液力转换器的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的液力转换器，其在用于构造液力工作介质循环的工作空间中具有至少一个泵轮、至少一个涡轮和至少一个导轮。

液力转换器自从几十年前就是已知的。液力转换器例如在轨道车辆的液力传动装置中设置为起动转换器或行进转换器或者说中/高速变换器。因此可以根据用作液力功率传输器的转换器的数量提供自动的两速或多速传动装置。起动转换器的设计点通常是涡轮机转速与泵转速的转速比、即涡轮的转速与泵轮的转速之间的转速比，转速比在0.4至0.6之间，极端的起动转换器也具有约0.3的转速比。行进转换器通常具有相应的在0.8至0.9之间的转速比。因此，涡轮在设计点中，即在车辆的额定速度中比泵轮更慢地运行。在行进转换器中，根据冷却设施的设计，最大具有在1.3至大约1.5之间的转速比的涡轮可以使用在轨道车辆中。

例如在de102010018160b3中公开这种液力转换器，其中，泵轮被工作空间中的循环流动的工作介质至少部分离心地流过或者说通流，导轮被循环流动的工作介质至少部分向心地流过，并且循环流动的工作介质朝涡轮的流动方向平行于转动轴线地沿液力转换器的轴向方向延伸，相反地，循环流动的工作介质离开涡轮的流出方向部分向心地并且部分沿轴向方向、即对角线地延伸，导轮在转换器中也被称为导叶环，因为与泵轮和涡轮不同地，导轮不旋转。

对于工业应用，液力转换器通常实施为可受影响的具有可调节的导轮的转换器。也可以设置多个导轮，一个导轮是可调节的，并且另外的导轮是固定的。在可调节的导轮中，叶片在运行期间是可调节的，以便因此无级地改变转换器的功率消耗和功率传输。

例如在de102007005426b3中公开了用于这种液力转换器的实施例。

即使在针对工业应用的常规的液力转换器中，通常也会限制转速比，从而有利于高的转矩传输，液力转换器在其设计中相应于所示的起动和行进转换器。

wo02/14706a2公开了一种用于使用在机组中的液力转换器，其中，驱动器是燃气涡轮机，并且工作机器是压缩机。在此涉及非常高的功率，其数量级为20mw或更高。由于这种极端的功率，这些机器还具有非常大的旋转质量。液力转换器具有非常小的λ值。涡轮的转速与泵轮的转速之间的转速比为1的数量级。效率为0.75和更高的数量级。泵轮基本上是离心的，并且涡轮基本上向心地被流过，其中，泵轮叶片的入口边缘和涡轮叶片的出口边缘相互对置。泵轮叶片的入口边缘和涡轮叶片的出口边缘比泵轮叶片的出口边缘和涡轮叶片的入口边缘更靠近转换器转动轴线。

de102004011033b3公开了一种液力转换器，其具有被离心流过的泵轮和被向心流过的涡轮，其中，与涡轮的入口边缘相比，泵轮的出口边缘具有更大的半径。此外，与涡轮的叶片的入口边缘相比，泵轮的叶片的入口边缘具有更大的半径。在泵轮与涡轮之间，在径向外部的区域中设置有导叶，并且在涡轮与泵轮之间，在径向内部的区域中设置有导叶，其中，导叶轴向地被流过。

wo2010/062269a1以之前示出的类型的液力转换器为出发点并且建议，以向心被流过的方式将泵轮布置在涡轮的径向外部，涡轮向心地或轴向地被流过。导叶于是同样可以以向心被流过的方式定位在泵轮之前。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种液力转换器，其特别适用于在设计点中的高的转速比，在迄今已知的行进转换器的转速比以上的转速比，并且适用于在设计点附近的广泛的工作范围。

根据本发明的技术问题通过具有权利要求1的特征的液力转换器解决。在从属权利要求中说明了本发明的有利的和特别适宜的设计方案。

根据本发明的液力转换器具有用于构造工作介质的液力工作介质循环的工作空间。尤其考虑油、但也可以是其他的介质、例如水或水混合物、尤其水-乙二醇混合物作为工作介质。至少一个泵轮、至少一个涡轮和至少一个导轮沿工作介质的流动方向依次定位在工作空间中。在此，沿流动方向，导轮通常跟随泵轮，涡轮通常跟随导轮。此外，另外的导轮例如可以沿流动方向设置在泵轮的前方，其中，该导轮有利地是可调节的，也就是说，其导叶或导叶的至少一部分可以分别围绕转动轴线(也被称为叶片转动轴线)转动，从而导轮可以相对于工作介质流动可变地调节。如果设置可调节的导轮，那么也称为可受影响的液力转换器。

