DE3424925C1 - Turbomaschine mit wenigstens einem radial durchströmten Laufrad - Google Patents

Description

• Diese Diffusoren bestehen aus ringscheibenförmigen Seitenwänden 14 und 15, zwischen denen Leitschaufeln 16 vorgesehen sind.
• Zwischen dem ersten Diffusor 11 und dem Eingang des zweiten Laufrades 6 ist im dargestellten Beispiel eine Kühleinrichtung 17 vorgesehen und zwischen dem Ausgang des zweiten Diffusors 12 und dem Eingang des dritten Laufrades 7 eine weitere Kühleinrichtung 18.
• Solche Kühleinrichtungen sind zweckmäßig bei isothermem Betrieb, bei welchem die Temperatur des geförderten Fluids möglichst konstant gehalten und die durch die Kompression erzeugte Wärme abgeführt werden soll.
• Falls kein isothermer Betrieb vorgesehen ist, kann auf diese Kühleinrichtungen 17 und 18 verzichtet werden und das geförderte Fluid von den einzelnen Diffusoren direkt in den Eingang des nächsten Laufrades geleitet werden.
• Beim Betrieb des Kompressors wird also das zu fördernde Fluid oder das zu komprimierende Gas durch die Ansaugöffnung 19 angesaugt, über mittels einer Verstelleinrichtung 20 verstellbare Eingangsschaufeln 21 in den an der Achse liegenden Eingang des ersten Laufrades 5 geleitet, von dessen Laufschaufeln 8 in radialer Richtung nach außen in den Diffusor 11 transportiert, und von hier über die Kühleinrichtung 17 zur Achse zurück in den Eingang des nächstfolgenden Laufrades 6 geleitet. Vom zweiten Laufrad gelangt das Fluid dann über den Diffusor 12 radial nach außen in die zweite Kühleinrichtung 18, und von hier wieder in axialer Richtung in den Eingang des dritten Laufrades 7, welches es durch den dritten Diffusor 13 verläßt und von hier in die spiralförmige Austrittsöffnung 22 gelangt.
• Fig.2 zeigt die eine Begrenzungsscheibe 14 eines Diffusors, welche die Leitschaufeln 16 trägt in der Aufsicht. Die Begrenzungsscheibe 14 weist für jede Leitschaufel 16 eine Nut 23 auf, deren Abmessungen etwas größer sind als die Außenabmessungen des entsprechenden Endes der Leitschaufel 16, das in diese Nut hineingesteckt werden soll. Da also ein gewisses Spiel vorgesehen ist, wird erreicht, daß die Leitschaufeln in den zugehörigen Nuten nicht festsitzen, sondern sich geringfügig und mehr oder weniger unkontrolliert bewegen können. Mit diesem einfachen Mittel wird erreicht, daß sich beim Betrieb praktisch keine Resonanzschwingungen der Leitschaufeln anregen lassen, d. h.
• daß keine Überbeanspruchung durch auftretende Eigenschwingungen stattfinden kann. Außerdem sind keine Schwächungsstellen, wie zum Beispiel Schweißnähte, Verschraubungen oder Nieten vorhanden, was zur Folge hat, daß trotz des losen Sitzes und der unkontrollierten Bewegung der Leitschaufeln im praktischen Betrieb eine deutlich verbesserte Haltbarkeit und Bruchsicherheit zu beobachten ist.
• F i g. 3 zeigt die Randpartie eines Diffusors im Schnitt.
• Wiederum sind zwei Begrenzungsscheiben 14 und 15 vorgesehen. Die eine Begrenzungsscheibe 14 weist eine Nut 23 auf, in welche die Leitschaufel 16 mit einem gewissen Spiel lose eingesetzt ist. Die entgegengesetzte Begrenzungsscheibe 15 weist eine glatte Oberfläche auf, so daß die Leitschaufel 16 auf dieser Oberfläche 24 mit einem vorgegebenen Spiel aufsitzt. Diese Begrenzungsscheibe 15 kann auch weggelassen werden, so daß die Leitschaufeln direkt gegen das Gehäuse anliegen. Zur Erleichterung der Montage, und um ein Herausfallen der Leitschaufeln 16 aus der Nut 23 zu verhindern, kann es zweckmäßig sein, Montagestifte 25 vorzusehen, mit denen die Leitschaufeln 16 während des Zusammenbaus der Turbomaschine in der Nut 23 festgehalten werden.
• Dabei muß jedoch eine gewisse Beweglichkeit der Leitschaufeln gewährleistet bleiben, damit diese sich in ge- wissem Umfang unkontrolliert in der Nut bewegen kann. Es kann auch zweckmäßig sein, die Leitschaufeln 16 in der Nut 23 mittels eines elastischen Klebers festzuhalten, welcher ebenfalls so ausgebildet sein kann, daß eine mehr oder weniger unkontrollierte Bewegung der Leitschaufeln 16 weiterhin gewährleistet ist.
• Vorstehend wurde die erfindungsgemäße Befestigung der Leitschaufeln anhand eines Beispieles einer als Radial-Kompressor ausgeführten Turbomaschine erläutert. Es wird bemerkt, daß sich die Erfindung in gleicher Weise bei anderen Typen von Turbomaschinen radialer Bauart anwenden läßt, beispielsweise bei Radial-Pumpen zur Förderung eines beliebigen Fluids, bei Radial-Turbinen oder bei kombinierten Turbomaschinen, wie zum Beispiel Pump-Turbinen, wobei gegebenenfälls bestimmte Anpassungen vorgenommen werden müssen.
• Hierzu 1 Blatt Zeichnungen - Leerseite -

