DE4439726A1 - Rotor wheel for electric ventilator or fan - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Strömungs maschine, mit einer um eine Achse drehbare Nabe mit einer bezüglich der Achse radial außenliegenden und im wesent lichen kreissymmetrischen Umfangsfläche, aus der viele einander im wesentlichen gleichende und etwa radial ausge richtete Schaufeln herausragen und mit zugehörigen Spitzen, die der Umfangsfläche abgewandt sind, einen Hauptdurch messer des Laufrades definieren.The invention relates to an impeller for a flow machine, with a hub rotatable about an axis with a with respect to the axis radially outside and essentially liche circularly symmetrical circumferential surface from which many mutually substantially the same and approximately radially out sticking out blades and with their tips, which face away from the peripheral surface, a main through Define the knife of the impeller.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein derartiges Laufrad zum Einsatz in einer Strömungsmaschine, insbeson dere einem Ventilator oder Lüfter, die der Förderung eines mit Schmutz beladenen Gases dient. Eine derartige Strö mungsmaschine findet beispielsweise Anwendung in einer Verbrennungsanlage eines Kraftwerks oder dergleichen zur Förderung eines Rauchgases zu einem Kamin oder einer dem Kamin vorgeschalteten Anlage zur chemischen Behandlung, beispielsweise Entschwefelung, des Rauchgases.The invention relates in particular to such Impeller for use in a turbomachine, in particular a fan or fan that is promoting a gas loaded with dirt. Such a stream Mung machine is used for example in one Incineration plant of a power plant or the like Conveying a flue gas to a fireplace or one of those Chemical treatment plant, for example desulfurization, the flue gas.
Die in der Einleitung aufgeführte Merkmalskombination zur Charakterisierung des Laufrades entspricht insbesondere der Merkmalskombination, die ein Laufrad für eine Strömungsmaschine auszeichnet, in der ein Strömungsmittel im wesentlichen entlang der Achse gefördert wird.The combination of features listed in the introduction to Characterization of the impeller corresponds in particular the combination of features that an impeller for Fluid machine distinguished in which a fluid is conveyed essentially along the axis.
Im Inneren einer Strömungsmaschine, in der ein mit Schmutz beladenes Fluid gefördert wird, ist stets damit zu rechnen, daß es zu Ablagerungen des Schmutzes kommt. Bei einer ent sprechend hohen Beladung mit Schmutz kann es innerhalb eines kürzeren Zeitraums so weit kommen, daß Ablagerungen entstehen, die bis zu einem Laufrad heranreichen und von den Schaufeln auf dem Laufrad erfaßt werden. Dabei erge ben sich zunächst unmittelbar Reibungseffekte, die den Betrieb der Strömungsmaschine beeinträchtigen und insbe sondere einen Mehraufwand an Energie zum Betrieb der Strömungsmaschine erfordern, und es kann darüber hinaus durch Abrieb und/oder Korrosion, wobei sowohl Abrieb als auch Korrosion durch den Schmutz verursacht oder zumindest begünstigt werden, zu Schäden an den Schaufeln kommen. Derartige Schäden sind üblicherweise nur mit hohem Aufwand zu beheben, da sie generell die zumindest teilweise Demon tage der Strömungsmaschine erfordern, was außer dem dazu unmittelbar nötigen Aufwand unter Umständen die Stillset zung der gesamten Anlage, in die die Strömungsmaschine eingebaut ist, erfordern kann.Inside a turbomachine, one with dirt loaded fluid is always to be expected that dirt accumulates. With an ent speaking high loading with dirt it can be inside a shorter period of time so far that deposits arise that reach up to an impeller and from the blades on the impeller are detected. In doing so First of all there are immediate friction effects that affect the Impair the operation of the turbomachine and esp special additional expenditure of energy to operate the Flow machine require, and it can be beyond by abrasion and / or corrosion, both abrasion and also corrosion caused by the dirt or at least are favored, damage to the blades. Such damage is usually only with great effort fix, since they are generally the at least partially demon days of the turbomachine require what other than that the breastfeeding set may be immediately necessary of the entire system into which the turbomachine installed, may require.
