DE1601854B2 - Verfahren zum Zusammenbau einer mehrstufigen Turbomaschine mit Axialströmung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zusammenbau einer mehrstufigen Turbomaschine mit Axialströmung und zwei sich gegenläufig drehenden Rotoren, bei welcher der Außenrotor einen Außenring aufweist, an dessen Innenfläche eine Mehrzahl von Schaufelkränzen befestigt ist, wobei der aus dem Außenring und den Schaufelkränzen bestehende Außenrotor einen vorgefertigten Monoblock bildet, und der Innenrotor eine Mehrzahl von axial gestapelten Scheiben aufweist, an deren Außenumfang Schaufeln befestigt sind.

Bei Außenrotoren von Gegenlaufturbomaschinen ist es erforderlich, nicht nur alles zu vermeiden, was die Unveränderlichkeit der Luftspalte nachteilig beeinflussen könnte, sondern auch alles zu vermeiden, was das Gleichgewicht und den mechanischen Widerstand eines Körpers von großer Masse und großem mittleren Durchmesser, der sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, nachteilig beeinflussen könnte. Aus diesem Grunde sind die Außenrotoren von Gegenlaufturbomaschinen sehr oft aus einem Monoblockaufbau hergestellt, der von einem Ringreifen gebildet ist, welcher glatt oder durch Rippen verstärkt ist und an welchem

ίο Schaufelkränze dauerhaft befestigt sind, die die Gitter des Außenrotors darstellen.

Der Zusammenbau einer Turbomaschine mit einem Außenrotor, der axial nicht unterteilt ist, ist jedoch kein einfacher Arbeitsvorgang und kann nicht ohne die Anwendung von Montagekunstgriffen ausgeführt werden. Aus diesem Grunde ist es bekannt, den Innenrotor und den Außenrotor in aufeinanderfolgende Abschnitte (Scheiben oder Ringkörper) zu unterteilen, die zuvor mit ihren Schaufeln versehen werden, und den Zusammenbau der Turbomaschine dadurch vorzunehmen, daß abwechselnd ein Innenrotorabschnitt und ein Aüßenrotorabschnitt stapelartig angeordnet werden. Diese Arbeitsweise ist jedoch dann nicht möglich, wenn ein aus einem Monoblock gebildeter Außenrotor vorhanden ist, der die verschiedenen, die Gitter des Außenrotors darstellenden Schaufelkränze trägt, welche aus Gründen der Formfestigkeit zuvor angebracht worden sind. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen für den Zusammenbau einer gegenläufigen, mehrstufigen Turbomaschine, deren Außenrotor einen Ring aufweist, an dessen Innenfläche eine Mehrzahl von Schaufelkränzen unlösbar befestigt ist, wobei der aus dem Ring und den Schaufeln bestehende Aufbau einen vorgefertigten Monoblock bildet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Innenrotor Stufe für Stufe zusammengesetzt wird, indem die Schaufeln einer Stufe in den Ringraum eingeführt werden, der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaufelkränzen des Außenrotors vorhanden ist, wobei die Schaufeln provisorisch in ihrer Lage gehalten werden, und die zu dieser Stufe des Innenrotors gehörende Scheibe derart axial verschoben wird, daß sie sich auf die Füße der Schaufeln dieser Stufe aufschiebt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens, wobei jede zum Innenrotor gehörende Schaufel jenseits ihres zur Befestigung an der betreffenden Scheibe dienenden Fußes eine Plattform aufweist, die mit dem Fuß der Schaufel durch ein längliches Zwischenstück verbunden ist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln provisorisch in ihrer Lage mit Hilfe eines Ringes gehalten werden, der an der Seite, mit der er gleichachsig in das Innere des Außenrotors eingeführt wird, eine Reihe von Ausnehmungen aufweist, welche die Teilung der Schaufeln des Innenrotors reproduzieren und axiale Führungsmittel aufweisen, die in komplementäre Führungsmittel geschoben werden können, die an den länglichen Zwischenstücken der zu montierenden Schaufeln vorgesehen sind.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens, wobei jede zum Innenrotor gehörende Schaufel jenseits ihres zur Befestigung an der betreffenden Scheibe dienenden Fußes eine Plattform aufweist, die mit dem Fuß der Schaufel durch ein längliches Zwischenstück verbunden ist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln provisorisch in ihrer Lage mittels eines Ringes oder einer Hülse ge-

