로 인접하며, 상기 윤곽의 곡률은 상기 내부 영역 내에서 보다는 상기 외부 영역 내에서 크다.

상기 외부 영역 내의 윤곽의 섹션은 기본적으로 상기 방사 방향으로 직선으로 연장되는 것이 보다 바람직하다. 기본적으로 연속적이거나 균일하게 곡선인 경로의 프로파일인 통상적인 경우와 비교하여, 상기 유체의 유동의 의도된 영향이 이에 따라 구현될 수 있다.

또한, 상기 외부 영역 내의 윤곽의 섹션이 기본적으로 축 방향을 따라 직선으로 연장되는 것이 바람직하다. 이러한 섹션은 방사상의 외측 상의 상기 블레이드 챔버를 한정할 수 있다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 이러한 섹션은 상기 회전축에 대해 대략 0°내지 5°의 범위 이내, 바람직하게는 대략 3°의 작은 각도를 가진다. 상기 윤곽의 직선으로 지향된 섹션의 결과로서 상기 유체의 유동이 상술한 바와 같이 영향을 받을 수 있다. 상기 섹션과 상기 회전축 사이에 양의 작은 각도를 선택함으로써, 상기 터빈 휠의 방사상의 외부 영역 내의 물질이 절감될 수 있다.

설명한 섹션들 사이의 전이는(transition) 특히 소정의 반경을 따를 수 있다. 이러한 반경은 특히 앞서 설명한 바와 같이 최소의 곡률 반경에 대응될 수 있다. 이에 따라, 상기 회전축 주위에 연장 내에서 오목한 형상을 형성할 수 있는 아치형의 전이가 상기 두 섹션들 사이에 놓이게 된다.

상기 임펠러의 블레이드 휠 내의 채널의 윤곽은 기본적으로 일정할 수 있다. 특히, 상기 윤곽은 알려진 윤곽, 예를 들면 이른바 크라이슬러(Chrysler) 프로파일을 따를 수 있다. 그러나 상기 방사 방향으로의 상기 임펠러의 채널의 곡률이 기본적으로 일정한 것이 바람직하다. 이러한 특성에 적용될 수 있는 프로파일은 XL-프로파일로 알려져 있다. 상기 크라이슬러-프로파일과 비교하여, 상기 동작 챔버 체적의 초기의 증가가 상기 프로세스에서 구현되었다.

대체로 상기 제1 블레이드 챔버 및 상기 제2 블레이드 챔버가 상기 원주 방향으로 연속하는 제1 및 제2 블레이드 챔버들이 항상 일정하도록 이 경우에 상기 회전축 주위의 원주 상에 균일하게 분배되는 것이 바람직하다. 상기 블레이드 챔버들 또한 상기 원주 방향으로 동등한 크기를 가지는 것이 특히 바람직하다.

또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 터빈 휠 상에 제2 블레이드 챔버보다 많은 제1 블레이드 챔버가 제공된다. 예를 들면, 상기 블레이드 챔버들의 3분의 1, 절반 또는 4분의 1이 각 경우에 상술한 제2 블레이드 챔버의 방식으로 설계될 수 있지만, 나머지 블레이드 챔버들은 상술한 제1 블레이드 챔버의 방식으로 설계된다.

또한, 상기 회전축에 대해 동축으로 놓이고, 내측으로부터 방사상인 상기 제1 및 제2 블레이드 챔버들과 적어도 부분적으로 중첩되는 제한기 플레이트(restrictor plate)는 상기 터빈 휠 상에 부착되는 것이 바람직하다. 상기 제한기 플레이트는 바람직하게는 상기 터빈 휠과 마주하는 축측 상에 축 상으로 놓인다. 상기 제한기 플레이트에 의해, 상기 토러스 내부의 상기 유체의 원형의 유동이 슬립(slip)이 증가하면서 점진적으로 방해될 수 있어, 상기 입력측 및 상기 출력측 사이의 최대의 전달 가능한 토크가 신뢰성 있고 재현 가능한 방식으로 제한될 수 있다. 상기 제한의 레벨은 상기 제한기 플레이트의 외측 직경에 의해 조정될 수 있다. 이러한 외측 직경이 증가할수록, 상기 유체역학적 커플링을 통해 전달될 수 있는 상기 최대의 토크가 작아진다.

