CH663447A5

CH663447A5 - Turbomaschine mit wenigstens einem radial durchstroemten laufrad.

Info

Publication number: CH663447A5
Application number: CH2404/84A
Authority: CH
Inventors: Klaus Goldberg
Original assignee: Escher Wyss Ag
Priority date: 1984-05-16
Filing date: 1984-05-16
Publication date: 1987-12-15
Also published as: DE3424925C1; JPS60256504A; JPH0324561B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine mit wenigstens einem radial durchströmten Laufrad und wenigstens einem ringförmigen, wenigstens eine Begrenzungsscheibe und Leitschaufeln aufweisenden Diffusor.

Solche Turbomaschinen werden beispielsweise als Kompressoren, Pumpen oder Turbinen verwendet und sind beispielsweise aus US 3 795 458, US 3 892 499 oder US 3 927 763 bekannt. Dabei dienen die die Laufräder umgebenden Diffu-soren und deren Leitschaufeln der Umwandlung der Strömungsenergie am Austritt des Laufrades in Druck mit möglichst geringem Verlust.

Die Diffusoren bestehen dabei aus einer oder zwei Begrenzungsscheiben, die die Strömung umlenkenden Leitschaufeln tragen. Aus Gründen der leichteren Herstellbarkeit und Montage werden dabei vorzugsweise überhängende Leitschaufeln verwendet, die nur mit einem Ende an einer der Begrenzungsscheiben befestigt sind, während das freie Ende an der gegenüberliegenden Begrenzungsscheibe oder direkt am Gehäuse anliegt. Die Leitschaufeln wurden dabei bisher entweder an die Begrenzungsscheibe angeschweisst, genietet, angeschraubt oder aus dem Vollen gefräst. Da die Leitschaufeln im Betrieb jedoch einer beträchtlichen Schwingungsanregung durch vorhandene Strömungsinstabilitäten ausgesetzt sind, besteht die Gefahr einer Überbeanspruchung durch Resonanzschwingungen. Dadurch besteht die Gefahr von Materialrissen, welche in der Regel von den Stellen der grös-sten Biegebeanspruchung, den Schweissstellen, oder der Einspannstelle auftreten. Bei einer Schweissung der Leitschaufelenden besteht ausserdem eine gewisse Unsicherheit bezüglich des Materialgefüges und der Festigkeit an den Schweissstellen.

Es wurde bereits versucht, diese Schwierigkeiten dadurch zu umgehen, dass die Begrenzungsscheibe mit den Leitschaufeln aus vollem Material gefräst wurde. Eine solche Art der Herstellung ist jedoch äusserst bearbeitungsintensiv. Zudem werden dadurch Eigenschwingungen der Leitschaufeln nicht vermieden.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, bei Turbomaschinen der eingangs angegebenen Art die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere bei solchen Turbomaschinen einen mechanisch und geometrisch einwandfreie und kostengünstige Leitschaufel-Befestigung zu schaffen, bei der die Gefahr von Materialschäden vermindert ist und eine Schwingung durch hohe Dämpfung weitgehend vermieden wird, und die eine grössere Auswahl von Materialpaarungen zulässt.

Erf indungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die bzw. eine der ringförmigen Begrenzungsscheiben Nuten aufweist, die etwas grössere Abmessungen besitzen als die einen Enden der Leitschaufeln und dass diese Enden der Leitschaufeln in die Nuten mit einem vorgegebenen Spiel begrenzt beweglich eingesetzt sind.

Dabei kann vorteilhafterweise die Leitschaufel mit einem Montagestift derart gesichert sein, dass noch ein hinreichendes Spiel und eine ausreichende Beweglichkeit gewährleistet ist. Auch kann die Befestigung durch Kleben der Leitschaufel in die Nut mit einem elastischen Klebstoff erfolgen, wobei ebenfalls eine genügende Beweglichkeit erreicht wird.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die lose in die Nuten hineingesteckten und in eine'm gewissen Masse beweglichen Leitschaufeln wegen der Undefinierten Beweglichkeit und damit besseren Dämpfung nicht zu Eigenschwingungen angeregt werden und daher eine deutlich bessere Festigkeit im praktischen Betrieb der Turbomaschine aufweisen als fest und unbeweglich mit einer Begrenzungsscheibe verbundene Leitschaufeln, beispielsweise ange-schweisste oder angeschraubte Leitschaufeln.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Figur 1 zeigt einen Radial-Kompressor im Schnitt.

