DE9300807U1 - Laufrad - Google Patents

Description

A. Jeck & H.-J. Fleck Markgroning^ Straffe 47/1 ·" T>osrfaci 11 65*·* D-7*141 Schwieberdingen

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Blatt _A 9294 - a/n 22. Januar 1993

Christoph Sunder-PLassmarm
BöhLa eke rstraße 23

6730 Neustadt/Weinstraße-Lachen

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Laufrad

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine diagonal durchströmende Turbomaschine zur Förderung von flüssigen und/oder gasförmigen Medien mit Schaufeln und einem Nabenkörper, dessen Durchmesser in Richtung vom Strömungseintritt zum Strömungsaustritt zunimmt, wobei der Nabenkörper aus mindestens zwei Nabenabschnitten besteht und jeder Nabenabschnitt eine Schaufel aufweist.

Diagonal durchströmende Turbo-Arbeitsmaschinen sind im Pumpenbau bekannt und z.B. im Buch C. Pfleiderer, "Die Kreiselpumpen für Flüssigkeiten und Gase", 5. Auflage, Springer-Verlag 1961, Seite 278 ff-, Abbildungen 294 bis 2 97, beschrieben. Hierbei verläuft der im Meridianschnitt dargestellte Strömungskanal zunächst rein axial, bekommt im Bereich des Laufrades eine nach außen gerichtete radiale Komponente, wendet sich im Leitradbereich wieder nach innen und richtet sich dann achsparallel aus bis zum maximalen Austritt aus der Maschine. Die Übergänge von der axialen zur diagonalen Strömungsrichtung sollen möglichst stetig erfolgen. Das führt beim Laufrad zu einem Nabenkörper, dessen

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Kontur in zwei Richtungen gekrümmt ist. Die Laufschaufeln sind ebenfalls mehrfach gekrümmt, da sie, ähnlich wie bei axialen Strömungsmaschinen, längs der Schaufelhöhe den unterschiedlichen Strömungsverhältnissen angepaßt werden müssen. Die komplexe Form von Nabenkörper und Schaufeln hat dazu geführt, daß man bis heute die Laufräder in der klassischen Weise aus Metall gießt. Dabei wird jede Gießform einzeln hergestellt und muß zerstört werden, wenn man nach erfolgtem Guß das Laufrad erhalten will. Ferner sind im Ventilatorenbau Entwicklungen bekannt, die Nabenkörper und Schaufeln nur in einer Richtung krümmen, so daß sie aus ebenem Blech durch Walzen und Schweißen herstellbar sind. Diese Arbeitsverfahren sind relativ teuer und eignen sich deswegen nicht für die Herstellung größerer Stückzahlen. Sollten solche Laufräder aus Metall oder Kunststoff gegossen werden, wären wegen der allfälligen Hinterschnei düngen Formen mit herausziehbaren Formteilen (Schieber) erforderlich. Deren Herstellung ist jedoch unverhältnismäßig teuer, da für jede Schaufel ein Schieber erforderlich wäre. Daneben läßt sich auch mit diesem Verfahren nur eine ganz bestimmte Gruppe von Laufrädern fertigen, bei denen die Schaufeln sehr kurz sind bzw. untereinander keine Überdeckungen aufweisen. Beides läßt sich aber mit den Richtlinien für optimalen Schaufelentwurf nicht vereinbaren, weil es zu Wirkungsgrad- und Förderhöhenverlust führt. Kostengünstige Herstellung durch Gießen oder formgebendes Pressen aus ebenem Formmaterial läßt sich verwirklichen, wenn das Laufrad nicht als Ganzes gefertigt wird, sondern vielmehr aus einzelnen Segmenten. Ein Segment besteht jeweils aus einer Schaufel und einem Nabenstück. Bei axial durchströmenden Maschinen sind solche Lösungen bekannt.

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So ist in der DE-PS 2 3 62 758 ein solcher Lösungsweg offenbart. Die Schaufel, ist in der Mitte eines Nabenstücks angeordnet, das einen Ausschnitt aus dem kreiszylinderförmigen Nabenkörper darsteLLt. Die Kanten an der Ein- und Austrittsseite der Strömung sind kreisbogenförmig gekrümmt, die anderen beiden verlaufen mehr oder weniger parallel zur Maschinenachse. Der Lösungsgedanke ist zwar grundsätzlich brauchbar, läßt sich aber auf das diagonal durchströmende Laufrad nicht übertragen, weil die Schrägung der Schaufel zusammen mit der in zwei Richtungen gekrümmten Nabenfläche das Entnehmen des fertigen Segments aus der Form unmöglich macht.

Ausgehend von dem obigen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.

