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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Rotationsmaschinen
und insbesondere eine Auswuchtelementanordnung für eine umlaufende Komponente
in einer Rotationsmaschine.
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Bei
der Herstellung von Rotationsmaschinen, wie beispielsweise Turbomaschinen,
stellt die Endauswuchtung von umlaufenden Komponenten einen wesentlichen
und wichtigen Schritt dar. Zusätzlich
zu der Endauswuchtung nach der Herstellung ist eine periodische
Neuauswuchtung der rotierenden Komponenten erforderlich, um eine
richtige Funktionsweise und lange Betriebslebensdauer sicherzustellen.
Eine Auswuchtung wird gewöhnlich
dadurch erreicht, dass Gewichte zu der rotierenden Komponente, z.
B. einem Rotor, hinzugefügt
oder von dieser entfernt werden, um Abweichungen bei der Geradheit
des Rotors und an dem Rotor montierten Komponenten, wie beispielsweise
Laufschaufeln und Abdeckungen, auszugleichen oder Schwingungsniveaus, auf
denen die Turbomaschine arbeitet, zu senken.
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Die
Gewichte sind gewöhnlich
in Gewichtsnuten oder -öffnungen
montiert, die in dem Rotorkörper
ausgebildet sind. Zur Verwendung bei der Herstellung der Turbomaschine
bestimmte Gewichtsnuten weisen gewöhnlich einen T-förmigen oder schwalbenschwanzartigen
Querschnitt auf. Andere Ausgleichsgewichte enthalten entlang des
Rotorkörpers
positionierte Gewindestopfen. Ausgleichsgewichte sind gewöhnlich ein-
und bis fünfmal
länger als
ein Luftspalt, d. h. die Lücke,
die zwischen dem Rotorkörper
und einem Stator vorhanden ist, oder ein Eintrittsspalt, d. h. die
Lücke,
die Zugang zu dem Luftspalt einer Rotationsmaschine bietet. Somit
ist ein Austausch von Gewichten, wenn der Rotor in der Turbomaschine
eingebaut ist, nicht möglich.
Folglich muss der Rotor abmontiert, zu einer Auswuchteinrichtung
gebracht, ausgewuchtet und wieder in Betrieb genommen werden. Dieser
Prozess kann ohne weiteres 2–3
Wochen dauern, was die Maschinenstillstandszeit deutlich erhöht. Jeden
Tag, an dem die Turbomaschine außer Betrieb ist, kann beispielsweise
ein Kraftwerk erhebliche Erträge
verlieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Rotationsmaschine ein stationäres, feststehendes
Element und ein umlaufendes Element, das relativ zu dem stationären Element
bewegbar ist. Das umlaufende Element enthält wenigstens einen Abschnitt
bzw. Teil zur Aufnahme einer Auswuchtelementanordnung, wobei der
Auswuchtelementanordnungs-Aufnahmeabschnitt
mehrere Innengewindegänge
aufweist. Die Rotationsmaschine enthält ferner eine Auswuchtelementanordnung,
die ein erstes und ein damit verriegelbares zweites Auswuchtelement
aufweist. Sowohl das erste als auch das zweite Auswuchtelement enthalten mehrere
Außengewindegänge, die
mit den Innengewindegängen
des wenigstens einen Auswuchtelementanordnungs-Aufnahmeabschnitts
wirkungsmäßig verbunden
sind. Bei dieser Einrichtung ermöglicht
die Auswuchtelementanordnung eine dynamische Auswuchtung für das umlaufende
Element.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zur Auswuchtung
eines umlaufenden Elementes einer Rotationsmaschine ein Freilegen
eines an dem umlaufenden Element vorgesehenen Aufnahmeabschnitts
für eine
Auswuchtelementanordnung, ein Einführen eines ersten Auswuchtelementes
in den Aufnahmeabschnitt für
die Auswuchtelementan ordnung bis zu einer ersten Tiefe und ein Verriegeln
eines zweiten Auswuchtelementes mit dem ersten Auswuchtelement.
Das Verfahren enthält
ferner ein Einbringen des zweiten Auswuchtelementes in den Aufnahmeabschnitt
für die
Auswuchtelementanordnung bis zu einer zweiten Tiefe, während gleichzeitig
das erste Auswuchtelement in den Aufnahmeabschnitt für die Auswuchtelementanordnung
bis zu einer dritten Tiefe eingetrieben wird.
