DE2017376A1

DE2017376A1 - Rotor operated at high speeds

Info

Publication number: DE2017376A1
Application number: DE19702017376
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 8000 München. P G04b 19-22 Lütkenhorst
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1970-04-11
Filing date: 1970-04-11
Publication date: 1971-10-28
Also published as: NL7102390A; ZA711536B; FR2092424A5; GB1342967A

Description

Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, 31. März 1970Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, March 31, 1970

Gesellschaft mit ZVP2 Hb/mtCompany with ZVP2 Hb / mt

beschränkter Haftung 7051 Münchenlimited liability 7051 Munich

Rotor operated at high speeds

Für mit hohen Drehzahlen betriebene Rotoren, insbesondere sohne11aufende Zentrifugenrotoren, werden bisher Mantel aus kaltverformten dünnwandigen Rohren' verwendet, welche mit geschmiedeten bzw. drehbearbeiteten, kreisscheibenförmigen Deckeln verschlossen sind. Dabei stellt sich das Problem, die Deckel mit dem zugehörigen Mantel, der sich . im Betrieb infolge seiner.unterschiedlichen Geometrie unter der Wirkung der Fliehkräfte gegenüber jenen stärkerFor rotors operated at high speeds, especially so-called centrifuge rotors, there have previously been shells from cold-formed thin-walled tubes' used which are closed with forged or turned, circular disk-shaped lids. This is where it arises Problem, the cover with the associated coat, which is. in operation due to its different geometry under the effect of centrifugal forces stronger than those

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■dehnt, mit ausreichender Festigkeit zu verbinden.■ stretches to connect with sufficient strength.

Dazu ist bereits vorgeschlagen, in den Mantel eingesetzte und mit diesem verschweisste. Deckel vorzusehen, die also innen-am Mantel, ggf. mit einem Kragen, anliegen. Beim Herstellen der entsprechenden Schweissverbindungen bzw. Rundnähte, die dann radial zur jeweiligen Deckelebene verlaufen, erfolgt jedoch zwangsläufig ein unerwünschtes, die Festigkeitseigenschaften des Mantels und des Deckels veränderndes örtliches Lösungsglühen und zwar an den Verbindungsstellen, welche ohnehin besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind. Dies ist zwar mit Klebeverbindungen vermeidbar. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei solchen Konstruktionen im Betrieb neben den durch die Fliehkräfte hervorgerufenen sogenannten Ringspannungen Biegespannungen zwischen Mantel und Deckel auftreten, welche die jeweilige Verbindung zusätzlich belasten. Die Anwendung von Klebeverfahren stellt also nur eine unzureichende Lösung dieses Problems dar. Soweit dazu ein Presssitz zwischen Deckel und Mantel-vorgesehen ist, soweit also bei gleicher Temperatur jeder Deckel im Ruhezustand um die Dehnungsdifferenz grosser ist als der Innendurchmesser des Mantels, ergeben sich bei der Montage besondere Schwierigkeiten. Z.B. kann nicht ohne weiteres ein Einreissen der Mantelwandung vermieden v/erden. Ausserdem hat sich .gezeigt, dass der Mantel beim Einpressen der Deckel oft einseitig nachgibt und dadurch im Betrieb des Rotors Unwuchten auftreten.For this purpose, it has already been proposed to insert it into the jacket and welded with this. Provide cover, that is on the inside of the coat, possibly with a collar. At the Establish the appropriate welded connections or Round seams, which then run radially to the respective cover level, inevitably result in an undesirable, the strength properties of the shell and the lid changing local solution annealing, namely at the connection points, which are particularly high loads anyway are exposed. This can be avoided with adhesive connections. However, it has been shown that in such constructions during operation in addition to the so-called ring stresses caused by centrifugal forces Bending stresses occur between the jacket and cover, which additionally burden the respective connection. The use of adhesive processes is therefore only inadequate This is a solution to this problem. To the extent that a press fit is provided between the cover and the jacket, that is to say at the same temperature, each lid in the idle state around the The difference in expansion is greater than the inner diameter of the jacket, particular difficulties arise during assembly. E.g. a tear cannot easily be made the shell wall avoided v / grounding. In addition, it has been shown that the jacket often yields on one side when the cover is pressed in, and thus imbalances during operation of the rotor appear.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, bei einem mit hohen Drehzahlen betriebenen. Rotor, dessen dünnwandiger, zylindrischer Mantel mit einem oder mehreren Deckeln fest verbunden ist, jeden Deckel mit dem MantelThe object on which the invention is based is with one operated at high speeds. Rotor, whose thin-walled, cylindrical jacket with one or more Lids is firmly connected, each lid with the jacket