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Turbomaschine mit wenigstens einem radial durchströmten Laufrad und wenigstens einem ringförmigen, wenigstens eine Begrenzungsscheibe und Leitschaufeln aufweisenden Diffusor, d a d u r c h gekennzeichnet, daß eine der ringförmigen Begrenzungsscheiben (14) Nuten (23) aufweist, die etwas größere Abmessungen besitzen als die Enden der Leitschaufeln (16), und daß die Enden der Leitschaufeln (16) in diese Nuten (23) lose mit einem vorgegebenen Spiel eingesetzt sind, so daß die Leitschaufeln (16) in gewissem Masse unkontrolliert beweglich sind.
2. 2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (16) in den Nuten (23) der Begrenzungsscheibe (14) mit eine gewisse Beweglichkeit der Leitschaufeln gewährleistenden Montagestiften (25) gesichert sind.
3. 3. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (16) in den Nuten (23) mit einem elastischen, eine gewisse Beweglichkeit der Leitschaufeln gewährleistenden Klebstoff befestigt sind.
4. 4. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Enden der Leitschaufeln (16) auf der Oberfläche (24) der anderen Begrenzungsscheibe (15) oder gegen das Gehäuse mit einem gewissen Spiel aufsitzen.

   Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine mit wenigstens einem radial durchströmten Laufrad und wenigstens einem ringförmigen, wenigstens eine Begrenzungsscheibe und Leitschaufeln aufweisenden Diffusor.

   Solche Turbomaschinen werden beispielsweise als Kompressoren, Pumpen oder Turbinen verwendet und sind beispielsweise aus US-PS 3795458, US-PS 38 92 499, US-PS 3927 763 oder DE-OS 30 12 904 bekannt. Dabei dienen die die Laufräder umgebenden Diffusoren und deren Leitschaufeln der Umwandlung der Strömungsenergie am Austritt des Laufrades in Druck mit möglichst geringem Verlust.

   Die Diffusoren bestehen dabei aus einer oder zwei Begrenzungsscheiben, die die Strömung umlenkende Leitschaufeln tragen. Aus Gründen der leichteren Herstellbarkeit und Montage werden dabei vorzugsweise überhängende Leitschaufeln verwendet, die nur mit einem Ende an einer der Begrenzungsscheiben befestigt sind, während das freie Ende an der gegenüberliegenden Begrenzungsscheibe oder direkt am Gehäuse anliegt Die Leitschaufeln wurden dabei bisher entweder an die Begrenzungsscheibe angeschweißt, genietet, angeschraubt oder aus dem Vollen gefräst. Da die Leitschaufeln im Betrieb jedoch einer beträchtlichen Schwingungsanregung durch vorhandene Strömungsinstabilitäten ausgesetzt sind, besteht die Gefahr einer Überbeanspruchung durch Resonanzschwingungen.

