DE2602451A1

DE2602451A1 - Laufrad fuer kreiselpumpen, insbesondere fuer kreiselverdichter von gasturbinen-motoren

Info

Publication number: DE2602451A1
Application number: DE19762602451
Authority: DE
Inventors: Homer Jesse Wood
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 1975-01-27
Filing date: 1976-01-23
Publication date: 1976-07-29
Also published as: SU917709A3; DE2602451B2; ES444613A1; YU18576A; JPS5542275B2; JPS5187609A; SE7600802L; DE2600652A1; GB1516762A; FR2298713B1; IT1059402B; US3958905A; AR213401A1; YU39957B; DE2602451C3; CH613753A5; CA1049986A; FR2298713A1; AU8317175A

Description

european office · (Case No. 10893 S)

Laufrad für Kreiselpumpen, insbesondere für Kreiselverdichter

von Gasturbinen-Motoren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufrad für Kreiselpumpen, insbesondere für Kreiselverdichter von Gasturbinen-Motoren, das aus einem Vorlaufradteil und einem Laufradteil mit zahlreichen gekrümmten Laufradschaufeln gebildet ist, wobei im Bereich der Eintrittskante der Laufradschaufel ein Dämpfungsglied vorgesehen ist, gegen das ein Teil der Vorlaufradschaufel zur Anlage bringbar ist.

Es Sind Laufradschaufeln (GB-PS 668 093, US-PS 2 664 240) bekannt, wobei die Stirnseite des einen Laufradteiles mit einer Aussparung zur Aufnahme eines Einsatzteiles dient, das in Richtung der gegenüberliegenden Stirnseite des anderen Laufradteiles zeigt. Derartige Vorkehrungen zur Dämpfung der Laufradteile haben sich als nicht brauchbar herausgestellt. Ferner ist es bekannt (US-PS 1 258 462), Laufradschaufeln aus Einzelteilen zu einer Gesamtschaufel zusammenzubauen, wobei diese über einen massiven Drahtring zusammengehalten werden, der am Außenumfang der Laufradschaufel in einer Rille aufgenommen ist. Derartige Vorrichtungen sind bei hochtourigen Laufradschaufeln völlig unzureichend, um die gewünschte Dämpfung zu erzielen. Ferner ist es bekannt (US-PS 3 627 447), die Enden der Vorlauf- und Laufradschaufeln soweit zu verlängern, daß die sich gegenüberliegenden Ende etwas überlappen. Die Enden sind jedoch mit Abstani zueinander angeordnet, so daß ein Luftstrom durch den, durch die beiden Enden gebildeten Spalt der Laufradschaufeln zirkulieren kann.

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Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei extrem dünnwandigen Laufradschaufeln von Laufrädern für extrem hohe Geschwindigkeiten Vorkehrungen zu treffen, die Schwingungsbrüche ausschalten. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Durch die Verwendung eines Dämpfungsgliedes im Bereich der Trennstelle zwischen dem Vorlaufrad und dem Laufrad können Schwingungen oder Resonanzschwingungen weitgehend ausgeschaltet werden und somit die hierdurch auftretenden Materialermüdungen der Laufradschaufeln, die bisher zu Schwingungsbrüchen geführt haben. Dies wird in vorteilhafter Weise auch dadurch erreicht, daß ein Teil der Vorlaufradschaufel gegen das Dämpfungsglied anliegt, das im Bereich der Eintrittskante des Laufrades vorgesehen ist. In vorteilhafter Weise ist hierzu das Dämpfungsglied an der Rückseite bzw. an der Niederdruckseite der Laufradschaufel vorgesehen, so daß die Hochdruckseite der Vorlaufradschaufel gegen das Dämpfungsglied ohne weiteres zur Anlage kommen kann. Obgleich die Vorlaufradschaufeln gegenüber den Laufradschaufeln nach hinten etwas versetzt sind, kann der durch diese Versetzung hervorgerufene Zwischenraum zwischen den Laufradschaufeln durch das Dämpfungsglied überbrückt werden. Durch das Dämpfungsglied ist es möglich, die Laufrad-: schaufeln extrem dünn auszubilden, um somit eine möglichst turbulenzfreie Strömung des Gases bzw. der Luft zu erzielen. Durch die Anbringung des Dämpfungsgliedes können die Resonanzschwingungen klein gehalten werden bzw. in einen Drehzahlbereich gelegt werden, in dem normalerweise die Laufradschaufeln nicht arbeiten. Die Versetzung des Vorlaufrades gegenüber dem Laufrad hat weiterhin den Vorteil, daß eine gleichmäßige Verteilung der Luftmenge im Laufrad erreicht wird und ebenfalls eine turbulenzfreie Strömung des Laufrades. Hierdurch wird auch der Wirkungsgrad des Laufrades verbessert. Die letzteren und weiteren Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.

