DE2442498B2

DE2442498B2 - Gasdynamische druckwellenmaschine

Info

Publication number: DE2442498B2
Application number: DE19742442498
Authority: DE
Inventors: Reinhard Nussbaumen Fried (Schweiz)
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1974-07-11
Filing date: 1974-09-05
Publication date: 1977-11-17
Also published as: AT338056B; NO752389L; BR7504320A; JPS5812480B2; YU174575A; SE7507826L; ES439331A1; HU170544B; JPS5130612A; FI56881B; NO139703B; AR206432A1; ATA528575A; DK145164B; NL167756C; IT1039755B; FI751987A; FR2278002A1; US3998567A; NL7508150A

Description

Die Erfindung betrifft eine gasdynamische Druckwellenmaschine, deren Läufer im Querschnitt mindestens doppelt gekrümmte Zellenwände aufweist, die an der Nabe und am Deckband des Läufers befestigt sind, und jede Zellenwand von einer durch eine ihrer beiden Befestigungsstellen gelegten Radialen nach beiden Seiten ausbiegt.

> Es ist eine Druckwellenmaschine mit im Querschnit doppelt gekrümmten Zellenwänden bekannt (GB-PS 1 077 365), bei welchen die beiden Flächen gleich sind, die von der Skelettlinie und jener Linie eingeschlossen weiden, welche die beiden, nicht auf einer Radialen

ιυ liegenden Befestigungsstellen verbindet. Es ist nichts Bestimmtes darüber ausgesagt, wie stark die Krümmungen sein sollen bzw. sein dürfen oder welcher Maximalwert des Abstandes der Skelettlinie von der Verbindungslinie zulässig ist. Derartige Zellenwände sind hinsichtlich der auftretenden Wärmespannungen günstig, doch ist keine Rücksicht auf die aus den Fliehkräften resultierenden, sehr erheblichen mechanischen Spannungen genommen, die in den Zellenwänden und an ihren Befestigungsstellen auftreten.

Ferner ist eine Druckwellenmaschine bekannt (CH-PS 458 839), von der jede Zellenwand im Querschnitt von einer mindestens durch eine ihrer beiden Befestigungsstellen gelegten Radialen nach beiden Seiten ausbiegt. Dabei sind diese Ausbiegungen derart aufeinander abgestimmt, daß für die in der Radialen liegende Befestigungsstelle das resultierende Fliehkraftmoment annähernd null ist. Dies gilt auch für beide Befestigungsstellen, wenn sie auf derselben Radialen liegen, doch sind in diesem Falle die Wärme-

jo spannungen sehr groß. Ist die Zellenwand nur hinsichtlich der Radialen durch eine der Befestigungsstellen nach beiden Seiten ausgebogen, dann sind zwar die Wärmespannungen in der Zellenwand nur gering, aber die mechanischen Spannungen in der anderen Befestigungsstelle sind groß und die auf die Zellenwand wirkenden Rückstellkräfte erheblich. Maximal zulässige Werte der Ausbiegungen sind nicht angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im

M) Querschnitt mindestens doppelt gekrümmten Zellenwände einer Druckwellenmaschine derart auszubilden, daß in der Nabe, im Deckband und in den Zellenwänden jeweils die Summe
auftretenden

Spaenungsanteile weitgehend ausge51ichen sind und folglic8keine Spitzenwerte auftreteu.
steht darin, daß der Zentriwinkel zwischen den beiden durch die Befestigungsstellen einer Zellenwand gelegten Radialen maximal 4° beträgt und der Zentnwinkel, welcher die Skelettlinie der Zellenwand begrenzt, maximal 7° beträgt.

Bei einer diesen Bedingungen entsprechenden Druckwellenmaschine entstehen durch temperaturbedingte Dehnungsunterschiede zwischen Nabe, Deckband und Zellenwänden nur geringe Spannungen. Von den Fliehkräften herrührende Spannungen in den Zellenwänden sind derart verteilt, daß sie über die Zellenwandhöhe annähernd gleich groß sind, wenn sie auch verschiedene Vorzeichen haben. Es

_w) kann also nicht vorkommen, daß die Spannungen in den Zellenwänden nahe der einen Befestigungsstelle annähernd null sind und nahe der anderen Befestigungsstelle einen Maximalwert annehmen. Ungefähr gleich groß wie in den Zelienwänden sind auch die Spannungen in der Nabe und im Deckband nahe den Bef^tigungsstellen.