In Ansehung dieser Problematik, für die es im Rahmen des Einsatzes bekannter Strömungsmaschinen derzeit keine be friedigende Lösung gibt, ist die Aufgabe der Erfindung die Angabe eines Laufrades, welches deutlich weniger als ein bekanntes Laufrad einer Beeinträchtigung durch Ablagerun gen von Schmutz ausgesetzt ist. Es soll auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Laufrades angegeben werden.In view of this problem, for which it is part of the Use of known turbomachines currently no be there is a peaceful solution, the object of the invention Specification of an impeller, which is significantly less than one Known impeller of impairment due to deposits exposed to dirt. It's also supposed to be a procedure specified for the manufacture of such an impeller will.
Zur Lösung dieser Aufgabe angegeben wird ein Laufrad für eine Strömungsmaschine, mit einer um eine Achse drehbaren Nabe mit einer bezüglich der Achse radial außenliegenden und im wesentlichen kreissymmetrischen Umfangsfläche, aus der viele einander im wesentlichen gleichende und etwa radial ausgerichtete Schaufeln herausragen und mit zuge hörigen Spitzen, die der Umfangsfläche abgewandt sind, einen Hauptdurchmesser des Laufrades definieren, welches gekennzeichnet ist durch zumindest eine zwischen den Schaufeln angeordnete vergrößerte Schaufel, die mit einer Spitze über den Hauptdurchmesser hinausragt, sowie Mittel zum Ausgleich einer durch die vergrößerte Schaufel hervor gerufenen Unwucht des Laufrades. To solve this task, an impeller is given for a turbomachine, with a rotatable about an axis Hub with a radially outside with respect to the axis and essentially circularly symmetrical circumferential surface the many essentially the same and approximately protrude radially aligned blades and with auditory tips that face away from the peripheral surface, define a main diameter of the impeller, which is characterized by at least one between the Blades arranged enlarged blade that with a Tip protrudes beyond the main diameter, as well as medium to compensate for one caused by the enlarged scoop called unbalance of the impeller.
Im Sinne der Erfindung ist das Laufrad ertüchtigt durch das Vorsehen einer gegenüber den anderen Schaufeln ver größerten Schaufel, die eventuelle Ablagerungen in der Nähe des Hauptdurchmessers des Laufrades erfaßt und ab trägt, bevor sie soweit anwachsen, daß sie die anderen Schaufeln beeinträchtigen können. Dies hat den unmittel baren Vorteil, daß genau bekannt ist, welche Schaufel dem Schmutz ausgesetzt ist; gemäß Weiterbildungen der Erfin dung ist diese vergrößerte Schaufel darüber hinaus so er tüchtigt, daß sie den mechanischen und chemischen An griffen, die abgelagerter Schmutz bewirken kann, wider steht. Es versteht sich, daß zusätzlich zu der ver größerten Schaufel Mittel vorgesehen werden müssen, die eine durch die vergrößerte Schaufel eventuell hervorge rufene Unwucht des Laufrades ausgleichen. Bei der in der Einleitung beispielsweise erwähnten Strömungsmaschine zur Förderung eines Rauchgases in einem Kraftwerk kommt üb licherweise ein Laufrad mit einem Hauptdurchmesser von etwa 2 Metern zum Einsatz, welches bei einer Drehzahl von etwa 1500 Umdrehungen pro Minute zu betreiben ist. Selbst kleinere Unregelmäßigkeiten bei der Massenverteilung in dem Laufrad können somit beim Betrieb zu erheblichen Reaktionskräften führen, was zur Vermeidung unnötiger Belastungen der Strömungsmaschine vermieden werden muß.In the sense of the invention, the impeller is strengthened by the provision of one versus the other blades Largest bucket, the possible deposits in the Near the main diameter of the impeller detected and from before they grow to the point where the others Can affect blades. This has the immediate baren advantage that it is known exactly which blade the Exposed to dirt; according to further developments of the Erfin This enlarged shovel is also used proficient in mechanical and chemical properties handles that can cause deposited dirt stands. It is understood that in addition to ver Larger shovel means must be provided one possibly caused by the enlarged shovel Compensate for the imbalance of the impeller. At the in the Introduction for example mentioned turbomachine Conveying a flue gas in a power plant is common certainly an impeller with a main diameter of about 2 meters, which at a speed of about 1500 revolutions per minute. Self minor irregularities in mass distribution in the impeller can thus become significant during operation Reactive forces lead to unnecessary avoidance Loads on the turbomachine must be avoided.
