DE2519546A1

DE2519546A1 - Impeller for centrifugal type compressor - has flat disc with radial blades on front and stiffening ribs on back

Info

Publication number: DE2519546A1
Application number: DE19752519546
Authority: DE
Inventors: Eggert Dipl Ing Buelk
Original assignee: ILO MOTORENWERK GmbH
Current assignee: ILO MOTORENWERK GmbH
Priority date: 1975-05-02
Filing date: 1975-05-02
Publication date: 1976-11-11

Abstract

The impeller is injection moulded of a plastics material round a metal sleeve (14). It has a hub (12) surrounding the metal sleeve and a disc (10) extending radially from the hub. The disc tapers down to its outer circumference and is formed integrally with radial blades (16) which project from its front face. The blades have sloping roots (18) which leave an inlet space between themselves and the hub. The disc has radial and tangential ribs (20) on its back behind every blade. These stiffen the impeller and also balance the centrifugal forces due to the blades so that the stress in the disc is reduced and it can be made thinner and of less strong material than would otherwise be necessary.

Description

Firma Rockwell GmbH., 2080 Pinneberq, Postfach 1620Rockwell GmbH., 2080 Pinneberq , PO Box 1620

Laufrad für einen KreiselverdichterImpeller for a centrifugal compressor

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufrad für einen Kreiselverdichter, mit einem Schaufelträger, der auf einer Seite mit Schaufeln und auf der gegenüberliegenden Seite mit Rippen besetzt ist.The invention relates to an impeller for a centrifugal compressor, with a blade carrier on the one side with blades and on the opposite side with ribs.

Aus der DAS 1 083 481 ist bereits ein einseitig beschaufeltes Laufrad mit im Meridianschnitt stark gewölbtem Schaufelträger bekannt, welches aus Leichtmetallguß hergestellt ist und bei dem die Schaufeln eintrittsseitig unmittelbar und rückseitig durch vorwiegend radial verlaufende Rippen mit dem Schaufelträger verbunden sind. Derartig versteifte Laufräder, die sowohl in Verdichtern als auch in Pumpen zur Förderung von Flüssigkeiten sowie in Wasserturbinen verwendet werden, sind zwar im Verhältnis zu ihrem Gesamtgewicht recht formsteif und in der Lage, die fliehkraftbedingt auftretenden Biegekräfte aufzunehmen. Aber diese Fähigkeit zur Aufnahme der Biegekräfte verlangt andererseits einen beträchtlichen Materialaufwand, sowohl hinsichtlich derFrom DAS 1 083 481 there is already a one-sided blading Impeller known with a vane carrier strongly curved in the meridional section, which is made of light metal casting is made and in which the blades on the inlet side connected to the blade carrier directly and at the rear by predominantly radial ribs are. Impellers stiffened in this way, which are used both in compressors and in pumps for pumping liquids as well as used in water turbines, are indeed quite dimensionally stable in relation to their total weight and able to absorb the bending forces caused by centrifugal forces. But this ability to Absorption of the bending forces on the other hand requires a considerable amount of material, both in terms of

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Material- Menge als auch der Materialgüte. Darum ist es im allgemeinen nicht möglich, solche Laufräder aus weniger festem Kunststoff herzustellen. Sie sind darum auch entsprechend teuer.Material quantity as well as the material quality. That's why it is generally not possible to manufacture such impellers from less rigid plastic. You are about that also correspondingly expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad der genannten Art so auszubilden, daß die Biegebeanspruchung aufgrund der Fliehkräfte wesentlich herabgesetzt wird.The invention is based on the object of designing an impeller of the type mentioned so that the bending stress is significantly reduced due to the centrifugal forces.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schaufelträger als im wesentlichen ebene Scheibe und die Schaufeln als reine Radialschaufeln ausgebildet sind, und daß die Rippen so geformt und angeordnet sind, daß sie Fliehkraft-Gegengewichte bezüglich der gegenüberliegenden Schaufeln bilden.According to the invention this object is achieved in that the blade carrier as an essentially flat disk and the blades are designed as pure radial blades are, and that the ribs are shaped and arranged so that they are centrifugal counterweights with respect to the opposite Form shovels.

