LAUFRAD EINES KREISELVERDICHTERS

Abstract

 Laufrad, das eine Hauptlaufscheibe (1), Laufschaufeln (2) und eine Deckscheibe (3) enthält, die aus, miteinander verbunden, Deckscheibenkörper (4) und Ring (5) besteht. Die Verbindung des Deckscheibenkörpers (4) und des Ringes (5) ist lösbar unter Ausbildung an der Trennungsstelle von einander zugeordneten Gegenflächen (6 und 7) ausgeführt und weist auf der Gegenfläche (7) des Ringes (5) einen Ringbund (8) und auf der Gegenfläche (6) des Deckscheibenkörpers (4) eine Ringeindrehung (9) auf, in die der Ringbund (8) hineinragt. Dabei ist der Innendurchmesser (D_o) des Deckscheibenkörpers (4) kleiner als der Durchmesser ID) des Ringes (5) an den Gegenflächen (6 und 7) derselben um 1 - 1,5..10^-3D_o.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Verdiohterbau, insbesondere auf Laufräder von Kreiselverdichtern.

Zugrundeliegender Stand der Technik

[0002] Es ist ein Laufrad für Kreiselverdiohter bekannt, das eine Hauptlaufscheibe, Laufsohaufeln und eine Deokscheibe enthält, die aus dem Deckscheibenkörper zur Gasstromführung im Laufrad und einem Ring zur Anordnung von Dichtungen besteht (s. V.F.Ris "Tsentrobezhnye kompressornye mashiny" /Zentrifugalkompressormaschinen/, Leningrad, Verlag "Mashinostroenio", 1981, 3. 35, 103).

[0003] Die Deckscheibe ist dabei ungeteilt aus einem Schmiedestück gefertigt. Die Laufräder mit solchen Deckscheiben zeichnen sich durch die Möglichkeit aus, mit erhöhten Umfangsgeschwindigkeiten zu arbeiten (von 120 bis 300 m/s).

[0004] Jedoch erfordert die ungeteilte Ausführung der Deckscheiben aus einem Schmiedestück einen erheblichen Metallverbrauch (Metallausnutzungsgrad erreicht nur 15%) und einen großen Arbeitsaufwand (85% des Metalls werden zerspant).

[0005] Darüber hinaus verursachen die hohen Umfangsgeschwindigkeiten eine Biegeverformung des Ringes und des Deckscheibenkörpers sowie eine Radialverformung des Ringes. Die genannten Formänderungen rufen eine Radialverschiebung des Ringes hervor, durch welche vergrößerte Spalte zwischen dem Ring und den im Verdichtergehäuse eingebauten Dichtungen vorgesehen werden müssen. Die Vergrößerung der Spalte aber führt zur Zunahme von Gasentweichungen und zur Herabsetzung der Wirtschaftlichkeit des Verdichters.

[0006] Bekannt ist noch ein Laufrad für Kreiselverdiohter, das eine Hauptlaufscheibe, Laufschaufeln und eine Deckscheibe enthält, welche Deckscheibe aus miteinander verbunden, Deckscheibenkörper zur Gasstromführung im Laufrad und Ring zur Anordnung von Dichtungen besteht (s. das Buch von Bruk A.D. "Dymososy gazcoochistnykh sooruzheny" /Saugzungventilatoren in den Gasreinigungsanlagen/, Moskau, Verlag "Maahinostroenie", 1984, S. 120).

[0007] Bei diesem Laufrad wird der Deckscheibenkörper mit dem Ring entweder durch Schweißen oder Nieten verbunden. Im Vergleich mit den Laufrädern, deren Deckscheibe aus einem ungeteilen Stück gefertigt ist, sind die Laufräder mit der mehrteiligen Deckscheibe, bei denen die Verbindung des Deokscheibenkörpers mit dem Ring wie erwähnt ausgeführt wird, weniger arbeits- und metallintensiv, weisen aber eine große Beanspruchung der Verbindungsstelle des Deckscheibenkörpers und des Ringes auf, was die Anwendung dieser Laufräder für den Betrieb mit Umfangsgeschwindigkeiten über 120 m/s unmöglich macht.

Offenbarung der Erfindung

[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad von Kreiselverdichtern zu entwickeln, bei dem die Verbindung des Deckscheibenkörpers mit dem Ring derart ausgeführt wird, daß die Beanspruchungen an deren Verbindungsstelle herabgesetzt werden und somit der Einsatz der genannten Laufräder mit Umfangsgeschwindigkeiten über 120 m/s ermöglicht wird.