Als Mittel zum Ausgleich einer eventuellen Unwucht kommt vorzugsweise zumindest eine weitere vergrößerte Schaufel zum Einsatz, womit die vorteilhafte Wirkung der einen ver größerten Schaufel vervielfacht wird. Mit weiterem Vorzug bilden alle vorgesehenen vergrößerten Schaufeln eine bezüg lich der Achse rotationssymmetrische Anordnung, die un mittelbar frei von Unwuchten ist und damit Zusatzmaßnahmen zur Vermeidung einer Unwucht des gesamten Laufrades ent behrlich machen kann. Besonders bevorzugt ist es, insgesamt zwei vergrößerte Schaufeln vorzusehen, wobei diese bezüg lich der Achse einander diametral gegenüberliegen. Diese Maßnahme ist realisierbar an jedwedem Laufrad, an dem eine gerade Gesamtzahl von Schaufeln vorgesehen ist.As a means to compensate for any imbalance preferably at least one further enlarged blade used, whereby the advantageous effect of a ver larger bucket is multiplied. With further preference form all intended enlarged blades a reference Lich axis rotationally symmetrical arrangement, the un is indirectly free of unbalance and therefore additional measures ent to avoid imbalance of the entire impeller can make dishonorable. It is particularly preferred overall to provide two enlarged blades, these relate Lich the axis diametrically opposite each other. These Measure can be implemented on any impeller on which one Even total number of blades is provided.
Jede vergrößerte Schaufel an dem Laufrad besteht vorzugs weise zumindest an ihrer Spitze aus einem festeren und weiterhin vorzugsweise korrosionsbeständigeren Werkstoff als die Spitzen der anderen Schaufeln, wobei als solcher Werkstoff insbesondere hochfester Stahl, Titan und Titan legierungen in Frage kommen. Von untergeordneter Bedeutung ist es, ob eine vergrößerte Schaufel insgesamt aus einem wie erwähnt bevorzugten Werkstoff besteht oder nur an der Spitze mit einem solchen bevorzugten Werkstoff versehen ist; diese Frage ist in jedem Einzelfall nach fach männischen Erwägungen zu entscheiden.Each enlarged blade on the impeller is preferred wise at least at its tip from a firmer and still preferably more corrosion-resistant material than the tips of the other blades, being as such Material in particular high-strength steel, titanium and titanium alloys come into question. Of minor importance is whether an enlarged bucket is made up of one as mentioned preferred material exists or only on the Provide tip with such a preferred material is; this question is subject in each individual case to decide male considerations.
Außerdem bevorzugt ist es, die Spitze jeder vergrößerten Schaufel mit einer Panzerung und/oder einer Bewehrung zu versehen, wobei die Bewehrung beispielsweise in Form zu mindest einer Schneide ausgeführt werden kann. Eine solche Bewehrung ist besonders geeignet, um in in der Nähe des Laufrades abgelagertem Schmutz eine Gasse freizuhalten, durch welche die anderen Schaufeln beabstandet von dem Schmutz hindurchlaufen können.It is also preferred to enlarge the top of each Bucket with armor and / or reinforcement provided, with the reinforcement in the form, for example at least one cutting edge can be executed. Such Reinforcement is particularly suitable for near the Impeller to keep an alley free of dirt through which the other blades are spaced from the Dirt can run through.
