DE1901464A1

DE1901464A1 - Rotor fuer Stroemungsmaschinen

Info

Publication number: DE1901464A1
Application number: DE19691901464
Authority: DE
Inventors: Williamson Douglas Herbert
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1968-01-17
Filing date: 1969-01-13
Publication date: 1969-08-07
Also published as: GB1194061A; FR2000324A1; US3545882A; FR2000325A1; CH492871A

Description

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England. Rotor für Strömungsmaschinen

Die Erfindung betrifft einen Rotor und Insbesondere, aber nicht ausschließlich einen Rotor für einen rotierenden Druckaustauscher.

Die Erfindung geht aus von einem Rotor mit im radialen Abstand angeordneten Inneren und äußeren Schaufelringen, zwischen denen Im Winkelabstand zueinander mehrere Schaufeln angeordnet sind» Gemäß der Erfindung 1st die Anordnung derart getroffen, daß die Schaufeln Schaufelringabschnitte aufweisen, die gemeinsam wenigstens einen der Schaufelringe bilden und ständig in Gleitberührung miteinander stehen, um dlfferentlelle thermische Ausdehnungen zwischen den Schaufelringen und den Schaufeln ausgleichen zu können.

Der in der Beschreibung benutzte Ausdruck "Schaufeln" soll allgemein alle Strömungsleitflächen umfassen, so z.B. auoh Flügel.

Vorzugsweise ist der Rotor der Rotor eines rotierenden Druckaustauschers, wobei die Schaufeln mit den Schaufelringen mehrere.

BAD

909832/1017

190U64

im Winkelabstand zueinander liegende, in Achsrichtung verlaufende Druckaustauscherzellen bilden« von denen jede nach den axial gegenüberliegenden Enden hin offen ist.

Jede der Schaufeln kann einen Sohaufelrlngabschnitt aufweisen, der mit benachbarten Schaufelringabschnitten tlber eine Nut-Feder-Aus führung in Verbindung steht.

Gemäß einer weiteren AusfUhrungsform der Erfindung weist jede? Schaufelringabschnitt geneigte Stirnflächen auf, die über jenen benachbarter Schaufelringabschnitte gleiten.

Vorzugsweise 1st der Massenmittelpunkt jedes Schaufelringabschnitts in Umfangsrichtung gegenüber jenem der Schaufel versetzt« so daß bei Drehung des Rotors die geneigten Stirnflächen benachbarter Schaufelringabschnitte durch die Zentrifugalkraft gegeneinander gedrückt werden.

Die Konstruktion ist vorzugsweise derart« da3 bei kaltem Rotor die Schaufelringabschnitte in Pr e ßsitzeingrlff miteinander stehen.

Stattdessen kann jeder Schaufelringabschnitt abgestufte Stirnflächen aufweisen« die mit jenen benachbarter Schaufelringabschnitte in GleitberUhrung stehen.

Jede Schaufel kann einstückig mit ihrem Schaufelringabschnitt bzw. ihren Schaufelringabschnitten hergestellt sein.

Erfindung umfaßt außerdem eine Schaufel« die mit mehreren anderen Schaufeln zusammengestellt werden kann, um den Rotor

BAD. ORIGINAL

909832/1017

190U64

zu bilden, wobei die Schaufel einen äußeren und/oder Inneren Schaufelringabschnitt aufweist und Jeder Schaufelringabschnitt geneigte Stirnflachen besitzt» die auf Jenon benachbarter Schaufelringabschnitte gleiten, wenn der Rotor zusammengebaut ist.

Die Schaufeln können axial» geradlinig oder gekrümmt verlaufen und sie können Kühlluftlöcher besitzen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen?

