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Läufer für Schleuderverdichter mit diagonalem Strömungsverlauf Die
Erfindung bezieht sich auf einen Läufer für Schleuderverdichter mit diagonalem Strömungsverlauf,
dessen Schaufeln schraubenlinienförmig rückwärts gekrümmt sind. Sie besteht darin,
daß sowohl :die Druckseite als auch die iSaugseite eine Schraubung yon gleichmäßiger
Steigung aufweisen, wobei die Steigung der druckseitigen iSchaufelfläche um so viel
kleiner ist als die iSteigung der saugseitigen Fläche, daß der Schaufelgrat am Eintritt
in den Läufer und am Austritt aus demselben mindestens angenähert gleich breit ist.
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Zweckmäßig weisen die Läuferschaufeln über ihre ganze Länge vom Eintritt
bis zum Austritt eine gleichmäßige Grat-breite auf. Bei .bevorzugten Ausführungsformen
und insbesondere .bei Läufern für hohe und höchste Umfangsgeschwindigkeiten von
goo m/sec und darüber können die Schaufeln in Ebenen senkrecht zur Läuferachse radiale
Erstreckung und ein Profil angenähert gleicher Festigkeit aufweisen. Zur Verbesserung
der :Strömungsverhältnisse am Läuferaustritt können die Schaufeln am Austrittsende
verjüngt sein. Diese Verjüngung erhöht besonders dann die Gleichmäßigkeit der Geschwindigkeitsverteilung
über den ;Strömungsquerschnitt, wenn sie auf der Saugseite vorwiegend an der !Spitze
und an der Basis und auf der Druckseite vornehmlich in der mittleren Zone der Schaufelhöhe
ausgeführt ist.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
ist in der Zeichnung dargestellt, und' zwar zeigt Fsg. z einen Läufer in seitlicher
Ansicht, Fig. i a eine Detailansicht des austrittsseitigen Schaufelendes, Fig.2
eine zu seiner Herstellung geeignete Profilfräsmaschine .in schematischer (Ansicht
teilweise im Schnitt; Fig. 3 und 4 zeigen Einzelheiten des Läufers im Querschnitt.
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Der in Fig. i gezeigte Läufer i besitzt schraubenlinienförmige, -
auf seinen Drehsinn A bezogen, rückwärts gekrümmte Schaufeln 2, deren äußere Begrenzungslinien
3 aus den beispielsweise flach konkav verlaufenden Meridiankurven 4 des Läufers
i abgeleitet sind. Durch . die Rückwärtskrümmung der Schaufeln :2 wird der Zweck
erreicht, die absoluteAustrittsgeschwindigkeit des Fördermediums an der :Stelle
6 herabzusetzen. Dadurch wird verhütet, daß die absolute Austrittsgeschwindigkeit
trotz hoher Umfangsgeschwindigkeit des Läufers i an der (Stelle 6 die lokale Schallgeschwindigkeit
erreicht, wodurch die Entstehung der :den Wirkungsgrad verschlechternden Machschen
(Druckwellen verhindert wird. Die Läuferschaufeln 2 schließen am Eintritt mit der
Umfangsrichtung einen Winkel ai von ungefähr 6o° und am Austritt einen Winkel a2
von ungefähr 45° ein.
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iSowohl :dieDruckseite 7 als auch die Saugseite 8 der Schaufeln 2
- sind als Schraubenflächen ausgebildet, die eine gleichmäßige Steigung aufweisen.
