DE2537538A1 - Rotoreinheit - Google Patents

Description

Patentanwälte D'pl. _Ing. _{Hm Hauck}

Dipl. Phys. W. Schmitz

D'pf. Ing. E. Graaifs Dipl. ing. W. Wehnert Dipl. Phys. w. Carstens B München 2 Mozartstr. 23

Carrier Corporation

Carrier Tower

Syracuse, New York 132ol, USA 7. August 1975

Anwaltsakte M-36ο3

Rotoreinheit

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotoreinheit,insbesondere auf eine Antriebswelleneinheit für ein Lauf- bzw. Flügelrad, bei der die auf einer einzigen Antriebswelle montierten Laufräder hinsichtlich Zahl und Reihenfolge eingebaut oder wiedereingebaut werden können, ohne daß die Welle von der sie tragenden Einheit entfernt werden muß. Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf eine Montageeinrichtung für ein Laufrad für radiale Turboverdichter, damit bei der Abstufung des Verdichters eine große Flexibilität erzielt und eine Anzahl von unterschiedlichen Durchflußmengen unter Verwendung einer gemeinsamen Grundrahmeneinheit erreicht werden kann.

Verdichter, insbesondere diejenigen, die in einem Durchflußmengenbereich zwischen 7oo und 3ooo Kubikfuß/min. arbeiten, werden von der Industrie zur Durchführung einer ansteigenden Anzahl von Auf-

609812/0296

gaben benötigt. Der Trend bei dieser Art von Verdichtern ging daher zu einer Unterbringung der Einheiten in festen Baugruppen, die für die jeweiligen besonderen Anwendungszwecke modifiziert werden konnten. Dabei hat man vorgeschlagen, den Rotor und die damit zusammenwirkenden stationären Verdichterbestandteile in einem auswechselbaren Einsatz anzuordnen. Dieser Einsatz wird von einem Grundrahmen aufgenommen, der die gemeinsamen Maschinenbestandteile, wie die Zwischenkühler, Ölversorgung, Antriebe, Steuerungen etc., enthält. Diese Bauart ist in der US-Patentschrift 3 8o2 795 beschrieben. Obgleich mittels dieses Einsatzes eine gewisse Vereinheitlichung der Grundrahmenteile erzielt werden konnte, mußte jedoch noch für jeden Durchflußmengenbereich ein neuer und relativ unterschiedlich ausgebildeter Einsatz verwendet werden.

Um einige der Nachteile bei dem oben beschriebenen System zu überwinden, wurde ein Baukastensystem entwickelt, um eine noch größere Vereinheitlichung zwischen austauschbaren TeJJen zu erreichen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung spielt bei diesem Baukastensystem eine wichtige Rolle, indem sie es ermöglicht, daß die Laufräder des Verdichters auswechselbar auf einer Antriebswelle gelagert werden können, die von einem gemeinsamen Grundrahmen getragen wird. Bei der Montage der Laufräder muß die Antriebswelle nicht aus ihren Traglagern entfernt oder in anderer Weise vom Antrieb der Maschine abgekuppelt werden.

Ziel der Erfindung ist es, verbesserte Radialturboverdichter, insbesondere in festen Baugruppen untergebrachte Verdichter , vorzu-

609812/0296

sehen, mit denen Durchflußmengen zwischen 7oo und 3ooo Kubikfuß/ min. erzielt werden können.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Montageeinrichtung für ein Laufrad, mittels der die Anzahl und Reihenfolge der auf einer gemeinsamen Antriebswelle montierten Laufräder in einfacher Weise geändert werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Verbesserung eines Grundrahraenverdichters durch die Anordnung von 'littein zur Montage einer Reihe von Laufrädern in verschiedenen vorgegebenen Reihenfolgen auf einer gemeinsamen Antriebswelle, ohne daß die Antriebswelle vom Grundrahmen entfernt werden muß.

