DD258839A1

DD258839A1 - Laufrad eines kreiselverdichters

Info

Publication number: DD258839A1
Application number: DD86291667A
Authority: DD
Inventors: Viktorovich A Vladimir; Fedorovich V Gennady; Samuilovich L Yakov; Safonievich M Vadim; Ivanovich P Gennady; Aizikovich R Gilya; Borisovich S Kir
Original assignee: Le Proizv Ob Nevsky Z
Priority date: 1986-01-17
Filing date: 1986-06-25
Publication date: 1988-08-03
Also published as: WO1987004500A1; EP0258440B1; US4795311A; CS256204B1; SU1373883A1; PL261206A1; IN164252B; RO100173B1; HUT46400A; JPS63502199A; YU111686A; EP0258440A4; EP0258440A1; PL149741B1; HU199596B; CS673486A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufrad fuer Kreiselverdichter mit dem Ziel, eine hohe Gebrauchswerteigenschaft bei geringem Fertigungsaufwand zu erreichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad fuer Kreiselverdichter zu schaffen, bei dem die Verbindung des Deckscheibenkoerpers mit dem Ring derart ausgefuehrt ist, dass die Beanspruchung an den Verbindungsstellen herabgesetzt wird und der Einsatz der Laufraeder mit Umfangsgeschwindigkeiten ueber 120 ms 1 ermoeglicht ist. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die Verbindung des Deckscheibenkoerpers (4) und des Ringes (5) unter Herausbildung zugeordneter Gegenflaechen (6; 7) an dem Deckscheibenkoerper (4) und dem Ring (5) loesbar ausgefuehrt ist und die Gegenflaeche (7) des Ringes (5) von seiten der Laufschaufeln (2) einen Bund (8) aufweist, der in eine auf der Gegenflaeche (6) des Deckscheibenkoerpers (4) ausgesparte Eindrehung (9) hineinragt, wobei der Innendurchmesser (Do) des Deckscheibenkoerpers (4) gegenueber dem Durchmesser (D) des Ringes (5) an deren Gegenflaechen (6; 7) um 1 bis 1,510 3Do kleiner ist. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für einen Kreiselverdichter, insbesondere ein Kreisellaufrad geschlossener Bauart und soll weiterhin in Niederdruck-Laufrädern von Kreiselverdichtern Anwendung finden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein Laufrad für Kreiselverdichter bekannt, das eine Hauptlaufscheibe, Laufschaufeln und eine Deckscheibe enthält, die aus dem Deckscheibenkörper zur besseren Gasstromführung im Laufrad und einen Ring zur Anordnung von Dichtungen besteht

(V. F. FUs „Tsentrobezhne kompressornye mashiny'VZentrifugalkompressormaschinen/, Leningrad, Verlag „Mashinostroenie", 1981, S.35,103).

Die Deckscheibe ist dabei ungeteilt aus einem geschmiedeten Stück gefertigt. Laufräder mit solchen Deckscheiben zeichnen sich durch die Möglichkeit aus, mit erhöhten Umfangsgeschwindigkeiten von 120 bis 300m/s zu arbeiten.

Die einstückige Ausführung der Deckscheiben aus einem geschmiedeten Stück erfordert einen erheblichen Metallverbrauch, die Metallausnutzungsgrad erreicht nur 15% und einen großen Arbeitsaufwand. Es werden 85% des Metalles zerspant.

Darüber hinaus verursachen die hohen Umfangsgeschwindigkeiten eine Biegeverformung des Ringes und des Deckscheibenkörpers sowie eine Radialverformung des Ringes. Diese Verformungen rufen eine Radialverschiebung des Ringes hervor. Durch diese vergrößerten Spalten zwischen dem Ring und den im Verdichtergehäuse sind Dichtungen einzubauen. Die Vergrößerungen der Spalten aber führt zur Zunahme von Gasentweichungen und zur Herabsetzung der Wirtschaftlichkeit des Verdichters.