Weiterhin bevorzugt ist die Spitze jeder vergrößerten Schaufel entlang der Achse breiter als die Spitzen aller anderen Schaufeln. Auf diese Weise kann die vergrößerte Schaufel ab gelagerten Schmutz nicht nur von den Spitzen der anderen Schaufeln fernhalten, sondern zusätzlich von den axial außenliegenden Kanten der anderen Schaufeln. Somit wird jedwede Beeinträchtigung der anderen Schaufeln sicher vermieden, was insbesondere auch bedeutet, daß die anderen Schaufeln aus billigeren Werkstoffen gefertigt werden können als die vergrößerten Schaufeln, da mit einer Beeinträchtigung durch ab gelagerten Schmutz nicht mehr zu rechnen ist. Also preferred is the tip of each enlarged one Bucket along the axis wider than the tips of all other blades. In this way, the enlarged Shovel from stored dirt not only from the tips Keep away from the other blades, but also from the axially outer edges of the other blades. Thus any impairment to the other blades safely avoided, which in particular also means that the other blades made of cheaper materials than the enlarged blades, because with a Impairment due to deposited dirt no longer increases to calculate.
Das erfindungsgemäße Laufrad jedweder Ausgestaltung kommt bevorzugtermaßen zum Einsatz in einer Strömungsmaschine für ein mit Schmutz beladenes Gas, insbesondere in einem Ventilator oder Lüfter, wobei es umgeben ist von einem feststehenden, etwa kreisringförmigen Gehäuseteil, an dem mit Ablagerungen des Schmutzes zu rechnen ist. Durch die im Sinne der Erfindung vorgesehene vergrößerte Schaufel kann sichergestellt werden, daß solcher abgelagerter Schmutz das Laufrad nicht beeinträchtigt.The impeller according to the invention comes in any configuration preferably for use in a turbomachine for a gas loaded with dirt, especially in one Fan or fan, being surrounded by one fixed, approximately circular housing part on which deposits of dirt can be expected. Through the Enlarged blade provided in the sense of the invention can be ensured that such deposited Dirt does not affect the impeller.
Im Hinblick auf die Herstellung eines Laufrades löst die Erfindung die gestellte Aufgabe im Rahmen der Verwendung einer vergrößerten Schaufel zur Herstellung eines Lauf rades für eine Strömungsmaschine, mit einer um eine Achse drehbaren Nabe mit einer bezüglich der Achse radial außen liegenden und im wesentlichen kreissymmetrischen Umfangs fläche, aus der viele einander im wesentlichen gleichende und etwa radial ausgerichtete Schaufeln herausragen und mit zugehörigen Spitzen, die der Umfangsfläche abgewandt sind, einen Hauptdurchmesser des Laufrades definieren, wo bei die vergrößerte Schaufel zwischen den Schaufeln ange ordnet wird und mit einer Spitze über den Hauptdurchmesser hinausragt, und wobei Mittel zum Ausgleich einer durch die vergrößerte Schaufel hervorgerufenen Unwucht installiert werden.With regard to the manufacture of an impeller, the Invention the task within the scope of use an enlarged shovel to make a barrel wheels for a turbomachine, with one around an axis rotatable hub with a radially outside with respect to the axis lying and essentially circularly symmetrical scope area from which many are essentially the same and protrude approximately radially aligned blades and with associated tips that face away from the peripheral surface are defining a main diameter of the impeller where at the enlarged blade between the blades is arranged and with a tip over the main diameter protrudes, and wherein means to compensate for one by the enlarged blade caused unbalance installed will.
Ausführungsbeispiele der Erfindung gehen aus der Zeichnung hervor. Zur Herausstellung spezifischer Merkmale der Er findung ist die Zeichnung teilweise schematisiert und/oder leicht verzerrt gehalten, und von keiner Figur wird behaup tet, daß sie maßstäblich sei. Ergänzende Hinweise in aus reichendem Umfange zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Laufrades stehen dem einschlägig bewanderten Fachmann im Rahmen seines paraten Fachwissens zu Gebote.Embodiments of the invention are shown in the drawing forth. To highlight specific features of the Er The drawing is partially schematic and / or slightly distorted, and no figure is asserted that it is to scale. Additional information in sufficient scope for producing an inventive Impeller are the relevant expert in the relevant Within his own specialist knowledge.
