DE19503725B4 - Turboverdichter-Laufrad - Google Patents

Abstract

Turboverdichter-Laufrad, insbesondere zur Verdichtung von Wasserdampf in Kälteanlagen, radialer Bauart, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (1) mit der Trag- bzw. Dichtscheibe (2) durch einen zentrierenden, am Außenumfang konisch ausgebildeten Spannring (3) verbunden wird, der mittels federnd angeordneter Schrauben (4) gegen den Innenkegel der Trag- bzw. Dichtscheibe (2) gedrückt wird und dass an der Trennfuge zwischen der Nabe (1) und dem Spannring (3) zentrierend wirkende Elemente, vorzugsweise Rohrfedern (5), angeordnet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft Laufräder von Turboverdichtern, die vorzugsweise für die Verdichtung von Wasserdampf als Kältemittel eingesetzt werden.
• Laufräder von Turbomaschinen bestehen aus der Nabe, den Schaufeln, der Trag- und Deckscheibe. Diese Bauteile sind in der Regel unlösbar, z. B. durch Schweißen oder Nietverbindungen, miteinander verbunden bzw. sind aus einem Stück z. B. durch Schmieden oder Gießen hergestellt. Derartige Laufräder werden demzufolge vorwiegend aus Metall gefertigt.
• Vorgeschlagen wurde bereits eine Ausführungsform eines Laufrades für einen Turboverdichter, dessen Einzelteile ganz oder teilweise aus faserverstärktem polymeren Material bestehen und kraft- und formschlüssig zusammengefügt werden. Insbesondere bei der Kombination metallischer Bauteile mit Bauteilen aus faserverstärktem polymerem Material treten Probleme auf, weil diese Materialien bei den sehr hohen Belastungen auf Grund ihrer unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften andere Verformungen erfahren.
• Bei sehr hohen Drehzahlen stellen sich durch die Fliehkraft bedingte Radialverschiebungen der Laufradbauteile ein. Da eine auftretende Unwucht zum Bersten des Laufrades führen kann, ist es funktionswichtig, dass trotz radialer Verschiebung die Zentrierung zur Drehachse erhalten bleibt.
• Aus der DE 41 39 293 C2 ist ein Laufrad bekannt, das aus Verbundwerkstoff besteht und aus Segmenten zusammengesetzt ist. Die Tragscheibe wird dabei durch Stege der Segmente gebildet.
• Aus dem Standardwerk von G. Niemann „Maschinenelemente", Band I, 2. neubearbeitete Ausgabe, Berlin, Springer-Verlag, 1981 ist auch bekannt, dass Maschinenelemente für Antriebe mit Hilfe von axial ineinander greifenden konischen Ringen miteinander verspannt werden, um eine dauerhaft sichere, bei Bedarf lösbare Verbindung, die sogenannte Reibschlussverbindung, und ggf. die Übertragung von Drehmomenten zu gewährleisten. Es handelt sich aber in diesen Fällen, z. B. bei den angeführten Ringfeder-Spannelementen oder den sogenannten „Schrumpfscheiben", nicht um Lösungen, die, während des Betriebes selbst nachstellend, beträchtliche auf Grund hoher Drehzahlen d. h., großer Fliehkräfte, auftretende Aufweitungen von Nabenbauteilen ausgleichen können. Im Vordergrund der obigen Lösungen steht die feste, kraft- oder formschlüssige Verbindung bei gleichzeitig guter Lösbarkeit.
• Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift DE 40 23 574 A1 die Befestigung eines Lüfterlaufrades auf mehr oder weniger gut bearbeiteten Wellen mittels einer über die geschlitzte Nabe des Laufrads gestülpten und mit dieser verschraubten Hülse mit Innengewinde bekannt. Diese Lösung ist darauf angelegt, das Lüfterlaufrad bei geringem Aufwand fest auf der Antriebswelle zu fixieren und keine Relativbewegungen des Laufrades zur Welle nach der Montage bzw. im Betriebszustand zuzulassen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine sichere Verbindung zwischen der sogenannten Tragscheibe und der Nabe zu schaffen, die bei unterschiedlichen Materialien einsetzbar ist.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Es wurde gefunden, dass speziell bei der Verdichtung von Wasserdampf Schaufeln eingesetzt werden können, die eine sehr geringe Materialstärke aufweisen und unter Einfluss der Zentrifugalkräfte ihre Stabilität erhalten. Damit hat die sogenannte Tragscheibe nicht mehr die Funktion, das Laufrad zu stabilisieren, sondern wird nur noch als strömungstechnisch erforderliche Dichtscheibe benötigt. Eine Verbindung zwischen Schaufeln und Dichtscheibe kann damit entfallen, es muss aber eine sichere Verbindung der Dichtscheibe zur Nabe hergestellt werden, da die Dichtscheibe zweckmäßigerweise mit gleicher Drehzahl wie die Schaufeln rotieren muss.
• Die erfindungsgemäße Ausbildung der Tragscheibe sowie die Art ihrer Verbindung mit der Nabe stellen sicher, dass die Dichtscheibe ihre Zentrierung zur Nabe auch bei hohen Drehzahlen behält.
• An nachfolgendem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die Abbildung zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung in Schnittdarstellung.
• Die Abbildung zeigt ein erfindungsgemäß gestaltetes Laufrad. Die Trag- bzw. Dichtscheibe 2 ist an ihrem Innendurchmesser konisch ausgebildet und wird durch einen Spannring 3, der an seinem Außendurchmesser entsprechend kegelig ausgebildet ist, durch federnd angeordnete Schrauben 4 mit der Nabe verbunden, indem der Außenkegel des Spannrings 3 auf den Innenkegel der Trag- bzw. Dichtscheibe 2 drückt. Die federnde Anordnung der Schrauben 4 wird durch zwischen Schraubenkopf und Nabe 1 angeordnete Tellerfedern 6 erreicht.
• Nach der Erfindung befinden sich an der Trennfuge zwischen der Nabe 1 und dem Spannring 3 zentrierend wirkende Elemente, die als Rohrfedern 5 ausgebildet sein können. Vorteilhaft ist es, wenn diese Elemente jeweils halbseitig in der Nabe 1 und dem Spannring 3 angeordnet sind.

Claims (3)

1. Turboverdichter-Laufrad, insbesondere zur Verdichtung von Wasserdampf in Kälteanlagen, radialer Bauart, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (1) mit der Trag- bzw. Dichtscheibe (2) durch einen zentrierenden, am Außenumfang konisch ausgebildeten Spannring (3) verbunden wird, der mittels federnd angeordneter Schrauben (4) gegen den Innenkegel der Trag- bzw. Dichtscheibe (2) gedrückt wird und dass an der Trennfuge zwischen der Nabe (1) und dem Spannring (3) zentrierend wirkende Elemente, vorzugsweise Rohrfedern (5), angeordnet sind.
2. Turboverdichter-Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der konischen Flächen ca. 35° beträgt.
3. Turboverdichter-Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur federnden Anordnung der Schrauben (4) Tellerfedern (6) eingesetzt sind, die sich zwischen Schraubenkopf und Nabe (1) befinden.