DE2337030A1

DE2337030A1 - Einheit von rotor und welle fuer zentrifugalgeblaese

Info

Publication number: DE2337030A1
Application number: DE19732337030
Authority: DE
Inventors: David Burton Herrick
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1972-07-31
Filing date: 1973-07-19
Publication date: 1974-02-14
Also published as: US3825366A; GB1393055A; CA1014921A

Description

DIPL. ING. WALTER MEISSNER DIPL. ING. HERBERT TISCHER DIPL. ING. PETER E. MEISSNER MÖNCHEN

DIPL. ING. H.-JOACHIM PRESTING BERLIN

1 9. JUL11973

1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den HERBERTSTRA38E 22

RB-71-3

DEBSSSR INDUSTRIES, INO, Dallas, Texas, USA.

Einheit von Rotor und Welle für Zentrifugalgebläse

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Rotor mit einer Welle für Zentrifugalgebläse, Kompressoren usw. im allgemeinen und auf eine Verbesserung an einer Einheit des Rotors und Welle, wobei der Rotor von der Welle während des Betriebes des Gebläses oder Kompressors auch bei höheren Temperaturen nicht lose wird, im besondern, ist aber nicht hierauf beschränkt.

Diese Technik ist von Schemen und Anordnungen zum Verhindern des Lösens von Rotoren an den Wellen voll, wo hohe Temperaturen beim Betrieb auftreten. Trotz der Tatsache, daß viele Jahre lang die Fachwelt viele Versuche zum Verhindern des Lösens von Rotoren unternommen hat, ist keine ganz befriedigende Anordnung gefunden worden. Vielleicht ist das am meisten bekannte zum Verhindern des Losewerdens des Rotors benutzte Schema eine Interfarenz zwischen Rotor und Welle und das Fressen des Rotor auf die Welle mit großer Kraft. Dieses Schema ist nicht ganz befriedigend, weil es schwierig ist,

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den Botor auf die W_elle während der Herstellung des Gebläses aufzusetzen, und es sehr schwierig ist, Rotor und Welle auseinanderzunehmen, um den Rotor zu ersetzen, wenn dies "bei der Instandhaltung des Gebläses oder des Rotors außerhalb der Fabrik notwendig wird.

Der !achmann weiß, daß die Fähigkeit, daß der Botor auf der Welle ohne Lösen im Betrieb mit hohen Temperaturen gehalten werden kann, bei hochtourigen Gebläsen und Kompressoren äusserst wichtig ist. Das Lösen des Rotors auf der Welle wird mit höheren Umlaufzahlen kritischer. Sollte der Rotor auf der Welle lose werden, gelangen Vibrationen auf die Maschine, und wenn der Rotor ausreichend lose wird, kann die Maschine schwer beschädigt oder gar zerstört werden.

Demnach ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Einheit aus Rotor und Welle für Kompressoren, Gebläse usw. anzugeben, die einen Betrieb des Gerätes bei hohen Geschwindigkeiten und hohen Temperaturen zuläßt, ohne daß infolge Lösens des Rotors Vibrationen auftreten. Ferner soll der Rotor auch bei hohen Betriebstemperaturen auf der Welle fest bleiben und soll leicht auf der Welle angebracht und von ihr abgenommen werden können. Der Rotor soll an die Welle auch bei hohen Temperaturen des Gerätes fest an die Welle angreifen.

Die Erfindung betrifft eine Untereinheit von Rotor und Welle zur Verwendung in einem Zentrifugalgebläse, einem Kompressor und derglx , die enthält: Eine Welle, die sich im Kompressorgehäuse drehen kann, einen Rotor, aus einem Material mit einem anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der größer als der des Materials der Welle ist, wobei der Rotor eine Nabe mit einer Axialbohrung besitzt, die so bemessen ist, daß sie die Welle gleitend aufnimmt und wobei sich an der Nabe

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deformierbare Endteile befinden, eine Einrichtung an der Welle, die die Endteile in Eingriff mit der Welle bringt, um sie zu deformieren und um die thermische Ausdehnung des Rotors in axialer Richtung in eine radiale Deformation der Endteile zur Welle umzuwandeln, wodurch der Rotor fest an die Welle bei hohen Betriebstemperaturen des Kompressors angreift.

