DE102009014846B4

DE102009014846B4 - Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Gasturbinentriebwerk, der in Aussparungen eines Befestigungsflansches Materialentnahmestege zum Auswuchten des Rotors aufweist

Info

Publication number: DE102009014846B4
Application number: DE102009014846.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Knispel
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: DE102009014846A1

Abstract

Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Gasturbinentriebwerk, mit in zwei Ausgleichsebenen (10, 12) am Umfang des Rotors (16) gleichmäßig verteilt zur Verfügung stehendem Material für eine zur Beseitigung von Unwuchten erforderliche Materialentnahme, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Ausgleichsebenen (10, 12) in einem am Rotor (16) zur Befestigung einer Rotorscheibe (1, 2) angebrachten Befestigungsflansch (4) liegt, wobei der Befestigungsflansch (4) eine Mehrzahl von mit Montagebohrungen (5) zur Befestigung der Rotorscheibe (1, 2) versehenen Flanschblattabschnitten (15) sowie in zwischen den Flanschblattabschnitten (15) vorhandenen Aussparungen (13) ausgebildete Materialentnahmestege (14), die entsprechend der gemessenen Unwucht maschinell spanend bearbeitbar sind, umfasst, wobei die Aussparungen (13) bogenförmig ausgebildet sind und die Materialentnahmestege (14) aus dem gebogenen Abschnitt (18) der Aussparungen (13) radial nach innen abstrebend ausgeformt sind, und eine jeweilige freie Stirnfläche (17) der Materialentnahmestege (14) zur Materialabtragung vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Gasturbinentriebwerk, mit in zwei Ausgleichsebenen am Umfang gleichmäßig verteilt angeordnetem Material für eine zur Beseitigung von Unwuchten erforderliche Materialentnahme.
Die Rotoren von Strömungsmaschinen werden zur Begrenzung von durch Unwuchten verursachten Lagerkräften, Lagerschwingungen und Verformungen sowie dadurch bedingten Lagerschäden, Verschleißerscheinungen und Spaltänderungen in speziellen Auswuchtmaschinen ausgewuchtet. Zur Beseitigung der Unwucht eines zwei- oder mehrstufigen Rotors ist es bekannt, an zwei voneinander entfernten Ausgleichsebenen eine bestimmte Materialmenge hinzuzufügen oder zu entnehmen. Zur Materialentnahme kann in den beiden Ausgleichsebenen an für ein Zerspanungswerkzeug möglichst leicht zugänglichen zylindrischen, konischen oder senkrechten Flächen des Rotors, und zwar gleichmäßig verteilt in Umfangsrichtung, bereits zuvor Material für die später zum Auswuchten erforderliche Materialentnahme aufgebracht sein. Bei einem bekannten Rotor für ein Gasturbinentriebwerk erfolgt die Materialentnahme zum einen an den in regelmäßigem Abstand angeordneten, mit Befestigungsbohrungen versehenen senkrechten Vorsprüngen eines stromauf liegenden Flansches und einem auf einem konischen Übergangsteil zum stromab liegenden Flansch des Rotors aufgetragenen Materialentnahmering. Während an dem konischen Teil noch ausreichend Raum zum Materialauftrag und zur spanenden Materialentnahme für das Auswuchten vorhanden ist, steht an den senkrechten Flanschblattabschnitten keine oder allenfalls eine begrenzte, nicht ausreichende Materialmenge zum Auswuchten zur Verfügung, da dort kein Platz für das Aufbringen zusätzlichen Materials vorgesehen ist und die vorhandenen Flanschflächen für Schutz- oder Haltebleche der Flanschverbindungselemente benötigt werden und dort demzufolge nichts abgetragen werden kann.
Die DE 29 31 193 A1 beschreibt zwei zu einem Ringpaar zusammengefasste, gegeneinander verdrehbare Bauteile mit Wuchtmassen. Die resultierende Massenverteilung entlang des Umfangs beseitigt eventuelle Unwuchten.
Die US 2004/0156708 A1 beschreibt einen Rotor, der einen Wuchtflansch aufweist, an dem Gewichte zum Auswuchten anbringbar sind. Darüber hinaus wird ein Materialabtrag beschrieben, um Gewicht und Umfangsspannungen in den Bereichen, in denen die Wuchtgewichte anzubringen sind, zu verringern.
