DE3709518C2 - Laufrad - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/18—Rotors
- F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
- F04D29/2205—Conventional flow pattern
- F04D29/2222—Construction and assembly
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
- F01D5/043—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
- F01D5/048—Form or construction
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein aus Blechteilen schweißtech
nisch hergestelltes geschlossenes Laufrad für Turbinen,
Pumpen oder dergleichen, bestehend aus einer Nabe, einer
Nabenscheibe, Schaufeln, einer Deckscheibe mit einem ring
förmigen, einen Saugmund bildenden Teil, wobei die Schau
feln an einer ihrer Kanten teils mit der Nabe bzw. der Nabenscheibe und an der gegenüberliegenden
Kante teils mit der Deckscheibe verschweißt sind.
Derartige Laufräder, wie sie z. B. aus der GB-A-2,049,834 und der DE-C-7 60 890 bekannt
geworden sind, finden Verwendung in Strömungsmaschi
nen, die als Pumpen oder Turbinen für ein flüssiges oder
gasförmiges Medium arbeiten. Diese Laufräder sind im all
gemeinen aus Walzstahl, vorzugsweise aus Chrom-Nickel-
Walzstahl gefertigt. Die einzelnen Teile werden beispiels
weise durch Punktschweißung, Widerstandsschweißung oder
Bahnschweißung miteinander verbunden. Dabei werden die
Chrom-Nickel-Stahl-Räder unter Schutzgas schweißtechnisch
dergestalt hergestellt, daß z.B. die Laufradschaufeln auf
eine Scheibe, die die Nabe trägt, aufgeschweißt werden,
worauf anschließend eine Deckscheibe, die den Saugmund des
Laufrades aufweist, auf die Laufradschaufeln aufgeschweißt
wird.
Dabei kann die Nabe mit der Nabenscheibe und die Deck
scheibe mit dem Saugmund einstückig ausgebildet sein. Je
doch sind diese Teile auch getrennt herstellbar und können
sowohl miteinander als auch mit den Laufradschaufeln ver
schweißt werden. Es sind auch Ausführungsformen bekannt,
bei welchen die Laufradschaufeln im Querschnitt Z-förmig
ausgebildet sind. Gegenüber einfachen Laufradschaufeln
weisen die letztgenannten also an ihrer oberen bzw. unte
ren Kante jeweils angesetzte Platten auf, die im Quer
schnitt zusammen mit dem eigentlichen Schaufelteil die Z-
Form oder eine spiegelbildliche S-Form ergeben. Zur Her
stellung eines Laufrades werden dann die genannten Platten
jeweils benachbarter Laufradschaufeln miteinander ver
schweißt, so daß die Gesamtheit der miteinander verschweiß
ten unteren Platten die Nabenscheibe bildet, während die
Gesamtheit der miteinander verschweißten oberen Platten
die Deckscheibe bildet.
Wie immer die beschriebenen Laufräder im einzelnen auch
aufgebaut sind und unabhängig von der Reihenfolge der Ver
schweißung der einzelnen Teile miteinander ergibt sich im
mer das Problem, daß die jeweils zuletzt herzustellenden
Schweißnähte sehr schlecht, d.h. nur von einer Seite und
eventuell auch nur vom Inneren des Laufrades her zugäng
lich sind. Dabei ergeben sich zwangsläufig im Bereich der
Schweißnähte enge Spalten und Lücken. Dies gilt insbeson
dere dann, wenn man die Laufräder nicht durch Widerstands
schweißen miteinander verbinden kann, was nur bei sehr
dünnen Blechen möglich ist, sondern wenn die Teile durch
Punktschweißung miteinander verbunden werden.
