DE2841130C2

DE2841130C2 - Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht eines Rotors

Info

Publication number: DE2841130C2
Application number: DE2841130A
Authority: DE
Inventors: Claude Vert St. Denis Dubois; Jean Marc Melun Surdi
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1977-09-23
Filing date: 1978-09-21
Publication date: 1987-02-05
Also published as: DE2841130A1; FR2404212B1; FR2404212A1; GB2004624B; GB2004624A; US4220055A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Befestigung von Ausgleichsgewichten an Rotoren werden hohe Anforderungen an die Sicherheit der Befestigung gestellt, um Beschädigungen oder Unfälle durch sich während der Rotation lösende Ausgleichsgewichte zu vermeiden.
In der US-PS 38 88 601 ist eine Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht eines Rotors einer Turbomaschine beschrieben und dargestellt, bei der die Ausgleichsgewichte der Verriegelungseinrichtung für die Schaufeln zugeordnet sind. Die Ausgleichsgewichte werden durch das Zusammenwirken von die Ausgleichsgewichte überdeckenden Schaufelteilen und einem Federring radial in Lage gehalten. Weitere Halterungsteile zur radialen Halterung sind nicht vorgesehen. Folglich werden alle Ausgleichsgewichte freigesetzt, wenn der Federring während der Rotation bricht. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Ausgestaltung besteht darin, daß die Halterung der Ausgleichsgewichte beim Wechseln der Schaufeln demontiert wird, wodurch die Auswuchtung des Rotors vollkommen aufgehoben wird und deshalb der Rotor nach einem Schaufelwechsel wieder völlig neu auszuwuchten ist.
Bei einer Schwungscheibe für die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors ist es gemäß US-PS 14 22 633 bekannt, Ausgleichsgewichte in radialer Richtung formschlüssig zwischen Ringschultern festzulegen, wodurch die Ausgleichsgewichte sowohl gegen eine durch die Fliehkraft hervorgerufene radial auswärts gerichtete Bewegung als auch gegen eine bei Stillstand der Schwungscheibe aufgrund Gravitation radial nach innen gerichtete Bewegung gesichert sind. Zur Sicherung des oder der Ausgleichsgewichte in axialer Richtung sind zum einen die Ausgleichsgewichte durchfassende und in die Schwungscheibe einfassende Befestigungschrauben und zum anderen V-förmige Magnetstücke vorgesehen, die auf der der Schwungscheibe abgewandten Seite der Ausgleichsgewichte angeordnet und mit weiteren Befestigungsschrauben an der Schwungscheibe befestigt sind, so daß die Ausgleichsgewichte zwischen der Schwungscheibe und den Magnetstücken angeordnet sind. Diese bekannte Ausgestaltung ist aufgrund der Vielzahl erforderlicher Gewindelöcher und Befestigungsschrauben hinsichtlich der Herstellung und Montage sehr aufwendig. Außerdem wächst mit der Anzahl vorhandener Befestigungsschrauben das Problem der Schraubensicherung.
Bei der eingangs bezeichneten, aus GB-PS 8 05 371 entnehmbaren Bauart ist ein zum Rotor koaxialer Rotorflansch mit einer ebenen Ringfläche vorgesehen, in der Bohrungen zur Befestigung der Ausgleichsgewichte vorhanden sind. Am Fuß des Rotorflansches ist in einem axialen Fortsatz des Rotors eine Ringnut angeordnet, die in Verbindung mit den Bohrungen eine formschlüssige Verriegelung der Ausgleichsgewichte ermöglicht. Hierzu weisen die Ausgleichsgewichte jeweils wenigstens ein einseitiges Flanschteil auf, das nach dem Einsetzen des Ausgleichsgewichts in einer Bohrung durch Drehen des Ausgleichsgewichts um 90° in die Ringnut eingesetzt wird, wodurch ein schnabelförmiger Eingriff dieses Flanschteils in die Ringnut herbeigeführt wird. Zur Sicherung des oder der Ausgleichsgewichte in dieser Position werden am Umfang der Ausgleichsgewichte angeordnete axiale Fortsätze ausgebogen, wodurch ein Zurückdrehen der Ausgleichsgewichte durch Anschlag der Ausbiegungen gegen den axialen Fortsatz des Rotors verhindert ist. Bei dieser bekannten Ausgestaltung besteht die Gefahr, daß die Ausgleichsgewichte durch Bruch der durch das Ausbiegen ggf. schon vorgeschwächten Sicherungselemente aus ihrer gesicherten Position herauswandern können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß bei Gewährleistung einer einfachen Bauweise und Montage eine sichere Halterung der Ausgleichsgewichte erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist das wenigstens eine Ausgleichsgewicht zusätzlich zu seiner