Diese und weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben. In diesen istt

Figur 1 ein Querschnitt eines Teils eines Kompressors oder Gebläses mit der verbesserten Einheit von Rotor und Welle nach der Erfindung!

Figur 2 ein Teilstück eines Teils der Figur 1 mit der Einheit aus Rotor und Welle in größerer Einzelheit und größerem Maßstab; und

Figur 3 ein Teil des Querschnitte an der Linie 3-3 der Figur 2, wo aber eine etwas abgeänderte Version dieser Einheit gezeigt wird, die ebenfalls gemäß der Erfindung konstruiert ist.

Das Zentrifugalgebläse 10 in Figur 1 enthält ein Gehäuse 12 mit einem Einlaß 14 und einem Auslaß 16. Durch das Gehäuse 12 geht eine Welle 18 hindurch, die dort in entsprechenden Lagern 20 drehbar angeordnet ist, die sich an jedem Ende der Welle 18 befinden.(In Figur 1 wird nur das Lager 20 am Auslaßende des Gehäuses gezeigt). An jedem Ende der Welle 18 im Gehäuse befinden sich entsprechende Dichtungen 22 und 24.

Sin erster und ein zweiter Rotor 26 und 28 befinden sich auf der Welle 18 in entsprechendem Abstand. Die relative Drehung zwischen dem Rotor 26 und der Welle 18 wird durch einen Keil 30 verhindert, der sich in einer Keilnut 32 in der Welle 18

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und im Rotor 26 befindet. Der Rotor 28 kann sich gegenüber der Welle wegen eines Keils 34 nicht drehen, der sich in einer Keilnut 36 in der Welle 18 und im Rotor 28 befindet.

Die Welle 18 ist von einer Labyrinth-Dichtung 38 umgeben, die sich zwischen den Rotoren -26 und 28 befindet. Die Dichtung wirkt sowohl als Dichtung mit dem Gehäuse 12, um eine Verbindung zwischen den Rotoren 26 und 28 zu verhindern, ausgenommen durch vorgeschriebene Durchgänge, als auch zum Einhalten des Abstandes zwischen den Rotoren 26 und 28.

Um eine axiale Bewegung der Rotoren 26 und 28 und der Dichtung 38 an der Welle 18 zu verhindern, wird eine Gewindemutter 40 auf die Welle 18 geschraubt, die an den Rotor 26 angreift. Um eine Bewegung der Rotoren 26 und 28 und der Dichtung in der anderen Richtung an der Welle 18 zu verhindern, wird der Rotor 28 durch eine zweite Gewindemutter 42 angegriffen, die nahe dem Einlassende 14 des Gebläses auf die Welle aufgeschraubt ist.

Figur 2 zeigt den Rotor 28, der mit einer Bohrung 44 versehen ist, die durch einen Nabenteil 46 des Rotors hindurchgeht. Die Bohrung 44 ist so bemessen, daß sie die Welle 18 gleitend aufnimmt und so ein Drücken oder eine andere Kraftanwendung auf den Rotor 28 auf der Welle 18 überflüssig macht. Die Nabe 46 besitzt verhältnismäßig biegsame Endteile 48 und 50, deren Zweck noch beschrieben werden wird. Zum weiteren Erhöhen die Biegsamkeit der Teile 48 und 50 sind zwei Hingnuten 52 und 54 in die Bohrung 44 neben den Endteil 48 bzw. 50 eingeformt. Die Mutter 42 ergibt, wie Figur 2 zeigt, einen Anschlag, der an das Endteil 50 des Rotors 28 angreift. Das nach innen gerichtete Endteil 48 des Rotors 28 steht mit einem Ende des Abstandhalters 38 und das nach innen gerichtete Endteil des Rotors 26 (Figur 1) in Eingriff mit dem gegenüberliegenden Ende der Dichtung 38. Die Mutter 40 dient als Anschlag, der an das Auöenendteil des Rotors 26 angreift.

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Beim Zusammenbau können eine oder beide Muttern 40 und 42 auf der Welle so eingestellt werden, daß sie eine Kraft auf die Rotoren 26 und 28 ausüben, die die verhältnismäßig biegsamen Endteile 48 und 50 am Eotor 28 und die (umnummerierten) Bndteile auf dem Rotor 26 nach innen in festen Eingriff mit der Welle 18 bringen. Wegen der Größe der Bohrungen in den Rotoren 26 und 28 können diese bei der Montage leicht auf die Welle geschoben werden. Die nach innen gerichteten Kräfte durch die Muttern 40 und 42 halten die Rotoren 26 und 28 fest auf der Welle 18 und verhindern Bewegungen der Rotoren gegenüber der Welle.

