DE2249626A1 - Zentrifugalpumpe mit entlastungseinrichtung fuer veraenderliche thermische ausdehnung - Google Patents
Zentrifugalpumpe mit entlastungseinrichtung fuer veraenderliche thermische ausdehnungInfo
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- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
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Description
Dr. Hans-Heinrich Willrath d ~ β2 Wiesbaden ί. okt. 1072
Dr. Dieter Weber
p^^tszi
V/s Ch
File .19,-20 ßO
Clarkson Industries, Inc. 107 Fourth Avenue
New York, N.Y. T0003
Zentrifugalpumpe mit Entlastungseinrichtung für veränderliche thermische Ausdehnung
Priorität; 22. Oktober 1971 in
Serial No. 191 863
Die Erfindung bezieht sich auf Zentrifugalpumpen und betrifft insbesondere eine Einrichtung sur Entlastung von Axialhoanspruchungen
infolge veränderlicher thermischer Ausdehnung der Laufräder einer solchen Pumpe und der Antriebsweile, auf der sie
für die Drehung befestigt sind. Während die Erfindung auf alle Arten von Zentrifugalpumpen einschließlich Flüssigkeltspumpen,
Zentrifugalgebläsen und Zentrifuge!kompressoron anwendbar ist,
■ie
wird zur besseren Darstellung anhand eines typischen Zentrifugalgebläses
beschrieben.
Kehrstufige Zentrifugalgebläse weisen im allgemeinen ein Gehäuse
anit Einlaß- und Auslassöffnungen auf und haben eine Antriebswelle,
dio zur horizontalen Drehung in Lagern im Gehäuse gehaltert ist» Auf der Antriebswelle ist zur Drehung mit dieser eine
ι foakfot/MalB tiU
2tab Durfutr Beik \0. '*imbcAa. Ken«»-Kf. 17» W - 2 -
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Reihe von Laufradom angebracht, die radiale Durchgänge darin
habon, welche mit in dem Gehüuso gebildoten Übcrgangsleitungen
für die Überführung dos gepumpten Fließmittols von Stufo zu
Stufo des Gebläses zusammenarbeiten. Die Nabonteilo der Laufräder können direkt aneinander anstoßen oder können durch Abstanderingo beabstandot sein, die einen vorbestimmten Abstand
zwischen den Laurädorn halten. Die Laufräder - entweder mit
oder ohne Abstandszwischenringo versehen - sind gegen eine
Axialbewegung relativ zur Antriebswelle durch eine geeignete
Sperrvorrichtung, z.B. Kreuzlochschrauben auf dor Antriebswolle, zusammen festgelegt.
Es ist üblich, die Laufräder und die Antriebswollo aus unterschiedlichen Materialien herzustellen. Beispielsweise kann die
Antriebswelle aua Stahl hergestellt sein, ura die gewünschte strukturelle Festigkeit und Biegefestigkeit zu erreichon, während die Laufräder aus Aluminium hergestellt sein können, tun
ihr Gewicht zu reduzieren. Ia Betrieb erffefcgt das (!«blase infolge
der Kompression, der Umwälzung des Gases und der Scheibonreibung Värme. Da Aluminium einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Stahl hat, neigt die während des Betriebes
des Gebläses ansteigende Temperatur dazu, eine Kompressionsbeanspruchiing in den Nabenteilen der Laufräder zu erzeugen.