Figur 2 zeigt eine Begrenzungsscheibe eines Diffusors in der Aufsicht.

Figur 3 zeigt die Randpartie eines Diffusors im Schnitt.

Bei dem in Figur 1 wiedergegebenen Radial-Kompressor ist in einem Gehäuse 1 ein Rotor angeordnet, welcher eine Welle 2 aufweist, die an zwei Seiten mit Lagern 3 gelagert ist. Die Welle 2 trägt axial hintereinander drei Laufräder 5,6 und 7, die mit Laufschaufeln 8,9,10 versehen sind, die die geförderte Luft oder das zu komprimierende Gas von der Laufradachse radial nach aussen transportieren. Die Breite der Laufräder nimmt dabei entsprechend dem Kompressionsgrad sukzessive ab. In Radialrichtung an den Umfang der Laufräder 5,6 und 7 anschliessend sind im Gehäuse ortsfeste, ringförmig ausgebildete Diffusoren 11,12 und 13 vorgesehen. Diese Diffusoren bestehen aus ringscheibenförmigen Seitenwänden 14 und 15, zwischen denen Leitschaufeln 16 vorgesehen sind.

Zwischen dem ersten Diffusor 11 und dem Eingang des zweiten Laufrades 6 ist im dargestellten Beispiel eine Kühleinrichtung 17 vorgesehen und zwischen dem Ausgang des zweiten Diffusors 12 und dem Eingang des dritten Laufrades 7 eine weitere Kühleinrichtung 18. Solche Kühleinrichtungen sind zweckmässig bei isothermem Betrieb, bei welchem die Temperatur des geförderten Fluids möglichst konstant gehalten und die durch die Kompression erzeugte Wärme abgeführt werden soll. Falls kein isothermer Betrieb

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vorgesehen ist, kann auf diese Kühleinrichtungen 17 und 18 verzichtet werden und das geförderte Fluid von den einzelnen Diffusoren direkt in den Eingang des nächsten Laufrades geleitet werden.

Beim Betrieb des Kompressors wird also das zu fördernde Fluid oder das zu komprimierende Gas durch die Ansaugöffnung 19 angesaugt, über mittels einer VerStelleinrichtung 20 verstellbare Eingangsschaufeln 21 in den an der Achse liegenden Eingang des ersten Laufrades 5 geleitet, von dessen Laufschaufeln 8 in radialer Richtung nach aussen in den Diffusor 11 transportiert, und von hier über die Kühleinrichtung 17 zur Achse zurück in den Eingang des nächstfolgenden Laufrades 6 geleitet. Vom zweiten Laufrad gelangt das Fluid dann über den Diffusor 12 radial nach aussen in die zweite Kühleinrichtung 18, und von hier wieder in axialer Richtung in den Eingang des dritten Laufrades 7, welches es durch den dritten Diffusor 13 verlässt und von hier in die spiralförmige Austrittsöffnung 22 gelangt.

Figur 2 zeigt die eine Begrenzungsscheibe 14 eines Diffusors, welche die Leitschaufeln 16 trägt in der Aufsicht. Die Begrenzungsscheibe 14 weist für jede Leitschaufel 16 eine Nut 23 auf, deren Abmessungen etwas grösser sind als die Aussenabmessungen des entsprechenden Endes der Leitschaufel 16, das in diese Nut hineingesteckt werden soll. Da also ein gewisses Spiel vorgesehen ist, wird erreicht, dass die Leitschaufeln in den zugehörigen Nuten nicht festsitzen, sondern sich geringfügig und mehr oder weniger unkontrolliert bewegen können. Mit diesem einfachen Mittel wird erreicht, dass sich beim Betrieb wegen der hohen Dämpfung praktisch keine Resonanzschwingungen der Leitschaufeln anregen lassen, d.h. dass keine Überbeanspruchung durch auftretende Eigenschwingungen stattfinden kann. Ausserdem sind keine Schwächungsstellen, wie zum Beispiel Schweissnähte, Verschraubungen oder Nieten vorhanden, was zur Folge hat, dass trotz des losen Sitzes und der unkontrollierten Bewegung der Leitschaufeln im praktischen Betrieb eine deutlich verbesserte Haltbarkeit und Bruchsicherheit zu beobachten ist.