根据本发明的转换器尤其实施为所谓的高速转换器，也就是说，转换器具有特别大的设计转速比，随后还将对其进行讨论。

根据本发明，泵轮离心地、尤其纯离心地或离心-对角线地被工作介质流过，并且涡轮向心地、尤其纯向心地或向心-对角线地被工作介质流过。

因此，工作介质向心地进入涡轮中，并且向心或部分向心地并且部分轴向地从涡轮流出。

涡轮的入口格栅边缘的半径小于或等于泵轮的入口格栅边缘的半径。涡轮的这种入口格栅边缘也可以被称为涡轮的叶片的入口边缘，并且表示涡轮的叶片的迎流的边缘。出口格栅边缘或出口边缘相应表示涡轮的叶片的出流的边缘。相应的情况也适用于其他的轮、即泵轮和一个或多个导轮。

有利地，液力转换器实施为单级的具有唯一的涡轮的液力转换器。

优选地，也设置仅一个唯一的泵轮，其布置用于使工作介质纯离心或离心-对角线地流过。相应地，工作介质离心地流入泵轮中，并且离心地从泵轮流出或离心地流入泵轮中，并且部分离心地且部分轴向地从泵轮流出。

根据本发明设置有第一导轮、例如围绕转动轴线可调节的导轮，其中，导轮优选为了工作介质的纯离心的或对角线-离心的流过而布置在工作空间中。相应地，工作介质离心地或部分离心地且部分轴向地流入第一导轮中，并且离心地从第一导轮流出。调节叶片在此布置在导轮的被纯离心流过的区域中。

第一导轮在工作空间中沿工作介质的流动方向布置在泵轮之前，尤其直接布置在泵轮之前。在第一导轮在泵轮之前的直接的布置中，在第一导轮的出口与泵轮的入口之间没有设置另外的叶轮或没有设置另外的叶片，也就是说，导轮的出口格栅边缘或导轮的叶片的出口边缘与泵轮的入口格栅边缘或泵轮的叶片的入口边缘直接对置。

此外优选地设置有第二导轮，第二导轮为了工作介质的纯轴向的、对角线-轴向的或轴向-对角线的流过而布置在工作空间中。相应地，工作介质部分径向地且部分轴向地或仅轴向地流入第二导轮中，并且仅轴向地或部分轴向地且部分径向地从第二导轮流出。

第二导轮尤其沿工作介质循环中的工作介质的流动方向布置在泵轮的后方。

第一导轮的入口格栅边缘或第一导轮的叶片的入口边缘关于泵轮和涡轮的转动轴线优选具有以下半径，该半径至少基本上相应于涡轮的入口格栅边缘或涡轮的叶片的入口边缘的半径。第一导轮的入口格栅边缘的半径例如是涡轮的入口格栅边缘的半径的0.8倍至1.2倍、尤其0.9倍至1.1倍或0.95倍至1.05倍。优选地，第一导轮的入口格栅边缘的半径是涡轮的入口格栅边缘的半径的0.9倍。

泵轮的入口格栅边缘或泵轮的叶片的入口边缘的半径优选是涡轮的入口格栅边缘或涡轮的叶片的入口边缘的半径的1.1倍至1.3倍、尤其1.2倍。

第二导轮尤其可以实施为固定的导轮，相应地不具有围绕转动轴线或相对于工作介质流动可调节的叶片。

根据一种实施方式，第二导轮在出口区域中装备有分流叶片。这意味着，第二导轮具有多个导叶或者说导向叶片，导叶分成两组彼此相邻地依次定位在工作空间中，其中，第一组的导叶的数量小于或也可以等于第二组的导叶的数量。第一组的导叶例如可以具有比较长的轴向延伸、尤其比径向延伸更长的轴向延伸。导叶可以具有预先确定的厚度，以便引导工作介质。

