DE2514947A1

DE2514947A1 - Turbomaschine mit auswuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE2514947A1
Application number: DE19752514947
Authority: DE
Inventors: Larry Earl Glassburn
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1974-05-23
Filing date: 1975-04-05
Publication date: 1975-12-11
Also published as: GB1500575A; FR2272260A1; FR2272260B1; IT1037742B; BE829439A; US3888601A; JPS50150908A

Description

Turbomaschine mit Auswuchtvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbomaschine mit Auswuchtmitteln und insbesondere auf eine Turbomaschine, die durch eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Auswuchtgewichte ausgewucntet werden kann, die auf einfache Weise entfernt und ausgewechselt werden können.

Bekanntlich müssen alle rotierenden Maschinen ausgewuchtet sein, so daß die Wirkungen der Zentrifugalkraft gleichförmig um jeden rotierenden Teil herum verteilt werden. Ein unausgewuchteter Zustand innerhalb einer umlaufenden Komponente kann zu einer starken Vibration und zu Reibungsverschleiß führen, wodurch die brauchbare Lebensdauer der Komponente drastisch verkürzt wird. Deshalb sind rotierende Komponenten im allgemeinen ausgewuchtet, und zwar sowohl dynamisch als auch statisch, durch die Zufügung von diskreten Auswuchtgewichten an dem Außenumfang der rotierenden Komponenten.

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In einer Axialströmungs-Turbomschine ist im allgemeinen eine Rotorradscheibe vorgesehen, die um ihren äußeren Umfang herum eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Rotorblätter trägt. Jedes Blatt weist einen Flügel- oder Schaufelabschnitt auf, über den ein Strömungsmittel in bekannter Weise entweder zur Kompression oder zum Herausziehen von Arbeit strömen kann. Die Blätter ^önnen weiterhin Wurzelabschnitte aufweisen zum Einsetzen und Festhalten in beabstandeten Vertiefungen, die um den Umfang der Rotorradscheibe herum angeordnet sind. In einer Turbomaschine dieses Typs ist es allgemeine Praxis, einen Raum zwischen der Unterseite der Blattwurzel und ihrer zugehörigen Vertiefung frei zu lassen für den Einsatz von kleinen Auswuchtgewichten. Es gibt jedoch viele Fälle, wo es sich aufgrund der Konfiguration der umgebenden Turbomaschine als nicht praktikabel erweisen kann, kleine Auswuchtgewichte in dieser Weise einzusetzen, da die Rotorblätter für eine Auswechselung der Auswuchtgewichte nicht auf einfache Weise entfernt werden können. Auswuchtgewichte können auch relativ zu einem Bolzenkreis um die Rotorradscheibe herum befestigt sein; diese Anordnung kann sich jedoch ebenfalls als nicht praktikabel erweisen, weil die Auswuchtgewichte nicht auf einfache Weise entfernt und ausgewechselt werden können.

Es ist deshalb eine der Erfindung zugrundeliegende Hauptaufgabe, eine vereinfachte Vorrichtung zum Auswuchten einer Turbomaschine zu schaffen, bei der unabhängig von der Konfiguration der umgebenden Turbomaschine eine Vielzahl von Ausgleichgewichten auf einfache Weise von einer Rotorräderscheibe entfernt und ausgewechselt werden kann.

Weiterhin beinhaltet die Erfindung die Schaffung einer vereinfachten Vorrichtung zum Auswuchten einer Turbomaschine, bei der eine Vielzahl von Auswuchtgewichten an irgendeiner Rotorradscheibe befestigt werden kann, die Rotorblätter mit überhängenden Plattformen und desgleichen einen Schnappring-Blatthalter aufweist.

Die Turbomaschine gemäß der Erfindung umfaßt eine Auswuchtvorrichtung und weist einen rotierenden Teil mit einer Vielzahl in

