DE1426846B2 - Läufer für Strömungsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Läufer für Strömungsmaschinen, dessen Schaufeln und dessen Nabe aus faserverstärktem Kunststoff bestehen und dessen Schaufeln in Richtung der Schaufellängsachse verlaufende Fasern aufweisen, die sich als Faserbündel durch die Nabe des Läufers hindurch im Bereich der Nabe in Kunststoff eingebettet entweder zu einer diametral gegenüberliegenden Schaufel oder zu zwei weiteren symmetrisch zu dieser Schaufel angeordneten, auf der gegenüberliegenden Umfangshälfte des Läufers gelegenen Schaufeln erstrecken.

Ein solcher Läufer ist aus der USA.-Patentschrift 2 857 094 bekannt. Bei diesem bekannten Läufer verlaufen die Faserbündel auf dem kürzest möglichen Wege zwischen den einzelnen Schaufeln im Bereich der Nabenmitte. Wenn die Faserbündel sich dabei jeweils von einer Schaufel nach einer hierzu diametral gegenüberliegenden Schaufel erstrecken, dann sind sie im Mittelabschnitt der Nabe nur so weit, von der Achse entfernt, wie es das Zentralbefestigungsloch erfordert. Sie zeigen infolgedessen einen fast geradlinigen Verlauf, während dann, wenn sich die Faserbündel von einer Schaufel zu zwei weiteren symmetrisch zu dieser Schaufel liegenden Schaufeln erstrecken, die Führung exakt geradlinig erfolgt, offenbar in dem Bestreben, die von den Schaufeln ausgehenden radialen Zugkräfte über die in Radialrichtung liegenden Faserbündel unmittelbar zu übertragen.

Bei der bekannten Läuferausführung ist von Nachteil, daß diese geradlinige oder fast geradlinige Führung der Faserbündel über den Nabenteil ungünstig im Hinblick auf die im Läufer während der Drehung auftretenden, in Umfangsrichtung verlaufenden Beanspruchungen ist. Durch die infolge der Zentrifugalkräfte in die Nabe des Läufers eingeführten Umfangskräfte werden die Faserbündel teilweise sowohl einer Scherbeanspruchung als auch einer Druckbeanspruchung unterworfen und nicht nur einer für die Faserbündel günstigen Zugbeanspruchung.

Es liegt die Aufgabe vor, unter Vermeidung dieser Scher- und Druckbeanspruchungen der Faserbündel deren hohe Zugfestigkeit zur Aufnahme der in der Läufernabe auftretenden Beanspruchungen voll auszunutzen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Läufer der eingangs genannten Bauart dadurch gelöst, daß die Faserbündel im radial äußeren Bereich der Nabe kontinuierlich gekrümmt um die Drehachse des Läufers herum verlaufend angeordnet sind.

Durch diese Anordnung wird vorteilhaft erreicht, daß die Faserbündel den Zugspannungslinien innerhalb der Nabe folgen und damit die auftretenden Belastungen in günstiger Weise aufnehmen, so daß die Festigkeit des Läufers gegenüber der bekannten Ausbildung beträchtlich erhöht wird oder das Gewicht bei gleicher Festigkeit wesentlich vermindert werden kann.

Zweckmäßigerweise sind die von den einzelnen Schaufeln ausgehenden Faserbündel in den Abschnitten, in denen sie übereinanderliegen, miteinander verflochten.

Eine besonders günstige Kraftverteilung ergibt sich, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung die kontinuierliche Krümmung der Faserbündel die Form einer Kettenlinie hat.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind bei einem Läufer mit mindestens zwei axial hintereinander angeordneten Schaufelreihen die Schaufeln dieser beiden Schaufelreihen über weitere Faserbündel miteinander verbunden. Dabei kann zweckmäßigerweise abwechselnd jede zweite Schaufel jeder Schaufelreihe miteinander verbunden sein.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Verlaufs der Faserbündel im Bereich der Nabe,

F i g. 2 eine schematische perspektivische Dar-Stellung der Verbindung zweier im axialen Abstand angeordneter Schaufelreihen,

F i g. 3 eine Abwicklung des Umfangs der mit zwei Schaufelreihen ausgestatteten Nabe,