Die genannten Strömungsmaschinen, wie Turbinen oder Pumpen,
transportieren häufig korrosive Medien. Dabei besitzen
Laufräder aus Chrom-Nickel-Stahl grundsätzlich den Vor
teil, daß sie unter Einwirkung von Sauerstoff eine korro
sionsschützende Passivschicht bilden, die aus einer oxydi
schen Deckschicht besteht. Allerdings wird diese schützen
de Deckschicht nur dann aufgebaut, wenn Sauerstoff über
den Förderstrom der Materialoberfläche angeboten wird. Ein
Nachteil der bekannten Laufräder besteht nun darin, daß
sich in den engen Spalten und Ritzen, die sich beim Schwei
ßen an schlecht zugänglichen Stellen unweigerlich bilden,
die korrosiven Substanzen festsetzen und diese Bereiche
von der Sauerstoffzufuhr abschneiden. Dies führt zu den
sogenannten Spaltkorrosionen, bei welchen auch die anson
sten recht korrosionsbeständigen Chrom-Nickel-Stähle durch
das einwirkende korrosive Medium sehr schnell korrodieren,
da sich die schützende Oxydschicht nicht bilden kann.
Auch die Korrosionsbeständigkeit anderer Materialien, wie
z.B. Aluminium oder Zink ist auf die Ausbildung einer oxy
dischen Deckschicht zurückzuführen. Die Erfindung bezieht
sich daher ganz allgemein auf aus einem derartigen Mate
rial hergestellte Laufräder.
Aus der DE 29 18 958 A1 ist ein Kreiselpumpenlaufrad zur Förderung abrasiver Medien bekannt,
welches eine auf die Laufradschaufeln aufvulkanisierte Gummischicht aufweist. Für den besseren
Halt der Gummischicht sind entlang der Schaufelkanten am Übergang zur Deckscheibe bzw. zur
Nabenscheibe Aussparungen vorgesehen, durch welche das Gummi hindurchdringen kann, so
daß die Schichten beiderseits der Schaufelflächen zusammenhängen und ein festerer Halt der
Gummischicht an den Laufradschaufeln gewährleistet ist. Dabei werden die Aussparungen an den
Kanten durch das eindringende Gummi verschlossen. Die Verwendung gummierter Laufräder ist
jedoch in manchen Fällen unerwünscht, weil dadurch das Gewicht des Laufrades und auch die
Reibung zwischen Laufrad und Fördermedium erhöht wird. Außerdem ist eine solche Gummischicht
gegenüber manchen Fördermedien chemisch nunbeständig und hält auch nicht allen
eventuell auftretenden physikalischen Bedingungen, wie im Falle sehr heißer oder sehr kalter
Fördermedien, Stand.
In Anbetracht der geschilderten Korrosionsprobleme liegt
der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Laufräder
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche keine, oder
zumindest eine erheblich verringerte Spaltkorrosion auf
weisen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im schlecht zugänglichen mittleren Bereich an
mindestens einer der Kanten, die mit der Nabenscheibe bzw. der Deckscheibe teilweise
verschweißt sind, ein definierter und vom Fördermedium durchströmbarer Spalt vorgesehen ist,
der sich über 20% bis 60% der Länge der entsprechernden Kante erstreckt.
Dabei versteht es sich, daß der definierte Spalt im allge
meinen größer und vor allem gleichmäßiger ist als die sich
beim Schweißen ansonsten zufällig bildenden engen Spalte
und Lücken, in welchen sich das transportierte Medium
festsetzen kann. Die Spaltbreite wird also so groß gehal
ten, daß der Spalt von dem transportierten Medium gut
durchströmt wird. Konkret liegen die Spaltbreiten je nach
der Blechstärke der Schaufeln in einer Größenordnung von
0,2 bis 0,5 mm.
Die Wirkungsgradverluste, die sich dadurch für die Pumpe
oder Turbine ergeben, sind wegen des geringen Gesamtquer
schnittes des Spaltes im Vergleich zur Schaufelfläche ver
nachlässigbar. Zusätzlich besteht für das Anordnen des
Spaltes ein gewisser Spielraum, so daß vorzugsweise solche
Bereiche der Schweißnaht durch einen Spalt ausgespart wer
den, in welchen die Strömungsverluste relativ gering sind.
