(57)【要約】本発明は、コンバータ軸を取り囲み、軸方向の断面で見て環状路の形を有するトーラス形の作動室と、入力シャフトに回転が拘束されて結合されているポンプインペラと、出力シャフトに回転が拘束されて結合されているタービンインペラと、調節可能なガイドベーンのリングとを備え、０．０００５よりも小さいラムダ値を有するように形成されている流体力学的なコンバータに関する。ポンプインペラの複数の流路は、概ね遠心的に貫流するように設けられているとともに、タービンインペラの複数の流路は、概ね求心的に貫流するように設けられている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバータ軸（Ｅ）を取り囲み、軸方向の断面で見て環状路の形を有するトーラス形の作動室と、
入力シャフト（１）に回転が拘束されて結合されているポンプインペラ（３．１）と、
出力シャフト（２）に回転が拘束されて結合されているタービンインペラ（３．２）と、
調節可能なガイドベーンのリング（３．４）とを備え、
０．０００５よりも小さいラムダ値を有するように形成されていることを特徴とする流体力学的なコンバータ。
【請求項２】
請求項１に記載のコンバータにおいて、
回転数比υがおよそ１とされていることを特徴とするコンバータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のコンバータにおいて、
前記ポンプインペラ（３．１）の複数の流路は、概ね遠心的に貫流するように設けられているとともに、前記タービンインペラ（３．２）の複数の流路は、概ね求心的に貫流するように設けられていることを特徴とするコンバータ。
【請求項４】
請求項３に記載のコンバータにおいて、
前記ポンプインペラの流入エッジ（３．１．１）、及び前記タービンインペラの流出エッジ（３．２．１）は、前記ポンプインペラの流出エッジ（３．１．２）、及び前記タービンインペラの流入エッジ（３．２．２）よりも前記コンバータ軸（Ｅ）の近くに位置していることを特徴とするコンバータ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のコンバータにおいて、
前記ポンプインペラ（３．１）と前記タービンインペラ（３．２）とは、軸に垂直に平面（Ｄ）の両側に位置し、
前記ポンプインペラの流入エッジ（３．１．１）、及び前記タービンインペラの流出エッジ（３．２．１）は、互いに向き合っていて、前記ポンプインペラ（３．１）の複数の流路が概ね遠心的に貫流するように設けられているとともに、前記タービンインペラ（３．２）の複数の流路が概ね求心的に貫流するように設けられていることを特徴とするコンバータ。
【請求項６】
請求項５に記載のコンバータにおいて、
前記ポンプインペラ（３．１）と前記タービンインペラ（３．２）とは、前記軸に垂直な平面（Ｄ）に関して対称に形成され、かつ、配設されていることを特徴とするコンバータ。
【請求項７】
従動シャフトを備える駆動部と、
駆動シャフトを有する作動装置と、
駆動部と作動装置との間に直列に挿入され、充填できて空にもできるコンバータ（３）と、
前記コンバータ（３）と並列に挿入された接続可能な噛みあいクラッチ（４）とを有し、
前記クラッチの一方の片割れ（４．１）は、前記駆動部の前記従動軸に回転が拘束されて結合され、
前記クラッチの他方の片割れ（４．２）は、前記作動装置の前記駆動軸に回転が拘束されて結合され、
前記コンバータは、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコンバータとされている高出力用の装置構成。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トーラス形の作動室と、ポンプインペラと、タービンインペラと、調節可能な複数のガイドベーンのリングとを有する流体力学的なコンバータに関する。
【０００２】
本発明は、駆動部がガスタービンで、作動装置が圧縮機とされた装置構成に用いるためのコンバータに関する。このとき、出力としては、およそ２０ＭＷならびにこれを超える値の極めて高い出力が問題になる。このような極端な出力のために、装置もまた、さらに特殊な問題を必然的に招いてしまう極めて大きな回転質量を有する。
【０００３】
【従来の技術】
従来技術の装置構成、特に、ガスタービンと圧縮機とを備える装置構成に対して課される条件には、以下のようなものが挙げられる。すなわち、