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halten werden, die mit Zangen od. dgl. versehen ist, welche das Erfassen der Schaufeln in der Zone ihres länglichen Zwischenstückes ermöglichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Gegenlaufverdichters,

F i g. 2 bis 7 veranschaulichen verschiedene Phasen der Montage des Innenrotors des Verdichters, wobei F i g. 2a eine Teilansicht in Richtung des in F i g. 2 eingezeichneten Pfeiles F eines Ringes ist, der zum Zusammenbau der Schaufeln und ihrem vorläufigen Halten verwendet wird,

F i g. 8 und 9 sind Ansicht bzw. Schnitt längs der Linie IX-IX einer Schaufel mit einem länglichen Zwische- nelement gemäß der Erfindung.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Verdichter weist zwei sich gegenläufig drehende Rotoren auf, d. h. einen Außenrotor t, welcher Schaufeln 2 trägt, und einen Innenrotor 3, der Schaufeln 4 trägt.

Aus Gründen rationeller technologischer Konzeption und richtigem mechanischem Verhalten, wie es oben auseinandergesetzt worden ist, und unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte ist es vorteilhaft, den Außenrotor durch einen Außenring zu bilden, der glatt oder mit Rippen verstärkt sein kann und an dem die Schaufeln 2 unbeweglich und unlösbar befestigt sind, welche die Gitter RE\, RE2, REi, REa usw. bilden. Der aus dem Außenring und seinen Schaufeln bestehende Aufbau bildet somit einen vorgefertigten Monoblock.

Die die Gitter darstellenden Schaufeln können angeschweißt sein, und sie können jeweils beispielsweise eine Plattform 5 aufweisen, die in Umfangsrichtung eine dem Winkelabstand zweier Schaufeln entsprechende Breite hat. Die Plattformen 5, die nebeneinander liegen und miteinander verschweißt sind, bilden einen axialen Abschnitt des Außenringes 6, 7, 8, 9. Der durch Stoßschweißung bei 10,11,12 erfolgende Zusammenbau mehrerer so gebildeter axialer Abschnitte ermöglicht die Herstellung eines Außenrotors, der aus unlösbaren Elementen zusammengesetzt ist, d. h. einen Monoblock darstellt.

Wenn es gewünscht wird, können Scheiben 13,14,15, 16 die Gitter REi, Äfi, RB, REa ... in Richtung zur Welle 21 der Maschine verlängern, so daß sie sich mittels Lagern 17,18, 19, 20 auf der mit dem Innenrotor 3 verbundenen Welle 21 abstützen. Diese Ausführung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, wenn der äußere Ring für sich allein in der Lage ist, die Beanspruchungen zufolge der auf die Schaufeln 2 ausgeübten Zentrifugalkräfte aufzunehmen, und wenn die Abstützung des Außenrotors 1 auf der Welle 21 lediglich durch nicht dargestellte äußere Lager gewährleistet werden kann.

Der Innenrotor 3 ist aus einem axialen Stapel von Scheiben 24, 25, 26... gebildet, die bei 24a bzw. 25a, 26a... auf die Welle 21 aufgezogen sind und an ihrem Umfang axiale Verdickungen 246 bzw. 256, 266 aufweisen, die gemäß nachstehender Beschreibung dazu bestimmt sind, die Füße der Schaufeln 4 durch axiales Aufschieben aufzunehmen. Der Strömungsweg des die Turbomaschine durchquerenden Arbeitsmittels ist einerseits durch die Innenwand des Außenrotors 1 und andererseits durch Kopfansätze 2a und Fußansätze 4a begrenzt, die einen Teil der Schaufeln 2 bzw. 4 bilden.

