DE920234C

DE920234C - Verfahren und Vorrichtung zum Schutz der stroemungsfuehrenden Wandungen rotierender Teile gegen Verschleiss durch feste Teile

Info

Publication number: DE920234C
Application number: DEK16040A
Authority: DE
Original assignee: KUEHNLE AG
Current assignee: KUEHNLE AG
Priority date: 1952-11-06
Filing date: 1952-11-06
Publication date: 1954-11-15

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Schutz der strömungsführenden Wandungen rotierender Teile gegen Verschleiß durch feste Teile Die strömungsführenden Teile von rotierenden Förderanlagen für Festteilchen enthaltende Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten (Kreiselverdichter und Kreiselpumpen), von rotierenden Anlagen zur Zerkleinerung von festen Stoffen (Schlagplattenmühlen, Schlagleistenmiühlen usw.) und von rotierenden Kraftmaschinen zum Betrieb mit feste Teilchen enthaltenden Medien (Wasserkraftmaschinen, Gasturbinen usw.) unterliegen oftmals hohem Verschleiß. Insbesondere gilt dies für die Schaufeln und die übrigen, die Strömungskanäle bildenden, rotierenden Bauteile solcher Anlagen. Die in der Hauptströmung enthaltenen Festteilchen folgen innerhalb solcher Maschinen nicht der Strömung des Trägergases bzw. der Trägefflüssigkeit, sondern entfernen sich insbesondere an Stellen stärkerer Krümmung von den Bahnen des Trägerstoffes und prallen schließlich, meist unter größerem Auftteffwinkel, auf die Wandungen auf, wo mitunter in kureer Zeit heftige Strahlverschleißzerstörungen ausgelöst werden.
Man hat versucht, diese Schäden durch Verwendung besonderer Werkstoffe, durch Auftragschweißungen usw. zu bekämpfen; jedoch verhalten sich die meisten in Betracht kommenden Werkstoffe bei Bestrahlung unter größerem Auftreffwinkel ähnlich, so daß werkstoffmäßig eine sichere Abc hilfe nicht gefunden werden kann. Daher werden trotz Anwendung dieser und ähnlicher Maßnahmen die Schaufeln von Gebläsen, Mühlen, Kraft- maschinen usw. oft schon nach kurzer Zeit zerstört, was hohe Reparaturkosten und Betriebsausfälle verursacht und Bereitstellung von Reserveanlagen erfordert.
Die Erfindung will diese Nachteile beseitigen, indem der Aufprall von Festteilchen auf die strömungsführenden Wandungen verschleißgefährdeter, rotierender Teile mindestens an den Hauptverschleißstellen durch Schutzströme von Gasen bzw. Flüssigkeiten verhindert oder vermindert wird. Die Schutzströme sollen dabei in solcher Richtung, Menge und Geschwindigkeit eingeführt werden, daß die Geschwindigkeitskomponente der Festteilchen in Richtung senkrecht zur Wandung weitgehend vermindert oder aufgehoben wird oder/ und daß die Auftreffwinkel der Festteilchen auf die Wandung wesentlich vermindert werden.
Es ist bekannt, bei feststehenden Krümmern u. dgl. für feste Teile führende Leitungen ein besonderes Spülmittel zum Schutze der verschleißgefährdeten Wandungsteile einzuführen. Indes scheute man bisher davor zurück, ein solches Verfahren auf rotierende Teile zu übertragen, weil sich dabei wesentlich größere bauliche Schwierigkeiten als bei feststehenden Einrichtungen ergalie:i.
Andererseits bietet die Übertragung des an sich bekannten Verfahrens auf rotierende Teile ganz besondere technische und wirtschaftliche Vorteile, allerdings nur bei Beachtung einer Reihe besonderer strömungstechnischer und baulicher Maßnahmen.
Bei solchen rotierenden Strömungsmaschinen, bei denen ein Druckgefälle erzeugt wird, wie Kreiselverdichter und Kreiselpumpen, ergibt sich nach der Erfindung ein wesentlicher Vorteil dadurch, daß die am stärksten verschleißgefährdeten Stellen am auf radeintritt liegen. Da dies gleichzeitig die Stellen des niedrigsten Druckes sind, ist es möglich, unter Ausnutzung des in der Maschine erzeugten Druckgefälles das Spülmittel am Laufradaustritt oder Druckstutzen der Maschine zu entnehmen und im Kreislauf innerhalb des Rotors an den verschleißgefährdeten Stellen als Schutzströmung wieder in die Hauptströmung einzuführen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für Radialgebläse, beispielsweise zur Förderung von staubhaltiger Luft, ist in Fig. I dargestellt. Die Abbildung zeigt einen Schnitt durch das Gebläse. wobei die Hälfte unterhalb der Drehachse wegen der Rotationssymmetrie der wesentlichen Teile weggelassen ist. Das Laufrad I bis 3 ist mit zylindrischem Sitz auf die Welle 4 aufgeschoben und wird durch die Mutter 5 gehalten. Die Lagerung der Welle ist nicht dargestellt. 6 und 7 sind die Gehäusewandungen und 8 die Spirale des Gebläses.
