DE3709518C2 - Laufrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein aus Blechteilen schweißtech­ nisch hergestelltes geschlossenes Laufrad für Turbinen, Pumpen oder dergleichen, bestehend aus einer Nabe, einer Nabenscheibe, Schaufeln, einer Deckscheibe mit einem ring­ förmigen, einen Saugmund bildenden Teil, wobei die Schau­ feln an einer ihrer Kanten teils mit der Nabe bzw. der Nabenscheibe und an der gegenüberliegenden Kante teils mit der Deckscheibe verschweißt sind.

Derartige Laufräder, wie sie z. B. aus der GB-A-2,049,834 und der DE-C-7 60 890 bekannt geworden sind, finden Verwendung in Strömungsmaschi­ nen, die als Pumpen oder Turbinen für ein flüssiges oder gasförmiges Medium arbeiten. Diese Laufräder sind im all­ gemeinen aus Walzstahl, vorzugsweise aus Chrom-Nickel- Walzstahl gefertigt. Die einzelnen Teile werden beispiels­ weise durch Punktschweißung, Widerstandsschweißung oder Bahnschweißung miteinander verbunden. Dabei werden die Chrom-Nickel-Stahl-Räder unter Schutzgas schweißtechnisch dergestalt hergestellt, daß z.B. die Laufradschaufeln auf eine Scheibe, die die Nabe trägt, aufgeschweißt werden, worauf anschließend eine Deckscheibe, die den Saugmund des Laufrades aufweist, auf die Laufradschaufeln aufgeschweißt wird.

Dabei kann die Nabe mit der Nabenscheibe und die Deck­ scheibe mit dem Saugmund einstückig ausgebildet sein. Je­ doch sind diese Teile auch getrennt herstellbar und können sowohl miteinander als auch mit den Laufradschaufeln ver­ schweißt werden. Es sind auch Ausführungsformen bekannt, bei welchen die Laufradschaufeln im Querschnitt Z-förmig ausgebildet sind. Gegenüber einfachen Laufradschaufeln weisen die letztgenannten also an ihrer oberen bzw. unte­ ren Kante jeweils angesetzte Platten auf, die im Quer­ schnitt zusammen mit dem eigentlichen Schaufelteil die Z- Form oder eine spiegelbildliche S-Form ergeben. Zur Her­ stellung eines Laufrades werden dann die genannten Platten jeweils benachbarter Laufradschaufeln miteinander ver­ schweißt, so daß die Gesamtheit der miteinander verschweiß­ ten unteren Platten die Nabenscheibe bildet, während die Gesamtheit der miteinander verschweißten oberen Platten die Deckscheibe bildet.

Wie immer die beschriebenen Laufräder im einzelnen auch aufgebaut sind und unabhängig von der Reihenfolge der Ver­ schweißung der einzelnen Teile miteinander ergibt sich im­ mer das Problem, daß die jeweils zuletzt herzustellenden Schweißnähte sehr schlecht, d.h. nur von einer Seite und eventuell auch nur vom Inneren des Laufrades her zugäng­ lich sind. Dabei ergeben sich zwangsläufig im Bereich der Schweißnähte enge Spalten und Lücken. Dies gilt insbeson­ dere dann, wenn man die Laufräder nicht durch Widerstands­ schweißen miteinander verbinden kann, was nur bei sehr dünnen Blechen möglich ist, sondern wenn die Teile durch Punktschweißung miteinander verbunden werden.

Die genannten Strömungsmaschinen, wie Turbinen oder Pumpen, transportieren häufig korrosive Medien. Dabei besitzen Laufräder aus Chrom-Nickel-Stahl grundsätzlich den Vor­ teil, daß sie unter Einwirkung von Sauerstoff eine korro­ sionsschützende Passivschicht bilden, die aus einer oxydi­ schen Deckschicht besteht. Allerdings wird diese schützen­ de Deckschicht nur dann aufgebaut, wenn Sauerstoff über den Förderstrom der Materialoberfläche angeboten wird. Ein Nachteil der bekannten Laufräder besteht nun darin, daß sich in den engen Spalten und Ritzen, die sich beim Schwei­ ßen an schlecht zugänglichen Stellen unweigerlich bilden, die korrosiven Substanzen festsetzen und diese Bereiche von der Sauerstoffzufuhr abschneiden. Dies führt zu den sogenannten Spaltkorrosionen, bei welchen auch die anson­ sten recht korrosionsbeständigen Chrom-Nickel-Stähle durch das einwirkende korrosive Medium sehr schnell korrodieren, da sich die schützende Oxydschicht nicht bilden kann.

Auch die Korrosionsbeständigkeit anderer Materialien, wie z.B. Aluminium oder Zink ist auf die Ausbildung einer oxy­ dischen Deckschicht zurückzuführen. Die Erfindung bezieht sich daher ganz allgemein auf aus einem derartigen Mate­ rial hergestellte Laufräder.

