Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine gemäß dem
Oberbegriff des Schutzanspruches.The invention relates to a turbomachine according to the
General term of the protection claim.
Durch die US-PS 26 19 317 ist ein derartiger Rotor für
Strömungsmaschinen bekannt, wobei auf einem Rezeß geführte
Laufräder mit Hilfe von Schraubringen zusammengefügt sind.
Infolge von Temperatureinflüssen können im Bereich der
Verbindungsstellen plastische Verformungen auftreten, wodurch
ein Lösen der Verbindung möglich wird. Die seinerzeitige
Verbesserung sah die zusätzliche Verwendung von Zentrierringen
(17) vor, die dichtend zwischen den miteinander zu
verschraubenden Laufrädern anzuordnen sind.Such a rotor for turbomachines is known from US Pat. No. 2,619,317, impellers guided on a recess being joined together with the aid of screw rings. As a result of temperature influences, plastic deformations can occur in the area of the connection points, which enables the connection to be released. The improvement at the time provided for the additional use of centering rings ( 17 ), which are to be arranged sealingly between the impellers to be screwed together.
Die verbindenden Schraubringe können als separates Bauelement
oder als integraler Bestandteil des Rotorteiles ausgebildet
sein. Von mindestens zwei vorhandenen Gewindeabschnitten,
übernimmt nur ein Gewindeabschnitt die Kräfteübertragung,
während der andere Gewindeabschnitt durch sein großes Spiel
nur eine Sicherungsfunktion ausübt. Bei einer zu großen
Auslenkung der Rotorteile wird deren Bewegung durch Anlage der
Flanken des Sicherungsgewindes begrenzt. Das Drehmoment wird
durch die Reibungskräfte zwischen dem Zentrierring und den
Rotorteilen sowie über die Reibung im verbindenden Gewinde
übertragen. Trotz des hohen Fertigungsaufwandes dieser Lösung
sind die Vorspannkräfte der jeweiligen Verbindung aufgrund der
Reibungskräfte am Zentrierring nur sehr ungenau einstellbar.
Die elastisch nachgiebig gestalteten Schraubringe sollen auf
den Rotor einwirkende Temperatureinflüsse ausgleichen. Dieses
Konstruktionsprinzip, das Drehmoment nur durch Reibungskräfte
zwischen den zu verbindenden Rotorteilen zu übertragen, läßt
diese Lösung langfristig ungeeignet erscheinen. Maschinen
revisionen mit einer Demontage und anschließender Montage der
Rotorteile beeinflussen die Qualität der Verbindung negativ.The connecting screw rings can be used as a separate component
or formed as an integral part of the rotor part
be. Of at least two existing thread sections,
only one thread section takes over the power transmission,
while the other thread section due to its great play
only has a security function. If it is too big
Deflection of the rotor parts is caused by their movement
Flanks of the securing thread limited. The torque will
due to the frictional forces between the centering ring and the
Rotor parts and the friction in the connecting thread
transfer. Despite the high manufacturing costs of this solution
are the pretensioning forces of the respective connection due to the
Frictional forces on the centering ring can only be set very imprecisely.
The resiliently designed screw rings should be on
compensate for temperature influences acting on the rotor. This
Construction principle, the torque only through frictional forces
to be transferred between the rotor parts to be connected
this solution seems unsuitable in the long term. Machines
revisions with disassembly and subsequent assembly of the
Rotor parts have a negative impact on the quality of the connection.
Einfachere Verbindungsmöglichkeiten mittels Steckverbindungen
sind durch die DE-OS 23 12 342 sowie die US-PS′en 32 69 323,
32 69 324 und 15 51 402 bekannt. Diese Konstruktionen sind nur
verwendbar für geringe Belastungen, d. h. geringe Umfangs
geschwindigkeiten und kleine Drehmomente.Easier connection options using plug connections
are by DE-OS 23 12 342 and US-PS's 32 69 323,
32 69 324 and 15 51 402 known. These constructions are only
usable for low loads, d. H. small scale
speeds and small torques.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für mehrstufige und
hochbelastete Strömungsmaschinen einen an verschiedene
Einsatzbedingungen einfach anpaßbaren Rotor in wellenloser
Ausführung zu entwickeln. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt
gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches. Weitere
Ausgestaltungen der Lösung finden sich in den Unteransprüchen.The invention is based, for multi-stage and
highly stressed turbo machines to different
Operating conditions easily adaptable rotor in shaftless
To develop execution. This task is solved
according to the characterizing part of the main claim. Further
Refinements of the solution can be found in the subclaims.