Der Vorteil des erfindungsgemäß ausgebildeten Laufrades ergibt sich daraus, daß die Rippen nicht oder doch nur in untergeordnetem Maße der Versteifung des Schaufelträgers, sondern dem dynamischen Massenausgleich dienen. Durch entsprechende Bemessung der Rippen in den unterschiedlichen Durchmesserbereichen kann man die Ausgleichwirkung optimal abstufen, die Materialmenge auf ein Minimum reduzieren und dennoch im wesentlichen gleichartige Wandstärken einhalten, was für die Serienherstellung beispielsweise im Spritzgußverfahren wichtig ist. Eine beträchtliche zusätzliche Kostenreduzierung läßt sich dadurch erzielen, daß man wegen der verringerten Beanspruchung Kunststoff verwenden und daher solche Laufräder in großen Serien billig herstellen kann.The advantage of the impeller designed according to the invention results from the fact that the ribs are not or only serve to a lesser extent to stiffen the blade carrier, but to dynamically balance the masses. By appropriately dimensioning the ribs in the different diameter ranges, one can achieve the compensation effect graduate optimally, reduce the amount of material to a minimum and still essentially be of the same type Maintain wall thicknesses, which is important for series production, for example in the injection molding process is. A considerable additional cost reduction can be achieved in that one because of the reduced Use plastic under stress and can therefore manufacture such impellers cheaply in large series.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Schaufelträger in der Weise sternförmig ausgeschnitten sein, daß für jede Schaufel ein Radialarm vorhanden ist.In an advantageous embodiment of the invention, the Blade carrier be cut out in a star shape in such a way that a radial arm is provided for each blade.

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Auf diese Weise wird zusätzlich Material gespart.This also saves material.

Es kann vorteilhaft sein, wenn jeder Schaufel zwei Radialrippen gegenüberliegen, so daß jeder Radialarm im Querschnitt stimmgabelartig geformt ist.It can be advantageous if two radial ribs lie opposite each other, so that each radial arm is shaped like a tuning fork in cross section.

Ferner können vorteilhafterweise die Radialrippen benachbarter Radialarme im Übergangsbereich zum Zentrum des Laufrades zu einem gemeinsamen Rippenfußabschnitt vereinigt sein. Auf diese Weise wird eine günstige Querschnittsverteilung in formtechnischer Hinsicht erzielt.Furthermore, the radial ribs can advantageously adjacent radial arms in the transition area to the center of the impeller to a common rib foot section be united. In this way, a favorable cross-sectional distribution in terms of shape is achieved achieved.

Zur Erzielung eines gutem Kompromisses zwischen unerwünschter axialer Ausbiegung des Laufrades und Schwingung-Unempfindlichkeit ist es besonders vorteilhaft, wenn die Rippen in Nabennähe eine qerinqere Höhe aufweisen als in den größeren Durchmesserbereichen.To achieve a good compromise between undesirable axial deflection of the impeller and vibration insensitivity, it is particularly advantageous if the Ribs near the hub have a larger height than in the larger diameter areas.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:A preferred exemplary embodiment of the invention is described in greater detail below with reference to a drawing explained. Show in it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein halbiertes Radiallaufrad, auf seinerRippenseite gesehen,Fig. 1 is a plan view of a halved radial impeller, seen on its rib side,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Laufrad von Fig. 1 im Verlauf einer Ebene H-II,Fig. 2 shows a cross section through the impeller of Fig. 1 in the course of a plane H-II,

Fig. 3 einen Teilschnitt im Verlauf einer Ebene HI-III von Fig. 1,3 shows a partial section in the course of a plane HI-III from FIG. 1,

Fig. 4 eine Ansicht der Schaufelseite des Laufrades, und4 shows a view of the blade side of the impeller, and

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Fig. 5 eine Ansicht bzw. Schnitte gemäß den bis 7 Figuren 3 und 4 einer abgewandelten¹ Ausführungsform. 5 shows a view or sections according to FIGS. ¹ to 7, 3 and 4 of a modified embodiment.