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Umfangsrichtung beabstandeter, im allgemeinen axial verlaufender Vertiefungen auf, die um ihren äußeren Umfang herum angeordnet sind. Die zahlreichen Blatteile enthalten jeweils Wurzel- und stromlinienförmige Schaufelabschnitte, wobei die Wurzel- bzw. Fußabschnitte für eine Halterung in den Vertiefungen aufgenommen werden. Eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter integraler Hakenabschnitte geht von der Seite des rotierenden Teiles derart aus, daß jeder integrale Hakenabschnitt zwei gegenüberliegende, im allgemeinen radial verlaufende Seitenwände aufweist, wobei jeder von einer im allgemeinen radial verlaufenden Vertiefung bzw. Rille geschnitten wird. Weiterhin sind zahlreiche Auswuchtgewichte vorgesehen, wobei jedes Auswuchtgewicht ein Paar Längs- und Querflächen, die von einer Ober- und einer Unterseite geschnitten werden, zusammen mit einem Paar in entgegengesetzte Richtungen weisenden Befestigungslappen aufweist, wobei sich jeder Befestigungslappen von einer gegenüberliegenden Längsfläche für einen Eingriff mit einer entsprechenden radial verlaufenden Rille bzw. Aussparung erstreckt. Ferner ist ein Schnappring vorgesehen zum Einsetzen zwischen die Hakenteile und den rotierenden Teil für einen Eingriff mit den Unterflächen der Auswuchtgewichte .

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Figur 1 ist eine perspektivische Teilschnittansicht von einer Turbomaschine und der Auswuchtvorrichtung gemäß der Erfindung.

Figur 2 ist eine Teilschnittansicht nach einem Schnitt entlang der Linie 2-2 in Figur 1.

Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht von einem einzelnen Auswuchtgewicht, das zum Auswuchten der Turbomaschine gemäß Figur 1 verwendet werden kann.

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Figur 4 ist eine Seitenansicht des Auswuchtgewichtes gemäß F igur 3.

Figur 5 ist eine Draufsicht auf das Auswuchtgewicht gemäß Figur 3 ·

In den Figuren 1 und 2 ist eine typische Radblattanordnung für eine Rotation um eine Mittelachse gezeigt, wie sie in einem Axialströmungs-Turbomaschinenkompressor oder in einer andersartigen Axialströmungs-Turbomaschine verwendet werden kann. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel umfaßt die das Blatt tragende Struktur eine Rotorradscheibe, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist, mit einem vergrößerten Randabschnitt 12 und zwei entgegengesetzt gerichteten(axial zum Rotor) Flächen 14 und 16. Durch den Randteil erstreckt sich in einer im allgemeinen axialen Richtung relativ zum Rotor eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter BlattaufnähmeVertiefungen, die bei 18 gezeigt sind. Diese Vertiefungen, die eine Schwalbenschwanz- bzw. Tannenbaumform besitzen können, umfassen zwei Seitenwände 20, 21, deren Innenende unterschnitten sind, um in Längsrichtung verlaufende gewinkelte Seitenwände 22, 23 zu bilden, die als nach innen gerichtete Anschlagflächen wirken. Die Vertiefungen enthalten weiterhin eine weite Basis oder einen weiten Unterteil 24.

Die Rotorscheibe 10 enthält zahlreiche in Umfangsrichtung beabstandete Rotorblätter oder -schaufeln 26, die um ihren Umfang herum angeordnet sind. Jedes Rotorblatt 26 weist einen stromlinienförmigen Schaufelabschnitt 28 auf, über den ein Gas in bekannter Weise strömen kann, entweder zur Kompression oder zum Herausziehen von Arbeit. Die Blätter 26 besitzen Plattformen 32, von denen Wurzelabschnitte 30 im wesentlichen radial nach innen ausgehen, wobei die Plattformen 32 im allgemeinen über die Wurzelabschnitte überhängen. Jeder Wurzelabschnitt 30 ist an dem radialen Innenende verdickt, um nach außen verlaufende Schultern mit entgegengesetzt gerichteten, longitudinal verlaufenden Flächen 34, 36 zu bilden. Zusätzlich weisen die Wurzelabschnitte 30 gegenüberliegende_/quer verlaufende End- bzw. Stirnflächen 38, 40 zusammen mit einem Unterteil 42 auf. Die Blätter 28 sind radial

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und in Umfangsrichtung in üblicher Weise gehaltert durch ein axiales Einsetzen der Wurzelabschnitte 30 in die Blattaufnähme-Vertiefungen 18, so daß die entgegengesetzt gerichteten, longitudinal verlaufenden Flächen 34, 36 auf entsprechende Weise an den longitudinal verlaufenden gewinkelten Seitenwänden 22, 23 der Blattaufnähmevertiefungen angreifen. Wie aus Figur 1 hervorgeht, entspricht die allgemeine Gesamtform der Rotorradscheibe/oder der Blattaufnähmevertiefungen 18 der Form der Fußabschnitte 30 mit einem kleinen Spielraum zwischen dem Unterteil 42 der Blattwurzeln und der Basis 24 der Vertiefungen. Somit sind die longitudinal verlaufenden Flächen 34, 36 der Blattwurzeln so geformt, daß sie an den longitudinal verlaufenden, gewinkelten Seitenwänden 22, 23 der Rotorradvertiefungen 18 anstoßen und von diesen gegen die Zentrifugalkraft gehaltert sind. Die Mittel zur Halterung der hier beschriebenen Rotorblätter sind üblich und bekannt.