Die Vorteile dieser Bauart sind vielfältiger Natur. Die
zentrierende und formschlüssige Verbindung zwischen den
stirnseitig aneinanderliegenden Laufradteilen übernimmt
stirnseitig die Drehmomentübertragung und Zentrierung des
Rotors. Hierbei liegt in einer Ebene das eine Laufradteil an
dem angrenzenden Laufradteil kräfteübertragend zentrierend an.
Diese Verbindung ist mit wenig Aufwand als Verzahnung oder
entsprechende Gestaltung präzise herzustellen. Die die
Laufradteile gegeneinander pressenden Fügemittel ermöglichen
durch ihre unterschiedlichen Gewindeabschnitte ein
zuverlässiges Aneinanderpressen der miteinander zu
montierenden Teile. Das Fügemittel kann einen Abschnitt
geringeren Durchmessers und/oder Wandstärke aufweisen, wodurch
eine bessere Einstellbarkeit der Vorspannkräfte ermöglicht
wird. Desgleichen kann für jede Verbindung die jeweils
gewünschte Vorspannung in einfachster Weise eingestellt
werden. In Abhängigkeit von der später Anwendung findenden
Drehrichtung des Rotors sind die Gewindeabschnitte so
angeordnet, daß die Drehrichtung der Maschine den Verband
nicht lösen kann. Zusätzliche Verdrehsicherungen bekannter
Bauart sind im Bedarfsfall verwendbar.The advantages of this design are diverse. The
centering and positive connection between the
impeller parts lying against each other at the end
the torque transmission and centering of the front
Rotors. Here, the one impeller part lies in one plane
centering the adjacent impeller part in a force-transmitting manner.
This connection is with little effort as gearing or
to produce the corresponding design precisely. The the
Allow impeller parts to be pressed together
through their different thread sections
reliable pressing together
assembling parts. The joining agent can have a section
have a smaller diameter and / or wall thickness, whereby
allows better adjustability of the preload forces
becomes. The same can be done for each connection
desired bias is set in the simplest way
will. Depending on the later application
The direction of rotation of the rotor is the thread sections
arranged that the direction of rotation of the machine the bandage
can't solve. Additional anti-rotation devices known
Design can be used if necessary.
Der wesentliche Vorteil dieser Verbindung besteht in der
Aufteilung der zu übertragenden Kräfte. Das zu übertragende
Drehmoment wird ausschließlich durch die stirnseitige
formschlüssige Verbindung zwischen den Naben der zu
verbindenden Rotorteile aufgenommen. Die Axialkräfte
übernehmen die sich in gleicher Richtung erstreckenden
Fügemittel. Die Fügemittel weisen in ihrem Inneren oder an
ihren Stirnseiten eine formschlüssige Gestaltung auf, welche
es ermöglicht, mit Hilfe eines entsprechend geformten und
einführbaren Werkzeuges die Verschraubung vorzunehmen. Um den
Einfluß von Temperaturdifferenzen auf die Verbindung gering zu
halten, sind die Formstücke hohl ausgebildet. Dadurch kann der
Wellenverband in axialer Richtung von einem Teil des Förder
mittels durchströmt werden und die Temperaturdifferenzen im
Bereich der Fügestellen lassen sich somit reduzieren.
Weiterhin besteht der Vorteil, daß keine pumpenstufenabhängige
Lagerhaltung von Antriebswellen mehr erforderlich ist.