[0009] Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Laufrad für Kreiselverdichter, das starr miteinander verbunden, Hauptscheibe, Laufschaufeln und Deckscheibe enthält, welche Deckscheibe aus, miteinander, verbunden, Deckscheibenkörper zur Gasstromführung innerhalb des Laufrades und Ring zur Anordnung von Dichtungen besteht, erfindungsgemäß die Verbindung des Deckscheibenkörpers mit dem Ring unter

[0010] Ausbildung an dem Deckscheibenkörper und dem Ring von einander zugeordneten Gegenflächen lösbar ausgeführt ist und auf der Gegenfläche des Ringes seitens der Laufschaufeln einen Ringbund aufweist, der in eine auf der Gegenfläche des Deckscheibenkörpers ausgesparte Ringeindrehung hineinragt, wobei der Innendurchmesser des Deckscheibenkörpers gegenüber dem Durchmesser des Ringes an dessen Gegenfläche um 1 bis 1,5.10^-3.D_o kleiner ist, wo D den Innendurchmesser der Deckscheibe bedeutet.

[0011] Während des Betriebes greift nur die Fliehkraft der Eigenmasse des Deckscheibenkörpers und eines Teils der Schaufel-masse an der Deoksoheibe an. Es entsteht praktisch keine Kraft der Wechselwirkung des Deoksoheibenkörpers mit dem Ring da bei der gewählten Durohmesserdifferenz (Grösse des Übermaßes ) der Deckscheibenkörper mit dem Ring in keine Wechselwirkung tritt, die genannten Bauteile berühren sich nur. Da hierbei kein Biegemoment angreift, wird die Biegung des Deckscheibenkörpers ausgeschlossen und dadurch dessen gleichmäßige Belastung erreicht, wobei als Folge davon die Stärke der Umfangsbeanspruohungen herabgesetzt und die Radialspannungen vollkommen beseitigt werden. Dabei wirken nur die Fliehkräfte der Ringeigenmasae auf den Ring der Deckscheibe ein, weshalb die Beanspruchungen an diesem und demzufolge auch die Radialbewegungen gering sind.

[0012] Da keine Kräfte der Wechselwirkung des Deckscheibenkörpers mit dem Ring auftreten und der Grad der Spannungen an der Verbindungsstelle des Deckscheibenkörpers mit dem Ring gering ist, können die Laufräder mit den Deckscheiben dieser Bauart beim Betrieb mit Umfangsgeschwindigkeiten eingesetzt werden, die die Umfangsgeschwindigkeit von 120 m/s (bis 300 m/s) weit übertreffen.

[0013] Durch Ausführung des Ringbundes am Ring seitens der Laufschaufeln und dessen Anordnung in der Ringeindrehung des Deckscheibenkörpers werden die Verschiebungen des Rings als eines starren Körpers relativ zum Deckscheibenkörper in Axial- bzw. Radialrichtung verhindert.Die Axialverschiebungen in einer Richtung werden durch die Stirnflächen des Ringbundes und der Ringeindrehung, in der anderen Richtung aber durch die Laufschaufeln ausgeschlossen. Die relativen Radialverschiebungen des Ringes (durch dessen Restunwucht verursacht) werden durch die Reibungskräfte an der Kontaktstelle des Ringbundes mit den Laufschaufeln beseitigt. Die genannten Reibungskräfte treten infolge der vom Deckscheibenkörper aus über die Stirnflächen des Ringbundes und der Ringeindrehung auf die Laufschaufeln übertragenen Axialbelastungen auf. Durch diese Axialbelastungen werden nur die relativen Verschiebungen des Ringes als eines starren Körpers vermieden.

[0014] Wie die experimentellen Untersuchungen nachgewiesen haben, liegen die optimalen Größen des Übermaßes (die Differenz der zusammenzufügenden Durchmesser des Ringes und, des Deoksohelbenkörpers) im Bereich zwischen 1 und 1,5.10^-3.D_o, wo D den Innendurchmesser der Deckscheibe bedeutet.

[0015] Die untere Grenze des Paßübermaßas 1.10^-3.D_o wird durch die Möglichkeit der mechanischen Bearbeitung der Deoksoheibe bei deren Herstellung bedingt, da bei einem Übermaß kleiner als 1.10^-3.D_o die mechanische Bearbeitung der Deoksoheibe bei jeder Einspannungsart derselben umöglich ist.

[0016] Bei den Werten des Übermasses an der Verbindungsstelle des Ringes und des Deokscheibenkörpers größer als 1.5.10^-3.D_o beginnt sich bei der Arbeit des Verdichters die Einwirkung des Deckscheibenkörpers auf den Ring zu zeigen, wodurch eine erhöhte Beanspruchung der Verbindung auftritt, die Verformung des Ringes zunimmt und die Spalte in den Dichtungen bei erhöhten Umfangsgeschwindigkeiten vergrößert werden müssen, was wiederum eine Zunahme der Leckverluste und eine Verringerung des Verdlohterswirkungsgrades zur Folge hat.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0017] Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels derselben unter Bezugnahme auf die beigelegte Zeichnung näher erläutert, in der die Gesamtansicht eines Teils des erfindungsgemäßen Laufrades des Kreiselverdichters im Längsschnitt wiedergegeben ist.