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derart zu verbinden, dass im Bereich der dazu vorgesehenen Verbindungen sowohl im Ruhezustand als auch im Betrieb des Rotors keine Spannungsdifferenzen auftreten und diese somit praktisch unbelastet sind. Dies soll sowohl bei in den Mantel eingesetzten als auch bei den Mantel überkragenden Deckeln zutreffen.to be connected in such a way that in the area of the intended Connections both in the idle state and in operation of the rotor no voltage differences occur and these are therefore practically unloaded. This is supposed to apply both to the covers inserted into the jacket and to the covers protruding from the jacket.

Dazu wird erfindungsgemäss vorgeschlagen,, dass jeder Deckel mit dem Mantel durch einen zylindrischen Ring, welcher dieselbe Wanddicke wie der Mantel besitzt und dessen Material dieselben-Dehnungseigenschaften wie der Mantel aufweist, verbunden ist, wobei die zur Verbindung vorgesehenen Flächen von Ring und Mantel jeweils ausserhalb des Wirkungsbereiches der am Übergang Deckel/Ring auftretenden Biegespannungen angeordnet sind.For this purpose, it is proposed according to the invention, that everyone Cover with the jacket through a cylindrical ring, which has the same wall thickness as the jacket and whose material has the same elongation properties as the Has jacket, is connected, the surfaces provided for connection of the ring and jacket in each case outside of the area of action of the bending stresses occurring at the cover / ring transition.

Damit wird bei entsprechender Breite des Ringes erreicht, dass die im Betrieb infolge der unterschiedlichen Dehnung von Deckel und Mantel zwischen diesen auftretenden Biegespannungen sich nicht auf die Verbindung, d.h. die Nahtstelle zwischen Ring und Mantel auswirken könnenj sie sind nämlich in deren Bereich bereits abgeklungen,· so dass dort praktisch Spannungsfreiheit herrscht. Es sind alsoWith the appropriate width of the ring, this is achieved that the bending stresses that occur between them during operation as a result of the different expansion of the cover and jacket do not affect the connection, i.e. the seam between the ring and the jacket have already subsided in their area, so that there is practically no voltage there. So there are

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Verbindungen von nur geringer Festigkeit ausreichend, wie einfache Klebe- oder Punktschweissverbindungen, bei deren Herstellung sich die Festigkeitseigenschaften des Mantels > nicht oder nur unwesentlich verändern.Connections of only low strength, such as simple adhesive or spot welded connections, are sufficient for their Manufacture the strength properties of the jacket> do not change or change them only insignificantly.

Im Hinblick darauf, dass die genannten Biegespahnungen dann jedoch am Übergang Ring/Deckel auftreten, ist es zweckmässig, den Ring durch Kaltverformung des jeweiligen Deckels zu bilden, z.B. nach einem Fliessdrückverfahren. Bei einem derartigen Deckel tritt dann am Übergang zu seinem Ring aufgrund des homogenen Faserverlaufes keine Kerbwirkung aufj diese Stelle kann damit sogar stärkerWith a view to the fact that the aforementioned flexural notches then, however, occur at the transition ring / cover, it is advisable to cold-work the ring by cold forming the respective To form a lid, e.g. by a flow-spinning process. In the case of such a cover, there is none at the transition to its ring due to the homogeneous fiber flow The notch effect on this point can thus be even stronger

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belastet werden als die eingangs erwähnten Verbindungen zwischen Mantel und Deckel.are loaded than the connections mentioned at the beginning between the jacket and the lid.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen, wie in der Zeichnung dargestellt, nachfolgend näher erläutert.; dabei werden vorteilhafte Weiterbildungen nach der Erfindung beschrieben.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments, as shown in the drawing. advantageous developments according to the invention are described.