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Abwicklung in einer anderen Ausführungsform der Faserverbindung. . —

Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Läufer kann es sich beispielsweise um den Verdichterläufer eines Gasturbinenstrahltriebwerks handeln. Gemäß der schematischen Darstellung nach F i g. 2 bis 4 weist die Nabe an beiden Stirnseiten je eine Läuferscheibe 12,13 auf, zwischen denen der Nabenkörper, bestehend aus faserverstärktem Kunststoff, liegt. Jede Läuferscheibe 12,13 trägt am Umfang im Abstand zueinander angeordnete Schaufeln 14. Die Schaufeln 14 der Nabenkörper und die Läuferscheiben 12,13 bestehen aus Faserbündeln, die in Kunststoff gebettet sind.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, weist jede Läuferscheibe 12,13 und deren Schaufeln 14 eine Vielzahl von Fasern 15 (F i g. 2) auf. Die einander entgegengesetzten Enden der Fasern verlaufen in die gegenüberliegenden Schaufeln 14 in jeweils zwei Fasersträngen 16,17, die im radial äußeren Bereich der Nabe kontinuierlich gekrümmt um die Drehachse des Läufers herum verlaufend angeordnet sind. Die von den verschiedenen Schaufeln ausgehenden übereinanderliegenden Faserbündel 16, 17 sind dabei zweckmäßigerweise, wie aus F i g. 1 ersichtlich, miteinander verflochten. Die kontinuierliche Krümmung der Faserbündel 16,17 hat vorzugsweise die Form einer Kettenlinie, wodurch sich festigkeitsmäßig besonders günstige Verhältnisse ergeben. Bei dem in den F i g. 2 bis 4 dargestellten Läufer mit zwei axial hintereinander angeordneten Schaufelreihen 14 sind die beiden Läuferscheiben 12,13 über weitere Faserbündel 20 miteinander verbunden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind die Faserbündel 20 in einem »Scherenspreizene-Muster angeordnet, das die Füße der Schaufeln 14 an den Läuferscheiben 12,13 umfaßt. Der Winkel α zwischen benachbarten Schenkeln dieses Musters ist derart gewählt, daß bei der Relativdrehung der Läuferscheiben 12,13 zueinander die Faserbündel dadurch gespannt werden, daß der Winkel α gleich dem Winkel ist, bei welchem die größte Spannung auftritt (Resultierende der Querkraft).

F i g. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, wobei die Füße der Schaufeln 14 der Läuferscheiben 12, 13 durch Faserbündel 21 verbunden sind, die sich vom Fuß einer Schaufel 14 der einen Läuferscheibe nach einer anderen versetzt hierzu anseordneten Schaufel der anderen Läufer-

scheibe erstrecken. Die Faserbündel 21 schließen mit den Ebenen der Läuferscheiben 12,13 den Winkel a ein.

Claims (5)

Patentansprüche: .

1. Läufer für Strömungsmaschinen, dessen Schaufeln und dessen Nabe aus faserverstärktem Kunststoff bestehen und dessen Schaufeln in Richtung der Schaufellängsachse verlaufende Fasern aufweisen, die sich als Faserbündel durch die Nabe des Läufers hindurch im Bereich der Nabe in Kunststoff eingebettet entweder zu einer diametral gegenüberliegenden Schaufel oder zu zwei weiteren symmetrisch zu dieser Schaufel an-'geordneten, auf der gegenüberliegenden Umf angshälfte des Läufers gelegenen Schaufel erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbündel (16, 17) im radial äußeren Bereich der Nabe kontinuierlich gekrümmt um die Drehachse des Läufers herum verlaufend angeordnet sind.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich zwischen den Schaufeln erstreckenden Faserbündel (16, 17) miteinander verflochten sind.

3. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Krümmung der Faserbündel (16, 17) die Form einer Kettenlinie hat.

4. Läufer mit mindestens zwei axial hintereinander angeordneten Schaufelreihen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln der beiden Schaufelreihen über weitere Faserbündel (20, 21) miteinander verbunden sind.

5. Läufer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd jede zweite Schaufel jeder Schaufelreihe miteinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen