DE2504089A1 - Scherverschluss - Google Patents

Description

Carrier Corporation _Q ' phys». W- Gersten-»

Carrier Tower, P.O.Box 100 ®JKäSeir?33 Anwaltsakte ΐί-3302 Syracuse,N.Y.13201,USA

München, 31. Januar 1975

3 G Ii e r ν e :c s c Ii 1 u 13 ""

Die Erfindung beziclit sicii auf einen YerscliluS sur relativ unbeweglichen Halterung der Stirnwand eines Druckbeliälters unter Belastung.

13ei vielen Druckbehältern, insbesondere bei Äo tations-Liasu-iirien, wie Kompressoren oder Turbinen, ist es wichtig, da.ij eine oder mehrere 5'tiriiwäiide auch unter veränderlichen Delas'iroiigen in einer relativ, stationären Lage gehalten wird. Bei itotationsinaschinen ist es üblich, die bewegten 1-iaschinsiiteile, also gev/öhnlich die V/elle und die daran abgestützten Bauteile, an der otirnwand zu la.gern. Andererseits sind die v/irlcungsinäßig icoraplementären stationären kanchinonteile üblicherweise starr mit dem G-ehäuse verbimden. Jede Axialverschiebung der Stirnwand jenseits anneliiiibarer G-renswerte fiüirt daher zu einer Fehlausrichtung der niteinander zusammenv/irkenden stationären und bewegten Bauteile, die ernsthafte Schwierigkeiten hinsichtlich des Reibungskontaktes und sogar einen Ausfall der Maschine verursachen kann.

bekannte Stimwandverschlüsse sind trotz einer massiven

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und komplexen Bauweise häufig unbrauchbar, weil die die Stirnwand im Maschinengehäuse haltende Verriegelung sich unter Belastung verbiegt.

Srfindungsgemäß soll daher eine Verriegelung zur Abstützung einer Stirnwand im Gehäuse eines Druckbehälters geschaffen v/erden, die trotz einer einfachen Bauweise die Wirkung der unter Belastung erzeugten Biegemomente äußerst gering hält.

Zux' Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung den in den Ansprüchen beschriebenen Verschluß, der eine verhältnismäßig einfache Verriegelung mit einem scherbelasteten Hiegel und einem ^rfragkeil enthält. In zusammengebautem -Zustand sitzt der Scherriegel teilweise in einer an der Innenfläche des Druckbehält erg ehäiis es ausgebildeten Hingnut und teilweise in einer schulterförmigen Ausnehmung, die in der Stirnwand ausgebildet ist. Der Tragkeil ist unterhalb des Scherriegels in der Ausnehmung angeordnet und dient zur Abstützung des Scherriegels in zusammengebautem Zustand,, Der Scherriegel ist an seinen am Gehäuse anliegenden Flächen mit zwei hochstehenden Ansatzstücken zur Biegemomentsteueruiig versehen, die geometrisch derart gelegen sind, daß die lastbedingten, am Scherriegel angreifenden Biegemomente im wesentlichen ausgeglichen werden und somit eine Axialverschiebung der Stirnwand verhindert wird.

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Insgesamt schafft die Erfindung eine einfache Verriegelung ,zur Abstützung einer Stirnwand einer Rotationsmaschine, etwa einer Turbine oder eines Kompressors. Zwischen dem Maschinengehäuse und der innerhalb des G-ehäuses befindlichen Stirnwand liegt ein scherbelasteter Riegel, der mit einem Abschnitt in eine Innennut des G-ehäuses und mit einem weiteren Abschnitt in eine in der Stirnwand ausgebildete, schulterförniige Ausnehmung eingreift. Unterhalb des Scherriegels ist in der Ausnehmung der Stirnwand ein Tragkeil angeordnet, der die Radialbelastungen von der Stirnwand an den Scherriegel überträgt. Auf den am G-ehäuse anliegenden Flächen des Scherriegels sind zwei hochstehende Ansatzstücke zur Biegemoment-' Steuerung angeordnet, die bezüglich des Schwerpunkts des Scherriegels geometrisch derart gelegen sind, daß sie die darauf von der Stirnwand und dem Tragkeil ausgeübten, lastbedingten Biegemomente zum Verschwinden bringen«,

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Fig«, 1 einen Teilschnitt einer Rotationsmaschine mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Verschluß}

Mg. 2 einen verkleinerten Schnitt längs der Linie 2-2 der 3?ig. 1 zur weiteren Darstellung des erfindungsgemäß ausge-

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bildeten Verschlusses; und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des aus dem Sclierriegel und dem Tragkeil "bestehenden Verschlusses in zerlegtem Zustand zur Darstellung der angreifenden Belastungen.

