DE3005058A1

DE3005058A1 - Radialturbinenlaeufer

Info

Publication number: DE3005058A1
Application number: DE19803005058
Authority: DE
Inventors: Kenji Nakayama; Mikio Sakai; Naoto Sasaki; Hideo Sato
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-02-13
Filing date: 1980-02-11
Publication date: 1980-08-14
Also published as: JPS55107003A

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen radialen Turbinenläufer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit dem Kupplung bereich zwischen dem Läufer und einer Antriebswelle einer Radialturbine, wie sie etwa als Gasturbine, Turbolader oder dgl. verwendet wird.
Ublicherweise wird der Läufer einer Radialturbine bei Gasturbinen, Turboladern oder dgl. gemäß Fig, 1 und 2 gestaltet, auf die bereits hier zur Erläuterung des Standes der Technik bezug genommen werden soll.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist ein massiver Läufer 1 an einer Antriebswelle 2 über einen Kupplungsbereich 3 durch Preßschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder dgl. befestigt.
In diesem Falle weist der Läufer 1 jedoch ein großes Trägheitsmoment auf, da er nicht hohl ausgebildet ist. Im Vergleich zu einem Läufer für eine Axialturbine, der entsprechend dem Läufer der Fig, 1 ausgebildet ist, weist der Läufer 1 gemäß Fig. 1 den Nachteil auf, daß das Hochlaufverhalten ungünstig ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Läufer 1 gemäß Fig, 1 nicht mit der Antriebswelle 2 durch Preßschweißen oder Elektronenstrahlschweißen oder dgl. verbunden werden kann, wenn der Läufer 1 aus keramischem Material oder Gemischen besteht, sofern die thermische Stabilität berücksichtigt werden muß.
Andererseits ist bei dem Beispiel der Fig, 2 eine Keilverbindung 5 zur Übertragung der Antriebskraft zusammen mit einem Paßbereich 6 zur Ausrichtung des Läufers 7 und der Antriebswelle 8 zwischen einem vorspringenden Zapfen 9 des Läufers 7 und einem hohlen Abschnitt der Antriebswelt le 8 vorgesehen. Eine Bohrung 10 durchdringt den Läufer 7 in der Mittelachse. Eine weitere Bohrung 11 mit einem Gewindeabschnitt 12 befindet sich in der Mittelachse der Antriebswelle 8. Ein Bolzen 13 ist in die Bohrungen 10,11 eingeführt und in den Gewindeabschnitt 12 eingeschraubt und hält den Läufer 7 und die Antriebswelle 8 zusammen, Die Konstruktion gemäß Fig. 2 hat den Nachteil, daß der Läufer 7 ein großes Trägheitsmoment aufweist, wie es bereits im Zusammenhang mit Fig, 1 erwähnt wurde. Im übrigen bilden sich Zwischenräume aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung zwischen der Antriebswelle 8 und dem Läufer 7 bei Betrieb der Turbine im Bereich zwischen der Keilverbindung 5 und dem Paßbereich 6, die Ursache für eine Beschädigung des Läufers sein können. Dadurch wird die Zentrierung aufgehoben. Wenn die positive und negative Form des Läufers 7 und der Antriebswelle 8 enges kehrt angeordnet werden, ergibt sich der Nachteil, daß übermäßige thermische Spannungen aufgrund der Differenz der thermischen Ausdehnung im Paßbereich 6 entstehen, die zu einer Zerstörung des Läufers 7 führen können, Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine Läuferanordnung des Gattungsbegriffes zu schaffen, deren Beschleunigungsvermögen oder Hochlauf verhalten durch Verringerung des Trägheitsmomentes verbessert ist. Im übrigen soll eine Zerstörung des Läufers auf grund unterschiedlicher therc mischer Ausdehnungen zwischen der Antriebswelle und dem Läufer vermieden werden. Das Gesamtgewicht soll verringert werden.
Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Klauenkupplung zwischen der Antriebswei le und dem Läufer in der Art angeordnet, daß sie eine relative Verschiebung zwischen beiden in RadiRlrichtung gestattet. Ein Bolzen ist in den Läufer und die Welle eingedreht und so fest angezogen, daß der Läufer und die Welle in Axialrichtung fest zusammengespannt werden, Der Läufer ist hohl und besteht aus keramischem Material.
Die erfindungsgemäße Läuferanordnung hat den zusätzliv chen Vorteil, daß sie eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aufweist.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine bekannte Läuferanordnung; Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer bekannten Lösung; Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung; Fig. 4 ist eine vergrößerte Darstellung der Kupplungsanordnung, die im Zusammenhang mit Fig. 3 verwendet wird, Auf Fig. 1 und 2 wurde bereits eingegangen, Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung soll anschließend anhand von Fig, 3 und 4 erläutert werden.
Ein Läufer 15 einer Radialturbine, etwa einer Gasturbine oder eines Turboladers oder dgl, besteht vorzugsweise aus Keramik, Metall, Verbundmaterialien oder dgl. und umfaßt ein Läuferrad 16 mit einer Anzahl von gekrümmten Flügeln 17. Èin Hohlraum 18 befindet sich im Inneren des Läuferrades 16 und des Läufers 15 und ist derart ausgebildet, daß ein möglichst großer Raum eingenommen wird, der symmetrisch in bezug auf die Mittelachse des Läuferrades 16 liegt. Ein hohler Zapfen 20 springt von der rückwärtigen Oberfläche 19 des Läufers 15 vor.
Eine Antriebswelle 21 ist mit dem Läufer 15 gekuppelt.
Zwischen der Antriebswelle 21 und dem hohlen Zapfen 20 des Läufers 15 befindet sich eine Klauenkupplung 22, die die Antriebswelle 21 und den Läufer 15 derart verbindet, daß eine Radialverschiebung zwischen beiden möglich ist.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist eine Anzahl von Klauen 25 vorgesehen, deren Ecken abgerundet sind und die mit gleichmäßiger Teilung am Ende der Antriebswelle 21 aus gebildet sind, in der sich ebenfalls ein Hohlraum 26 befindet. Eine Anzahl von Klauen 27 mit konstanter Teilung befinden sich am Ende des vorspringenden Zapfens 20 des Rotors 15 und greifen in entsprechende Aussparungen zwischen den Klauen 25 der Antriebswelle 21 ein.
Der Läufer 15 ist mit der Antriebswelle 21 durch die Klauenkupplung 22 derart gekuppelt, daß eine relative Verschiebung zwischen beiden in Radialrichtung möglich ist, die Antriebskraft jedoch von der Antriebswelle 21 auf den Läufer 15 übertragen wird und beide in bezug aufP einander ausgerichtet bzw. zentriert sind, Ein normaler Antriebsvorgang kann daher ablaufen, ohne daß die Kraftübertragung und Ausrichtung beeinträchtigt werden, und zwar auch dann, wenn der Läufer 15 und die Antriebswelle 21 aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Beispielsweise kann der Läufer 15 aus keramischem Material und die Antriebswelle 21 aus Stahl bestehen, so daß wesentlich unterschiedliche thermische Ausdehnungen eintreten, Dies beruht darauf, daß die Klauen 25 und 27 relativ in Radialrichtung verschiebbar sind.
Mit 30 ist eine Gewindebohrung in der Witt@lachse der Antriebswelle 21 bezetchnet; in die ein Bolzen 31 durch den Läufer 15 hindurch eingeschraubt ist und aug diese Weise den Läufer und die Antriebswe1Se 15 in Axialrichtung zusammenspannt und verbindet.
Die erfindungsgemäße Läuferanordnung kann in elngacher Weise hergestellt und mit einem Hohlraum auf der Innen seite versehen werden. Das Gewicht des Läufers ist daher insgesamt verringert, und aufgrund des geringeren Trägheitsmoments wird das Beschleunigungsvermögen verbessert, Eine Klauenkupplung befindet sich zwischen der Antriebswelle und dem Läufer und verbindet diese derart, daß relative Verschiebungen in Radietlrichtung möglich bleiben.
Folglich werden übermäßige thermische Spannungen oder ein Bruch des Läufers aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungen der Antriebswelle und des Läufers verhindert.
Der erfindungsgemäße Läufer weist im übrigen eine aus gezeichnete Hitzebeständigkeit auf, da er aus keramischem Material oder dgl. bestehen kann, Die Erfindung gestattet eine Reihe von Abwandlungen.
Der Läufer 15 kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen, und die Abmessungen und die Form des Hohlraumes 18 innerhalb des Läufers 15 können in geeigneter Weise geändert werden. Auch die Ausgestaltung der Rlauenkupplung kann in unterschiedlicher Weise erfolgen, sofern eine relative Radialverschiebung zwischen der Antriebswelle und dem Läufer möglich ist, Die Anwendung der Erfindung ist nicht zwingend auf Radiälturbinen beschränkt.
ZUSAMMENFASSUNG Ein Radialturbinenläufer (15) weist einen Hohlraum (18) im Inneren auf und ist über eine Klauenkupplung (22) mit einer Antriebswelle (21) verbunden. Die Klauenkupplung gestattet eine relative Verschiebung in Radialrichv tung. Ein Bolzen (31) ist in den Läufer (15) eingefügt und in die Antriebswelle (21) eingeschraubt und spannt den Läufer und die Antriebswelle in Axialrichtung zusatz men.
Leerseite