Die gestellte Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Laufrad erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trennfuge zwischen jeweils zwei Nabenabschnitten in Nähe des Übergangs der Schaufel zum Nabenabschnitt verläuft.

Man erkennt, daß die Erfindung jedenfalls dann verwirklicht ist, wenn das Laufrad aus Teilen besteht, die insbesondere durch Spritzen oder Spritzguß herstellbar ist, wobei keine Schieber erforderlich sind.

Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüche hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen

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Fig. 1 ein Laufrad in perspektivischer Seitenansicht,
Fig. 2 ein Segment des Laufrades nach Fig. 1,
Fig. 3 ein anderes Segment,

Fig. 4 einen Teil eines Axialschnittes des Laufrades nach Fig. 1,

Fig. 5

und

Fig. 6 jeweils einen Teil eines Axialschnittes bei

einer anderen Ausführungsform des Laufrades

nach Fig. 1 und

Fig. 7 einen Schnitt durch den Nabenabschnitt eines Segmentes mit wulstartigen Versteifungen.

In Fig. 1 ist ein Laufrad für eine diagonal durchströmende Turbomaschine zur Förderung von flüssigen und/oder gasförmgien Medien mit Schaufeln 1 und Nabenkörper 2 dargestellt, dessen Durchmesser in Richtung vom Strömungseintritt 5 zum Strömungsaustritt 6 zunimmt, wobei der Nabenkörper 2 aus mehreren Nabenabschnitten 8 , wie insbesondere in Figuren 2, 3 und 4 zu entnehmen ist, besteht und jeder Abschnitt 8 eine Schaufel 1 aufweist. Hierbei sind die Nabenabschnitte und die Schaufeln so bemessen, daß die Trennfuge zwischen jeweils zwei Nabenabschnitten 8 in vorzugsweise unmittelbarer Nähe des Übergangs der Schaufel 1 zum Nabenabschnitt 8 verläuft. Der Nabenabschnitt 8 kann auf die Drehrichtung 4 des Laufrades bezogen vor oder hinter der Schaufel 1 angeordnet sein. Wie insbesondere

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Fig. 2 und 3 erkennen Lassen, bilden die Nabenabschnitte 8 und die Schaufeln 1 Segmente 7 , aus denen der eigentliche Nabenkörper besteht.

Ferner läßt Fig 1 erkennen, daß das Rad sich um die Maschinenachse 3 dreht, wobei die Drehrichtung 4 durch einen Pfeil gekennzeichnet ist. Senkrecht dazu liegt in der Ebene des kleinen Durchmessers des Nabenkörpers 2 der Strömungseintritt 5, in der Ebene des großen Durchmessers der Strömungsaustritt 6. Der Fig. 1 sind auch die Verwindung der Schaufeln 1 und die gekrümmte Kontur des Nabenkörpers 2 zu entnehmen, die zusammen das Entformen eines kompletten Laufrades unmöglich machen.

In Fig. 2 ist ein Segment 7 des Laufrades dargestellt, das aus einer Schaufel 1 und dem dazugehörigen Nabenabschnitt 8 des Nabenkörpers 2 besteht. Die Entformung des gegossenen oder gepreßten Segments 7 wird dadurch ermöglicht, daß die Schaufel 1 mit ihrer dem Nabenkörper 2 zugewandten Kante den Nabenabschnitt 8 nicht innerhalb dessen Fläche trifft, sondern an einer Begrenzungskante, welche den Anschluß an den nächsten Nabenabschnitt 8 darstellt. Der Anschluß kann so erfolgen, daß der zugehörige Nabenabschnitt 8 auf die Drehrichtung 4 bezogen hinter der Schaufel liegt. Diese Anordnung wird vorzugsweise bei gegossener Ausführung gewählt, und bei gepreßter Ausführung dann, wenn die Rückfederung des Materials gering ist. Eine andere Möglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt. Bei ihr liegt der zugehörige Nabenabschnitt 8 auf die Drehrichtung 4 bezogen vor der Schaufel 1. Diese Anordnung bietet Vorteile bei gepreßter Ausführung, wenn das zu verarbeitende Material stärker zurückfedert.

