-
Hintergrund der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft allgemein Rotationsmaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren zum Zusammenbauen von zwei Rotoren mit nicht-komplementären Flanschöffnungen.
-
In einer typischen Rotationsmaschine dreht sich ein Hauptrotor und treibt eine Anzahl von Komponenten an, oder wird von diesen angetrieben. Der Hauptrotor ist an einem weiteren (Steuer)-Rotor über Verbindungsendflansche unter Verwendung von Schrauben befestigt, die sich durch komplementäre Flanschöffnungen erstrecken, die typischerweise in einem Kreis um die Flansche herum angeordnet sind. Es kann eine Situation entstehen, in welcher Flanschöffnungen von einem der Rotoren nicht dieselben Abmessungen haben, oder nicht zu den Flanschöffnungen in dem anderen Rotor ausgerichtet sind.
-
Kurzbeschreibung der Erfindung
-
Ein erster Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Zusammenbauen eines ersten Rotors und eines zweiten Rotors mit nicht-komplementären Flanschöffnungen bereit, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen eines Steckvorsprungs im Wesentlichen an einem Mittelpunkt des ersten Rotorflansches des ersten Rotors; Bereitstellen einer dem Steckvorsprung entsprechenden Aufnahmeöffnung im Wesentlichen an einem Mittelpunkt des zweiten Rotorflansches des zweiten Rotors; Einbringen eines wenigstens teilweise mit einem Gewinde versehenen Stiftes in jede von mehreren in Umfangsrichtung in Abstand angeordnete Flanschöffnungen in dem ersten Rotorflansch; Vereinen des Steckvorsprungs mit der Aufnahmeöffnung und Bewirken, dass sich die mehreren wenigstens teilweise mit einem Gewinde versehenen Stifte durch entsprechende Flanschöffnungen in dem zweiten Rotorflansch erstrecken; fortlaufendes Zusammenziehen des ersten Rotors und des zweiten Rotors, indem eine Schraubmuffe auf jeden teilweise mit einem Gewinde versehenen Stift geschraubt wird während eine Ausrichtung zwischen dem ersten Rotorflansch und dem zweiten Rotorflansch sichergestellt wird, indem periodisch die axiale Position der Flansche in Bezug zu einem Bezugspunkt gemessen wird; wenn der erste Rotorflansch und der zweite Rotorflansch einander berühren, mechanisches Bearbeiten von wenigstens einer, von: einer Flanschöffnung in dem ersten Rotorflansch und einer Flanschöffnung in dem zweiten Rotorflansch, um komplementäre Flanschöffnungen zu erzeugen; Entfernen der mehreren wenigstens teilweise mit Gewinde versehenen Stift; und Zusammenbauen des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor, durch Einbringen eines Befestigungselementes in jeden Satz komplementärer Flanschöffnungen.
-
Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Zusammenbau eines Hauptrotors und eines Steuerrotors mit nicht-komplementären Flanschöffnungen bereit, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen eines Steckvorsprungs im Wesentlichen an einem Mittelpunkt eines ersten von einem Hauptrotorflansch des Hauptrotors und einem Steuerrotorflansch des Steuerrotors; Bereitstellen einer dem Steckvorsprung entsprechenden Aufnahmeöffnung im Wesentlichen an einem Mittelpunkt eines ersten anderen von dem Hauptrotorflansch des Hauptrotors und dem Steuerrotorflansch des Steuerrotors; Einbringen eines wenigstens teilweise mit einem Gewinde versehenen Stiftes in jede von mehreren in Umfangsrichtung in Abstand angeordnete Flanschöffnungen in einem zweiten von dem Hauptrotorflansch und dem Steuerrotorflansch; Vereinen des Steckvorsprungs mit der Aufnahmeöffnung und Bewirken, dass sich die mehreren wenigstens teilweise mit einem Gewinde versehenen Stifte durch entsprechende Flanschöffnungen in einem zweiten anderen von dem Hauptrotorflansch und dem Steuerrotorflansch erstrecken; fortlaufendes Zusammenziehen des Hauprotors und des Steuerrotors, indem eine Schraubmuffe auf jeden teilweise mit einem Gewinde versehenen Stift geschraubt wird, während eine Ausrichtung zwischen dem Hauptrotorflansch und dem Steuerrotorflansch sichergestellt wird, indem periodisch die axiale Position der Flansche in Bezug zu einem Bezugspunkt gemessen wird; wenn der erste Rotorflansch und der zweite Rotorflansch einander berühren, mechanisches Bearbeiten von wenigstens einer, von: einer Flanschöffnung in dem ersten Rotorflansch und einer Flanschöffnung in dem zweiten Rotorflansch, um komplementäre Flanschöffnungen zu erzeugen; Entfernen der mehreren wenigstens teilweise mit Gewinde versehenen Stift; und Zusammenbauen des Hauptrotors mit dem Steuerrotor, durch Einbringen eines Befestigungselementes in jeden Satz komplementärer Flanschöffnungen.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Diese und weitere Merkmale dieser Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verständlich, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung darstellen, in welchen:
-
1 eine Längsquerschnittsansicht von Rotorflanschen mit nicht ausgerichteten Flanschöffnungen dar stellt.