Diese und andere Ziele der Erfindung werden durch eine Einheit erreicht, die eine Antriebswelle aufweist, welche drehbar in einem Antriebsrahmengehäuse gelagert ist, einen Wellenzapfen, der mit einem Außengewinde versehen und in mindestens ein Ende der Antriebswelle einsetzbar ist, so daß er in Axialrichtung mit dieser fluchtend von der Welle gelagert wird, ein auf dem Wellenzapfen montiertes Laufrad, einen zwischen die Antriebswelle und den Wellenzapfen einschiebbaren Keil, der mit dem Laufrad in Eingriff

bringbar ist, so daß Antriebswelle, Wellenzapfen und Laufrad als ,Einheit zusammen rotieren, wenn die Welle in Drehungen versetzt

wird, sowie Mittel, die eine Bewegung des Laufrades in Axialrichtung I
auf dem Wellenzapfen verhindern. Bei einer anderen Ausführungsform

der Erfindung ist auf dem Wellenzapfen ein zweites Laufrad in Tan-¹

- 4 60981 2/0296

demanordnung mit dem ersten Laufrad montiert, wobei ein Keil zwischen den Wellenzapfen und die beiden Laufräder eingesetzt ist und auf diese Weise eine Verblockung der Laufräder mit der Antriebswelle herstellt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, in der eine erfindungsgemäß ausgebildete Antriebswelleneinheit für ein Laufrad dargestellt ist.

Die in der Zeichnung dargestellte, allgemein mit Io bezeichnete Maschine ist ein fliegend gelagerter Mehrstufen-Radialturboverdichter, der aus einem stationären Grundrahmen 11 als Gehäuse für den Maschinenantrieb und zwei Verdichterabschnitten 12 und 13, die vom Grundrahmen auf zwei Endplatten 14,15 abgehängt sind, welche über Bolzen oder mittels Schweißen am Grundrahmen befestigt sind, besteht. Im Grundrahmen ist ein Hauptantriebsrad 17 gelagert, das über geeignete Antriebsmittel, z.B. einen Elektromotor, eine Turbine, einen Verbrennungsmotor o.a. angetrieben wird. Des weiteren ist im Grundrahmen in Lagern 21,22 eine Vorgelegewelle 2o derart angeordnet,daß das auf der Welle mittig positionierte Ritzel 25 mit dem Antriebsrad 17 kämmt. Der Hauptteil 26 der Vorgelegewelle erstreckt sich nach außen durch eine Wellenöffnung 27, die im rundrahmen und den beiden Endplatten ausgebildet ist, so daß die aeiden Enden der Vorgelegewelle in die Verdichterabschnitte 12,13 lineinreichen. Außerhalb der beiden Wellenlager ist ein Paar von , Vellendichtungseinheiten 29,3o angeordnet. Jede Einheit trägt eine \

60981 2/0296

Vielzahl von Buchsen, die verhindern, daß sich die in den Verdichterabschnitten befindlichen Strömungsmittel nicht in den Antriebsbereich oder daß sich Öldämpfe aus dem Antrieb in die Verdichterabschnitte bewegen.

Wie man der Zeichnung entnehmen kann, ist innerhäb des Verdichterabschnittes 12, der auf der linken Endplatte 14 hängend angeordnet ist, ein Laufrad 32 einer ersten Stufe gelagert. Beim Zusammenbau wird das laufrad gleitend auf einem länglichen Zapfen 33 monin

tiert, der/die Endseite 35 der Welle eingeschraubt wird, so daß er zu dieser in axialer Richtung ausgefluchtet ist. Die Nabe des Laufrades ist mit einer in Axialrichtung ausgeweiteten Schulter 37 versehen, die als Preßpassung in eine komplementär ausgebildete öffnung 38, welche in der Endseite der Laufradwelle ausgebildet ist, eingesetzt ist. Die Schulter dient dazu, eine Radialverschiebung des Laufrades zu verhindern und begünstigt darüber hinaus die Lagerung des Laufrades gegen die Endseite der Welle, so daß auf diese Weise die unter Betriebsbelastungen auftretenden Abnutzungen verringert werden.

