DE19906943A1

DE19906943A1 - Rotor for compressor of fluids in gaseous form, consisting of base frame with segments in it forming cover and base plates and walls bounding flow channels

Info

Publication number: DE19906943A1
Application number: DE19906943A
Authority: DE
Inventors: Vishal Mallick; Hanspeter Walser
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2000-08-24

Abstract

The rotor consists of a base frame (1) and segments (9) fitted in it. The frame has an upper plane (2) and a lower plane (3) connected by transverse bars (4). The upper and lower planes consist of round support elements held together by connecting rods (7). The segments, with the frame, form the side walls of the flow channels and the cover and bottom plates.

Description

TECHNICAL AREA

Die Erfindung betrifft ein Laufrad zur Verdichtung eines gasförmigen Fluides bestehend aus einer Deck- und einer Bodenplatte sowie mehreren Strömungskanälen.The invention relates to an impeller for compressing a gaseous fluid consisting of a top and bottom plate and several Flow channels.

STATE OF THE ART

Aus DE 41 39 239 ist ein Laufrad für eine Radialströmungsmaschine bekannt. Das Laufrad aus einem Faser-Kunststoff-Verband besteht aus mehreren Strömungssegmenten, welche stoff- oder formschlüssig aneinandergefügt und mit einer Boden- und/oder einer Deckplatte versehen sind. Die Bodenscheibe ist zudem als Nabe ausgebildet und sie dient der Verbindung mit der das Laufrad antreibenden Welle. Je nach der Gestaltung der Bodenscheibe kann sie auch die mechanische Festigkeit der Strömungssegmente erhöhen. Die Deckscheibe verleiht dem Laufrad eine zusätzliche mechanische Festigkeit.From DE 41 39 239 an impeller for a radial flow machine is known. The Impeller made of a fiber-plastic bandage consists of several Flow segments, which are joined together with material or form fit and with a base and / or a cover plate are provided. The bottom disk is also designed as a hub and it serves the connection with the driving the impeller Wave. Depending on the design of the base plate, it can also be the mechanical one Increase the strength of the flow segments. The cover disc gives the impeller an additional mechanical strength.

Die Strömungssegmente sind aus mit Kurzfasern verstärktem Kunststoff gefertigt. Für hohe Drehzahlen ist dieses Laufrad, trotz der mechanischen Verstärkung durch die Deckscheibe, jedoch nur bedingt geeignet.The flow segments are made of plastic reinforced with short fibers. For high speeds, this impeller is, despite the mechanical reinforcement the cover plate, but only suitable to a limited extent.

In DE 195 25 829 ist ebenso ein Lüfter für die Verdichtung gasförmiger Fluide beschrieben. Er besteht aus einer Nabe und untereinander verbundenen, jeweils einen Strömungskanal umschliessenden Strömungssegmenten, wobei die Strömungssegmente formschlüssig mit der Nabe verbunden sind. Die Strömungssegmente sind zusätzlich mit einer Bandage, welche aus mit Endlosfasern verstärktem Thermoplastband besteht, befestigt. Die Einzelteile des Lüfters sind ebenfalls aus einem mit Endlosfasern verstärktem thermoplastischen Material gefertigt. Das Lüfterrad ist für Betriebstemperaturen bis etwa 250°C und Umfangsgeschwindigkeiten von etwa 400 m/s ausgelegt. Dieses Lüfterrad weist jedoch den Nachteil eines vergleichsweise hohen Produktionsaufwandes auf. Es ist bei einer mechanischen Beschädigung eines Segmentes des Lüfterrades zum Beispiel durch Erosion auch nicht möglich, dieses Segment separat auszutauschen, sondern es ist immer eine Auswechselung des gesamten Lüfterrades erforderlich. Es besteht auch keine Möglichkeit der modularen Erweiterung bzw. Verkleinerung für verschiedene Einsatzmöglichkeiten.In DE 195 25 829 there is also a fan for the compression of gaseous fluids described. It consists of a hub and interconnected, each a flow channel enclosing flow segments, the Flow segments are positively connected to the hub. The Flow segments are additionally with a bandage, which with Continuous fiber reinforced thermoplastic tape is attached. The individual parts of the Fans are also made of a thermoplastic reinforced with continuous fibers Made of material. The fan wheel is for operating temperatures up to about 250 ° C and Circumferential speeds of around 400 m / s. This fan wheel has however, the disadvantage of a comparatively high production cost. It is in the event of mechanical damage to a segment of the fan wheel Example due to erosion also not possible to replace this segment separately, it is always necessary to replace the entire fan wheel. It there is also no possibility of modular expansion or reduction for different uses.