-
2–6 perspektivische Ansichten von Ausführungsformen eines Verfahrens zum Zusammenbauen von Rotoren mit nicht-komplementären Flanschöffnungen gemäß der Erfindung darstellen.
-
Es ist anzumerken, dass die Zeichnungen der Erfindung nicht maßstäblich sind. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Erfindung darstellen und sollen daher nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung betrachtet werden.
-
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zum Zusammenbauen von Rotoren mit nicht-komplementären Flanschöffnungen bereit. Wenigstens eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf ihre Anwendung in Verbindung mit einer und mit einem Betrieb einer Turbomaschine in der Form einer Dampfturbine beschrieben. Jedoch dürfte es für den Fachmann und geführt durch die Lehren hierin ersichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf jede geeignete Rotationsmaschine, wie z. B. eine Turbine und/oder Motor anwendbar sind.
-
1 stellt eine Längsquerschnittansicht eines Rotorflansches 10 und eines weiteren Rotorflansches 12 dar, die Flanschöffnungen enthalten, die nicht ausgerichtet sind, da sie beispielsweise nicht wie im Satz 14 übereinstimmen oder unterschiedliche Abmessungen wie im Satz 16 haben. Diese Situation kann beispielsweise während der Wartung einer Turbomaschine, wie z. B. einer Dampfturbine, auftreten. In diesem Falle kann ein von einem Hersteller hergestellter Rotor oder ein Teil davon, durch einen von einem anderen Hersteller hergestellten Rotor oder ein Teil davon ersetzt werden, und die Flanschöffnungen können nicht-komplementär sein.
-
In den 2–5 sind ein erster Rotor 102 und ein zweiter Rotor 104 gemäß Ausführungsformen dieser Erfindung dargestellt. In einer Ausführungsform kann ein erster oder zweiter Rotor 102, 104 (102 wie dargestellt) der Hauptrotor eine Rotationsmaschine, wie z. B. eine Turbomaschine sein, und der andere Rotor kann ein Steuerrotor zur Verbindung mit dem Hauptrotor sein. Gemäß Darstellung in 2 enthält der erste Rotor 102 einen ersten Rotorflansch 110 zur Verbindung mit dem zweiten Rotorflansch 112 eines zweiten Rotors 104, um auf diese Weise die Rotoren als eine einheitliche Struktur arbeiten zu lassen. Jeder Flansch 110, 112 ist fest mit einer entsprechenden Welle 114, 116 verbunden, wobei die letztere andere Abmessungen, wie z. B. Durchmesser, Länge usw. haben kann. Jeder Flansch 110, 112 enthält auch mehrere Flanschöffnungen 110 bzw. 122. Jeder Flansch, z. B. der Flansch 110 kann Flanschöffnungen 120 in der Form von Sackgewindelöchern (4) haben, und der andere Flansch (z. B. der Flansch 112) kann Flanschöffnungen 112 in der Form von Öffnungen 126 mit oder ohne Gewinde haben, welche Senkbohrungen 128 auf einer gegenüberliegenden Seite des Flansches 110 haben können. In diesem Falle, wie er hierin beschrieben wird, kann ein mit Gewinde versehenes Befestigungselement die Flanschöffnungen 122 durchqueren und in die Flanschöffnungen 120 geschraubt sein, um die Rotoren 102, 104 zu verbinden.