Infolge Mängeln beim Botrieb der Maschine sind die gegeneinander
gestellten Oberflächen benachbarter Laufrädornaben kaum genau rechtwinklig zur Achse der Antriebsvolle, wenn überhaupt, auf
der sie befestigt sind. Infolgedessen neigen die Druokbeanspru-
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chungen innerhalb der Laufrädernaben und zwischen diesen dazu,
die Welle leicht zu verbiegen, und die sich ergebende Beschädigung
der Welle ruft Vibrationen bei der Betriebegeschwindigkeit
dee Gebläses hervor und kann in extremen Fällen einen
mechanischen Fohler des Gebläses hervorrufen.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zentrifugalpumpe
mit einer einfachen und wirksamen Einrichtung zur Entlastung der Druckbeanspruchungen vorzusehen, die in den
Nabenteilen der Laufrfcder der Pumpe während deren Betriebes
erzeugt werden können« In vorteilhafter ¥eiterbildung der Erfindung wird ein mehrstufiges Zentrifugalgebläse mit einer
Einrichtung zur Beseitigung seiner Rotorvibration geschaffen, die von der Deformation der Antriebswelle herrührt, welche
durch in den Nabenteilen der Rotorlaufräder erzeugten Axialbesmspruchung
erzeugt ist. Vorteilhaft iat auch die Schaffung einer Einrichtung, um ein Teil der Nabe von zumindest eine«
Laufrad eines solchen Kompressors elastisch bewegbar zu machen und die in den Habenteilen Λβτ Lftüßräder erzeugten Axialbeanspruchungen
Xu entlasten odor eich an diese anzupassen«
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungemöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichemragert. Es zeigen:
Fig. 1 «in» Seitenansicht eines dreistufigen ZontrifugalgehläsoB,
teilweise im Schnitt, iur Darstellung der Anordnung
djr Lauf radar av»f dei" Antriebswelle und der
Druclcentlastungskanäle in (ton Naben dor LnufrKdor und
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Fig, 2 einen vergrößerton Schnitt einer der Laufradnaben
unter Darstellung des darin befindlichen Druclcentlastungskanals.
Das allgemein mit 10 bezeichnete übliche dreistufige Zentrifugalgebläse
weist einen Einlaß 12, einon Auslaß Ik und eino
horizontale Antriebswelle 16 auf, die von einem nicht dargestellten
geeigneten Antrieb bawegt wird. In Pig, 1 ist der
untere Teil des Oebläsegehäusos fortgebrochen, um die Anordnung
der Laufräder und der darin befindlichen Üborführungsleitungen
darzustellen. Auf der Volle ^6 aind drei Lnufräder
befestigt, nämlich ein Laufrad 18 für die ersto Stufe, oin Laufrad 20 für die zweite Stufe und ein Laufrad 22 für die
dritte Ctufe. Das Laufrad 18 ist an der Volle 1# zur Drehung
rait dieser durch einen Ceil Zh befestigt. Die Laufrüder £0
und 22 sind in ähnlicher Voise an der »eile 16" verkeilt, aber
die Keile sind in Fig, 1 nicht gozeigt. Die Laufräder 18 bis
22 haben die gewöhnlichen radialen Durchgänge 18a, 20a und 22a,
die dmin gebildet sind, sowie Nabenteile 18b, 20b und 22b
neben der Welle 16,
Vie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Naben der Laufräder duroh
Abstandsringe voneinander getrennt, die gleitbar auf der Volle 16 bofostigt sind. Insbesondere befindet sich dort ein Abstandsring
26, dor go^i dio linke oder vordere Fläche der Nabo des
Laufrades 22 anschlägt und rechts oder an der rückwärtigen Flächo der Nabe des Lnufrados 20, In ähnlicher Woise befindet
sich dort ein AbstandßTialter 28, der eogen O.lo vordere Fläche
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der Nabe dos Laufrades 20 und die rückwärtige Fläche der Nabe
des Laufrades 18 anstößt. Ein dritter Abstandsring 30 stößt
an einen Endo an die VordeAächo der Nabe des Laufrades 18
un^d an seinem anderen Ende gegen eine Schultor 32, die von
einem vergrößerten Teil 3'i der Vello 16 gebildet ist. Die
Abstandsteile und Laufrädernabon sind gegen Axinlbcvfegung
rolativ asur ¥olle 16 durch die Schulter 32' einem Ende dor
Abstandsnabenanordnung und durch eine Kreuzlochschraubö 36,
die auf die Welle 16 geschraubt ist, am anderen Ende der Anordnung festgelegt. Wie bekannt, werden die Laufradnaben in
einigen Fällen so ausgebildet, daß sie ohne dazwischenliegende Abstandsringe aneinander anstoßen.