Aus der DE 29 18 958 A1 ist ein Kreiselpumpenlaufrad zur Förderung abrasiver Medien bekannt, welches eine auf die Laufradschaufeln aufvulkanisierte Gummischicht aufweist. Für den besseren Halt der Gummischicht sind entlang der Schaufelkanten am Übergang zur Deckscheibe bzw. zur Nabenscheibe Aussparungen vorgesehen, durch welche das Gummi hindurchdringen kann, so daß die Schichten beiderseits der Schaufelflächen zusammenhängen und ein festerer Halt der Gummischicht an den Laufradschaufeln gewährleistet ist. Dabei werden die Aussparungen an den Kanten durch das eindringende Gummi verschlossen. Die Verwendung gummierter Laufräder ist jedoch in manchen Fällen unerwünscht, weil dadurch das Gewicht des Laufrades und auch die Reibung zwischen Laufrad und Fördermedium erhöht wird. Außerdem ist eine solche Gummischicht gegenüber manchen Fördermedien chemisch nunbeständig und hält auch nicht allen eventuell auftretenden physikalischen Bedingungen, wie im Falle sehr heißer oder sehr kalter Fördermedien, Stand.

In Anbetracht der geschilderten Korrosionsprobleme liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Laufräder der eingangs genannten Art zu schaffen, welche keine, oder zumindest eine erheblich verringerte Spaltkorrosion auf­ weisen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im schlecht zugänglichen mittleren Bereich an mindestens einer der Kanten, die mit der Nabenscheibe bzw. der Deckscheibe teilweise verschweißt sind, ein definierter und vom Fördermedium durchströmbarer Spalt vorgesehen ist, der sich über 20% bis 60% der Länge der entsprechernden Kante erstreckt.

Dabei versteht es sich, daß der definierte Spalt im allge­ meinen größer und vor allem gleichmäßiger ist als die sich beim Schweißen ansonsten zufällig bildenden engen Spalte und Lücken, in welchen sich das transportierte Medium festsetzen kann. Die Spaltbreite wird also so groß gehal­ ten, daß der Spalt von dem transportierten Medium gut durchströmt wird. Konkret liegen die Spaltbreiten je nach der Blechstärke der Schaufeln in einer Größenordnung von 0,2 bis 0,5 mm.

Die Wirkungsgradverluste, die sich dadurch für die Pumpe oder Turbine ergeben, sind wegen des geringen Gesamtquer­ schnittes des Spaltes im Vergleich zur Schaufelfläche ver­ nachlässigbar. Zusätzlich besteht für das Anordnen des Spaltes ein gewisser Spielraum, so daß vorzugsweise solche Bereiche der Schweißnaht durch einen Spalt ausgespart wer­ den, in welchen die Strömungsverluste relativ gering sind.

Grundsätzlich ist selbstverständlich darauf zu achten, daß erfindungsgemäß der definierte Spalt vorzugsweise in durch Schweißen nicht oder nur schlecht zugänglichen Bereichen vorgesehen ist.

In den meisten Anwendungsfällen wird mit dem korrosiven Medium auch ein mehr oder weniger großer Anteil von Sauer­ stoff transportiert, so daß dieses Sauerstoffangebot mei­ stens ausreicht, um die Ausbildung und Aufrechterhaltung einer korrosionsschützenden, oxydischen Deckschicht zu ge­ währleisten. Wird nun der definierte Spalt von dem korro­ siven Medium durchströmt, so wird auch hier permanent in ausreichendem Maße Sauerstoff angeboten. Durch das Ausbil­ den eines, gegebenenfalls auch mehrerer, definierter Spalte wird also die zufällige Ausbildung von sehr kleinen und engen Spalten und Winkeln, in welchen sich das korrosive Medium festsetzen kann, vermieden. Die Bereiche, in wel­ chen sich das korrosive Medium festsetzt, verarmen an Sau­ erstoff und da kein neuer Sauerstoff nachgeführt werden kann, beginnt dort die Korrosion.

Dies gilt insbesondere dann, wenn die Laufräder nur kurz­ fristig mit dem korrosiven Medium in Berührung kommen, beispielsweise beim Reinigen, während sie ansonsten aus­ reichend mit Sauerstoff versorgt werden. Auch in solchen Fällen schließt das in engen Spalten festsitzende korrosi­ ve Medium diese Bereiche von der Sauerstoffzufuhr ab und wirkt sehr viel länger auf das Material ein, als es dem nur kurzfristigen Transport von größeren Mengen des korro­ siven Mediums durch das Laufrad entspricht.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß ein definierter Spalt in den Schweißnähten zwischen Schaufeln und Deckscheibe vorgesehen ist.

Werden nämlich die Schaufeln zunächst mit der Nabe und der Nabenscheibe verschweißt, so sind die entsprechenden Schweißnähte noch sehr gut zugänglich und können glatt und ohne Ausbildung von Spalten hergestellt werden. Nachdem man jedoch die Deckscheibe mit dem Saugmund aufgesetzt hat, läßt sich diese im Bereich um die Mitte der anzu­ schweißenden Schaufelkanten nur sehr schlecht mit diesen verschweißen. Vorzugsweise ist daher in diesem Bereich ein definierter Spalt vorzusehen. Die Länge dieses Spaltes kann dabei beispielsweise zwischen 20 und 60% der Länge der ansonsten herzustellenden Schweißnaht betragen, sich also über 20 bis 60% der oberen Schaufelkante erstrecken.

Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zur Ausbildung des Spaltes eine entsprechende Aussparung in der Oberkante der Schaufeln vorgesehen ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgen­ den Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 ein Laufrad im axialen Längsschnitt und

Fig. 2 ein Laufrad in der Draufsicht.

Wie man im Querschnitt der Fig. 1 sehr schön erkennt, be­ steht ein Laufrad aus der Nabe 1 mit einer daran angesetz­ ten Nabenscheibe 6 und den an Nabe 1 und Nabenscheibe 6 angeschweißten Schaufeln 2, auf welche ihrerseits eine Deckscheibe 7 aufgesetzt und angeschweißt wurde. Die Schweißnähte sind durch eine kleine Querstrichelung ange­ deutet. Wie man in Fig. 1 erkennt, ist im Bereich der oberen Schweißnaht, d.h. im Bereich der Schweißnaht 4 zwi­ schen der Oberkante der Schaufel 2 und der Deckscheibe 7 ein Spalt 5 der Breite S vorgesehen. Der Spalt 5 erstreckt sich über etwas mehr als 1/3 der Gesamtlänge der Oberkan­ te der Schaufel 2 bzw. der ansonsten herzustellenden Schweißnaht. Dieser Bereich ist schweißtechnisch nur schwer erreichbar, da man weder von der Saugöffnung 8 noch von der Austrittsöffnung 9 her den Bereich des Spaltes 5 mit Schweißwerkzeugen gut erreichen kann.

In vorteilhafter Weise ergibt sich dabei gleichzeitig, daß die durch den Spalt auftretenden Strömungsverluste bei einem Spalt in diesem Bereich recht gering sind. Diese Frage ist unter anderem im Zusammenhang mit der Entschei­ dung bedeutend, ob man den Spalt 5 besser an der oberen Kante der Schaufel 2 oder an der unteren Kante im Bereich der Verbindung mit der Nabenscheibe vorsieht. Im letztge­ nannten Fall müßten die Schaufeln 2 zweckmäßigerweise zu­ nächst mit der Deckscheibe 7 verschweißt werden und erst anschließend mit der Nabe und der Nabenscheibe 6. Für wel­ chen Fall der Anordnung eines Spaltes sich geringere Strö­ mungsverluste ergeben, hängt dabei jedoch auch von der spezifischen Form der Schaufel und des gesamten Laufrades ab. Wie die Verwendung der Begriffe Saugmund 8 und Aus­ trittsöffnung 9 schon nahelegen, handelt es sich also bei dem hier dargestellten Laufrad um das Laufrad einer Pumpe, eines Ventilators oder dergleichen.

In Fig. 2 ist das Laufrad in der Draufsicht dargestellt, wobei im Bereich einer Schaufel 2 die Deckscheibe 7 fort­ gelassen wurde. Dabei sind jedoch die geschweißten Berei­ che 4 der Oberkante der Schaufel 2 durch eine Querstriche­ lung bzw. -schraffur dargestellt, während der Spalt 5 in der Sicht von oben als schwarze Linie erscheint. In den gestrichelten Bereichen lassen sich die Schweißnähte 4 glatt und ohne Ausbildung von feinen Spalten oder derglei­ chen herstellen, während dies im Bereich des Spaltes 5 nicht mehr möglich wäre.

Durch die Ausbildung des Spaltes 5 wird also bei dem Lauf­ rad dafür gesorgt, daß alle Bereiche des Laufrades in gleicher Weise mit dem korrosiven Medium und mit eventuell vorhandenem Sauerstoff beaufschlagt werden, so daß es im Bereich der Schweißnähte nicht zu einer beschleunigten Korrosion im Vergleich zu anderen Teilen des Laufrades kommen kann.

Claims (3)

1. Aus Blechteilen schweißtechnisch hergestelltes, geschlossenes Laufrad für Turbinen, Pumpen oder dergleichen, bestehend aus einer Nabe (1), einer Nabenscheibe (6), Schaufeln (2), einer Deckscheibe (7) mit einem ringförmigen, einen Saugmund bildenden Teil (3), wobei die Schaufeln an einer ihrer Kanten teils mit der Nabe (1) bzw. der Nabenscheibe (6) und an der gegenüberliegenden Kante teils mit der Deckscheibe (7) verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im schlecht zugänglichen mittleren Bereich an mindestens einer der Kanten, die mit der Nabenscheibe (6) bzw. der Deckscheibe (7) teilweise verschweißt sind, ein definierter und vom Fördermedium durchströmbarer Spalt (5) vorgesehen ist, der sich über 20% bis 60% der Länge der entsprechenden Kante erstreckt.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen 0,2 und 0,5 mm breit ist.

3. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Kante der Schaufeln (2) eine Aussparung aufweist, mit der der Spalt (5) gebildet wird.