DE809690C

DE809690C - Laufrad fuer Radialgeblaese und Radialturbinen in Blechkonstruktion

Info

Publication number: DE809690C
Application number: DEP26336A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl-Ing Kohlmann; Gustav Dipl-Ing Zellbeck
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1948-12-24
Filing date: 1948-12-24
Publication date: 1951-08-02

Description

Laufrad für Radialgebläse und Radialturbinen in Blechkonstruktion Bisher war es üblich, Laufräder für Radialgebläse und Radialturbinen aus dem Vollen zu fertigen. Die hierbei notwendig werdende spanabhebende Bearbeitung erfordert auch bei Verschmieden, Pressen, Stauchen oder sonstiger Warm-oder Kaltverarbeitung noch sehr hohe Fertigungskosten. Die von einem Turbinenlaufrad verlangte hohe Wärmefestigkeit macht es notwendig, Sonderstähle, beispielsweise austenitischer Art, zu verwenden, die sehr schwer verarbeitbar sind. Außerdem ergibt sich bei der spanabhebenden Bearbeitung zwangsläufig, daß die Gestalt des Fräsers und das angewendete Fräsverfahren die Formgebung der Schaufel maßgeblich beeinflussen, was zur Folge hat, daß die Schaufel in vielen Fällen nicht die gemäß theoretischen Erwägungen notwendige, strömungstechnisch richtige Formgebung erhalten kann. Hierzu kommt weiterhin, daß das Gewicht derartiger, aus dem Vollen hergestellter Turbinen-Laufräder verhältnismäßig groß ist, was die Dimensionierung der Welle und Lagerung ungünstig beeinflußt. Die im letzteren Falle auftretenden großen Querschnitte erleichtern den Wärmetransport nach der Mitte des Turbinenrades zu, was einen verhältnismäßig hohen Wärmeanfall für das in der Nähe der Laufradmitte liegende Lager bedeutet. Die Wärmebeanspruchung dieser Lager ist aber vielfach überhaupt ausschlaggebend für die Frage der Baumöglichkeit einer Gas- bzw. Abgasturbine.
Die erfindungsgemäßen Turbinenlaufräder vermeiden die vorgenannten technischen Schwierigkeiten dadurch, daß die Laufräder in Blechkonstruktion derart hergestellt werden, daß eine intensive Innenkühlung ermöglicht und der Wärmetransport nach dem turbinenseitigen Lager zu möglichst gering gehalten wird.
Das erfindungsgemäße Turbinenlaufrad in Blechkonstruktion besteht aus .der tragenden Grundscheibe i, einem dem Schaufelfuß angepaßten Blechformkörper 2, auf dem die Blechschaufeln 3 in geeigneter Form befestigt sind. Diese Befestigung kann beispielsweise durch elektrische Widerstandsschweißung erfolgen; ebenso kann die Verbindung der Grundscheibe mit dem Blechformkörper und den Schaufeln durch elektrische Schweißung 5 am Rande des Turbinenrades erfolgen. Durch Anwendung der bekannten schweißtechnischen Verfahren, wie beispielsweise Buckelschweißung für den Fall, daß es sich um abgewinkelte Schaufelfüße handelt; Stegschweißung usw., kann im Vergleich zur Herstellung in spanabhebender Fertigung ein sehr wirtschaftliches Herstellungsverfahren erreicht werden. Die Grundscheibe i wird in vielen Fällen, in denen das Turbinenrad mit sehr großen Drehzahlen (etwa 30000 bis 6ooooU!min) läuft; bei denen also erhebliche Fliehkräfte auftreten, zweckmäßigerweise konisch gestaltet.
Die einzelnen in Achsnähe liegenden Enden der Schaufelfüße werden mittels einer gemeinsamen Kappe 6 miteinander verbunden. Diese Kappe ist ebenfalls als Blechformteil ausgebildet.. Zur einwandfreien Befestigung der Schaufelfüße in ihren achsnahen Endpunkten bzw. zu ihrer einwandfreien Sicherung gegen die an dieser Stelle unter dem Einfluß der Fliehkräfte auftretende Abhebebeanspruchung, sind die Schaufelfüße durch eine vom Inneren des Formkörpers her eingelegte Schweißnaht 7 gesichert. Diese Schweißnaht kann z. B. durch Lichtbogenschweißung angebracht werden, um ein Verziehen der Blechkonstruktionsteile des Rades zu vermeiden. Außerdem besteht in einer anderen Ausführungsart auch die Möglichkeit, diese achsnahen Schaufelenden mit einem Fortsatz 8 zu versehen, der durch entsprechende Schlitze des Formkörpers 2 gesteckt wird und dann. in geeigneter Weise, wie dies in Fig.2 dargestellt ist, durch Umkantung und Schweißung oder ähnliche bekannte Verfahren mit dem Formkörper 2 verbunden und gegen Abheben zusätzlich gesichert wird.
Das so hergestellte Turbinenlaufrad in Blechkonstruktion kann dann mittels Widerstandsschweißung, Nietung oder in anderer Weise auf die Turbinenradwelle 9 aufgesetzt werden. Die Turbinenradwelle hat zweckmäßigerweise am Übergang zum Formkörper 2, also zum eigentlichen Laufrad, eine Bohrung bzw. Ausnehmung io, so daß nur noch eine dünne Wandstärke i i der Welle 9 stehen bleibt, die als Wärmedrossel wirkt. Diese Wärmedrossel setzt den Wärmeübergang vom Laufrad zu dem benachbarten Lager 12 auf ein Minimum herab.