Der Stirnwandverschluß wird nachfolgend anhand eines Strömungsmittel-Kompressors 10 gemäß Pig. 1 näher beschrieben, jedoch hat die Erfindung einen wesentlich breiteren Anwendungsbereich und dient zur Halterung und Abstützung einer irgend beliebigen Stirnwand in einem Druckbehälter, beispielsweise einem Kompressor, einer Pumpe oder dergl. .

Bei der Rotationsmaschine gemäß Fig. 1 handelt es sich um einen Trommelkompressor, der ein verhältnismäßig dickwandiges zylindrisches Außengehäuse 11 mit einer axial verlaufenden Zylinderbohrung 12 enthält. An einem zweiten Zylindergehäuse 13, das in der Zylinderbohrung 12 des Hauptgehäuses 11 angeordnet ist, sind die stationären Maschinenteile befestigt. Diese umfassen mehrere Trennwände, von denen einige in Fig. 1 mit 14, 15 und 16 bezeichnet sind. Der gezeigte Kompressor ist von vielstufiger, zweiteiliger Bauweise mit einem in der ersten Stufe des ersten Kompressorabschnitts befindlichen ersten Laufrad 17 und einem in der ersten Stufe

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des zweiten Abschnitts befindlichen zweiten .Laufrad 19. JeHLIi; Pig. 1 sind die beiden Laufrüuer dora.rt angeordnet, da.j sie in entgegengesetzte Richtung weisen, so daß die Stufen des ersten und die des zweiten ilomprecsorabschnittG jeweils xlücken-an-llücken zueinander liegen. Infolge dieser gegensinnigen Anordnung der Stufen jedes Kompressorabschnitte werden die auf die Rotorwelle 20 einwirkenden Druckkräfte weitgehend ausgeglichen.

Die letzte Stufe des ersten Koiapressorabsehnitts ist über einen Diffusorkanal und eine Umkehreinrichtung" (nicht gezeigt) an den Einlaufbereich der zweiten Stufe zwischen den 'trennwänden 14 und 15 angeschlossen. Bezüglich weiterer Einzelheiten der UmIc ehr einrichtung wird auf die US-PS ■1 91 ο 811 Bezug genommen. Die Laufräder sind an der Welle 20 befestigt, die ihrerseits in den Stirnwänden der Maschine drehbar gelagert ist«, Das im Sinne der Pig. 1 linke "./eilenende ist in einem Lager 22 abgestützt, das in einer einstückig am Haschinenhauptgehau.se 11 angeformten Eorizontalwand angeordnet ist. Das andere Wellenende ist in einem Lager 25 abgestützt, welches in einer getrennten "Stirnwand 26 angeordnet ist.

Bei dera gezeigten Ausführungsbeispiel endet das Innengehäuse 13 eine bestimmte Strecke vor dem offenen Ende des Außenge-

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häuses 11. lime innere Ringnut 28 mit einer radial verlaufenden Außenwand 30, einer radial verlaufenden Innenwand 31

,in und einem axial verlaufenden iiutgrund 32 ist' den verstärkten Abschnitt 34- des Außengehäuses 11 in der Nähe des offenen G-ehäuseendes eingearbeitet. Zwischen der Stirnwand 26 und dem Maschinengehäuse 11 liegt eine Verriegelung 35 (Figo 1). Die Verriegelung besteht aus einem ersten, unterteilten, scherbelasteten Riegel 39 und einem Tragkeil 40.

