DE906975C

DE906975C - Laufrad fuer radiale Turbokompressoren

Info

Publication number: DE906975C
Application number: DEL1925A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Richard Stroehlen
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1950-05-03
Filing date: 1950-05-03
Publication date: 1954-03-18

Description

Laufrad für radiale Turbokompressoren Der von den Laufrädern radialer Turbokompressoren erzeugte Druck ist vorwiegend eine Funktion der Umfangsgeschwindigkeit, für die der Kompressor ausgelegt und mit der er betrieben wird. Die Laufräder sind damit die höchst beanspruchten Bauteile solcher Maschinen. Die Erfindung bezweckt, diese hoch beanspruchten Laufräder so auszugestalten, daß sie einerseits für die Reihenfertigung geeignet sind und so eine billige Herstellung gestatten und daß sie andererseits imstande sind, große Fliehkräfte aufzunehmen und damit hohe Umfangsgeschwindigkeiten zuzulassen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufrad für radiale Turbokompressoren für hohe Umfangsgeschwindigkeiten, bei dem die Laufscheibe nach innen leicht geneigt angeordnet ist und die Deckscheibe zur Drehachse des Laufrades senkrecht steht. Die Erfindung besteht darin, daß die aus Stahlblech bestehenden Laufschaufeln in an sich bekannter Weise mit der Laufscheibe verschweißt oder in die aus Stahlguß bestehende Laufscheibe eingegossen, dagegen mit der als verhältnismäßig dünne, und zwar vorzugsweise aus Stahlblech sehr hoher Festigkeit oder aus einem Leichtmetall bestehende ebene Scheibe ausgebildeten Deckscheibe, je nachdem diese gegenüber dem Laufradkörper gegen eine Bewegung in einer zur Wellenachse senkrechten Ebene gesichert ist oder nicht, an deren äußerem Umfang radial verschiebbar oder fest verbunden sind.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß einwandfreie und klare Verhältnisse für die Beanspruchung der Laufscheibe, Laufschaufeln und Deckscheibe geschaffen werden und diese Bauteile leicht so gestaltet werden können, daß sie gleichmäßig beansprucht werden, vor allem dadurch, daß die Deckscheibe, die der höchst beanspruchte Bauteil ist, als sich selbst tragenidie und sich selbst zentrierende Scheibe ausgeführt und dadurch sehr leicht aus einem ebenen Blech herausgearbeitet werden kann. Die Fliehkräfte der Laufschaufeln werden hierbei völlig von der Laufscheibe aufgenommen, die durch entsprechende Formgebung leicht so gestaltet werden kann, daß sie diese Beanspruchung aufnehmen kann. Es wird dadurch erreicht, daß die Grenze für die zulässige Umfangsgeschwindigkeit nicht mehr wie bisher bei der Deckscheibe liegt, da diese von den Fliehkräften der Schaufeln entlastet und selbsttragend ist.
Die Erfindung unterscheidet sich damit vorteilhaft von den bekannten Laufrädern, bei denen bereits ebenfalls Stahlblechschaufeln mit der Lauf-und/oder Deckscheibe verschweißt oder verlötet sind. Die Deckscheiben sind hierbei zur Welle geneigt, so daß ein Hebelarm entsteht, mit dem die Fliehkräfte ein Abheben der Scheibe von der Beschaufelung verursachen können. Die Gefahr einer solchen Hebelwirkung ist bei der Deckscheibe besonders groß, da der Innenkranz der Deckscheibe nicht wie bei der Laufscheibe mittels einer Nabe fest auf der Welle sitzt, sondern nur an einem Deckring befestigt ist, der die zentrale Ansaugmündung mit verhältnismäßig großem Durchmesser außen umgibt und daher schon aus Fliehkraftgründen nicht mehr massiv ausgeführt sein darf.
Bei genieteten Laufrädern sind auch bereits Ausführungen gezeigt worden, bei denen die Laufscheibe senkrecht oder nach innen geneigt und die Deckscheibe senkrecht zur Welle angeordnet sind. Laufräder dieser Art sind für hohe Verdichtungsverhältnisse und hohe Umfangsgeschwindigkeiten ungeeignet. Die Vielzahl der Nietlöcher bedeutet eine starke Schwächung der Scheibenquerschnitte. Diese Ouerschnitte müssen daher, um den hohen Beanspruchungen Rechnung zu tragen, stärker ausgeführt werden. Dadurch erhöhen sich aber wiederum die Fliehkräfte, so daß die maximale Grenze der möglichen Umfangsgeschwindigkeit bald erreicht ist.
Werden die Laufschaufeln in eine aus Stahlguß bestehende Laufscheibe eingegossen, so empfiehlt es sich, z. B. durch schwalbenschwanzförmige Aussparungen dafür zu sorgen, daß eine sichere und formschlüssige Verbindung zwischen Stahlguß und Stahlblech hergestellt wird. Die Verbindung zwischen Laufschaufeln und Laufscheibe kann hierbei erfindungsgemäß dadurch gesichert werden, daß die Verbindungsstellen nach dem Guß durch Auftragsschweißung verstärkt sind, wodurch gleichzeitig eine Abrundung der Randquerschnitte entsteht, die einen vorteilhaften Einfluß auf die Strömungsverhältnisse im Laufrad hat. Die Kanäle selbst sind bei der Fertigung für eine Nachbearbeitung der Wandungen zugänglich, was insbesondere dann wichtig ist, wenn die Stahlschaufeln in die Laufradscheibe eingegossen werden, um nämlich die durch den Gießvorgang entstandenen Rauhigkeiten beseitigen zu können.