Von der Stirnfläche 14 der Rotorradscheibe 10 geht in axialer Richtung eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter integraler Hakenabschnitte 44 aus, die jeweils einen nach unten verlaufenden Lippenabschnitt 46 in einer im Abstand überlappenden Relation zur Stirnfläche 14 aufweisen. Jeder integrale Hakenabschnitt 44 hat zwei gegenüberliegende, im allgemeinen radial verlaufende Seitenwände 48, 50 in einer im allgemeinen entsprechenden koplanaren Ausrichtung mit den Seitenwänden 20, 21 der Blattaufnahmevertiefungen. Jedes Paar der gegenüberliegenden Seiten— wände 48, 50 ist auf entsprechende Weise geschnitten durch ein Paar radial verlaufender Rillen bzw. Vertiefungen 52, 54 zur Aufnahme eine Auswuchtgewichtes 56, was im folgenden noch näher beschrieben wird. Die Aussparungen 52, 54 sind in der Weise dargestellt, daß ein Rand davon mit der Schnittstelle zwischen den Seitenwänden 20, 21 und der Fläche 14 der Rotorradscheibe zusammenfällt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Aussparungen nicht notwendigerweise in dieser Art angeordnet sein müssen und alternativ im Abstand vor der Stirnfläche 14 der Rotorradscheibe angeordnet sein können.

In den Figuren 3 bis 5 ist eine vergrößerte Ansicht von einem

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einzelnen Auswuchtgewicht 56 gezeigt, das zwei longitudinal verlaufende Flächen 58, 60 zusammen mit zwei gegenüberliegenden quer verlaufenden Stirnflächen 62, 64 aufweist. Die Längs- und Querflächen werden durch eine Unterfläche 66 und eine Oberfläche 68 geschnitten, die auf entsprechende Weise die inneren und äußeren radialen Begrenzungen des Auswuchtgewichtes 56 bilden. Von den zwei in Längsrichtung verlaufenden Stirnflächen 58, 60 gehen zwei in entgegengesetzte Richtung vorstehende Befestigungslappen 70, 72 aus, wobei die Oberseiten der Befestigungsteile 70, 72 durch eine schräg verlaufende Fläche 74 geschnitten werden. Der eine Rand der Befestigungsteile 70, 72 ist in der Weise dargestellt, daß er mit der quer verlaufenden Stirnfläche 62 zusammenfällt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Befestigungslappen nicht notwendigerweise in dieser Art angeordnet sein müssen und alternativ auch im Abstand von der Stirnfläche 62 angeordnet sein können. Eine quer verlaufende Aussparung 76 erstreckt sich zwischen den gegenüberliegenden Befestigungsteilen 70, 72 und schneidet die quer verlaufende Stirnfläche 62 zusammen mit der Unterfläche 66.

Nachdem die einzelnen Rotorblätter 26 in der vorgenannten Weise in ihre entsprechenden Aussparungen l8 eingesetzt worden sind, wird anschließend jedes Auswuchtgewicht zwischen die integralen Hakenabschnitte 44 eingesetzt, indem zunächst die quer verlaufende Stirnfläche 62 in einen ungefähren Eingriff mit der Stirnfläche 14 der Rotorradscheibe an einer Stelle gebracht wird, die unterhalb des Raumes zwischen einem Paar benachbarter integraler Hakenabschnitte liegt. Das Auswuchtgewicht 56 muß dann in Umfang sr ichtung ausgerichtet werden, so daß die Befestigungslappen 70, 72 bei einer radial nach außen gerichteten Verschiebung des Auswuchtgewichtes gleitend in Eingriff kommen mit entsprechenden Aussparungen 52, 54. Das Auswuchtgewicht 56 wird dann radial nach außen geschoben in einen Stoßeingriff mit der inneren Oberfläche der Blattplattform 32. Auf diese Weise ist das Auswuchtgewicht 56 gegen eine weitere radiale Auswärtsbewegung während einer zentrifugalen Belastung festgehalten durch den Eingriff der oberen Fläche 68 mit der inneren Oberfläche der Blattplattform 32. Eine axiale Bewegung wird verhindert durch den Eingriff