¥ie 3?ig_e 1 am deutlichsten zeigt, ist in der Stirnwand 26 eine ringschulterförmige Ausnehmung 27 mit einer radial verlaufenden, den Außenumfang der Stirnwand durchsetzenden Bodenfläche 36 und einer axial verlaufenden Grundfläche 37 ausgebildet, die senkrecht zur Bodenfläche 36 verläuft und die Stirnfläche der Stirnwand 26 durchsetzt. In zusammengebautem Zustand liegt die Bodenfläche 36 der schulterförmigen Ausnehmung 27 zwischen den durch die beiden radial verlaufenden Wände 30 und 31 der Nut 28 im Gehäuse 11 definierten Vertikalebenen„ Der Scherriegel 39 befindet sich in der Ringnut 28 und sitzt auf die weiter unten im einzelnen beschriebene Weise an der Außenwand 30 und dem Nutgrund 32 der Ringnut 2S. Der Scherriegel 39 steht nach unten in die Gehäuseöffnung vor, so daß die Innenfläche des Riegels zumindest teilweise an der Bodenfläche 36 der schulterförmigen Ausnehmung 27 anliegt_o Die Anlagefläche zwischen der Bodenfläche 36 der AusaehWWg 27 *** der Innenfläche des

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Scherriegels 39 ist ausreichend groß, um die innerhalb ■der zugelassenen Grenzen auftretenden Beanspruchungen während des Betriebs der Maschine unter lastbedingungen auszuhälten.

Zwischen der Unterseite des Scherriegels 39 und der axial verlaufenden G-rundfläche 37 der Ausnehmung 27 befindet sich ein Iragkeil 40 in Form eines kreisförmigen Rings von recht-

/Querschnitt eckigem Querschnitt, der mit dem'des Bodenabschnitts der

Ausnehmung 27 übereinstimmt.

Der Scherriegel 39 besteht aus vier getrennten Segmenten 50, 51» 52 und 53, um ein Einsetzen in die Hut zu ermöglichen· Die Endfläche jedes Segments ist derart ausgebildet, daß sich im zusammengebauten Zustand drei axial verlaufende Verbindungsstellen 56» 57 und 58 sowie eine radial verlau- " fende Verbindungsstelle 59 ergeben. Jede an einer Verbindungsstelle befindliche Segmentfläche ist exakt bearbeitet, so daß die Segmente nach dem Einsetzen in die Gehäusenut wirkungsmäßig einem einteiligen Scherring entsprechen. Beim Einsetzen der 'Scherringsegmente in die Nut wird der Tragkeil oder -ring in die Ausnehmung 27 der Stirnwand 26 eingeschoben und die Stirnwand seitlich zur Gehäuseöffnung verschoben, so daß der Soherriegel in Anlage sowohl an die Bodenfläche 36 der Stirnwand als auch die Gehäusenut angedrückt wird. In dieser Lage wird der !Dragkeil durch Senk-

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schrauben 49 gesichert, um eine weitere Verschiebung oder Fehlausrichtung der Vorrichtung zu verhindern.

Der Tragring 40 dient außerdem zur Übertragung radial gerichteter Kräfte von der Stirnwand 26 zum Scherriegel 39. Vorzugsweise ist die Axialbreite des Tragrings 40 derart gewählt, daß die auf den Scherriegel 39 einwirkenden Radialkräfte im Sinne der Fig. 1 links vom Schwerpunkt 65 (Fig. 3) des Scherriegels- 39 angreifen. In entsprechender V/eise ist die Anlagefläche zwischen der Bodenfläche 36 der schulterförmigen Ausnehmung 27 und dem Scherriegel 39 derart gewählt, daß die sich ergebenden Axialkräfte auf den Scherriegel 39 unterhalb seines Schwerpunkts 65 einwirken. Diese Kräfte sind in dem Kräftediagramm gemäß Fig. 3 mit F und I"" bezeichnet. Da die Anlageflächen zwischen dem Scherriegel, der Stirnwand und dem Tragkeil bekannt sind, lassen sich die Kräfte F und F^ und somit die dadurch bedingten Kipp- oder Biegemomente für eine irgend betrachtete Belastung der Maschine ermitteln.

Wie Fig.. 3 zeigt, ist der Scherriegel 39 auf seiner Ober- und Außenseite jeweils mit einem hochstehenden, polster-■förmigen Ansatzstück 67 bzw. 68 zur Kippmomentsteuerung versehen. Diese Ansatzstücke sind derart ausgebildet, daß sie am Nutgrund und der Außenwand der Ringnut 28 ansitzen, und geometrisch derart gelegen, daß sie auf den Riegel ein-

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wirkende Drehmomente erzeugen, die im wesentlichen gleich groß wie die, jedoch entgegengesetzt zu den durch die kraftc l·¹ raid 3?^t;" hervorgerufenen Momenten sind. Infolgedessen heben sich die um den Schwerpunkt des Siegels 39 hervorgerufenen üipxjmomente im wesentlichen auf, und der Riegel wird unter dem Einfluß einer Eompressionskraft gegen das 'kaschinengehlluse angedrückt.

