DE7525411U - Paddle wheel - Google Patents
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Description
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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Switzerland)
SchaufelradPaddle wheel
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaufelrad, insbesondere für Turbomaschinen, welches mindestens Schaufeln und einen Schaufelträger aufweist, der mit einer Welle drehfest verbunden ist.The present invention relates to a fan wheel, in particular for turbo machines, which has at least blades and has a blade carrier which is rotatably connected to a shaft.
Die Befestigung eines Schnellaufenden Rades auf einer Welle, beispielsweise eines Schaufelrades einer Turbomaschine, bringt verschiedene Probleme mit sich. Im wesentlichen müssen dabei folgende Punkte beachtet werden, nämlich die Zentrierung des Rades auf der Welle, um einen ruhigen Lauf zu gewährleisten, die Uebertragur.g eines Drehmomentes von der Welle auf das Rad, bzw. vom Rad auf die Welle, sowie die Abstützung von Axialkräften. Besonders erschwerend bei den Befestigungspro-The fastening of a high-speed wheel on a shaft, for example a fan wheel of a turbomachine, brings with it various problems. Essentially, you have to do it the following points must be observed, namely the centering of the wheel on the shaft to ensure smooth running, the transmission of a torque from the shaft to the wheel, or from the wheel to the shaft, as well as the support of Axial forces. Particularly aggravating when it comes to fastening
blemen wirken sich die durch Fliehkraftspannungen bedingten Aufweitungen des Rades, ganz besonders im Nabenbereich aus. In den meisten Fällen wird das Schaufelrad stärker erwärmt als die Welle, wodurch die Aufweitung des Rades, bzw. der Nabenpartie des Rades gegenüber der Welle wesentlich vergrössert wird. Dies resultiert aus unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten, da in den meisten Fällen die Welle aus Stahl hergestellt wird, während die Schaufelräder, insbesondere bei Turboladern, aus Leichtmetall bestehen.The widening of the wheel caused by centrifugal stresses, especially in the hub area, has a problem. In most cases, the impeller is heated more than the shaft, which causes the expansion of the wheel or the The hub section of the wheel is significantly larger than the shaft will. This results from different coefficients of thermal expansion, as in most cases the shaft is off Steel is made, while the paddle wheels, especially in turbochargers, are made of light metal.
Von den heute üblichen Ausführungsformen von Schaufelradbefestigungen ist die bekannteste diejenige, bei welcher die Drehmomentübertragung mittels Keilen, d.h. Federkeilen oder durch eine Vielkeilwelle, b^w. ein Polygonprofil auf die Welle übertragen wird. Dabei wird das Rad mit einer dünnen, als Verlängerung des Rades ausgeführten Nabe zentriert. Die Axialkraft wird von einem am Rad anliegenden Schrumpfring aufgenommen.From the usual designs of paddle wheel attachments today the best known is the one in which the torque is transmitted by means of wedges, i.e. spring wedges or by a splined shaft, b ^ w. a polygon profile on the Wave is transmitted. The wheel is centered with a thin hub designed as an extension of the wheel. the Axial force is absorbed by a shrink ring resting on the wheel.
Bei dieser Ausführungsform ist ein besonderer Nachteil darin zu erblicken, dass an den Keilnuten im Rad erhöhte Kerbspannungen auftreten.There is a particular disadvantage in this embodiment to see that increased notch stresses occur on the keyways in the wheel.
Gemäss einer weiteren bekannten Ausführungsform wird das Drehmoment über eine axiale und radiale Keilverbindung vonAccording to a further known embodiment, the Torque via an axial and radial spline connection of
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der Welle auf das Schaufelrad übertragen. Die Keilnuten sind im Schaufelrad an einer spannungsmässig wenig beanspruchten Stelle angeordnet. Der Nachteil dieser Befestigungsart liegt in ihrer relativ komplizierten Herstellung, da zwei Keilverbindungen erforderlich sind, ferner werden bei grossen Drehmomenten die Kerbspannungen in den Keilnuten des Schaufelrades kritisch.transmitted from the shaft to the paddle wheel. The keyways are arranged in the paddle wheel at a point with little stress in terms of tension. The disadvantage of this type of attachment is in their relatively complicated production, as two wedge connections are required, furthermore, the notch stresses in the keyways of the paddle wheel at high torques critical.
