DE712910C

DE712910C - Impeller for centrifugal compressors or centrifugal pumps

Info

Publication number: DE712910C
Application number: DER98155D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Hingst
Original assignee: Rheinmetall Borsig AG
Current assignee: Rheinmetall AG
Priority date: 1936-12-24
Filing date: 1936-12-24
Publication date: 1941-10-28

Description

Laufrad für Fliehkraftverdichter oder Fliehkraftpumpen Bei Fliehkraftverdichtern ist das zu erlangende Verdichtungsverhältnis durch die zur Anwendung kommende Umfangsgeschwindigkeit bestimmt, die von der zulässigen Materialbeanspruchung und Formgebung des Laufrades abhängig ist.Impeller for centrifugal compressors or centrifugal pumps for centrifugal compressors is the compression ratio to be achieved through the peripheral speed used determined by the permissible material stress and shape of the impeller is dependent.

Es ist bei Turbinen bereits vorgeschlagen worden; den die Schaufelung tragenden Radkörper aus drei Scheiben zusammenzusetzen, um eine gleichmäßige Härtung des Radkörpers bei der Vergütung zu erlangen. Die Scheiben sind mit unterschnittenen Nuten bzw. dazu passenden Federn versehen und werden durch Schrumpfung miteinander verbunden, so daß die Seitenteile die beim Umlaufen auftretenden Beanspruchungen gleichmäßig mit aufnehmen. In ähnlicher Weise werden Turbinenlaufräder auch aus einem Radkörper, der an derWelle durchTragringe verstärktist, hergestellt. Die BemessungundFormgebung der auf die Welle aufgesetzten Radteile muß in Anpassung an das mittlere Rad erfolgen, da gleiche Baustoffe angewendet werden. Mit dieser Gestaltung des Rades wird eine Steigerung der Umfangsgeschwindigkeit über das bisherige Maß nicht angestrebt.It has already been proposed for turbines; the shoveling load-bearing wheel center composed of three discs to ensure uniform hardening of the wheel center in the remuneration. The slices are with undercut Grooves or matching tongues are provided and are shrunk together connected, so that the side panels take the stresses that occur when walking around absorb evenly. In a similar way, turbine runners are also made from a wheel body, which is reinforced on the shaft by support rings. The dimensioning and shaping the wheel parts placed on the shaft must be adapted to the middle wheel, because the same building materials are used. With this design of the wheel a Increase in peripheral speed beyond the previous level is not intended.

Es ist ferner bekannt, die Tragscheiben der Schaufeln von Kreiselmaschinen, z. B. von Fliehkraftverdichtern, mit der Welle aus einem Stück herzustellen, wodurch sich die Möglichkeit zur Erhöhung der Drehzahl bietet. In diesem Falle ist der Steigerung der Umfangsgesch,#vzndigkeit durch den kadkörper selbst .eine Grenze gesetzt, da dieser den gleichen Durchmesser wie die Schaufelung besitzt und das Laufrad mit den Schaufeln meist durch Nietung verbunden ist.It is also known that the support disks of the blades of centrifugal machines, z. B. of centrifugal compressors to produce with the shaft in one piece, whereby there is the possibility of increasing the speed. In this case it is an increase the circumferential speed of the cadre itself. A limit is set there this has the same diameter as the blades and the impeller with it the blades are usually connected by riveting.

Bei einer weiteren bekannten Bauart eines Fliehkraftverdichters besteht der Läufer aus einem auf die Welle aufgeschrumpften Radkörper geringen Durchmessers, der mit einem Leichtmetallring verschraubt ist, welcher gemeinsam mit dem Einlauf- oder Abdichtring die ebenfalls aus Leichtbaustoff gebildete Schaufel.ung trägt. Abgesehen von dem hierdurch bedingten verwickelten Aufbau desLäufers sind mit dieser Einrichtung keineswegs Drehzahlen bis zu 30 000 Umdr./Min. erreichbar, wie sie heutzutage bei vielen Maschinenanlagen verlangt werden, da die mit höchster Umfangsgeschwindigkeit umlaufenden äußeren Bauteile nicht nur weben ihrer Herstellung aus Leichtmetall, sondern 'auch wegen der erheblichen Schwächung durch Verbindungsteile nicht hoch beanspruchbar sind.In another known type of centrifugal compressor, the rotor consists of a small diameter wheel body which is shrunk onto the shaft and is screwed to a light metal ring which, together with the inlet or sealing ring, carries the blade, which is also made of lightweight material. Apart from the complicated structure of the rotor caused by this, speeds of up to 30,000 rpm are by no means possible with this device. achievable, as they are required nowadays in many machine systems, since the outer components rotating at the highest circumferential speed not only weave their manufacture from light metal, but are also not highly stressable because of the considerable weakening by connecting parts.

