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Schwungrad mit einem starr mit den Speichen verbundenen Innenkranz
und einem auf diesem aufgespannten Schwungring Die Erfindung betrifft Schwungräder
mit einem mit den Speichen radial unnachgiebig verbundenen Kranz, weiterhin Innenkranz
genannt, auf dein der ,die. eigentlichen Schwungmassen enthaltende Schwungring durch
Schrumpfen oder Spannen befestigt ist. Eine derartige Bauart weisen beispielsweise
viele Schwungräder für Kraftmaschinen auf, ferner die Polräder von Stromerzeugern
und neuerdings auch die Rohrturbinen, deren Laufradkranz das Polrad des 'von derTurbine
angetriebenen Stromerzeugers trägt, wobei die Laufradschaufeln die Speichen des
Schwungrades bilden. Wenn ein Schwungrad mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten laufen
muß, wie dies insbesondere bei Wasserturbinen beim Durchgehen vorkommt -und wobei
die Drehzahl beispielsweise bis auf das Dreifache der Betriebsdrehzahl steigen kann,
dann erreicht die durch die Fliehkraft hervorgerufene radiale Ausweitung des Schwungringes
und des mit ihm verbundenen Innenkranzes recht beträchtliche Werte. Die Speichen,
mit <lein Innenkranz radial unnachgiebig verbunden, müssen dieser Aufweitung
durch Dehnung in radialer Richtung folgen und erleiden dadurch sehr große,
häufig sogar unzulässig hohe Spannungen. Das Befestigen des Schwungringes
auf dem Innenring durch starkes Schrumpfen oder Spannen würde diese großen Zugspannungen
in den Speichen ganz oder mindestens zum Teil durch Druckspannungen ersetzen, die
jedoch ebensowenig erwünscht sind wie die Zugspannungen.
Man 'hat
schon vorgeschlagen, diese Beanspruchungen durch Zwischenschalten einer Dehnstrecke
zwischen jede Speiche und,den Innenkranz in Gestalt einer Feder zu verringern. Diese
Maßnahme hat wohl Erfolg, bereitet aber wegen der erforderlichen Stärke und des
damit verbundenen Platzbedarfs der Federn häufig große Schwierigkeiten.
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Gemäß der Erfindung wird nun an Schwungrädern mit einem starr mit
den Speichen verbun-,denen Innenkranz und einem auf diesem aufgespannten Schwungring
vorgeschlagen, daß der Schwungring mit dem Innenkranz über eine große Anzahl von
gleichmäßig über :den Umfang verteilten, axial gerichteten elastischen Stäben verbunden
ist, die mit ihren Enden in axialen Bohrungen von Ringflanschen ,am Innenkranz bzw.
am Schwungring und zwischen ihren Endpunkten, vorzugsweise mit ihrer Mitte, in axialen
Bohrungen eines Ringflansches am Schwungring bzw. am Innenkranz liegen. Die Federn
oder federnden Elemente sind demnach nicht mehr an den räumlich begrenzten Verbindungsstellen
zwischen jeder Speiche und dem Innenkranz, sondern in großer Anzahl längs des gesamten.
Umfanges zwischen Innenkranz und Schwungring angeordnet. Bei der großen Zahl der
elastischen Stäbe, beispielsweise bei einem Rad von 5 m Durchmesser mindestens 3oo
Stück, wird ihre Dicke sehr gering, und sie lassen sich leicht unterbringen. Der
Schwungring umgibt,den Innenkranz mit radialem Zwischenraum und ist gegen denselben,durch
die federnden Stäbe zentriert. Wenn sich der Schwungring beim Umlaufen aufweitet,
biegen sich fie elastischen Stäbe gleichmäßig durch, ohne daß auf die Speichen unzulässig
hohe Kräfte ausgeübt werden.
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Nach einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes dienen zur Lagerung
,der elastischen Federstäbe vorgesehene Ringflansche des Innenkranzes oder/und,des
Schwungringes gleichzeitig izur gegenseitigen radialen Führung zwischen Innenkranz
und Schwungring. Vorzugsweise zwei achssenkrechte Flächen von Ringflanschen liegen
an. entsprechenden Gegenflächen des jeweils anderen Schwungradteiles an und verhindern
ohne Anordnung zusätzlicher Bauteile axiale Verschiebungen zwischen Innenkranz und
Schwungring, während ,die gegenseitigen radialen Bewegungen nicht behindert werden.
