DE102005025086A1 - Anordnung zum Feinauswuchten des Rotors eines Gasturbinentriebwerks - Google Patents
Anordnung zum Feinauswuchten des Rotors eines Gasturbinentriebwerks Download PDFInfo
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Feinauswuchten des in vollständig montiertem Zustand von einem Außen- und einem Innengehäuse umgebenen Rotors eines Gasturbinentriebwerks.
- Die Rotoren der Kompressoren und Turbinen eines Gasturbinentriebwerks rotieren mit sehr hoher Geschwindigkeit. Nicht richtig ausbalancierte Rotoren verursachen daher ein Durchbiegen der Welle, das zu Spielüberbrückungen und zum Anstreifen des Rotors an feststehenden Teilen führen kann. Die damit entstehenden hohen Laufspalte führen jedoch zu einem Wirkungsgradverlust. Des Weiteren werden unerwünschte Vibrationen verursacht mit der Folge eines vorzeitigen Lagerverschleißes oder akuten Lagerschäden. Die Lebensdauer der Rotorkomponenten wird dadurch erheblich eingeschränkt. Das Auswuchten erfolgt bekanntermaßen durch Hinzufügen von Gewichten oder Materialentnahme an den rotierenden Bauteilen.
- Das Ausbalancieren der mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Rotoren eines Gasturbinentriebwerks erfolgt zunächst bei der Herstellung der rotierenden Einzelteile des Triebwerks durch Materialentnahme an den Einzeltrommeln. Anschließend wird der Rotor in zusammengebautem Zustand ein zweites Mal ausgewuchtet. Nachdem das Triebwerk mit dem in einem Innen- und einem Außengehäuse untergebrachten Rotor vollständig montiert ist, sind lediglich kleinere Korrekturen an der Niederdruckwelle möglich, während ein Feinauswuchten, das heißt, das Beseitigen von Restunwuchten an der in zusammengebautem Zustand des Gas turbinentriebwerks schwer zugänglichen Hochdruckwelle mit von einem Außengehäuse und einem Innengehäuse umgebenen Rotoren praktisch nicht möglich ist oder erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Auch eine Restunwucht an der Hochdruckwelle kann noch zu erheblichen Vibrationen und den damit verbundenen Folgeschäden führen.
- Die
US 5 545 010 beschreibt eine Vorrichtung zum Auswuchten eines Gasturbinentriebwerks, bei der der Zugang zu den rotierenden Komponenten mit den erforderlichen Ausgleichsgewichten in einem von einem Außengehäuse umgebenen Zustand erfolgt. Die Vorrichtung umfasst einen an einer Außenfläche an der Eingangsseite des Kompressors zusätzlich angebrachten oder integral angeformten Ring mit radial in gleichmäßigem Abstand ausgebildeten Gewindebohrungen zum Ein- oder Ausschrauben von Auswuchtgewichten. Der Zugang zu dem Ring mit den Gewindebohrungen bzw. Ausgleichsgewichten erfolgt hier über eine in der Wand des Lufteinlasskanals zum Kompressor vorgesehene, zu den Gewindebohrungen ausgerichtete Öffnung. Die hier offenbarte Anordnung ist insofern nachteilig, als der Ring ein relativ hohes Gewicht aufweist und die Zugänglichkeit über den Gaspfad nur an der ersten Rotorstufe am Kompressor möglich ist. Die Auswuchtgewichte sind nahe dem Lager und in einem Bereich geringen Durchmessers angebracht. Das ist rotordynamisch wenig effektiv und erfordert entsprechend große Gewichte. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Feinauswuchten des in vollständig montiertem Zustand von einem Außen- und Innengehäuse umgebenen Rotors eines Gasturbinentriebwerks anzugeben, die bei geringem Eigengewicht und mit nur kleinen Auswuchtgewichten ein effektives Feinauswuchten des Rotors ermöglicht.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Anordnung gelöst. Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
- Der Kern der Erfindung besteht in der regelmäßig beabstandeten Anordnung von mit einer Durchgangsbohrung mit Innengewindeabschnitt versehenen Einsetzkörpern in der die Schaufelfüße der Rotorschaufeln aufnehmenden Umfangsnut der hinteren Rotorschreiben des Kompressors oder der Turbine. Die Durchgangsbohrung des jeweiligen Einsetzkörpers liegt in einer bestimmten Rotorposition in einer Flucht mit jeweils einer im Innen- und im Außengehäuse des Rotors vorgesehenen Öffnung, über die beim Auswuchten ein Führungsrohr zum Zuführen und Einschrauben einer Auswuchtschraube und zum Führen eines Werkzeugs an die Durchgangsbohrung anschließt. Dadurch ist es mit geringem Aufwand möglich, in zusammengebautem Zustand des Triebwerks, das heißt, nach der Endmontage oder nach Reparaturen, verbleibende Restunwuchten zu beseitigen und somit die Lebensdauer des Triebwerks zu verlängern. Das Auswuchten erfolgt zudem in einem rotordynamisch optimalen Bereich, das heißt, es kann – mit geringem zusätzlichen Gewicht – weit außen an den Rotorscheiben und in einem mittleren Teil des Rotors durchgeführt werden. Aufgrund der Nutzung der vorhandenen Umfangsnuten kann das Auswuchtsystem mit geringem Aufwand in vorhandene Triebwerke eingebaut werden. Im Vergleich mit bekannten Gewichtsausgleichssystemen ist der Kosten- und Gewichtsaufwand gering.