Es ist Aufgabe der Vorliegenden Erfindung, ein Schaufelrad zu schaffen, bei welchem die Schrumpfbohrung aus dem Einflussbereich der Betriebstemperaturen und/oder der Fliehkräfte herausgenommen wird. Weiterhin soll die Verbindung zwischen der Nabe und dem Schaufelrad sowie der axiale Abstand zwischen den beiden so ausgestaltet sein, dass die durch das Schaufelrad entwickelten Fliehkräfte keinen nennenswerten Einfluss auf die Nabe haben, und dass unter dem Einfluss von Betriebstemperaturen die Wärme des Schaufelrades nicht auf die Nabe, bzw. den Schrumpfsitz übertragen wird.It is the object of the present invention to create a paddle wheel in which the shrink hole is out of the area of influence the operating temperatures and / or the centrifugal forces is removed. Furthermore, the connection between the hub and the paddle wheel and the axial distance between the two can be designed so that the developed by the paddle wheel Centrifugal forces have no significant influence on the hub, and that under the influence of operating temperatures the heat of the paddle wheel is not transferred to the hub or the shrink fit.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mindestens ein nabenförmiges, mit Pressitz auf einem Wellenbund der Welle angeordnetes Befestigungsteil vorgesehen ist und das Befestigungsteil über einen in radialer Richtung vergleichsweise verformungsweich ausgebildeten Wärmedämmungsabschnitt mit dem Schaufelträger verbunden ist.The aforementioned object is achieved according to the invention by that at least one hub-shaped, press fit on one Shaft collar of the shaft arranged fastening part is provided and the fastening part via a in the radial direction comparatively deformation-soft formed thermal insulation section is connected to the blade carrier.
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Der Vorteil dieser Anordnung ist insbesondere darin zu erblicken, dass durch die Ausbildung des nabenförmigen Befestigungsteiles, welches mittels Pressitzes auf dem Wellenbund befestigt wird und mit dem Schaufelrad über einen verformungsweich ausgebildeten Wärmedämmungsabschnitt verbunden ist, die auf die Nabe selbst einwirkenden Fliehkräfte sehr gering sind. Dieser Wärmedämmungsabschnitt bewirkt, dass nur eine geringe Wärmemenge, die sich sowohl im Schaufelträger als auch in der Beschaufelung des Schaufelrades staut, auf das nabenförmige Befestigungsteil übergeht. Dadurch wird gewährleistet, dass unter allen Betriebsbedingungen ein fester Sitz des Schaufelrades auf der Welle sichergestellt wird, selbst dann, wenn durch die Erwärmung des Schaufelrades dieses sich im Bereich des Schaufelträgers in radialer Richtung ausdehnt und sich dabei von der Welle abhebt.The advantage of this arrangement can be seen in particular in that by the formation of the hub-shaped fastening part, which by means of a press fit on the shaft collar is attached and with the paddle wheel via a deformation-soft formed thermal insulation section is connected, the centrifugal forces acting on the hub itself are very low. This thermal insulation section ensures that only a small amount of heat, which is both in the blade carrier and in the Blading of the impeller accumulates, passes over to the hub-shaped fastening part. This ensures that A tight fit of the impeller on the shaft is ensured under all operating conditions, even if as a result of the heating of the paddle wheel, it expands in the area of the paddle carrier in the radial direction and becomes stands out from the wave.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können am Aussenumfang des nabenförmigen Befestigungsteiles Kühlrippen angeordnet sein.According to a further advantageous embodiment, can be arranged on the outer circumference of the hub-shaped fastening part cooling fins.
Dadurch ergibt sich als weiterer Vorteil die Möglichkeit, insbesondere bei hoher Wärmebelastung des Schaufelrades eine zusätzliche Kühlung des nabenförmigen·Befestigungsteiles zu erreichen.As a result, there is a further advantage, in particular when the paddle wheel is exposed to high heat an additional cooling of the hub-shaped fastening part to reach.
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Weiterhin ist es möglich, zwischen dem Pressitz des nabenförmigen Befestigungsteiles und dem Schaufelträger einen Kühlkanal anzuordnen, wobei der Kühlkanal zur Welle hin offen ist und mit in der Welle vorgesehenen Kühlmediums-Zuleitungen verbunden ist.It is also possible between the press fit of the hub-shaped Fastening part and the blade carrier to arrange a cooling duct, the cooling duct being open towards the shaft and is connected to the cooling medium supply lines provided in the shaft.
Diese Anordnung wird sich überall dort anbieten, wo aus strömungstechnischen Gründen eine zusätzliche Bestückung des nabenförmigen Befestigungsteiles mit Kühlrippen nicht möglich ist. Der den Pressitz des nabenförmigen Befestigungsteiles zur Welle hin in Umfangsrichtung durchsetzende Kühlkanal wird mit in der Welle angeordneten Zuleitungen für ein Kühlmedium, beispielsweise Luft oder Kühlflüssigkeit verbunden, so dass eine kontinuierliche Kühlung des nabenförmigen Befestigungsteiles erfolgt.This arrangement can be used wherever, for fluidic reasons, the Hub-shaped fastening part with cooling fins is not possible is. The press fit of the hub-shaped fastening part towards the shaft in the circumferential direction penetrating cooling channel is arranged in the shaft with feed lines for a cooling medium, for example air or cooling liquid, connected, so that a continuous cooling of the hub-shaped Fastening part takes place.