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Anhand der Zeichnung wird .ein Ausführungsbeispiel eines Laufrades nach der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Meridianschnitt durch das Laufrad,

Fig. 2 eine Teilansicht der Laufradschaufeln und der Vorlaufradschaufeln in der Ansicht entlang der Linie 2/2 gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilseitenansicht des Laufrades entlang der Linie 3/3 gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung entlang der Linie 4/4 gemäß Fig. 2.

In der Zeichnung ist mit 10 ein Laufrad gekennzeichnet, das aus einem Laufradteil 12 und einem Vorlaufradteil 14 gebildet ist. Das Laufrad 10 ist in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Laufradgehäuse auf einer. Laufradachse 16 drehbar gelagert.

Das Laufradteil 12 weist "zahlreiche Laufradschaufeln 20 auf, die sich von einer Nabe 22 radial nach außen erstrecken. Das Vorlaufrädteil 14 ist ebenfalls mit zahlreichen Vorlaufradschaufeln 24 ausgerüstet, die sich von einer Nabe 26 radial nach außen erstrekkeri. Die Nabe 26 des Vorlaufradteiles 14 weist eine axial verlaufende Bohrung 28 zur Aufnahme eines Wellenteiles 30 auf, das sich von der Nabe 22 des Laufradteiles 12 nach vorne erstreckt. Die Bohrung 28 und das Wellenteil 30 sind so dimensioniert, daß sie gut festsitzen. Die Naben 22 und 26 bilden eine Zwischenfläche 32, die auf einer radialen Ebene 34 liegt.

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Obwohl die Anzahl der Vorlaufradschaufeln 24 gleich der Anzahl der Laufradschaufeln 20 sein kann, weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Vorlaufradteil 14 etwa die Hälfte der Läufradschaufeln des Laufrades 12 auf. Jede Vorlaufradschaufel 24 wirkt mit einer entsprechenden Laufradschaufel 20a, wie nachfolgend beschrieben, zusammen.

Eine jede Laufradschaufel 20 weist eine äußere Kante bzw. Stirnfläche 40 und ein Eintrittsteil "42 mit einer sich radial erstrekkenden Eintrittskante 44 auf. Eine jede Vorlaufradschaufel 24 ist mit einer Stirnfläche bzw. einer Kante.46 und einem Auslaßteil 48 ausgerüstet, das mit einer sich radial erstreckenden Austrittskante 50 versehen ist. Beide, die Vorlaufradschaufel 24 und das Eintrittsteil 42 des Laufradteiles 12 sind kurvenförmig ausgelegt bzw. mit Bezug auf die Drehrichtung gemäß Pfeil 52 {Fig. 2) gekrümmt.

Eine jede Laufradschaufel 20 weist eine Niederdruckseite 54 und eine Hochdruckseite 56 auf, während die Vorlaufradschaufel 24 eine Niederdruckseite 58 und eine Hochdruckseite 60 aufweist.

