Axial beaufschlagtes Laufrad von Strömungsmaschinen. Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines axial beaufsehlagten Laufrades von Ge bläsen und dergleichen Strömungsmaschinen. Das Strömungsmedium kann Luft, sein, es können aber auch tropfbar flüssige, dampf- oder gasförmige Strömungsmedien in Be tracht kommen.
Im allgemeinen wird bei diesen Strii- mungsmaschinen die Laufradnabe mit. einem zur Welle koaxialen Aussenkranz versehen, an dem die Laufradflügel bzw. -schaufeln befestigt werden, wobei die beim Umlauf des Laufrades von den Flügeln hervorgerufenen Fliehkräfte vom Aussenkranz aufgenommen werden müssen. Dieser Aussenkranz muss einen verhältnismässig grossen Durchmesser aufweisen, um im Hinblick auf aerodyna mische Gesichtspunkte die Flügelbemessun gen in tragbaren Grenzen halten zu können.
Die durch die Festigkeitseigenschaften der verwendeten Werkstoffe gegebenen Grenz- beanspruchungen werden bei diesen Rädern verhältnismässig schnell erreicht, da der Nabenaussenkranz neben der von seiner Eigenmasse herrührenden Fliehkraftbean- spruchung der zumeist sehr hohen Belastung ausgesetzt ist, die durch die von ihm gehal tenen Flügel bedingt ist. Die Folge ist, dass diese Laufräder über eine entsprechende Nahen-Umfangsgeschwindigkeit bzw. Dreh zahl hinaus nicht betrieben werden können und somit beispielsweise als Arbeitsmaschi nen nur geringere Stufendrücke erzeugen.
Von besonderem Nachteil ist es auch, dass bei dieser allgemein üblichen Befestigungsart die Flügelzapfen in den Aussenkränzen nur über eine verhältnismässig kurze Strecke ge führt sind. Es ist zwar vom Wasserturbinen bau her schon bekanntgeworden, die Schau felzapfen durch den Aussenkranz hindurch zuführen und ausserdem nahe an der Welle im Nabeninnenteil zu lagern; aber auch in diesem Falle musste der schwere, stark ge haltene Nabenaussenkranz die Fliehkräfte der Schaufeln aufnehmen.
Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, zwischen dem Nabenaussenkranz und dem Nabeninnenteil einen zusätzlichen Zwischen kranz anzuordnen, an dem sich die durch den Aussenkranz hindurchgeführten Flügel derart abstützen, dass der Zwischenkranz als Widerlager für die von den Flügeln her rührenden Fliehkräften dient.
Der Nabenaussenkranz mit seinem ver hältnismässig grossen Durchmesser dient da bei lediglich zur Führung der Flügel, braucht jedoch deren Fliehkräfte nicht aufzunehmen; er braucht also nur so stark ausgebildet zu sein, dass er seine eigenen Fliehkräfte und die Führungskräfte für die Flügel einwandfrei übernimmt. Die Fliehkräfte dieser Flügel je doch werden von dem Zwischenkranz über nommen, der einen wesentlich geringeren Durchmesser als der Aussenkranz hat und in welchem demnach wesentlich geringere eigene Fliehkräfte auftreten.
Es werden daher bei dem erfindungs gemässen Laufrad die vom Werkstoff her ge gebenen Grenzbeanspruchungen erst bei höhe ren Drehzahlen erreicht als bei der üblichen Bauart. Höhere Drehzahlen sind gleichbedeu tend mit im allgemeinen im Quadrat des Dreh zahlenverhältnisses höheren Stufendrücken. Bei gleichen Drehzahlen könnte die Laufrad nabe leichter gebaut werden.
Wenn der Abstand zwischen Aussen- und Zwischenkranz verhältnismässig gross ist, was insbesondere bei grösseren Nabendurch- messern möglich ist, ergibt sich eine äusserst günstige Lagering der Flügel. Bei allen Strö mungsmaschinen, deren Laufradflügel ver stellbar gelagert werden müssen, erweist sich diese Bauweise in Anbetracht der damit ver bundenen hohen Betriebssicherheit als erheb licher Vorteil.
Zweckmässigerweise wird der Zwischen kranz näher zum Nabeninnenteil als zum Aussenkranz verlegt, während zwischen Aussen- und Zwischenkranz die Verstellein- richtung für die Flügel angreift. Vorteilhaft ist es dabei, dass der Nabeninnenteil voll kommen frei bleibt, so dass auf ihr die Ver- stelleinrichtung geführt werden kann.