Figur 3 zeigt die Randpartie eines Diffusors im Schnitt, s Wiederum sind zwei Begrenzungsscheiben 14 und 15 vorgesehen. Die eine Begrenzungsscheibe 14 weist eine Nut 23 auf, in welche die Leitschaufel 16 mit einem gewissen Spiel lose eingesetzt ist. Die entgegengesetzte Begrenzungsscheibe 15 weist eine glatte Oberfläche auf, so dass die Leitschaufel 16 io auf dieser Oberfläche 24 mit einem vorgegebenen Spiel aufsitzt. Diese Begrenzungsscheibe 15 kann auch weggelassen werden, so dass die Leitschaufeln direkt gegen das Gehäuse anliegen. Zur Erleichterung der Montage, und um ein Herausfallen der Leitschaufel 16 aus der Nut 23 zu verhindern, 15 kann es zweckmässig sein, Montagestifte 25 vorzusehen, mit denen die Leitschaufeln 16 während des Zusammenbaus der Turbomaschine in der Nut 23 festgehalten werden. Um hohe Dämpfung zu erreichen, muss jedoch eine gewisse Beweglichkeit der Leitschaufeln gewährleistet bleiben, damit diese sich in gewissem Umfang unkontrolliert in der Nut bewegen kann. Es kann auch zweckmässig sein, die Leitschaufeln 16 in der Nut 23 mittels eines elastischen Klebers festzuhalten, welcher ebenfalls so ausgebildet sein kann, dass eine mehr oder weniger unkontrollierte Bewegung der Leitschaufeln 16 weiterhin gewährleistet ist.

Vorstehend wurde die erfindungsgemässe Befestigung der Leitschaufeln anhand eines Beispieles einer als Radial-Kompressor ausgeführten Turbomaschine erläutert. Es wird bemerkt, dass sich die Erfindung in gleicher Weise bei anderen Typen von Turbomaschinen radialer Bauart anwenden lässt, beispielsweise bei Radial-Pumpen zur Förderung eines beliebigen Fluids, bei Radial-Turbinen oder bei kombinierten Turbomaschinen, wie zum Beispiel Pump-Turbinen, wobei gegebenenfalls bestimmte Anpassungen vorgenommen werden müssen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Turbomaschine mit wenigstens einem radial durchströmten Laufrad (5,6,7) und wenigstens einem ringförmigen, wenigstens eine Begrenzungsscheibe (14,15) und Leitschaufeln (16) aufweisenden Diffusor (11,12,13), dadurch gekennzeichnet, dass die bzw. eine der ringförmigen Begrenzungsscheiben (14) Nuten (23) aufweist, die etwas grössere Abmessungen besitzen als die einen Enden der Leitschaufeln (16), und dass diese Enden der Leitschaufeln (16) in die Nuten (23) mit einem vorgegebenen Spiel begrenzt beweglich eingesetzt sind.
2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (16) in den Nuten (23) der Begrenzungsscheibe (14) mit die Beweglichkeit der Leitschaufeln gewährleistenden Montagestiften (25) gesichert sind.
3. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (16) in den Nuten (23) mit einem elastischen, die Beweglichkeit der Leitschaufeln gewährleistenden Klebstoff befestigt sind.
4. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Enden der Leitschaufeln (16) entweder auf der Oberfläche (24) einer gegenüberliegenden Begrenzungsscheibe (15) oder gegen das Gehäuse mit einem Spiel aufsitzen.
5. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Laufräder (5,6,7) mit jeweils einem zugehörigen Diffusor (8,9,10) hintereinander geschaltet sind.
6. Turbomaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Diffusor und dem nachfolgenden Laufrad eine Kühleinrichtung (17,18) vorgesehen ist.