Am inneren Radius der Deckscheibe kann sich erfindungsgemäß ein Deckring anschließen, der vorwiegend mit den Laufschaufeln beispielsweise durch Schweißung verbunden ist und der die Aufgabe der Abdichtung übernimmt.
Zur weiteren Entlastung der Deckscheibe kann diese nach einem weiteren Vorschlage der Erfindung mit dem Deckring fest verbunden werden, beispielsweise durch Schweißung oder auch durch Aufschrumpfung auf einen am inneren Rand herausgearbeiteten oder angestauchten Bund. Die Deckscheibe selbst wird hierbei vorwiegend nur am äußeren Umfang mit den Schaufeln verbunden, z. B. durch Anheftung oder durch Nietung, um Flatterschwingungen zu vermeiden. Die Deckscheibe kann auch nur in den Deckring eingelassen sein. Da nämlich die Deckscheibe versucht, sich stärker zu dehnen als der geringer beanspruchte Deckring, erhält dadurch die Deckscheibe, wenn sie z. B. durch einen vorspringenden Ansatz mit dem Deckring verbunden ist, eine im Betrieb nach innen gerichtete Vorspannung, die entlastend wirkt.
In vielen Fällen jedoch braucht die Deckscheibe mit dem Deckring überhaupt nicht fest verbunden zu werden, sondern es genügt, sie durch den Deckring lediglich seitlich zu führen, wodurch sie sich in radialer Richtung frei dehnen kann. Die Befestigung am äußeren Umfang mit den Laufschaufeln kann fest sein, z. B. durch Anschweißung oder durch Nietung, oder aber kann radial dehnbar sein, z. B. dadurch, daß die Deckscheibe mit den Laufschaufeln vernietet wird, wobei die Deckscheibe in einem radialen Schlitz gleiten und unabhängig von den Schaufeln sich dehnen kann. Die Deckscheibe selbst kann auch aus einem verhältnismäßig hochwertigen Stahlblech angefertigt sein, wodurch auch von der Werkstoffseite aus sämtliche Bauteile auf gleiche Sicherheit im Betrieb abgestimmt werden können. Da sie in diesem Fall durch den Deckring nur in ihrer seitlichen Verschiebung verhindert sein kann und am äußeren Rand radiale Dehnungsmöglichkeit besitzt, kann sie auf vorteilhafte Weise aus Leichtmetall hergestellt werden, das insbesondere in der Form von gewalztem Material eine überaus günstige und eine Stahlblech übertreffende Reißlänge besitzt. Auch in diesem Fall wirkt es sich herstellungsmäßig überaus günstig aus, daß sie aus Blech herausgearbeitet werden kann, Der Erfindung liegt bei ihren Vorschlägen vor allem die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß die Deckscheibe, selbst wenn sie auf dem Hauptteil ihrer radialen Erstreckung mit den Laufschaufeln nicht fest verbunden ist, absolut betriebssicher und ohne Neigung zu Flatterschwingungen ist, da auf der Außenseite der Deckscheibe der Spaltdruck des Laufrades einwirkt, der größer ist als der Druck im Laufrad, so d'aß der entstehende Überdruck stets versuchen wird, die Deckscheibe an die Laufschaufeln heranzudrücken.
Die Zeichnung zeigt drei Ausführungsbeispiele in den Abb. i bis 3 der Erfindung. Es bezeichnen i1 die Laufschaufeln, 12 die Laufscheibe, 13 die Deckscheibe und 14 den Deckring des erfindungsgemäßen Laufrades. Abb. i und i a zeigen ein Laufrad, bei dem die Laufschaufeln i i mit der nach innen leicht geneigten Laufscheibe 12 durch Schweißung verbunden sind. Der Deckring 14 ist mit den Laufschaufeln i i gleichfalls durch Schweißung fest verbunden, während die senkrecht stehende Deckscheibe 13 lediglich am Außenrand mit den Schaufeln i i verbunden ist und vom Deckring 14 durch einen Vorsprung seitlich geführt wird.
Abb. 2 und 2 a zeigen ein Laufrad, bei dem zum Unterschied zur Ausführung der Abb. i die Deckscheibe 13 mit einem seitlichen, in den Deckring 14 eingelassenen Vorsprung am Innenradius versehen und am Außenrand durch die Nieten i8 mit den Schaufeln i i verbunden ist. Die Nietung ist hierbei so gestaltet, daß die Deckscheibe 13 sich unabhängig von den Schaufeln i i radial dehnen kann. Der Deckring 14 kann hierbei auch auf den Vorsprung der Deckscheibe 13 warm aufgezogen sein.
Abb. 3 und 3 a zeigen schließlich eine Ausführung, bei der zum Unterschied der Ausführung der Abb. 2 die Schaufeln i i nicht durch Schweißen, sondern durch Eingießen mit der aus Stahlguß bestehenden Laufscheibe 12 verbunden sind. Die Gußverbindung kann dabei durch eine Auftragsschweißung verstärkt sein. Die Deckscheibe 13 wird auch hier wie bei den Ausführungen der Abb. i und 2 von einer verhältnismäßig dünnen und ebenen Scheibe gebildet, die zur Drehachse senkrecht angeordnet ist.