Grundsätzlich ist selbstverständlich darauf zu achten, daß
erfindungsgemäß der definierte Spalt vorzugsweise in durch
Schweißen nicht oder nur schlecht zugänglichen Bereichen
vorgesehen ist.
In den meisten Anwendungsfällen wird mit dem korrosiven
Medium auch ein mehr oder weniger großer Anteil von Sauer
stoff transportiert, so daß dieses Sauerstoffangebot mei
stens ausreicht, um die Ausbildung und Aufrechterhaltung
einer korrosionsschützenden, oxydischen Deckschicht zu ge
währleisten. Wird nun der definierte Spalt von dem korro
siven Medium durchströmt, so wird auch hier permanent in
ausreichendem Maße Sauerstoff angeboten. Durch das Ausbil
den eines, gegebenenfalls auch mehrerer, definierter Spalte
wird also die zufällige Ausbildung von sehr kleinen und
engen Spalten und Winkeln, in welchen sich das korrosive
Medium festsetzen kann, vermieden. Die Bereiche, in wel
chen sich das korrosive Medium festsetzt, verarmen an Sau
erstoff und da kein neuer Sauerstoff nachgeführt werden
kann, beginnt dort die Korrosion.
Dies gilt insbesondere dann, wenn die Laufräder nur kurz
fristig mit dem korrosiven Medium in Berührung kommen,
beispielsweise beim Reinigen, während sie ansonsten aus
reichend mit Sauerstoff versorgt werden. Auch in solchen
Fällen schließt das in engen Spalten festsitzende korrosi
ve Medium diese Bereiche von der Sauerstoffzufuhr ab und
wirkt sehr viel länger auf das Material ein, als es dem
nur kurzfristigen Transport von größeren Mengen des korro
siven Mediums durch das Laufrad entspricht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß ein definierter Spalt
in den Schweißnähten zwischen Schaufeln und Deckscheibe
vorgesehen ist.
Werden nämlich die Schaufeln zunächst mit der Nabe und der
Nabenscheibe verschweißt, so sind die entsprechenden
Schweißnähte noch sehr gut zugänglich und können glatt und
ohne Ausbildung von Spalten hergestellt werden. Nachdem
man jedoch die Deckscheibe mit dem Saugmund aufgesetzt
hat, läßt sich diese im Bereich um die Mitte der anzu
schweißenden Schaufelkanten nur sehr schlecht mit diesen
verschweißen. Vorzugsweise ist daher in diesem Bereich ein
definierter Spalt vorzusehen. Die Länge dieses Spaltes
kann dabei beispielsweise zwischen 20 und 60% der Länge
der ansonsten herzustellenden Schweißnaht betragen, sich
also über 20 bis 60% der oberen Schaufelkante erstrecken.
Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zur Ausbildung
des Spaltes eine entsprechende Aussparung in der Oberkante
der Schaufeln vorgesehen ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der
vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgen
den Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der
dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 ein Laufrad im axialen Längsschnitt und
Fig. 2 ein Laufrad in der Draufsicht.
Wie man im Querschnitt der Fig. 1 sehr schön erkennt, be
steht ein Laufrad aus der Nabe 1 mit einer daran angesetz
ten Nabenscheibe 6 und den an Nabe 1 und Nabenscheibe 6
angeschweißten Schaufeln 2, auf welche ihrerseits eine
Deckscheibe 7 aufgesetzt und angeschweißt wurde. Die
Schweißnähte sind durch eine kleine Querstrichelung ange
deutet. Wie man in Fig. 1 erkennt, ist im Bereich der
oberen Schweißnaht, d.h. im Bereich der Schweißnaht 4 zwi
schen der Oberkante der Schaufel 2 und der Deckscheibe 7
ein Spalt 5 der Breite S vorgesehen. Der Spalt 5 erstreckt
sich über etwas mehr als 1/3 der Gesamtlänge der Oberkan
te der Schaufel 2 bzw. der ansonsten herzustellenden
Schweißnaht. Dieser Bereich ist schweißtechnisch nur
schwer erreichbar, da man weder von der Saugöffnung 8 noch
von der Austrittsöffnung 9 her den Bereich des Spaltes 5
mit Schweißwerkzeugen gut erreichen kann.
