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Axial und ,teilweise beaufschlagtes Laufrad von Kreiselmaschinen Laufräder
von ,axial und teilweise beaufschlagten Kreiselmaschinen, insbesondere von Dampf-
und Gasturbinen, sind großen Biegebeanspruchungen äusgiesetzt, da der auf einem
kleinen Umfangsteil des Schaufelringes auf. treffende Treibmittelstrahl einen großen
Druck ausübt, der mit einem ungefähr dem um den Nabenhalbme,s,ser verringerten Laufradhalbmesser
gleichkommenden Hebelarni wirkt. Die Folge davon ist, namentlich bei freier Lagerung,
.also bei fliegenden Scheiben, ein Flattern des federnden Laufrades, das durch ein
Abbiegen der b.eaufschlagten Stelle in Richtung des Triebmittelflusses gekennzeichnet
ist, während der dieser Stelle im Durchmesser gegenüberliegende Teil im entgegengesetzten
Sinne ausweicht. Dieses Flattern hat eine erhöhte Beanspruchung des Laufrades zur
Folge, das einen dauernden Wechsel des, Ausschlages nach der einen Richtung über
die Nullage hinweg nach der anderen Richtung erfährt, wobei sich die Stellen dieser
Wechselbelastung stetig ändern. Zudem ergibt sich aus dem Flattern ein unruhiger
Lauf der Kreiselmaschine.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, dieses Ausweichen des
Laufrades an der Stelle bzw. an den Stellen der Beaufschlagung wenn nicht ganz zu
vermeiden, so aber auf ein Mindestmaß herabzusetzen, indem es die Form einer biegungssteifen
Schale erhält, deren Mittelfläche eine Kugelkalotte mit dem Mittelpunkt in der Wellenachse
des Laufrades ist. Die öffnung der Schale liegt nach der Seite des Treibmitteleintritts
zu. Dadurch erhält das Laufrad eine glockenförmige Gestalt, die an .sich bekannt
ist. Aber in keinem Falle ist eine solche G1ockenforin gesetzmäßig durchgebildet,
vielmehr meistens lediglich durch rein bauliche Maßnahmen bedingt, etwa dadurch,
daß bei zwei gegenläufigen Rädern die Schaufelreihen möglichst nahe aneinandergelagert
werden sollen. Lediglich eine bekannte glockenförmige Ausführung bezieht sich auf
eine radial beaufschlagte, aus mehreren Ringen zusammengesetzte Scheibe mit
einseitig
angeordneten Schaufeln, bei der die Wölbung die durch die einseitige Anordnung der
Schaufeln hervorgerufenen Biegungskräfte durch entgegengesetzte Biegungskräfte ausgleicht,
indem sich der Krümmungsradius der Verbindungslinie der Mitten der geringsten Wandstärken
an den Befestigungsstellen der Laufschaufelreihen von innen nach außen verkleinert.
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Während also durch ein solches glockenförmiges Laufrad die durch die
radiale Beschauflung bedingten Biegespannungen aufgehoben werden sollen, entwickelt
die Erfindung ein axial beaufschlagtes Laufrad von großer Biegungssteifigkeit, indem
sie die Formeiner Kugelschale mit einer Kugelkalotte als Mittelfläche wählt, deren
Mittelpunkt in der Wellenachse liegt. Wenn für ;eine derartige nach den für die
biegungssteife Schale geltenden Festigkeitsgesetzen entwickelte Laufradausführung
ebenfalls die Bezeichnung Glockenform geprägt werden soll, so muß festgestellt werden,
daß sich die öffnung dieser Glocke nach der Beanspruchungsseite Irin befindet. Ein
solches eine Kugelschalenform zeigendes Laufrad wird zwar bei der Drehung durch
die auftretenden Fliehkräfte zusätzlich auf Biegung beansprucht. Dieser Nachteil,
dem durch entsprechende Quersch.nittsmaf)gebung Rechnung getragen werden kann, wird
aber aufgehoben durch den Vorteil des Wegfalls der eben geschilderten Wechselbelastung,
da die Kugelschalenform eine genügende Steifigkeit besitzt und höchstens Durchbiegungen
als Folgen einer schiwellenden Belastung zuläßt.
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Als Beispiel zeigt die Abbildung in wesenhafter Weise den Querschnitt
eines axial und teilweise beaufs:chlagten Kreisehnaschinenlaufrade:s in Schalenform
gemäß dem Erfindungsgedanken.
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Auf der Welle i sitzt das fliegende Laufrad :2, das an seinem äußeren
Umfange den Schaufelkranz 3 trägt. Aus der Düse -. strömt das Treibmittel, das den
Schaufelkranz bei 5 verläßt. Die Strömungsrichtung des ist also durch eine Linie
von q. nach 5 gekennzeichnet. Die Welle i ist in dem Lager 6 geführt.
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Der Querschnitt der Laufscheibe nähert sich dem Querschnitt einer
Schale, wobei selbstverständlich die Umrisse des Querschnittes nach Festigkeitsgesetzen
ermittelt werden. Die Mittelfläche der Laufradschale ist eine Kugelkalotte, die
sich im Querschnitt als Kreisbog:en.4 l darstellt, dessen Halbmesser l2 die Wellenmittellinie
B-B in O schneidet.
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Da das beschriebene Laufrad eine große Biegungssteifigkeit besitzt,
wird die Gefahr seines Schwingens wenn nicht ganz beseitigt, so doch auf ein Mindestmaß
herabgesetzt. Ein weiterer Vorteil eines derartigen Laufrades ist in dem :erhöhten
Widerstandsvermögen gegenüber Eigenspannungen zu finden, die durch den Hürstellungs-
oder Bearbeitungsvorgang des Laufrades oder durch hohe Betriebstemperaturen bedingt
sind. Schließlich sei noch auf die günstige Schwerpunkts-Jage bei fliegender Anordnung
eines solchen Laufrades hingewiesen. Bei der üblichen Scheibenform liegt der Schwerpunkt
S, des Laufrades unter der Schaufel 3 in der Wellenmitte, während er bei dem schalenförmig
aus-;ebildeten Laufrad mehr nach dem Lager hin wandert (vgl. S.).