Die US 2006/0133938 A1 beschreibt einen Rotor mit Befestigungslöchern und Spannungsausgleichslöchern. In einer Ausführungsform wird ein solches Spannungsausgleichsloch mit einem größeren Durchmesser versehen, um die Masse in diesem Bereich zu verringern, wodurch der Rotor gewuchtet wird. In einer weiteren Ausführungsform ist ein Wuchtflansch vorgesehen, von dem selektiv Material entnommen werden kann, um den Rotor zu wuchten.
Die DE 35 32 929 C2 beschreibt einen Rotor mit einem ersten Rotorflansch und einem zweiten Rotorflansch, die beide über Schrauben-Mutter-Verbindungen miteinander verbunden sind. Der erste Flansch grenzt an eine Radscheibe eines Radialverdichters. Der erste Flansch weist Aussparungen auf, die so angeordnet sind, dass weitere Schrauben-Mutter-Kombinationen in den zweiten Flansch einschraubbar sind, die in die Aussparungen des ersten Flansches ragen. Die weitere Schrauben-Mutter-Kombination weist eine Axialverlängerung auf, die je nach Wuchtbedarf abgearbeitet werden kann.
Die DE 38 11 213 A1 offenbart an einer Kupplungsplatte Befestigungsbereiche mit Befestigungsbohrungen. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Befestigungsbereichen ist jeweils ein Bereich angeordnet, welcher zum Einbringen von Ausnehmungen geeignet ist, um die Kupplungsplatte zu wuchten.
Die DE 60 118 855 T2 beschreibt einen Rotor mit einer ringförmigen Rotorscheibe mit einem vergrößerten radial außen angeordneten Rand mit axial freischwebenden ersten und zweiten axialen Überhängen. Mindestens einer der zwei Überhänge weist eine bogenförmige Auswuchtfläche mit einer anfänglichen ringförmigen Auswuchtfläche auf. Die anfängliche ringförmige Auswuchtfläche wird zum Auswuchten spanend bearbeitet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Rotoren von Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken, so auszubilden, dass in der von einem Befestigungsflansch gebildeten Ausgleichsebene ohne Beeinträchtigung der Nutzung des Flansches eine leicht messbare maschinelle Materialentnahme zum Auswuchten möglich ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem im Bereich der Ausgleichsebene gemäß den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gestalteten Rotor für eine Strömungsmaschine gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, dass bei der in einem Befestigungsflansch des Rotors liegenden Ausgleichsebene, in der das Auswuchten des Rotors erfolgt, aus dem Flanschblatt eine Mehrzahl von mit Montagebohrungen zur Befestigung einer Rotorscheibe versehenen, im Abstand angeordneten Befestigungsabschnitten sowie in zwischen den Befestigungsabschnitten vorhandenen Aussparungen ausgeformte Materialentnahmestege ausgebildet sind, die entsprechend der gemessenen Unwucht maschinell spanend bearbeitbar sind. Auf diese Weise steht an dem in einer Ausgleichsebene befindlichen Befestigungsflansch - trotz begrenztem Platzangebot - das erforderliche Material zum Auswuchten in der betreffenden Ausgleichsebene zur Verfügung. Die Materialentnahmestege können leicht von einem Werkzeug angefahren und maschinell und NC-gestützt bearbeitet werden. Die manuelle Bearbeitung ist deutlich reduziert. Die Nutzung der mit den Montagebohrungen versehenen Flanschblattabschnitte (Befestigungsabschnitte) des Flansches und die Qualität des Bauteils werden nicht beeinträchtigt. Ebensowenig wird die Luftströmung beeinflusst. Die Menge des zum Auswuchten zu entnehmenden Materials lässt sich bequem über die Höhe des Materialentnahmesteges bemessen.
Erfindungsgemäß sind die Aussparungen bogenförmig ausgebildet und die Materialentnahmestege sind aus dem gebogenen Abschnitt der Aussparungen radial nach innen abstrebend ausgeformt. Die Materialabtragung erfolgt erfindungsgemäß an einer jeweiligen freien Stirnfläche des betreffenden Materialentnahmesteges.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Materialentnahmestege mittig in dem gebogenen Abschnitt angeordnet.
In einer spezifischen Ausführungsform des Rotors sind die Materialentnahmestege in einer ersten Ausgleichsebene an dem stromauf liegenden Befestigungsflansch des Rotors ausgebildet und ein am Außenumfang eines mit dem stromab liegenden Befestigungsflansch verbundenen konischen Übergangsteils angeformter Materialentnahmering liegt in der zweiten Ausgleichsebene.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der