Zwischen Aussen- und Zwischenkranz kann eine Haltehülse für jeden Flügelzapfen angeordnet werden. Zweckmässig werden da bei die Flügelzapfen an den Haltehülsen durch einen Schnellverschluss gehalten. Die Verstelleinrichtiuig greift dann etwa in der Mitte der Haltehülsen an und die Halte hülsen stützen sieh entgegen der Fliehkraft am Zwischenkranz ab.
Dadurch wird unter Beibehaltung .der durch die Erfindung bezüg lich der günstigen Aufnahme der Fliehkräfte gewonnenen Vorteile zusätzlich die Möglich keit einer schnellen Auswechslung der Flügel gegeben, ohne dass diese, wie sonst erforder lich, in umständlicher Weise von der Ver- stelleinrichtung gelöst zu werden brauchen. Die Verstelleinrichtung bleibt vielmehr mit den Hülsen in Verbindung, während die Flügelzapfen nach Lösen des Schnellver- schlusses aus den Hülsen gezogen und wieder in diese eingesetzt werden können.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes schematisch, teilweise im Schnitt, wiedergegeben.
Auf der Welle 1 ist die Laufradnabe 2 mit dem Nabeninnenteil 3 befestigt. Durch den Aussenkranz 4 der Laufradnabe 2 ist der Flügel 5 mit seinem Zapfen 6 hindurchge steckt. Zwischen dem Aussenkranz 4 und dem Nabeninnenteil 3 ist ein Zwischenkranz 7 zu sätzlich angeordnet, durch den die Flügel zapfen 6 hindurchragen und sich über Druck lager 8 so abstützen, dass der Zwischenkranz 7 die von den Flügeln 5 herrührenden Flieh kräfte -'übernimmt..
Auf dem Nabeninnenteil 3 ist die Verstelleinriehtung 9 mittels einer unter den Breitenbereich des Zwischenkranzes reichenden Hülse geführt. Die Verst.ellein- richtung greift über ihre Arme 10 und Stell hebel 11 an den Zapfen 6 der Flügel 5 an und bestimmt deren Lage.
Bei der Ausführung nach der Fig.2 ist zwischen dem Aussenkranz 4 und dem Zwi schenkranz 7 für jeden Zapfen 6 eine Hülse 15 angeordnet, an der der Hebel 11 der Stell- vorrichtung 9, 10 angreift.
Diese Hülsen 15 stützen sich über Druck lager 16 gegen den Zwischenkranz 7 ab. In die Hülsen 15 sind die Zapfen 6 der Flügel 5 eingesetzt und werden durch einen Schnell- v erschluss 17, 18 gehalten. . .
Wie aus Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 4 und 5 ersichtlich, sind in die Hülsen 15 zwei Nuten 17 eingelassen, in welche die hammer- kopàrtigen Fortsätze 18 am Ende der Zap fen 6 eingeführt werden und aus welchen sie unten austreten. Beim Drehen der Flügel 5 mit den -Zapfen 6 um deren Längsachse grei fen die Fortsätze 18 über den untern Rand der Hülsen 15 und bilden damit. eine sichere Halterung in radialer Richtung.
Zum Fest halten in einer bestimmten Stellung dienen zum Beispiel die beiden Federdruekkörper 19, die in entsprechende Vertiefungen im obern Rand der Hülsen 15 einrasten.
Der Zwischenkranz 7 kann statt aus einem zusammenhängenden Ring auch aus einzeln an die Laufradnabe 2 ,angebrachten Ansätzen, die als Widerlager für die Zapfen 6 dienen, bestehen.
Die Erfindung ist nicht an die gezeigten Ausführungsbeispiele gebunden, insbesondere ist es nicht unbedingt nötig, dass die Flügel mit einer Verstellvorrichtung verbunden sind. Die gleichen Vorteile bezüglich der günstigen Fliehkraftaufnahme lassen sich auch bei fest stehenden Flügeln erreichen.
Axially loaded impeller of flow machines. The invention relates to the formation of an axially charged impeller of Ge blowers and the like flow machines. The flow medium can be air, but liquid, vapor or gaseous flow media can also be used as drips.
In general, the impeller hub is also used in these flow machines. provided with an outer ring coaxial to the shaft, to which the impeller blades or blades are fastened, whereby the centrifugal forces caused by the blades when the impeller rotates must be absorbed by the outer ring. This outer rim must have a relatively large diameter in order to be able to keep the wing dimensions within acceptable limits with regard to aerodynamic aspects.