Die Steigung der druckseitigen ;Schaufelfläche 7 ist kleiner als diejenige der saugseitigen
Schaufelfläche B. Der Unterschied :der Steigungen ist so gewählt, daß die ,Schaufelgratbreite
2' längs der Schaufel, d. h. in Strömungsrichtung vom Eintritt 5 zum :Austritt 6,
ungefähr gleich groß ist. Damit lassen sich nicht nur herstellungstechnische, sondern
auch festigkeits- und betriebstechnische Vorteile erzielen. iBetriebstechnisch ist
es erwünscht, daß ein (Gebläse von bestimmten Abmessungen ohne Wirkungsgradvermiinderung
eine möglichst große (Gasmenge verarbeiten kann, d. h. die !Schaufelkanäle sollen
möglichst große Querschnittsflächen aufweisen, wofür minimale Schaufelbreiten erforderlich
sind. Strömungstechnisch ist es vorteil: haft, eine minimale,Schaufelgratbreite
anzustreben, damit die Grenzschichtreibung an der Gehäusewand in niederen Grenzen
verbleibt. Festigkeitstechnisch hat eine schmale Schaufelgratbreite den Vorteil,
daß bei einer durch Zentrifugalkräfte beanspruchten Schaufel eine um das Mehrfache
größere Schaufelbasisbreite zur Verfügung steht, um die Zentrifugalkräfte aufnehmen
zu können. Praktisch :darf aber die ISchaufelgrabbreite nicht unter ein gewisses
Maß heruntergehen, weil sonst .die Herstellung der Schaufel iSchwierigkeiten verursacht
und letztere ferner. bei der Montage und im ,Betriebe leicht verletzlich ist. Diese
verschiedenen Forderungen lassen sich gleichzeitig am besten in einer längs der
Schaufel ungefähr gleich großen Schaufelgratbreite erfüllen. Der Unterschied der
:Steigung der druckseitigen (Schaufelfläche gegenüber der saugseitigen weist je
nach dem Verhältnis des Eintrittsdurchmessers zum Austrittsdurchmesser einen Betrag
im Bereich von i bis 4°/0 .der Steigungshöhe auf. Bei größeren Durchmesserunterschieden
wird dieser prozentuale Betrag größer als bei kleineren Durchmesserunterschieden.
Bei einem Verhältnis des Eintrittsdurchmessers zum Austrittsdurchmesser von beispielsweiSe
1 : 2 kann der Unterschied z. B. im Bereich von i biss 2'/o liegen.
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Die gegenseitige Lage der druckseitigen und der saugseitigen Schraubenfläche
an ein und derselben Schaufel e ist derart gewählt, daß (Schaufelquerschnitte senkrecht
zur Läuferachse eine radiale Erstreckung aufweisen und somit von den Fliehkräften
nur auf Zug, nicht aber auf Biegung beansprucht werden. Zur Verminderung der Beanspruchung
weist der Läufer i keine Wellenbohrung auf. Die Welle 9,ist am Läufer i angeflanscht.
Am Austritt 6 sind die Schaufeln 2 gemäß Fig. i a verjüngt, und zwar läßt sich eine
:gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung der Strömung dadurch erreichen, . daß das
Schaufelende beim Austritt auf der Saugseite vorwiegend an der Spitze 36 und an
der Basis 37 eine Verjüngung. erhält, während dieselbe. -auf der Druckseite vornehmlich
in der mittleren Zone 38 der iSchaufelhöhe vorgenommen wird.
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Die Profilfräsmaschine gemäß Big. 2 weist eine Grundplatte i i auf,
die mit zwei Ständersäulen 12, r3 versehen ist. Die Leitspindel 114 ist im Gleitlager
15 der Ständersäule 12 gelagert und :besitzt ein Schraubengewinde.z_6, welches durch
die in der Ständersäule 13 gelagerte Schraubenmutter 17 hindurchführt. Auf der Leitspindel
14 ist das Zahnritzel i8 befestigt und tdie Führungsbüchse i9 angeordnet. Die Getriebe-
und Arbeitswelle 20 ist in den Gleitlagern 21 der Ständersäulen:12 und 13 gelagert.
Auf der Arbeitswelle 20 ist das mit dem Ritzel 18 kämmende Zahnrad 22 angeordnet
und die Verschiebehülse 23 befestigt. An den Hülsen i9 und 23 ist der in Parallelführungsleisten
(in der Zeichnung nicht dargestellt) gleitbare Steuerbügel 24 . angeordnet,
der mit einer Kopierschablone 25 versehen ist. An der Ständersäule 13 ist der vertikal
an der Gleitleiste 35* und horizontal entlang :der (Gleitleiste 35 verschiebbare
Spindelstock 26 angeordnet. An diesem sind eine Führungsrolle 27 sowie der Fräsermotor
28 angebracht, welcher den Zapfenfräser- 29 antreibt. Auf der zweiteiligen Welle
20 zwischen der Ständersäule 13 und dem Steuerbügel --4 ist der zu bearbeitende
Läuferrohling 3o befestigt.
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Der Herstellungsvorgang der Schaufelung 31 am Läuferrohling 3o kann
mittels der in Fig. 2 dargestellten Profilfräsmaschine folgendermaßen vor sich gehen:
-Die Welle i4 befindet sich mit ihrer Schraubenspindel 16 in,der rechtsseitigen
(Fig. 2) Ausgangslage. Das Zahnradgetriebe 18, 22, der Steuerbügel 24. und die Welle
2o mit dem an ihr befestigten Läuferrohling 30 sind daher ebenfalls in ihrer
rechtsseitigen Endstellung, während die Rolle 27
mit dem Spindelstock
2,6 ihre höchste Lage einnehmen. Dreht sich :die Welle 14, so wird sie sowie das
Zahnritzel i$ und die Führungsbüchse i9 durch die Schraubenspindel 16 nach links
(Fig. 2) verschoben. Diese axiale Verschiebung wird vom Steuerbügel z4 auf die .Steuerwelle
2o übertragen und ebenfalls vom Zahnrad 22 und vom Läuferrohling 30 ausgeführt.