Der Gegenstand der Erfindung, bei dem das Laufrad in einen die Schaufeln tragenden Schaufelkörper und in eine die Fliehkräfte aufnehmende Stützscheibe kleineren Durchmessers unterteilt und .der Schaufelkörper aus einem Werkstoff von geringer Festigkeit, z. B. Leichtmetall, hergestellt ist und ferner die Stützscheibe mit der Laufradwelle aus einem Stück besteht, läßt einen Betrieb des Verdichters mit derartigen hohen Umfangsgeschnzndigkeiten zu. Der einteilige Schaufelkörper nimmt bei dieser Bauart bis zu einer bestimmten Umfangsgeschwindigkeit die eigenen Beanspruchungen auf und wird bei höheren -Drehzahlen durch die Stützscheibe entlastet. Die von der Stützscheibe aufgenommenen Kräfte können um so größer sein, je geringer die Beanspruchung durch eigene Fliehkräfte ist: Die Stützscheibe besitzt daher gegenüber dem Schaufelträger einen möglichst kleinen Durchmesser und damit eine kleine Umfangsgeschwindigkeit und ist ferner mit der Welle aus einem Stück hergestellt.The object of the invention in which the impeller into a blade body that carries the blades and one that absorbs the centrifugal forces Support disk of smaller diameter divided and .the blade body from one Low strength material, e.g. B. light metal, is made and further the support disk with the impeller shaft consists of one piece, can be operated of the compressor with such high peripheral speeds. The one-piece With this type of construction, the blade body takes up to a certain circumferential speed the own stresses and is at higher speeds by the support disc relieved. The forces absorbed by the support disc can be greater the lower the stress caused by its own centrifugal forces: the support disc has therefore a diameter that is as small as possible compared to the blade carrier, and thus the smallest possible diameter a low peripheral speed and is also made of one piece with the shaft manufactured.

Abgesehen hiervon ergeben sich auch noch besondere Vorteile dadurch, daß die Herstellung des Läufers in einfacher Weise erfolgen kann. Der Läufer besteht nur aus zwei Teilen, nämlich der Welle mit der Stützscheibe und dem Schaufelkörper, deren Fertigung keine Schwierigkeiten bereitet, zumal die Stützscheibe einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser hat. Der Schaufelkörper kann bei einseitig offener Ausführung mit den Schaufeln im Gesenk geschlagen werden; das Einnieten der Schaufeln, wodurch die Beanspruchungsfähigkeit herabgesetzt wird, kommt in Fortfall. Ferner ist aber auch der Zusammenbau mit dem Läufer und die Auswechselung des Schaufelkörpers leicht durchführbar, da die Verbindung beider Teile durch einfache Mittel, z. B. durch eine auf die Welle aufzuschraubende Mutter, bewirkt werden kann.Apart from this, there are also special advantages: that the manufacture of the rotor can be done in a simple manner. The runner passes only made of two parts, namely the shaft with the support disc and the blade body, the production of which poses no difficulties, especially since the support disc is a relatively has a small diameter. The blade body can be open on one side be hit with the shovels in the die; the riveting of the blades, whereby the load capacity is reduced, does not apply. But further is assembly with the rotor and replacement of the blade body are also easy feasible, since the connection of both parts by simple means, e.g. B. by a nut to be screwed onto the shaft can be effected.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Laufrades dargestellt. Es zeigen Abb. i ein einstufiges Laufrad im Schnitt, Abb.2 ein Spannungsdiagramm, Abb.3 eine Ausführung für die Verdichtung des Fördermittels in zwei Stufen.In the drawing are two embodiments of an inventive Impeller shown. Fig. I shows a single-stage impeller in section, Fig.2 a voltage diagram, Fig.3 an embodiment for the compression of the conveying means in two stages.