충전 제어식 커플링 시스템은 상술한 커플링 및 상기 동작 챔버 내에 존재하는 유체의 양을 제어하기 위한 유체 시스템을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 유체는 상기 동작 챔버 및 탱크 사이에서 순환되며, 여기서 상기 유체는 바람직하게는 유성 액체를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 유체는 상기 커플링을 통해 흐르도록 구성되며, 여기서 상기 동작 챔버로부터 이탈되는 유체는 제거되고 상기 동작 챔버 내로 다시 전달되지 않는다. 이러한 실시예는 바람직하게는 상기 유체로서 수성 액체를 사용하여 동작된다. 상기 수성 액체는 특히 잠재적으로 폭발성의 환경, 예를 들면 지하에서 유리하게 사용될 수 있다. 물이나 유사한 수성 액체는 유성 액체보다 높은 비열 용량을 가질 수 있으므로 상기 유체의 감소된 체적 유량이 열을 전달하기 위해 요구될 수 있다.

상술한 커플링은 동등한 크기의 종래의 커플링에 비해 증가된 토크를 전달할 수 있다. 유동 에지들에서의 캐비테이션(cavitation)은, 예를 들면, 높은 슬립율(slip rate)들의 경우에 유체로서 물을 사용할 때에 사용되는 상기 윤곽들의 결과적으로 좀처럼 일어나지 않을 수 있다. 캐비테이션 침식에 보다 저항성인 공동 물질, 에를 들면, 청동 프로펠러의 사용은 결과적으로 필요하지 않을 수 있다. 청동은 대체로 경금속보다 캐비테이션 침식에 저항성이지만, 무거우면서도 처리에 보다 비용이 많이 든다.

이하에서 본 발명을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하며, 첨부된 도면들에서,
도 1은 충전 제어식 유체역학적 커플링을 구비하는 커플링 시스템을 도시하고,
도 2는 길이방향 섹션 내의 도 1로부터의 커플링의 다른 블레이드 휠들의 윤곽들을 도시하며,
도 3은 길이방향 섹션 내의 커플링을 도시하고,
도 4는 블레이드 휠들 상의 윤곽들의 비교를 도시하며,
도 5는 도 1로부터의 커플링을 구비하는 벨트 컨베이어를 도시한다.

도 1은 충전 제어식 유체역학적 커플링(filling-controlled hydrodynamic coupling)(105)을 구비하는 커플링 시스템(100)을 도시한다. 상기 커플링 시스템(100)은 상기 커플링(105) 이외에도 상기 커플링(105) 내에 존재하는 유체(115)의 양을 제어하기 위한 유체 시스템(110)을 포함한다. 도시된 유체 시스템(110)은 상기 커플링(105) 및 유체 탱크(120) 사이의 유체(115)의 주기적 순환에 영향을 미친다. 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 커플링(105)은 유체(115)의 순환이 일어나지 않는 관통 유동(through flow) 커플링으로 설계된다. 상기 유체(115)는 특히 순환성 유체 시스템(110)의 경우에는 유성 액체를 포함할 수 있거나, 특히 관통 유동 커플링(105)의 경우에는 수성 액체를 포함할 수 있다.

상기 커플링(105)은 입력측(input side)(125) 및 출력측(output side)(130) 사이의 토크(torque)의 전달의 목적을 위해 설계된다. 상기 커플링(105)은 상기 입력측(125)에 연결되는 임펠러(135) 및 상기 출력측(130)에 연결되는 터빈 휠(140)을 포함한다. 도 1로부터의 실시예에 있어서, 두 개의 임펠러들(135) 및 두 개의 터빈 휠들(140)이 제공되며, 여기서 상기 임펠러들(135)은 상기 터빈 휠들(140) 사이에 축 방향으로 놓이며, 다른 실시예들에서 상기 커플링(105)은 하나의 임펠러(135) 및 하나의 터빈 휠(140)만을 포함한다. 임펠러 채널(145)은 상기 임펠러(135) 상에 형성되고, 터빈 채널(150)은 상기 터빈 휠(140) 상에 형성된다. 상기 채널들(145, 150)의 개방된 측부들은 축 방향들로 서로를 지향한다. 이에 따라, 상기 채널들(145, 150)은 유체(115)로 채워지는 환형의 동작 챔버(155)를 한정한다. 임펠러 블레이드들(160)은 상기 임펠러(135) 상에 제공되고, 터빈 블레이드들(165)은 상기 터빈 휠(140) 상에 제공되며, 여기서 상기 블레이드들(160, 165)은 각 경우에 원주 방향으로 서로에 대해 다음에 놓이는 블레이드 챔버들을 형성하도록 방사 방향으로 상기 환형의 동작 챔버(155)를 통해 연장된다.