Fig. 1 eine schematische Stirnansicht einer Ausführungsform

eines erfindungsgemäß ausgebildetan Rotors, Pig. 2 eine abgebrochene Ansicht, welche Teile der Konstruktion

nach Fig.l in größerem Maßstab erkennen läßt, Pig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie 3-3 gemäß Fig.l, Pig. 4 eine der Fig.l entsprechende Ansicht einer abgewandelten

AusfUhrungsform der Erfindung, Pig. 5 eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsforra eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Rotors.

Zunächst wird auf das in den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung dargestellte Auafilhrungsbeisplel bezuggenornmen. Der hier gezeigte Rotor 20 eines rotierenden Druckaustauscher wird über Wellenstummel 22,2? (Fig.?) angetrieben. Konzentrisch um die Achse des Rotors 20 herum sind im radialen Abstand innere und Hußere Schaufelringe 2h bzw. 25 vorgesehen.

Mehrere, z.B. zweiundzwanzig, im Winkelabstand zueinander radial verlaufend angeordnete Schaufeln 26 erstrecken sich zwischen dem inneren Schaufelring 24 und dem Kopfring 25. Die Schaufeln

BAD ORIGINAL 909832/1017

190H64

26 bilden rait den Ringen 24,25 mehrere, im Winkelabstand zueinander liegende. In Achsrichtung verlaufende Druckaustauscherzellen 27, von denen jede an ihren axial gegenüberliegenden Enden 30,31 (Flg.3) offen ist«

Jede der Schaufeln 26 1st mit einem schwalbenscbwanzförmlgen Schaufelfuß 32 ausgestattet, der im Paßsitz In einer entsprechend gestalteten Ausnehmung 33 des Inneren Schaufelringes 24 ruht, wobei letzterer von einem einzigen einstückigen inneren Ringkörper gebildet wird, der für alle Schaufeln 26 vorgesehen 1st.

Jede der Schaufeln 26 ist am Schaufelkopf mit einstückig damit hergestellten äußeren Schaufelringabschnitten 34 versehen, die gemeinsam den Kopfring 25 bilden. Jeder Schaufelringabschnitt 34 besitzt Teile 35,36, die auf in Umfangsrichtung entgegengesetzten Selten der Schaufel 26 liegen. Der Teil 35 erstreckt sich in Umfangsrichtung über eine beträchtlich größere Entfernung als der Teil 36, so daß der Schaufelringabschnitt 34 als Ganzes einen Massenmittelpunkt 37 besitzt, der in Umfangsrichtung gegenüber dem Massenmittelpunkt 38 der entsprechenden Schaufel 26 versetzt ist.

Die Teile 35*36 Jedes Schaufelringabschnitts 34 besitzen geneigte Stirnflächen 41,42, die mit Stirnflächen 42,41 benachbarter Schaufelringabschnitte 34 In GleltberUhrung stehen bzw. diese überlappen, wenn sich der Rotor im Betrieb befindet. Demgemäß stossen die Stirnflächen 41,42 ständig unter Ctleitberührung aneinander.

BAD ORIGINAL

190ΊΑ64

Die Schaufeln 26 und die Schaufelringabschnitte 34 werden in der Weise zusammengestellt, daß bei kaltem Rotor 20 die Schaufelringabschnitte 34 in Paßeingriff miteinander stehen, derart» daß die geneigten Stirnflächen 4l,42 gegeneinander gedrückt werden, wodurch sich eine perfekte Dichtung dazwischen ergibt. Wenn der Rotor im Betrieb wärmer wird, könnte die durch diesen Paßeingriff erzeugte Dichtung zwischen den Sohaufelrlngabschnltten 34 progressiv unwirksam werden. Infolge der Tatsache, daß der Schwerpunkt 37 Jedes Schaufelringabschnitts 34 in Urafangsrichtung versetzt gegenüber dem Schwerpunkt 38 der zugeordneten Schaufeln 26 ist, bewirken jedoch die Zentrifugalkräfte, daß die geneigten Stirnflächen 4l,42 gegeneinander gedrückt werden, so daß die Dichtung bestehen bleibt.