The limit stresses given by the strength properties of the materials used are reached relatively quickly with these wheels, since the outer hub rim is exposed to the centrifugal forces resulting from its own weight, usually very high stresses caused by the blades it holds. The consequence is that these impellers cannot be operated beyond a corresponding near-peripheral speed or rotational speed and thus only generate lower step pressures as work machines, for example.
It is also a particular disadvantage that with this generally customary type of fastening, the wing pins in the outer rims are only guided over a relatively short distance. It has already become known from the construction of water turbines to feed the blade pin through the outer rim and also to store it close to the shaft in the inner hub part; In this case, too, the heavy, strong outer hub rim had to absorb the centrifugal forces of the blades.
According to the invention, it is proposed to arrange an additional intermediate wreath between the hub outer rim and the hub inner part, on which the wings passed through the outer rim are supported in such a way that the intermediate rim serves as an abutment for the centrifugal forces coming from the wings.
The outer hub rim with its relatively large diameter is used only for guiding the wings, but does not need to absorb their centrifugal forces; he only needs to be trained to such an extent that he can take over his own centrifugal forces and the management of the wings without any problems. The centrifugal forces of these wings, however, are taken over by the intermediate ring, which has a much smaller diameter than the outer ring and in which, accordingly, there are significantly lower own centrifugal forces.
In the impeller according to the invention, the limit loads given by the material are therefore only reached at higher speeds than in the conventional design. Higher speeds are synonymous tend with generally higher step pressures in the square of the speed ratio. At the same speeds, the wheel hub could be built lighter.
If the distance between the outer and intermediate ring is relatively large, which is possible in particular with larger hub diameters, the result is an extremely favorable bearing arrangement for the blades. In all flow machines whose impeller blades must be stored ver adjustable, this design proves to be a considerable advantage in view of the high operational reliability associated with it.
The intermediate ring is expediently moved closer to the inner hub part than to the outer ring, while the adjusting device for the blades engages between the outer and intermediate ring. It is advantageous that the inner hub part remains completely free so that the adjustment device can be guided on it.
A holding sleeve for each wing pin can be arranged between the outer and intermediate ring. It is practical if the wing pins are held on the holding sleeves by means of a quick release. The adjusting device then engages approximately in the middle of the holding sleeves and the holding sleeves are supported against the centrifugal force on the intermediate ring.
As a result, while maintaining the advantages gained by the invention with regard to the favorable absorption of centrifugal forces, the possibility of a quick exchange of the blades is given without them having to be loosened from the adjusting device in a cumbersome manner, as is otherwise necessary . Rather, the adjustment device remains in connection with the sleeves, while the wing pins can be pulled out of the sleeves and reinserted into them after the quick-release fastener has been released.
In the accompanying drawings, two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically, partly in section.
The impeller hub 2 is fastened to the inner hub part 3 on the shaft 1. Through the outer rim 4 of the impeller hub 2, the wing 5 with its pin 6 is stuck. Between the outer ring 4 and the inner hub part 3 an intermediate ring 7 is additionally arranged, through which the wing pins 6 protrude and are supported by pressure bearings 8 so that the intermediate ring 7 takes over the centrifugal forces originating from the blades 5.
The adjustment device 9 is guided on the inner hub part 3 by means of a sleeve reaching below the width of the intermediate rim. The adjusting device engages via its arms 10 and adjusting lever 11 on the pin 6 of the wings 5 and determines their position.
In the embodiment according to FIG. 2, a sleeve 15 is arranged between the outer ring 4 and the intermediate ring 7 for each pin 6, on which the lever 11 of the adjusting device 9, 10 engages.
These sleeves 15 are based on pressure bearings 16 against the intermediate ring 7. The pins 6 of the wings 5 are inserted into the sleeves 15 and are held by a quick-release fastener 17, 18. . .
As can be seen from FIG. 3 in conjunction with FIGS. 4 and 5, two grooves 17 are let into the sleeves 15, into which the hammer-shaped projections 18 are inserted at the end of the pin 6 and from which they emerge at the bottom. When rotating the wing 5 with the pin 6 about its longitudinal axis grei fen the extensions 18 over the lower edge of the sleeves 15 and thus form. secure support in the radial direction.
For example, the two spring pressure bodies 19, which snap into corresponding depressions in the upper edge of the sleeves 15, are used to hold firmly in a certain position.
Instead of a coherent ring, the intermediate ring 7 can also consist of attachments which are individually attached to the impeller hub 2 and serve as an abutment for the pin 6.
The invention is not tied to the exemplary embodiments shown; in particular, it is not absolutely necessary for the wings to be connected to an adjusting device. The same advantages with regard to the favorable centrifugal force absorption can also be achieved with fixed blades.