-
Wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, besteht eine Situation, die auftreten kann, darin, dass die Flanschöffnungen 120, 122 nicht-komplementär sind. Die Art nicht-komplementärer Flanschöffnungen 120, 122 kann eine Vielfalt von Formen annehmen, wie z. B., dass diese keine identischen Abmessungen (z. B. eine Öffnung ist größer als die andere oder hat ein Gewinde mit anderer Abmessung) und/oder eine nicht axiale Ausrichtung haben. Wie anderswo hierin beschrieben, kann diese Situation beispielsweise entstehen, wenn ein von einem Hersteller hergestellter Rotor oder ein Teil davon durch einen von einem anderen hergestellten Rotor oder ein Teil davon ersetzt wird. Zum Angehen dieser Situation führen Ausführungsformen der Erfindung Ausführungsformen eines Verfahrens zum Zusammenbauen von Rotoren 102, 104 mit nicht-komplementären Flanschöffnungen 120, 122 ein.
-
Gemäß 2 kann, obwohl es nicht erforderlich ist, ein ausgewählter von einem ersten Rotor 102 und einem zweiten Rotor 104 in einer Maschine 106, wie z. B. einen Generator, einer Turbine, einem Motor eingebaut sein, in welchem der ausgewählte eine Rotor vor irgendeinem Schritt der nachstehenden Methodik arbeitet. Fortfahrend mit 2 wird ein Steckvorsprung 130 im Wesentlichen in einem Mittelpunkt des ersten Rotorflansches 110 des ersten Rotors 102 bereitgestellt. Zusätzlich wird eine dem Steckvorsprung 130 entsprechende Aufnahmeöffnung 132 im Wesentlichen in einem Mittelpunkt des zweiten Rotorflansches 112 des zweiten Rotors 104 bereitgestellt. Der Mittelpunkt jedes Flansches kann in jeder bisher bekannten oder später entwickelten Weise z. B. durch sich kreuzende Durchmesser der Flansche 110, 112, Messung usw. ermittelt werden. Der Steckvorsprung 130 kann in einer Vielfalt von Arten, wie z. B. durch Schweißen oder Erzeugen einer (nicht dargestellten) Gewindeöffnung und Einschrauben eines Steckvorsprungs 130 in den Flansch 110 bereitgestellt werden. Die Aufnahmeöffnung 132 kann beispielsweise unter Verwendung eines beliebigen Bohrprozesses bereitgestellt werden. Obwohl der Steckvorsprung 130 und die Aufnahmeöffnung 132 mit entsprechenden im Wesentlichen kreisrunden Formen dargestellt sind, sind die entsprechenden Formen nicht auf runde beschränkt und können jede Form haben, die eine Vereinen des Steckvorsprungs 130 und der Aufnahmeöffnung 132 ermöglicht. In einer Ausführungsform hat der Steckvorsprung 130 einen Durchmesser D1, der größer als der Durchmesser D2 der Aufnahmeöffnung 132 ist (z. B. um 0,003 bis 0,008 cm (0,001 bis 0,003 Inches) um so einen Passsitz dazwischen zu erzeugen, wenn sie verbunden werden.