In vollausgezogenen Linien sind in Fig.2 die Stellungen der Schaufeln 26 und der Inneren und äußeren Schaufelringe 24,25 gezeigt, wenn der Rotor kalt ist und stillsteht. Die strichlierten Linien in Fig.2 zeigen jedoch die Relativstellungen dieser Teile im Lauf.

Durch die Anordnung der Schaufelringabschnitte 34 mit geneigten Stirnflächen 41,42 und durch die geringe Schwenkbewegung der Schaufelringabschnitte 34 gegenüber den Schaufeln 26 wird eine Anpassung an dlfferentielle thermische Ausdehnungen zwischen Schaufeln 26 und innerem Schaufelring 24 bzw. äußerem Schaufelring 25 bewirkt. Außerdem können die Schaufeln 26, wie in Flg.2 angedeutet, sich biegen, so daß die Teile der Schaufeln, die in der Nähe des Kopfringes 25 liegen, gegenüber letzterem sich verschwenken, so daß eine weiter· Anpassung für derartige differentielle thermische Ausdehnungen erzielt wird.

BAD ORIGINAL 832/1Gt?

190H6A

Die Relativbewegung, die zwischen benachbarten Schaufeln 26 an den Stirnflächen 41,42 auftritt, unterstützt auch die Dämpfung von Vibrationen.

Da außerdem die Stirnflächen 41,42 derart sind, daß zwischen ihnen\eine Relativbewegung stattfinden kann, trägt dies nicht nur zum Ausgleich differentleller thermischer Ausdehnungen bei« sondern es werden auch geringe Ungenauigkeiten der Bogen länge 43 des Schaufelringabechnitts 34 durch die relative Gleitbewegung zwischen den entsprechenden Stirnflächen 4l,42 ausgeglichen.

Die Bogenlängen 43 sind so gestaltet, daß ein glatter durch» gehender äußerer Schaufelring 25 während dos Laufs erhalten ■0* wird und Herstellungstoleranzsn der Bogenlängen 43 werden durch die Gleitverbindung der Stirnflächen 41,42 und/ oder dadurch ausgeglichen, daß die SchauTelringabsehnltte 34 etwas überdimensioniert werden.

Schaufeln 26 können in eine etwas gekrümmte Form vorgespannt sein, um die Schaufelringabschnitte 34 während der Herstellung zu drehen und eine geringe zusätzliche Auffederung kann erforderlich sein, umjiie letzte Schaufel einzubauen.

Die Schaufeln 26 können zusammen mit ihren Schaufelfüßen 32 und den Schaufelringabschnitten 34 einstückig durch Schmieden hergestellt sein oder sie können aus langen geformten Abschnit ten ausgeschnitten werden, εο daß der Rotor 20 relativ billig hergestellt werden kann. Außerdem kann der innere Schaufelring 24 leicht aus einem anderen von dem Material der Schaufeln 26 und ihren Schaufelringabschnlttsn 34 untersohie-

ORIGINAL 90 98 3 2/Mf

190H6A

denen Material hergestellt werden. Dies 1st zweckmäßig, weil es hierdurch möglich wird« die Schaufeln 26 aus einem Material herzustellen« das keiner Ermüdung unterworfen 1st, während der innere Schaufelring 24 aus einem Material hergestellt werden kann, das eine gunstige Kriechdehnung hat.

Die Stirnflächen 41,42 können z.B. durch Wärmebehandlung, durch Plattferung oder durch Überziehen mit einem geeigneten Material gehärtet werden.

Wahrend des Betriebes kann ein Temperaturgradient von mehreren 100⁰C zwischen gegenüberliegenden Enden des Rotors 20 auftreten, die erfindungsgeragße Konstruktion ermöglicht jedoch dennoch eine zufriedenstellende Aufnahme der hieraus resultierenden differentteilen WSrmeausdehnungen.