Claims

RADIALTURB INENLAUFER PRIORITÄT: 13. Februar 1979, Japan, No. 54-15183 PATENTANSPRUCHE 1. Radialturbinenläufer mit einer Antriebswelle und einer Einrichtung zum Verbinden des Läufers mit der Antriebswelle, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Läufer (15) und die Antriebswelle (21) gemeinsame unebene Berührungsflächen aufweisen, deren Form eine relative Radialbewegung gestattet.
2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß die gemeinsamen Berührungsflächen zwischen Läufer (15) und Antriebswelle (21) in Umfangsrichtung uneben, in Radialrichtung dagegen eben ausgebildet sind.
3. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Läufer (15) im Inneren einen Hohlraum (18) aufweist.
4. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Läufer (15) an der Antriebswelle (21) mit Hilfe eines Bolzens (31) befestigt ist.
5. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Läufer (15) aus keramischem Material besteht.
6. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g é k e n n z e i c h n e t, daß der Läufer aus Metall besteht.
7. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die gemeinsamen Berührungsflächen in radialer Sicht im wesentlichen zahn-oder klauenförmig ausgebildet sind.
8. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die gemeinsamen Berüh rungsflächen durch kreisförmige Drehung einer radialen Geraden durch die Drehachse des Läufers herstellbar sind.