Antriebswellenzapfen bzw. Wellenlagerzapfen können mit den
jeweiligen Lager- oder Dichtungseinheiten als Baugruppen
bevorratet werden, um im Bedarfsfall mit den entsprechenden
Laufradteilen zu einem einheitlichen Rotor zusammengesetzt zu
werden. Ein eventuell notwendiges Entlastungswasser einer
Achsschubentlastungseinrichtung kann ebenfalls durch den Rotor
zur Seite mit geringerem Druck zurückgeführt werden.
Außenliegende Umführungsleitungen sind nicht mehr
erforderlich. Gleichzeitig ergibt sich hierbei der Vorteil
einer schnellen und gleichmäßigen Erwärmung bzw. Abkühlung des
gesamten Strömungsmaschinenaggregates.The main advantage of this connection is that
Distribution of the forces to be transferred. The one to be transferred
Torque is generated exclusively by the front
positive connection between the hubs of the
connecting rotor parts added. The axial forces
take over those extending in the same direction
Joining agent. The joining agents indicate inside or on
their front sides on a form-fitting design, which
it allows, with the help of an appropriately shaped and
insertable tool to perform the screwing. To the
The influence of temperature differences on the connection is low
hold, the fittings are hollow. This allows the
Shaft assembly in the axial direction of part of the conveyor
are flowed through and the temperature differences in the
The area of the joints can thus be reduced.
There is also the advantage that no pump stage dependent
Storage of drive shafts is more necessary.
Drive shaft journal or shaft journal can be used with the
respective bearing or sealing units as assemblies
be stocked in order with the appropriate
Impeller parts assembled into a uniform rotor
will. A possibly necessary relief water one
Axle thrust relief device can also by the rotor
be returned to the side with less pressure.
External bypass lines are no longer
required. At the same time, there is the advantage
rapid and even heating or cooling of the
entire turbomachine unit.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es
zeigen die
Fig. 1 einen Montageabschnitt beim Zusammenbau einer
mehrstufigen Strömungsmaschine und die,Embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below. 1, there is shown in FIGS. A mounting portion during assembly of a multistage fluid machine and,
Fig. 2 eine vollständig montierte Strömungsmaschine. Fig. 2 shows a fully assembled turbomachine.
Die Fig. 1 zeigt am Beispiel einer mehrstufigen Kreiselpumpe
den Montagevorgang eines wellenlosen Rotors mit den Rotorteilen (2, 4, 5, 12, 17, 18). In deren
Einlaufbereich (1) ragt ein Wellenzapfen (2) hinein, der mit
einer als Stirnverzahnung ausgebildeten zentrierenden und
formschlüssigen Gestaltung (3) an einer entsprechend
ausgebildeten Stirnverzahnung eines ersten Laufrades (4)
anliegt. Die Nabe des ersten Laufrades (4) weist auf ihrer
druckseitigen Rückseite ebenfalls eine formschlüssige
Gestaltung (3) auf, in die eine entsprechend verzahnte Nabe
eines zweiten Laufrades (5) eingreift. Die Trennstelle
zwischen den Laufrädern (4, 5) liegt hier im Bereich des
Überganges von der ersten zur zweiten Stufe. Das Laufrad (6)
einer fünften Stufe ist hier am Montagebeginn gezeigt. Ein
Fügemittel (7), welches mit einer als Innensechskant
ausgebildeten Kontur (8) ausgestattet ist, kann durch ein
entsprechend gestaltetes Werkzeug (9) in Drehbewegung versetzt
werden. Es ist auch jede andere kräfteübertragende Form des
Werkzeuges (9) mit einer entsprechend ausgebildeten Gestaltung
des Fügemittels denkbar. Fig. 1 shows the example of a multi-stage centrifugal pump, the assembly process of a shaftless rotor with the rotor parts ( 2 , 4 , 5 , 12 , 17 , 18 ). A shaft journal ( 2 ) protrudes into its inlet area ( 1 ), which, with a centering and form-fitting design ( 3 ) designed as a spur toothing, bears against a correspondingly designed spur toothing of a first impeller ( 4 ). The hub of the first impeller ( 4 ) also has a form-fitting design ( 3 ) on its back on the pressure side, in which a correspondingly toothed hub of a second impeller ( 5 ) engages. The separation point between the impellers ( 4 , 5 ) lies in the area of the transition from the first to the second stage. The impeller ( 6 ) of a fifth stage is shown here at the start of assembly. A joining means ( 7 ), which is equipped with a contour ( 8 ) designed as a hexagon socket, can be set in rotation by a suitably designed tool ( 9 ). Any other force-transmitting form of the tool ( 9 ) with a correspondingly designed configuration of the joining means is also conceivable.