1 eine Schnittansicht eines unbeschaufelten Rotors für den Kompressor eines Gasturbinentriebwerks;
2 eine Detailansicht des konischen Übergangsteils zum stromab liegenden Befestigungsflansch; und
3 eine Detailansicht des stromauf liegenden Befestigungsflansches in einer Seitenansicht;

1 zeigt als Teilschnitt und in unterbrochener Darstellung die stromauf und die stromab liegenden Rotorscheiben 1 und 2 eines ohne Schaufeln dargestellten Rotors 16 für ein Gasturbinentriebwerk. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet die Aufnahmenut zur Montage der Schaufeln. An die stromauf liegende Rotorscheibe 1 ist ein erster Befestigungsflansch 4 mit ersten Montagebohrungen 5 angeschlossen. Die stromab angeordnete Rotorscheibe 2 ist stromab mit einem konischen Übergangsteil 6 und einem Montagebohrungen 8 aufweisenden zweiten Befestigungsflansch 7 verschweißt.
Wie 1 zeigt, bildet das Flanschblatt 9 des ersten Befestigungsflansches 4 eine erste Ausgleichsebene 10 (oder Wuchtebene) und ein am Außenumfang des konischen Übergangsteils 6 aufgebrachter Materialentnahmering 11 eine zweite Ausgleichsebene 12 (oder Wuchtebene). In der in 2 wiedergegebenen Schnittansicht ist der Materialentnahmering 11 in der zweiten Ausgleichsebene 12 detailliert dargestellt.
Gemäß der in 3 als Ausschnitt gezeigten Seitenansicht des ersten Befestigungsflansches 4 sind in das Flanschblatt 9 jeweils zwischen den ersten Montagebohrungen 5 Aussparungen 13 eingeformt, wobei jedoch in jeder Aussparung 13 ein mittig angeordneter Materialentnahmesteg 14 zur Materialentnahme für das Auswuchten in der ersten Ausgleichsebene 10 ausgebildet ist. Aufgrund der von den gebogenen Abschnitten 18 der Aussparungen 13 ausgehenden Materialstege 14 wird ein bestimmter Spannungsverlauf vorgegeben, der sich vorteilhaft auf die Lebensdauer der ersten Montagebohrungen 5 und damit des gesamten Bauteils auswirkt. Eine zum Auswuchten an den Materialentnahmestegen 14 erforderliche spanende Bearbeitung zur Materialentnahme kann maschinell und NC-gestützt erfolgen, da die Materialstege 14 problemlos von einem Werkzeug angefahren werden können. Zudem lässt sich die zum Auswuchten erforderliche Materialabnahme an den freien Stirnflächen 17 der Materialentnahmestege 14 leicht und genau bemessen. Die maschinelle Bearbeitung verringert den Anteil der manuellen Materialentnahme und erhöht somit die Qualität des Bauteils. Die mit den Montagebohrungen 5 versehenen Flanschblattabschnitte 15 werden nicht für eine Materialentnahme benötigt, so dass deren Funktion nicht beeinträchtigt wird.
Bezugszeichenliste

1: Rotorscheibe (stromauf)
2: Rotorscheibe (stromab)
3: Aufnahmenut
4: erster Befestigungsflansch
5: erste Montagebohrungen
6: konisches Übergangsteil
7: zweiter Befestigungsflansch
8: zweite Montagebohrungen
9: Flanschblatt
10: erste Ausgleichsebene
11: Materialentnahmering
12: zweite Ausgleichsebene
13: Aussparung
14: Materialentnahmesteg
15: Flanschblattabschnitte
16: Rotor
17: freie Stirnfläche v. 14
18: gebogener Abschnitt v. 13

Claims

Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Gasturbinentriebwerk, mit in zwei Ausgleichsebenen (10, 12) am Umfang des Rotors (16) gleichmäßig verteilt zur Verfügung stehendem Material für eine zur Beseitigung von Unwuchten erforderliche Materialentnahme, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Ausgleichsebenen (10, 12) in einem am Rotor (16) zur Befestigung einer Rotorscheibe (1, 2) angebrachten Befestigungsflansch (4) liegt, wobei der Befestigungsflansch (4) eine Mehrzahl von mit Montagebohrungen (5) zur Befestigung der Rotorscheibe (1, 2) versehenen Flanschblattabschnitten (15) sowie in zwischen den Flanschblattabschnitten (15) vorhandenen Aussparungen (13) ausgebildete Materialentnahmestege (14), die entsprechend der gemessenen Unwucht maschinell spanend bearbeitbar sind, umfasst, wobei die Aussparungen (13) bogenförmig ausgebildet sind und die Materialentnahmestege (14) aus dem gebogenen Abschnitt (18) der Aussparungen (13) radial nach innen abstrebend ausgeformt sind, und eine jeweilige freie Stirnfläche (17) der Materialentnahmestege (14) zur Materialabtragung vorgesehen ist.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialentnahmestege (14) mittig in dem gebogenen Abschnitt (18) der Aussparungen (13) angeordnet sind.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialentnahmestege (14) in einer ersten Ausgleichsebene (10) an dem stromauf liegenden Befestigungsflansch (4) des Rotors ausgebildet sind und ein an am Außenumfang eines mit dem stromab liegenden Befestigungsflansch (7) verbundenen konischen Übergangsteils (6) angeformter Materialentnahmering (11) in der zweiten Ausgleichsebene (12) liegt.