DE2241768A1 - ROTATING BLADE FOR AXIAL FLOW MACHINERY - Google Patents
ROTATING BLADE FOR AXIAL FLOW MACHINERYInfo
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Description
B e s c h r e i b u n-g Verdrehbare laaufschaufel für axiale Strömungsmaschinen Die Erfindung betrifft eine im Betrieb verdrehbare Laufschaufel von axialen Strömungsmaschinen, insbes. von Axialventilatoren oder -verdichtern.D e s c h r e i b u n-g Rotatable blade for axial flow machines The invention relates to a rotating blade of axial flow machines that can be rotated during operation, especially of axial fans or compressors.
Die Laufsohaufeln derartiger Maschinen sollen im Betrieb verstellbar, d.h. verdrehbar sein, um die Ventilatoren mit möglichst gutem Wirkungsgrad an die verschiedenen Betriebsverhältnisse anzupassen. Die Laufräder dieser Ventialtoren erfordern deshalb eine Anzahl von Bauelementen, die die Laufschaufel drehbar aufnehmen.The bucket blades of such machines should be adjustable during operation, i.e. rotatable in order to connect the fans to the adapt to different operating conditions. The impellers of these ventilators therefore require a number of components that rotatably receive the blade.
Diese Bauelemente müssen der Größe des Laufrades und der Belastung angepaßt sein, Die Umfangsgeschwindigkeit der Axialventilatoren und -verdichter soll möglichst hoch gewählt werden können, um auf diese Weise zu Maschinen mit kleinen Abmessungen zu kommen.These components must match the size of the impeller and the load be adapted, The peripheral speed of the axial fans and compressors should be able to be chosen as high as possible in order to make machines with small Dimensions to come.
Die spezifische Belastung der Bauelemente des Laufrades steigt mit der Umfangsgeschwindigkeit entsprechend an. Je leichter und belastbarer die Bauelemente des Laufrades werden, um so größer kann die zulässige Umfangsgeschwindigkeit sein. Die bisher bekannen Lösungen für Drehschaufellagerungen sind an einer Grenze angelangt Die Bauelemente einer Drehschaufellagerung, insbesondere die Schaufelwelle, unterliegen den verschiedenen Beanspruchungen: Fliehkraftzugbeanspruchung, Biegung durch die Schaufelkraft, Torsion durch die Schaufelrückstellkraft, Torsion durch die eingeleitete Verstellkraft, Biegung durch die Verstellkraft, Biegung durch unsymmetrische Massen.The specific load on the components of the impeller increases with it according to the peripheral speed. The lighter and more resilient the components of the impeller, the greater the permissible peripheral speed can be. The previously known solutions for rotary blade bearings have reached a limit The components of a rotary vane bearing, in particular the vane shaft, are subject the various stresses: Centrifugal tension, bending due to the blade force, torsion due to the blade restoring force, torsion due to the introduced adjusting force, bending due to the adjusting force, bending due to asymmetrical Crowds.
Die Schaufelwelle ist dabei in verschiedenen Bereichen ganz unterschiedlich beansprucht. Die bisher bekannten Drehschaufelwellen aus einem Stück homogenen Materials können nicht optimal gegen die in den Bereichen jeweils vorliegenden Beanspruchungen dimensioniert werden.The blade shaft is very different in different areas claimed. The previously known rotary vane shafts made from a single piece of homogeneous material cannot optimally counteract the stresses present in the respective areas be dimensioned.