In Eingriff mit der Welle 26 und dem Wellenzapfen 33 befindet sich ein Keil 4o, der sichert, daß die Elemente als Einheit rotieren. Der Keil ist weiter so lang ausgebildet, daß er sich über die Endseite der Welle hinaus erstreckt, um mit der Nabe des Laufrades fest in Eingriff zu treten und auf diese Weise das Laufrad sowohl mit dem Wellenzapfen als auch der Welle zu verblocken. In das ^;freie Ende des Wellenzapfens ist eine Sicherungsmutter 4 2 einge-

609812/0296

schraubt, welche gegen eine mit einer Ausnehmung versehene Unterlegscheibe 4 3 drückt. Die Mutter preßt das Laufrad gegen die Stirnseite der Welle, so daß dieses darauf einen festen Sitz hat, und verhindert eine Axialverschiebung des Laufrades auf dem Wellenzapfen.

Wendet man sich nunmehr dem gegenüberliegenden Ende der Welle zu, so erkennt man eine zweite Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung, gemäß der zwei Laufräder in Tandemanordnung auf der Vorgelegewelle gelagert sind. Bei dieser besonderen Ausführungsform ist ein Außenlaufrad 53, das einen Teil der zweiten Verdichterstufe bildet, und ein Innenlaufrad 54, das einen Teil der dritten Verdichterstufe bildet, auf einem gemeinsamen langen Wellenzapfen 52 gelagert, der in der gleichen Weise wie oben beschrieben in das Ende der Welle eingeschraubt ist. Wie bereits erwähnt, ist das Innenlaufrad 54 über die Preßpassung der ausgeweiteten Schulter 57 in die Ausnehmung 58 und das Verkeilen des Laufrades mit dem Wellenzapfen 55 und der Welle mittels eines gemeinsamen Keiles 59 an der Welle befestigt.

Wie man der Zeichnung entnehmen kann, stößt die Rückseite des Laufrades der zweiten Stufe gegen das Ende der ausgeweiteten Nabe des Laufrades der dritten Stufe. Das Laufrad der zweiten Stufe ist wiederum mit einer ausgeweiteten Schulter 68 versehen, die als Preßpassung in eine Ausnehmung 69 eingesetzt ist, welche in der Nabe 6o des Laufrades der dritten Stufe ausgebildet ist. Ein !zweiter Keil 65 wird von dem Wellenzapfen getragen und befindet \

809812/0296 " ^? "

2 b 3 7 5 3 8

sich mit beiden Laufradnaben in Eingriff, so daß auf diese Weise beide Laufräder mit dem Wellenzapfen verblockt werden und zusammen mit diesem rotieren können. Um die in dem Wellenzapfen auftretenden Spannungen zu verringern und das Ausgleichen der Einheit zu erleichtern, sind die beiden Keile 59,65 um 18o° versetzt angeordnet. Die gesamte, aus zwei Laufrädern bestehende Einheit ist mittels einer Sicherungsmutter 7o, die in das freie Ende des Wellenzapfens 55 eingeschraubt ist, und über eine mit einer Ausnehmung versehene Unterlegscheibe 71 das Laufrad der dritten Stufe in Kontakt mit der Endseite 72 der Welle und das Laufrad der zweiten Stufe in Kontakt mit der ausgeweiteten Nabe des Laufrades der dritten Stufe drückt, gegen Axialbewegungen gesichert.