-
Gemäß 3 wird ein wenigstens teilweise mit Gewinde versehener Stift 140 in jede von mehreren in Umfangsrichtung in Abstand angeordneten Flanschöffnungen 120 im ersten Rotorflansch 110 eingesetzt. Diejenigen Flanschöffnungen 120, die dafür ausgewählt werden, einen Stift 140 zu haben, haben eine entsprechende Flanschöffnung 122 in dem zweiten Rotorflansch 122, die ausreichend komplementär ist, um eine Verbindung eines Stiftes 140 damit zu ermöglichen. Demzufolge kann die Anzahl der verwendeten Stifte 140 gegenüber den vier dargestellten variieren. Jeder Stift 140 kann einen vieleckigen Werkzeugaufnahme-Endabschnitt 142 enthalten, um sein Einschrauben in die Flanschöffnungen 120 zu unterstützen. Jedoch ist der Endabschnitt 142 nicht in allen Fällen erforderlich. Zusätzlich kann gemäß Darstellung in 4 ein Stift 140L eine engere Toleranz in Bezug auf eine entsprechende Flanschöffnung 122 des zweiten Rotorflansches 112 als eine Toleranz anderer Stift 140 in Bezug auf entsprechende Flanschöffnungen 122 seines zweiten Rotorflansches 112 haben. Beispielsweise kann der Stift 140L einen größeren Durchmesser D3 als andere Stifte 140 haben, d. h., der Durchmesser D4 oder die Öffnung 122L im Flansch 112 kann einen kleineren inneren Durchmesser haben. Der Unterschiedsbetrag in der Toleranz kann beispielsweise angenähert 0,005 cm (0,002 inches) sein. Wie es hierin ersichtlich wird, unterstützt diese engere Toleranz bei der korrekten Positionierung der Flansche 110, 112 während ihrer Verbindung in einer Umfangsrichtung.
-
4 veranschaulicht die Vereinigung des Steckvorsprungs 130 mit der Aufnahmeöffnung 132 und wie sich die Stifte 140 durch die entsprechenden Flanschöffnungen 122 in den zweiten Rotorflansch 112 erstrecken. Der Passsitz zwischen dem Steckvorsprung 130 und der Buchsenöffnung 132 stellt eine axiale Ausrichtung der Rotoren 102, 104 sicher. Der erste Rotor 102 und der zweite Rotor 104 werden dann fortlaufend zusammengezogen, indem eine Gewindemuffe 150 auf jeden Stift 140 geschraubt wird. D. h., durch die Aufbringung einer Kraft über jede Muffe 150 auf die Senkbohrung 128 in den Flanschöffnungen 122 werden die Rotoren 102, 104 zusammengezogen. Jede Muffe 150 kann einen vieleckigen Werkzeugaufnahme-Endabschnitt 152 und eine zu dem entsprechenden Stiftgewinde komplementäre Gewindeöffnung 154 enthalten. Obwohl die Stifte 140 und die Muffe 150 mit einer Gewindewechselwirkung beschrieben worden sind, dürfte es sich verstehen, dass weitere Mechanismen angewendet werden können, um ein fortlaufendes Zusammenziehen der Flansche 110, 112 zu ermöglichen. Beispielsweise kann ein hydraulischer Zugstempel mit gewindelosen Stiften 140 in Eingriff stehen.
-
Während des fortlaufenden Zusammenziehens der Rotoren 102, 104 wird eine Ausrichtung zwischen dem ersten Rotorflansch 110 und dem zweiten Rotorflansch 112 sichergestellt, indem periodisch die axiale Position der Flansche in Bezug auf einen Bezugspunkt gemessen wird. Der verwendete Bezugspunkt kann eine Vielfalt von Formen annehmen. Beispielsweise beinhaltet in einer Ausführungsform die Sicherstellung der Ausrichtung die Verwendung des ersten Rotorflansches 110 als Bezugspunkt und das periodische Messen einer axialen Verschiebung (AD) jeder Muffe 150 in Bezug auf den ersten Rotorflansch 110. Die Messung kann unter Verwendung jeder zur Zeit bekannten oder später entwickelten Technik (Messlehren, Laser usw.) durchgeführt werden. Auf diese Weise stellt der Eingriff des Steckvorsprungs 130 und der Aufnahmeöffnung 132 sicher, dass die ersten und zweiten Rotoren 102, 104 axial ausgerichtet gehalten werden, während die Stifte 140 sicherstellen, dass der zweite Rotor 104 in Umfangsrichtung zu dem ersten Rotor 102 ausgerichtet wird. Derartige axiale Messungen können während des gesamten Prozesses des Anziehens der Muffen 150 durchgeführt werden, um eine korrekte Ausrichtung sicherzustellen, wenn der zweite Rotor 104 näher an den ersten Rotor 102 gebracht wird.