Würde beispielsweise eine Welle aus hochfestem Stahl durchaus in der Lage sein, die Fliehkraftzugspannung mit kleinem Querschnitt aufzunehmen, so müßte sie mit Rücksicht auf die Durchbiegung durch die Schaufelkraft und die zulässige Verdrehung durch das Rückstellmoment wesentlich dicker gehalten werden. Zu ähnlichen Ergebnissen kommt man mit allen Werkstoffen, wie z.B. Aluminium, Titan und faserverstärktem Material.For example, a shaft made of high-strength steel would definitely be in the Be able to absorb the centrifugal tensile stress with a small cross-section, so should taking into account the deflection caused by the blade force and the permissible Rotation can be kept much thicker by the restoring torque. To similar ones Results can be obtained with all materials, such as aluminum, titanium and fiber-reinforced Material.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine verdrehbare Laufschaufel zu schaffen, deren Befestigungselemente leichter und höher belastbar sind als die bisher bekannten. Darüberhinaus soll sie die Kombination einer Vielzahl von Drehschaufellagerungen für unterschiedliche Nabendurchmesser mit einer kleinsten Anzahl verschiedener Bauelemente gestatten.The object of the invention is to provide a rotatable rotor blade to create the fastening elements of which are lighter and more resilient than the previously known. In addition, it should be the combination of a large number of rotary blade bearings for different hub diameters with a very small number of different components allow.
Sie löst diese Aufgabe dadurch, daß bei der verdrehbaren Laufschaufel für Axialströmungsmaschinen die Schaufelwelle aus zwei Elementen, nämlich einem zentralen Zuganker und einem konzentrisch dazu angeordneten Rohr besteht.It solves this problem in that the rotatable blade for axial flow machines the blade shaft consists of two elements, namely one central tie rod and a concentrically arranged tube.
Ferner ergab sich eine Lösung für die Anpassung an verschiedene Nabendurchmesser des Laufrades, indem die Laufschaufel durch Änderung der Länge des Zugankers und des Rohres bei Verwendung gleicher Normgrößen für die übrigen Teile in verschiedene Laufraddurchmesser eingebaut werden kann.There was also a solution for adapting to different hub diameters of the impeller by moving the blade by changing the length of the tie rod and of the pipe into different sizes when using the same standard sizes for the other parts Impeller diameter can be installed.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen erkennt man aus der Beschreibung einer beispielhaften Ausführung, die in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist und der bisher üblichen Ausführung nach Figur 1 gegenübergestellt wird.Further advantageous refinements can be seen from the description an exemplary embodiment, which is shown in Figures 2 and 3 and the previously customary embodiment according to FIG. 1 is compared.
Fig. 1 ist ein Schnitt senkrecht zur Drehachse eines Laufrades der üblichen Bauart. Die Schaufelwelle 1 mit der Schaufel 10 liegt mit ihrer Drehachse in dieser Schnittebene, und zwar radial zur Drehachse des Laufrades. Um dessen Mittelpunkt ist durch den Pfeil 20 die Drehung des Laufrades angedeutet. Die Schaufel 10 ist auf dem Flansch 2 der Schaufelwelle durch eine Schraubenverbindung befestigt. Die Welle 1 besteht aus einem Stück und ist beispielsweise durch Schmieden aus einem Block hergestellt.Fig. 1 is a section perpendicular to the axis of rotation of an impeller of usual design. The blade shaft 1 with the blade 10 lies with its axis of rotation in this cutting plane, namely radially to the axis of rotation of the impeller. Around its center the rotation of the impeller is indicated by the arrow 20. The bucket 10 is attached to the flange 2 of the blade shaft by a screw connection. the Shaft 1 consists of one piece and is made of one, for example by forging Block made.
Die Drehschaufel ist in den beiden Lagern 5 und 6 aufgenommen, so daß sie verdrehbar ist. Das Axiallager 5 nimmt im wesentlichen die Fliehkräfte der Schaufel auf und überträgt diese auf den Ring 8 des Laufrades. An die Schaufelwelle wird die Axialkraft durch den Lagerträger 3 übertragen, der sich an den Nabenteil des Hebels 4 abstützt. An dem Hebel ist der Zapfen 24 angebracht, an dem die Verstellstange für die Verdrehung der Laufschaufel angreift. Das zweite Lager der Schaufelwelle ist als Gleitlager 6 dargestellt.The rotary blade is received in the two bearings 5 and 6, see above that it is twistable. The axial bearing 5 essentially takes the centrifugal forces of the Shovel and transfers it to the ring 8 of the impeller. To the shovel shaft the axial force is transmitted through the bearing bracket 3, which is attached to the hub part of the lever 4 is supported. The pin 24 is attached to the lever, on which the adjusting rod attacks for the rotation of the blade. The second bearing of the blade shaft is shown as a plain bearing 6.