Wie man dem Vorstehenden entnehmen kann, können bei der hier beschriebenen Einheit die einzelnen Laufräder in bequemer Weise montiert oder wieder auf die Welle gesetzt werden, ohne daß diese von dem Grundrahmen entfernt werden muß. Um ein Laufrad auf der Welle zu montieren, wird ein Wellenzapfen vorgegebener Länge in die Welle eingeschraubt, und beide werden miteinander verkeilt. Der Keil ist relativ lang ausgebildet und erstreckt sich über die Endseite der Welle hinaus. Als nächstes wird das Laufrad auf den Wellenzapfen gesetzt und der Keil mit einer Keilnut ausgefluchtet, die in der Laufradnabe ausgebildet ist. Das Laufrad wird dann als Preßpassung in die Welle eingesetzt, wodurch der Keil in die Nut eingeschoben wird. Schließlich wird die Sicherungsmutter am Ende der Welle befestigt und angezogen. Auf diese Weise kann die gesamte Einheit \

i an Ort und Stelle gesichert werden. In den Fällen, bei denen mehr

609812/0296

253753η

— ο —

als ein Laufrad auf einem gemeinsamen Wellenzapfen montert werden soll, wird das erste Laufrad wie oben beschrieben befestigt. Bevor die Sicherungsmutter am Wellenzapfen befestigt wird, wird ein zweiter länglicher Keil zwischen die Wabe des ersten Laufrades und den Wellenzapfen eingeschoben, und das zweite Laufrad wird als Preßpassung in das erste Laufrad wie beschrieben eingesetzt, so daß auf diese Weise der Keil in die Nabe des zweiten Laufrades eingeschoben wird. Bei dieser Ausfuhrungsform sind die beiden Laufräder, die Welle und der Wellenzapfen derart miteinander verbunden, daß sie zusammen rotieren können.

Obgleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Grundrahmenmaschine unter Verwendung von drei Verdichtungsstufen beschrieben worden ist, kann die hier offenbarte Laufradmontageeinheit zur Montage einer beliebigen Anzahl von Laufrädern auf einer gemeinsamen Welle verwendet werden. Darüber hinaus kann die Reihenfolge der Anordnung geändert werden, ohne daß von der Erfindung abgewichen wird. Mittels der vorliegenden Montageeinheit wird daher, wenn diese in einer bausteinartigen Grundrahmenmaschine eingesetzt wird, das Auswechseln der einzelnen Bestandteile erleichtert und die Anzahl der erforderlichen Bausteine, die zur Herstellung von Maschi- !nen mit unterschiedlicher Kapazität aus einem einzigen Grundrahmen' ibenötigt werden, beträchtlich verringert.

609812/0296

Claims (1)

1. Carrier Corporation

   Carrier Tower

   Syracuse, N.Y.132ol, USA 7. August 1975

   Anwaltsakte M-36o3

   Patentansprüche

   ( 1.j Vorrichtung zur wieder lösbaren Lagerung eines Laufrades innerhalb eines Verdichters mit einer Antriebswelle, die rait dem Verdichterantrieb verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Wellenzapfen (33), der mit einem Außengewinde versehen ist und der in die Endseite (35) der Welle eingeschraubt ist, so daß der Zapfen koaxial zur Welle ausgerichtet ist, ein Laufrad (32), das auf dem Wellenzapfen montiert ist und eine in Axialrichtung ausgeweitete Nabe (37) aufweist, die als Preßpassung in eine komplementär ausgebildete öffnung (38) eingesetzt ist, welche in der Endseite der Welle ausgebildet ist, um das Laufrad in Axialrichtung zum Wellenzapfen und der Welle ausgerichtet zu halten, einen Keil (4o), der sich mit dem Laufrad, der Welle und dem Wellenzapfen in Eingriff befindet, so daß die drei Elemente als Einheit rotieren, wenn die Antriebswelle in Drehungen versetzt wird, und wieder lösbare Blockiermittel (7o,71), die sich mit dem Wellenzapfen in Eingriff befinden, und das Laufrad , in der Einheit gegen Axialbewegungen sichern. ■

