DE2135088A1 - Rotor-Anordnung für Turbomaschinen - Google Patents

Description

Rotor - Anordnung für Turbomaschine».

Bei der Herstellung von Turbomaschinen in mehrstufiger Bauart, beispielsweise Zentrifugal-Kompressoren, axialen Flüssigkeits-Kompressoren und Turbinen, ist es vorteilhaft, die Rotoren in zusammengesetzter Bauweise (Scheibenbauweise) zu verwenden, wobei die Räder in Form eines Stapels zwischen zwei Wellenstümpfen angeordnet sind, die an den Enden eines durchgehenden Zug-Bolzens, manchmal auch als Zug-Anker bezeichnet, befestigt sind. Die Radelemente nehmen bei Zentrifugal-Gas-Kompressoren die

Form eines Laufrades an. Bei Turbinen und axialen Flüssigkeits-Kompresso>— ren bestehen die Räder aus beschaufelten Scheiben. Die Radanordnung weist eine in axialer Richtung verlaufende Durchgangsbohrung auf, die gegenüber dem Zugbolzen Spiel hat.

Dieser Rotoraufbau erfordert einen Zugbolzen von beträchtlicher Länge. Solchen langen Zugbolzen'wohnen jedoch eine Reihe von Problemen inne,
die mit Bolzenresonanz und Rotorunwucht zusammenhängen, die hauptsächlich durch Durchbiegungen oder radiale Versetzungen verursacht werden. Diese Lage wird noch durch die hohe Drehzahl verschlimmert mit der die Rotoranordnung, im Betrieb, arbeitet·

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Rotor-

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aufbau unter Verwendung eines zentrischen Zugbolzens zu schaffen, bei dem der Zugbolzen versteift wird, um seine Eigenfrequenz zu erhöhen und damit das Auftreten von Eesonanz bei Betriebsbedingungen zu vermeiden.

Erfindungsgemäß ist eine Haltebüchse auf dem Zugbolzen im mittleren Teil desselben mittels eines Schrumpfsitzes befestigt. Die Haltebuchse befindet sich innerhalb der Dufchgangsbohrung des Rädersatzes und weist diesem gegenüber ein anfänglich geringes Spiel auf. Ein zweites Buchsenglied ist ebenfalls in dem Zwischenraum zwischen dem Zugbolzen und der Durchgangsbohrung des Rädersatzes angeordnet. Die zweite Buchse ist an einem Glied des Rädersatzes, beispielsweise durch Schrumpfsitz, befestigt und weist gegenüber dem Zugbolzen ein Drehsitzspiel auf. Die beiden Buchsenglieder weisen ineinandergreifende Teile auf, die zur Vermeidung einer radialen Versetzung des Zugbolzens gegenüber dem Laufrad, dem Rädersatz oder einem anderen Teil, an welchem sie angebracht werden könnten, dienen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen .

Figur 1 einen perspektivisch gezeichneten Längsschnitt der Rotoranordnung, in der die Erfindung enthalten ist;

Figur 2 ein vergrößertes Schnittbild des Dichtungsgliedes und des benachbarten Teiles des Zugbolzens, aus dem oberen Mittelteil der Figur 1}

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Figur 5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Halte buchse, die am Zugbolzen befestigt ist:

Figur k eine der Figur 3 ähnliche Ansicht des zweiten Buchsengliedes, das in der Dichtbuchse fest eingebaut ist.

Die. in der Figur 1 dargestellte, zusammengesetzte Rotoranordnung ist am Beispiel eines mehrstufigen, doppelflutigen Zentrifugal-Gas-Kompressors gezeigt. Der Rotor weist Wellenstümpfe 10,11 auf, die an den Enden des Zugbolzens 12 starr befestigt sind. Eine Gruppe 13 von Laufrädern ist ■ätwa in dem am Wellenstumpf 10 befestigten Endbereich des Zugbolzens angeordnet und eine zweite Gruppe 14 von Laufrädern ist in der Nähe des ',■/ellenstumpfes 11 angebracht.

Ein zylindrisches Dichtungsglied 17 ist zwischen den Laufradgruppen 13»1^· angeordnet. In der perspektivisch gezeichneten Ansicht nach Figur 1 sind nur die erste und letzte Laufradstufe 18,19 · der Gruppe 13 und in gleicher Weise die erste und letzte Laufradstufe 20,21 der Gruppe 14 dargestellt.