Falls erforderlich, können die Schaufeln 26 statt mit schwalbenschwanzfözmigen Sclxaufelfüßen 3>2 auch mit Schaufelfüßen zylindrischer Gestalt ausgestattet sein (z.B. entsprechend den SchaufelfUöen 88 der weiter unten beschriebenen Plg.8). Auf diese Welse können die Schaufeln 26 eine Wlnkelbc&regung durch' Schwenken des Sohaufelfußes durchführen und die Schaufeln brauchen sich nicht zu biegen.

Außerdem können die geneigten Stirnflächen 41,42 Jedes Schaufelringabschnitts ?4 durch axial verlaufende gestufte Stirnflächen (nicht dargestellt) ersetzt werden, die in Gleitberührung mit denen benachbarter Schaufelringabschnitte stehen. _So ^y_{3n dei}, _Tell ^₅ eines Jeden Schaufelringabschnitts j54 eine einzige nach außen weisende Stufe besitzen,

•A

BAD ORIGINAL

_Λ 190U64

die in Qleitberührung mit einer einzigen nach innen weisenden Stufe des Teils 34 des am nächsten benachbarten Schaufelring Abschnitts 34 steht.

Zn Fig.4 ist ein Rotor 44 eines rotierenden Druckaustauscher« dargestellt, der allgemein dem Rotor 20 gemäß Flg.l bis 3 gleicht und aus diesem Grunde nicht nochmals im einzelnen beschrieben zu werden braucht. Einander entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen·

Bei dem Rotor 44 sind Jedoch sämtliche Schaufeln 26 einstückig nicht nur mit einem äußeren Schaufelringabschnitt 34 hergestellt, sondern auch noch mit einem inneren Schaufelringabschnitt 45, der radial außerhalb des betreffenden Schaufelfußes 32 liegt. Die inneren Sohaufelrlngabschnitte 45 bilden gemeinsam den inneren Schaufelring 24. Der innere Schaufelringabschnitt 45 ist In gleicher Weise gestaltet wie der äußere Schaufelringabschnitt 34 und besitzt geneigte Stirnflächen 46,47* die Jene Stirnflächen benachbarter innerer Schaufelringabschnitte 45 überlappen und auf diesen gleiten, so daß eine GleitberUhrung ständig vorhanden ist, wodurch eine Anpassung an differentielle thermische Ausdehnungen zwischen innerem Schaufelring 24 und Schaufeln 26 erfolgt»

In Fig.5 1st ein Druckaustauscherrotor 50 dargestellt, der Im radialen Abstand zueinander Innere und äußere Schaufelringe 51 und 52 besitzt, zwischen denen mehrere, im Winkelabstand zueinander angeordnete, radial verlaufende Schaufeln 53 befindlich sind.

BAD ORIGINAL

909832/104?

Jede der Schaufeln 53 ist einstückig mit einem äußeren Schaufelringabschnitt 54- und einem inneren Schaufelrlngabaohnltt 55 hergestellt. Die äußeren Schaufelrlngabsohnitte 54 bilden gemeinsam den äußeren Sohaufairing 52, während dl« inneren Schaufelringabschnitte 55 gemeinsam den inneren Schau feiring 51 bilden.

Jeder der äußeren Sohaufelringabschnitte 54 1st relativ dünn und flexibel und besitzt einen Endabschnitt 56, der von der entsprechenden Schaufel 5? entfernt liegt und der Endabschnitt 56 bildet eine Feder, die In einer Nut 57 im benachbarten Sehaufelrlngabschnltt 54 gleitet. Öle Feder-Nut-Verbindung 57*56 ermöglicht damit eine in Umfangsrichtung zwischen benaohbarten Schaufeln 53 verlaufende Bewegung. So stehen die Einzelteile der Feder-Nut-Verbindung ständig in Gleitberührung miteinander.