根据本发明的一种实施方式，在工作空间中设置三个导轮，例如将第一导轮设置在工作空间的被径向流过的区域中，将第二导轮在外直径上设置在工作空间的被轴向流过的区域中，并且将第三导轮在被轴向流过的区域中、在工作空间的径向内直径上、沿工作介质的流动方向设置在涡轮后方。第三导轮例如可以具有用于相对于工作介质循环在径向内部限定工作空间的构件或壁部件的承载功能，也就是说，所述构件或壁部件成形出工作空间的子午线轮廓。

工作空间尤其是空心环形的，即工作空间在轴向截面图中、在液力转换器的转动轴线的每个侧面上具有环形形状，其中，环形形状可以与圆环形不同，并且在环形形状的周部上尤其可以具有变化的厚度或可变的横截面。换言之，转换器的被工作介质流过的工作空间通过内部的和外部的环形的子午线型廓限定边界，所述子午线型廓围绕转换器的转动轴线环绕对称地构造出转换器的工作空间，其中布置有叶轮。通道宽度、即外部的子午线型廓与内部的子午线型廓的距离尤其以适当的形式根据转换器沿通流方向的各个区段中的要求来改变。

如果设置有前述的可调节的第一导轮和固定的第二导轮，并且此外在工作空间中设置有第三导轮，那么有利地为了工作介质的纯轴向的流过而定位第三导轮。

优选地，第二导轮定位在比第一导轮更大的直径上，并且第三导轮定位在比第一导轮更小的直径上。

根据本发明的一种实施方式，至少一个第四导轮设置在工作空间中。这种第四导轮优选被工作介质对角线-向心地或纯向心地流过。第四导轮优选定位在第二导轮与涡轮之间，尤其直接定位在涡轮之前，从而第四导轮的出口格栅边缘或第四导轮的叶片的出口边缘与涡轮的入口格栅边缘直接对置，而没有另外的轮或叶片布置在其间。

这种第四导轮尤其、然而非强制地与简单的不具有分流叶片的第二导轮组合。

显然也可能的是，第二导轮实施为简单的没有分流叶片的导轮，并且轴向流过或者说通流地或轴向-对角线流过或者说通流地将第四导轮定位在第二导轮的后方。

有利的是，工作空间的内直径相对于工作空间的外直径的比小于0.2或小于0.1。根据一种实施方式，(在子午线轮廓的上升侧面(德语:hubseite)上的)内直径相对于外直径的比相应是0.1。

优选地，工作空间沿泵轮和涡轮的转动轴线的方向的宽度与工作空间的外直径的比小于0.5或小于0.4、例如是0.38或0.485。

具有根据本发明的液力转换器的装置例如具有驱动机器和多相泵，其中，多相泵被驱动机器驱动。在驱动机器与多相泵之间的驱动连接中设置有根据本发明的液力转换器。

多相泵尤其适用于运输液体-气体混合物并且采取措施，从而在多相泵的泵叶轮之前没有形成气泡。因此排除泵的干式运行。

优选地，多相泵的抽吸侧在特定的程度中被节流，从而多相泵可以自动抽吸气体。

根据本发明的一种实施方式，利用这种多相泵尤其运输油和/或气体。

根据本发明的液力转换器例如可以具有在1.8至2.0之间的设计转速比和最大2.3的工作范围。

可调节的导轮的叶片优选是在一定的转动范围内可单独转动的，以适用于呈现导轮中的最大打开的直到完全关闭的流动通道。如果设置有轴向内部的导轮，那么该导轮可以设置用于在涡轮与泵轮之间的区域中构造期望的子午线型廓，并且此外容纳用于调节可调节的导轮的导叶的构件。

液力转换器的各个叶轮的叶片数量可以在考虑到所有要求的情况下设计为比较少。

根据本发明的转换器具有良好的完整性，这意味着效率的宽的变化过程。因此，在1.3至2.2之间的转速比范围内，效率例如可以高于75％。此外，在1.4至2.4之间的转速比范围内，效率可以高于75％。转速比描述了涡轮的转速相对于泵轮的转速。峰值效率可以在80％至82％之间或甚至更高。

具有最大的例如大于78％或80％的效率的设计转速比范围例如是1.8至2.2。

用于泵轮的压力因数psi例如可以在1.25至3之间，并且输送因数(lieferzahl)phi至少大约为1.1。泵轮的功率消耗(λ值)优选至少是大约0.6×10³。