In F i g. 8 und 9 sind die Schaufeln 4 dargestellt, die für den Innenrotor verwendet werden. Diese Schaufeln weisen jeweils einen Fußansatz 4a und einen Fuß 46 auf, der von dem Fußansatz 4a durch ein längliches Zwischenelement 4c getrennt ist. Zwei sich kreuzende Nuten 4c/und 4e sind unter dem Fuß 46 jeder Schaufel 4 vorgesehen, wobei die Tiefe der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut 4e größer als die der axialen Nut 4c/ ist. Führungsmittel, wie z. B. zwei axiale Nuten 4f, sind in den Seitenflächen des länglichen Zwischenelementes 4c vorgesehen.

Vor dem Zusammenbau wird in die axialen Nuten Ad der Füße 46 eine Haltezunge 22 fest eingesetzt, so daß ein vorspringender Teil 22a der Haltezunge in der Zone des Schnittpunktes der beiden sich kreuzenden Nuten 4c/und 4e liegt und in die tiefere Umfangsnut 4e eindringt, wodurch die feste axiale Verbindung der Schaufel 4 und der Haltezunge 22 gewährleistet wird.

Der Einbau des Innenrotors der Turbomaschine erfolgt auf nachstehende Weise: Es wird damit begonnen, daß ein Ring 23 an einen Ort gebracht wird, welcher das radiale Einführen der Schaufeln 4, die mit ihren Haltezungen 22 versehen sind, in den zwischen den Gittern RE\ und REi des Außenrotors 1 gebildeten Ringraum ermöglicht (F i g. 2, Pfeil /1). Dieser Ring 23 hält alle Schaufeln in der Stellung, die ihrem endgültigen Aufbau auf der Scheibe entspricht. Der Ring kann aus einem Kranz, einem Ringkörper oder einer zur Maschine gleichachsigen Hülse bestehen, die Ausnehmungen 23a aufweist (F i g. 2a), welche die Schaufelteilung reproduzieren. Der Außendurchmesser des Ringes 23 ist derart gewählt, daß er gerade auf das Rad REi des Außenrotors 1 aufgeschoben werden kann.

Die Innenrotor-Schaufeln 4 werden in axialer Richtung mittels ihrer Nuten 4/auf einer Tiefe von einigen Millimetern in die Ausnehmungen 23a des Ringes 23 geschoben und so aus der in F i g. 2 wiedergegebenen Stellung in die in Fig.3 wiedergegebene Stellung gebracht (Pfeil /2).

Durch Vorschieben des Ringes 23 gegen das Rad REi (Pfeil h, F ig. 4) kommen die Abstützflächen Ag der Schaufeln 4 in Berührung mit den entsprechenden Abstützflächen der Schaufeln 2 des Rades RE\. Die Schaufeln zentrieren sich vollkommen, indem sie in die Ausnehmungen 23a des Ringes 23 eintreten, und sie nehmen eine Stellung ein, in welcher sie die zum Innenrotor gehörende Scheibe 24 aufnehmen können. Damit dieser Vorgang möglich ist, ist es erforderlich, daß der Innendurchmesser des Ringes 23 größer als der Außendurchmesser der Scheibe 24 ist. Sobald die Schaufeln 4 auf die Scheibe 24 aufgeschoben sind (Pfeil A, F i g. 4 und 5), ist es möglich, die Enden der Haltezungen'22 umzubiegen, wie es bei k in F i g. 6 angedeutet ist, wodurch das axiale Festlegen der Scheibe 24 und der Schaufeln 4 gewährleistet wird. Danach wird der Ring 23 zurückgezogen, wie es durch den Pfeil /e in F i g. 6 angedeutet ist. Der Vorgang der Montage des Rades RI\ des Innenrotors ist damit beendet.

Nunmehr erfolgt das Einsetzen der dem Rad RE2 des Außenrotors zugeordneten Scheibe 14, wobei das axiale Festlegen dieser Scheibe 14 und der Schaufeln 2 des Rades REi auf analoge Weise erfolgen kann, wie sie für die Räder des Innenrotors vorgesehen ist, beispielsweise mittels Haltezungen 27 (F i g. 7).

