DE3343752A1 - Open impeller for hydrokinetic machines - Google Patents

Abstract

The invention relates to an impeller for hydrokinetic machines and, in particular, centrifugal pumps, which is made up of individual impeller segments (7) which each comprise an impeller wall segment (8) and a blade (3) formed on the latter and are secured at least on the common hub (9). According to a preferred embodiment, the impeller wall (2) is inclined in such a way relative to the inlet region (E) in the axial direction that the front edges (6) of the blades (3) are rectilinear in the meridian cross-section and lie in a plane perpendicular to the axis of rotation. <IMAGE>

Description

Offenes Laufrad für Strömungsmaschinen Open impeller for flow machines

Strömungsmaschinen weisen als wichtiges Bauteil mindestens ein Laufrad auf, das eine Anzahl Schaufeln trägt, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt auf einer Laufradwand angeordnet sind. Turbomachines have at least one impeller as an important component on, which carries a number of blades that are evenly distributed in the circumferential direction are arranged on an impeller wall.

Bei radial wie auch bei axial durchströmten Laufrädern werden offene Laufräder ohne Abdeckung und geschlossene Laufräder unterschieden; bei Radialmaschinen, wie sie zB bei Kreiselpumpen vorliegen, wird die Abdeckung als Deckscheibe bezeichnet. Both radial and axial flow impellers become open A distinction is made between impellers without cover and closed impellers; for radial machines, As is the case with centrifugal pumps, for example, the cover is referred to as a cover disk.

In Fig. 1 ist ein übliches geschlossenes Laufrad 1 im Meridianquerschnitt dargestellt, das im wesentlichen aus einer hinteren Laufradwand 2 mit daran vorgesehenen Schaufeln 3 und einer vorderen Deckscheibe 4 besteht. Der Eintrittsbereich für das Medium ist mit E, der Austrittsbereich mit A bezeichnet. In Fig. 1 is a conventional closed impeller 1 in the meridional cross-section shown, which essentially consists of a rear wheel wall 2 provided thereon Blades 3 and a front cover disk 4 consists. The entrance area for the Medium is designated with E, the outlet area with A.

Zwischen dem Eintrittsbereich E und dem Austrittsbereich A findet eine Verzögerung der Strömung statt, die nicht zu groß werden darf, wenn zB Strömungsablösungen vermieden werden sollen. Nach Pfleiderer,Die Kreiselpumpe, Springer Verlag 1961, soll die Meridiangeschwindigkeit am Austritt gleich groß wie am Schaufeleintritt oder nur wenig kleiner sein. Aufgrund dieser Forderung ist üblicherweise die Breite bA des Schaufelrads im Austrittbereich A kleiner als die Breite Q im Eintrittsbereich (bA ( bE). Between the entry area E and the exit area A takes place there is a delay in the flow, which must not become too great, for example if flow separation occurs should be avoided. According to Pfleiderer, The centrifugal pump, Springer Verlag 1961, the meridian velocity at the outlet should be the same as at the blade inlet or be just a little smaller. Due to this requirement, the width is usually bA of the paddle wheel in the outlet area A is smaller than the width Q in the inlet area (bA (bE).

In Fällen, in denen die durch die Innenfläche der Deckscheibe 4 hervorgerufenen Reibungsverluste vermieden werden sollen, Verluste durch Umströmen der Schaufelkanten tolerierbar sind und eine einfachere Herstellung angestrebt ist, wird die Deckscheibe weggelassen. Derartige offene Laufräder werden besonders für Anwendungen eingesetzt, bei denen neben Flüssigkeiten auch Gase mit gefördert werden sollen, oder wenn aus bestimmten Gründen eine mechanische Bearbeitung der Innenfläche des Laufrads bzw der Schaufeln erforderlich ist. In cases where those caused by the inner surface of the cover plate 4 Frictional losses should be avoided, losses due to flow around the blade edges are tolerable and a simpler production is sought, the cover disk omitted. Such open impellers are particularly used for applications where not only liquids but also gases are to be conveyed, or if off certain reasons a mechanical processing of the inner surface of the impeller or the blades is required.

