DE4418051C2

DE4418051C2 - Verdichterrad

Info

Publication number: DE4418051C2
Application number: DE4418051A
Authority: DE
Inventors: Urs Bodmer; Vishal Dr Mallick; Karl-Heinz Dr Rohne
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1994-05-24
Filing date: 1994-05-24
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2014-05-25
Also published as: DE4418051A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung geht aus von einem Verdichterrad eines Ver dichters gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Schrift EP 0 593 797 A1 ist ein Verdichterrad für einen Verdichter bekannt. Dieser Verdichter ist für die Ver dichtung eines gasförmigen Mediums vorgesehen. Das Verdich terrad weist angeformte Laufschaufeln auf, die auf der Seite, auf der das gasförmige Medium eintritt, mit einer Ummantelung versehen sind. Die Ummantelung ist mit den Enden aller Laufschaufeln verbunden. Die Ummantelung erstreckt sich nicht über die gesamte Länge der Laufschaufeln. In dem Bereich, in dem die Laufschaufeln mechanisch am höchsten belastet sind, ist keine Ummantelung vorgesehen, welche Vibrationen derselben verhindern oder zumindest etwas abdämpfen könnte.

Aus der DE-AS 27 13 636 ist ein gattungsgemäßes Verdichterrad bekannt, welches eine mit Laufschaufeln versehene Nabe aufweist. Die mit Laufschaufeln versehene Nabe ist einstückig aus Kunststoff gegossen. Zudem weist es eine die Laufschaufeln außen abstützende Ummantelung auf, die fest mit den Laufschaufelenden verbunden ist. Diese Ummantelung ist ebenfalls aus Kunststoff gegossen. Die mit Laufschaufeln versehene Nabe ist, bedingt durch den für sie vorgesehenen Werkstoff, lediglich für vergleichsweise niedere Betriebstemperaturen geeignet. Wird der Kunststoff für die beiden Gußteile mit Fasern verstärkt, so sind Probleme betreffen die Ausrichtung der Fasern zu erwarten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aerodynamisch günstig ausgebildetes Verdichterrad für einen Verdichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, welches für vergleichsweise hohe Betriebstemperaturen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß die Drehzahl des Verdichters und damit sein Wir kungsgrad gegenüber konventionellen Verdichtern erhöht wer den kann, da die Ummantelung die Laufschaufeln abstützt und einen Teil der auf die Laufschaufeln einwirkenden Fliehkraft aufnimmt. Ferner wird durch die Ummantelung die Schwingungs belastung der Laufschaufeln auf ein Minimum begrenzt. Durch die besonders günstige aerodynamische Gestaltung des Ver dichterrads, die durch die Ummantelung erreicht wird, ergibt sich eine vorteilhafte Erhöhung des Wirkungsgrades des Verdichters.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Lüfterrades wird für die Herstellung der Ummantelung ein vorgefertigtes, kohlenstoffaserverstärktes Thermoplastband verwendet. Bei diesem Thermoplastband ist die Ausrichtung der es verstärkenden Fasern stets optimal gewährleistet, so daß eine vergleichsweise gute Festigkeit der Ummantelung auch bei hohen Betriebstemperaturen gewährleistet ist.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Verdichters,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Verdichters, und

Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Verdichters.

Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständ nis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt.

Die Fig. 1 zeigt einen schematisch dargestellten Teilschnitt durch ein Verdichterrad 1, welches für die Verdichtung eines gasförmigen Mediums vorgesehen ist. Das Verdichterrad 1 ist aus Metall gefertigt, vorzugsweise aus einem Leichtmetall, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Titanlegierung. Es weist eine Nabe 2 auf, an welche Lauf schaufeln 3 angeformt sind. Zwischen den Laufschaufeln 3 sind nicht bezeichnete Strömungskanäle vorgesehen, in die das gasförmige Medium einströmt und auf bekannte Art beschleunigt und verdichtet wird. Das Verdichterrad 1 rotiert mit vergleichsweise großer Geschwindigkeit um eine Achse 4. Die Laufschaufeln 3 werden durch eine konisch aus gebildete Ummantelung 5, die mit den Enden aller Laufschau feln 3 verbunden ist, abgestützt. Zwischen der Ummantelung 5 und der Innenwand eines das Verdichterrad 1 einschließenden Gehäuses 6 verbleibt ein Spalt 7, der so bemessen ist, daß ein Streifen der Ummantelung 5 an dem Gehäuse 6 ausgeschlos sen ist. Ein Pfeil 8 deutet die Strömungsrichtung des in den Verdichter einströmenden unverdichteten gasförmigen Mediums an.

Für die Verbindung der vorgefertigten Ummantelung 5 mit den Enden der Laufschaufeln 3 ist ein elastischer Kleber auf Silikonbasis vorgesehen, hier hat sich der Klebstoff 3145 der Firma Dow Corning als besonders geeignet erwiesen. Die Ummantelung 5 ist aus einem Kunststoff gefertigt, der wegen der hohen Fliehkräfte in der Regel mit einer Faserverstär kung versehen ist. Als Kunststoff eignen sich in diesem Fall besonders temperaturfeste Thermoplaste, die mit Kohlenstof fasern verstärkt sind.