Die an den Wellenstümpfen 10,11 anliegenden Laufräder sind mit 18 und bezeichnet, und an den ",'ellenstümpf en sind Schultern 25 ausgebildet. Auch an den aneinanderstoßenden Bereichen der zugeordneten Laufräder sind ahn-

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liehe Schulterzonen 27 vorgesehen. Schließlich besteht auch zwischen den Enden des Dichtungsgliedes 17 und den daran anliegenden Laufrädern 19»21 ein Schultereingriff 30« Die Schultern 25_s27j30 dienen dazu, die Laufräder und das Dichtungsglied 17 zu zentrieren, indem sie die Laufräder und das Dichtungsglied in koajcialer Ausrichtung halten. Führungsglieder in Form von Bolzen 31 sind zwischen den Laufrädern und den Wellenstümpfen sowie dem Dichtungsglied 17 angeordnet und sollen eine Antriebsverbindung zu den Laufrädern aufrechterhalten.

Der Zusammenhalt geschieht in der Weise, daß die Wellenstümpfe 10,11 auf die Enden des Zugbolzens 12 aufgeschraubt werden, wodurch die Laufräder und das Dichtungsglied 17 axial zusammengepreßt werden, sodaß eine starre Anordnung für einen synchronen Umlauf gebildet wird.

Wie schon oben angegeben wurde, weist der Zugbolzen eine beträchtliche Länge auf, insbesondere angesichts der Tatsache, daß der Kompressor mehrstufig und zudem doppelflutig mit zwei getrennten Laufradgruppen 13_t Ik ausgebildet ist. Solche langen Zugbolzen führen bei den hohen Geschwindigkeiten, mit denen diese Rotoranordnungen umlaufen, zu Bolzenresonanzen und Unwuchten.Die Erfindung richtet sich daher auf eine Anordnung, in der eine Durchbiegung oder eine radiale Versetzung des Zugbolzens verhindert

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wird, indem der Bolzen zentrisch, in der Eotoranordnung gehalten und darüberhinaus versteift wird, um die Eigenfrequenz des Bolzens zu erhöhen, wodurch eine Resonanz bei Betrxebsdrehzahlen vermieden wird.

Eine Haltebuchse 37 ist durch Aufschrumpfen starr auf dem Zugbolzen befestigt. Wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, weist die Bohrung 40 der Haltebuchse in den Bereichen, die nicht mit dem Bolzen in Berührung kommenj Spiel gegenüber dem Umfang des Bolzenschaftes 12 auf· Die Haltebuchse 37 sitzt auch mit leichtem Spiel in der Bohrung des Dichtungsgliedes 17.

Ein zweites Buchsenglied 43 ist starr in der Dichtung 17 befestigt. Diese Buchse 43 weist in den Bereichen 44, 45 einen Schrumpfsitz auf« Die Bohrung 4? der Buchse 43 hat gegenüber dem Zugbolzen 12 Spiel.

Die Buchsen 37 und 43 sind mit ineinandergreifenden Teilen versehen. Gemäß Figur 3 weist die Buchse 37 vier Aussparungen 48 auf, die sich von dem der Βμοΐιεβ 43 gegenüberstehenden Ende aus nach innen erstrecken. Die Buchse 43 weist sich axial erstreckende Vorsprünge 50 auf. Die Vorsprünge 50 sind entsprechend den Aussparungen 48 in der Buchse 37 dimensioniert und über den Umfang verteilt, wodurch die Buchsen 37 und 43 ge-

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.kuppelt werden und es ist ersichtlich, daß diese ineinandergreifende Ausbildung eine radiale Versetzung zwischen dem Zugbolzen 12 und dem Dichtungsglied 17 verhindert. Während diese Anordnung den Zugbolzen zentrisch in dem Laufradblock hält, erlaubt sie und passt sie eine durch Temperaturänderungen oder durch Zentrifugalkraft bewirkte radiale oder axiale Vergrößerung der Teile, wie des Bolzenschaftes 12, des Dichtungsgliedes 17 und der Buchsen 37 und ^fJ einander an,

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Kurz gesagt wird der Eotoraufbau durch Anordnung der Laufräder in' Gruppen 13 und 1^ in Kompaktbauweise zusammengesetzt. Die Haltebuchse 37 wird erwärmt und auf dem Zugbolzen 12 angeordnet, wobei das Buchsenende die auf dem Bolzen 12 ausgebildete Schulter-51 umgibt. Beim Abkühlen bildet die Buchse einen festen Schrumpfsitz mit dem Bolzen.