Ferner ist es empfehlenswert, zwischen dem nabenförmigen Befestigungsteil und der Welle reibungsvergrössernde Mittel vorzusehen.It is also advisable to place friction-increasing means between the hub-shaped fastening part and the shaft to be provided.
Die Befestigung des Schaufelrades mit dem nabenförmigen Befestigungsteil auf der Welle kann als klassischer Schrumpfsitz zwischen geschliffenen Flächen ausgebildet sein, jedoch kann zur Verbesserung der Haftreibung sowohl die Welle als auch die Innenumfangsfläche des Befestigungsteiles durch zu-The fastening of the paddle wheel with the hub-shaped fastening part on the shaft can be designed as a classic shrink fit between ground surfaces, however to improve the static friction, both the shaft and the inner circumferential surface of the fastening part can be
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sätzliche Mittel, beispielsweise durch Sandstrahlen, das Einlagern von Silizium-Karbid-Körnern und so weiter mit einer verbesserten Haftreibung ausgestattet werden. Zur Uebertragung grösserer Drehmomente können die in Schrumpfkontakt stehenden Flächen als keil- oder kerbverzahnte Flächen ausgebildet werden.additional means, for example by sandblasting, the incorporation of silicon carbide grains and so on be equipped with an improved static friction. In order to transmit larger torques, they can be in shrink contact standing surfaces are designed as splined or serrated surfaces.
Gemäss einer weiteren Ausbildungsform ist zwischen dem Schaufelträger und der Welle eine pressfreie Axialführung vorgesehen.According to another form of training, between Blade carrier and the shaft a pressure-free axial guide is provided.
Die Anordnung einer pressfreien Axialführung zwischen dem Schaufelträger und der Welle wird sich überall dort anbieten, wo der Schaufelträger nur mit einem nabenförmigen Befestigungsteil ausgestattet ist. Dadurch wird ein gleichmassiges Aufsetzen des Schaufelrades auf die Welle gewährleistet. The arrangement of a press-free axial guide between the blade carrier and the shaft will be useful wherever where the blade carrier is only equipped with a hub-shaped fastening part. This creates a uniform Placing the paddle wheel on the shaft is guaranteed.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt.In the drawing are exemplary embodiments of the invention shown in simplified form.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein mit einer Welle drehfest verbundenes Schaufelrad,Fig. 1 shows a cross section through a non-rotatable with a shaft connected paddle wheel,
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Fig. 2 ein Schaufelrad gemäss Fig. 1 mit auf dem nabenförmigen Befestiguhgsteil angeordneten Kühlrippen,FIG. 2 shows a paddle wheel according to FIG. 1 with cooling ribs arranged on the hub-shaped fastening part,
Fig, 3 ein Schaufelrad mit im nabenförmigen Befestigungsteil angeordneten Kühlkanal und KühlmittelZuleitungen,3 shows a paddle wheel with a cooling channel and coolant supply lines arranged in the hub-shaped fastening part,
Fig. H ein Schaufelrad mit zwei nabenförmigen Befestigungsteilen.Fig. H a paddle wheel with two hub-shaped fastening parts.