Eine typische Ausführungsform eines herkömmlichen offenen Laufrads ist in Fig. 2 dargestellt. Das Laufrad 1 besteht im wesentlichen aus der Laufradwand 2 und Schaufeln 3; es ist in einem Gehäuse 5 angeordnet. Derartige offene Laufräder ergeben nur dann einen annehmbaren Wirkungsgrad, wenn zwischen den Vorderkanten der Schaufeln 3 und dem Gehäuse 5 ein enger Spalt 6 eingehalten wird. A typical embodiment of a conventional open impeller is shown in FIG. The impeller 1 consists essentially of the impeller wall 2 and blades 3; it is arranged in a housing 5. Such open impellers only give acceptable efficiency if between the leading edges the blades 3 and the housing 5 a narrow gap 6 is maintained.

Das Gehäuse von Strömungamaschinen mit offenem Laufrad muß daher derart präzise ausgebildet sein, daß es genau der Schaufelkontur folgt, um den erforderlichen engen Spalt einzuhalten, was wiederum die Herstellung von Laufrad und Gehäuse kompliziert und teuer macht. The housing of flow machines with an open impeller must therefore be designed so precisely that it exactly follows the blade contour to the required maintain a narrow gap, which in turn complicates the manufacture of the impeller and housing and makes it expensive.

Es ist bereits bekannt, geschlossene Laufräder in Blechkonstruktion mit vorgepreßten Vor- und Rückwänden und einzeln eingeschweißten Schaufeln herzustellen. Offene Laufräder wurden ferner bereits durch Aufschweißen von den Schaufelwänden entsprechenden Bändern auf eine Scheibe als Laufradwand hergestellt. It is already known, closed impellers in sheet metal construction with produce pre-pressed front and rear walls and individually welded blades. Open impellers have also already been welded onto the blade walls corresponding bands are made on a disc as the impeller wall.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein offenes Laufrad für Strömungsmaschinen mit vereinfachter Form anzugeben, das bei mit herkömmlichen Laufrädern vergleichbarem Wirkungsgrad einfacher und billiger herzustellen ist. The invention is based on the object of an open impeller for Specify flow machines with a simplified form that with conventional impellers comparable efficiency is easier and cheaper to manufacture.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. The problem is solved according to the claims.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous further developments are the subject of the subclaims.

Das erfindungsgemäße offene Laufrad für Strömungsrnaschinen besteht im wesentlichen aus einer Laufradwand, daran vorgesehenen Schaufeln und einer Nabe und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad aus bündig aneinanderpassenden Laufradsegmenten zusammengesetzt ist, die jeweils aus einem Laufradwandsegment, dessen Kontur bei Projektion in Axialrichtung an zwei Seiten der Kontur der Schaufeln folgt, und einer auf einer dieser Seiten angeformten Schaufel bestehen und mindestens an der gemeinsamen Nabe befestigt sind. The open impeller according to the invention for flow machines consists essentially consists of an impeller wall, blades provided thereon and a hub and is characterized in that the impeller is made up of flush-fitting impeller segments is composed, each of an impeller wall segment, whose contour at Projection in the axial direction on two sides of the contour of the blades follows, and one consist integrally formed on one of these sides blade and at least on the common Are attached to the hub.

Das Erfindungskonzept beruht entsprechend darauf, das Laufrad in einzelne Segmente aufzulösen, wobei die einzelnen Laufradsegmente jeweils aus einem Laufradwandsegment und einer damit einstückig ausgebildeten Schaufel bestehen. The concept of the invention is based accordingly on the impeller in to dissolve individual segments, the individual impeller segments each consisting of one Impeller wall segment and a blade formed in one piece therewith exist.

Nach einer besonders günstigen Weiterbildung ist ferner die Laufradwand so in Axialrichtung ZUM Eintrittsbereich hin geneigt bzw gekrümmt ausgebildet, daß bei Erfüllung der oben genannten Bedingung bA < > die zum Eintrittsbereich hin liegenden Vorderkanten der Schaufeln 3 im Meridianquerschnitt geradlinig sind und in einer zur Drehachse senkrechten Ebene liegen. According to a particularly favorable development, the impeller wall is also so in the axial direction towards the entry area inclined or curved formed that when the above condition bA <> is met, the for Front edges of the blades 3 in the meridional cross-section that lie towards the entry area are straight and lie in a plane perpendicular to the axis of rotation.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 3 bis 5 näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to FIGS.