Es ist lediglich ein Radiallager und überträgt die Seitenkräfte auf den Ring 9 des Lauf ades. Auf der Welle 1 ist außerdem ein Gegengewicht 7 angeordnet, das an Hebelarmen entsprechende Massen 7a trägt, welche durch die Fliehkraftmomentenwirkung das Rück stellmoment der Schaufelfliehkraft kompensieren. Der Ring 19 stellt nur eine Abdeckung des Laufrades dar, die lediglich der strömungsmäßig günstigen Form dient und keine tragende Funktion hat.It is just a radial bearing and transmits the lateral forces on the ring 9 of the barrel ades. A counterweight 7 is also arranged on the shaft 1, which carries the corresponding masses 7a on lever arms, which by the centrifugal moment effect Compensate the restoring torque of the blade centrifugal force. The ring 19 only represents a cover of the impeller, which is only the aerodynamically favorable form serves and has no supporting function.
Die erfindungsgemäße Laufschaufel nach Fig. 2 ist nun gegenüber der oben beschriebenen gekennzeichnet durch den Zuganker 11 und das konzentrisch dazu angeordnete Rohr 12. Zur Verbindung mit dem Schaufelflansch dient die Nabe 13, in der der Zuganker 11 mit einem Konus verspannt ist. Die Verbindung zwischen dem Rohr 12 und der Nabe 13 ist als einfache Zentrierung dargestellt. Die Drehmomentübertragung zwischen den beiden Teilen kann entweder durch Reibung erfolgen oder durch in der Zeichnung nicht dargestellte klauenartige entsprechende Einschnitte in den beiden Teilen. In der gleichen Art ist das Rohr innen mit dem Axiallagerträger 14 verbunden, der gleichzeitig ein Teil des Verstellhebels 14a ist. Der Hebel 14a ist gleichzeitig so ausgeführt, daß das Lager 15 bei Montage über den gekröpften Hebel geschoben werden kann.The rotor blade according to the invention according to FIG. 2 is now opposite the described above characterized by the tie rod 11 and concentric therewith arranged tube 12. The hub 13, in which the tie rod 11 is braced with a cone. The connection between the pipe 12 and the hub 13 is shown as a simple centering. The torque transmission between the two parts can be done either by friction or by in the Drawing, not shown, claw-like corresponding incisions in the two Share. In the same way, the tube is internally connected to the axial bearing bracket 14, which is also part of the adjusting lever 14a. The lever 14a is at the same time designed so that the bearing 15 is pushed over the cranked lever during assembly can be.
Die Lagerung der Schaufelwelle erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel in drei Lagern, deren Kräfte jedoch alle von dem Ring 8 der Laufradnabe aufgenommen werden. 5 ist das Axiallager, welches im wesentlichen die Fliehkräfte aufnimmt. Die Lager 15 und 16 nehmen die Radialkräfte auf. Wesentlich ist dabei, daß sowohl das Axiallager 5 wie auch das Radiallager 15 auf dem selben einteiligen Bauelement der Drehwelle, nämlich dem Hebel 14, 14a angeordnet sind. Außen sind diese beiden Lager ebenfalls in einem Teil, nämlich dem Lagerträger 17 erfaßt. Durch die Lagerung im Ring 8 der Nabe wird ein äußerer Tragring, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, hinfällig. Es ist nur der leichte Abdeckring 19 für die strömungstechnische Umhüllung des Laufrades erforderlich.The blade shaft is supported in the exemplary embodiment in three bearings, the forces of which, however, are all absorbed by the ring 8 of the impeller hub will. 5 is the axial bearing, which essentially absorbs the centrifugal forces. The bearings 15 and 16 absorb the radial forces. It is essential that both the axial bearing 5 as well as the radial bearing 15 on the same one-piece component the rotary shaft, namely the lever 14, 14a are. Outside these two bearings are also included in one part, namely the bearing bracket 17. Due to the storage in the ring 8 of the hub, an outer support ring, as shown in Fig. 1 is obsolete. It is only the light cover ring 19 for the fluidic The impeller must be wrapped.