Bekannt ist noch ein Laufrad für einen Kreiselverdichter, das eine Hauptlaufscheibe, Laufschaufeln und eine Deckscheibe aufweist. Die Deckscheibe besteht aus miteinander verbundenen Deckscheibenkörpern zur besseren Gasstromführung im Laufrad. Am Ring ist eine bessere Anordnung von Dichtungen möglich (Bruk A. D. „Dymososy gazoochistnykh sooruzheny'7 Saugzugventilatoren in den Gasreinigungsanlagen/, Moskau, Verlag „Mashinostroenie", 1984, S. 120).

Bei diesem Laufrad wird der Deckscheibenkörper mit dem Ring durch Schweißen oder Nieten verbunden. Im Vergleich mit den Laufrädern, deren Deckscheibe aus einem ungeteilten Stück gefertigt ist, sind die Laufräder mit der mehrteiligen Deckscheibe, bei denen die Verbindung des Deckscheibenkörpers mit dem Ring ausgeführt wird, weniger arbeits- und metallintensiv, weisen aber eine große Beanspruchung der Verbindungsstelle des Deckscheibenkörpers und des Ringes auf. Dadurch wird die Anwendung dieser Laufräder für den Betrieb mit Umfangsgeschwindigkeiten über 120 m/s möglich.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es ein Laufrad für Kreiselverdichter zur Anwendung zu bringen, dessen Aufbau eine Anwendung mit hohen Gebrauchswerteigenschaften und geringem Fertigungsaufwand gestattet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad für einen Kreiselverdichter zu schaffen, bei dem die Verbindung des Deckscheibenkörpers mit dem Ring derart ausgeführt ist, daß die Beanspruchungen an Verbindungsstellen herabgesetzt wird und der Einsatz der Laufräder mit Umfangsgeschwindigkeiten über 120 ms"¹ ermöglicht ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Laufrad für Kreiselverdichter, welches eine starr miteinander verbundene Hauptscheibe, Laufschaufeln und eine Deckscheibe aufweist, wobei die Deckscheibe aus miteinander verbundenen Deckscheibenkörper zur besseren Gasstromführung innerhalb des Laufrades und Ring zur Anordnung von Dichtungen besteht, die Verbindung des Deckscheibenkörpers mit dem Ring unter Herausbildung an dem Deckscheibenkörper und dem Ring von einander zugeordneten Gegenflächen lösbar ausgeführt ist und auf der Gegenfläche des Ringes seitens der Laufschaufeln einen Bund aufweist, der in eine auf der Gegenfläche des Deckscheibenkörpers ausgesparte Eindrehung hineinragt, wobei der Innendurchmesser des Deckscheibenkörpers gegenüber dem Durchmesser des Ringes an deren Gegenflächen um 1 bis 1,51O^-3D₀ kleiner ist, wo D₀ den Innendurchmesser der Deckscheibe bedeutet.

- 2 - ZOö 0,53

Während des Betriebes greift nur die Fliehkraft der Eigenmasse des Deckscheibenkörpers und eines Teils der Schaufelnmasse an der Deckscheibe an. Es besteht praktisch keine Kraft mjt einer Wechselwirkung des Deckscheibenkörpers mit dem Ring, da bei der gewählten Durchmesserdifferenz (Größe des Übermaßes) der Deckscheibenkörper mit dem Ring in keine Wechselwirkung tritt. Die Bauteile berühren sich nur. Daß hierbei kein Biegemoment angreift, wird eine Biegung des Deckscheibenkörpers ausgeschlossen und dadurch dessen gleichmäßige Belastung erreicht. Als Folge davon wird die Stärke der . Umfangsbeänspruchungen herabgesetzt und die Radialspannungen vollkommen beseitigt. Dabei wirken nur die Fliehkräfte der Ringeigenmasse auf den Ring der Deckscheibe ein, weshalb die Beanspruchungen an diesem und demzufolge auch die Radialbewegungen gering sind.