In vorteilhafter Weise ergibt sich dabei gleichzeitig, daß
die durch den Spalt auftretenden Strömungsverluste bei
einem Spalt in diesem Bereich recht gering sind. Diese
Frage ist unter anderem im Zusammenhang mit der Entschei
dung bedeutend, ob man den Spalt 5 besser an der oberen
Kante der Schaufel 2 oder an der unteren Kante im Bereich
der Verbindung mit der Nabenscheibe vorsieht. Im letztge
nannten Fall müßten die Schaufeln 2 zweckmäßigerweise zu
nächst mit der Deckscheibe 7 verschweißt werden und erst
anschließend mit der Nabe und der Nabenscheibe 6. Für wel
chen Fall der Anordnung eines Spaltes sich geringere Strö
mungsverluste ergeben, hängt dabei jedoch auch von der
spezifischen Form der Schaufel und des gesamten Laufrades
ab. Wie die Verwendung der Begriffe Saugmund 8 und Aus
trittsöffnung 9 schon nahelegen, handelt es sich also bei
dem hier dargestellten Laufrad um das Laufrad einer Pumpe,
eines Ventilators oder dergleichen.
In Fig. 2 ist das Laufrad in der Draufsicht dargestellt,
wobei im Bereich einer Schaufel 2 die Deckscheibe 7 fort
gelassen wurde. Dabei sind jedoch die geschweißten Berei
che 4 der Oberkante der Schaufel 2 durch eine Querstriche
lung bzw. -schraffur dargestellt, während der Spalt 5 in
der Sicht von oben als schwarze Linie erscheint. In den
gestrichelten Bereichen lassen sich die Schweißnähte 4
glatt und ohne Ausbildung von feinen Spalten oder derglei
chen herstellen, während dies im Bereich des Spaltes 5
nicht mehr möglich wäre.
Durch die Ausbildung des Spaltes 5 wird also bei dem Lauf
rad dafür gesorgt, daß alle Bereiche des Laufrades in
gleicher Weise mit dem korrosiven Medium und mit eventuell
vorhandenem Sauerstoff beaufschlagt werden, so daß es im
Bereich der Schweißnähte nicht zu einer beschleunigten
Korrosion im Vergleich zu anderen Teilen des Laufrades
kommen kann.
Claims (3)
1. Aus Blechteilen schweißtechnisch hergestelltes, geschlossenes Laufrad für Turbinen,
Pumpen oder dergleichen, bestehend aus einer Nabe (1), einer Nabenscheibe (6),
Schaufeln (2), einer Deckscheibe (7) mit einem ringförmigen, einen Saugmund bildenden
Teil (3), wobei die Schaufeln an einer ihrer Kanten teils mit der Nabe (1) bzw. der
Nabenscheibe (6) und an der gegenüberliegenden Kante teils mit der Deckscheibe (7)
verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im schlecht zugänglichen mittleren
Bereich an mindestens einer der Kanten, die mit der Nabenscheibe (6) bzw. der
Deckscheibe (7) teilweise verschweißt sind, ein definierter und vom Fördermedium
durchströmbarer Spalt (5) vorgesehen ist, der sich über 20% bis 60% der Länge der
entsprechenden Kante erstreckt.
2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen 0,2 und 0,5 mm
breit ist.
3. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine
Kante der Schaufeln (2) eine Aussparung aufweist, mit der der Spalt (5) gebildet wird.
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