-
Gemäß Darstellung in 5 wird, wenn der erste Rotorflansch 110 und der zweite Rotorflansch miteinander in Kontakt stehen, wenigstens eine von einer Flanschöffnung 120 in dem ersten Rotorflansch 110 und einer Flanschöffnung 122 in dem zweiten Rotorflansch 112 maschinell bearbeitet, um komplementäre Flanschöffnungen 120, 122, d. h., einen Satz komplementärer Öffnungen zu erzeugen. Die mechanische Bearbeitung kann mittels geeigneter Werkzeuge 160 ausgeführt werden, z. B. durch einen Bohrkopf, einen Reibkopf, wie z. B. eine Aufsteckreibahle einem Gewindeschneider usw. Die mechanische Bearbeitung kann dazu dienen, Öffnungen in den Flanschen 110, 112 axial auszurichten, Öffnungen neu zu dimensionieren, Gewindeabmessungen zu ändern und irgendeine andere Struktur zu modifizieren, die in der dargestellten Ausführungsform berücksichtigt werden kann. Wie es ebenfalls in 5 dargestellt ist, werden, sobald die Bearbeitung abgeschlossen ist, die Stift 140 (und Muffen 150) entfernt, indem sie beispielsweise herausgeschraubt werden.
-
6 stellt den Zusammenbau des ersten Rotors 102 mit dem zweiten Rotor 104 durch Einbringen eines Befestigungselementes 170 in jeden Satz komplementärer Flanschöffnungen 120, 122 dar. In einer Ausführungsform enthält das Befestigungselement 170 einen Gewindeabschnitt 172 und einen Stiftabschnitt 174. Der Gewindeabschnitt 172 ist für eine Verbindung mit den Sacklöchern 124 (4) des Rotorflansches 110, unabhängig davon, ob sie modifiziert oder nicht modifiziert worden sind, bemessen. Der Stiftabschnitt 174 schützt gegen Scherungskräfte, sobald eine Belastung auf die Kupplung aufgebracht wird. Wenn die ursprünglichen Befestigungselemente verwendet werden, kann dann jeder Stiftabschnitt 174 so bearbeitet werden, dass er in die neu dimensionierten Öffnungen 120, 122 passt. Die Befestigungselemente 170 können dann eingesetzt und langsam, ein Abschnitt des Öffnungskreises zu einem Zeitpunkt, angezogen werden.
-
Die vorstehenden Zeichnungen stellen einen Teil des gemäß verschiedenen Ausführungsformen dieser Offenlegung zugeordneten Bearbeitungsablaufs dar. Diesbezüglich repräsentiert jede Zeichnung einen Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens zugeordneten Ablauf dar. Es sollte ebenfalls angemerkt werden, dass in einigen alternativen Implementationen die in den Zeichnungen angegebenen Aktionen nicht in der in der Figur und der Beschreibung angegebenen Reihenfolge erfolgen können, oder beispielsweise tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig oder in umgekehrter Reihenfolge abhängig von dem betroffenen Vorgang ausgeführt werden können. Zusätzlich sollte angemerkt werden, dass, obwohl eine bestimmte Struktur, z. B. der Steckvorsprung 130, die Gewindesacklöcher 124 (4) usw. auf dem einen oder dem anderen Rotor 102, 104 dargestellt worden sind, diese Positionierung geändert werden kann, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Ferner wird der Fachmann erkennen, dass zusätzliche Diagramme, die den Bearbeitungsablauf beschreiben, zur Abkürzung weggelassen wurden.