상기 입력측(125) 및 상기 출력측(130) 사이에 슬립(slip)이 존재할 경우, 상기 동작 챔버(155) 내의 유체(115)는 상기 임펠러(135) 및 상기 터빈 휠(140) 상의 블레이드 챔버들 사이에서 나선 방식으로 토러스(torus)를 따라 교환된다. 상기 입력측(125) 및 상기 출력측(130) 사이의 토크 커플링은 보다 많은 유체(115)가 상기 동작 챔버(155) 내에 수용될수록 보다 크다. 상기 동작 챔버(155)가 유체(115)로 완전히 채워질 경우에 토크의 최대 레벨이 상기 입력측(125) 및 상기 출력측(130) 사이에서 전달될 수 있다.

전달 가능한 토크의 레벨은 많은 인자들에 의존한다. 대체로, 상기 커플링(105)의 출력 밀도는 상기 임펠러(135) 및 상기 터빈 휠(140) 사이에서 교환되는 증가되는 유체(115)의 질량 유량에 의해 증가될 수 있다. 이를 위하여, 상기 동작 챔버(155)의 체적이 최대화될 수 있다. 이러한 체적은 상기 임펠러 블레이드들(170) 및 상기 터빈 블레이드들(175)이 어떤 형상인가에 의존한다. 상기 임펠러 블레이드들(170) 및 상기 터빈 블레이드들(175)의 형상은 상기 커플링(105)을 통한 도시된 길이방향 섹션(longitudinal section)에 기초하여 결정될 수 있으며, 여기서 상기 길이방향 섹션은 상기 임펠러(135) 및 상기 터빈 휠(140)이 동축으로 장착되는 것과 관련하여 회전축(180)을 통해 연장된다.

도 2는 길이방향 섹션 내의 도 1로부터의 상기 커플링(105)의 다른 블레이드 휠들의 윤곽들을 도시한다. 예시적인 임펠러(135) 및 예시적인 터빈 휠(140)의 대향하게 배치된 섹션들이 상기 회전축(180)에 대하여 예시적으로 도시된다. 비교의 목적을 위해, 알려진 임펠러(205)가 유사한 도면에 추가적으로 도시된다.

상기 터빈 휠(140)이 다르게 형성된 블레이드 챔버들을 포함하는 것으로 제시된다. 도 2의 상부 영역에는 제1 블레이드 챔버(210)가 도시되고, 하부 영역에는 상기 터빈 휠(140)의 제2 블레이드 챔버(215)가 도시된다. 상기 제1 블레이드 챔버(210)는 제1 길이방향 섹션 표면(230)을 한정하며, 상기 제2 블레이드 챔버(215)는 제2 길이방향 섹션 표면(235)을 한정한다. 상기 길이방향 섹션 표면들(230, 235)은 상기 회전축(180)을 포함하는 평면 내에서 상기 블레이드 챔버들(210, 215)에 의해 각 경우에 한정되는 표면 섹션들이다. 상기 임펠러(135)로부터 떨어져 마주하는 하나의 축 측상에서, 상기 제1 길이방향 섹션 표면(230)은 제1 윤곽(contour)(240)에 의해 한정되며, 상기 제2 길이방향 섹션 표면(235)은 제2 윤곽(245)에 의해 한정된다. 상기 임펠러(135)는 바람직하게는 동일한 형상의 블레이드 챔버들(220)을 구비한다.

상기 제2 블레이드 챔버(215)는 상기 제1 윤곽(240)과 비교하여 주로 상기 제2 윤곽(245)의 형상에 의해 상기 제1 블레이드 챔버(210)와 다르다. 방사 방향으로의 그 크기에 있어서, 상기 제2 윤곽(245)은 상기 제1 윤곽(240)보다 큰 곡률로 통과한다. 대체로, 상기 제2 윤곽(245)이 상기 제1 윤곽(240) 보다 긴 것이 바람직하다. 통상적으로, 상기 제2 길이방향 섹션 표면(235)이 이에 따라 상기 제1 길이방향 섹션 표면(230)보다 크다.