Gemäss Fig. 1 ist mit 1 eine Welle bezeichnet, welche einen Axialanschlag 2, eine Axialführung 3 und einen als Pressitz ausgebildeten Wellenbund 4 aufweist. Auf die Welle 1 wird ein Schaufelträger 5 mit Schaufeln 6, einem verformungsweich ausgebildeten Wärmedämmungsabschnitt 7 und einem nabenförmigen Befestigungsteil 8 so aufgesetzt, dass der nabenförmige Befestigungsteil 8 mit dem Wellenbund '+ der Welle drehfest verbunden ist, beispielsweise durch Aufschrumpfen. Bei Erwärmung des Schaufelträgers 5 wird durch den Wärmedämmungsabschnitt 7 verhindert, dass die Wärme auf das nabenförmige Befestigungsteil 8 übergeht und dieses sich ausdehnen kann. Dadurch wird vermieden, dass durch Einwirkung von Fliehkräften oder durch thermische Ausdehnung des Schaufelträgers 5 das Befestigungste.il 8 sich ebenfalls ausdehnt und dadurch der Pressitz auf der Welle sich lösen könnte. Im Betriebszu-According to FIG. 1, 1 denotes a shaft which has an axial stop 2, an axial guide 3 and a press fit has formed shaft collar 4. A blade carrier 5 with blades 6, a deformable one, is attached to the shaft 1 formed thermal insulation section 7 and a hub-shaped fastening part 8 placed so that the hub-shaped Fastening part 8 with the shaft collar '+ the shaft rotatably is connected, for example by shrinking. When the blade carrier 5 is heated, the thermal insulation section 7 prevents the heat from reaching the hub-shaped Fastening part 8 passes and this can expand. This avoids the effect of centrifugal forces or thermal expansion of the blade carrier 5 the fastening part 8 also expands and the press fit on the shaft could thus loosen. In the operational
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stand, d.h. bei Erwärmung und unter Einwirkung der Fliehkraft kann der Schaufelträger 5 mit den Schaufeln 6 die in der Zeichnung strichpunktiert dargestellte Position erreichen, ohne dass davon der Pressitz am Wellenbund 4 beeinflusst wird.stood, i.e. when heated and under the action of centrifugal force, the blade carrier 5 with the blades 6 can be in the Reach the position shown in dash-dotted line drawing without affecting the press fit on the shaft collar 4 will.
In den Figuren 2 und 2a ist wiederum mit 1 die Welle bezeichnet, auf welcher der Schaufelträger 5 mit den Schaufeln 6 befestigt ist, wobei am nabenförmigen Befestigungsteil 8 Kühlrippen 9 vorgesehen sind. Dabei sind die Kühlrippen 9 so angeordnet, dass sie die Strömung an den Schaufeln 6 nicht beeinträchtigen. In FIGS. 2 and 2a, 1 again denotes the shaft on which the blade carrier 5 with the blades 6 is attached, wherein the hub-shaped fastening part 8 cooling fins 9 are provided. The cooling fins 9 are arranged in such a way that they do not impair the flow on the blades 6.
Gemäss der Fig. 3 sind in der Welle 1 Kühlmediumszuleitungen 10 vorgesehen, welche in einen zur Welle offenem Kühlkanal münden, welcher im nabenförmigen Befestigungsteil 8 angeordnet ist. Die KühlmediumsZuleitungen 10 stehen mit einer (nicht dargestellten) Kühlmediumsversorgungseinheit in Verbindung. Durch die KühlmediumsZuleitungen kann Kühlluft, Kühlgas oder Kühlflüssigkeit dem Kühlkanal 11 zugeführt werden, wodurch eine zusätzliche Kühlung des nabenförmigen Befestigungsteiles 8 erzielt wird.According to FIG. 3, 1 cooling medium supply lines are in the shaft 10 are provided, which open into a cooling channel which is open to the shaft and which is arranged in the hub-shaped fastening part 8 is. The cooling medium supply lines 10 are provided with a (not shown) cooling medium supply unit in connection. Cooling air, cooling gas or Cooling liquid are supplied to the cooling channel 11, whereby an additional cooling of the hub-shaped fastening part 8 is achieved.
Bei der Schaufelradausführung gemäss Fig. 4 ist die Welle 1 mit zwei Wellenbunden 4 und 41 ausgestattet. GleichzeitigIn the paddle wheel design according to FIG. 4, the shaft 1 is equipped with two shaft collars 4 and 4 1 . Simultaneously
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weist der Schaufelträger 5 an beiden Seiten je ein nabenförmiges Befestigungsteil 8 und 8', sowie je einen Wärmedämmungsabschnitt 7 und 71 auf. Bei dieser Anordnung entfällt die Axialführung 3 auf der Welle l;wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Eine derartige Anordnung ist überall dort von Vorteil, wo hohe Drehmomente zwischen Welle und Schaufelrad übertragen werden müssen.the blade carrier 5 has a hub-shaped fastening part 8 and 8 ′ on both sides, as well as a thermal insulation section 7 and 7 1 each. In this arrangement, the axial guide 3 is omitted on the shaft l ; as shown in Figs. Such an arrangement is advantageous wherever high torques have to be transmitted between the shaft and the impeller.
Die vorbeschriebene Erfindung ist auf das in der Zeichnung Dargestellte nicht beschränkt. So könnte insbesondere die Anordnung gemäss der Fig. 4 für die Befestigung von zwei oder mehreren hintereinander geschalteten Schaufelrädern auf einer gemeinsamen Welle verwendet werden.The invention described above is not limited to what is shown in the drawing. In particular, the arrangement could 4 for the attachment of two or more paddle wheels connected one behind the other on one common shaft can be used.
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