Die Zeichnung zeigt in . _; The drawing shows in. _;

Pig. 1 einen Ausschnitt aus einem in Längsrichtung geschnittenen Rotormantel im Ruhezustand,Pig. 1 shows a section of a in the longitudinal direction cut rotor shell at rest,

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Pig. 2 denselben Ausschnitt im Betrieb undPig. 2 the same section in operation and

Fig. Jf: einen Ausschnitt aus einem in Längsrichtung geschnittenen, in Kammern unterteilten
Rotormantel im Ruhezustand..Fig. Jf: a detail from a cut in the longitudinal direction, divided into chambers
Rotor shell in the idle state ..

. Ein aus einem offenen Zylinder bestehender Mantel 1 eines Zentrifugenrotors ist, wie in Fig. 1 und 2 anhand eines Ausschnittes schematisch dargestellt, an einem Ende mit einem Deckel.2 verschlossen, der dazu einen in den Mantel 1 eingesetzten bzw. von diesem überlappten zylindrischen
Ring J) aufweist. Der Mantel 1 und der Ring 5 besitzen die-• selbe Wanddicke; darüber hinaus besteht der Ring j5 aus
einem Material, welches dieselben Dehnungseigenschaften wie der Mantel 1 aufweist. Die Breite des Ringes -J "ist
dabei derart bemessen, dass die im Betrieb däs-Rotors
bzw. bei Rotation (Pfeil 9) des Mantels 1 un&i-Deckels 2 und zwar um eine nicht dargestellte senkrecht'zur Deckelebene verlaufende, zu ^enen zentrische Achse - Infolge
unterschiedlicher Dehnung derselben (Fig. 2) am Übergang Deckel 2/Ring Jf auftretenden Biegespannungen im Bereich der Verbindungsfuge 4 von Mantel 1 und Ring Jf bereits ab-. A shell 1 of a centrifuge rotor consisting of an open cylinder is, as shown schematically in FIGS
Ring J) . The jacket 1 and the ring 5 have the same wall thickness; in addition, the ring consists of j5
a material which has the same elongation properties as the jacket 1. The width of the ring -J "is
dimensioned in such a way that the rotors in operation
or in the case of rotation (arrow 9) of the casing 1 and cover 2, namely about a central axis, not shown, which runs perpendicular to the plane of the cover and is central to the latter - as a result
different expansion of the same (Fig. 2) at the transition cover 2 / ring Jf occurring bending stresses in the area of the connecting joint 4 of jacket 1 and ring Jf already removed.

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geklungen sind. Dort tritt dann also keine Spannungsdifferenz auf, da sich der Ring 3 wie der Mantel 1 dehnt. Zum Zusammenfügen·der aneinanderstossenden zylindrischen Flächen des Mantels 1 sowie des Ringes 3 braucht damit lediglich eine Verbindung von geringerer Festigkeit als beispielsweise, eine mittels -Schweissen ausgeführte vorgesehen zu sein, welche sowohl im Ruhezustand als auch im Betrieb des Rotors praktisch unbelastet ist. Bei Verwendung einer Klebeverbindung ist ausserdem gewährleistet, dass sich die Festigkeitseigenschaften des vorzugsweise nach einem Fliessdrückverfahren gefertigten Mantels 1 nicht nachträglich verändern. Für den Deckel 2 bzw. Ring ist ein gleichartiges Herstellungsverfahren vorgesehen, wobei sie gemeinsam aus einer ebenen, kreisrunden Scheibe durch Kaltverformung derselben gefertigt werden; danach - besitzt der Deckel 2 eine grössere Wandstärke als der Ring 3· Damit wird ausser einem homogenen Faserverlauf im Übergang Deckel 2/Ring 3* was hinsichtlich der dort auftretenden Spannungen von Vorteil ist, weiter erreicht, dass sieh der Ring 3 gegenüber dem Deckel.2 ohne Verformung desselben verbiegen kann.sounded. No voltage difference then occurs there, since the ring 3 expands like the jacket 1. For joining · the abutting cylindrical Areas of the jacket 1 and the ring 3 thus only needs a connection of less strength than for example, one carried out by means of welding is provided to be, which is practically unloaded both in the idle state and in the operation of the rotor. Using An adhesive connection also ensures that the strength properties of the preferably Do not subsequently change the jacket 1 produced by a flow spinning process. For the cover 2 or ring a similar manufacturing process is provided, whereby they together consist of a flat, circular disc are made by cold working the same; thereafter - the cover 2 has a greater wall thickness than the Ring 3 · In addition to a homogeneous fiber flow in the transition cover 2 / ring 3 *, what happens there is achieved Tension is advantageous, further achieved that see the ring 3 opposite the cover.2 without deformation the same can bend.