-
Die Begriffe ”erst...”, ”zweit...” und dergleichen hierin, bedeuten keine Reihenfolge, Menge oder Wichtigkeit, sondern werden lediglich dazu genutzt, ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und die Begriffe ”ein...” bedeuten keine Einschränkung der Menge, sondern bedeuten das Vorliegen von wenigstens einem von dem angesprochenen Element. Der in Verbindung mit einer Menge genutzte Modifikator ”etwa” schließt den angegebenen Wert ein und hat die von dem Kontext vorgegebene Bedeutung (beinhaltet beispielsweise den Grad des Fehlers in Verbindung mit der Messung einer bestimmten Menge). Das Suffix ”e” soll, wie hierin verwendet, sowohl die Singular- als auch Pluralform des Begriffes, den es modifiziert, beinhalten und dadurch einen oder mehrere von diesem Begriff beinhalten (beispielsweise beinhaltet Metalle) ein oder mehrere Metalle). Hierin offengelegte Bereiche sind einschließlich und unabhängig kombinierbar. (z. B. Bereiche ”bis zu etwa 25 Gew.%, oder genauer etwa 5 Gew.% bis zu etwa 20 Gew.% schließen die Endpunkte und alle Zwischenwerte von etwa 5 Gew.% bis zu etwa 20 Gew.% ein, usw.).
-
Obwohl verschiedene Ausführungsformen hierin beschrieben sind, dürfte aus der Beschreibung erkennbar sein, dass verschiedenen Kombinationen von Elementen, Variationen oder Verbesserungen darin von einem Fachmann durchgeführt werden können und innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen. Zusätzlich können viele Modifikationen ausgeführt werden, um eine spezielle Situation oder Material an die Lehren der Offenlegung ohne Abweichung von deren wesentlichem Schutzumfang anzupassen. Daher soll diese Offenlegung nicht auf die als die beste Ausführungsart für die Ausführung dieser Offenlegung betrachtete spezielle Ausführungsform beschränkt sein, sondern soll alle in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallenden Ausführungsformen beinhalten.
-
Verfahren zum Zusammenbauen eines ersten Rotors 102 und eines zweiten Rotors 104 mit nicht-komplementären Flanschöffnungen 120, 122 können das Bereitstellen von Vereinigungselementen im Wesentlichen an dem Mittelpunkt der entsprechenden Rotorflansche 110, 112, das Einbringen von Stiften 140 in jede von mehreren in Umfangsrichtung in Abstand angeordnete Flanschöffnungen 120, 122 in dem einen Rotorflansch 110 und das Vereinen der Vereinigungselemente und Bewirken, dass sich die Stifte 140 durch entsprechende Flanschöffnungen 120, 122 in dem anderen Rotorflansch 112 erstrecken, beinhalten. Die Rotoren 102, 104 werden dann fortlaufend zusammengezogen, indem eine Schraubmuffe 150 auf jeden Stift 140 geschraubt wird, während gleichzeitig eine Ausrichtung zwischen den Rotorflanschen 110, 112 sichergestellt wird. Sobald die Flansche einander berühren, macht eine mechanische Bearbeitung der Flanschöffnungen diese komplementär. Sobald die Stifte 140 entfernt sind, können die Rotoren mittels eines Befestigungselementes 170 in jedem Satz komplementärer Flanschöffnungen 120, 122 verbunden werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 102
- erster Rotor
- 104
- zweiter Rotor
- 106
- Maschine
- 110
- erster Rotorflansch
- 112
- zweiter Rotorflansch
- 114
- erste Welle
- 116
- zweite Welle
- 120
- Flanschöffnung
- 122
- Flanschöffnung
- 124
- Sacklöcher
- 126
- Öffnungen
- 128
- Senkbohrungen
- 130
- Steckvorsprung
- 132
- Aufnahmeöffnung
- 140
- Stift
- 142
- vieleckiger Endabschnitt
- 140L
- Stift
- 122L
- Öffnung
- 150
- Muffe
- 152
- vieleckiger Endabschnitt
- 154
- Öffnung
- 160
- Werkzeuge)
- 170
- Befestigungselement
- 172
- Gewindeabschnitt
- 174
- Stiftabschnitt