Da keine Kräfte der Wechselwirkung des Deckscheibenkörpers-mit dem Ring auftreten und der Grad der Spannungen an der Verbindungsstelle des Deckscheibenkörpers mit dem Ring gering ist, können die Laufräder mit den Deckscheiben dieser Bauart beim Betrieb mit Umfangsgeschwindigkeiten eingesetzt werden, die die Umfangsgeschwindigkeit von 120 ms"¹ bis300ms~¹ weit übertreffen. '

Durch die Ausführung des Bundes am Ring seitens der Laufschaufeln und dessen Anordnung in der Eindrehung des Deckscheibenkörpers werden die Verschiebungen des Ringes als eines starren Körpers relativ zum Deckscheibenkörper in Axialbzw. Radialrichtung vermieden. Die Axialverschiebungen in einer Richtung werden durch die Stirnflächen des Bundes und der Eindrehung, in deren anderen Richtung aber durch die Laufschaufeln ausgeschlossen. Die relativen Radialverschiebungen des Ringes, durch eine Restunwucht verursacht, werden durch die Reibungskräfte an der Kontaktstelle des Ringbundes mit den Laufschaufeln beseitigt. Die Reibungskräfte treten infolge der vom Deckscheibenkörper aus über die Stirnflächen des Bundes und der Eindrehung auf die Laufschaufeln übertragenen Axialbelastungen auf. Durch diese Axialbelastungen werden nur die relativen Verschiebungen des Ringes als eines starren Körpers vermieden.

Wie die experimentellen Untersuchungen nachgewiesen haben, befinden sich die optimalen Größen des Übermaßes, die Differenz der gekoppelten Durchmesserund des Ringes und des Deckscheibenkörpers im Bereich zwischen 1 und 1,5 · 10~³ D₀, wo D₀ den Innendurchmesser der Deckscheibe bedeutet.

Die untere Grenze des Paßübermaßes 1 -10~³ D₀ wird durch die Möglichkeit der mechanischen Bearbeitung der Deckscheibe bei deren Herstellung bedingt, da bei einem Übermaß kleiner als 1 10~³ · D₀ die mechanische Bearbeitung der Deckscheibe bei jeder Einspannungsart unmöglich ist. Bei den Werten des Übermaßes an der Verbindungsstelle des Ringes und des Deckscheibenkörpers größer als 1,5 · 10~³· D₀ beginnt sich bei Arbeit des Verdichters die Einwirkung des Deckscheibenkörpers auf den Ring zu zeigen, wodurch eine erhöhte Beanspruchung der Verbindung auftritt, die Verformung des Ringes zunimmt und die Spalte in den Dichtungen bei erhöhten Umfangsgeschwindigkeiten vergrößert werden müssen, was wiederum eine Zunahme der Leckerluste und eine Verringerung des Verdichterwirkungsgrades zur Folge hat.

Ausführungsbeispiel

Die vorliegende Erfindung soll anhand eines konkreten Ausführungsbeisplels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden, in der die Gesamtansicht eines Teiles des erfindungsgemäßen Laufrades des Kreiselverdichters im Längsschnitt wiedergegeben ist.

Fig. 1 zeigt ein Laufrad für Kreiselverdichter mit einer Hauptlaufscheibe 1 und Laufschaufeln 2, die als ein Ganzes mit der Hauptlaufscheibe 1 gefertigt oder an dieser angeschweißt oder angelöstet sind.

Mit den Laufschaufeln 2 ist die Deckscheibe 3 durch Schweißen bzw. Löten starr verbunden. Die Deckscheibe 3 ist aus miteinander verbundenen Deckscheibenkörper 4 zur besseren Gasstromführung innerhalb des Laufrades und aus dem Saugmundring 5 zum Einbauen von aus der Zeichnung nicht ersichtlichen Abdichtungselementen gebildet, welche Gasentweichungen verhindern.

Der Deckscheibenkörper 4 und der Ring 5 sind miteinander unter Herausbildung von einander zugeordneten Gegenflächen 6; 7 des Deckscheibenkörpers 4 und des Ringes 5 verbunden.