Infolge der Steifheit des Rohres 12 und seiner kraftschlüssigen bzw. formschlüssigen Verbindung mit der Nabe 13 bzw. Lagerträger 14 können die an der Schaufel angreifenden Biegemomente sicher auf die Lager übertragen werden. Ebenso können die Verdrehmomente zwischen Verstellhebel 14a und Schaufel 10 unter Einschluß der Momente des Gegengewichtes 7 sicher übertragen werden. Die Fliehkräfte werden von dem Zuganker 11 aufgenommen. Er ist von Verdreh-und Biegemomente durch das Rohr 12 befreit und d kann deshalb, da Seine Zugbeanspruchung sehr genau bekannt ist, sehr hoch belastet werden. Er kann aus hochfestem Material hergestellt werden, da er nicht wegen unbekannter Zusatzbeanspruchungen eventuelle Verformungen aufnehmen muß.Due to the rigidity of the tube 12 and its non-positive or form-fitting connection with the hub 13 or bearing bracket 14 can be attached to the Bending moments acting on the blade are safely transferred to the bearings. as well the torsional moments between adjusting lever 14a and blade 10 can be included the moments of the counterweight 7 can be safely transmitted. The centrifugal forces will added by the tie rod 11. He is from twisting and bending moments through the pipe 12 frees and d can therefore, since its tensile stress is known very precisely, are very heavily loaded. It can be made of high strength material because it does not absorb any deformations due to unknown additional loads got to.
Unter Umständen ist es erwünscht, die Fliehkraft der Schaufelbefestigungsteile durch Verwendung ein3's Werkstoffes mit geringem spezifischen Gewicht weiter herabzusetzen. In einem solchen Falle werden die Hauptteile, wie der Zuganker 11 und das Rohr 12, vorteilhaft aus faserverstärktem Material, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung besonders gut möglich weil die Funktionen -Aufnahme von Zugkräften einerseits und von Druck andererseits -so verteilt sind, daß jedes Teilstück im wesentlichen nur eine Funktion hat. Wegen der Beanspruchungscharakteristik entsprechend einer Schraubenverbindung ist es besonders günstig, wenn der Zuganker 11 eine wesentlich größere Dehnung hat als das Rohr 12. Dies kann erfindungsgemäß bei faserverstärkten Werkstoffen dadurch vorteilhaft erreicht werden, daß der Zuganker einen wesentlich niedrigeren E-Modul hat als das Rohr. Bei faserverstärkten Werkstoffen karin man trotzdem eine hohe Zugfestigkeit bekommen.It may be desirable to reduce the centrifugal force of the blade fasteners by using a material with a low specific weight. In such a case, the main parts, such as the tie rod 11 and the tube 12, advantageously made of fiber-reinforced material, especially glass fiber-reinforced Made of plastic. This is particularly good with the arrangement according to the invention possible because the functions - absorption of tensile forces on the one hand and pressure on the other -are distributed so that each section has essentially only one function. Because according to the load characteristics a screw connection it is particularly advantageous if the tie rod 11 has a much greater stretch than the tube 12. According to the invention, this can be achieved in the case of fiber-reinforced materials can be achieved advantageously that the tie rod has a significantly lower modulus of elasticity has than the pipe. In the case of fiber-reinforced materials, you still get a high rating Get tensile strength.
Das Gegengewicht 7, 7a wird vorteilhaft in der Ebene der Schaufelwellenachse geteilt und mit Hilfe einer Schraubverbindung, die in Fig. 2 nicht dargestellt ist, auf dem Rohr 12 festgeklemmt.The counterweight 7, 7a is advantageously in the plane of the blade shaft axis divided and with the help of a screw connection, which is not shown in Fig. 2, clamped on the tube 12.