In Fig. 3 ist ein Laufradsegment 7 dargestellt, das aus einem Laufradwandsegment 8 und einer damit einstückig ausgebildeten, angeformten Schaufel 3 besteht, wobei die Kontur des Laufradwandsegments 8 in der Draufsicht an zwei Seiten der Kontu der Schaufeln 3 folgt. Diese Laufradsegmente 8 werden bevorzugt aus Stahl und inabesordere Walzstahl hergestellt und mIndestens an der Nabe befestigt, insbesondere durch Schweißen. In Fig. 3, an impeller segment 7 is shown, which consists of an impeller wall segment 8 and an integrally formed, molded blade 3 therewith, wherein the contour of the impeller wall segment 8 in plan view on two sides of the contour the blades 3 follows. These impeller segments 8 are preferably made of steel and inabesordere Rolled steel produced and at least attached to the hub, in particular by welding.

In Fig. 4 ist ein aus Laufradsegmenten 7 aufgebautes offenes Laufrad gemäld der Erfindung in der Draufsicht dargestellt. Aus Fig. 4 geht hervor, daß die einzelnen Laufradsegmente 7 mit den Laufradwandsegmenten 8 und den Schaufeln 3 bündig aneinander liegen und so gemeinsam das offene Schaufel rad bilden. Die Laufradsegmente 7 sind dabei mindestens an der Nabe 9 befestigt. 4 shows an open impeller made up of impeller segments 7 according to the invention shown in plan view. From Fig. 4 it can be seen that the individual impeller segments 7 with the impeller wall segments 8 and the blades 3 are flush against each other and so together form the open paddle wheel. the Impeller segments 7 are attached to at least the hub 9.

In Fig. 5 ist eine besonders bevorzugte Weiterbildung des Erfindungskonzepts dargestellt, bei der die aus den Laufradwandsegmenten 8 (vgl Fig. 3 und 4) aufgebaute Laufradwand 2 des Laufrads 1 in Axialrichtung so zum Eintrittsbereich E hin geneigt ist, daß bei Erfüllung der oben erwähnten hydrodynamischen Bedingung die zum Eintrittsbereich E hin iiegonden Vorderkanten 6 der Schaufeln 3 im Meridianquerschnitt geradlinig sind; sie liegen vorzugsweise in einer zur Drehachse senkrechten Ebene. In Fig. 5 is a particularly preferred development of the inventive concept shown in which the built up from the impeller wall segments 8 (see FIGS. 3 and 4) The impeller wall 2 of the impeller 1 is inclined in the axial direction towards the inlet region E. is that when the above-mentioned hydrodynamic condition is met, that of the inlet area E towards the front edges 6 of the blades 3 in the meridional cross-section in a straight line are; they are preferably in a plane perpendicular to the axis of rotation.

Das Laufrad ist dabei in einem Gehäuse 5 angeordnet, wobei zwischen dem Gehäuse 5 und der Vorderkante 6 der Schaufeln 3 ein kleiner Spalt 6 besteht.The impeller is arranged in a housing 5, with between the housing 5 and the leading edge 6 of the blades 3 there is a small gap 6.

Der besondere fertigungstechnische Vorteil des erfindungsgemäßen Laufrads liegt darin, daß für jeden Durchmesser und jede Schaufelhöhe nur ein einfaches Schnitt- und Abkantwerkzeug benötigt wird, während bei sämtlichen bekannten Laufradkonstruktionen Schnitt- und Stanzwerkzeuge für die Laufradwand und die Schaufeln nötig sind. The particular manufacturing advantage of the invention The main feature of the impeller is that for each diameter and each blade height there is only one simple one Cutting and folding tools are required, while with all known impeller designs Cutting and punching tools for the impeller wall and the blades are necessary.