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der Befestigungslappen 70, 72 innerhalb der Aussparungen 52, 54, während eine Umfangsbewegung durch den Eingriff der zwei in Längsrichtung verlaufenden Flächen 58, 60 zwischen den sich radial erstreckenden Seitenwänden 48, 50 verhindert ist.

Dann muß ein Schnappring 78 vorgesehen sein zum Einsetzen zwischen den überlappenden Lippenabschnitten 76 der einstückig ausgebildeten Haken 44 und der Stirnfläche 14 der Rotorradscheibe Es wird auf einfache Weise deutlich, daß die Oberseite des Schnappringes 78 an der Oberseite der Aussparung 76 angreift, wodurch die einzelnen Auswuchtgewichte 56 an einer Bewegung radial nach innen gehindert sind, wenn die Rotorradscheibe 10 still steht. Auf diese Weise können die Auswuchtgewichte 56 auf bequeme Weise entfernt und ausgewechselt werden, indem einfach der Schnappring 78 entfernt und anschließend die Auswuchtgewichte aus dem Eingriff mit den Aussparungen 52, 54 heraus radial nach innen geschoben werden. Danach kann ein neues Auswuchtgewicht in gleicher Weise eingesetzt werden, woraufhin der Schnappring 78 wieder in üblicher Weise eingebaut werden kann. Es können verschiedene Gewichte für das Auswuchtgewicht 56 vorgesehen sein, indem einfach die Länge der longitudinal verlaufenden Flächen 58, 60 eingestellt bzw. angepaßt wird, wie es durch die Strecke "A" angedeutet ist.

Somit wird also deutlich, daß die einzelnen Rotorblätter an einer axialen Verschiebung nach vorne aus den Aussparungen l8 heraus durch den Eingriff der Stirnflächen 38 in bezug auf die quer verlaufenden Stirnflächen 62 der Ausgleichsgewichte gehindert sind. Ein rückwärtige axiale Verschiebung der einzelnen Rotorblätter 26 aus ihren entsprechenden Aussparungen l8 heraus kann in üblicher Weise durch einen zweiten Schnappring 82 verhindert werden, der von einem zweiten integralen Hakenteil 80 ergriffen wird, der von dem Randabschnitt 12 ausgeht.

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Claims

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- 8 - Ansprüche

; 1.ι Turbomaschine mit Mitteln zum Auswuchten und mit einem ro^v-^/ tierenden Teil, der zahlreiche in Umfangsrichtung beabstandete, im allgemeinen axial verlaufende Aussparungen aufweist, die um seinen Außenumfang herum angeordnet sind, und eine Vielzahl von Blatteilen mit Wurzel- und stromlinienförmigen Blattabschnitten, wobei die Wurzelabschnitte für eine Halterung in den Aussparungen aufgenommen sind, gekennzeichnet durch eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter integraler Hakenabschnitte (44), die von einer Seite des rotierenden Teiles ausgehen, wobei jeder einstückig ausgebildete Hakenabschnitt (44) zwei gegenüberliegende, im allgemeinen radial verlaufende Seitenwände (48, 50) aufweist, jede Seitenwand durch eine im allgemeinen radial verlaufende Aussparung (52, 54) geschnitten ist, eine Vielzahl von Auswuchtgewichten (56), die jeweils ein Paar Längsund Querflächen (58, 60; 62, 64), die durch eine Ober- und Unterfläche (68, 66) geschnitten sind, zusammen mit einem Paar in entgegengesetzte Richtungen vorstehende Befestigungsteile (70, 72) aufweisen, von denen jeder Befestigungsteil von einer gegenüberliegenden Längsfläche ausgeht für einen Eingriff mit einer entsprechenden radial verlaufenden Aussparung, und durch einen Schnappring (78) zum Einsetzen zwischen den Hakenabschnitten (44) und dem rotierenden Teil (10) für einen Eingriff mit der Unterseite der Auswuchtgewichte (56).