Beste Ausführungsform der Erfindung

[0018] Das vorgeschlagene, in Fig. 1 dargestellte Laufrad für Kreiselverdichter enthält eine Hauptlaufscheibe 1 und Laufschaufeln 2, die als ein Ganzes mit der Hauptlaufscheibe 1 gefertigt oder an dieser angeschweißt (angelötet) sind.

[0019] Mit den Laufschaufeln 2 ist die Deckscheibe 3 durch Schwaißen bzw. Löten starr verbunden, die aus, miteinander verbunden, einem Deckscheibenkörper 4 zur Gasstromführung innerhalb des Laufrades und einem Ring 5 zum Einbauen von (aus der Zeichnung nicht ersichtlichen)Abdichtungsele- menten besteht, welche Gasentweichungen verhindern.

[0020] Der Deckscheibenkörper 4 und der Ring 5 sind miteinander unter Ausbildung von einander zugeordneten Gegenflächen 6 und 7 jeweils des Deckscheibenkörpers 4 und des Ringes 5 verbunden.

[0021] Der Innendurchmesser D_o des Decksoheibenkörpers 4 ist kleiner als der Durchmesser D des Ringes 5 an deren Gegenflächen 6 und 7. Die Differenz der Durchmesser D_o und D liegt im Bereich von 1 bis 1,5.10^-3.D_o, wodurch beim Betrieb des Laufrades die Wechselwirkung des Deckscheibenkörpers 4 mit dem Ring 5 ausgeschlossen wird, die Beanspruchungen in der Verbindung der Gegenflächen 6 und 7 stark herabgesetzt werden und die Verwendung der Konstruktion des Laufrades beim Betrieb mit Umfangsgeschwindigkeiten über 120 m/s (bis 300 m/s) ermöglicht wird.

[0022] An der Gegenfläche 7 des Ringes 5 ist ein Ringbund 8 auf der Seite der Laufschaufeln 2 vorgesehen. Dieser Ringbund 8 ragt in eine in der Gegenfläche 6 des Körpers 4 der Deckscheibe 3 ausgesparte Ringeindrehung 9 hinein.

[0023] Zwischen dem genannten Ringbund 8 und der Ringeindrehung 9 ist ein Ringspalt 10 vorhanden.

[0024] Durch die Anordnung des Ringbundes 8 in der Ringeindrehung 9 des Deckscheibenkörpers 4 werden die Bewegungen des Ringes 5 in Axial- und Radialrichtungen verhindert.

[0025] Die Stirnflächen 11 und 12 jeweils des Ringbundes 8 und der Ringeindrehung 9 sowie die Stirnflächen 13 und 14 jeweils des Ringbundes 8 und der Laufschaufeln 2 verhindern die Bewegungen des Ringes 5 in Axialrichtung.

[0026] Auf der Außenfläche des Ringes 5 sind mehrere Abstufungen 15 vorgesehen, die zum Einbau von Dichtungselementen (nicht mitabgebildet) dienen.

[0027] Das Laufrad für Kreiselverdichter arbeitet wie folgt.

[0028] Bei der Drehung des Laufrades des Kreiselverdichters greifen an dessen Bauteilen Fliehkräfte an. Da die Laufschaufeln 2 mit der Hauptlaufscheibe 1 und dem Körper 4 der Deckscheibe 3 in starrer Verbindung stehen, greifen an diesen die Fliehkräfte der Eigenmasse und eines Teils der Masse der Laufschaufeln 2 an. Dabei tritt praktisch keine Kraftbelastung des Deckscheibenkörpers 4 und des Ringes 5 wegen ihrer Wechselwirkung auf, weil der Unterschied der Durchmesser D und D der Gegenflächen 6 und 7 am Körper 3 der Deckscheibe 3 und am Ring 5 derart gewählt ist, daβ beim Betrieb des Laufrades keine Wechselwirkung zwischen dem Deokscheibenkörper 4 und dem Ring 5 besteht, so daß die genannten Bauteile lediglich einander berühren. Bei fehlender Wechselwirkung des Ringes 5 mit dem Deckscheibenkörper 4 tritt auch kein Biegemoment ein, wodurch die Biegung des Deckscheibenkörpers 4 ausgeschlossen wird.

[0029] Bei fehlender Biegung des Deckscheibenkörpers 4 werden dessen gleichmäßige Belastung, Herabsetzung der Stärke der Umfangsbeanspruohungen und vollständige Beseitigung der Radialspannungen erreicht.