상기 블레이드 챔버들(210, 215)은 각기 방사상의 내부 영역(250) 및 방사상의 외부 영역(255)으로 분할될 수 있다. 상기 분할은 상기 내부 영역(250) 및 상기 외부 영역(255) 사이의 분리 평면이 상기 회전축(180)에 대해 실린더 형상이 되도록 상기 회전축(180)으로부터의 이들의 거리에 의해 정의된다. 상기 제2 블레이드 챔버(215)를 한정하는 상기 제2 윤곽(245)이 상기 내부 영역(250) 내에서 보다는 상기 외부 영역(255) 내에서 큰 크기로 곡선이 되는 것이 바람직하다. 달리 말하면, 그 크기를 따른 상기 제2 윤곽(245)의 최소 곡률 반경이 상기 내부 영역(250) 내에서 보다 상기 외부 영역(255) 내에서 작은 것이 바람직하다. 상기 내부 영역(250) 내의 상기 제2 윤곽(245)의 형상은 상기 내부 영역(250) 내의 상기 제1 윤곽(240)의 형상에 대응될 수 있다. 상기 내부 영역(250)이 그 상부에서 상기 외부 영역(255)에 인접하는 상기 회전축(180)으로부터의 반경 거리는 다른 방식들로 결정될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 거리는 상기 제2 블레이드 챔버(215) 내의 상기 내부 영역(255) 및 상기 외부 영역(255)의 체적들이 기본적으로 동등한 크기가 되도록 선택된다. 상기 거리를 결정하기 위한 선택적인 방식들은 앞서 상세하게 설명한 바와 같다.

상기 외부 영역(255) 내의 상기 제2 윤곽(245)이 기본적으로 직선으로 연장되는 제1 섹션(260)을 가지는 것이 바람직하다. 연장 방향은 이 경우에 상기 반경 방향으로 진행되는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 상기 회전축(180)과 대략 90°의 각도를 가진다. 또한, 상기 제2 윤곽(245)이 또한 기본적으로 직선으로 연장되는 제2 섹션(265)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 연장 방향은 이 경우에 상기 회전축(180)과 적어도 대략적으로 나란하게 진행된다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 연장 방향은 상기 회전축(180)과 대략 3°의 각도를 가진다. 상기 제2 윤곽(245)의 제3 섹션(270)은 보다 바람직하게는 상기 제1 섹션(260) 및 상기 제2 섹션(265) 사이에 놓이며, 여기서 상기 제3 섹션(270)은 바람직하게는 소정의 반경을 따른다.

동일한 유형의 복수의 제1 블레이드 챔버들(210) 및 동일한 유형의 복수의 제2 블레이드 챔버들(215)이 상기 터빈 휠(140) 상에 형성되는 것이 바람직하다. 제2 블레이드 챔버들(215)보다 많은 제1 블레이드 챔버들(210)에 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 연속하는 제1 및 제2 블레이드 챔버들(210, 215)이 상기 원주 방향으로 균일한 것이 바람직하다. 이는 블레이드 챔버들(210, 215)의 전체 숫자가 제2 블레이드 챔버들(215)의 숫자로 균등하게 나누어질 수 있는 경우에 가능하다. 상기 터빈 휠(140)의 블레이드 챔버들(210, 215)의 전체 숫자가, 예를 들면, 4로 나누어질 수 있을 경우, 각각의 제4 블레이드 챔버는 제2 블레이드 챔버(215)로 설계될 수 있으며, 여기서 나머지 블레이드 챔버들은 제1 블레이드 챔버들(210)로 설계될 수 있다.

상기 제1 블레이드 챔버(210)를 한정하는 상기 제1 윤곽(240) 및 특히 상기 제2 블레이드 챔버(215)를 한정하는 상기 제2 윤곽(245)은 도 2로부터의 관점에서 상기 임펠러(135) 상에 나타나는 이른바 XL-윤곽(XL-contour)(275)(XL-프로파일로도 언급됨)의 추가적인 성장이다. 상기 XL-윤곽(275)은 그 방사상의 연장 내에 기본적으로 일정한 곡률을 가진다. 이에 비하여, 상기 임펠러(135) 상에 나타나는 크라이슬러-윤곽(Chrysler-contour)(280)의 곡률은 상기 회전축(180)으로부터의 방사상 거리상에서 그 곡률에 보다 의존적이다. 상기 XL-윤곽(275)은 상기 동작 챔버(155)의 체적을 증가시키기 위한 상기 크라이슬러-윤곽(280)의 최적화에 따라 성장되었다.

도 3은 예시적인 커플링(105)을 통한 길이방향 섹션을 도시한다. 상기 임펠러(135)의 모든 블레이드 챔버들(220)이 동일한 XL-윤곽(275)에 의해 한정되는 반면, 상기 터빈 휠(140)이 제1 윤곽(240)으로 제1 블레이드 챔버들(210) 및 제2 윤곽(245)으로 제2 블레이드 챔버들(215)을 가지는 점이 분명해질 것이다.

