DE3343752C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laufrad für Strömungsmaschinen mit einer Laufradwand, daran vorgesehenen Schaufeln und einer Nabe, wobei das Laufrad aus aneinander passenden Laufradsegmenten zusammengesetzt ist, die jeweils aus einem Laufradsegment, dessen Kontur bei Projektion in Axialrichtung an zwei Seiten mindestens teilweise der Kontur der Schaufeln folgt, und einer auf einer dieser Seiten angeformten Schaufel bestehen und mindestens an der gemeinsamen Nabe befestigt sind. Ein derartiges Laufrad ist aus der GB 11 55 049 bekannt.

Das nach dieser Patentschrift hergestellte Laufrad besteht aus Segmenten, welche Überlappungsteile aufweisen, an welchen die Verbindung zwischen den Segmenten hergestellt wird. Im Überlappungsbereich werden die entsprechenden Teile durch Punktschweißen miteinander verbunden. Die verwendeten Bleche können daher nur sehr dünn sein und es verbleiben an den Schweißstellen Spalte, an welchen je nach gefördertem Medium die Gefahr der Spaltkorrosion besteht.

Die Segmente haben durch diese Überlappungen auch eine relativ komplizierte Form.

Aus der FR- 23 05 618 ist ein geschlossenes Laufrad bekannt, welches aus im Querschnitt Z-förmigen Elementen besteht, die bündig aneinander passen und miteinander verschweißt sind, so daß insgesamt ein geschlossenes Laufrad entsteht. Dabei müssen Verschweißungen jedoch von beiden Seiten des Laufrades her vorgenommen werden, was den Herstellungsvorgang vor allem im Hinblick auf eine sonst mögliche Automatisierung komplizierter macht. Außerdem treten während eines Verschweißungsvorganges leicht Verformungen und Spannungen an den Segmenten auf, welche die weitere Verschweißung desselben Teiles auf der gegenüberliegenden Seite erschweren.

Bei radial wie auch bei axial durchströmten Laufrädern werden offene Laufräder ohne Abdeckung und geschlossene Laufräder unterschieden; bei Radialmaschinen, wie sie z. B. bei Kreiselpumpen vorliegen, wird die Abdeckung als Deckscheibe bezeichnet.

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 besteht. Der Eintrittsbereich für das Medium ist mit E, der Austrittsbereich mit A bezeichnet.

Zwischen dem Eintrittsbereich E und dem Austrittsbereich A findet eine Verzögerung der Strömung statt, die nicht zu groß werden darf, wenn z. B. Strömungsablösungen vermieden werden sollen. Nach Pfleiderer, Die Kreiselpumpe, Springer Verlag 1961, soll die Meridiange­ schwindigkeit am Austritt gleich groß wie am Schaufeleintritt oder nur wenig kleiner sein. Aufgrund dieser Forderung ist üblicherweise die Breite b_A des Schaufelrads im Austrittsbereich A kleiner als die Breite b_E im Eintrittsbereich (b_A<b_E).

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.

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 8 eingehalten wird.

Das Gehäuse von Strömungsmaschinen 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.

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.

Gegenüber dem oben genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, welches eine einfache Formel hat und im Vergleich zu herkömmlichen Laufrädern vergleichbaren Wirkungsgrades einfacher und billiger herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Laufrad offen ist und daß die Laufradsegmente bündig aneinanderliegend mit der gemeinsamen Nabe und wahlweise auch miteinander entlang der Kontur der Schaufeln verschweißt sind.

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 b_A<b_E die zum Eintrittsbereich hin liegenden Vorderkanten der Schaufeln 3 im Meridianquerschnitt geradlinig sind und in einer zur Drehachse senkrechten Ebene liegen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 3 bis 5 näher erläutert.

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 Kontur der Schaufeln 3 folgt. Diese Laufradsegmente 8 werden bevorzugt aus Stahl und insbesondere Walzstahl hergestellt und mindestens an der Nabe befestigt, insbesondere durch Schweißen.

In Fig. 4 ist ein aus Laufradsegmenten 7 aufgebautes offenes Laufrad gemäß der Erfindung in der Draufsicht dargestellt. Aus Fig. 4 geht hervor, daß die einzelnen Laufradsegmente 7 mit den Laufradsegmenten 8 und den Schaufeln 3 bündig aneinander liegen und so gemeinsam das offene Schaufelrad bilden. Die Laufradsegmente 7 sind dabei mindestens an der Nabe 9 befestigt.

In Fig. 5 ist eine besonders bevorzugte Weiterbildung des Erfindungskonzepts dargestellt, bei der die aus den Lauf­ radwandsegmenten 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 Bedingungen die zum Eintrittsbereich E hin liegenden Vorderkanten 6 der Schaufeln 3 im Meridianquerschnitt geradlinig sind; sie liegen vorzugsweise in einer zur Drehachse senkrechten Ebene. Das Laufrad ist dabei in einem Gehäuse 5 angeordnet, wobei zwischen dem Gehäuse 5 und der Vorderkante 6 der Schaufeln 3 ein kleiner Spalt δ besteht.

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.

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.

Erfindungsgemäß genügt es prinzipiell, die einzelnen Laufradsegmente nur an der Nabe zu befestigen. Bei großen Laufradsegmenten wird eine zusätzliche Schweißverbindung der Laufradsegmente untereinander vorgenommen, insbesondere an der Winkelkante der Schaufeln.

Claims (6)

1. Laufrad für Strömungsmaschinen mit einer Laufradwand (2), daran vorgesehenen Schaufeln (3) und einer Nabe (9), wobei das Laufrad aus aneinander passenden Laufradsegmenten (7) zusammengesetzt ist, die jeweils aus einem Laufradwandsegment (8), dessen Kontur bei Projektion in Axialrichtung an zwei Seiten mindestens teilweise 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, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad ein offenes Laufrad 1 ist, und daß die Laufradsegmente (7) bündig aneinanderliegend mit der gemeinsamen Nabe (9) verschweißt sind.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradwandsegmente (8) mit den Schaufeln (3) eines anschließenden Laufradsegmentes (7) verschweißt sind.

3. Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Laufradwandsegmenten (8) aufgebaute Laufradwand (2) in Axialrichtung so zum Eintrittsbereich (E) hin geneigt ist, daß bei erfüllter Bedingung b_A<b_E, worin b_A die Breite des Austrittsbereichs A und b_E die Breite des Eintrittsbereichs E bedeuten, die zum Eintrittsbereich E hin liegenden Vorderkanten (6) der Schaufeln (3) im Meridianquerschnitt geradlinig sind.

4. Laufrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkanten (6) der Schaufeln (3) in einer zur Drehachse senkrechten Ebene liegen.

5. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradsegmente (7) aus Walzstahl oder Gußstahl bestehen.

6. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Laufradsegmente (7) an den Winkelkanten der Schaufeln (3) befestigt sind.