PRESENTATION OF THE INVENTION

Die Erfindung löst die Aufgabe, ein einfach herzustellendes Laufrad für einen Verdichter zu konstruieren, welches vergleichsweise hohen Betriebsbedingungen standhält. Es soll zudem geeignet sein, durch ein modulares System die Grösse des Laufrades an den Einsatzort anzupassen. Gleichzeitig soll erreicht werden, dass Segmente bei Beschädigung einzeln ausgetauscht werden können, ohne dass das Laufrad im Ganzen ersetzt werden muss.The invention solves the problem of an easily manufactured impeller for one To design compressors which have comparatively high operating conditions withstands. It should also be suitable, by a modular system, the size of the Adapt the impeller to the place of use. At the same time it should be achieved that Segments can be replaced individually if damaged, without this Whole wheel needs to be replaced as a whole.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Laufrad aus einem Basisgerüst besteht und darin Segmente für die Deck- und Bodenplatte sowie für die die Strömungskanäle begrenzenden Wände formschlüssig eingesetzt sind. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Laufrad durch den Aufbau aus einem Basisgerüst einen erheblichen Gewichtsvorteil gegenüber den Laufrädern, welche es im Stand der Technik gibt, hat, und es so für erhöhte Betriebsbedingungen geeignet ist. Dies gilt insbesondere, wenn das Laufrad aus einem Kunststoff gefertigt ist, welcher mit Endlosfasern verstärkt ist. Werden die Endlosfasern in Umfangsrichtung des Laufrades angeordnet, stabilisieren sie das Laufrad in vorteilhafter Weise. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei einer mechanischen Beschädigung eines Segmentes nur dieses Segment ausgetauscht werden muss und es dadurch möglich ist, das Laufrad einfach zu reparieren und es nicht nötig ist, das ganze Laufrad auszuwechseln. Ein weiterer Vorteil dieses Laufrades besteht darin, dass die Möglichkeit besteht, es durch Ergänzen bzw. Abbau von Bauteilen in der Grösse einfach zu variieren. Auch wird durch die Erfindung eine vereinfachte Produktion durch die Standardisierung der einzelnen Bauteile ermöglicht. According to the invention, this object is achieved in that the impeller consists of one There is a basic scaffold and segments for the top and bottom plates and for the the walls defining the flow channels are inserted in a form-fitting manner. On The advantage of the invention is that the impeller is constructed from one Base frame a significant weight advantage over the wheels that it in the prior art, and so it is suitable for increased operating conditions is. This applies in particular if the impeller is made of a plastic, which is reinforced with continuous fibers. Are the continuous filaments in the circumferential direction arranged of the impeller, they stabilize the impeller in an advantageous manner. On Another advantage of the invention is that with a mechanical Damage to a segment only this segment needs to be replaced making it easy to repair the impeller without having to replace the whole wheel. Another advantage of this wheel is is that it is possible to add or remove components in easy to vary in size. The invention also simplifies it Production made possible by the standardization of the individual components.

Die weiteren Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.The other design options of the invention are the subject of dependent claims.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 den Basisrahmen des erfindungsgemässen Laufrades und Fig. 1 shows the base frame of the impeller according to the invention and

Fig. 2 den Basisrahmen mit den einzusetzenden Segmenten eines erfindungsgemässen Laufrades. Fig. 2 shows the base frame with the segments to be used of an impeller according to the invention.

Es werden nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt.Only the elements essential to the invention are shown.

WAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau des Basisgerüstes 1 des Laufrades. Es besteht aus zwei Ebenen, einer oberen Ebene 2 und einer unteren Ebene 3, welche parallel zueinander angeordnet sind. Die beiden Ebenen 2, 3 sind durch Querstreben 4, welche senkrecht zu den beiden Ebenen 2, 3 stehen, miteinander verbunden. Die untere Ebene 3 enthält in der Mitte eine Nabe 5, welche mit nicht dargestellten Befestigungsmöglichkeiten versehen ist, um sie an einer das Laufrad antreibenden Welle zu befestigten. Die obere Ebene 2 ist mit einer Einströmöffnung 6 versehen, in welche das zu verdichtende Gas bei Betrieb des Verdichters einströmt. Die Einströmöffnung weist einen angeformten Ansatz auf, welcher zur nicht dargestellten externen Befestigung des Laufrades dient. Die obere Ebene 2 des Basisgerüstes 1 besteht aus runden Stützelementen 8, welche um die Einströmöffnung 6 kreisförmig angeordnet sind. Innerhalb dieser Ebene sind die Stützelemente 8 mit den Verbindungsstreben 7 verbunden. Diese Verbindungsstreben 7 bilden die obere Begrenzung der Wände der Strömungskanäle und sind deshalb in der für Verdichter üblichen Form eines Strömungskanals ausgebildet. Die untere Ebene 3 des Basisgerüstes 1 besteht ebenfalls aus runden Stützelementen 8. Zur Befestigung ist die Nabe 5 jedoch mit dem nächstliegenden Stützelement, welches denselben Radius wie die Einströmöffnung hat, in radialer Weise mit den Verbindungsstreben 7 verbunden. Alle weiteren runden Stützelemente 8 sind in entsprechender Weise wie die obere Ebene 2 mit Verbindungsstreben 7 miteinander verbunden. Die die beiden Ebenen 2, 3 verbindenden Querstreben 4 sind an den Stellen mit den runden Stützelementen 8 verbunden, an denen in der Ebene 2, 3 auch die Verbindungsstreben 7 zur Verbindung mit dem Stützelementen 8 angebracht sind. Dadurch entstehen zwischen der oberen Ebene 2 und der unteren Ebene 3 rechteckige Begrenzungen, bestehend aus je zwei Querstreben 4 und einer oberen und unteren Verbindungsstrebe 7. Die Begrenzung bildet den Rahmen der Wand der Strömungskanäle des Laufrades. Das Basisgestell 1 kann aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem mit Endlosfasern verstärktem Material, bestehen. Zur besseren Verstärkung sind die Fasern in Umfangsrichtung angeordnet. Es eignen sich zur Verstärkung besonders Kohlenstoffasern. Durch die in Umfangsrichtung ausgerichteten Endlosfasern wird eine besondere Stabilität des Basisrahmens 1 erreicht und das Laufrad ist dadurch für erhöhte Betriebsbedingungen geeignet. Sowohl die Querstreben 4 als auch die Verbindungsstreben 7 in den Ebenen 2, 3 werden mit den runden Stützelementen 8 in bekannter Weise verklebt oder verschweisst. Es ist aber auch eine andere einfache mechanische Verbindung wie zum Beispiel ein Schnappverschluss denkbar. Das so aufgebaute Laufrad ist durch seinen Aufbau insbesondere auch geeignet, um durch Hinzufügen oder Entfernen von runden Stützelementen 8 modular vergrössert oder verkleinert zu werden. Fig. 1 shows schematically the structure of the base frame 1 of the impeller. It consists of two levels, an upper level 2 and a lower level 3 , which are arranged parallel to each other. The two levels 2 , 3 are connected to one another by cross struts 4 which are perpendicular to the two levels 2 , 3 . The lower level 3 contains in the middle a hub 5 , which is provided with fastening means, not shown, in order to fasten it to a shaft driving the impeller. The upper level 2 is provided with an inflow opening 6 , into which the gas to be compressed flows when the compressor is in operation. The inflow opening has an integrally formed attachment, which is used for the external fastening of the impeller, not shown. The upper level 2 of the base frame 1 consists of round support elements 8 , which are arranged in a circle around the inflow opening 6 . Within this level, the support elements 8 are connected to the connecting struts 7 . These connecting struts 7 form the upper boundary of the walls of the flow channels and are therefore designed in the form of a flow channel which is customary for compressors. The lower level 3 of the base frame 1 also consists of round support elements 8 . For attachment, however, the hub 5 is connected in a radial manner to the connecting struts 7 with the closest support element, which has the same radius as the inflow opening. All other round support elements 8 are connected to one another in the same way as the upper level 2 with connecting struts 7 . The cross struts 4 connecting the two levels 2 , 3 are connected to the round support elements 8 at the points at which the connection struts 7 for connection to the support elements 8 are also attached in level 2 , 3 . This creates rectangular boundaries between the upper level 2 and the lower level 3 , each consisting of two cross struts 4 and an upper and lower connecting strut 7 . The boundary forms the frame of the wall of the flow channels of the impeller. The base frame 1 can consist of a plastic, preferably of a material reinforced with continuous fibers. The fibers are arranged in the circumferential direction for better reinforcement. Carbon fibers are particularly suitable for reinforcement. Due to the continuous fibers aligned in the circumferential direction, a special stability of the base frame 1 is achieved and the impeller is therefore suitable for increased operating conditions. Both the cross struts 4 and the connecting struts 7 in the levels 2 , 3 are glued or welded to the round support elements 8 in a known manner. Another simple mechanical connection, such as a snap lock, is also conceivable. The structure of the impeller constructed in this way is particularly suitable in order to be enlarged or reduced in a modular manner by adding or removing round support elements 8 .