Befestigung mittels eines Befestigungselementes in einer Tasche gehalten, in die der radiale Abschnitt des winkelförmig ausgebildeten Ausgleichgewichtes einfaßt und durch ein formschlüssiges Hintergreifen der Ringnut mittels der Rippe gegen ein Herausziehen aus der Tasche formschlüssig gesichert ist. Das Ausgleichsgewicht ist somit zusätzlich zu seiner Befestigung mittels des Befestigungselementes gegen alle möglichen Bewegungen formschlüssig gesichert, wobei eine stabile Abstützung gegen die wesentlichste Bewegungsrichtung, nämlich die unter der Wirkung der Fliehkraft radial nach außen gerichtete Bewegungsrichtung, durch Anlage des axialen Abschnitts des winkelförmigen Ausgleichsgewichts an der Innenringfläche des Rotorflansches gewährleistet ist. Dabei zeichnet sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung nicht nur durch eine einfache Bauweise, sondern auch durch eine einfache Montage aus, weil das Ausgleichsgewicht in einer vom Rotorflansch entfernten Position des Ringes durch Einführung des Befestigungselementes in die Bohrungen leicht und bequem am Rotorflansch befestigbar ist, und weil die den radialen Abschnitt des winkelförmigen Ausgleichsgewichts aufnehmende Tasche bzw. Taschen durch das Heranführen des Ringes in seine Befestigungsposition automatisch gebildet wird bzw. werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in einer vereinfachten Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen axialen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Rotor eines Verdichters für ein Strahltriebwerk;
Fig. 2 in verkleinertem Maßstab einen Flansch des Rotors mit einem Ausgleichsgewicht in der Seitenansicht.
An dem Rotor 1 sind Schaufeln 2 befestigt, deren Füße 3 derart in Nuten 4 des Rotors 1 eingreifen, daß eine Schwalbenschwanzverbindung zustandekommt, durch die die feste Verbindung der Schaufeln 2 mit dem Rotor 1 in radialer Richtung hergestellt wird. Die Festlegung der Schaufeln 2 in den Nuten 4 in Achsenrichtung erfolgt in üblicher Weise durch Spangen, Kugeln, Stifte oder Verstrebungen. In dem in Fig. 1 gezeichneten speziellen Fall ist eine Festlegung mit Verstrebungen vorgesehen, das bedeutet, daß die Schaufeln 2 der verschiedenen Verdichterstufen durch Verstrebungen getrennt sind, an denen sie sich mit ihren Füßen 3 abstützen, wobei der Rotor 1 mit einem in Strömungsrichtung hinten liegenden Ring ausgestattet ist, an dem sich die Rückflächen der Schaufelfüße der hinteren Stufe abstützen, sowie mit einem zweiten, in Strömungsrichtung vorn liegenden Ring, an dem sich die Vorderseiten der Schaufelfüße der vorn liegenden Verdichterstufe abstützen, derart, daß das Ganze verriegelt ist. Mindestens einer der Ringe läßt sich vom Rotor 1 abnehmen.
Eine derartige Vorrichtung für die Befestigung der Schaufeln an einem Leichtrotor aus Faserstoff ist in dem französischen Patent 21 43 561 der Anmelderin beschrieben.
In Fig. 1 ist ein vorderer Ring mit 5 bezeichnet. Der Ring 5 bildet den Träger für Dichtungslippen 6, die mit einem beispielsweise einen Teil des Stators dienenden Organ 7 derart zusammenwirken, daß eine Labyrinthdichtung entsteht. Der Ring 5 ist mit nicht gezeichneten, in parallel zu der Rotorachse verlaufender Richtung eingesetzten, gleichmäßig verteilten Schrauben oder Gewindebolzen abnehmbar befestigt.
Bei bestimmten bekannten Ausführungsformen sind die Ausgleichsmassen an dem Ring 5 angebracht, was beim Abbau des Ringes dazu führt, daß der Rotor 1 nach dem Wiederansetzen des Ringes 5 neu ausgewuchtet werden muß. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat neben anderen Vorteilen den Vorzug, daß dieser Auswuchtvorgang vermieden werden kann, indem die Ausgleichsgewichte unmittelbar an dem Rotor 1 befestigt werden.
Der Rotor 1 besitzt zu diesem Zweck einen koaxial zu ihm angeordneten Flansch 8, der einen praktisch ebenen Kranz darstellt. In die ebene Seite des Flansches 8, an der sich die Ausgleichsgewichte 9 abstützen sollen, ist eine koaxial zum Flansch 8 verlaufende Ringnut 10 geschnitten. Der Flansch 8 weist gleichabständig angeordnete Bohrungen 11 auf, durch die Elemente zum Befestigen der Ausgleichsgewichte 9 hindurchgeführt werden können. Ferner weist der Flansch 8 in gleichmäßigen Abständen zwischen den Bohrungen 11 spanabhebend ausgearbeitete Ausnehmungen 12 zur Herabsetzung seines Gewichtes auf (vgl. Fig. 2).