Auch schweißtechnisch ergeben sich aufgrund des Erfindungskonzepts erhebliche Vereinfachungen und damit Einsparungen bei der industriellen Fertigung, da bei herkömmlichen Laufrädern zusätzlich zu der Befestigung an der Nabe auch die Schaufeln grundsätzlich einzeln aufgeschweißt werden müssen. Welding technology also results from the concept of the invention considerable simplifications and thus savings in industrial production, because with conventional wheels in addition to the attachment to the hub also the Shovels always have to be welded on individually.

Erfindungsgemäß genügt es prinzipiell, die einzelnen Lauf radsegmente nur an der Nabe zu befestigen. Bei großen Laufraddurchmessern wird eine zusätzliche Schweißverbindung der Laufradsegmente untereinander vorgenommen, insbesondere an der Winkelkante der Schaufeln. According to the invention, it is sufficient in principle, the individual running wheel segments only to be attached to the hub. For large impeller diameters, an additional Welded connection of the impeller segments to one another, in particular to the angled edge of the blades.

Claims (9)

Ansprüche Offenes Laufrad für Strömungsmaschinen mit einer Laufradwand (2), daran vorgesehenen Schaufeln (3) und einer Nabe (9), d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß - das Laufrad (1) aus bündig aneinanderpassenden Laufradsegmenten (7) zusammengesetzt ist, die - jeweils aus einem Laufradwandsegment (8), dessen Kontur bei Projektion in Axialrichtung an zwei Seiten der Kontur der Schaufeln(3) folgt, und einer auf einer dieser Seiten angeformten Schaufel (3) bestehen und - mindestens an der gemeinsamen Nabe (9) befestigt sind (Fig. 3, 4, 5). Claims Open impeller for turbo machines with an impeller wall (2), blades (3) provided thereon and a hub (9), d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t that - the impeller (1) consists of impeller segments that fit flush with one another (7) is composed of - each from an impeller wall segment (8), its Contour when projecting in the axial direction on two sides of the contour of the blades (3) follows, and a blade (3) formed on one of these sides exist and - are attached at least to the common hub (9) (Fig. 3, 4, 5). 2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Laufradwandsegmenten (8) aufgebaute Laufradwand (2) in Axialrichtung so zum Eintrittsbereich (E) hin geneigt ist, daß bei erfüllter Bedingung bA < bE, worin bA die Breite des Austrittsbereichs A und bE die Breite des Eintrittsbereichs E bedeuten, die zum Eintrittsbereich E hin liegenden Vorderkanten (6) der Schaufeln (3) im Meridianquerschnitt geradlinig sind. 2. Impeller according to claim 1, characterized in that the from the Impeller wall segments (8) built up impeller wall (2) in the axial direction so to the inlet area (E) is inclined towards that when the condition bA <bE, where bA is the width of the exit area A and bE mean the width of the entry area E, the the front edges (6) of the blades (3) in the meridional cross-section lying towards the inlet area E are straight. 3. Laufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkanten (6) der Schaufeln (3) in einer zur Drehachse senkrechten Ebene liegen.3. Impeller according to claim 2, characterized in that the leading edges (6) of the blades (3) lie in a plane perpendicular to the axis of rotation. 4. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Laufradsegmenten (7) aus Walzstahl aufgebaut ist.4. impeller according to one of claims 1 to 3, characterized in that that it is composed of impeller segments (7) made of rolled steel. 5. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Laufradsegmenten (7) aus Gußstahl aufgebaut ist.5. Impeller according to one of claims 1 to 3, characterized in that that it is composed of impeller segments (7) made of cast steel. 6. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradsegmente (7) nur an der Nabe (9) befestigt sind.6. Impeller according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the impeller segments (7) are only attached to the hub (9). 7. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradsegmente (7) an der Nabe (9) und aneinander längs der Kontur der Schaufeln (3) befestigt sind.7. Impeller according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the impeller segments (7) on the hub (9) and on each other along the contour of the Blades (3) are attached. 8. Laufrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Laufradsegmente (7) an den Winkelkanten der Schaufeln (3) befestigt sind.8. impeller according to claim 7, characterized in that the individual Impeller segments (7) are attached to the angular edges of the blades (3). 9. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradsegmente (7) an der Nabe (9) bzw aneinander durch Schweißen befestigt sind.9. Impeller according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the impeller segments (7) are attached to the hub (9) or to one another by welding are.