DE887689C - Laufrad einer mehrstufigen umlaufenden Stroemungsmaschine - Google Patents

Description

• Laufrad einer mehrstufigen umlaufenden Strömungsmaschine Die Erfindung bezieht sich auf das Laufrad einer mehrstufigen umlaufenden Strömungsmaschine, besonders auf das Laufrad eines hochbelasteten mehrstufigen Axialverdichters zur Flugmotorenaufladung.
• Die Forderungen, denen eine hochbelastete umlaufende Strömungsmaschine genügen muß, sind erstens möglichst leichte Ausführung bei günstiger Aufnahme der durch Fliehkraft und Übertragung des Arbeitsdrehmoments auftretenden Belastungen- durch die Bauteile und zweitens Vermeidung kritischer Drehzahl. Diesen Forderungen wird durch eine Ausführung genügt, bei der das Laufrad aus einer Trommel mit aufgesetzten Radscheiben besteht, an deren Umfang aus dem Vollen herausgearbeitete Schaufeln sitzen, wobei der Durchmesser der Trommel etwa den zur Vermeidung kritischer Drehzahl notwendigen Mindestdurchmesser erhält.
• Die Erfindung befaßt sich nun mit der Befestigung der Radscheiben auf der Trommel. Üblicherweise werden Scheiben auf einer Welle durch Keil oder Feder befestigt, wobei aber die Scheibe gerade an der durch die Fliehkraft am höchsten beanspruchten Stelle in der Nabe noch durch die Keilnut geschwächt und außerdem durch die Kraftübertragung des Keiles oder der Feder zusätzlich belastet wird. Daher ist diese Befestigungsart bei sehr hoch beanspruchten Scheiben nicht mehr auszuführen, denn sie läßt nicht die höchste Ausnutzung des Werkstoffes zu, wie sie der Leichtbau fordert. Aus dem Dampfturbinenbau ist es ferner bekannt, Radscheiben auf der Welle warm aufzuschrumpfen und das Drehmoment durch Reibung von der Nabe auf die Welle zu übertragen. Dies bedeutet aber, daß auf die Nabenbohrung bereits eine Belastung wirkt, noch ehe die Belastung durch Fliehkräfte auftritt, und daß im Betriebe die Summe aus Fliehkraft und Vorspannung die Nabe beansprucht. Also ist auch diese Befestigungsart im vorliegenden Falle nicht anwendbar. Man könnte ferner an eine Übertragung der Kraft von der Trommel auf die Radscheiben durch Klauen oder Zähne in den Stirnseiten der Radscheibennaben denken. Hierbei würde aber durch die Kerbwirkung eine unzulässig hohe Spannungsspitze in der Nabe der Radscheiben entstehen.
• Es ist auch bereits bekannt, Radscheiben auf einer Welle durch axiales Zusammenpressen zu befestigen. Die . Radscheiben werden dabei z. B. durch eine Mutter am einen Ende der Trommel gegen einen Bund am anderen Ende .der Trommel gepreßt, wobei .die Anpreßkraft so groß sein muß, daß durch die äußeren Reibverbindungen je die Hälfte des vollen vom Laufrad aufgenommenen Drehmomentes übertragen wird. In manchen Fällen müßte nun wegen der hohen Anpreßkraft Mutter und Bund sehr kräftig, also schwer ausgeführt werden, was der eingangs gestellten Forderung widerspricht.
• Durch die Erfindung ist nun eine Verbindung entwickelt worden, bei der jeweils nur derjenige Teil vom Gesamtdrehmoment durch Reibung übertragen wird; welcher der Hälfte des von einer Radscheibe aufgenommenen Drehmoments- entspricht. Dies wird .dadurch erreicht, daß zwischen den Radscheiben in den axialen Preßdruck mit einbezogene Zwischenringe angeordnet werden, die auf der Laufradtrommel längs verschieblich sind, aber vermittels Nutenkeilen an ihrem Innendurchmesser und Keilnuten auf der Trommel mit .dieser zwangsläufig umlaufen. Mittels einer Mutter am einen Ende der Trommel werden die Radscheiben und Zwischenringe gegen einen Bund am anderen Ende der Trommel gepreßt. Die Axiallänge der Zwischenringe richtet sich nach der zu übertragenden Kraft. Die Zwischenringe müssen daher bei größeren zu übertragenden Kräften recht lang werden, wodurch der Verdichter eine größere Baulänge erhalten würde. In solchen Fällen ist erfindungsgemäß eine Ausführung der Zwischenringe zu verwenden, .bei der die Radscheiben auf den Zwischenringen sitzen, welche außen einen Bund mit zwei konischen oder achsnormalen Flächen tragen, gegen die die Stirnflächen der Radscheibennaben, wie schon weiter oben beschrieben, durch eine Mutter angepreßt werden. jede Radscheibe sitzt also auf zwei benachbarten Zwischenringen. Am einen Ende der Trommel kann jedoch der feste Bund, gegen den die Radscheiben durch die Mutter gepreßt werden, die Aufgabe eines Zwischenringes mit übernehmen.
• Da bei einer Ausführung des Laufrades mit Zwischenringen jede Radscheibe einen Drehmomentanteil von den benachbarten Zwischenringen erhält, braucht die Anpreßkraft nur ein der Radscheibenanzahl entsprechender Bruchteil von derjenigen Anpreßkraft zu sein, welche ohne Vorhandensein der Zwischenringe zur Übertragung des Gesamtdrehmoments notwendig wäre. Demgemäß können nun der Bund am einen Ende der Trommel und die Mutter am anderen Ende wesentlich leichter ausgeführt sein.