Das zeichnerisch dargestellte einseitig mit Schaufeln besetzte Radial-Laufrad für einen rotierenden Verdichter ist ein um eine Metallbuchse 14 herum einstückig aus einem geeigneten Kunststoff gespritztes Formteil. Entsprechende Auswerfermarkierungen 30, welche für den Ausformvorgang notwendige Auswerfer hinterlassen, sind in Fig. 1 angedeutet. Das gesamte Laufrad ist so konstruiert, daß in den verschiedenen Querschnittsbereichen den dynamischen Belastungen im Betrieb angemessene und im wesentlichen gleichförmige Wandstärken vorhanden sind.The radial impeller shown in the drawing with blades on one side for a rotating compressor is a molded part molded in one piece from a suitable plastic around a metal bushing 14. Appropriate Ejector markings 30, which leave behind necessary ejectors for the molding process indicated in FIG. 1. The entire impeller is designed so that in the various cross-sectional areas The wall thicknesses are adequate and substantially uniform for the dynamic loads in operation.

Die mit einem Umfangseinscbnitt sowie einem Konus zum Aufstecken auf eine entsprechend bearbeitete Welle versehene Metallbuchse 14 ist von einer konzentrischen Nabe 12 umgeben, die als Basis für einen scheibenförmigen Schaufelträger 10 dient. Dieser in einer Ebene verlaufende Schaufelträger 10 ist nach Art einer Scheibe gleicher Festigkeit in der Nähe der Nabe 12 am dicksten und nimmt, in ähnlicher Weise wie die beiderseits angeformten, nachstehend beschriebenen Ansätze, radial nach außen im wesentlichen gleichförmig ab.The with a circumferential incision and a cone for Pushing onto a correspondingly machined shaft provided metal bushing 14 is of a concentric hub 12, which serves as a base for a disk-shaped blade carrier 10. This one running in one plane Blade carrier 10 is thickest in the vicinity of hub 12 in the manner of a disk of the same strength and takes in a manner similar to the two-sided molded approaches described below, radially outward essentially uniformly.

Wie sich am besten aus Fig. 2 entnehmen läßt, sind auf der dem Innenkonus der Metallbuchse 14 entgegengesetzten Laufradseite in gleichmäßigen Winkelabständen Schaufeln 16 angeformt, die aus strömungsdynamischen Gründen an ihren der Nabe 12 zugekehrten Enden einen abgewinkelten Schaufelfuß 18 besitzen. Gemäß Fig. 2 enden die Schaufeln 16 bzw. die Schaufelfüße 18 in einem etwa dem halben Nabendurchmesser entsprechenden Abstand außerhalb der Nabe.As can best be seen from Fig. 2, are on the inner cone of the metal sleeve 14 opposite Impeller side blades 16 are integrally formed at uniform angular intervals, which for fluid dynamics reasons their ends facing the hub 12 have an angled blade root 18. According to Fig. 2, the blades end 16 or the blade roots 18 at a distance corresponding to approximately half the hub diameter outside of the Hub.