2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Blatteile (26) Plattformen (32) zwischen den stromlinienförmigen Schaufelabschnitten (28) und den Wurzelabschnitten (30) aufweisen und die Plattformen (32) im allgemeinen über die Wurzelabschnitte (30) überhängen und an den Oberseiten der Auswuchtgewichte (56) angreifen, so daß eine radiale Auswärtsbewegung der Auswuchtgewichte während einer Zentrifugalbelastung verhindert ist.

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Turbomaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet j daß die im allgemeinen axial verlaufenden Aussparungen (18) eine Schwalbenschwanz- bzw. Tannenbaumform besitzen und jeweils zwei Seitenwände (2O₅ 21) aufweisen, deren Innenenden unterschnitten sind zur Bildung in Längsrichtung verlaufender gewinkelter Seitenwände (22, 23), die als nach innen gerichtete Anschlagflächen dienen, und jeder Wurzelabschnitt (30) des Blattes an dem radialen Innenende verdickt ist zur Bildung nach außen verlaufender Schultern mit entgegengesetzt gerichteten, longitudinal verlaufenden Flächen (34, 36) für einen Eingriff mit den longitudinal verlaufenden gewinkelten Seitenwänden (22, 23) der axialen Aussparungen (18), und daß die zwei gegenüberliegenden, im allgemeinen radial verlaufenden Seitenwände (48, 50) der integralen Hakenabschnitte (44) in einer im allgemeinen koplanaren Ausrichtung mit den Seitenwänden (20, 21) der Blattaufnahmevertiefungen (18) angeordnet sind.

Turbomaschine nach Anspruch 3_} dadurch gekennzeichnet , daß das rotierende Teil eine Rotorradscheibe mit einem vergrößerten Randteil (12) und zwei entgegengesetzt gerichteten Stirnflächen (14, 16) ist, jede radial verlaufende Aussparung (52, 54) einen Rand aufweist, der mit der Schnittstelle zwischen einer Seitenwand der axial verlaufenden Aussparung (18) und einer Stirnfläche (14, 16) der Rotorradscheibe zusammenfällt und der eine Rand von beiden gegenüberliegenden Befestigungslappen (70, 72) eines Auswuchtgewichtes (56) mit einer quer verlaufenden Stirnfläche dieses Ausgleichsgewichtes zusammenfällt.

Turbomaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberseite der* gegenüberliegenden Befestigungsteile (70, 72) von jedem Auswuchtgewicht (56) durch eine schräg verlaufende Fläche (74) geschnitten wird, die zwischen der Oberseite und einer quer verlaufenden Stirnfläche des Auswuchtgewichtes verläuft, und eine quer verlaufende Aussparung (76) sich zwischen der Unterseite der gegenüberliegenden Befestigungsteile (70, 72) von jedem

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Auswuchtgewicht erstreckt und die gleiche quer verlaufende Stirnfläche und desgleichen die Bodenfläche des Auswuchtgewichtes schneidet, so daß der Schnappring (78) mit der Aussparung (76) in Eingriff bringbar ist, nachdem die Befestigungsteile (70, 72) des Auswuchtgewichtes (56) in die radial verlaufenden Aussparungen (52, 5*0 eingesetzt sind.

6. Turbomaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgleichs- bzw. Auswuchtgewicht ein Paar Längs- und Querflächen (58, 60; 62, 64), die durch Ober- und Unterflächen (68, 66) geschnitten sind, zusammen mit einem Paar entgegengesetzt vorstehender Befestigungsteile (70, 72) aufweist, wobei jeder Befestigungsteil (70, 72) von einer gegenüberliegenden Längsfläche ausgeht.

7. Turbomaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der eine Rand von beiden gegenüberliegenden Befestigungsteilen mit einer quer verlaufenden Stirnfläche des Ausgleichsgewichtes zusammenfällt.

8. Turbomaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberseite der gegenüberliegenden Befestigungsteile des Auswuchtgewichtes durch eine schräg verlaufende Fläche (74) geschnitten ist, die sich zwischen der oberen Fläche und einer quer verlaufenden Stirnfläche des Auswuchtgewichtes erstreckt, und eine qu.er verlaufende Aussparung (76) zwischen der Unterseite der gegenüberliegenden Befestigungsteile des Auswuchtgewichtes verläuft, die die gleiche quer verlaufende Stirnfläche und desgleichen die Bodenfläche des Auswuchtgewichtes schneidet.

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