Die Anlageflächen jedes Ansatzstückes sind derart bemessen,

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da:3 die sich ergebenden Kräfte i¹ und 3?^ in einer bestimmten, errechneten Entfernung vom Schwerpunkt des-Riegels 39 angreifen. In der Iraxis wird der polsterfÖrmige Ansatz 67

ρ ρ derart gelegt, daß das I-Ioment 1? χ d gleich dem Moment

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Ir ;: d ist. In entsprechender ¥eise ist die Lage des" Ansatzes 68 derart gewählt, da:3 das Moment Y^J χ dP gleich dem Moment Έ χ d ist.

Da sich die Biegemonente auf die oben beschriebene Weise aufheben, wird die Verformung- des Halteriegels wesentlich herabgesetzt und seine Belastbarkeit erheblich gesteigert. Die Druckkräfte werden in eine radial verlaufende Kraft

ϊ¹", die auf den ITutgrund der Innennut 28 einwirkt, und eine axial verlaufende Kraft I zerlegt, die an die radiale Außenwand 30 der Hut 28 übertragen wird.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   [1.) Scherringverschluß zur Verriegelung einer in der Öffnung eines Gehäuses eines Drucktehälters angeordneten Stirnwand, wobei im Gehäuse an der Innenfläche der Öffnung eine Ringnut mit einer radial verlaufenden Außenwand in der ITähe des äußeren G-ehäuseendes, einer radial verlaufenden Innenwand und einem zwischen Innen- und Außenwand axial verlaufenden Nutgrund ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringnut (28) ein radial nach innen verlaufender, teilweise in die Gehäuseöffnung 02) vorstehender, scherbelasteter Riegel (59) angeordnet und

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   am Außenumfang der Stirnwand(2β) eine schulterförmige AusnehmungΓ27)ausgebildet ist, die eine zwischen der Innen- und Außenwand (30, 31) der Ringnut (28) gelegene, an dem in die Gehäuse öffnung vorstehenden Abschnitt der Innenfläche des Riegels (59) anliegende Bodenfläche (36) und eine senkrecht zu dieser verlaufende, die Außenfläche der Stirnwand (26) durchsetzende Axialfläche 07) aufweist, daß in Anlage an der Boden- und Axialfläche der Ausnehmung (27) ein üiragkeil (40) sitzt, der mit seiner Außenfläche an der Unterseite des Riegels (39) anliegt und diesen in der Ringnut (28) hält, und daß der Riegel (39) mit zwei hochstehenden Ansatzstücken (67, 68) zur Kippmoment steuerung versehen ist, von denen das eine (67)

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   am Nutgrund (32) der Ringnut (28) und das andere (68) an der radial verlaufenden Nut-Außenwand (30) des-Gehäuses (11) anliegt und die bezüglich des Schwerpunktes (65) des Riegels (39) geometrisch derart gelegen sind, daß die darauf von dem üragkeil (40) und der Bodenfläche (36) der in der Stirnwand (26) ausgebildeten Ausnehmung (27) ausgeübten Kippmomente im wesentlichen ausgeglichen werden.
2. 2. Scherringverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (39) zwecks Einsetzens in die Gehäuse-Ringnut (2S) in Segmente (50, 51, 52, 53) unterteilt ist.
3. 3. Scherringverschlui3 nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkeil (40) als an der Stirnwand (26) befestigter, kreisförmiger Ring ausgebildet ist.
4. 4. Scherringverschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt (65) des Riegels (39) außerhalb der Ebene der Außenfläche des Tragkeils (40) und des Außenumfangs der Stirnwand (26) gelegen ist.
5. 5. Scherringverschluß nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansatzstücke

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   (67» 68) eine vorgegebene Pläche aufweisen und die vom Gehäuse (11) auf den Riegel (39) ausgeübten Momente im wesentlichen entgegengesetzt gleich groß wie die von der Stirnwand (26) auf den Riegel ausgeübten Momente sind«

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