Die insofern beschriebene Konstruktion ist bekannt, wie auch der allgemeine Betrieb des Gebläses bekannt ist« Der Luftstrom
durch das Gebläse ist durch die Pfeile in Tig. 1 geneigt.
Auf Drehung der Welle 16 und der Laufräder 18, 20 und 22 wird
Luft oder ein anderes gepumptes Flleßeittel durch den Einlaß 12 zu den radialen Durchlaß 18a des Laufrades 18 der ersten
Stufe gezogen, in der es nach außen gedrückt und durch Zentrifugalkraft zum Umfangeteil des Gehäuses gedrückt wird* Die
Durddüeß
aus dem 18a ausgetragene Luft wird von einer Übertragungsleitung 38, die im Gebläsegehäuse gebildet ist, zum Einlaß dos
Radialdurchlasses 20a des Laufrades 20 geführt. Die Luft wird ferner komprimiert, wann sie durch den Durchlaß 20a des Laufrades 20 der zweiten Stufe streicht und vird dann von der
Üborgangsleitung ko zum Einlaß dos Radialdnrchgangcs 22a des
Laufrades 22 der dritten Stufe geführt« Nachdem die Luft im
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Durchgang 22a weiter komprimiert ist, strömt sie durch eine
Leitung hZ zum Gebläseauslaß ~\k.
Vie oben erwähnt, ist es üblich, die Vellc 16 und die Laufräder
18, 20 und 22 aus unterschiedlichen Materialien herzustellen«
Beispielsweise kann dio Vellc aus Stahl hergestellt sein, und die Laufräder können aus Aluminiumguß odor Bronze sein, die
andero thermische Atisdehnungskooffizienten haben. Während
des Betriebes des Gebläses wird durch die Repression des Gases und durch andere Paktoren Varme erzeugt* Sobald sich dio
Volle und die Laufräder orwärmen, worden axiale Druckbeanspruchungen in den Naben erzeugt, die dazu neigen, die Antriebswelle zu verbiegen oder mu verwerfen und unerwünschte Vibrationen der Rotoranordnung hervorzurufen, Erfindungsgemäß werden
diese Beanspruchungen dadurch entlastet, daß man einen Teil der Naben zumindest eines Laufrades elastisch verformbar
macht,
Fig. 2 ist eine sehr vergrößerte Ansicht der Nabe 20b des
Laufrade· 20« Aa inneren Umfang der Nabe tat ein scheibenförmiger Kanal hh gebildet, der sich radial nach außen In
dio Nabe 20b erstreckt* Der Kanal hk ist relativ nah an der
rückseitigen Fläche H6 der Nabe angeordnet* Venn somit der
Teil der Nabe in der Nähe der Welle 16 Druckbeanspruchungen
der oben genannten Art ausgesetzt ist, wird das Toll h8 der
Nabe zwischen dem Kanal hh und der hinteren Fläche h6 dor
Nabe elastisch verformbar, um derartige Beanspruchungen zu
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antlnsten, und die Vellenverkrümnrang infolge derartigor Beanspruchungen
wird verraiedon,
In einigen Fällen, z.B. wenn die differen %Lale thermische Ausdehnung
der Laufrädornaben und der Wollo relativ klein ist, braucht nur ein Laufrad m±t einen Kanal für die Entlastung
der Beanspruchungen vorgesehen zu soin. Wenn andererseits die
Betriebsbedingungen des G«*lt?9e3 derart sind, daß die differonftiale
thermische Ausdehnung der l*ufräder und der Vellc relativ
groß ist, ist es erwünscht, daß jedes Laufrad mit einem Entla-
«tungskanal für die Beanspruchungen, wie in Fig. 1 gezeigt,
vorgesehen ist.