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Das vorgeschlagene Aufteilen des Laufrades in Segmente 7 erfordert Einrichtungen, mit denen die einzelnen Segmente 7 wieder zu einem kompletten Laufrad zusammengefügt werden. Es ist vorteilhaft, diese an den Strömungseintritt 5 bzw. an den Strömungsaustritt 6 zu legen. Fig. 4 zeigt einen in Richtung Maschinenachse 3 geführten Schnitt durch einen Nabenabschnitt 8. Erfindungsgemäß werden die Segmente 7 dadurch wieder zu einem kompletten Laufrad, daß die an Strömungseintritt oder Strömungsaustritt 6 liegende Nabenkanten 8 der Nabenabschnitte 8 von einem Ringkörper 10 oder Scheibenkörper 11 umfaßt sind. In Fig. 4 ist am Strömungseintritt 5 ein Ringkörper 10 dargestellt, am Strömungsaustritt 6 ein Scheibenkörper 11. Die Zuordnung könnte jedoch ebensogut umgekehrt erfolgen. Weiterhin können auch ausschließlich Ringkörper 10 oder ausschließlich Scheibenkörper 11 verwendet werden. Der Scheibenkörper 11 wird vorzugsweise dann gewählt, wenn die Durchströmung des von den Segmenten 7 gebildeten holen Nabenkörpers 2 verhindert werden soll. Ebenso dann, wenn ein Anschluß zwischen antreibender Welle und Nabenkörper 2 herzustellen ist. Der Ringkörper 10 wird zweckmäßigerweise dann eingesetzt, wenn ein hinter oder in dem Nabenkörper 2 liegender Elektromotor zu kühlen ist und der hohle Nabenkörper 2 vom geförderten Medium durchströmt werden soll. In diesem Fall liegen der Scheibenkörper 11 am Strömungsaustritt 6, wobei die Scheibe mit Aussparungen versehen ist, die das kühlende Fördermedium durchlassen. Diese Aussparungen können im Extremfall so groß gewählt werden, daß aus dem Scheibenkörper 11 ein Ringkörper 10 entsteht, der lediglich über Rippen oder Stege mittelbar oder unmittelbar mit dem antreibenden Elektromotor verbunden ist.

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Die Befestigung von Ringkörper 10 und Scheibenkörper 11 an den Nabenkanten erfolgt zweckmäßigerweise durch eine Nut-Federverbindung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Die Haftung zwischen den vorgenannten Teilen läßt sich durch Verkleben oder dadurch erreichen, daß die Dicke der Nabenkanten etwas größer gewählt wird als die Weite der zugehörigen Nut im Ringkörper 10 oder Scheibenkörper 11, so daß der Verband durch einen Preßsitz zusammengehalten wird. Dies ist jedoch nicht die einzige Verbindungsmöglichkeit. Fig. 5 zeigt eine Lösung, die Vorteile aufweist bei Segmenten 7, die aus ebenem Vormaterial durch Pressen entstanden sind. Hierbei wird über die Nabenkanten 9 ein Ringkörper 10 oder ein Scheibenkörper 11 gepreßt, dessen äußerer Rand in Richtung der Maschinenachse 3 umgelegt ist. Der innere Durchmesser der tragenden Fläche 12 ist etwas kleiner gehalten als der äußere Durchmesser des Kreises, der durch aneinanderfügen der Segmente 7 von den Nabenkanten 9 gebildet ist. Es entsteht ein Preßverband, der bei fachgemäßer Dimensionierung einer weiteren Sicherung durch Kleben oder Verschweißen nicht mehr bedarf.

Eine weitere Lösung für die Verbindung von Ringkörper 10 und Scheibenkörper 11 mit den Segmenten 7 zeigt Fig. 6. Hier tragen die Nabenkanten 9 Zapfen 13, die parallel zur Maschinenachse ausgerichtet sind und die durch passende Bohrungen durch den Ringkörper 10 bzw. den Scheibenkörper 11 hindurchreichen. Die Verbindung entsteht durch Vernieten der Zapfen 13. Diese Lösung wird vorzugsweise bei gegossenen Segmenten 7 gewählt, bei denen das Anformen der Zapfen 13 keinen zusätzlichen Arbeitsaufwand bedeutet. Eine Schaufel 1, deren Gestalt ausschließlich von Gesichtspunkten des

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Wirkungsgrades und der Förderhöhe bestimmt ist, wird in der Regel unter Fliegkrafteinfluß ein Biegemoment auf den Nabenabschnitt 8 übertragen. Außerdem können, abhängig von der Dichte des Fördermediums, strömungstechnisch verursachte Biegemomente hinzukommen. Beides führt auf" eine Deformation des Nabenabschnittes 8, durch welche die Lage der Schaufel so weit verändert werden kann, daß es zum Anstreifen der Schaufel 1 am Gehäuse kommt, was in der Mehrzahl der Fälle schwerwiegende Schaden nach sich zieht. Der Verformung des Nabenabschnittes 8 läßt sich jedoch durch wulstartige Versteifungen 15 auf der Innenseite des Nabenabschnittes 8 begegnen,.wie in Fig. 7 dargestellt ist. Die Versteifungen