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Um am äußeren Laufradumfang Gewicht bzw. Masse zu sparen, was wiederum eine geringere Wandstärke im Zentrum des Schaufelträgers 10 erlaubt, ist das gesamte Laufrad jeweils zwischen den benachbarten Schaufeln 16 sternförmig ausgeschnitten, so daß eine der Schaufelanzahl entsprechende Zahl von Radialarmen 20 gebildet wird, wie sich aus Fig. 1 und 4 entnehmen läßt. Auf der den Schaufeln 16 entgegengesetzten Seite sind sämtliche Radialarme 20 beiderseits (siehe Fig. 3) mit in Radialrichtung verlaufenden Rippen 22 versehen, so daß in der Ebene III-III von Fig. eine stimmgabelähnliche Querschnittsform gebildet wird. Die Rippen 22 sind in bestimmten Abständen durch Querrippen 24 verbunden. Rippen 22 und Querrippen 24 sind so gestaltet, daß sie relativ genaue Fliehkraft-Gegengewichte in bezug auf die gegenüberliegenden Schaufeln 16 mit Schaufelfüßen 18 bilden. Dadurch wird erreicht, daß im Betrieb des Laufrades die Fliehkraft-Resultierende der Schaufeln 16 und Rippen 22, 24 durch die Mittelebene des Schaufelträgers 10 verläuft, wie dies im Schnittbild von Fig. 2 durch eine strich-punktierte Linie angedeutet ist.In order to save weight and mass on the outer circumference of the wheel, which in turn allows a smaller wall thickness in the center of the blade carrier 10 is the entire impeller between the adjacent blades 16 cut out in a star shape, so that one corresponding to the number of blades Number of radial arms 20 is formed, as can be seen from FIGS. On the one opposite the blades 16 Side are all radial arms 20 on both sides (see Fig. 3) with extending in the radial direction Ribs 22 provided so that in the plane III-III of Fig. a tuning fork-like cross-sectional shape is formed. The ribs 22 are spaced apart by transverse ribs 24 connected. Ribs 22 and transverse ribs 24 are designed to be relatively accurate centrifugal counterweights 16 with blade roots 18 with respect to the opposing blades. This ensures that in operation of the impeller is the centrifugal force resultant of the blades 16 and ribs 22, 24 run through the center plane of the blade carrier 10, as shown in the sectional view of FIG. 2 is indicated by a dash-dotted line.

Die Rippen 22 benachbarter Radialarme 20 vereinigen sich in einem Durchmesserbereich, der etwa dem doppelten Nabendurchmesser entspricht, Y-förmig zu Rippenfußabschnitten 26. Ziel dieser Maßnahme ist es, die Schwingungsempfindlichkeit des Laufrades, d.h. insbesondere die Schwingungsempfindlichkeit der Radia]arme 20 in axialer Richtung zu verringern. Um aber zu vermeiden, daß die Versteifung durch die Rippenfußabschnitte 26 zu einem unerwünschten axialen Ausbiegen der Radialarme 20 unter dem Einfluß der Fliehkräfte führt, befinden sich in den dritten Fußabschnitten 26, d.h. in Nabennähe und auf der Rippenseite des Laufrades Ausnehmungen 28, welche sich ausgehend von der Nabe 12 radial nach außen bis annähernd zur am weitesten innen liegenden Querrippe 24 erstrecken,The ribs 22 of adjacent radial arms 20 unite in a diameter range that is approximately twice that Hub diameter corresponds, Y-shaped to rib foot sections 26. The aim of this measure is to reduce the vibration sensitivity of the impeller, i.e. in particular the Vibration sensitivity of the radial arms 20 in the axial direction Decrease direction. But in order to avoid that the stiffening by the rib foot portions 26 to one undesired axial bending of the radial arms 20 under the influence of centrifugal forces are located in the third foot sections 26, i.e. in the vicinity of the hub and on the rib side of the impeller, recesses 28, which extending from the hub 12 radially outwards to approximately the transverse rib 24 located furthest inward,

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Es hat sich herausgestellt, daß diese Maßnahme einen unerwartet guten Kompromiß zwischen Schwingungsempfindlichkeit und Axialverformung bedeutet.It has been found that this measure is an unexpectedly good compromise between vibration sensitivity and means axial deformation.

