DE952378C

DE952378C - Laeufer fuer Kreiselradmaschinen

Info

Publication number: DE952378C
Application number: DEA15319A
Authority: DE
Inventors: Thomas Und Horace Sincl Albert
Original assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Current assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Priority date: 1951-03-30
Filing date: 1952-03-07
Publication date: 1956-11-29
Also published as: CH312357A; US2832565A; BE510277A; FR1052333A; GB697752A

Description

AUSGEGEBEN AM 29. NOYEMBER1956

A 1531p Ia/2/c

Die Erfindung betrifft einen Läufer für Kreiselradmaschinen, bei dem eine Reihe von Schaufelradscheiben drehfest auf der Welle befestigt ist, beispielsweise einen zusammengebauten vielstufigen Axialverdichterläufer für ein Gasturbinentriebwerk.

Bei einem bekannten zusammengebauten vielstufigen Axialverdichterläufer sind die Schaufelradscheiben unmittelbar auf der Welle befestigt, indem die Naben der Scheiben mit etwas Vorspannung auf die Welle aufgezogen werden, um so einer durch die Fliehkraft bedingten Verformung zu widerstehen und dadurch den festen Sitz der Naben auf der Welle bei den großen Betriebsdrehzahlen zu gewährleisten. Ist der Sitz nach Art der Preßsitze nicht ganz besonders fest und vermögen die Scheiben der Fliehkraftverformung nicht standzuhalten, so haben diese unter der Fliehkraft die Neigung, ihren Nabensitz auf der Welle zu lockern. Hierdurch werden die Scheiben zur Welle leicht ao ungleichachsig, was gefährlich ist und zu ernsthaften Beschädigungen führen kann.

Es ist auch eine andere Läuferkonstruktion bekannt, bei der <üe einzelnen Scheibennaben gegenüber der Welle erhebliches Radialspiel haben. Der as genaue zentrische Lauf des aus mehreren Scheiben aufgebauten Läufers soll durch auf beiden Nabenstirnseiten der Scheiben vorhandene Zahnkränze gesichert werden, die mit denen der beiden benachbarten Scheiben im Eingriff stehen. Die Ver-

einigung der Scheiben und der Hohlwelle zu einem Ganzen geschieht dann mittels zweier je mit nur einem Zahnkranz versehener Endflansche, die axial zusammengespannt auf der Hohlwelle befestigt sind und ihrerseits wieder mit der eigentlichen Antriebswelle der Kreiselradmaschine (Turbine, Kompressor u. dgl.) verbunden sind. Die Stabilität eines derartigen Läufers nimmt aber mit steigender Scheibenzahl ab, zumal bei hohen Drehzahlen überdies die Gefahr von unzulässigen Durchbiegungen infolge unvermeidlicher Unwucht besteht. Hierbei können besonders bei im Resonanzgebiet liegenden Drehzahlen auch die gefährlichen Biegeschwingungen auftreten. Kleine Ungenauigkeiten in der Passung der Verzahnungen können sich mit steigender Scheibenzahl und somit zunehmender Knicklänge des Läufers verstärkt auswirken. Die Knicklänge ist aber bekanntlich hinsichtlich der Belastbarkeit eines in axialer Richtung auf Druck beanspruchten Maschinenteiles nicht bloß linear, sondern im Quadrat wirksam.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Herstellung eines Läufers vom Scheibentyp für Kreiselradmaschinen von einer die Gleichachsigkeit von Welle und Scheiben gewährleistenden stabilen, aber doch leichten und leicht zusammenzusetzenden Bauart, der sich — falls erforderlich — ohne Beschädigung desselben auch leicht auseinandernehmen läßt und dessen Schaufeln tragende Scheiben besonders an den Naben sehr hoch beansprucht werden können.