Für die Montage wird das Fügemittel (7) stirnseitig in ein
bereits montiertes Laufrad bzw. einem Wellenzapfen eingeführt
und mit seinem Gewinde (10) am Gewinde (11) des hier bereits
montierten Laufrades (12) zur Anlage gebracht. Desgleichen
wird das zu montierende Laufrad, hier (6), mit seinem inneren
Gewinde (13) am zweiten Gewinde (14) des Fügemittels (7) zur
Anlage gebracht. Die miteinander zu verbindenden Laufradteile
werden festgehalten und durch eine Rotationsbewegung des
Fügemittels (7) gegeneinander gezogen und miteinander
verspannt. Wenn zum Beispiel die Gewinde (10, 11) als
Linksgewinde ausgebildet sind, dann sind die Gewinde (13, 14)
als Rechtsgewinde ausgebildet. Es kann aber auch die
umgekehrte Anordnung Verwendung finden. Dies ist abhängig von
der jeweiligen Drehrichtung des Wellenverbandes sowie der
Belastung desselben. Die jeweilige Gewindedrehrichtung wird so
gewählt, daß die gefährdetste Belastungsdrehrichtung auf die
Gewindeverbindungen zusammenziehend einwirkt. Entsprechend den
in der Strömungsmaschine vorherrschenden Axialkräften wird die
Wandstärke des Fügemittels sowie die Gewindeausbildung
gestaltet. Infolge der hier Anwendung findenden gegenläufigen
Gewindeabschnitte kann in einfachster Weise eine zuverlässige
und schnelle Montage bzw. Demontage erfolgen.For assembly, the joining means ( 7 ) is inserted on the face side into an already installed impeller or a shaft journal and its thread ( 10 ) is brought into contact with the thread ( 11 ) of the impeller ( 12 ) already assembled here. Likewise, the impeller to be assembled, here ( 6 ), is brought into contact with its inner thread ( 13 ) on the second thread ( 14 ) of the joining means ( 7 ). The impeller parts to be connected to one another are held in place and pulled against one another by a rotational movement of the joining means ( 7 ) and braced together. For example, if the threads ( 10 , 11 ) are left-hand threads, then the threads ( 13 , 14 ) are right-hand threads. However, the reverse arrangement can also be used. This depends on the direction of rotation of the shaft assembly and the load on it. The respective direction of thread rotation is selected so that the most dangerous direction of load rotation has a contracting effect on the threaded connections. The wall thickness of the joining agent and the thread formation are designed in accordance with the axial forces prevailing in the turbomachine. As a result of the opposing threaded sections used here, reliable and quick assembly or disassembly can be carried out in the simplest way.
Bei Verwendung von gegenläufigen Gewinden können die
Gewindesteigung gleich oder unterschiedlich sein. Sollen
dagegen für die zu verbindenden Teile Gewinde mit
gleichläufigen Gewindeabschnitten Verwendung finden, dann
müssen beispielsweise die Gewinde (10, 11) einen kleineren
Durchmesser aufweisen und die Steigung der Gewinde (10, 11)
muß zu der Steigung der Gewinde (13, 14) unterschiedlich sein.
Infolge der kleineren Durchmesser können die Fügemittel durch
die Naben hindurchgesteckt und mit den benachbarten Teilen
verbunden werden. Die Gewindelänge muß entsprechend angepaßt
werden.When using opposite threads, the thread pitch can be the same or different. If, on the other hand, threads with identical thread sections are to be used for the parts to be connected, then for example the threads ( 10 , 11 ) must have a smaller diameter and the pitch of the threads ( 10 , 11 ) must be different from the pitch of the threads ( 13 , 14 ) be. As a result of the smaller diameters, the joining means can be inserted through the hubs and connected to the adjacent parts. The thread length must be adjusted accordingly.