Aus der obigen Beschreibung ersieht man, daß die Erfindung
eine Konstruktion schafft, mit der die eingangs -erwähnten Schwierigkeiten überwunden verden. Venn sich axiale Druckbeanspruchungen
in den Laufradnaben und den Abstandsringen infolgo der veränderlichen thermischen Ausdphming aufbauen,
ermöglichen di« Kanäle hh es, daß die zentralen rückwärtigen
Teile der Laufräder nach innen elastisch ausgebogen oder abgelenkt werden, um derartige Beanspruchungen zu entlasten· Somit
werden die Vellenverbiegung und die daraus folgende unerwünschte
Vibration des Rotore vermieden.
Auch können wie oben erwähnt als Erg-ofcnis von Maschinenf ehlern.
dio Oberflächen dor Laufradnaben nicht gcTiau senkrecht zu der
Achse der Welle vorlaufen, und Beanspruchungen» dio zum Verbiegen
dor Welle neigen, können infolgo dioser Maschinenfehlor
erzeugt v/erdar« Derartißo Biogebeantsprtxchurigon können sogitr auf-
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treten, wenn keine veränderliche oder differen%inlo Wärmeausdehnung
der Laufradanordnung und Wello vorhanden ist. Solche Beanspruchungen i;erdcn auch durch dio in den Laufradnaben
genäß der Erfindung Gebildeten Kanäle entlastet·
Es versteht sich, daß die- Wello und die Laufräder aus anderen
Metallen hergestellt sein können, als jene, die spezioll beschrieben
wurden, und die vorliegende Konstruktion schafft eine Entlastungsfunktion für Beanspruchungen, die unerwünschten
Wirkungen der differenfcialen oder veränderlichen Wärmeausdehnung
solcher anderer Metalle auszuschalten oder wesentlich
zu reduzieren«
O S S17 / O7 I 9
Claims (1)
- - 9 Patentansprüche:(jι 1 *J Zentrifugalpumpe mit einem Gehäuse, einer drehbar in dom Gehäuse angeordneten Welle, zumindest einem in dam Gehäuse angeordneten Laufrad mit einer Nabe, die auf der Welle for Drehung mit dieser angeordnet ist, und mit einer Sperreinrichtung zum Festlegon der Laufradnabe gegen Axialbewegung bezüglich der Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradnabe (i8b, 20b, 22b) einen inneren Umfangskanal (kk) aufweist, der in der Nabe neben der Welle (16) zur Entlastung axialer und Biegebeanspruchungen gebildet ist, die in dem ICabentoil (i8b, 20b, 22b) dos Laufrades (18, 20, 22) gebildet sind*2*) Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Laufräder (18,20,22) Neben (i8b,20b,22b) auf der Welle (l6) angebracht und befostigt aufweisen und die Laufräder aus einem Material mit einem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die Welle hergestellt sind.3·) Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradnabe eine Vorderfläche mit einer darin gebildeten Einlaßöffnung und eine im wesentlichen zu der Wello (16) senkrechte rückwärtige Fläche aufweist und daß der innere Umfanga&ial (kh) scheibenförmig ist und dicht an der rückwärtigen Fläche der Nabe gebildet ist, wodurch der Teil der Nabo zwischen dem Kanal (hh) und der rückwärtigen Fläche der Nabo zur Entlastung axialer und Biegebeanspruchungen elastisch ver-309817/0749-10-I?formbar ist, dio In dem Nabentoil dos Laufrados erzeugt wird,h») Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jode Laufradnabe mit einem der Umfangskanälo versehen ist·5·) Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal sich radial In dio Nabo in einer Richtung erstreckt, dio im wesentlichen sffkrocht zur Drehachse der Volle (i6) liegt.6.) Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Abatandsringo (26,28,30) auf der Volle (16) ■wischen den Laufradnaben angeordnet sind, um oinon vorbestimmten Abstand zu den Naben zu halten.•309817/0748
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