Das Laufrad besteht aus einer im inneren Teil als Nabe ausgebildeten Scheibe I, den Schaufeln 2 und der Deckscheibe 3. Die Welle besitzt eine Bohrung 9, von der aus über die Kanäle 10 gespannte Luft in den Ringkanali 1 der Laufradnabe geleitet wird, die aus dem Druckstutzen des Gebläses selbst oder aus einem besonderen Verdichter entnommen wird. Vom Kanal In führen düsenartige oeffnungen I2 und I3 in den Strömungskanal des Laufrades. Das auf der strichpunktiert gezeichneten Strömungsbahnb-b der Hauptströmung ankommende Festteilchen 14 würde in der Krümmung im Laufradeintritt ohne besondere Vorkehrungen die gestrichelt gezeichnete abweichende Bahn b-c beschreiben und bei c unter verhältnismäßig steilem Auftreffwinkel auf die - Wandung aufprallen, Die Düsen 12 stehen senkrecht zur Wandung und vernichten ganz oder größtenteils die Komponente senkrecht zur Wandung der Relativgeschwindigkeit des Festteilchens 14'. Dadurch wird das Teilchen in eine der Wandung völlig oder nahezu parallele Bahn gebracht.
Die Düsen 13 sind in dem Beispiel unter einem spitzen Winkel gegen die Richtung der Hauptströmung in der Nähe ihres Austritts geneigt und erteilen dem Festteilchen in I4" einen erneuten Impuls von der Wandung weg. Auf diese Weise kann die hauptsächlich gefährdete Krümmung der Radnabe vor dem Eintritt in die Schaufeln wirksam geschützt werden. Es bleibt vorbehalten, in ähnlicher Weise auch die Schaufeleintrittskante durch eine der Hauptströmung entgegengerichtete Schutzströmung zu schützen. Auch können weitere Schutzströme an anderen verschleißgefährdeten Stellen eingeleitet werden. Da die Festteilchen die Wandungen nunmehr, wenn überhaupt, tangential oder sehr flach treffen, kann durch Wahl besonderer Werkstoffe der noch auftretende Ritzverschleiß wirksam gemäßigt werden.
Fig. 2 zeigt an einem Schaufelschnitt die Erfindung in einer besonderen Ausführung bei Radialgebläsen zum Schutz der Schaufeln, wobei das Schutzgas am Laufradaustritt dem eigenen Förderstrom entnommen und durch die hohle Schaufel den verschleißgefährdeten Stellen zugeführt wird. Die Abbildung zeigt etwa einen Schnitt A-A aus Fig. I durch eine Schaufel 2. Diese besitzt einen vom Austrittsende ausgehenden Hohlraum 21 und düsenartige Austrittsöffnungen 22 an den Stellen, wo der größte Verschleiß durch auftretende Festteile zu erwarten ist. Das ist weniger an der Eintrittskante der Schaufel selbst, als vielmehr je nach Anströmwinkel an den Seiten des Eintrittsteiles der Schaufel.
Das Radialgebläserad erzeugt einen statischen Druck, der ausreicht, um die erforderliche Austrittsgeschwindigkeit in den Bohrungen 22 zu erzeugen.
Die Größe dieser Austrittsgeschwindigkeit ist bedingt durch die Komponente senkrecht zur Wand der Relativgeschwindigkeit der Festteilchen.
Fig. 3 und 4 zeigen schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und zwar bei Axialgebläsen. Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch das Gebläse und Fig. 4 ein Schnitt nach D-D durch eine profilierte Schaufel 32. Diese ist hohl ausgebildet und steht über dieBohrung38mit der Bohrung 37 in der Laufradnabe 3I bzw. dem Wellenende in Verbindung. Dieses Wellenende ist innerhalb des Diffusorkernes 36 im Lager 42 gelagert. 33 ist der Gehäusemantel des Gebläses und 34 der äußere Diffusormantel. Das Schutzgas kann nun entweder über die Bohrung40 durch eine Leitschaufel 35 dem Diffusorkern und damit dem Laufrad von außen zugeführt werden oder durch die Öffnung 41 direkt aus der Druckleitung des Gebläses. Der Diffusorkern muß dabei ausreichend abgedichtet sein. Vom Innern der Schaufel strömt das Schutzgas durch Bohrungen 39 (Fig. 4) im angeströmten vorderen Teil der Schaufel in durch die Bahnen der Festteilchen bestimmter Richtung aus. Dadurch wird das Aufprallen der Festteilchen auf die Schaufeleintrittskante verhindert und die Bahn der Festteilchen nahezu parallel zur Wandung geleitet. Auf diese Weise werden die gefürchteten Verschleißzerstörungen an den Schaufeleintrittskanten der Axialgebläse verhindert.