다른 바람직한 실시예에 있어서, 제한기 플레이트(restrictor plate)(305)는 상기 터빈 휠(140) 상에 부착된다. 상기 제한기 플레이트(305)는 상기 회전축(180)에 대해 동축으로 놓이며, 내측으로부터 방사상인 상기 블레이드 챔버들(210)의 일부와 중첩된다. 상기 제한기 플레이트(305)의 외측 직경이 커질수록, 상기 중첩이 커지고, 터빈 휠측 블레이드 챔버들(210, 215) 및 임펠러측(220) 블레이드 챔버 사이의 교환에서 방해되는 상기 유체(115)가 커진다. 상기 제한기 플레이트(305)는 상기 커플링(105)을 통해 전달되는 최대 토크를 제한하기 위해 치수가 조절될 수 있다. 상기 제한기 플레이트(305)는 큰 최대의 전달될 수 있는 토크가 가능하도록 상대적으로 작은 치수들인 것이 바람직하다.

도 4는 다른 윤곽들의 임펠러들(135) 및 터빈 휠들(140)의 비교를 도시한다. 도 4a는 각 경우에서 XL-윤곽을 가지는 임펠러(135) 및 터빈 휠(140)을 도시한다. 도 4b는 각 경우에서 크라이슬러-윤곽(280)을 가지는 임펠러(135) 및 터빈 휠(140)을 도시한다. 도 4c는 중첩으로 도 4a 및 도 4b의 도면들을 도시한다. 도면들은 예시적이며 반드시 일정한 비율은 아닌 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 5는 도 1로부터의 커플링(105)을 구비하는 벨트 컨베이어(500)를 도시한다. 상기 커플링(105)은 전기 드라이브 모터(505) 및 트랜스미션(transmission)(510) 사이에 배치된다. 상기 드라이브 모터(505), 상기 커플링(105) 및 상기 트랜스미션(510)은 함께 그 상부에서 컨베이어 벨트(520)가 롤러에 의해 구동될 수 있는 드라이브 스테이션(515)을 형성한다. 상기 드라이브 스테이션(515)은 바람직하게는 상기 컨베이어 벨트(520)에 의해 이어지는 라인의 일측 단부에 놓인다. 편향 롤러(deflection roller)(525)는 타측 단부에 놓인다. 상기 길이방향의 방향으로 상기 컨베이어 벨트(520)를 팽팽하도록 하기 위해 통상적으로 장력 장치(tensioning device)(530)가 제공된다. 응용 경우에 따라, 하나 또는 그 이상의 중간 드라이브들(535)이 상기 라인의 단부들 사이에 제공될 수 있다. 각각의 중간 드라이브(535)은 드라이브 모터(505), 트랜스미션(510) 및 커플링(105)을 구비하는 드라이브 스테이션을 포함할 수 있다.

전술한 유체역학적 설계, 특히 상기 커플링(105)을 통해 전달되는 토크 고른 전달 및 부드러운 증가 또는 제어가 가능하기 때문에 상술한 커플링(105)은 특히 상기 벨트 컨베이어(500)에 대한 사용을 위해 적합하다.

100: 커플링 시스템 105: 커플링
110: 유체 시스템 115: 유체
120: 유체 탱크 125: 입력측
130: 출력측 135: 임펠러
140: 터빈 휠 145: 임펠러 채널
150: 터빈 채널 155: 동작 챔버
160: 임펠러 블레이드 165: 터빈 블레이드
170: 임펠러 블레이드 175: 터빈 블레이드
180: 회전축
205: 크라이슬러 프로파일을 갖는 임펠러
210: 터빈 휠의 제1 블레이드 챔버
215: 터빈 휠의 제2 블레이드 챔버
220: 임펠러의 블레이드 챔버
230: 제1 블레이드 챔버의 길이방향 섹션 표면
235: 제2 블레이드 챔버의 길이방향 섹션 표면
240: 제1 윤곽 245: 제2 윤곽
250: 내부 영역 255: 외부 영역
260: 제1 섹션 265: 제2 섹션
270: 제3 섹션 275: XL-윤곽
280: 크라이슬러-윤곽 305: 제한기 플레이트
500: 벨트 컨베이어 505: 드라이브 모터
510: 트랜스미션 515: 드라이브 스테이션
520: 컨베이어 벨트 525: 편향 롤러
530: 장력 장치 535: 중간 드라이브