• Als formschlüssige Verbindung der Zwischenringe mit der Trommel können, wie schon angedeutet, z. B. in Achsrichtung verlaufende Leisten im Ring, welche in entsprechende Nuten der Trommel. eingreifen, vorgesehen werden. Erfindungsgemäß werden dann die Leisten des Ringes in Umfangsrichtung im Verhältnis zur Teilung schmal ausgeführt, damit sie die Fliehkraftbeanspruchung des Ringes nicht unnötig erhöhen. Aus dem gleichen Grunde werden die zwischen den Nutender Trommel stehenbleibenden Felder mit in Längsrichtung verlaufenden Nuten versehen.
• Die Erfindung wird beispielsweise für einen Axialverdichter in den Abb. i und 2 erläutert. Abb. r zeigt die aus dem Vollen herausgearbeitete Trommel i, welche die Lagerzapfen :2 und 3 trägt. Von diesen Zapfen dient einer auch zur Übertragung des Drehmoments von einem nicht dargestellten Antriebsmotor auf die Trommel. Am einen Ende hat die Trommel einen Bund 4 und am anderen Ende eine Mutter 5. Auf dem Umfang der Trommel sind in Längsrichtung Keilnuten 6 eingeschnitten, und in diese greifen entsprechende Nutenkeile 7 der auf die Trommel zentriert aufgesetzten Zwischenringe B. Auf je zwei Zwischenringen sitzen ebenfalls zentriert die Radscheiben 12 und werden durch die Mutter 5 gegen den Bund 4 zusammengepreßt, so daß die Stirnflächen der Radscheibennaben mit den Flächen io und ii der Bünde 9 zusammenliegen und die Radscheiben mit den Zwischenringen kraftschlüssig verbunden sind. Die dem Zapfen 3 am nächsten gelegene Radscheibe 13 sitzt außer auf einem Zwischenring noch auf dem Zentrierring 14 des Bundes 4 der Trommel; so daß hier also ein Zwischenring erspart wird.
• Um den Zwischenraum zwischen den Radscheiben in der Nähe der Schaufelfüße abzudecken, sind Ringe 15 vorgesehen, die mit geringem axialem Spiel auf Vorsprüngen 16 der Radscheiben sitzen.
• In Abb. 2 ist ein Schnitt durch die Trommel i und einen Zwischenring 8 dargestellt, auf dem die Nuten 6 und die im Vergleich zur Teilung 17 schmalen Leisten 7 des Zwischenringes zu erkennen sind. Dort ist weiterhin gezeigt, daß die zwischen je zwei Nuten 6 stehenbleibenden Felder Nuten 18 von der gleichen Tiefe der Nuten 6 erhalten, damit nicht unnötiger Werkstoff vorhanden ist.
• In der Abb. i ist für zwei Schaufelkränze der Kraftfluß von dem Antriebszapfen 3 bis zu den Schaufelkränzen i9 in strichpunktierten Linien dargestellt. Der Kraftfluß verläuft von dem Zapfen durch die Seitenwand der Trommel in den Trommelzylinder. Von da werden Teile der Gesamtkraft formschlüssig auf die Zwischenringe und von diesen kraftschlüssig durch die achsnormalen Flächen io und ii der Bünde 9 in dieRadscheibennaben eingeleitet. Es ist ersichtlich, daß durch jede der Flächen io bzw. ii nur die Hälfte der dem Drehmomentanteil der zugehörigen Radscheibe entsprechenden Kraft übertragen werden muß. Daher kann die Anpreßkraft der Mutter 5 gegen Bund d. wesentlich kleiner sein, als wenn die Radscheiben ohne Zwischenringe auf der Trommel aufgereiht wären.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Laufrad einer mehrstufigen umlaufenden Strömungsmaschine, insbesondere Laufrad eines Flugmotorenladers, bei dem die Laufr adscheiben zwischen einem an einen Ende der Laufradtrommel sitzenden Bund und einer an ihrem anderen Ende sitzenden Mutter in axialer Richtung aneinandergepreßtwerden und die Übertragung des Drehmomentes zwischen Scheiben und Trommel lediglich durch den axialen Anpreßdruck erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Laufradscheiben (12) in den axialen Preßdruck mit einbezogene Zwischenringe mit ebenen oder konischen Stirnflächen eingeschaltet sind, die auf der Laufradtrommel (i) längs verschieblich sind, aber mittels Keil- oder Federverbindung mit der Trommel zwangsläufig umlaufen.
2. 2. Laufrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Zwischenringe (8) und die Nabenbohrung der Radscheiben (12) gleich sind und daß die in den axialen Preßdruck einbezogenen Flächen der Zwischenringe auf Bünden angeordnet sind, gegen deren achsnormale oder konische Stirnflächen (io, ii) die Stirnflächen der Radscheibennaben gepreßt werden.
3. 3. Laufrad nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Keile (7) im Zwischenring (8) in Umfangsrichtung im Verhältnis zur Teilung (17) gering ist und daß die Felder zwischen je zwei Nuten (6) der Trommel (i) ebenfalls mit Nuten (18) von der Tiefe der zur formschlüssigen Verbindung dienenden Keilnuten (6) versehen sind. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 174673, 216856, 552011, 712859; USA.-Patentschrift Nr. 1221087; »Kolben- und Turbokompressoren« von Ostertag, 1923, 251 und 279 (Abb. 275 bzw. 319).