[0030] Da praktisch keine Wechselwirkung des Ringes 5 mit dem Deckscheibenkörper 4 besteht, greifen an dem Ring 5 der Deckscheibe 3 nur die Fliehkräfte der Eigenmasse des Ringes 5 an, die gering sind wegen der kleinen Umfangsgeschwindigkeit des Ringes und dessen kleiner Masse (im Vergleich mit der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades und der Masse des Deckscheibenkörpers 4 und eines Teils der Masse der Laufschaufeln 2).

[0031] Deswegen sind die Beänspruchungen am Ring 5 und demzufolge auch die Radialverschiebungen des Ringes 5 gering.

[0032] Auf diese Weise wird infolge der Herabsetzung der Stärke der Spannungen im Deckscheibenkörper 4 sowie der fehlenden Wechselwirkung des Ringes 5 und Deckscheibenkörpers 4 der Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung des Laufrades mit Umfangsgeschwindigkeiten über 120 m/s (bis 300 m/s) ermöglicht, und die kleinen Werte der Radialverschiebungen des Ringes 5 erlauben, die Spalte in den Dichtungen zu verkleinern, was eine Verringerung der. Gasentweichungen und eine Steigerung des Wirkungsgrades des Verdichters zur Folge hat.

[0033] Die radialen Relativverschiebungen des Ringes 5 (durch dessen Restunwucht verursacht) werden durch die Reibungskräfte an der Kontaktstelle des Ringbundes 8 mit den Laufschaufeln 2 ausgeschlossen. Diese Reibungskräfte treten durch die auf die LaufschaufeIn 2 vom Deckscheibenkörper 4 aus über die Stirnflächen 11 und 13 des Ringbundes 8 und über die Stirnfläche 12 der Ringeindrehung 9 übertragenen Axialbelastungen auf.

[0034] Der Ringbund 8 verhindert auch die Bewegungen des Ringes 5 in Axialrichtung, welche durch die Stirnflächen 11, 12, 13 und 14 des Ringbundes 8, der Ringeindrehung 9 und der Laufschaufeln 2 vermieden werden.

[0035] Der technisch-ökonomische Effekt bei der Benutzung der vorliegenden Erfindung besteht im folgenden:

an der Verbindungsstelle des Deoksoheibenkörpers mit dem Saugmundring werden die Beanspruchungen herabgesetzt, was die Möglichkeit bietet, die Deoksoheiben der erfindungsgemäßen Bauart beim Betrieb mit Umfangsgeschwindigkeiten über 120 m/s (bis 300 m/s) einzusetzen;

starke Herabsetzung der Beanspruchungen und Verkleinerung der Radialverschiebungen des Ringes ermöglichen die Verwendung von Dichtungen mit kleinstmöglichen Spalten,.was den Wirkungsgrad des Verdichters (um 0,5%) erhöhen läßt;

für die mit Umfangsgeschwindigkeiten bis zu 300 m/s betriebenen Verdichter kann man den Deckscheibenkörper aus Stahlblech durch Stanzen und den Ring aus einem Trommel--Sohmiedestüok aus niedriglegiertem Stahl herstellen, wodurch der Arbeitsaufwand und der Metallverbrauch bei deren Fertigung stark herabgesetzt werden;

es entsteht die Möglichkeit, die Deckscheibenkörper, die unterschiedlich große Außendurchmesser und Eintrittsdurchmesser aufweisen, unter Benutzung nur eines Stanzwerkzeugs fertigzustellen.

Gewerbliche Verwertbarkeit

[0036] Die vorliegende Erfindung kann bei den Kreiselrädern geschlossener Bauart mit bestem Erfolg benutzt werden.

[0037] Außerdem kann die Erfindung in den Niederdruck-Laufrädern von Kreiselverdichtern (Ventilatoren) Anwendung finden.

Ansprüche

Laufrad eines Kreiselverdiohters, das, starr miteinander verbunden Hauptlaufscheibe (1), Laufschaufeln (2) und Deckscheibe (3) einschließt, die aus miteinander verbunden, einem Deckscheibenkörper (4) zur . Gasstromführung innerhalb des Laufrades und Ring (5) zur Anordnung von Dichtungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Deckscheibenkörpers (4) und des Ringes (5) unter Ausbildung von zugeordneten Gegenflächen (6 und an dem Deckscheibenkörper (4) und dem Ring (5) lösbar ausgeführt ist und auf der Gegenfläche (7) des Ringes (5) seitens der Laufschaufeln (2) einen Ringbund (8) aufweist, der in eine auf der Gegenfläche (6) des Deckscheibenkörpers (4) ausgesparte Ringeindrehung (9) hineinragt, wobei der Innendurchmesser (D_o) des Deckscheibenkörpers (4) gegenüber dem Durchmesser (D) des Ringes (5) an dessen Gegenfläche (7) um 1 bis 1,5.10^-3D_o kleiner ist, wo D_o den Innendurchmesser des Deokscheibenkörpers (4) bedeutet.

Zeichnung