Die bei den bekannten Läuferkonstruktionen auftretenden Fehlerquellen und Gefahren, insbesondere die bei hohen Drehzahlen leicht auftretende Ungleichachsigkeit zwischen Welle und Scheiben und die gefährlichen Biegeschwingungen werden bei den nach der Erfindung hergestellten Läufern ausgeschaltet.

Bei einem Läufer für Kreiselradmaschinen, der aus einer Welle und einer Reihe von Schaufelradscheiben besteht, die die Welle mit geringem radialem Spiel umschließen und deren jede an jeder Nabenstirnseite einen die Scheibe zentrierenden Zahnkranz trägt, wobei mindestens einer der Zahnkränze der Reihe in einen auf der Welle festen Zahnkranz eingreift, sind erfindungsgemäß zwischen einigen oder allen, zweckmäßig aus Stahl bestehenden Scheiben, von denen einige als Zwillingsscheiben ausgebildet sein können und die alle in axialer Richtung verhältnismäßig schwachen Querschnitt haben, Zentrierringe angeordnet, die mit ebensolchen Zahnkränzen versehen sind und mit . den Scheibenzahnkränzen kämmen und die ohne oder fast ohne radiales Spiel auf der Welle sitzen. Diese Bauart gestattet eine gewisse Fliehkraftverformung der Scheiben, wobei die wichtige Gleichachsigkeit zwischen Welle und Scheiben durch die Zentrierringe erhalten bleibt. Die zentrierende Verzahnung kann dabei eine beliebige Zahnform aufweisen. .

Zweckmäßig hält man die Zentrierringe dünn, um sie keiner wesentlichen Verformung durch die Wirkung der Fliehkraft auszusetzen. Sie können auf der Welle etwa mit Schiebesitz oder besser einem leichten Festsitz angeordnet sein.

In den Zeichnungen ist die Fig. 1 ein schematischer Längsschnitt der rechten Hälfte des mit Schaufeln besetzten Läufers eines Axialverdichters; die damit zusammenwirkenden festen Leitschaufeln des Verdichters sind durch strichpunktierte Linien angedeutet. Die Fig. 2, 3 und 4 sind vergrößerte Schnitte nach den Linien 2-2, 3-3 und 4-4 der Fig. i.

Die Zeichnungen zeigen eine hohle Läuferwelle 11, deren Außendurchmesser mit den Stufen 12 bis 15 von einem Ende bis etwa zur Mitte hin zunimmt und von da mit den Stufen 16 bis 21 wieder kleiner wird. Eine solche Welle ist ausreichend biegefest.

Die Zeichnungen lassen eine Anzahl von Schaufelradscheiben erkennen, z. B. 22, 23, 24, die mit Ausnahme der stärkeren Naben in axialer Richtung verhältnismäßig dünn sind. Diese Scheiben sitzen mit geringem Radialspiel auf der Läuferwelle. So sind in den Fig. 2 und 3 die Naben der Scheiben 22, 23, 24, 26, 27, 28, 36_a und 3O₀ mit gegenüber der Wirklichkeit übertrieben großem Radialspiel gezeichnet.

Für einen großen Läufer macht man Welle, Scheiben und Laufschaufeln 33, ebenso auch die Mantelringe 34 zwischen den Schaufeln benachbarter Radscheiben zweckmäßig aus Stahl, um größere Festigkeit bei leichtem Gewicht zu erhalten.