Die Ummantelung 5 wird aus einem vorgefertigten, mit Kohlen stoffasern verstärkten Thermoplastband gewickelt. Die Umman telung 5 wird auf einer den Außenabmessungen des Verdich terrades 1 entsprechenden Lehre gewickelt. Während des Wickelns wird das thermoplastische Material des Bandes kurz zeitig erhitzt und mit der jeweils vorher aufgebrachten Lage verschmolzen. Besonders eignet sich für die gezielte und dosierte kurzfristige Erhitzung ein Laser. Derartige Thermo plast-Wickelverfahren unter Ausnutzung von Lasern als Ener giequelle sind bekannt. Nach dem Abschluß des Wickelvor gangs wird die so vorgefertigte Ummantelung 5 von der Lehre abgenommen, wird auf die Laufschaufeln 3 des Verdichterrades 1 aufgeschoben, und wird mit den äußeren Kanten der Lauf schaufeln 3 verklebt. Beim Wickeln der Ummantelung 5 wird darauf geachtet, daß die Ummantelung 5 mit einer gleich mäßigen Wandstärke ausgeführt wird.

Das Thermoplastband weist eine Matrix aus einem Thermoplast auf. Als Thermoplast hat sich dabei insbesondere Poly phenylensulfid bewährt, ferner wurden mit Polyetherether keton gute Resultate erreicht. Die Matrix aus Polyphenylen sulfid wurde mit einem Faservolumengehalt von 45% verstärkt. Der Querschnitt dieses Bandes betrug 5 mm × 0,4 mm. Der Elastizitätsmodul des Bandes ergab sich zu 87.300 MPa. Die Einsatztemperatur lag in diesem Fall bei etwa 240°C. Die Matrix aus Polyetheretherketon wurde mit einem Faservolumen gehalt von 61% verstärkt. Der Querschnitt dieses Bandes betrug 6 mm × 0,125 mm. Der Elastizitätsmodul des Bandes ergab sich zu 134.000 MPa. Die Einsatztemperatur lag in diesem Fall bei etwa 280°C.

Die Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch eine zweite Ausfüh rungsform eines Verdichters. Bei dieser Ausführungsform umschließt die Ummantelung 5 in der Form einer Bandage lediglich den Bereich der Laufschaufeln 3, der in der Nähe des Eintritts des gasförmigen Mediums in das Verdichterrad 1 liegt. Die Ummantelung 5 kann auch in mehrere Bandagen auf geteilt sein, die entlang der Laufschaufeln 3 verteilt ange bracht werden. In diesem Fall ist es durchaus vorstellbar, daß die unterschiedlichen Bandagen auch aus unterschiedlich zusammengesetzten Materialien bestehen.

Die Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt durch einen Verdichter, bei dem ein strömungsgünstig ausgebildeter Absatz 9 in der Innenwand des Gehäuses 6 die stromabwärts gelegene Stirn seite der Ummantelung 5 abdeckt. Die Stirnfläche der Umman telung 5 liegt bei dieser Ausführung nicht in der Bahn des strömenden gasförmigen Mediums, sie wirkt deshalb nicht als ein den Wirkungsgrad des Verdichters reduzierender Strömungswiderstand.

Bezugszeichenliste

1 Verdichterrad
2 Nabe
3 Laufschaufel
4 Achse
5 Ummantelung
6 Gehäuse
7 Spalt
8 Pfeil
9 Absatz

Claims

1. Verdichterrad (1) mit einer Nabe (2) aus Metall, an welche Laufschaufeln (3) angeformt sind, mit mindestens einer die Laufschaufeln (3) mindestens teilweise außen abstützenden Ummantelung (5) aus Kunststoff, wobei die Ummantelung (5) mittels eines Klebstoffs mit den Laufschaufeln (3) verbunden ist, mit einem das Verdichterrad (1) umgebenden Gehäuse (6), dadurch gekennzeichnet,

- daß die Ummantelung (5) aus einem faserverstärkten Thermoplast gefertigt ist,
- daß die Ummantelung (5) in Lagen auf einer dem Verdichterrad (1) entsprechenden Lehre gewickelt wird, und
- daß während des Wickelns das thermoplastische Material kurzzeitig erhitzt und mit der jeweils vorher aufgebrachten Lage verschmolzen wird.

2. Verdichterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß als Klebstoff ein elastischer Kleber auf Silikonbasis vorgesehen ist.

3. Verdichterrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Ummantelung (5) aus einem vorgefertigten, kohlenstoffaserverstärkten Thermoplastband gewickelt ist.

4. Verdichterrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Matrix des Thermoplastbandes aus Poly phenylensulfid gebildet ist, und
- daß der Faservolumengehalt 45% beträgt.

5. Verdichterrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Matrix des Thermoplastbandes aus Polyether etherketon gebildet ist, und
- daß der Faservolumengehalt 61% beträgt.

6. Verdichterrad nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Ummantelung (5) eine gleichmäßige Wand stärke aufweist.

7. Verdichterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß für das Erhitzen ein Laser verwendet wird.