   609812/0296 -lo-

   2. Vorrichtung zur Befestigung einer Vielzahl von Laufrädern in einer Rotationsmaschine mit einer Antriebswelle für die Laufräder, die mit dem Maschinenantrieb verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (26) ein in Axialrichtung ausgerichtetes Innengewinde aufweist, das in deren Endseite ausgebildet ist, daß die Vorrichtung ferner einen länglichen Wellenzapfen (55) aufweist, der mit einem Außengewinde versehen ist, das von dem Innengewinde aufgenommen werden kann, um den Wellenzapfen an der Welle in Axialrichtung zu dieser ausgerichtet zu befestigen, ein erstes Laufrad (6o), das auf den Wellenzapfen in unmittelbarer Nähe der Endseite der Welle montiert ist, einen ersten Keil (59), der sich mit der Welle, dem ersten Laufrad und dem Wellenzapfen in Eingriff befindet, so daß die drei Elemente als Einheit zusammen mit der Welle rotieren, wenn diese in Drehungen versetzt wird, mindestens ein anderes Laufrad (53), das zum ersten Laufrad benachbart auf dem Wellenzapfen montiert ist, einen zweiten Keil (65),der sich mit den beiden Laufrädern und dem Wellenzapfen in Eingriff befindet, so daß beide Laufräder und der Wellenzapfen als Einheit rotieren, wenn die Welle in Drehung versetzt wird, und eine Blockiervorrichtung (7o,71), die wieder lösbar am freien Ende des Wellenzapfens befestigt ist, um eine Axialbewegung der beiden darauf befindlichen Laufräder zu verhindern.

   ß. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das

   erste Laufrad (54) eine ausgeweitete Schulter (57) aufweist, die als Preßpassung in eine komplementär ausgebildete Öffnung (58) eingesetzt ist, welche in der Endseite der Welle ausgebil-

   - 11 60981 2/0296

   det ist, und daß das zweite Laufrad (53) eine ausgeweitete Schulter aufweist, die als Preßpassung in eine komplementär dazu ausgebildete Öffnung eingesetzt ist, welche im ersten Laufrad ausgebildet ist.

   4. Verfahren zur Montage von Laufrädern auf einer Antriebswelle, gemäß dem die Laufräder auf der Welle montiert oder von dieser entfernt werden können, ohne daß die Welle aus ihrer Lagereinheit entfernt werden muß, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

   Befestigen eines länglichen Wellenzapfens in mindestens einer Endseite der Welle in Axialrichtung zu dieser ausgerichtet, Einsetzen eines Keiles zwischen den Wellenzapfen und die Welle, so daß sich ein Teil des Keiles von der Welle nach außen erstreckt,

   Montieren eines Laufrades auf dem Wellenzapfen, so daß sich das Laufrad in unmittelbarer Nähe zu der Endseite der Welle und in Eingriff mit dem erweiterten Teil des Keiles befindet, so daß Laufrad, Wellenzapfen und Welle miteinander verkeilt werden, und Verriegeln des Laufrades mit dem Wellenzapfen, um Axialbewegungen des Laufrades zu verhindern.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:

   Einbringen eines zweiten Keiles zwischen die Außenseite des zuerst montierten Laufrades und den Wellenzapfen, so daß sich der Keil über die Außenseite des zuerst montierten Laufrades hinaus

   - 12 609812/0296

   erstreckt,

   und Montieren eines zweiten Laufrades auf dem Wellenzapfen, so daß dieses zu dem ersten Laufrad benachbart ist und mit dem verlängerten Teil des zweiten Keiles in Eingriff tritt, so daß das erste und zweite Laufrad und der Wellenzapfen miteinander verkeilt werden.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des ersten Laufrades als Preßpassung in eine in der Endseite der Welle ausgebildete Ausnehmung eingesetzt und daß das zweite Laufrad als Preßpassung in eine im ersten Laufrad ausgebildete Ausnehmung eingesetzt wird.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Keil um 18o° zu dem zweiten Keil versetzt angeordnet wird.

   60981 2/0296