Um zu verhindern, daß sich die relativ dünnen Scheiben unter dem Druck der strömenden Gase gegen die Schaufeln axial verbiegen, können einige Schaufelkränze auf Zwillingsscheiben befestigt sein, die einander ihre hohle Seite zukehren, wie dies bei 36g und 2,6_b dargestellt ist. Im vorliegenden Beispiel sind drei solche Zwillingsscheiben vorgesehen, zwei, 3O₀, 3O₀ und 37, in der Nähe der Mitte und eine, 38, am Auslaßende. Jede Scheibe eines solchen Zwillingspaares weist einen Nabenteil auf; diese sind einander zugekehrt und durch die axiale Verzahnung 40 miteinander verbunden. Zwischen benachbarten Scheiben befindet sich je ein Zentrierring 42, der mit Schiebesitz oder leichtem Festsitz auf der Welle sitzt. Jeder dieser Ringe 42 hat an jedem Ende einen Kranz axial vorstehender Zähne 43, der mit einem Kranz entsprechend gestalteter Zähne 44 auf den Stirnflächen der benachbarten Scheibennaben im Eingriff steht. Selbstverständlich wird man beim Zusammenbau die Scheiben und Ringe am größten Wellendurchmesser, in Fig. 1 also die Scheibe 26 und die benachbarten Ringe 47, zuerst auf die Welle aufbringen; hierauf können nacheinander die übrigen Scheiben und Wellen von entgegengesetzten Enden der Welle her aufgezogen werden.

Um das Abziehen eines Ringes zu erleichtern, wenn ein Auseinandernehmen notwendig wird, sind die Ringe, wie die Zeichnung erkennen läßt, mit Schraubengewinde 49 versehen. Zusätzlich sind in manchen Fällen die Ringe innen ausgedreht, wie bei 50 dargestellt ist, um das Gewicht zu ver-

mindern und nebenbei ein genaues Bearbeiten der ganzen Länge der Nabenbohrung mit engen Toleranzen zu vermeiden.

Zum Zweck des Antriebes ist ein auf der Welle fester Zahnkranz angeordnet, der aus einer auf der Welle etwa in der Mitte der Scheibenreihe ausgebildeten Knaggenanordnung 54 (Fig. 3) und beiderseits axial anliegenden, durch Klauen in jene eingreifenden Zentrierringhälften 52_fl und 52₆ besteht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. Läufer für Kreiselradmaschinen, bestehend aus einer Welle und einer Reihe von Schaufelradscheiben, die die Welle mit geringem radialem Spiel umschließen und deren jede an jeder ihrer Nabenstirnseiten einen die Scheibe zentrierenden Zahnkranz trägt, wobei mindestens einer der Zahnkränze der Reihe in einen auf der Welle festen Zahnkranz eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einigen oder allen, zweckmäßig aus Stahl bestehenden Scheiben, von denen einige als Zwillingsscheiben (36_ß, 365, 37, 38) ausgebildet sein können und die alle in axialer Richtung verhältnismäßig schwachen Querschnitt haben, Zentrierringe (42) angeordnet sind, die mit ebensolchen Zahnkränzen (43) versehen sind und mit den Scheibenzahnkränzen kämmen und die ohne oder fast ohne radiales Spiel auf der Welle sitzen.
2. Läufer nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierringe relativ dünn und ebenso wie die Scheibennaben (29, 30) mit Aussparungen (31, 50) versehen sind, so daß sie keiner wesentlichen Verformung durch Fliehkraftwirkung unterliegen.
3. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierringe mit Schiebesitz, vorzugsweise einem leichten Festsitz auf der Welle befestigt sind und auf ihrem Außendurchmesser mit Gewinde (49) versehen sind.
4. Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der 45, auf der Welle feste Zahnkranz aus einer auf der Welle etwa in der Mitte der Scheibenreihe ausgebildeten Knaggenanordnung und beiderseits anliegenden, durch Klauen in jene eingreifenden Zentrierringhälften (S²a> 5²b) besteht.
5. Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Welle (11) in der Weise abgestuft ist, daß er in der Nähe der Mitte der Scheibenreihe am größten ist und nach den Enden hin stufenweise kleiner wird.
6. Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die .Nabenteile jeder Zwillingsscheibe (3O₀, 3O₀) auch auf ihrer inneren Stirnseite mit einem Zahnkranz versehen sind, der mit dem Zahnkranz der zugehörigen Zwillingsscheibe kämmt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Schweizerische Patentschrift Nr. 271 737.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 508/502 4.56 (609 694 11.56)