Fig. 2 zeigt schematisch das Basisgerüst 1 und zusätzlich die in die Leerräume des Basisgerüstes 1 einzusetzenden Segmente 9. Um die Verbindung zwischen dem Basisgerüst 1 und den Segmenten 9 formschlüssig zu gestalten werden die Segmente 9 mit dem Basisgerüst 1 verklebt. Es ist auch denkbar, diese Verbindung mittels eines Schnappverschlusses zu realisieren und die Segmente 9 am Basisgerüst 1 zu arretieren. Das Basisgerüst 1 ist so gestaltet, dass, nachdem die Segmente 9 eingesetzt sind, überwiegend in radialer Richtung verlaufende Strömungskanäle entstehen. Die durch die Einströmöffnung 6 einströmende Luft wird durch die Nabe 5 umgelenkt und in die Strömungskanäle geleitet, in denen es auf bekannte Art beschleunigt und dadurch verdichtet wird. Die Segmente 9 werden aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem mit Endlosfasern verstärkten Material hergestellt. Zur Verstärkung eignen sich Kohlenstoffasern besonders, welche vorteilhaft in Umfangsrichtung angeordnet sind und dem Laufrad so ein grössere Stabilität geben. Es sind aber auch andere Materialien wie zum Beispiel Epoxidharze denkbar. Vorteilhaft können die Segmente 9 aus einer Kunststoffplatte mit einer bekannten Wasserstrahltechnik ausgeschnitten werden, was zu einer optimierten Produktion der Segmente 9 führt. FIG. 2 schematically shows the basic framework 1 and additionally the segments 9 to be inserted into the empty spaces of the basic framework 1 . In order to form the connection between the base frame 1 and the segments 9 in a form-fitting manner, the segments 9 are glued to the base frame 1 . It is also conceivable to implement this connection by means of a snap lock and to lock the segments 9 on the base frame 1 . The base frame 1 is designed in such a way that, after the segments 9 have been inserted, flow channels which predominantly run in the radial direction are created. The air flowing in through the inflow opening 6 is deflected by the hub 5 and directed into the flow channels, in which it is accelerated in a known manner and thereby compressed. The segments 9 are made of a plastic, preferably of a material reinforced with continuous fibers. Carbon fibers are particularly suitable for reinforcement, which are advantageously arranged in the circumferential direction and thus give the impeller greater stability. However, other materials such as epoxy resins are also conceivable. The segments 9 can advantageously be cut out of a plastic plate using known water jet technology, which leads to an optimized production of the segments 9 .

REFERENCE SIGN LIST

11

Basisgerüst
Base frame

22nd

Obere Ebene
Upper level

33rd

Untere Ebene
Lower level

44th

Querstreben
Cross struts

55

Nabe
hub

66

Einströmöffnung
Inflow opening

77

Verbindungsstreben
Connecting struts

88th

Rundes Stützelement
Round support element

99

Segmente
Segments

Claims

1. impeller consisting of a cover and a base plate and several flow channels, characterized in that the impeller consists of a base frame ( 1 ) and therein segments ( 9 ) for the cover and base plate and for the walls delimiting the flow channels are inserted in a form-fitting manner .

2. Impeller according to claim 1, characterized in that the base frame ( 1 ) consists of an upper level ( 2 ), which consists of an inflow opening ( 6 ) around the round support elements ( 8 ), and connecting struts ( 7 ), and a lower level ( 3 ), which consists of a hub ( 5 ) around which round support elements ( 8 ) are arranged in a circle, and connecting struts ( 7 ), which are connected to one another by cross struts ( 4 ).

3. Impeller according to claim 2, characterized in that both the connecting struts ( 7 ) and the cross struts ( 4 ) with the round support elements ( 8 ) of the levels ( 2 ), ( 3 ) are glued.

4. Impeller according to claim 2, characterized in that both the connecting struts ( 7 ) and the cross struts ( 4 ) with the round support elements ( 8 ) of the levels ( 2 ), ( 3 ) are locked by means of a snap lock.

5. Impeller according to claim 3 or 4, characterized in that the segments ( 9 ) for the top and bottom plate and for the walls delimiting the flow channels are attached to the base frame ( 1 ) by means of an adhesive.

6. Impeller according to claim 3 or 4, characterized in that the segments ( 9 ) for the top and bottom plates and for the walls delimiting the flow channels are attached to the base frame ( 1 ) by means of a snap lock.

7. Impeller according to claim 5 or 6, characterized in that both the base frame ( 1 ) and the segments ( 9 ) used consist of a plastic, preferably of a material reinforced with continuous fibers.