Die Rotoren 26 und 28 bestehen aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der größer als der der Welle 18 ist. Beispielsweise kann die Welle 18 aus Stahl sein, während die Rotoren 26 und 28 aus Aluminium, Messing oder einer legierung von diesen bestehen können. Die Rotoren sollen auch aus einem Material bestehen, das sich mit dem durch das Gebläse hindurch-gehende Strömungsmittel verträgt. Es gibt, sehr viele verfügbare Materialien und ein Material mit der gewünschten Verträglichkeit und dem gewünschten Ausdehnungskoeffizienten kann meistens ohne Schwierigkeiten beschafft werden.

Bei Betrieb des Gebläses 10 wird das hindurchgehende Strömungsmittel wegen der an ihm ausgeführten Arbeit und der Reibung die Temperatur des Gehäuses 12 der Welle 18 und der Rotoren und 28 erhöhen. Da die Rotoren sich wegen der Muttern 40 und 42 axial nicht ausdehnen können, ausgenommen in dem Umfang, in dem eich die Welle 18 auedehnt, wirken an den biegsamen Endteilen der Rotoren wegen des höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Rotoren beachtliche Kräfte. Demnaoh und wenn die Rotoren sich auf der Welle 18 infolge Ausdehnen der Bohrung 44 zu lösen versuchen sollten, werden diese tatsächlich

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fest auf der Welle 18 gehalten, da die axiale Ausdehnung der Rotornaben in eine radiale, nach innen gerichtete Kraft umgewandelt ist, die die biegsamen Teile der Rotoren zur Welle hin verformt.

Wenn die Rotoren 26 und 28 ersetzt werden müssen, kann das Gebläse 10 angehalten werden und sich abkühlen, worauf sich die Rotoren axial in größerem Maß als die Welle zusammenziehen und thermisch bedingte Kräfte von den Endteilen wegnimmt. Hach dem Abnehmen der Wellen-Rotoren Einheit !können eine oder beide Muttern gelöst werden, so daß die Rotoren leicht von der Welle rutschen und durch neue Rotoren ersetzt werden können.

Die Einheit von Welle und Rotoren nach der Erfindung enthält nicht nur Mittel zum Verhindern von Vibrationen und Lösen der Rotoren auf der Welle, sondern besitzen auch den Vorteil des leichten Abnehmens und Auf setzens der Rotoren von der bzw. auf die Welle 18. Die Einheit von Rotor und Welle nach der Erfindung kann bei geringeren Kosten hergestellt werden, weil die Rotoren größeren Toleranzen haben können als Rotoren, die auf die Welle aufgedrückt werden.

figur 3 zeigt eine Abänderung der beschriebenen Rotoren, die an der Linie 3-3 der figur 2 gezeigt werden, enthalten aber die Abänderung. Der Rotor 128 ist mit mehreren radial verlaufenden Schlitzen 156 versehen, die axial durch ein Endteil 150 hindurch und in eine ringförmige Nut 154 hineingehen, die der ringförmigen Nut 54 beim Rotor 28 in figur 2 entspricht· Während vier Sohlitze 156 gezeigt werden, können aber auch menu* oder weniger Schlitze verwendet werden, um die notwendige Biegsamkeit der Endteile zu erhalten.

Obwohl nicht dargestellt, können auch ähnliche Schlitze in dem Endteil dee abgeänderten Rotors vorgesehen werden, die

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dem Bndteil 48 des Rotors 28 wie auch einem oder beiden Endteilen des Rotors 26 entsprechen. Die Beschreibung zeigt zwar nur ein Ausführungsbeispiel, doch sind viele Änderungen möglich, ohne von dem Sinn und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Zusammenfassungj

Die Erfindung betrifft eine Einheit aus einem Rotor und einer Welle eines Zentrifugalgebläseβ oder Kompressors oder dergl·, bei der der Rotor auf der Welle aus einem Material mit einem gröieren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der des Materials der Welle besteht. An der Welle sind Anschläge vorgesehen, die an die Rotornaben angreifen und die thermische Ausdehnung des Rotors in axialer Richtung zu derselben Ausdehnung wie die der Welle begrenzen und eine Überschüssige thermische axiale Ausdehnung des Rotors in eine nach innen gerichtete Deformation der Nabe umwandeln, wodurch die Nabe fester an die Welle angreift· Die Anordnung ermöglicht es, ' daß der Rotor auf der Welle beim Zusammensetzen rutscht und während des Auseinandernehmens verschoben werden kann, während das Gebläse oder Kompressor bei hohen Temperaturen ohne Lösen des Rotors auf der Welle betrieben werden kann.