Es werden somit die in Fi g. 1 dargestellten Bedingungen erhalten, und es kann zur Montage des folgenden Rades Rk auf die bereits beschriebene Weise übergegangen werden. Der Arbeitsvorgang wird für jede Stufe wiederholt, wobei, wenn erforderlich, ein anderer Ring 23 verwendet wird, wenn der Durchmesser der Scheiben des Innenrotors und die Teilung der Schau-

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fein auf den Scheiben sich ändern.

Es ist zu bemerken, daß der Spielraum, welcher von der Höhe des länglichen Zwischenstückes 4c jeder Schaufel 4 gebildet ist, auf leichte Weise die verschiedenen Vorgänge ermöglicht, die für das Anordnen des Innenrotors erforderlich sind, insbesondere das Ergreifen der Schaufeln des Innenrotors zwischen ihrem Fuß und ihrem Ansatz sowie das axiale Verschieben der Scheiben des Innenrotors, das durch Verringerung ihres Außendurchmessers ermöglicht wird.

Es können auch andere Maßnahmen angewendet werden, insbesondere um das provisorische Halten der Schaufeln 4 bis zu ihrem endgültigen Aufschieben auf ihre Scheibe zu gewährleisten. So könnte der Ring 23 mit seinen Ausnehmungen 23a durch einen Ringkörper ersetzt werden, welcher derart dimensioniert ist, daß er den Durchgang der Scheibe ermöglicht, und welcher mit Mitteln, wie Zangen od. dgl., versehen ist, welche das Erfassen der Schaufeln an ihrem länglichen Zwischenstück 4c ermöglichen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

16 Ol 854 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zusammenbau einer mehrstufigen Turbomaschine mit Axialströmung und zwei sich gegenläufig drehenden Rotoren, bei welcher der Außenrotor einen Außenring aufweist, an dessen Innenfläche eine Mehrzahl von Schaufelkränzen befestigt ist, wobei der aus dem Außenring und den Schaufelkränzen bestehende Außenrotor einen vorgefertigten Monoblock bildet, und der Innenrotor eine Mehrzahl von axial gestapelten Scheiben aufweist, an deren Außenumfang Schaufeln befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenrotor Stufe für Stufe zusammengesetzt wird, indem die Schaufeln einer Stufe in den Ringraum eingeführt werden, der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaufelkränzen des Außenrotors vorhanden ist, wobei die Schaufeln provisorisch in ihrer Lage gehalten werden, und die zu dieser Stufe des Innenrotors gehörende Scheibe derart axial verschoben wird, daß sie sich auf die Füße der Schaufeln dieser Stufe aufschiebt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede zum Innenrotor gehörende Schaufel jenseits ihres zur Befestigung an der betreffenden Scheibe dienenden Fußes eine Plattform aufweist, die mit dem Fuß der Schaufel durch ein längliches Zwischenstück verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln provisorisch in ihrer Lage mit Hilfe eines Ringes gehalten werden, der an der Seite, mit der er gleichachsig in das Innere des Außenrotors eingeführt wird, eine Reihe von Ausnehmungen aufweist, welche die Teilung der Schaufeln des Innenrotors reproduzieren und axiale Führungsmittel aufweisen, die in komplementäre Führungsmittel geschoben werden können, die an den länglichen Zwischenstücken der zu montierenden Schaufeln vorgesehen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede zum Innenrotor gehörende Schaufel jenseits ihres zur Befestigung an der betreffenden Scheibe dienenden Fußes eine Plattform aufweist, die mit dem Fuß der Schaufel durch ein längliches Zwischenstück verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln provisorisch in ihrer Lage mittels eines Ringes oder einer Hülse gehalten werden, die mit Zangen od. dgl. versehen ist, welche das Erfassen der Schaufeln in der Zone ihres länglichen Zwischenstückes ermöglichen.