−　圧縮機は、駆動部に過大な負荷がかからないように所定のやり方で始動させなければならない。
−　圧縮機は、駆動部の回転数と同じ回転数にまで立ち上げられなければならない。つまり、二つの装置は、互いに同期して動いていなければならない。
−　同期して動くようになったら、駆動部と作動装置との間に、直接的で機械的な駆動の接続を確立しなければならない。
−　上述のような幾つかの装置構成、特に、駆動部としてのガスタービンと作動装置としての圧縮機とを有する装置構成においては、圧縮機が停止させられたときでさえも、ガスタービンを動したままにすることが必要になる可能性がある。
【０００４】
ガスタービンと圧縮機との間の中間部分として、流体力学的なコンバータが問題となるであろうが、これまでに知られているコンバータは、すでに強さの点で上述の機能を満足することができない。部分充填の際には、高出力のゆえに空洞化の結果を招く。完全な充填の際には、従来構成のコンバータは、極端な出力をさばくことができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、特に、ガスタービンと圧縮機との間の中間部分として問題になるコンバータを提供することにある。斯かるコンバータは、最大出力を伝達することができ、ガスタービンと圧縮機との間の同期した動きを生じさせることができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１に記載した特徴により解決される。
【０００７】
本発明者は、これにより、上述の個々の課題を全て解決しながら、この問題の完全な解決手段を見出した。
【０００８】
これまでの、流体力学的コンバータにおいては、コンバータの構造体積を小さく保持するために、高いλ値を得るよう努められていた。本発明による構成の場合には、およそ０．０００５程度の値となる極めて小さなλが得られる。このとき、タービンインペラの回転数とポンプインペラの回転数との間の回転数比υは、およそ１となる。効率は高い。効率は、およそ０．７５ないしそれを上回る値である。
【０００９】
本発明による構成の場合、ポンプインペラの複数の溝は、概ね遠心的に貫流している。タービンインペラの複数の溝は、概ね求心的に貫流しているが、これは、普通コンバータには見られないものである。この構成により、程々の構造体積、高い効率、および同期の状態を確立する能力のもとで最大の出力が伝達される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。
【００１１】
図１には、コンバータの出力シャフト２及び入力シャフト１が示されている。このコンバータは、ここでは図示されていないガスタービンと、同じくここでは図示されていない圧縮機との間に直列に挿入されている。このコンバータ３に対応させて、噛みあいクラッチ４が設けられている。
【００１２】
コンバータ３と噛みあいクラッチ４とは、互いにに並列に挿入されている。このコンバータ３も噛みあいクラッチ４も、入力シャフト１から出力シャフト２へそれぞれ単独にトルクを伝えることができるし、また一緒になって伝えることもできる。
【００１３】
コンバータ３は、充填することも、空にすることもできる。コンバータ３は、ポンプインペラ３．１とタービンインペラ３．２とを備えている。コンバータ３は、さらに、ステータベーン３．３および調節可能なガイドベーン３．４を備えている。
【００１４】
コンバータ３のポンプインペラ３．１は、入力シャフト１に回転が拘束されて結合されている。コンバータ３のタービンインペラ３．２は、出力シャフト２に回転が拘束されて結合されている。
【００１５】
図２から、コンバータ及び噛みあいクラッチの部分の状態がより詳細に分かる。噛みあいクラッチ４は、二つのクラッチハーフ（Ｋｕｐｐｌｕｎｇｓｈａｅｌｆｔｅ； クラッチの片割れ）を有している。このクラッチハーフ、すなわちピニオン４．１は、入力シャフト１に回転が拘束されて結合されている。もう一方の片割れであるスプロケット４．２は、出力シャフト２に回転が拘束されて結合されている。スプロケット４．２は、図２において左側へ押してずらすことができる。このようにして押されてずらされると、クラッチ４が接続される。
【００１６】
制御油用の接続部５が設けられている。この接続部５を通して、クラッチケーシングの内部空間に制御油を通すことができ、これにより、ピストン４．３に制御油を供給して、このピストン４．３が自身の側においてスプロケット４．２を左に押してずらすようになっている。接続部５には、ここでは図示されぬバルブが取り付けられている。