15 werden vorteilhafterweise besonders in der Hälfte des Nabenabschnitts 8 angebracht, die dem Strömungsaustritt 6 zugewandt ist. Ihr Verlauf auf der Innenseite des Nabenabschnitts 8 folgt mehr oder weniger der Umfangsrichtung des Nabenkörpers 2. Ihr Querschnitt ist besonders günstig gewählt, wenn die der Maschinenachse 3 zugewandten Flächen

16 der Versteifungen 15 sich in Richtung vom Strömungseintritt zum Strömungsaustritt 6 kegelförmig erweitern, weil dann auch eine Entformung in Richtung der Maschinenachse 3 möglich ist.

Claims (16)

A 9294 - a/n - 9 Ansprüche

1. Laufrad für eine diagonal durchströmende Turbomaschine zur Förderung von flüssigen und/oder gasförmigen Medien mit Schaufeln (1) und einem Nebenkörper (2), dessen Durchmesser in Richtung vom Strömungseintritt (5) zum Strömungsaustritt (6) zunimmt, wobei der Nabenkörper (2) aus mindestens zwei Nabenabschnitten 8 besteht und jeder Nabenabschnitt (8) eine Schaufel (1) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Trennfuge zwischen jeweils zwei Nabenabschnitten (8) in Nähe des Übergangs der Schaufel (1) zum Nabenabschnitt (8) verläuft.

2. Laufrad nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Trennfuge in unmittelbarer Nähe des Übergangs verläuft.

3. Laufrad nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Nabenabschnitt auf die Drehrichtung (4) des Laufrades bezogen vor oder hinter der Schaufel angeordnet ist.

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4. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Nabenabschnitte (8) und die Schaufeln (1) Segmente bilden, aus denen der Nabenkörper besteht.

5. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Segmente (7) an der Seite von Strömungseintritt (5) und Strömungsaustritt (6) mit je einem Ringkörper (10·) und/oder je einem Scheibenkörper (11) verbindbar sind.

6. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Ringkörper (10) bzw. Scheibenkörper (11) jeweils eine Nut bzw. Feder aufweisen, die mit federartig bzw. nutartig ausgebildeten Nabenkanten (9) der Segmente (7) verbindbar sind.

7. Laufrad nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Ringkörper (10) und der Scheibenkörper (11) durch Übermaß der Nabenkanten (9), durch Verkleben oder durch Verschweißen mit den Segmenten (7) verbindbar sind.

8. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Ringkörper (10) bzw. Scheibenkörper (11) Bohrungen parallel zur Maschinenachse (3) aufweisen, durch welche auf den Nabenkanten (9) angeordnete Zapfen (13) hindurchsteckbar und vernietbar sind.

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9. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Ringkörper (10) bzw. Scheibenkörper (11) kappenartig über die Nabenkante (9) der Segmente (7) greifen und daß der Innendurchmesser der tragenden Fläche (12) des Ringkörpers (10) bzw. Scheibenkörpers (11) geringfügig kleiner ist als der entsprechende äußere Durchmesser der kreisförmig aneinandergesetzten Nabenkanten (9).

10. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Segmente (7) im Strömungsaustritt (5) durch einen Ringkörper (10) und im Strömungsaustritt (6) durch einen Scheibenkörper (11), der Aussparungen (14) aufweist, gehalten sind.

11. Laufrad nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß das neben den Aussparungen (14) im Scheibenkörper (11) verbleibende Material in Form radial stehender Rippen ausgebildet ist, wobei über den Scheibenkörper (11) das antreibende Drehmoment in den Nabenkörper (2) einleitbar ist.

12. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Segmente (7) durch Gießen oder Spritzen herstellbar sind.

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13. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die Segmente (7) durch formgebendes Pressen herstellbar sind.

14. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,

daß die Nabenabschnitte (8) auf ihren Innenseiten mit jeweils mindestens einer Versteifung (15) versehen sind, die sich vorzugsweise in Umfangsrichtung des Nabenkörpers (2) erstrecken.

15. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,

daß die Versteifungen (15) vorzugsweise in der Hälfte des Nabenabschnittes (8) angebracht sind, die dem Strömungsaustritt (6) zugwandt ist.

16. Laufrad nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet,

daß die der Maschinenachse (3) zugewandten Flächen

(16) der Versteifungen (15) sich in Richtung vom

Strömungseintritt (5) zum Strömungsaustritt (6) kegelförmig erweiteren.

17- Segment zur Bildung eines Laufrades nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,

daß es aus dem Nabenabschnitt (8) und mindestens einer Schaufel (1) besteht.