Claims

hATFNNTANSYRI:CHI:: i. Laufrad für radiale Turbokompressoren für hohe Umfangsgeschwindigkeiten, bei dem die Laufscheibe nach innen leicht geneigt angeordnet ist und die Deckscheibe zur Drehachse des Laufrades senkrecht steht, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Stahlblech bestehenden Laufschaufeln in an sich bekannter Weise mit der Laufscheibe verschweißt oder in die aus Stahlguß bestehende Laufscheibe eingegossen, dagegen mit der als verhältnismäßig dünne, und zwar vorzugsweise aus Stahlblech sehr hoher Festigkeit oder aus einem Leichtmetall bestehende ebene Scheibe ausgebildeten Deckscheibe, je nachdem diese gegenüber dem Laufradkörper gegen eine Bewegung in einer zur Wellenachse senkrechten Ebene gesichert ist oder nicht, an deren äußerem Umfang radial verschiebbar oder fest verbunden sind.
2. Laufrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die aus ebenem Blech hergestellte Deckscheibe einen durch nachträgliche Bearbeitung nach außen sich verjüngenden Querschnitt aufweist.
3. Laufrad nach Anspruch i mit in die aus Stahlguß bestehende Laufscheibe eingegossenen Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die VerbindungzwischenLaufscheibeund-schaufeln durch eine Auftragsschweißung gesichert ist.
4. Laufrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den inneren Umfang der ebenen Deckscheibe ein mit den Laufschaufeln vorzugsweise durch Schweißung verbundener Deckring anschließt, mit dem die Deckscheibe entweder durch Schweißung oder Aufschrumpfung oder mittels eines an deren Innenrand angestauchten oder herausgearbeiteten Bundes verbunden ist, oder auf den sie derart lose aufgesetzt ist, daß sie lediglich eine seitliche Führung erhält. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr.6o26I7; schweizerische Patentschrift Nr. 235 104; BBC-Nachrichten (1928), S.7 und 8, Abb.6 und 7.