Der Bolzen mit der aufgeschrumpften Buchse wird mit dem V/ellenstumpf verschraubt. Der Satz Laufräder der Gruppe 13 wird über den Bolzen bis zum Wellenstumpf 10 geschoben. Das Dichtungsglied 17 wird erwärmt und über die Buchse 37 geschoben, bis es am Laufrad 19 zur Anlage kommt, und daraufhin wird die Buchse kj in dem Dichtungsglied 17 so angeordnet, daß ihr zylindrischer Teil k5 an der in der Bohrung der Dichtung 17 ausgebildeten Schulter 55 anliegt. Der Laufradsatz 1^ wird dann gegen die

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Dichtung 17 geschoben und schließlich wird der Wellenstumpf 11 auf den Zugbolzen aufgeschraubt. Bei diesem letzten Schritt v/ird ein Verfahren angewendet, das zu einer Verspannung der Laufradsätze und des Dichtungs-, gliedes von vorbestimmter Höhe führt. Wenn, der Wellenstumpf 11 angezogen wird, um den gewünschten Druck auf die Laufräder auszuüben, werden Keile zwischen die Nabe des Laufrades 20 und den V/ellenstumpf 11 eingetrieben. Infolgedessen werden die Wellenstümpfe 10_t11, die Dichtung 17 und die Laufräder zur Erzielung eines synchronen Umlaufs starr miteinander verbunden«

Beim Abkühlen des Dichtungsgliedes 17 wird mit der Buchse hj> ein Schrumpfsitz gebildet. Auf diese Weise ist die Buchse 37 fest mit dem Zugbolzen und die Buchse W$ fest mit der Dichtung 17 verbunden« Da jedoch zwischen dem Außendurchmesser der Buchse 37 und der Bohrung der Dichtung 17 ein leichter Spielsitz und auch zwischen der Bohrung der Buchse kj und dem Außendurchmesser des Zugbolzens 12 ein größeres Spiel vorgesehen ist, war dieser Aufbau der Rotoranordnung zweckmäßig. Die Ausbildung mit Aussparung ^8 und Vorsprung 50 verhindert zudem jegliche radiale Relativverschiebung zwischen den Buchsengliedern und dementsprechend auch zwischen dem Zugbolzen 12 und der Rotoranordnung, indem diese Teile konzentrisch

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gehalten werden, während gleichzeitig eine symmetrische,.relative Radial- und Axialvergrößerung zugelassen wird. :

Die Schultern 51 und 35 sind so angeordnet, daß bei dem vollständig zusammengebauten und unter vorbestimmter Verspannung stehenden Rotoräuf-

bau, Spiel zwischen den gegenüberstehenden Stirnenden der Buchsen 37»^3 besteht. Dies läßt zwischen dem Zugbolzen und dem Rädersatz eine geringe

axiale Relativverschxebung zu, die bei Ausdehnung bzw. Schrumpfung der

Teile auftreten könnte.

Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, soll die Erfindung dadurch nicht eingeschränkt werden, da sie gemäß dem Erfindungsgedanken in anderen Ausführungen verkörpert werden kann«

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Claims (2)

1. \\j)/ Rohranordnung mit einem Zugbolzen, je einem an den beiden Enden des Zugbolzens befestigten Wellensturapf, einen Satz von zwischen beiden Wellenstümpfen angeoidneten und mit diesen starr verbundenen Rädern, dadurch gekennzeichnet, daß der Rädersatz ( 17-21 ) eine mit dem Zugbolzen (12 ) konzentrisehe Durchgangsbohrung aufweist, daß eine auf dem Zugbolzen, mit Spiel gegenüber der Durchgangsbohrung befestigte Haltebuchse ( 37 ) und eine zweite in der Durchgangsbohrung angeordnete und mit dem Rädersatz starr verbundene Buchse ( **3 ) ι die den Zugbolzen konzentrisch und mit Abstand umgibt,, vorgesehen ist, und daß die sich gegenüberstehenden Enden der Buchsen derart ineinandergreifend ausgebildet sind, daß ein radiales Versetzen des Zugbolzens gegenüber der zweiten Buchse verhindert wird.
2. 2.) Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltebuohse (37) mittels Schrumpfsitz auf dem Zugbolzend2) befestigt ist.

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   3·) Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Buchse (kj>) mittels Schrumpfsitz in. dem Rädersatz (17-21) befestigt ist.

   km) Rotoranordnung nach A.1, d.g., daß die ineinandergreifenden Buchsenenden derart ausgebildet sind, daß sie eine axiale Relativverschiebung zwischen den Buchsen zulassen.

   5·) Rotoranordnung nach A.1, d.g·, daß die ineinandergreifenden Buchsenenden derart ausgebildet sind, daß sie eine Änderung der radialen Abmessungen von Rädersatz (17-21), Zugbolzen (12) und Buch-

   ϊ sen (37f ^3) in Abhängigkeit von Temperaturänderungen oder von der Zentrifugalkraft zulassen.

   6·) Rotoranordnung nach A.1, d.g., daß eine der Buchsen (37) an ihrem der anderen Buchse (k3) zugewandten Ende eine Vielzahl von über den Umfang verteilten {&**·« \k8) und die andere Buchse (kj) entsprechende in die Η«±*η eingreifende axialgerichtete Vorsprünge (50) aufweist«

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