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Eine weitere Fortbildung des Schwungrades besteht darin, daß der Schwungring
in einen leichten Grundring und einen schweren, die Hauptmasse tragenden Außenring
unterteilt ist und daß der bzw. die Ringflansche mit den axialen Bohrungen für die
Federstäbe in dem leichteren Grundring angeordnet sind, Diese Teilung ergibt herstellungstechnisch
bedeutende Vorteile. Weiterhin ermöglicht dies ein Aufschrumpfen oder Aufspannen
des Außenringes auf den Grundring, wodurch letzterer zusammengepreßt wird- und die
Biegungsstäbe entgegengesetzt zu der durch die Fliehkräfte bewirkten Biegungsrichtung
durchgebogen werden. Beim Umlauf des Schwungrades beginnen sich die Teile des Schwungringes
aufzuweiten, und zwarder schwerere Außenring mehr als der leichte Grundring. Hierdurch
nimmt die durch die Vorspannung erzeugte Durchbiegung .der- elastischen Stäbe ab
und geht mit zunehmender Drehzahl durch den Wert Null in die entgegengesetzte Richtung
über. Durch diese besondere Ausbildung werden die höchsten auftretenden Beanspruchungen
der Biegestäbe, des Grundringes und der Speichen wesentlich herabgesetzt.
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An breiten Schwungrädern besteht eine günstige Fortbildung des Erfindungsgegenstandes
darin, .daß zwei oder mehrere Reihen von am Umfang verteilten elastischen Stäben
sowie entsprechende zu ihrer Lagerung dienende Ringflansche des Innenkranzes und
des Schwungringes bzw. Grundringes in axialer Richtung nebeneinander angeordnet
sind.
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Bei .größeren Kräften besitzen die die Enden der elastischen Stäbe
aufnehmenden Bohrungen in den Flanschen des Innenkranzes und Schwungringes bzw.
Grundringes in vorteilhafter Weise Aufweitungen zum Vermeiden schädlicher Kantenpressung,
wobei die Aufweitungen vorzugsweise den Biegelinien .der elastischen Stäbe angepaßt
sind.
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In der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch den Kranz eines gemäß
der Erfindung ausgebildeten Rohrturbinenlaufrades als Ausführungsbeispiel dargestellt.
Der als Innenkranz dienende Lau.fra@dkranz z des hier dargestellten sehr breiten
Laufrades ist neben radialer Teilung auch axial in zwei Teile unterteilt und mit
den Flanschen 2 und 3 zusammengeschraubt. Zwischen seinen beiden Stirnflanschen
4 und 5 ist der Grundring 6 mit dem Außenring (Polring) 7 radial geführt. Der Grundring
ist mit den Flanschen 8 und 9 versehen. Die in zwei Reihen gleichmäßig über den
Radumfang verteilten elastischen Stäbe 16 und 17 sind mit ihren Enden in
Bohrungen ro, fr, x2 und 13 der Flansche 2, 3, 4 und 5 des Innenkranzes (Laufradkranzes)
und in der Mitte in Bohrungen 14, 15 der Flansche 8, 9 des Grundringes angeordnet.
Zur Vermeidung zu hoher Kantenpressungen sind sämtliche Bohrungen entsprechend den
Stabdurchbiegungen aufgeweitet. Sollte sich eine Belastung der Biegestäbe außerhalb
ihrer Mitte in besonderen Fällen als günstiger erweisen, so liegt nichts im Wege,
die Lage der diesbezüglichen Flansche des Grundringes entsprechend zu wählen. Der
Raum zwischen dem Laufradkranz und dem Grundring wird zur Schmierung der Stäbe und
der Bohrungen zweckmäßig mit einem geeigneten Schmiermittel angefüllt; die hierzu
noch erforderlichen Dichtungen und anderen Vorkehrungen sind nicht dargestellt.