Jeder der Inneren Schaufelringabschnitte 55 besitzt einen Flansch βθ, an dem der entsprechenden Schaufel 5? abgewandten Ende. Eine radial nach außen verlaufende Ausnehmung 61 1st in jedem der Flansche 60 ausgebildet und nimmt einen Innenflansoh 62 des benachbarten Sohaufelringabschnitte 55 auf. Diese Konstruktion bewirkt eine mechanische Verriegelung der Abschnitte 55 miteinander.

Die Schaufeln 53 und die inneren und äußeren Schaufelringabschnitte 54 bzw. 55 definieren gemeinsam mehrere Im Winkelabstand zuetender liegende, axial verlaufende Pruckaustauscher- zellen 63, von denen jede nach den axial entgegengesetzten Enden hin offen 1st.

9 0 9 8 3 2 / 1 0 \ Ι BAD ORIGiNAU

190U64

- ίο -

Wie bei den Konstruktionen gemäß PIg.1 bis 4 1st der Rotor 50 so geformt« daß differentIeile thermische Ausdehnungen zwischen den Schaufeln und dm inneren und Süßeren Schaufel· ringen 51 und 52 aufgenommen werden können, da beim Auftreten derartiger Ausdehnungen nicht nur eine Biegung der Schaufel 5} und der äußeren Schaufelringabschnitte 54 und somit eine relative Schwenkbewegung dazwischen auftreten kann, sondern auch eine gewisse relative Umfangsbewegung zwischen den äußeren Schaufelringabschnitten 54 stattfinden kann.

BAD ORIGINAL

909832/1017

Claims

190U64 - li -

Patentansprüche:

Rotor mit Im radialen Abstand angeordneten inneren und äußeren Schaufelringen, zwischen denen im Winkelabstand zueinander mehrere Schaufeln angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (26) Schaufelringabschnitte (34) aufweisen, die gemeinsam wenigstens einen (25) der Schaufelringe (24,25) bilden und ständig in Gleitberührung miteinander stehen, um dlfferentlelle thermische Ausdehnungen zwischen den Schaufelringen (24,25) und den Schaufeln (26) ausgleichen zu können.

2. Rotor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) der Rotor eines rotierenden Druckaustauschers ist und daß die Schaufeln (26) mit den Schaufelringen (24,25) mehrere im Winkelabstand zueinander angeordnete, axial verlaufende Druckaustauscherzellen (27) bilden, von denen jede an ihren axial gegenüberliegenden Enden offen ist.

3. Rotor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Schaufeln (53) einen Schaufelrinsabschnitt (54) aufweist, der mit benachbarten Schaufelringabschnltten über eine Nut-Feder-Verbindung (57,56) in Verbindung steht.

BAD ORIGINAL

909832/1QtT

190U6A

4. Rotor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaufelringabschnitt (34) geneigte Stirnflachen (4l,42) aufweist, die In OleitberUhrung mit jenen Stirnflächen benachbarter Schaufelringabschnitte (34) stehen.

5. Rotor nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt (37) jedes Schaufelrlngabechnitts . ' (34) in Urofangsrichtung gegenüber dem Schwerpunkt (38) der zugeordneten Schaufel versetzt ist, so daß bei Drehung des Rotors die geneigten Stirnflächen (41,42) benachbarter Schaufelringabschnitte durch die Zentrifugalkraft gegeneinander gedrückt werden.

6. Rotor nach den Ansprüchen 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet,

daß bei kaltem Rotor (20) die Schaufelringabschnitte *■

(34) in Paßeingriff miteinander stehen.

7. Rotor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaufelringabschnitt gestufte Stirnflächen aufweist, die in Gleitberührung mit jenen benachbarter Schaufelringabachnltte stehen. . ·

8. Rotor nach den Ansprüchen 1 bie 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (26) einstückig mit dem Schaufelringabschnitt oder den Schaufelringabschnitten (34) hergestellt ist.

909832/1Q1?