Das erfindungsgemäße Rad in Blechkonstruktion ermöglicht nun weiterhin eine intensive Kühlung. Diese Kühlung wird in erfindungsgemäßer Weise dadurch hergestellt, daß man, wie dies in Fig.3 dargestellt ist, Kühlluft an der Rückseite der Grundscheibe i durch Bohrungen 13 eintreten läßt, die dann wieder bei 14 oder 15 aus dem Inneren des Turbinenrades austreten kann. Bei der Luftdurchspülung von 13 über das Turbinenradinnere nach 14, also in Pfeilrichtung 24, wird die Eintrittsbohrung möglichst weit nach der Wellenmitte zu verlegt, wogegen die Austrittsbohrung möglichst nahe an der Peripherie des Rades angeordnet wird. Auf diese Weise wird die Fliehkraft zur Förderung' der Kühlluft verwendet. Wird eine Bohrung 15 in' der Kappe 6 als Austrittsöffnung der Kühlluft verwendet, so werden die an dieser Stelle herrschenden Druckverhältnisse zur Luftförderung nutzbar gemacht. Die Kühlluft strömt in diesem Falle von 13' nach 15 in Pfeilrichtung 28. Diese Kühlung des Laufradinneren bedeutet schon einen großen Vorteil gegenüber den vollen Rädern. In erfindungsgemäßer Weise wird diesem Vorteil wahlweise durch einen weiteren kühltechnischen Effekt noch eine zusätzliche Verbesserung hinzugefügt dadurch, daß die vorerwähnte Wärmedrossel i i in der Welle 9 im Zuge des Kühlluftdurchflusses durch das Innere des Laufrades von innen her reitgekühlt wird. Die bisher bekannten Wärmedrosseln, die auf die beschriebene Bauart durch Ausbohrung eines Wellenteils hergestellt sind, werden von außen her gekühlt. Eine durchgehende Kühlluftführung durch das Innere der Wärmedrossel und durch das Laufradinnere bietet den bekannten Konstruktionen gegenüber einen erheblichen technischen Vorteil. In erfindungsgemäßer Weise tritt die Kühlluft in dem beispielsweise gewählten Falle in Pfeilrichtung 25 durch Bohrung 16 in die Welle ein, strömt durch den Kanal 17 in das Innere der Ausnehmung io und von dort durch eine weitere Bohrung 18 in den Hohlraum i9 des Laufrades. Von hier strömt die Kühlluft entweder bei 14 oder bei 15 ab. Eine solche Innenkühlung der Wärmedrossel verhütet in besonders wirksamer Weise den bei Gas- bzw. Abgasturbinen zu befürchtenden Wärmetransport von den heißen Turbinenschaufeln zu dem benachbarten Lager 12.
Soll eine besonders wirksame Durchspülung des Laufradinneren und der Ausnehmung io erfolgen, so kann in erfindungsgemäßer Weise das Innere des Laufrades durch Schottwände 26 in zwei oder mehr Räume geteilt werden, so daß, wie dies in Fig.4 dargestellt ist, hierbei die nahe an der Peripherie in Pfeilrichtung 27 bei 20 in einen abgeschotteten Raum i g' eintretende Kühlluft durch eine achsnahe Bohrung 21 in das Innere der Ausnehmung io eingeführt wird. Von dort aus tritt die Kühlluft dann durch eine Bohrung 22 in einen anderen abgeschotteten Raum i g' des Laufradhohlraumes i9 ein. Von hier aus strömt die Kühlluft dann durch die in die Umfangsnähe angebrachte Bohrung 23 wieder aus dem Rad aus oder wird durch eine Bohrung 15' in der Radkappe 6 abgeleitet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Laufrad für Radialgebläse und Radialturbinen in Blechkonstruktion, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine tragende Grundscheibe (i) ein dem Schaufelfuß angepaßter Blechformkörper (2) so aufgesetzt ist, daß zwischen Grundscheibe (i) und Formkörper (2) ein Hohlraum (i9) entsteht. `-
2. Laufrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Grundscheibe (i), Formkörper (2) und Turbinenschaufeln (3) miteinander verschweißt sind.
3. Laufrad nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Turbinenschaufeln (3) an dem in Achsnähe liegenden Schaufelende durch eine gemeinsame Kappe (6) mittels Schweißung verbunden sind.
4. Laufrad nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Achsnähe liegenden Schaufelfüße mittels einer Schweißnaht (7) mit dem die Schaufeln (3) tragenden Formkörper (2) verbunden sind.
5. Laufrad nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Achsnähe liegenden Schaufelfüße Fortsätze (8) haben, die durch Schlitze im Formkörper (2) hindurchgesteckt und von der Rückseite des Formkörpers her mittels Schweißung oder einer anders gearteten Halterung befestigt sind.
6. Laufrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (i9) so ausgebildet ist, daß Kühlluft hindurchgeleitet werden kann.
7. Laufrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundscheibe (i) oder in der Kappe (6) Bohrungen (13 oder 15) angebracht sind für die Kühlluftleitung durch den Hohlraum (i9). B.
Laufrad nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundscheibe (i) eine Bohrung (i8) besitzt, durch die Kühlluft über eine im Inneren ,Ader, Turbinenradwelle (9) angebrachte Bohrung (i7)-und eine vor der Grundscheibe (i) liegende Ausnehmung (io) in den Hohlraum (i9) geleitet wird.
9. Laufrad nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (i9) durch Schottwände (26) in mehrere Räume (i9' und i9") unterteilt ist, die durch Kühlluftbohrungen (2o und 23) in Umfangsnähe der Grundscheibe (i) mit der Außenluft und durch Verbindungsbohrungen (21 und 22) in der Nähe der Achsenmitte mit der Ausnehmung (io) verbunden sind.