Im einzelnen zeigen: In detail show:
Fig. 1 eine Ansicht eines Laufrades entlang der Achse; Figure 1 is a view of an impeller along the axis.
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Laufrad;2 shows a cross section through an impeller.
Fig. 3 eine in die Ebene abgewickelte Ansicht des Außenumfanges eines Laufrades. Fig. 3 is a developed in the plane view of the outer circumference of an impeller.
Fig. 1 zeigt eine senkrecht zu der (als Kreuz dargestell ten) Achse 1 geschnittene Nabe 2 des Laufrades und einen Teil der Schaufeln 4, die auf der Nabe 2 befestigt sind und bezüglich der Achse 1 radial aus der Umfangsfläche 3 der Nabe 2 herausragen. Jede Schaufel 4 läuft abseits der Nabe 2 aus in einer Spitze 5, und die Gesamtheit aller Spitzen 5 definiert einen Hauptdurchmesser 6 des Laufrades. Um die Schaufeln 4 vor Beeinträchtigung und Beschädigung durch abgelagerten Schmutz zu bewahren, ist das Laufrad versehen mit einer vergrößerten Schaufel 7 sowie einer dieser bezüglich der Achse 1 gegenüberliegenden weiteren vergrößerten Schaufel 9. Jede vergrößerte Schaufel 7, 9 ragt mit ihrer zugehörigen Spitze 8 über den Hauptdurch messer 6 hinaus. Wenn es also an Bauteilen, die außerhalb des Laufrades liegen, Ablagerungen gibt, die dem Laufrad entgegenwachsen, so werden diese Ablagerungen zuerst von den vergrößerten Schaufeln 7, 9 gestreift. Da diese an ihren Spitzen 8 mit Panzerungen 10 aus besonders festem Werkstoff versehen sind, tragen sie die Ablagerungen ab, ohne beschädigt zu werden. Die anderen Schaufeln 4 bleiben somit unbeeinträchtigt. Fig. 1 shows a perpendicular to the (shown as a cross th) axis 1 cut hub 2 of the impeller and part of the blades 4 , which are attached to the hub 2 and protrude radially with respect to the axis 1 from the peripheral surface 3 of the hub 2 . Each blade 4 runs away from the hub 2 in a tip 5 , and the entirety of all tips 5 defines a main diameter 6 of the impeller. In order to prevent the blades 4 from being impaired and damaged by deposited dirt, the impeller is provided with an enlarged blade 7 and a further enlarged blade 9 opposite this with respect to the axis 1 . Each enlarged blade 7 , 9 protrudes with its associated tip 8 beyond the main diameter 6 . If there are deposits on components that lie outside the impeller that grow against the impeller, these deposits are first brushed by the enlarged blades 7 , 9 . Since these are provided with armor 10 made of particularly strong material at their tips 8 , they remove the deposits without being damaged. The other blades 4 thus remain unaffected.
Im Sinne der Erfindung ist eigentlich nur eine einzige ver größerte Schaufel 7 erforderlich, allerdings ist die im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehene weitere ver größerte Schaufel 9 ein bevorzugtes Mittel 9 zum Ausgleich einer Unwucht des Laufrades, die sich ohne entsprechende Vorkehrungen durch das Vorsehen der vergrößerten Schaufel 7 ergeben könnte. Die weitere vergrößerte Schaufel 9 unterstützt auch vorteilhaft die Wirkung der vergrößerten Schaufel 7. For the purposes of the invention, only a single, larger blade 7 is actually required, however the additional, larger blade 9 provided in the present exemplary embodiment is a preferred means 9 for compensating for an imbalance of the impeller, which can be achieved without appropriate precautions by the provision of the enlarged blade 7 could result. The further enlarged blade 9 also advantageously supports the effect of the enlarged blade 7 .