- In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Einsetzkörper so ausgebildet, dass die Durchgangsbohrung senkrecht oder in spitzem Winkel zur Rotorachse ausgerichtet ist und die Öffnungen im Innen- und Außengehäuse senkrecht über der Umfangsnut oder entsprechend versetzt zu dieser angeordnet sind. Bei schräger Ausrichtung der Durchgangsbohrung kann auch ein im Innengehäuse vorhandener Luftentnahmeschlitz als Öffnung fungieren.
- In Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Einsetzkörper aus einem an den Nutquerschnitt angepassten Basisteil und einem daran anschließenden Gewindeteil zur Aufnahme der Auswuchtschraube.
- Die Außenumfangsfläche des Einsetzkörpers wird von den Ausnehmungen benachbarter Schaufelplattformen umfasst. Die Auswuchtschraube ist, um deren Lösen im Betrieb zu verhindern, mit einer Selbstsicherung ausgestattet.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine detaillierte Schnittansicht einer von einem Innen- und Außengehäuse umgebenen hinteren Rotorstufe des Kompressors eines Gasturbinentriebwerks während des Einsetzens eines Auswuchtgewichtes; -
2 eine Ansicht nach1 , jedoch im Betriebszustand des Triebwerks nach Abschluss des Auswuchtens; -
3 eine vergrößerte Darstellung eines in die Umfangsnut einer Rotorscheibe des Kompressors eingefügten Einsetzkörpers; -
4 einen Längsschnitt mit einem zwischen zwei Rotorschaufeln in der Umfangsnut angeordneten Einsetzkörper; und -
5 eine Schnittdarstellung einer anderen Rotorstufe, bei der das Auswuchtgewicht über einen im Innen gehäuse vorhandenen Schlitz in einen schräg angeordneten Einsetzkörper eingebracht wird. - In den Zeichnungsfiguren bezeichnen bei einem Triebwerk die Bezugszeichen
1 das Außengehäuse,2 das Innengehäuse und3 den Rotor, hier eine hintere Rotorstufe des Kompressors. In dieser hinteren Rotorstufe sind die Rotorschaufeln4 in eine am Außenumfang der Rotorscheibe5 vorgesehene Umfangsnut6 eingesetzt. In der Umfangsnut6 befinden sich weiterhin mehrere, in regelmäßigem Abstand am Umfang verteilt angeordnete Einsetzkörper7 . Der Einsatzkörper7 umfasst ein der Querschnittsform der Umfangsnut6 angepasstes Basisteil8 , ein Gewindeteil9 , das in gegenüberliegende Ausnehmungen von zwei aneinander grenzenden Plattformen10 jeweils benachbarter Rotorschaufeln4 eingeschlossen ist, und eine Bohrung11 mit einem Innengewindeabschnitt12a . Bestandteil der Anordnung zum Feinauswuchten ist ferner eine erste Öffnung13 im Innengehäuse2 und eine zur ersten Öffnung13 senkrecht ausgerichtete zweite Öffnung14 im Außengehäuse1 . In einer bestimmten Drehstellung des Rotors3 fluchten die Bohrungen11 mit den ersten und zweiten Öffnungen13 ,14 , so dass ein diese durchdringendes Führungsrohr15 auf die Bohrung11 des jeweiligen Einsetzkörpers7 aufgesetzt werden kann. Das Führungsrohr15 wird in der Öffnung14 des Außengehäuses fixiert, z.B. über eine Passung oder durch Befestigungsschrauben. Über das Führungsrohr15 kann nun zum Zwecke des Feinauswuchtens des vollständig montierten, von dem Innen- und dem Außengehäuse1 ,2 umgebenen Rotors3 eine Auswuchtschraube16 zu der jeweiligen Bohrung11 im Einsatzkörper7 geleitet und mit einem in das Führungsrohr15 eingeführten Werkzeuges17 in den Einsatzkörper7 eingeschraubt werden. - In einer anderen – in
5 gezeigten – Ausführungsform sind die Einsatzkörper7' mit einer schräg angeordneten, auf einen im Innengehäuse2 ohnehin vorhandenen Luftentnahmeschlitz18 ausgerichteten Bohrung11' ausgebildet. In einer bestimmten Position des Rotors3 liegt die Bohrung11' mit dem versetzt angeordneten Luftentnahmeschlitz18 und der noch weiter versetzt angeordneten zweiten Öffnung14 im Außengehäuse1 in einer Flucht. In diesem Fall kann auf die oben erwähnte erste Öffnung13 im Innengehäuse verzichtet werden. Das Führungsrohr15 wird – fluchtend mit der winklig angeordneten Bohrung11' – schräg durch das Außengehäuse1 und das Innengehäuse2 geführt und auf den Einsetzkörper7' aufgesetzt, um dann die Auswuchtschraube16 zuzuführen und mit dem Werkzeug17 in den Innengewindeabschnitt der Bohrung11' des Einsetzkörpers7' einzuschrauben. - Nach dem Einschrauben der Auswuchtschraube