Die. Schaufelsteigung ist gegeben durch die iSteigung der Schraubenspindel 16 sowie
durch das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Zahnradgetriebe i8, 22. Eine Änderung
der Schaufelsteigung kann somit durch eine Änderung der :Schraubenspindelsteigung
oder :des Übersetzungsverhältnisses am Getriebe i$, 22 herbeigeführt werden.
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Die in axialer Richtung vor sich gehende Verschiebung des Steuerbügels-24
samt der Kopierschablone 25 bewirkt unter Vermittlung der Führungsrolle 7 eine senkrechte
Verschiebung des Spindelstockes 26, so daß der Fingerfräser 29 in vertikaler Richtung
eine dieser Schablone entsprechende Bewegung ausführt. Durch die Drehung der Welle
14 wird über das Zahnradgetriebe 18, 22 die Welle 20 mit dem Läuferrohling ebenfalls
eine Drehbewegung ausführen, wodurch aus letzterem eine schraubenlinienförmige Nut
von konstanter Steigung herausgefräst wird. An dem von einem größeren zu einem kleineren
Durchmesser ab-
nehmenden Läuferrohling zeigt sich, daß in diesem Fall der
Winkel, den die Schaufel mit der Umfangsrichtung bildet, von einem Kleinstwert am
größten !Durchmesser auf einen größten Wert am kleinsten Durchmesser zunimmt. Zweckmäßig
wird das Verhältnis des Vorschubes der Welle 14 zum Drehwinkel der Welle 2o derart
gewählt, .däß der Schaufelwinkel gegen die Umfangsrichtung an der Stelle des größten
Durchmessers etwa 45° beträgt und auf etwa 6o° an 'Stellen des kleinsten Läuferdurchmessers
zunimmt.
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Räumlich geometrische Überlegungen lassen erkennen, daß für gewisse
Durchmesserverhältnisse an der Eintritts- und Austrittsstelle 5, 6 :des Läufers
i und für gewisse Meridianverläufe 4 zur Erzielung gleicher tSchaufelgratbreite
über .die ganze Schaufellänge ein Versetzen der Fräserachse gegenüber der Läuferachse
notwendig ist. Dieser Versatz kann auch vorteilhaft dazu verwendet werden, um das
konische Fräserprofil schneidtechnisch günstig zu gestalten, wie dies an Zapfenfräsern
mit kleinem Kegelwinkel der Fall ist.
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Gemäß Fig.3 der Zeichnung wird ein Zapfenfräser 29 verwendet, .dessen
doppelter :Kegelwinkel ß etwa 150 beträgt, welcher schneidtechnisch vorteilhafte
Bedingungen ergibt. Beim Fräsen der auf die Drehrichtung A des Läufers bezogenen
druckseitigen iSchaufelfläche 7 ist die Fräsierachse 32 gegenüber der Läuferachse
um einen bestimmten Betrag, z. B. 2o mm bei einem Laufraddurchmesser von
3,0 cm am ,Eintritt und 6o cm am Austritt, in Drehrichtung nach vorn versetzt.
Zum Fräsen der saugseitigen Schaufelfläche 8 ist die Fräserachse 32 desselben Fräsers
29 gegenüber der Läuferachse uln einen gleichen Betrag nach rückwärts versetzt.
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Bei Verzicht auf die Möglichkeit, die Durchmesserverhältnisse am Läufereintritt
und -austritt sowie die Meridiankurven des Läufers beliebig, d. h. nach strömungstechnisch
und baulich vorteilhaften Gesichtspunkten zu wählen, können die Läuferschaufeln
mit ungefähr gleichbleibender Schaufelgratbreite in vereinfachtem Fräserverfahren
hergestellt werden. Wie in Fig. 4 dargestellt, erfolgt der Fräsvorgang der druck-
und saugseitigen ,Schaufelflächen. 7, 8 ohne Versatz der Fräserachse, indem die
Achse 34 des Fräsers 33 auf die Läuferachse gerichtet bleibt. Der doppelte Fräserwinkel
y beträgt in diesen Fällen 30° und mehr.