Fig. 2 zeigt einen entlang der Achse 1 gelegten Längs schnitt durch eine Strömungsmaschine mit einem im Sinne der Erfindung ertüchtigten Laufrad. Wiederum dargestellt ist die Nabe 2, von deren Umfangsfläche 3 die Schaufel 4 radial nach außen gerichtet ist. Das Laufrad ist umgeben von einem etwa kreisringförmigen feststehenden Gehäuse teil 13, auf dem sich Schmutz 12 aus einem entsprechend beladenen Strömungsmittel, welches die Strömungsmaschine durchsetzt, ablagern kann. Mit der Zeit wächst die Ab lagerung des Schmutzes 12 dem Laufrad entgegen und wird von der vergrößerten Schaufel 7, deren Umriß gestrichelt dargestellt ist, erfaßt und so weit abgetragen, daß stets eine Gasse verbleibt, durch die sich, wie dargestellt, die Schaufel 4 unbeeinträchtigt bewegen kann. Eine Beschädi gung der Schaufel 4 durch den Schmutz 12 wird somit sicher vermieden. Fig. 2 shows a longitudinal section along the axis 1 through a turbomachine with an impeller in the sense of the invention. Again shown is the hub 2 , from the peripheral surface 3 of which the blade 4 is directed radially outward. The impeller is surrounded by an approximately circular stationary housing part 13 , on which dirt 12 from an appropriately loaded fluid, which passes through the turbomachine, can be deposited. Over time, the accumulation of dirt 12 grows against the impeller and is detected by the enlarged blade 7 , the outline of which is shown in broken lines, and removed so far that there is always an alley through which, as shown, the blade 4 is unaffected can move. Damage to the blade 4 by the dirt 12 is thus reliably avoided.
Fig. 3 zeigt eine in die Ebene abgewickelte Ansicht des Außenumfangs eines Laufrades. Ersichtlich sind die Spitzen 5 zweier Schaufeln 4, zwischen denen die Spitze 8 einer vergrößerten Schaufel 7 erkennbar ist. Diese Spitze 8 ist versehen mit Bewehrungen 11 in Form von Schneiden 11, die vorzugsweise aus einem speziellen Hartstoff oder einem auch für die in Fig. 1 erkennbare Panzerung 10 geeigneten hochfesten Werkstoff bestehen und Ablagerungen, wie in Fig. 2 dargestellt, abschälen können. Die vergrößerte Schaufel 7 ist im dargestellten Beispiel nicht nur länger als jede der Schaufeln 4, sondern zusätzlich, wie auch in Fig. 2 gezeigt, entlang der Achse 1 breiter als jede andere Schaufel 4. Derart schneidet die vergrößerte Schaufel 7 in den abgelagerten Schmutz 12 in der Tat eine Gasse, durch die sich jede andere Schaufel 4 ohne Kontakt mit dem Schmutz 12 bewegen kann. Fig. 3 is a developed view in the plane of the outer periphery of an impeller. The tips 5 of two blades 4 can be seen , between which the tip 8 of an enlarged blade 7 can be seen. This tip 8 is provided with reinforcements 11 in the form of cutting edges 11 , which preferably consist of a special hard material or a high-strength material that is also suitable for the armor 10 shown in FIG. 1 and can peel off deposits, as shown in FIG. 2. In the example shown, the enlarged blade 7 is not only longer than each of the blades 4 , but also, as also shown in FIG. 2, wider along the axis 1 than any other blade 4 . In this way, the enlarged blade 7 in fact cuts into the deposited dirt 12 an alley through which any other blade 4 can move without contact with the dirt 12 .
Die Erfindung bietet eine einfache und kostengünstige Lösung zur Vermeidung von Beeinträchtigungen der Schaufeln eines Laufrades durch abgelagerten Schmutz. Die Erfindung ist auch hervorragend geeignet zum Austausch oder zur Nach rüstung eines bestehenden Laufrades.The invention offers a simple and inexpensive Solution for avoiding damage to the blades of an impeller through deposited dirt. The invention is also ideal for exchange or for follow-up armor of an existing impeller.
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