Die in den Fiquren 5 bis 7 dargestellte Abwandlung des zuvor erörterten Ausführungsbeispieles unterscheidet sich von diesem dadurch, daß anstelle der Querrippen eine (Fig. 5, 6) oder zwei (Fig. 7) zusätzliche Radialrippen 32 bzw. 33 vorgesehen sind. Diese Abwandlung ist insbesondere für den Einsatz des Laufrades in staubhaltiger Umgebung gedacht, da die zusätzlichen Radialrippen keine Ansatzpunkte für unerwünschte Staubablagerungen geben. Der Staub wird vielmehr unter dem Einfluß der Fliehkräfte vom Laufrad abgeschleudert. Die in Fig. strichpunktiert dargestellte Schwerpunksebene bleibt auch bei Radialarmen mit dem heugabelähnlichen Querschnitt gemäß den Figuren 6 und 7 hinsichtlich ihrer Lage unverändert.The modification of the shown in the Fiquren 5 to 7 previously discussed embodiment differs from this in that instead of the transverse ribs one (Fig. 5, 6) or two (Fig. 7) additional radial ribs 32 and 33 are provided. This variation is Especially intended for the use of the impeller in dusty surroundings, as the additional radial ribs no starting points for undesired dust deposits give. Rather, the dust is thrown off the impeller under the influence of centrifugal forces. The in Fig. The center of gravity plane shown in dash-dotted lines remains even with radial arms with the pitchfork-like cross-section according to FIGS. 6 and 7 unchanged with regard to their position.

Unabhängig von der Ausführungsform kann schließlich vorgesehen sein, das Laufrad mit einer ungeraden Zahl von Radialarmen zu versehen, oder aber die Teilungsabstände zwischen den Radialarmen ungleichförmig zu machen.Regardless of the embodiment, it can finally be provided be to provide the impeller with an odd number of radial arms, or the pitch to make non-uniform between the radial arms.

Das zuvor beschriebene Laufrad läßt sich bei minimalem Aufwand an Material und Masse durch Spritzgießen wirtschaftlich in hohen Stückzahlen aus Kunststoff herstellen und eignet sich durch seine besondere Formgebung nicht nur für hohe Betriebsdrehzahken, sondern auch für relativ rauhen Betrieb, beispieleweise in Verbindung· mit einer Verbrennungskraftmaschine, welche unter anderem Axialschwingungen erzeugt und auf ein angesetztes Laufrad überträgt.The impeller described above can be made economical by injection molding with a minimum of material and weight Manufacture in large numbers from plastic and is not only suitable due to its special shape for high operating speeds, but also for relatively rough operation, for example in connection with a Internal combustion engine, which generates axial vibrations, among other things, and which is attached to an impeller transmits.

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Claims

Expectations

Impeller for a centrifugal compressor, with a blade carrier, one side with blades and ribbed on the opposite side is, characterized in that the blade carrier (10) as a substantially flat disc and the Blades (16, 18) are designed as pure radial blades, and that the ribs (22, 24) are shaped and are arranged to form centrifugal counterweights with respect to the opposing blades.

2. Impeller according to claim 1, characterized in that the blade carrier (10) is star-shaped in the manner it is cut out that a radial arm (20) is present for each blade (16, 18).

3. Impeller according to claim 1 or 2, characterized in that each blade (16) has two radial ribs (22) opposite and each radial arm (20) is shaped like a tuning fork in cross section (Fig. 3).

4. Impeller according to claim 3, characterized in that the radial ribs (22) are connected by transverse ribs (24) are.

5. Impeller according to claim 2 or 3, characterized in that the radial ribs (22) of adjacent radial arms (20) in the transition area to the center (12) of the impeller to a common rib base section (26) are united.

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6. impeller according to at least one of the preceding claims, characterized in that the ribs (26, 22) have a lower height (recesses 28) near the hub than in the larger diameter areas.

7. Impeller according to one of claims 1, 2, 5 or 6, characterized in that each blade (16) at least three radial ribs (22, 32, 33) are opposite each other and each radial arm (20) has a pitchfork-shaped cross-section is (Figures 5 to 7).

8. Impeller according to one of claims 1 to 7, characterized by an odd number of radial arms (16).

9. Impeller according to one of claims 1 to 8, characterized in that the radial arms (16) are different Have pitch distances to each other.

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