Claims

유체역학적 커플링(hydrodynamic coupling)(105)에 있어서,
공통 회전축(180) 주위에 회전 가능하게 장착되는 임펠러(impeller)(135) 및 터빈 휠(140)을 포함하며;
상기 임펠러(135) 및 상기 터빈 휠(140)은 각기 상기 회전축(180) 주위로 원주 방향으로 연장되는 채널(145, 150)을 가지고,
축 상으로 서로 마주하는 상기 채널들(145, 150)은 유체(115)로 채워질 수 있는 환형의 동작 챔버(155)를 한정하며,
상기 임펠러(135) 및 상기 터빈 휠(140)은 각기 상기 채널들(145, 150)을 블레이드 챔버들(210, 215, 220) 내로 분할하는 방사상의 블레이드들(160, 165)을 가지며,
상기 터빈 휠(140)은 제1 블레이드 챔버(210) 및 제2 블레이드 챔버(215)를 포함하고, 방사 방향으로 상기 채널(150)의 윤곽(contour)들(240, 245)은 상기 두 블레이드 챔버들(210, 215) 내에서 다른 것을 특징으로 하는 커플링(105).
제 1 항에 있어서, 상기 제1 블레이드 챔버(210)는 제1 길이방향 섹션 표면(230)을 가지고, 상기 제2 블레이드 챔버(215)는 제2 길이방향 섹션 표면(235)을 가지며, 상기 제2 길이방향 섹션 표면(235)은 상기 제1 길이방향 섹션 표면(230)보다 큰 것을 특징으로 하는 커플링(105).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 터빈 휠(140)의 모든 블레이드 챔버들(210, 215)은 상기 제1 블레이드 챔버(210) 또는 상기 제2 블레이드 챔버(215)에 대응되는 것을 특징으로 하는 커플링(105).
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 블레이드 챔버(215)는 방사상인 내부 영역(250) 및 방사상인 외부 영역(255)을 포함하며, 상기 외부 영역(255) 내의 상기 방사 방향으로의 상기 채널(150)의 곡률은 상기 내부 영역(250) 내에서 보다 큰 것을 특징으로 하는 커플링(105).
제 4 항에 있어서, 상기 내부 영역(250) 및 상기 외부 영역(255) 사이의 분리는 상기 제2 블레이드 챔버(215) 내의 상기 내부 영역(250) 및 상기 외부 영역(255)의 체적들이 기본적으로 동등한 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는 커플링(105).
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 외부 영역(255) 내의 상기 윤곽(245)의 섹션(260)은 직선으로 및 기본적으로 상기 방사 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 커플링(105).
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 영역(255) 내의 상기 윤곽(245)의 섹션(265)은 직선으로 및 기본적으로 상기 축 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 커플링(105).
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 섹션들(260, 265) 사이의 전이(transition)(270)는 소정의 반경을 따르는 것을 특징으로 하는 커플링(105).
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임펠러(135)의 블레이드 챔버들(220) 내에서 상기 방사 방향으로의 상기 채널(145)의 곡률은 기본적으로 일정한 것을 특징으로 하는 커플링(105).
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 블레이드 챔버들(210) 및 상기 제2 블레이드 챔버들(215)은 각기 상기 원주 방향으로 연속하는 제1 블레이드 챔버(210) 및 제2 블레이드 챔버(215)가 항상 일정하도록 상기 회전축(180) 주위에 원주 상에 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 커플링(105).
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 블레이드 챔버들(215)보다 많은 제1 블레이드 챔버들(210)이 제공되는 것을 특징으로 하는 커플링(105).
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전축(180)과 동축으로 놓이고, 내부로부터 방사상인 상기 제1 블레이드 챔버(210) 및 제2 블레이드 챔버(215)와 부분적으로 중첩되는 제한기 플레이트(restrictor plate)(305)가 상기 터빈 휠(140) 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 커플링(105).
충전 제어식 커플링 시스템(filling-controlled coupling system)(100)에 있어서, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 커플링(105) 및 상기 동작 챔버(155) 내에 존재하는 유체(115)의 양을 제어하기 위한 유체 시스템(110)을 포함하는 것을 특징으로 하는 커플링 시스템(100).
제 13 항에 있어서, 상기 유체(115)는 수성 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 커플링 시스템(100).
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 터빈 휠(140)은 경금속으로 제조될 수 있는 것을 특징으로 하는 커플링 시스템(100).