Von der Niederdruckseite 54 einer jeden Laufradschaufel 20a erstreckt sich im Bereich der Eintrittskante 44 und der äußeren Kante 40 ein stromlinienförmig ausgebildetes Dämpfungsglied 64, das im Querschnitt aus einem halbkreisförmigen Zylinder gebildet ist (Fig. 3). Das Dämpfungsglied 64 ist mit einer radialen,äußeren, ebenen Oberfläche 66 ausgerüstet, die bis zur äußeren Kante 40 geführt ist. Ferner weist das Dämpfungsglied 64 eine nach innen gerichtete, bogenförmige Oberfläche 68 und eine halbkreisförmige, ebene Oberfläche bzw. Wange 70 auf. Das Dämpfungsglied 64 ist so angeordnet, daß seine Leitkante 72 in etwa auf der gleichen Ebene wie die Ein-

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trittskante 44 der Laufradschaufel 20a liegt. Es wird darauf hingewiesen, daß das Dämpfungsglied 64 nicht an eine bestimmte Formgebung gebunden ist. Es ist auch eine andere stromlinienförmige Formgebung des Dämpfungsgliedes 64 möglich, wenn dadurch der Luftwiderstand im Kreiselverdichter klein gehalten wird. Das Dämpfungsglied 64 kann als fester'Bestandteil der Laufradschaufel 20a oder als Einzelteil ausgebildet sein, das in entsprechender Weise an die Laufradschaufel 20a angeschweißt oder über andere Verbindungsmittel mit dieser verbunden wird. Beim Ausführungsbeispiel ist das Dämpfungsglied 64 im Bereich der Austrittskante 50 vorgesehen und so kann bei Inkaufnahme eines geringen Strömungswiderstandes eine maximale Schwingungsdämpfung erreicht werden.

Da die Luftdichte im Bereich der Hochdruckseiten 56 der Laufradschaufeln 20 sehr hoch ist, wird durch die Anbringung der Dämpfungsglieder 64 an den Niederdruckseiten der Laufradschaufeln nur ein geringer Widerstand für die durch das Laufrad 10 strömende Luft gebildet.

Das Ecks.tück der Hochdruckseite 60 der Vor laufradschaufel 24 liegt unmittelbar im Bereich der Schnittstelle von Stirnfläche bzw. Kante 46 und Austrittskante 50 der Vorlaufradschaufel 24 gegen den vordersten Teil der Wange 70 an. Beim Zusammenbau des Vorlaufradteiles 14 und des Laufradteiles 12 sind die Laufradschaufeln 20a und 24 der beiden Laufradteile so aufeinander ausgerichtet, daß die Vorlaufradschaufeln sehr dicht an die Dämpfungsglieder 64 herankommen. Die Dämpfungsglieder 64 können oder können nicht gegen die Laufradschaufeln 24 anliegen. Jedoch sind sie so nahe an die Laufradschaufeln herangeführt, daß geringe Schwingungen verhindert werden können.

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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, liegen die Austrittskanten 50 der Vorlaufradschaufeln 24 auf der Ebene 34 der Zwischenfläche 32, während die Eintrittskanten 44- der Laufradschaufeln 20 von der Ebene 34 um einen Betrag, beispielsweise von d = 0,125 mm zurückgesetzt sind. Das hat zur Folge, daß nur ein ganz kleiner Bereich der Vorlaufradschaufel mit dem entsprechenden Dämpfungsglied 64 in Kontakt steht. Diese kleine Köntaktflache reicht aus, um eine entsprechende Schwingungsdämpfung herbeizuführen.

Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht eine etwas stabilere Laufradschaufel 20,um das Dämpfungsglied 64 bei entsprechender Zugfestigkeit aufzunehmen, ungeachtet des Versetzungsgrades der Vorlaufradschaufeln 24 zu den Laufradschaufeln 20 wird eine bestimmte Größe eines Schwxngungsausschlages begrenzt, ohne daß hierzu die gesamte Masse des Dämpfungsgliedes 64 von der Vorlaufradschaufel 24 aufgenommen zu werden braucht. Große Schwingungsausschläge können bei den Vorlaufradschaufeln im Resonanzbereich bei normalen Arbeitsbedingungen unter relativ hohen Belastungen auftreten. Wenn diese Schwingungen nicht durch- das Dämpfungsglied 64 ausgeschaltet werden, können diese Werkstoffermüdung an den Vorlaufradschaufeln herbeiführen und somit Ermüdungs brüche auftreten.