Der Innendurchmesser D₀ des Deckscheibenkörpers 4 ist kleiner als der Durchmesser D des Ringes 5 an deren Gegenflächen 6;

7. Die Differenz der Durchmesser D₀; liegt im Bereich von 1 bis 1,5 · 10~³ · D₀. Dadurch wird beim Betrieb des Laufrades eine Wechselwirkung des Deckscheibenkörpers 4 mit dem Ring 5 ausgeschlossen. Die Beanspruchungen in der Verbindung der Gegenflächen 6; 7 ist stark herabgesetzt. Die Ausnutzung der ganzen Anordnung des Laufrades beim Betrieb wird mit Umfangsgeschwindigkeiten über 120ms"¹ (bis 300ms~¹) ermöglicht.

An der Gegenfläche 7 des Ringes 5 ist ein Bund 8 auf der Seite der Laufschaufeln 2 vorgesehen. Dieser Bund 8 ragt in eine in der Gegenfläche 6 des Körpers 4 der Deckscheibe 3 ausgesparte Eindrehung 9 hinein.

Zwischen dem Bund 8 und der Eindrehung 9 ist ein Spalt 10 vorhanden. Durch die Anordnung des Bundes 8 in der Eindrehung 9 des Deckscheibenkörpers 4 werden die unerwünschten Bewegungen des Ringes 5 in axialer und radialer Richtung vermieden.

Die Stirnflächen 11; 12 des Bundes 8 und der Eindrehung 9 sowie die Stirnflächen 13; 14 des Bundes 8 und der Laufschaufeln 2 verhindern die Bewegungen des Ringes 5 in Axialrichtung. Auf der Außenfläche des Ringes 5 sind mehrere Abstufungen 15 vorgesehen, die zum Einbau von Dichtungselementen, nicht gezeigt, dienen.

Das Laufrad arbeitet wie folgt. Bei der Drehung des Laufrades des Kreiselverdichters greifen an dessen Bauteilen Fliehkräfte an.

Da die Laufschaufeln 2 mit der Hautlaufscheibe 1 und dem Körper 4 der Deckscheibe 3 in starrer Verbindung stehen, greifen an diesen die Fliehkräfte der Eigenmasse und eines Teils der Masse der Laufschaufeln 2 an. Dabei tritt keine Kraftbelastung des Deckscheibenkörpers 4 und des Ringes 5 in ihrer Wechselwirkung auf, weil der Unterschied der Durchmesser D₀ zu D der Gegenflächen 6; 7 am Körper 4 der Deckscheibe 3 und am Ring 5 derart gewählt ist, daß beim Betrieb des Laufrades keine Wechselwirkung zwischen dem Deckscheibenkörper 4 und dem Ring 5 besteht, weil sich die Bauteile lediglich einander berühren. Bei Ausbleiben dieser Wechselwirkung des Ringes 5 mit dem Deckscheibenkörper 4 tritt auch kein Biegemoment ein, wodurch die Biegung des Deckscheibenkörpers 4 ausgeschlossen wird.

Bei fehlender Biegung des Deckscheibenkörpers 4 wird dessen gleichmäßige Belastung erreicht, eine Herabsetzung der Größe der Umfangsbeänspruchungen und vollständige Beseitigung der Radialspannungen erreicht.

Wenn keine Wechselwirkung des Ringes 5 mit dem Deckscheibenkörper 4 besteht, greifen an dem Ring 5 der Deckscheibe 3 nur die Fliehkräfte der Eigenmasse des Ringes 5 an. Diese Kräfte sind gering, da nur eine kleine Umfangsgeschwindigkeit des Ringes und dessen kleiner Masse im Vergleich mit der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades und der Masse des Deckscheibenkörpers 4 und eines Teils der Masse der Laufschaufeln 2 zu verzeichnen ist.