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An
dieser Stelle sollte darauf hingewiesen werden, dass die beispielhaften
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung eine Auswuchtelementanordnung ergeben, die
in einen Abschnitt zur Aufnahme der Auswuchtelementanordnung eingeführt werden
kann, ohne dass eine Demontage der Rotationsmaschine erforderlich
ist. Dies bedeutet, dass die mehreren gegenseitig verriegelbaren
Komponenten ohne das Erfordernis einer Demontage der Turbomaschine
einzeln an dem Rotor montiert werden. Auf diese Weise verkürzt die
vorliegende Erfindung die Stillstandszeit einer Rotationsmaschine,
wodurch die Betriebsleistung und Wirtschaftlichkeit erhöht und Betriebs-
sowie Instandhaltungskosten reduziert werden.
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Auf
jeden Fall werden weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der verschiedenen
Aspekte einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung aus der folgenden detaillierten Beschreibung ohne weiteres
offenkundig, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen
wird, in denen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den
unterschiedlichen Ansichten bezeichnen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematisierte Ansicht eines Teils einer Rotationsmaschine,
die als eine Turbomaschine veranschaulicht ist, einschließlich einer Auswuchtelementanordnung,
die gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
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2 zeigt
eine ausschnittsweise perspektivische Explosionsansicht von Auswuchtelementanordnungen
vor und nach dem Einbau in eine umlaufende Komponente der Turbomaschine;
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3 zeigt
eine Perspektivansicht eines verriegelbaren Auswuchtelementes der
Auswuchtelementanordnung gemäß der beispielhaften
Ausführungsform
mit Blick von oben rechts;
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4 zeigt
eine auf ein unteres linkes Ende blickende Perspektivansicht des
Verriegelungsauswuchtelementes nach 3;
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5 zeigt
eine im Querschnitt dargestellte explodierte Teilansicht eines umlaufenden
Elementes, das ein erstes Auswuchtelement einer Auswuchtelementanordnung
gemäß der beispielhaften
Ausführungsform
aufnimmt;
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6 zeigt
eine im Querschnitt dargestellte explodierte Teilansicht des umlaufenden
Elementes nach 5 unter Veranschaulichung der
Aufnahme eines mit dem ersten Auswuchtelement verriegelten zweiten
Auswuchtelementes; und
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7 zeigt
eine im Querschnitt dargestellte explodierte Teilansicht des umlaufenden
Elementes nach 6 unter Veranschaulichung, wie
ein mit dem ersten und dem zweiten Auswuchtelement verriegeltes
drittes Auswuchtelement aufgenommen wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Indem
zuerst auf 1–2 Bezug
genommen wird, ist dort eine als eine Turbomaschine veranschaulichte
Rotationsmaschine, die gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, allgemein mit 2 bezeichnet. Die
Turbomaschine 2 enthält
ein feststehendes, stationäres
Element oder einen Stator 4, das bzw. der mehrere aneinander
gestapelte Bleche aufweist, wie sie allgemein bei 6 angezeigt
sind und die durch einen Flansch 8 an Ort und Stelle gehalten
sind. Die Turbomaschine 2 enthält ferner ein umlaufendes Element
oder einen Rotor 10, das bzw. der einen Hauptkörper 11 mit
einer Außenfläche 13 enthält, die
durch einen Luftspalt 15 von dem Stator 4 beabstandet
angeordnet ist. Ein Zugang zu dem Luftspalt 15 wird über einen
Eintrittsspalt 17 erhalten, der sich neben dem Flansch 8 befindet.
Der Rotor 10 ist veranschaulicht, wie er mehrere Auswuchtelementaufnahmeabschnitte 20–23 enthält, von
denen jeder eine Halte- bzw. Befestigungseinrichtung in Form mehrerer
Innengewindegänge 24 enthält, wie
sie beispielsweise in Verbindung mit dem Auswuchtelementaufnahmeabschnitt 20 veranschaulicht
sind. Natürlich
können auch
verschiedene sonstige Halte- bzw. Befestigungskonfigurationen eingesetzt
werden, wie sie verwendet werden, um eine feste und/oder eine wahlweise
verstellbare Verbindung zwischen zwei Teilen zu erreichen. Obwohl
dies nicht veranschaulicht ist, sollte es verständlich sein, dass an radial
und axial zueinander beabstandeten Stellen entlang des Rotors 10 weitere
Auswuchtelementaufnahmeöffnungen
vorgesehen sind. Wie dies in größeren Einzelheiten
nachstehend beschrieben ist, ist in einem oder mehreren der mehreren
Auswuchtelementaufnahmeabschnitte 20–23 ein Gewicht oder
eine Auswuchtelementanordnung 40 montiert, um ein dynamisches Gleichgewicht
für den
Rotor 10 zu erzielen. Die Größe, Anzahl, Lage und Materialzusammensetzung
jeder Komponente der Auswuchtelementanordnung ist von ei ner bestimmten
Anforderung hinsichtlich der Auswuchtung für den Rotor 10 abhängig.