Innerhalb der angegebenen Grenzen ist natürlich eine grobe Anzahl unterschiedlicher Skelettlinien

möglich und entsprechend variieren auch die auftretenden Spannungen. Alle die offenbarte Lehre berücksichtigenden Formen habei· jedoch die Eigenschaft, daß die Spannungen genügend ausgeglichen sind und somit nahe dem erreichbaren Minimum liegen.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Zellenwsnd 1 gezeigt, die hinsichtlich Spannungsverteilung sehr günstig ausgelegt ist. Der Zentriwinkel zwischen den beiden durch die Befestigungsstellen 3, 4 der Zellenwp.nd gelegten Radialen ist mit ct. und der Zentriwinkel, welcher die Skclettlinie 2 der Zellenwand begrenzt, ist mit β bezeichnet. Die Konstruktionswerte für die Skelettlinie 2 sind die folgenden, wobei der Radius R₀ der Befestigungsstelle 3 der Zellenwand am Deckband gleich 100% gesetzt ist:

- die Skelettlinie 2 verläuft radial bis zu einem Radius /?, von 98%;

- hieran schließt ein Bogen mit einem Krümmungsradius /·, von 9% an;

- es schließt ein Bogen im Gegensinn an, dessen Mittelpunkt auf einem Radius R₂ von 84% liegt und dessen Krümmungsradius r₂ 25% beträgt;

- hieran schließt abermals ein Bogen im Gegensinn zum vorherigen an, dessen Mittelpunkt auf einem Radius A₃ von 87% liegt und dessen Krümmungsradius /·, 60% beträgt;

- an den Bogen schließt eine Radiale an, die bis zu einem Radius zwischen 60 und 50% reicht, je nach gewähltem Nabenradius R₄ bzw. R_s.

Selbstverständlich müssen, um die guten Eigen-

> schäften der Zellenwand zu erhalten, diese Werte nicht ganz genau eingehalten weiden, sie sind als Richtwerte anzusehen. Wird die Skelettlinie derart gewählt, daß sie innerhalb eines Streubandes von je 1 % des Deckbandradius R₁₁ zu beiden Seiten der oben

κι definierten Skelettlinie 2 liegt, so ist sie noch immer als sehr gut anzusehen. Die Maximalwerte von 4° für den Zentriwinkel α und von 7 ° für den Zentriwinkel β werden dabei nicht überschritten.

Bestehen die Zwischenwände aus Blech, dann ist naturgemäß ihre Dicke überall gleich. Wird jedoch z. B. der Läufer gegossen, dann bietet sich die Möglichkeit, die Zeilenwand auf höhere Belastbarkeit auszulegen. Dies geschieht derart, daß die Dicke der Zellenwand, bei einer Befestigungsstelle beginnend, 2(> in radialer Richtung stetig abnimmt und nach Erreichung eines Minimums gegen die andere Befestigungsstelle hin wieder stetig zunimmt. Eingehende Berechnungen haben gezeigt, daß es dabei zweckmäßig ist, wenn die Dicke der Zellenwand, bezogen auf :5 ihren Minimalwert, nahe der Befestigungsstelle an der Nabe das 3fache und nahe der Befestigungsstelle am Deckband das 2fache beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasdynamische Druckwellenmasi. ic, deren Läufer im Querschnitt mindestens doppelt gekrümmte Zellenwände aufweist, die an der Nabe und am Deckband des Läufers befestigt sind, und jede Zellenwand von einer durch eine ihrer beiden Befestigungsstellen gelegten Radialen nach beiden Seiten ausbiegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentriwinkel («) zwischen den beiden durch die Befestigungsstellen (3, 4) einer Zellenwand (1)gelegten Radialen maximal 4° beträgt, und der Zentriwinkel (ß), welcher die Skeletilime (2) der Zellenwand (1) begrenzt, maximal 7° beträgt.

2. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Skelettlinie (2) einer Zellenwand (1) durch die folgenden Konstruktionswerte festgelegt ist, beginnend an der Befestigungssteile (3) der Zellenwand am Deckband, deren Radius (R₀) vom Mittelpunkt (0) des Läufers gleich 100% gesetzt ist, worauf alle folgenden Werte bezogen sind.

a) die Skelettlinie (2) verläuft radial bis zu einem Radius (R₁) von 98%;

b) hieran schließt ein Bogen mit einem Krümmungsradius (R₁) von 9% an;

c) es schließt ein Bogen im Gegensinn an, dessen Mittelpunkt auf einem Radius (R₂) von 84% liegt und dessen Krümmungsradius (r₂) 25% beträgt;

d) hieran schließt abermals tin Bogen im Gegensinn zum vorherigen an, dessen Mittelpunkt auf einem Radius (.R₃) von 87% liegt und dessen Krümmungsradius (r₃) 60% beträgt;

e) an den Bogen schließt eine Radiale an, die bis zu einem Radius zwischen 60 und 50% reicht, je nach gewähltem Nabenradius (R_A bzw. R₅);

f) die angegebenen Werte sind Richtwerte, die so weit variieren können, daß die tatsächliche Skelettlinie innerhalb eines Streubandes von 1 % zu beiden Seiten der nach a) bis e) definierten Skelettlinie (2) liegt.

3. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Querschnitts der Zellenwand (1) über die radiale Erstreckung unterschiedlich ist, indem die Dicke, bei einer Befestigungsstellc (3, 4) der Zellenwand beginnend, stetig abnimmt und nach Erreichen eines Minimums gegen die andere Befestigungsstelle (4 bzw. 3) hin wieder stetig zunimmt.

4. Druckwellenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zellenwand (1), bezogen auf ihren Minimalwert, nahe der Befestigungsstellc (4) an der Nabe das 3fache und nahe der Befestigungsstelle (3) am Deckband das 2fache beträgt.