DE9109396U1 - Wheel - Google Patents

Description

KSB AktiengesellschaftKSB Aktiengesellschaft BeschreibungDescription

LaufradWheel

An die Laufräder von Kreiselpumpen für große Förderleistungen werden höchste Anforderungen in bezug auf die mechanische Beanspruchung, die Maßhaltigkeit der Schaufelformen und die Materialhomogenität gestellt. Die auftretenden Belastungen hängen dabei maßgeblich von der Exaktheit der Kontur der Laufradschaufeln ab. Wegen der durch Schwingungen aus Fehlanströmung hervorgerufenen Dauerwechselbelastung an den Übergängen von den Laufradschaufeln in die Deckscheiben muß der Werkstoff des Laufrades hohen Anforderungen genügen. Dem Stand der Technik gemäß wird ein hochbelastetes Laufrad bisher aus Guß- oder Schmiedestahl hergestellt. Dabei wird die Anpassung der Laufräder an die berechnete Schaufelkontur durch Handschleifen oder Konturelektroerosion vorgenommen oder das Laufrad wird aus dem Vollen herausgearbeitet, was allerdings nur bei einfachen geometrischen Verhältnissen möglich ist. Beide Herstellungsarten sind also kosten- und zeitintensiv. Bei der Verwendung von gegossenen Laufrädern besteht die Gefahr, daß verborgene Lunker- und Mikrorisse zu einem Materialversagen führen, die durch übliche zerstörungsfreie Prüfungen nicht erkannt werden.The impellers of centrifugal pumps for high delivery rates are subject to the highest demands in terms of mechanical stress, dimensional accuracy of the blade shapes and material homogeneity. The loads that occur depend largely on the accuracy of the contour of the impeller blades. Due to the constant alternating loads caused by vibrations from incorrect flow at the transitions from the impeller blades to the cover plates, the material of the impeller must meet high requirements. According to the state of the art, a highly stressed impeller is currently made from cast or forged steel. The impellers are adapted to the calculated blade contour by hand grinding or contour electroerosion, or the impeller is machined from solid material, which is only possible with simple geometric conditions. Both types of production are therefore costly and time-consuming. When using cast impellers, there is a risk that hidden cavities and microcracks may lead to material failure, which cannot be detected by conventional non-destructive testing.

Stand der TechnikState of the art

Die DE-OS 37 09 518 offenbart ein schweißtechnisch hergestelltes Laufrad aus Walzstahl, welches aus Nabe, Scheibe, Deckscheibe und Laufradschaufeln besteht. Zwar wird hier der Einsatz eines hochfesten Werkstoffes für das Laufrad ermöglicht, für die schweißtechnische Herstellung sind allerdings aufwendige Vorrichtungen zur PositionierungDE-OS 37 09 518 discloses a welded impeller made of rolled steel, which consists of a hub, disk, cover disk and impeller blades. Although the use of a high-strength material for the impeller is made possible here, the welded production requires complex devices for positioning

erforderlich, welche die beim Schweißen auftretenden Verspannungen der Bauteile aufnehmen können. Da durch den Schweißvorgang außerdem Spannungen im kritischen Bereich des Überganges von Laufradschaufeln in die Deckscheiben des Laufrades selbst entstehen, ist diese Lösung für hochbelastete Laufräder nicht geeignet.required, which can absorb the tensions in the components that occur during welding. Since the welding process also creates tensions in the critical area of the transition from the impeller blades to the cover plates of the impeller itself, this solution is not suitable for highly loaded impellers.

Die DE-PS 688 886 und die DE-PS 971 389 zeigen mehrteilige zweiströmige Laufräder, die senkrecht zur Laufradachse geteilt sind und aus zwei Radiallaufrädern zusammengebaut sind. Hier handelt es sich jedoch um Gußlaufräder mit den oben angeführten Nachteilen.DE-PS 688 886 and DE-PS 971 389 show multi-part two-flow impellers that are divided perpendicular to the impeller axis and are assembled from two radial impellers. However, these are cast impellers with the disadvantages mentioned above.

Problemproblem

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein hoch belastbares Laufrad für große Förderleistungen zu schaffen, bei welchem die Betriebssicherheit erhöht und welches günstig hergestellt werden kann. Die Lösung erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.The invention is based on the problem of creating a highly resilient impeller for high conveying capacities, in which operational reliability is increased and which can be manufactured inexpensively. The solution is in accordance with the characterizing part of claim 1.

Erfindunginvention

Das Problem wird mit den Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst.The problem is solved with the measures of claim 1.

Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous effects of the invention

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Teilung des Laufrades die Schaufelkontur in den Laufradteilen einfach und mit hoher Genauigkeit sowie geringen Kosten selbst bei komplexen Laufradgeometrien hergestellt werden kann. Dies erfolgt durch spanabhebendes Herausarbeiten der Schaufelkonturen aus einem Schmiederohling. Die Teilung des Laufrades gewährleistet eine gute Zugänglichkeit selbst bei komplexen Schaufelformen. Gegenüber gegossenen Laufrädern vermeidet der Einsatz vonThe advantages that can be achieved with the invention are in particular that the division of the impeller allows the blade contour in the impeller parts to be produced easily and with high precision and at low cost even with complex impeller geometries. This is done by machining the blade contours out of a forged blank. The division of the impeller ensures good accessibility even with complex blade shapes. In comparison to cast impellers, the use of

Schmiedeteilen das Brechen des Werkstoffes, da lokale Spannungsspitzen über ein Fließen des Werkstoffes abgebaut werden. Der Werkstoff selbst ist lunkerfrei und weist eine höhere Festigkeit auf. Dies schiebt die Einsatzgrenze weiter zu kritischeren Betriebsbedingungen. Die Trennfläche zwischen innerem und äußerem Laufradteil liegt Erfindungsgemäß so, daß die Drehachse des Laufrades umhüllt wird und ist so ausgeführt, daß das äußere Laufradteil über das innere Laufradteil gebracht werden kann. Die Positionierung erfolgt dergestalt, daß sich die Laufradschaufeln und -kanäle von einem Teil in das andere Teil fortsetzen.Forged parts prevent the material from breaking, as local stress peaks are reduced by the material flowing. The material itself is void-free and has a higher strength. This pushes the application limit further to more critical operating conditions. According to the invention, the separating surface between the inner and outer impeller parts is located in such a way that the rotation axis of the impeller is enclosed and is designed in such a way that the outer impeller part can be placed over the inner impeller part. The positioning is carried out in such a way that the impeller blades and channels continue from one part into the other part.

Weiterbildungen der ErfindungFurther developments of the invention

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 mit rotationssymmetrischer Teilebene und kreisförmigem Querschnitt zwischen den Laufradteilen ermöglicht eine einfache Herstellung und Montage der Laufradteile.The further development according to claim 2 with a rotationally symmetrical part plane and a circular cross section between the impeller parts enables simple manufacture and assembly of the impeller parts.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 lehrt weiterhin die Ausnutzung der Trennfläche zur kraftschlüssigen Verbindung der Laufradteile durch eine z.B. ovale oder polygonförmige Ausgestaltung derselben.The further development according to claim 3 further teaches the use of the separating surface for the force-fitting connection of the impeller parts by, for example, an oval or polygonal design thereof.

Die Weiterbildung nach Anspruch 4 ermöglicht eine absolute Dichtheit durch stoffschlüssige Verbindung der Laufradteile zueinander an ihrer Teilfläche und stellt außerdem den Kraftschluß zwischen den Laufradteilen her. Durch die gute Zugänglichkeit der Nahtstellen zwischen den Laufradteilen ist ein spaltfreies Verschweißen der Laufradteile gegeben. Die erfindungsgemäße Art der Teilung des Laufrades gewährleistet ein Minimum an Verspannungen durch den Schweißvorgang.The development according to claim 4 enables absolute tightness through a material-to-material connection of the impeller parts to one another on their partial surface and also creates a frictional connection between the impeller parts. The good accessibility of the seams between the impeller parts enables the impeller parts to be welded together without gaps. The type of division of the impeller according to the invention ensures a minimum of tension due to the welding process.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung lehrt Anspruch 5, indem durch Verschweißen der inneren Laufradschaufelteile mitA further advantageous embodiment is taught in claim 5, by welding the inner impeller blade parts with

den äußeren Laufradschaufelteilen an der Nahtstelle zwischen innerem und äußerem Laufradteil die Gefahr der Spaltkorrosion gebannt wird.The danger of crevice corrosion is eliminated at the seam between the outer impeller blade parts and the inner and outer impeller parts.

Die Weiterbildung nach Anspruch 6 betrifft ein zweiströmiges Laufrad mit einander gegenüberliegenden saugseitigen Eintritten am inneren Laufradteil. Die Herstellung des zweiströmigen Laufrades aus Schmiedeteilen hat den Vorteil, daß an derjenigen Kante, an welcher die Strömungen von den beiden Saugseiten her in einen gemeinsamen Schaufelkanal einmünden, durch die bessere Herstellbarkeit dieser Abströmkante ein verbessertes Betriebsverhalten des Laufrades erreicht werden kann und Kavitationsschäden vermieden werden können.The development according to claim 6 relates to a two-flow impeller with opposite suction-side inlets on the inner part of the impeller. The manufacture of the two-flow impeller from forged parts has the advantage that at the edge at which the flows from the two suction sides flow into a common blade channel, an improved operating behavior of the impeller can be achieved due to the better manufacturability of this trailing edge and cavitation damage can be avoided.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

Ein Ausführungsbeispiel nach Anspruch 6 der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen dieAn embodiment according to claim 6 of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

Fig. 1 das verschweißte, zweiströmige Laufrad im Längsschnitt, dieFig. 1 the welded, double-flow impeller in longitudinal section, the

Fig. 2 das äußere Laufradteil im Längsschnitt mit den Schaufelenden aufweisenden Schaufelteilen und dieFig. 2 the outer impeller part in longitudinal section with the blade parts having the blade ends and the

Fig. 3 die Draufsicht mit der Darstellung der Schweißnähte im Schaufelbereich.Fig. 3 the top view showing the weld seams in the blade area.