Bei Hartzerkleinerungseinrichtungen (Schlägermühlen, Prallmühlen, vorzugsweise für feinere Mahlgüter) kann gemäß Fig. 4 die Schlagplatte 5I hohl ausgebildet und mit verschieden stark geneigten Austrittsöffnungen 52, 53, 54 versehen sein, so daß das ankommende Festteilchen 55 bei 55' zunächst am senkrechten Aufprall auf die Schaufelwand gehindert und sodann bei 55" und 55"' allmählich in die Richtung parallel zur Schaufel umgelenkt wird. Dabei muß die Strömungsgeschwindigkeit der Schutzströmungbeim Austritt wesentlich größer sein, als die Umfangsgeschwindigkeit des Schlagrades. Die zugeführte Schutzluft kann z. B. zur Weiterbeförderung des Staubes nach dem Kessel oder Bunker verwendet werden, ist also nicht verloren. Bei Zerkleinerung von Mineralien kann an Stelle von Druckluft auch hochgespanntes Druckwasser als Schutzströmung verwendet werden.
Die Zeichnungen zeigen nur Beispiele von Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung, die sinngemäß entsprechend abgeändert werden können. Wesentlich ist nur, daß in jedem Fall der Aufprall von Festteilchen mindestens an den Hauptverschleißstellen durch Schutzströme von Gasen oder Flüssigkeiten verhindert oder wesentlich vermindert wird.
Dabei können die Schutzströme je nach Bauart und Druckverhältnissen der Strömungsmaschine entweder aus dem eigenen Kreislauf entnommen oder von außen zugeführt werden.
Die Geschwindigkeit der Schutzströmung an deren Einführungsstelle in die Hauptströmung ist, wie schon oben erläutert, im wesentlichen bedingt durch die Komponente der Relativgeschwindigkeit der Festteilchen senkrecht zur Wand. Diese ist abhängig von der Geschwindigkeit, Bahnrichtung und Bahnkrümmung der Hauptströmung und von der Korngröße der Festteilchen. Eine sichere Schutzwirkung wird in jedem Falle erreicht, wenn ohne Rücksicht auf Kosten die Geschwindigkeit der Schutzströmung wesentlich größer gemacht werden kann als die Geschwindigkeit der Hauptströmung in der Nähe der Einführungsstelle. In der Regel müssen aber wegen der Kosten der Erzeugung der Schutzströmung alle Maßnahmen getroffen werden, um deren Geschwindigkeit und Menge möglichst klein zu halten. Der höchste Grad an Wirtschaftlichkeit wird dann erreicht, wenn dabei die Schutzströmung aus der Hauptströmung entnommen und dieser wieder im Kreislauf zugeführt wird.
In manchen Fällen kann als Schutzgas bzw. als Schutzflüssigkeit ein Mittel verwendet werden, welches die spätere Verwendung der Stoffe der Hauptströmung unterstützt bzw. verbessert; dies ist z. B. bei chemischen Prozessen möglich. Bei Gasturbinen und Kohlenstaubturbinen kann ein Teil der ohnedies erforderlichen verdichteten Luft als Schutzströmung für die rotierenden, verschleißgefährdeten Schaufeln und sonstige Teile verwendet werden.
Zweckmäßig ist es in vielen Fällen, die Spülströmung an den Stellen stärkster Krümmung der strömungsführenden Wandungen zuzuführen. Bei Wasserkraftanlagen, Pumpen u. dgl. kann die Schutzströmung an kavitationsgefährdeten Stellen zugeführt werden.
Die Austrittsöffnungen der Schutzströmung können etwas über die strömungsführenden Wandteile hervorragen, damit die entgegenströmenden Festteilchen früher abgebremst werden. Die Außenwände der Austrittsöffnungen für die Schutzströmung werden zweckmäßig aus besonders verschleißfestem Werkstoff, z. B. Wolframkarbid, hergestellt. Die Austrittsöffnungen werden zweckmäßig als schmale Längsschlitze ausgebildet, die gegebenenfalls durch zwei verschiedene, gegeneinander distanzierte Körper gebildet werden können. Die Anordnung der Austrittsöffnungen sollte so erfolgen, daß sich ihr Wirkungsbereich teilweise überschneidet. Bei Anordnung mehrerer Austrittsöffnungen kann die Neigung zur Hauptströmung bzw. Wandung verschieden sein.
PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zum Schutze der strömungsführenden Wandungen rotierender Einrichtungen, die durch in der Strömung mitgeführte feste Teile auf Verschleiß beansprucht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufprall von Festteilen auf die Wandungen mindestens an den Hauptverschleißstellen durch Schutzströme von Gasen bzw. Flüssigkeiten verhindert oder wesentlich vermindert wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzströme in solcher Richtung, Menge und Geschwindigkeit eingeführt werden, daß die Komponente in Richtung senkrecht zur Wand der Geschwindigkeit der Festteile relativ zur Wand weitgehend vermindert oder aufgehoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzströme in solcher Richtung, Menge und Geschwindigkeit eingeführt werden, daß der Auftreffwinkel der Festteile auf die Wandung wesentlich verkleinert wird.

4. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzströme senkrecht zur Wandung eingeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzströme in einer Richtung eingeführt werden, die mit der Richtung der Hauptströmung nahe der Einführungsstelle einen Winkel kleiner als go0 bildet.

6. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzströme mit einer Geschwindigkeit eingeführt werden, die wesentlich über der Geschwindigkeit der Hauptströmung in der Nähe der Einführungsstelle liegt.

7. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas bzw. als Schutzflüssigkeit ein Teil der Hauptströmung verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch I und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas bzw. die Schutzflüssigkeit aus der Hauptströmung an Stellen höheren Druckes entnommen und an Stellen geringeren Druckes eingeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas bzw. die Schutzflüssigkeit den Einführungsstellen von außerhalb der Hauptströmung zugeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch I und 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas bzw. als Schutzflüssigkeit ein Mittel verwendet wird, welches die spätere Verwendung oder Förderung der Stoffe der Hauptströmung unterstützt bzw. verbessert.

II. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzströmung an den Stellen der stärksten Krümmung der strömungsführenden Wandung zugeleitet wird.

12. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzströmung an kavitationsgefährdeten Stellen eingeleitet wird.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß hohle Wellen und hohle Naben (I, 3I) zur Zufuhr der Schutzströmung vorgesehen sind.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß hohle Räume in Schaufeln (2, 2I, 32, 5I) oder Wandungsteilen (II) vorgesehen sind, aus denen die Schutzströmung durch Austrittsöffnungen (12, I3, 22, 39, 52, 53, 54) der Hauptströmung zugeführt wird.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen der Schutzströmung über die strömungsführenden Wandungsteile hervorragen.

I6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände der Austrittsöffnungen aus besonders verschleißfestem Werkstoff, z. B. Wolframkarbid, gefertigt sind.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen als schmale Längsschlitze ausgebildet sind.

I8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen für die Schutzströmung so angeordnet sind, daß sich ihr Wirkungsbereich teilweise überschneidet.

19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Austrittsöffnungen für die Schutzströmung vorgesehen sind, die verschiedene Neigung zur Hauptströmung bzw. Wandung besitzen.

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die die Austrittsöffnung der Schutzströmung bildenden Schlitze durch zwei verschiedene, gegeneinander distanzierte Körper gebildet werden.

21. Radialgebläse mit Vorrichtung nach Anspruch I4, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Schaufeln (2) nach dem Laufradaustritt hin offen sind.

22. Axialgebläse mit Vorrichtung nach Anspruch I3 und I4, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Welle (37) im Diffusorkern (36) offen endet.

23. Axialgebläse nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine oder mehrere innerhalb einer oder mehrerer Leitschaufeln (35) angebrachte Zuführungsleitungen (40) für das Schutzgas zum Diffusorkern.

24. Axialgebläse nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusorkern nach der Druckleitung hin offen ist.