Nach der Erfindung kann somit der Mantel 1 durch einen Deckel 2 verschlossen werden, ohne dass die dazu vorgesehene Verbindung im Betrieb beansprucht wird. Soweit der Deckel 2 ausserhalb des Mantels 1 angeordnet ist , (Fig. 1 bzw* Fig. 2), wird ausserdem dessen Innenraum voll ausnutzbar sein bzw. zusätzlicher Innenraum gewonnen. Darüber hinaus können solche Deckel ohne weiteres zur Unterteilung eines Mantels 5 in Kammern 6 verwendet werden, beispielsweise bei Gaszentrifugen zur Darstellung von Sammelräumen für die getrennten Medien. Die dann als Trennwand 7 dienenden Deckel können, wie Fig. 3 zeigt, gleichsinnig in den Mantel 5 eingesetzt sein; bei gegensinniger' Anordnung können sich die zylindrischen RingeAccording to the invention, the jacket 1 can thus be closed by a cover 2 without the cover provided for this purpose Connection is used during operation. As far as the cover 2 is arranged outside the shell 1, (Fig. 1 or * Fig. 2), its interior is also be fully usable or gain additional interior space. In addition, such covers can easily be used Subdivision of a jacket 5 into chambers 6 can be used, for example in gas centrifuges for illustration of collecting areas for the separated media. The cover then serving as a partition 7 can, as FIG. 3 shows, be inserted in the same direction in the jacket 5; in opposite directions, the cylindrical rings can

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zweier Trennwände J auch überlappen, d.h. es ist dann lediglich eine gemeinsame Verbindung mit dem Mantel 5 erforderlich. Es versteht sich, dass derartige Deckel, soweit sie zum Abschliessen e_tines Mantels vorgesehen sind, denselben auch überkragen können.two partition walls J also overlap, ie only a common connection with the jacket 5 is then required. It is understood that such covers, insofar as they are for locking _t e ines jacket provided therebetween, can also collar.

Patentansprüche:Patent claims:

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Claims

Messerschmitt-Bölkow-Blohin Ottobrunn, Jl. March 1970 company with. .ZVP2 Hb / mt limited hardening M ü η chen P a t c. η _t a η s: p. return

1. Rotor operated at high speeds, whose thin-walled, cylindrical shell is firmly connected to one or more lids, thereby g e k e η η-characterized, that each cover (2) with the jacket (l) through a cylindrical ring (3) * which has the same wall thickness as the jacket (l) and its material has the same elongation properties as the jacket (l), is connected, the surfaces intended for connection of the ring (3) and Jacket (l) in each case outside the effective area of the bending stresses occurring at the transition cover / ring (2/3) are arranged.

2. Rotor according to claim 1, characterized in that that the respective cover (2) is arranged outside the shell (1).

3. Rotor according to claim 1, characterized in that that the respective cover is provided as a partition (7).

4. Rotor according to claims 1 to 3, characterized in that the ring (3, 8) is formed by cold deformation of the respective cover.

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Le e rs e i t eRead more