Bei Verwendung gleicher Teile in verschiedenen.Laufrädern können unterschiedliche Momente durch Einbringen von verschiedenen Materialmengen ggf. mit unterschiedlichem spezifischen Gewicht in einheitliche Bohrungen 27 der Teile 7a aufgenommen werden.If the same parts are used in different impellers, different Moments due to the introduction of different amounts of material, possibly with different ones specific gravity are received in uniform bores 27 of the parts 7a.
Fig. 3 zeigt schematisch, wie mit gleichen genormten Bauelementen der Drehschaufellagerung unterschiedliche Naben- bzw. Laufraddurchmesser gestaltet werden können. Bis zum Durchmesser des Ringes 8, der identisch ist mit dem Ring 8 in Fig. 2, sind die Naben bei den drei verschieden großen Laufrädern a, b und c gleich. Die Verbindungs- und Lagerungsteile 5, 13, 14, 15, 16 u. 17 nach Fig. 2 sind gleich. Die Schaufeln 10 können den verschiedenen Strömungs-Verhältnissen entsprechend verschieden sein; besitzen jedoch den gleichen Flansch für die Verbindung zur Nabe 13 der Drehwelle. Der Zuganker 11 und das Rohr 12 brauchen nur verschiedene Länge zu haben, um die gleiche Schaufellagerung den verschiedenen Naben-bzw. Laufradgrößen anzupassen.Fig. 3 shows schematically how with the same standardized components the rotary vane bearing designed different hub or impeller diameters can be. Up to the diameter of the ring 8, which is identical to the ring 8 in Fig. 2, the hubs in the three differently sized impellers a, b and c same. The connecting and bearing parts 5, 13, 14, 15, 16 and 17 according to Fig. 2 are the same. The blades 10 can handle the various flow conditions be correspondingly different; however, have the same flange for the connection to the hub 13 of the rotating shaft. The tie rod 11 and the tube 12 only need different ones Length to have the same blade bearing the different hub or. Impeller sizes adapt.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19722241768 DE2241768A1 (en) | 1972-08-25 | 1972-08-25 | ROTATING BLADE FOR AXIAL FLOW MACHINERY |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19722241768 DE2241768A1 (en) | 1972-08-25 | 1972-08-25 | ROTATING BLADE FOR AXIAL FLOW MACHINERY |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2241768A1 true DE2241768A1 (en) | 1974-03-07 |
Family
ID=5854474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19722241768 Pending DE2241768A1 (en) | 1972-08-25 | 1972-08-25 | ROTATING BLADE FOR AXIAL FLOW MACHINERY |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2241768A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4545734A (en) * | 1982-07-20 | 1985-10-08 | J. M. Voith Gmbh | Axial flow machine, particularly a blower, with adjustable rotor blades |
| DE3818466C1 (en) * | 1988-05-31 | 1989-12-21 | Mtu Muenchen Gmbh | |
| US5127801A (en) * | 1988-06-09 | 1992-07-07 | Novenco A/S | Impeller for an axial flow fan |
| DE102012005238B3 (en) * | 2012-03-14 | 2013-06-06 | Astrid Hilchenbach | Axial fan for reversing air flow with automatic adjustment of blades against swing, has rotary bearing of hub with flat ring, which is mounted on central wheel, where ring is surrounded by frame |
-
1972
- 1972-08-25 DE DE19722241768 patent/DE2241768A1/en active Pending
Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| US4545734A (en) * | 1982-07-20 | 1985-10-08 | J. M. Voith Gmbh | Axial flow machine, particularly a blower, with adjustable rotor blades |
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| DE102012005238B3 (en) * | 2012-03-14 | 2013-06-06 | Astrid Hilchenbach | Axial fan for reversing air flow with automatic adjustment of blades against swing, has rotary bearing of hub with flat ring, which is mounted on central wheel, where ring is surrounded by frame |
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