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Wie
in 2 veranschaulicht, enthält die Auswuchtelementanordnung 40 mehrere
gegenseitig verriegelbare bzw. ineinander greifende Komponenten.
Insbesondere enthält
die Auswuchtelementanordnung 40 ein erstes verriegelbares
Ausgleichs- bzw.
Auswuchtelement 43, ein zweites verriegelbares Ausgleichs-
bzw. Auswuchtelement 46 und ein drittes verriegelbares
Ausgleichs- bzw. Auswuchtelement 49. Wie dies nachstehend
näher beschrieben ist,
ist jedes der Verriegelungsauswuchtelemente derart bemessen, dass
es leicht in den Luftspalt 15 und den Eintrittsspalt 17 eingeführt werden
kann, so dass der Rotor 10 ausgewuchtet werden kann, ohne von
der Turbomaschine 2 gelöst
werden zu müssen. Dies
bedeutet, dass die Größe der Auswuchtelemente 43, 46 und 49 in
einem Bereich zwischen etwa 1 Zoll (2,54 cm) und 5 Zoll (12,7 cm)
liegt. Natürlich
ist die spezielle Größe der Auswuchtelemente
von der Materialzusammensetzung und der Art und Größe der Maschine,
die ein Auswuchten erfordert, abhängig.
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Da
alle Auswuchtelemente 43, 46 und 49 hinsichtlich
ihrer Form im Wesentlichen ähnlich
sind, folgt lediglich eine detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme
auf 3 und 4 zur Beschreibung des Auswuchtelementes 43,
wobei verständlich
ist, dass die Auswuchtelemente 46 und 49 eine
entsprechende oder gleiche Struktur enthalten. Wie veranschaulicht,
enthält
das Auswuchtelement 43 einen Hauptkörperabschnitt 60 mit
einem ersten Endabschnitt 61 und einem zweiten Endabschnitt 62, die über einen
Zwischenabschnitt 63 miteinander verbunden sind. Der Zwischenabschnitt 63 enthält eine
Halte- bzw. Befestigungseinrichtung, die in Form mehrerer Außengewindegänge veranschaulicht
ist, die bei 65 allgemein angezeigt sind und sich zwischen
dem ersten Endabschnitt 61 und dem zweiten Endab schnitt 62 erstrecken,
wobei sie den Zwischenabschnitt 63 im Wesentlichen überspannen.
Das Auswuchtelement 43 enthält ein erstes Verbindungselement 72,
das in Form eines ausgesparten, vertieften Bereiches 74 veranschaulicht
ist, der in dem ersten Endabschnitt 61 ausgebildet ist.
Der ausgesparte Bereich 74 weist eine hexagonale Gestalt
auf und ist dazu bestimmt, ein Werkzeug, beispielsweise einen Sechskantschlüssel, aufzunehmen.
Natürlich
können auch
verschiedene andere Formen, wie beispielsweise Schlitze oder Quadrate,
sowie andere Treibeinrichtungen verwendet werden. Das Auswuchtelement 43 ist
ferner veranschaulicht, wie es ein zweites Verbindungselement 80 enthält, das
in Form eines hexagonalen Vorsprungs 84 veranschaulicht
ist, der von dem zweiten Endabschnitt 63 aus vorragt. In ähnlicher
Weise, wie vorstehend beschrieben, könnte das zweite Verbindungselement 80 verschiedene Formen
einnehmen, wobei jedoch, obwohl dies nicht zwingend erforderlich
ist, in einigen Ausführungsformen
das erste und das zweite Verbindungselement 72 und 84 einander
hinsichtlich der Größe und Gestalt
entsprechen.