Das Laufrad nach der Abb. i ist aus der mit der Welle i aus einem Stück bestehenden Stützscheibe 2 'und Odem Schaufelkörper 3 gebildet. Die Stützscheibe 2 trägt an ihrem äußeren Umfang einen ringförmig verlaufenden Haltekranz .l für den Schaufelkörper 3, der mit einem entsprechenden Vorsprung 5 versehen ist. Der Schaufelkörper 3 ist aus Leichtmetall hergestellt. Beim Zusammenbau wird er auf die Welle i aufgeschoben und mittels der Mutter (a an der Stützscheibe 2 festgelegt, wobei der ringförmige Haltekranz .1 :ich um den Vorsprung 5 legt.The impeller according to Fig. I is from the one with the shaft i Piece of existing support disc 2 'and Odem blade body 3 formed. The support disc 2 carries on its outer periphery an annular retaining ring .l for the blade body 3, which is provided with a corresponding projection 5. Of the Blade body 3 is made of light metal. When reassembling it will open the shaft i is pushed on and fixed to the support washer 2 by means of the nut (a, wherein the annular retaining ring .1: I puts around the projection 5.

Die im Betriebe infolge der Fliehkraft auf den Schaufelkörper zur Einwirkung kommen-'den Spannungen sind aus dem in Abb. 2 dargestellten Diagramm ersichtlich. Die Darstellung ,gibt ein Bild von der günstigen Verteilung der durch die Zentrifugalwirkung erzeugten Kräfte auf das Laufrad. In dem Schaufelkörper 3 tritt von der Welle i bis zu dem Angriffspunkt des Haltekranzes ,l eine mit dem Durchmesser zunehmende Druckbeanspruchung entsprechend der Kurve a auf, die von dem Haltekranz aufgenommen und auf die Stützscheibe 2 übertragen wird. Vom Angriffspunkt des Haltekranzes ,l bis zum äußeren Raddurchmesser wird der Schaufelkörper 3 auf Zug gemäß der Kurve b beansprucht. Die gestrichelt dargestellte Kurve c läßt die Beanspruchung eines üblichen Rades erkennen. Die Beanspruchung erfolgt nur auf Zug und nimmt nach der Welle hin gleichmäßig zu.The in operation as a result of the centrifugal force on the blade body Incoming stresses are shown in the diagram shown in Fig. 2 evident. The representation gives a picture of the favorable distribution of the through the centrifugal effect created forces on the impeller. In the blade body 3 occurs from the shaft i to the point of application of the retaining ring, l one with the Diameter increasing compressive stress according to curve a, that of is added to the retaining ring and transferred to the support disc 2. From the point of attack of the retaining ring, l up to the outer wheel diameter, the blade body 3 is on Train claimed according to curve b. The curve c shown in dashed lines can Recognize the stress on a normal bike. It is only used in tension and increases evenly towards the wave.

Bei zweistufigen Verdichtern nach der Abb. 3 erfolgt der Zusammenbau d es Läufers mit der Stützscheibe und der Schaufelkörper in ähnlicher Weise. Die Welle i ist mit einer Stützscheibe 8 aus einem Stück hergestellt, die am äußeren Umfang auf beiden Seiten mit Haltekränzen 9 versehen ist und zur weiteren Entlastung noch auf einem kleineren Durchmesser Haltekränze io trägt. Die Radkörper i i weisen entsprechende Vorsprünge 12 und 13 auf, hinter die sich die Haltekränze legen. Die Verbindung der Schaufelkörper t i mit der Welle i bzw. der Stützscheibe 8 wird durch die .auf die Welle i aufgeschraubten Muttern i q. vorgenommen. Bei dieser Anordnung ergibt sich noch der Vorteil, daß die in der Radscheibe auftretenden Biegungsmomente ganz oder teil@vbise aufgehoben werden und der Axialschub ausgeglichen wird.In the case of two-stage compressors as shown in Fig. 3, the assembly takes place d it rotor with the support disc and the blade body in a similar way. the Shaft i is made of one piece with a support disk 8, which is on the outer The scope is provided on both sides with retaining rings 9 and for further relief still wears retaining wreaths on a smaller diameter. The wheel bodies i i have corresponding projections 12 and 13, behind which the retaining rings lay. the Connection of the blade body t i with the shaft i or the support disk 8 is achieved the nuts screwed onto the shaft i q. performed. With this arrangement there is also the advantage that the bending moments occurring in the wheel disc completely or partially @ vbise are canceled and the axial thrust is compensated.

Claims

I'ATENTAnsrizut: ii impeller for centrifugal compressors or centrifugal pulmps, characterized by the union of the three characteristics that it got into a blade body (3, 11) carrying the blades and into one the centrifugal forces receiving support disc (2, 8) of smaller diameter is subdivided that the blade body made of a material of low strength, e.g. B. light metal is made and that the support disc with the impeller shaft f i) consists of one piece.