Die in der Zeichnung dargestellten ersten drei Fügemittel (7)
verbinden das Laufrad (4) mit dem Wellenzapfen (2) sowie die
Laufräder der ersten drei Stufen untereinander und weisen
beispielhaft zusätzliche Dichtelemente (15) auf. Diese sind
hier als O-Ringe ausgebildet und liegen dichtend an der
Nabeninnenseite an. Sie haben die Aufgabe, den jeweiligen
Stufendruck abzudichten. Ihre Verwendung kann abhängig sein
von den Betriebsbedingungen und den Anforderungen, die an die
Strömungsmaschine gestellt werden.The first three joining means ( 7 ) shown in the drawing connect the impeller ( 4 ) with the shaft journal ( 2 ) and the impellers of the first three stages with one another and have, for example, additional sealing elements ( 15 ). These are designed as O-rings and lie sealingly on the inside of the hub. They have the task of sealing the respective stage pressure. Their use may depend on the operating conditions and the requirements placed on the turbomachine.
In der Fig. 2 ist eine komplett montierte dreistufige
Strömungsmaschine in Form einer Kreiselpumpe gezeigt.
Insgesamt vier gleiche Fügemittel (7) verbinden drei
Laufrädern (4, 5, 12) untereinander und mit einem Wellenzapfen
(2), welcher hier als Antriebswellenzapfen dient. Ein
kleineres, keine Durchströmöffnung aufweisendes Fügemittel
(16), verbindet in gleicher Weise einen Lagerzapfen (17) mit
einem am letzten Laufrad (12) angeschraubten Entlastungskolben
(18). Für Montagezwecke ist der Lagerzapfen (17) durchbohrt
und mit einem Stopfen (19) verschlossen. Das den Entlastungs
kolben (18) passierende Entlastungswasser strömt durch
Bohrungen (20, 21) und durch die hohl ausgebildeten Fügemittel
(7) zurück zum Einlaufbereich (1). Durch die Ausbildung der
Verzahnung als zentrierendes und kräfteübertragendes Element
sowie durch die Anordnung der unterschiedlichen Gewinde in den
Nabenbereichen der Laufräder ergibt sich ein sehr
schwingungssteifer, für hohe Belastungen verwendbarer Rotor.
Zwischen den Gewinden der Fügemittel (7) ist ein Abschnitt
(22) geringerer Wandstärke vorhanden. Dieser kann auch, im
Gegensatz zur hier gewählten zeichnerischen Darstellung, im
Bereich des Außendurchmessers des Fügemittels (7) angeordnet
sein. Damit wird eine genauere Einstellung der Vorspannkräfte
erleichtert.In FIG. 2, a fully assembled three-flow machine in the form of a centrifugal pump is shown. A total of four identical joining means ( 7 ) connect three impellers ( 4 , 5 , 12 ) to one another and to a shaft journal ( 2 ), which serves here as a drive shaft journal. A smaller joining means ( 16 ), which has no throughflow opening, connects a bearing journal ( 17 ) in the same way to a relief piston ( 18 ) screwed onto the last impeller ( 12 ). For assembly purposes, the bearing journal ( 17 ) is drilled through and closed with a stopper ( 19 ). The relief piston ( 18 ) passing the relief water flows through bores ( 20 , 21 ) and through the hollow joining means ( 7 ) back to the inlet area ( 1 ). The design of the toothing as a centering and force-transmitting element and the arrangement of the different threads in the hub areas of the impellers results in a very vibration-resistant rotor that can be used for high loads. A section ( 22 ) of lesser wall thickness is present between the threads of the joining means ( 7 ). In contrast to the graphical illustration chosen here, this can also be arranged in the region of the outer diameter of the joining means ( 7 ). This facilitates a more precise setting of the preload forces.