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In
der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist das Auswuchtelement 43 beispielsweise
wenigstens entweder aus Edelstahl, Wolfram oder Berylliumkupfer
oder aus Kombinationen, die einen oder mehrere der vorerwähnten Werkstoffe
enthalten, ausgebildet. Das spezielle Material, das verwendet wird,
kann variieren und hängt
von der Größe der Auswuchtkorrektur
ab, die der Rotor 10 erfordert. Zu diesem Zweck können auch
zahlreiche weitere Werkstoffe, die verschiedene Dichten aufweisen,
eingesetzt werden. In jedem Fall ist die Gesamtmasse des Auswuchtelementes 43 durch
die Materialzusammensetzung, die Länge, d. h. das Volumen, und die
relative radiale Position bestimmt. Auf diese Weise kann die Auswuchtelementanordnung 40 an
bestimmte Anforderungen einer speziellen Anwendung genau angepasst
werden. Dies bedeutet, dass die Auswuchtelementan ordnung 40 aus
mehreren gegenseitig verriegelbaren Komponenten, z. B. den Auswuchtelementen 43, 46 und 49,
ausgebildet ist, die die gleichen oder unterschiedliche Eigenschaften aufweisen
können,
je nach der Größe der Unwuchtkorrektur
oder des Gewichtausgleichs, die bzw. der erforderlich ist, um einen
Unwuchtzustand eines speziellen Rotors 10 zu kompensieren,
wie dies nachstehend in größeren Einzelheiten
beschrieben ist. Jedes Auswuchtelement 46 und 49 ist
veranschaulicht, wie es entsprechende erste und zweite Verbindungselemente 91, 92 bzw. 94, 95 enthält.
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Nachdem
eine Ausführungsform
eines Aufbaus einer Auswuchtelementanordnung 40 beschrieben
ist, wird nun auf 5–7 Bezug
genommen, um ein beispielhaftes Verfahren zur Montage der Auswuchtelementanordnung 40 in
dem Rotor 10 zu beschreiben. Wie veranschaulicht, wird
das erste Auswuchtelement 43 beispielsweise in den Auswuchtelementaufnahmeabschnitt 20 eingeführt. Wenn
es sich in Stellung befindet, wird ein (nicht veranschaulichtes)
Werkzeug, das einen Sechskantschlüssel verwendet, in das erste
Verbindungselement 72 eingebracht. An diesem Punkt wird
das Auswuchtelement 43 in den Rotor 10 bis zu
einer ersten Tiefe, die mit „A" angezeigt ist, z.
B. bis der erste Endabschnitt 61 an die Außenfläche 13 angrenzt,
eingedreht oder eingeschraubt.
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Wenn
das Auswuchtelement 43 sich an einer entsprechenden Stelle
befindet, wird ein zweites Verbindungselement 92 des Auswuchtelementes 46 in das
erste Verbindungselement 74 eingesetzt, um das erste und
das zweite Auswuchtelement 43 und 46 beispielsweise
in der in 6 veranschaulichten Weise gegenseitig
zu verriegeln. An diesem Punkt wird das (nicht veranschaulichte)
Werkzeug in das erste Verbindungselement 91 an dem zweiten
Auswuchtelement 46 eingesteckt. Auf ähnliche Weise, wie vorstehend
beschrieben, wird das zweite Element 46 ge dreht oder in
den Rotor 10 eingeschraubt, und zwar bis zu einer zweiten
Tiefe, die allgemein bei „B" angezeigt ist, während gleichzeitig
das erste Auswuchtelement 43 bis zu einer dritten Tiefe
eingetrieben wird, die allgemein bei „C" angezeigt ist. Wie veranschaulicht,
kann die zweite Tiefe „B" abhängig von der
Gesamtlänge
des Auswuchtelementes 43 die gleiche oder nahezu die gleiche
Tiefe wie die erste Tiefe „A" sein.
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Wenn
das Auswuchtelement 46 in Stellung eingefügt ist,
wird das zweite Verbindungselement 95 des Auswuchtelementes 49 mit
dem ersten Verbindungselement 91 in Eingriff gebracht bzw.
verriegelt, um die Auswuchtelementanordnung 40 zu bilden.
An diesem Punkt wird anschließend
das nicht veranschaulichte Werkzeug in das erste Verbindungselement 94 des
Auswuchtelementes 49 eingesetzt und betätigt bzw. angezogen, um die
Auswuchtelementanordnung 40 als eine Einheit in den Rotor 10 einzuführen. In
der veranschaulichten Ausgestaltung wird das Auswuchtelement 49 bis
zu einer vierten Tiefe eingetrieben, die allgemein bei „D" veranschaulicht ist,
während
gleichzeitig das Auswuchtelement 46 bis zu einer fünften Tiefe „E" und das Auswuchtelement 43 bis
zu einer sechsten Tiefe „F" eingetrieben werden.
Natürlich
können
die speziellen Tiefenlagen E-F in Abhängigkeit von der Länge jedes
Auswuchtelementes 43, 46 und 49 variieren.