Eine Nabe (1) mit Schaufelanfängen aufweisenden Schaufelteilen (3) und einem hier zylindrisch verlaufenden Deckscheibenteil (2) bildet den inneren Laufradteil. Das Deckscheibenteil (2) erstreckt sich nicht über das gesamte innere Laufradteil, sondern weist in der Mitte eine umlaufende Öffnung auf, in welche Schaufelanfänge aufweisende Schaufelteile (3) aus zweiA hub (1) with blade parts (3) with blade beginnings and a cover plate part (2) that runs cylindrically here forms the inner impeller part. The cover plate part (2) does not extend over the entire inner impeller part, but has a circumferential opening in the middle into which blade parts (3) with blade beginnings made of two

Zustromrichtungen einmünden. Das äußere Laufradteil besteht aus den Schaufelenden aufweisenden Schaufelteilen (3'), welche den Fortsatz zu den Schaufelanfängen aufweisenden Schaufelteilen (3) des inneren Teiles bilden und aus zwei Deckscheibenteilen (4) als Schaufelkanalabdeckung. Bei der Montage wird das äußere Laufradteil über das innere Laufradteil geschoben und über der Öffnung so positioniert, daß die Schaufelteile (3, 3') miteinander fluchten und anschließend miteinander verschweißt werden können. Gemäß Fig. 3 ist die Schweißnaht (5) in einfachster Weise vom Laufradaustritt her zugänglich. Diese Art der Teilung ermöglicht bei der spanabhebenden Herstellung der Schaufeln eine sehr gute Zugänglichkeit von verschiedenen Seiten. Somit ist eine Schaufelform herstellbar, welche mit der berechneten Schaufelkontur übereinstimmt. Eine Nacharbeit der Schweißnähte ist wegen der guten Zugänglichkeit problemlos möglich.Inflow directions. The outer impeller part consists of the blade parts (3') with the blade ends, which form the extension to the blade parts (3) of the inner part, which have the blade beginnings, and of two cover plate parts (4) as blade channel covers. During assembly, the outer impeller part is pushed over the inner impeller part and positioned over the opening so that the blade parts (3, 3') are aligned with one another and can then be welded together. According to Fig. 3, the weld seam (5) is very easily accessible from the impeller outlet. This type of division enables very good accessibility from different sides when machining the blades. This means that a blade shape can be produced that matches the calculated blade contour. Reworking the weld seams is possible without any problems due to the good accessibility.

Claims (6)

SchutzansprücheProtection claims 1. Geschmiedetes Kreiselpumpenlaufrad mit axialem Einlauf und radialem Austritt in geschlossener Ausführung mit Nabe, Schaufeln und Deckscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad aus einem äußeren Laufradteil, bestehend aus Schaufelenden aufweisenden Schaufelteilen (3') und Deckscheibenteil (4), sowie einem innerem Laufradteil, bestehend aus einer Nabe (1), Schaufelanfängen aufweisenden Schaufelteilen (3) und Deckscheibenteil (2), zusammengebaut ist.1. Forged centrifugal pump impeller with axial inlet and radial outlet in a closed design with hub, blades and cover plates, characterized in that the impeller is assembled from an outer impeller part consisting of blade parts (3') having blade ends and a cover plate part (4), and an inner impeller part consisting of a hub (1), blade parts (3) having blade starts and a cover plate part (2). 2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilfläche zwischen äußerem und innerem Laufradteil rotationssymmetrisch zur Laufradachse ist.2. Impeller according to claim 1, characterized in that the partial surface between the outer and inner impeller part is rotationally symmetrical to the impeller axis. 3. Laufrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß äußeres und inneres Laufradteil formschlüssig verbunden sind.3. Impeller according to claims 1 and 2, characterized in that the outer and inner impeller parts are positively connected. 4. Laufrad nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibenteile (2, 4) an ihren Berührungsflächen miteinander verschweißt sind.4. Impeller according to claims 1 and 3, characterized in that the cover plate parts (2, 4) are welded together at their contact surfaces. 5. Laufrad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich ergänzend fortsetzenden, Schaufelanfänge und Schaufelenden aufweisenden Schaufelteile (3, 3') an ihren Trennflächen miteinander verschweißt sind.5. Impeller according to claims 1 to 4, characterized in that the complementary blade parts (3, 3') having blade beginnings and blade ends are welded together at their separating surfaces. 6. Laufrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Laufradteil zweiströmig ausgebildet ist.6. Impeller according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the inner impeller part is designed as a two-flow impeller.