16 wird das Werkzeug17 und das Führungsrohr15 herausgezogen und die erste und zweite Öffnung im Innen- und im Außengehäuse werden mit einem – in2 dargestellten – Doppelstöpsel19 , der am Außengehäuse1 verschraubt ist, verschlossen. - Mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen können nach der vollständigen Montage oder nach Reparaturen des Triebwerks Unwuchten bzw. Restunwuchten in zusammengebautem Zustand ausgeglichen werden. Das Auswuchten erfolgt – rotordynamisch optimal – in einem weit außen liegenden Durchmesserbereich der Rotorscheibe
5 , so dass das zum Auswuchten erforderliche zusätzliche Gewicht gering ist. Die Anordnung der Einsetzkörper7 ,7' in einem vorgegebenen regelmäßigen Abstand jeweils zwischen zwei Rotorschaufeln4 in den vorhandenen Umfangsnuten6 von Rotorscheiben5 des Kompressors oder der Turbine ist mit geringem Aufwand und bei gleichzeitig niedrigem Gewicht möglich. -
- 1
- Außengehäuse
- 2
- Innengehäuse
- 3
- Rotor
- 4
- Rotorschaufel
- 5
- Rotorscheibe
- 6
- Umfangsnut
- 7, 7'
- Einsetzkörper
- 8
- Basisteil
v.
7 ,7' - 9
- Gewindeteil
v.
7 ,7' - 10
- Plattform
v.
4 - 11, 11'
- Bohrung
v.
7 - 12a
- Innengewindeabschnitt
v.
11 ,11' - 12b
- erweiterter
Durchmesserbereich v.
11 ,11' - 13
- erste Öffnung in
2 - 14
- zweite Öffnung in
1 - 15
- Führungsrohr
- 16
- Auswuchtschraube
- 17
- Werkzeug
- 18
- Luftentnahmeschlitz
- 19
- Doppelstöpsel
Claims (5)
- Anordnung zum Feinauswuchten des in vollständig montiertem Zustand von einem Außengehäuse (
1 ) und einem Innengehäuse (2 ) umgebenen Rotors (3 ) eines Gasturbinentriebwerks, gekennzeichnet durch in die zum Anbringen der Rotorschaufeln (4 ) vorgesehene Umfangsnut (6 ) von mindestens einer der Rotorscheiben (5 ) des Kompressors oder der Turbine in regelmäßigem Abstand eingefügte, zwischen aneinander grenzenden Plattformen (10 ) der Rotorschaufeln (4 ) fixierte Einsetzkörper (7 ,7' ) mit einer einen Innengewindeabschnitt (12a ) aufweisenden radialen Bohrung (11 ,11' ) zur Aufnahme einer Auswuchtschraube (16 ), wobei die jeweilige Bohrung (11 ,11' ) in einer bestimmten Drehstellung des Rotors (3 ) in einer Flucht mit einer ersten Öffnung (13 ) im Innengehäuse (2 ) und einer zweiten Öffnung (14 ) im Außengehäuse (1 ) liegt und zur Zuführung der Auswuchtschraube (16 ) und Führung eines Werkzeugs (17 ) ein vorübergehend angeordnetes Führungsrohr (15 ) die beiden Öffnungen (13 ,14 ) bis zur Bohrung (11 ,11' ) hin durchgreift. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Öffnung (
13 ,14 ) senkrecht übereinander und fluchtend mit einer der Bohrungen (11 ) angeordnet sind und die Öffnungen (13 ,14 ) nach dem Auswuchten durch einen Doppelstöpsel (19 ) verschließbar sind. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (
11' ) in spitzem Winkel zur Axialrichtung und in einer Flucht mit einem versetzt angeordneten, als erste Öffnung fungierenden Luftentnahmeschlitz (18 ) im Innengehäuse und einer noch weiter versetzt angeordneten zweiten Öffnung (14 ) im Außengehäuse (1 ) ausgerichtet ist, wobei die im Außengehäuse (1 ) vorgesehene zweite Öffnung (14 ) durch einen Einfachstöpsel verschließbar ist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsetzkörper (
7 ,7' ) ein an die Querschnittsform der Umfangsnut (6 ) angepasstes Basisteil (8 ) und ein von Ausnehmungen in den aneinander grenzenden Plattformen (10 ) umfasstes Gewindeteil (9 ) aufweist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (
11 ,11' ) im Einsetzkörper (7 ,7' ) einen Innengewindeabschnitt(12a ) aufweist.
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