相对于增大的转速比的λ曲线可以设计为略微下降。

根据本发明的一种实施方式，转换器设计为，使得转换始终小于0.7，也就是说不存在耦合点，涡轮的转矩在整个转速比范围内小于泵轮的转矩。

可调节的导轮直接在泵轮之前的优选的布置能够实现特别好地分级的特性场，并且因此能够实现对转换器的功率传输的好的可影响性。分级理解为泵轮的功率消耗和涡轮转矩的各个特性曲线的距离与调节轮叶片(第一导轮的叶片)的转动角度成正比。在此，可以不仅通过被纯离心流过的导轮，而且还通过被轴向流过的导轮，在相应定位在工作介质循环中的情况下实现可调节的导轮直接在泵轮之前的布置。

液力转换器优选是转速受限的，也就是说，在上方的工作范围-转速比以上的转速增大的情况下，涡轮导致工作介质的环绕的质量流的瓦解，并且导致与之相关地立即达到直通点(durchgangspunkt)。在转速比3以上，液力转换器本身尤其是转速受限的。

将叶轮布置为，尤其将泵轮和涡轮定位为，使得能够实现涡轮转速与泵轮转速之间的设计转速比在1.8至2.0的范围内，以及最大2.3的工作范围。因此，这种转换器是高速转换器。

随后应该根据实施例和附图示例性地阐述本发明。

其中：

图1示出了用于根据本发明的高速液力转换器的实施例；

图2示出了用于根据本发明的具有驱动机器、液力转换器和多相泵的装置的实施例；

图3示出了相应于图1的另外的图示，其具有叶轮的修改的布置；

图4示出了相应于图3的图示，其具有带有第二导轮的分流叶片的叶轮的布置。

图1示出了在转动轴线8的侧面的穿过液力转换器11的工作空间10的示意性的轴向截面图。工作空间分别相对于空心环形的工作空间10或该工作空间10的子午线型面的外轮廓线具有内直径di、外直径da和宽度b。

被离心流过的泵轮1和被向心-对角线流过的涡轮2布置在工作空间10中。涡轮2的入口格栅边缘7所处的半径小于泵轮1的入口格栅边缘9。泵轮1大约布置在工作空间10的平均的直径上，涡轮2至少基本上延伸到工作空间10的内直径di。

固定的导轮5布置在涡轮2与泵轮1之间、即在工作空间10的径向内部的区域中，随后是可调节的导轮3，该导轮在径向上大致更靠外地定位在泵轮1的入口格栅边缘9之前。此外，在工作空间10的径向外部的区域中设置有另外的导轮4。

当前，在泵轮1之前的导轮3被称为第一导轮3，该第一导轮围绕导轮转动轴线6是可调节的。设置在工作空间10的径向外部的区域中的导轮4被称为第二导轮4，该第二导轮具有两组导叶4.1、4.2，其中，第二组的导叶4.2的数量大于或等于第一组的导叶4.1的数量。设置在工作空间10的径向内部的区域中的导轮5被称为第三导轮5。

第一导轮3具有入口格栅边缘14和出口格栅边缘15。出口格栅边缘15与泵轮1的入口格栅边缘7直接对置。第一导轮3的入口格栅边缘14平行于转动轴线8地定位，从而第一导轮3纯离心地被工作介质流过。

图2示出了具有驱动机器12和被驱动机器12驱动的多相泵13的布置，多相泵运输液体空气混合物或液体气体混合物。在此通过根据本发明实施的液力转换器11实现对多相泵13的驱动，例如示意性地在图1中示出液力转换器。

根据图3，第二导轮4实施为简单的导轮，即没有分流叶片。替代地，第四导轮16沿工作介质的流动方向连接在第二导轮4之后。第四导轮16直接定位在涡轮2之前，并且在所示的实施例中纯向心地被流过。然而备选地，也可以设置对角线-向心的流过。

在根据图4的设计方案中又取消第四导轮。替代地，第二导轮4实施有分流叶片，包括第一组导叶4.1和第二组导叶4.2，其中，第一组导叶4.1的取向和/或其数量与第二组导叶4.2的取向和/或其数量不同。

附图标记清单

1泵轮

2涡轮

3第一导轮

4第二导轮

4.1第一组导叶

4.2第二组导叶

5第三导轮

6导轮转动轴线

7入口格栅边缘

8转动轴线

9入口格栅边缘

10工作空间

11液力转换器

12驱动机器

13多相泵

14入口格栅边缘

15出口格栅边缘

16第四导轮