【００１７】
この操作に関連して、クラッチにとって複数の皿バネ６の組が重要になる（図５参照）。制御油が接続部５に注入されてピストン４．３を左に押しやり、これによってクラッチ４が接続される一方で、複数の皿バネ６は逆に力を働かそうとする。これらの皿バネ６は、クラッチを解放する傾向を有している。
【００１８】
上述したように、始動時にガスタービンと圧縮機との間の同期が達成されると、これによって入力シャフト１と出力シャフト２との間の同期も達成される。同期していることは、ここでは図示されないセンサによって検出される。この時点で、制御油接続部５の上記バルブが開放される。制御油が入り込んでピストン４．３を満たし、スプロケット４．２を左方に押してずらし、これによりクラッチ４が接続される。クラッチは、ピストン４．３上に制御油の圧がかかり続ける限り接続されたままとなる。したがって、接続部５の手前にあるバルブは、クラッチを接続しておきたい限り、開けられたままにされる。
【００１９】
クラッチ４を解放したい場合には、制御油接続部５の上記バルブが閉じられ、例えば排出口７を開ける等して（図２参照）、他の所に配慮して制御油が出て行くことができるようにする。接続部５側で制御油の供給が停止され、制御油排出口７が開放されるといった条件が整うと、棒６．１を介して皿バネ６だけがピストン４．３に作用し、その結果、ピストン４．３が図２において右方に動かされ、したがってスプロケット４．２もまた同じく右方に動かされる。クラッチは解放され、クラッチ４を介しては、もはや何のトルクも伝達されない。
【００２０】
図３に、再び、入力シャフト１、すなわち本明細書ではコンバータ３の入力シャフト１に同じものと、ここでは図示されぬ圧縮機の駆動シャフト２、すなわち本明細書ではコンバータ３の出力シャフト２に同じものとを示す。
【００２１】
この図においても、ポンプインペラ３．１、タービンインペラ３．２、ステータベーン３．３、および調節可能なガイドベーン３．４が示されている。矢印Ｃは、流路内における流れの向きを表している。この流路は、概ねポンプインペラとタービンインペラのベーン、及びコンバータケーシング３．５によって形成されている。図から明らかなように、ポンプインペラの複数の溝は、概ね遠心的に貫流し、その一方でタービンインペラの複数の溝は、概ね求心的に貫流している。
【００２２】
破線で示された線Ｄは回転軸Ｅに垂直に延びている。ポンプインペラ３．１及びタービンインペラ３．２は、この線Ｄの両側に位置している。
【００２３】
図には、ポンプインペラの流入エッジ（３．１．１）および流出エッジ（３．１．２）と、タービンインペラの流入エッジ（３．２．２）および流出エッジ（３．２．１）が示されている。流入エッジ（３．１．１）および流出エッジ（３．２．１）は、何も介在させずに互いに対向して配置されている。したがって、いかなる性質の流体力学的な構成要素も間に挿入されていない。これらの双方のエッジは、他方の二つのエッジ（３．１．２），（３．２．２）よりもコンバータ軸Ｅの近くに位置している。
【００２４】
内部において流れが矢印Ｃに沿って進む円状路に近い上記の環状路に注目すると、ポンプインペラは、最初の上って行く四分の一の部分に位置するとともに、タービンインペラは、二番目の下りて行く四分の一の部分に位置している。
【図面の簡単な説明】
【図１】不図示のガスタービンと不図示の圧縮機との間の中間部分としての、噛みあいクラッチを有する本発明によるコンバータを示す図である。
【図２】図１のコンバータを拡大して示す断面図である。
【図３】本発明によるコンバータを拡大したスケールで示す図である。
【符号の説明】
１・・・入力シャフト
２・・・出力シャフト
３・・・コンバータ
３．１・・・ポンプインペラ
３．１．１・・・ポンプインペラの流入エッジ
３．１．２・・・ポンプインペラの流出エッジ
３．２・・・タービンインペラ
３．２．１・・・タービンインペラの流出エッジ
３．２．２・・・タービンインペラの流入エッジ
３．４・・・調節可能なガイドベーンのリング
４・・・噛みあいクラッチ
Ｅ・・・コンバータ軸
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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