Untersuchungen haben ergeben, daß die rückwärtige Versetzung der Vorlaufradschaufeln 24 gegenüber den Laufradschaufeln 20 (siehe Fig. 4) die aerodynamischen Eigenschaften des Kreiselverdichters verbessern. Der Versetzungs^- bzw. Teilungswinkel beträgt in etwa 1-3 und ist halb so groß wie der Winkel zwischen zwei nebeneinanderliegenden Vorlaufradschaufeln. Somit wird die Möglichkeit, im Bereich der Hochdruckseiten der Vorlaufradschaufeln 24 eine höhere Luftdichte zu erreichen, genutzt, um dadurch eine gleich-

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mäßigere Verteilung der Luft zwischen den einzelnen Laufradschaufeln bzw. in den einzelnen Durchgängen, die durch, die Laufradschaufeln gebildet werden, z,u erreichen. Die kleinen Öffnungen 76 zwischen der Hochdruckseite 60 der Vorlaufrad- · schaufeln 24 und der Niederdruckseite 54 der Laufradschaufeln 20a steigern die Durchflußrate der Luft im Bereich der Niederdruckseiten der Laufradschaufeln und führen dazu, einen Ausgleich der Luftströmung in den Laufradkanälen zu erzeugen. Dadurch wird eine verbesserte Strömungsverteilung erreicht und eine Strömungstrennung an den Niederdrucksei-.ten der Laufradschaufeln 12 verhindert. Diese guten Eigenschaften, die man durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung der Laufradschaufeln erhält, tragen auch zur Wirkungsgradsteigerung bei.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

'I.) Laufrad für Kreiselpumpen, insbesondere für Kreiselverdichter von Gasturbinen-Motoren, das aus einem Vorlaufradteil und einem Laufradteil mit zahlreichen gekrümmten Laufradschaufeln gebildet ist, wobei im Bereich der Eintrittskante der Laufrädschaufel ein Dämpfungsglied vorgesehen ist, gegen das ein Teil der Vorlaufradschaufel zur Anlage bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zahlreiche Dämpfungsglieder (64) vorgesehen sind und jedes einzelne Dämpfungsglied auf der Niederdruckseite (54) der Laufradschaufel (20a, 20) starr angeordnet ist und im Bereich der Austrittskante (50) der Vorlaufradschaufel (24) zu deren Hochdruckseite gerichtet ist und gegen diese zur Anlage bringbar ist, wobei die Teilung der Laufradschaufeln gegenüber der Teilung der Vorlaufradschaufeln unterschiedlich ist.
2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Oberfläche des Laufradteiles (1-2) und des Vor lauf radteiles (14) gekrümmt ist. " ^v
3. Laufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Vorlaufradteiles (14) mit der Oberfläche des Laufradteiles (12) im Bereich der Trennstelle eine Knickstelle bzw. einen Winkel größer als 180° bildet.

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4. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (64) stromlinienförmig ausgebildet ist.
5. Laufrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (64) im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet ist und parallel zur Eintrittskante (44) und zur Oberfläche der Vorlaufradschaufel (24) verläuft.
6. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufradschaufel (24) mit Bezug auf die Drehrichtung und das zugehörige Laufrad (10) nach hinten versetzt ist und der Teilungswinkel der Laufradschaufeln (20) halb so groß ist wie der Teilungswinkel der Vorlaufradschaufeln (24).
7. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittskante (50) der Vorlaufradschaufein (24) mit den Eintrittskanten (44) der Laufradschaufeln (20) eine Öffnung bilden.
8. Laufrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittskante (50) der Vorlaufradschaufel (24) und die Eintrittskante (44) der Laufradschaufel (20) in etwa auf der gleichen radialen Ebene liegen.
9. Laufrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (64) zwischen der Niederdruckseite des Laufradteiles (12) und der Hochdruckseite (78) des Vorlaufradteiles (24) liegt.
10.Laufrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche oder Leitkante (72) des Dämpfungsgliedes (64)

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auf der gleichen Ebene wie die Stirnfläche oder Eintrittskante (44) der Laufradschaufel (20, 2Oa) liegt.

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