   Dadurch besteht die Gefahr von Materialrissen, welche in der Regel an den Stellen der größten Biegebeanspruchung, den Schweißstellen, oder der Einspannstelle auftreten. Bei einer Schweißung der Leitschaufelenden besteht außerdem eine gewisse Unsicherheit bezüglich des Materialgefüges und der Festigkeit an den Schweißstellen.

   Es wurde bereits versucht, diese Schwierigkeiten dadurch zu umgehen, daß die Begrenzungsscheibe mit den Leitschaufeln aus vollem Material gefräst wurde. Eine solche Art der Herstellung ist jedoch äußerst bearbeitungsintensiv. Zudem werden dadurch Eigenschwingungen der Leitschaufeln nicht vermieden.

   Aus der CH-PS 3 20 493 ist es bekannt, Leitschaufeln in einem inneren und äußeren Befestigungsring so einzusetzen, daß sie zur Kompensation von Wärmeausdehnungen und zur Vermeidung von Wärmespannungen- in Vertiefungen so eingepaßt sind, daß sie sich sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung ausdehnen können. Jedoch ist daraus kein Hinweis darauf zu enlnehmen, wie bei Schaufeln irgendwelcher Art Eigenschwingungen und Materialschäden vermieden werden können.

   Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, bei Turbomaschinen der eingangs angegebenen Art eine mechanisch und geometrisch einwandfreie und kostengünstige Leitschaufel-Befestigung zu schaffen, bei der die Gefahr von Materialschäden vermindert ist und Eigenschwingungen und Resonanzen weitgehend vermieden werden, und die eine größere Auswahl von Materialpaarungen zuläßt.

   Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine der ringförmigen Begrenzungsscheiben Nuten aufweist, die etwas größere Abmessungen besitzen als die Enden der Leitschaufeln, und daß die Enden der Leitschaufeln in diese Nuten lose mit einem vorgegebenen Spiel eingesetzt sind, so daß die Leitschaufeln in gewissem Maße unkontrolliert beweglich sind.

   Dabei kann vorteilhafterweise die Leitschaufel mit einem Montagestift derart gesichert sein, daß noch ein hinreichendes Spiel und eine ausreichende Beweglichkeit gewährleistet ist. Auch kann die Befestigung durch Kleben der Leitschaufel in die Nut mit einem elastischen Klebstoff erfolgen, wobei ebenfalls eine genügende Beweglichkeit erreicht wird.

   Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die lose in die Nuten hineingesteckten und in einem gewissen Maße beweglichen Leitschaufeln wegen der undefinierten Beweglichkeit nicht zu Eigenschwingungen angeregt werden und daher eine deutlich bessere Festigkeit im praktischen Betrieb - der Turbomaschine aufweisen als fest und unbeweglich mit einer Begrenzungsscheibe verbundene Leitschaufeln, beispielsweise angeschweißte oder angeschraubte Leitschaufeln.

   Die Erfindung wird anhand der in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

   F i g. 1 zeigt einen Radial-Kompressor im Schnitt.

   F i g. 2 zeigt eine Begrenzungsscheibe eines Diffusors im Schnitt.

   F i g. 3 zeigt die Randpartie eines Diffusors im Schnitt.

   Bei dem in Fig.1 wiedergegebenen Radial-Kompressor ist in einem Gehäuse 1 ein Rotor angeordnet, welcher eine Welle 2 aufweist, die an zweiten Seiten mit Lagern 3, 4 gelagert ist Die Welle 2 trägt axial hintereinander drei Laufräder 5,6 und 7, die mit Laufschaufeln 8,9, 10 versehen sind, die die geförderte Luft oder das zu komprimierende Gas von der Laufradachse radial nach außen transportieren. Die Breite der Laufräder nimmt dabei entsprechend dem Kompressionsgrad sukzessive ab. In Radialrichtung an den Umfang der Laufräder 5,6 und 7 anschließend sind im Gehäuse ortsfeste, ringförmig ausgebildete Diffusoren 11, 12 und 13 vorgesehen.