Jedenfalls wird, wenn das dritte Auswuchtelement 49 eingesetzt
ist, das Werkzeug von dem ersten Verbindungselement 94 gelöst, und
die Auswuchtelementanordnung 40 wird an Ort und Stelle
arretiert. Die Auswuchtelementanordnung 40 kann durch verschiedene
Verfahren, wie beispielsweise durch Vernieten, Verkerben oder Verstemmen
des Auswuchtelementes 49 mit der Außenfläche 13 des Rotors 10 oder
durch eine Verriegelungsvorrichtung, wie sie beispielsweise allgemein bei 100 angezeigt
ist und die wahlweise an dem Rotor 10 angreift, arretiert
werden. Wenn sie an Ort und Stelle arretiert ist, ist die Auswuchtelementanordnung 40 daran
gehindert, sich während
des Betriebs der Turbomaschine 2 zu lockern.
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An
dieser Stelle sollte hervorgehoben werden, dass die vorstehend beschriebenen
beispielhaften Ausführungsformen
eine Auswuchtelementanordnung ergeben, die in einen eine Auswuchtelementanordnung
aufnehmenden Teil eingeführt
werden kann, ohne dass eine Demontage der Turbomaschine erforderlich
ist. Dies bedeutet, dass durch die Ausbildung der Auswuchtanordnung
in Form von mehreren ineinander greifenden und gegenseitig verriegelbaren
Komponenten, die jeweils kleiner sind als ein Rotorluftspalt und/oder
ein Eintrittsspalt, die verschiedenen Komponenten einzeln an dem
Rotor montiert werden können,
ohne irgendeine wesentliche Demontage der Rotationsmaschine zu erfordern. Auf
diese Weise verkürzt
die vorliegende Erfindung Stillstandszeiten von Rotationsmaschinen,
wodurch sie die betriebliche Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit
erhöht
und Betriebs- sowie Instandhaltungskosten reduziert.
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Allgemein
verwendet diese Beschreibung Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der
besten Ausführungsform,
zu offenbaren und um ferner einen Fachmann in die Lage zu versetzen,
die Erfindung auszuführen,
einschließlich
alle Vorrichtungen oder Systeme herzustellen oder zu verwenden und alle
damit verbundenen Verfahren durchzuführen. Der Schutzumfang der
Erfindung ist durch die Ansprüche
definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die einem Fachmann
auf dem Fachgebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen
in dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten sein, wenn
sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortlaut bzw.
Wortsinn der Ansprüche
nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente
mit im Vergleich zu dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden
enthalten.
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Eine
Rotationsmaschine 2 enthält ein feststehendes Element 4 und
ein umlaufendes Element 10, das in Bezug auf das feststehende
Element relativ bewegbar ist. Das umlaufende Element enthält wenigstens
einen eine Auswuchtelementanordnung aufnehmenden Abschnitt 20,
der mehrere Innengewindewindungen 24 aufweist. Die Rotationsmaschine
enthält
ferner eine Auswuchtelementanordnung 40, die ein erstes
und ein mit diesem verriegelbares zweites Auswuchtelement 43, 46 enthält. Die
Auswuchtelementanordnung enthält
ferner mehrere Außengewindewindungen 65,
die mit den Innengewindewindungen des die Auswuchtelementanordnung aufnehmenden
Abschnitts wirkungsmäßig verbunden
sind. Bei dieser Anordnung ermöglicht
die Auswuchtelementanordnung eine dynamische Auswuchtung für das umlaufende
Element.
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- 2
- Rotationsmaschine/Turbomaschine
- 4
- Stator
- 6
- Gestapelte
Bleche
- 8
- Flansch
- 10
- Rotor
- 11
- Hauptkörper (10)
- 13
- Außenfläche (11)
- 15
- Luftspalt
- 17
- Eintrittsspalt
- 20–23
- Auswuchtelementaufnahmeabschnitt,
-teil
- 24
- Gewinde
- 40
- Auswuchtelementanordnung
- 43
- Auswuchtelement
- 46
- Auswuchtelement
- 49
- Auswuchtelement
- 60
- Hauptkörperabschnitt
(43)
- 61
- Erster
Endabschnitt (60)
- 62
- Zweiter
Endabschnitt (60)
- 63
- Zwischenabschnitt
(60)
- 72
- Erstes
Verbindungselement
- 74
- Aussparungsbereich
- 80
- Zweites
Verbindungselement
- 84
- Hexagonaler
Vorsprung
- 91
- Erstes
Verbindungselement, erster Anschluss (46)
- 92
- Zweites
Verbindungselement, zweiter Anschluss (46)
- 94
- Erstes
Verbindungselement, erster Anschluss (49)
- 95
- Zweites
Verbindungselement, zweiter Anschluss (49)
- 100
- Verriegelungsvorrichtung