- Patentansprüche -

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Claims

KB-71-3 Patentansprüchet

1.)Zentrifugalgebläse oder Kompressor oder dergl. mit einem Gehäuse oder Stator und einer Einheit aus Rotor und Welle, die im Gehäuse um eine Längsachse drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor{26, 28) auf der Welle (18) aus einem Material besteht, das einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt als das Material» aus dem die Welle (18) besteht, und eine Habe (46) mit einer axialen Bohrung aufweist, die so bemessen ist, da£ sie die Welle gleitend aufnimmt, und daß an die Welle Einrichtungen vorgesehen sind, die an deformierbare Endteile (48, 50) an der Nabe (46) angreifen und sie beim Angreifen an die Welle deformieren und die thermische Ausdehnung des Rotors in axialer Richtung in eine radiale Deformation der Endteile zu der Welle umwandeln, wodurch der Rotor bei höheren Betriebstemperaturen des Kompressors fest an die Welle angreift.

2. Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (44) der Nabe (46) einen Teil gröSeren Durchmessers neben den Endteilen besitzt, die einen verhältnismäßig biegsamen Plansch an der zur Welle verlaufenden Nabe bilden.

3. Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (44) einen Teil größeren Durchmessers neben jedem

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Endteil (48, 50) "besitzt, das zwei verhältnismäßig biegsame radiale Flansche an der zur Welle (18) verlaufenden Habe (46) bildet.

4· Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung an der Welle (18), die an die Endteile (48,50) angreift, mindestens einen abnehmbaren Anschlag (40, 42) aufweist, der ein Glied bildet, das auf der Welle einstellbar angeordnet ist.

5. Gebläee nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung auf der Welle, die an die Endteile (48, 50) angreift, eine ringförmige Mutter (40, 42) besitzt, die auf die Welle aufgeschraubt ist und im Betrieb an die radialen Flansche der Nabe (46) angreift.

6. Gebläee nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile (48, 50) je mehrere radial verlaufende Schlitze (156) aufweisen, die die Biegsamkeit der Flansche erhöhen.

7. Gebläee nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei zwei Hotoren (26, 28), die mit Abstand auf der Welle (18) angeordnet sind, diese aus einem Material mit einem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen als der des Materials der Welle, wobei jeder Rotor eine Habe (46) mit Endteilen und einer axialen Bohrung besitzt, die bo bemessen ist, daß sie die Welle gleitend aufnehmen kann, und daß jede Bohrung einen Teil größeren Durchmessers neben jedem Endteil (48, 50) besitzt, daß das verhältnismäßig biegsame, nach innen und außen gerichtete radiale Flansche auf den Haben bildet, die zur Welle gerichtet ist, daß auf der Welle (18) zwischen den Rotoren (26, 28) eine Dichtung (38) vorgesehen ist, die an die nach innen gerichteten Flansche auf den Rotoren an-

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greifen und gegen den Stator abdichtet, daß ein Anschlag (40) auf der Welle angeordnet ist, der an einen der nach außen gerichteten Plansche angreift, und ein zweiter Anschlag (42) auf der Welle einstellbar angebracht ist und an den anderen nach außen gerichteten radialen Plansch angreift, um die Plansche beim Angreifen an die Welle zu deformieren und die thermische Ausdehnung der Rotoren in axialer Sichtung in eine radiale Deformation der Plansche zur Welle hin umwandelt, wodurch die Rotoren auch bei höheren Betriebstemperaturen des Kompressors fest an die . angreifen.

8. Gebläse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichne.t, daß der radiale Plansch mehrere radial verlaufende Scijlitge (156) enthält, die die Biegsamkeit der Plansche erhi51je£_?

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