Aus diesem Grund ist eine Beanspruchung am Ring 5 und demzufolge auch die Radialverschiebungen des Ringes 5 selbst gering. Auf diese Weise wird infolge der Herabsetzung der Stärke der Spannungen im Deckscheibenkörper 4 sowie der fehlenden Wechselwirkung des Ringes 5 und Deckscheibenkörpers 4 der Betrieb der Anordnung des Laufrades mit Umfangsgeschwindigkeiten von über 120ms"¹ bis 300ms"¹ möglich. Die kleinen Werte der Radialverschiebungen des Ringes 5 lassen die Spaltgrößen in Dichtungen verkleinern. Dieses hat eine Verringerung der Gasentweichung und eine Steigerung des Wirkungsgrades des Verdichters zur Folge.

Die radialen Relativverschiebungen des Ringes 5, durch seine Restunwucht verursacht, werden durch die Reibungskräfte an der Kontaktstelle des Bundes 8 mit den Laufschaufeln 2 aufgehoben. Diese Reibungskräfte treten durch die auf die Laufschaufeln 2 vom Deckscheibenkörper 4 aus über die Stirnflächen 11; 13 des Bundes 8 und über die Stirnfläche 12 der Eindrehung 9 übertragenen Axialbelastungen auf.

Der Bund 8 verhindert auch die Bewegung des Ringes 5 in Axialrichtung, die durch die Stirnflächen 11; 12; 13; 14 des Bundes 8, der Eindrehung 9 und der Laufschaufeln 2 vermieden werden.

Der technisch-ökonomische Effekt bei der Benutzung der vorliegenden Erfindung besteht im folgenden:

an der Verbindungsstelle des Deckscheibenkörpers 4 mit dem Saugmundring werden die Beanspruchungen herabgesetzt.

Damit ist die Möglichkeit gegeben, die Deckscheiben 3 der erfindungsgemäßen Bauart beim Betrieb mit Umfangsgeschwindigkeiten von über 120ms"¹ bis zu 300ms"¹ einzusetzen;

starke Herabsetzung der Beanspruchungen und Verkleinerung der Radialverschiebungen des Ringes 5 ermöglichen die Ausnutzung der Dichtungen mit kleinstmöglichen Spalten, was den Wirkungsgrad des Verdichters (um 0,5%) erhöhen läßt; für die mit Umfangsgeschwindigkeiten bis zu 300ms~¹ betriebenen Verdichter kann der Deckscheibenkörper 4 aus Stahlblech durch Stanzen und den Ring aus einem Trommel-Schmiedestück aus niedriglegiertem Stahl hergestellt werden, wodurch der Arbeitsaufwand und der Metallverbrauch bei deren Fertigung stark herabgesetzt werden; es entsteht die Möglichkeit, die Deckscheibenkörper 4, die unterschiedlich große Außendurchmesser und Eintrittsdurchmesser aufweisen, unter Benutzung nur eines Stanzwerkzeuges fertigzustellen.

Claims

-1 -Erfindungsanspruch:

Laufrad für einen Kreiselverdichter, der eine starr miteinander verbundene Hauptlaufscheibe, Laufschaufeln und Deckscheibe aufweist, die aus miteinander verbundenen Deckscheibenkörper zur Gasstromführung innerhalb des Laufrades und aus Ring zur Anordnung von Dichtungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Deckscheibenkörpers (4) und des Ringes (5) unter Herausbildung zugeordneter Gegenflächen (6; 7) an dem Deckscheibenkörper (4) und dem Ring (5) lösbar ausgeführt ist und die Gegenfläche (7) des Ringes (5) von Seiten der Laufschaufeln (2) einen Bund (8) aufweist, der in eine auf der Gegenfläche (6) des Deckscheibenkörpers (4) ausgesparte Eindrehung (9) hineinragt, wobei der Innendurchmesser (D₀) des Deckscheibenkörpers (4) gegenüber dem Durchmesser (D) des Ringes (5) an deren Gegenflächen (6; 7) um 1 bis 1,5 · 10"³D₀ kleiner ist, bedeutet.