Im Schnitt in einer die Rotorachse enthaltenden Ebene hat jedes Ausgleichsgewicht 9 bei der gewählten Ausführung die Form eines Winkelstücks. Der Abschnitt 13 des Winkelstücks verläuft quer zur Rotorachse und besitzt eine Planfläche, mit der er sich gegen die genutete Planfläche des Flansches 8 legt. Aus dieser Planfläche des Ausgleichsgewichts 9 springt eine Rippe 14 vor, die sich wie ein Schnabel in die Ringnut 10 legt, wenn das Ausgleichsgewicht angebracht ist. Der Abschnitt 13 ist ferner mit einer Bohrung 11&min; versehen, die sich in Flucht mit der Bohrung 11 befindet, damit ein Befestigungselement 17 hindurchgeführt werden kann. Der axial verlaufende Abschnitt 15 des Winkelstücks legt sich gegen die innere Ringfläche 16 des Flansches 8 und besitzt deswegen eine mit der Fläche 16 koaxial liegende Zylinderfläche.
Ein angesetztes Ausgleichsgewicht 9 wird somit durch sein Befestigungselement 17 festgehalten, das nach der Fig. 1 ein einzelner Niet ist. Durch das Zusammenwirken des Abschnitts 15 des Ausgleichsgewichts 9 mit der Fläche 16 des Flansches 8 wird die gegenüber der Achse seines Befestigungsmittels drehfeste Lagerung des Ausgleichsgewichts 9 herbeigeführt.
Die Herstellung der verwendeten Ausgleichsgewichte 9 ist besonders einfach. Unterschiedliche Massen lassen sich durch Verändern des Volumens des Abschnitts 15 erzielen.
Durch die Form des Ausgleichsgewichts 9 wird unabhängig von zusätzlichen Hilfsmitteln ein Sicherheitszustand herbeigeführt, der mit dem bekannter Befestigungsmittel für Ausgleichsgewichte 9 vergleichbar ist. Trotzdem ist, um einen denkbaren Fehler am Befestigungselement 11 zu berücksichtigen und das Verbleiben des Ausgleichsgewichtes 9 an Ort und Stelle bei einem etwaigen Bruch des Befestigungselements 11 zu gewährleisten, eine zusätzliche Sicherungsvorkehrung getroffen. Der Ring 5 ist zu diesem Zweck mit einem Ringflansch 18 ausgestattet, dessen Ringfläche sich gegen die genutete Fläche des Flansches 8 legt. In der Höhe der Bohrungen 11 des Flansches sind Ausnehmungen vorgesehen. Diese Ausnehmungen sind so geformt, daß jede Axialbewegung des Ausgleichsgewichts 9, die zum Heraustreten der Rippe 14 aus der Ringnut 10 führen könnte, verhindert ist. Infolgedessen wird das Ausgleichsgewicht 9 sogar beim Bruch seines Befestigungselements 17 an seinem Platz festgehalten. Die Breite der Ausnehmung ist ebenfalls so gering gehalten, daß jede Bewegung des Ausgleichsgewichts 9 in Umfangsrichtung infolge Verschiebung der Rippe 14 in der Nut 10 unmöglich ist.
Im übrigen ist die Radialerstreckung des Ringflansches 18 so groß bemessen, daß er das eingelassene Ende 17&min; des Befestigungselements 17 überdeckt. Folglich bleibt dieses Ende 17&min; bei einem Bruch des Befestigungselements 17 ebenfalls eingeschlossen. Der Ring 5 ist außerdem so ausgeführt, daß er in Verbindung mit dem Rotor 1 einen Raum 19 bildet, in dem zum gleichen Zweck das andere Ende 17&min;&min; eines Befestigungselements 17 eingeschlossen ist.
Die so ausgebildete Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht eines Rotors ist somit in dreierlei Hinsicht besonders vorteilhaft: Einerseits werden die Ausgleichsgewichte 9, wenn das Haupt-Befestigungselement 17 bricht, bei sich drehendem Rotor 1 ebenso wie bei Stillstand des Rotors 1 an ihrem Platz gehalten, andererseits wird das Herausschleudern der Teile 17&min;, 17&min;&min; des gebrochenen Befestigungselements 17 im Betrieb verhindert, und schließlich kann der Ring 5 mit der Labyrinthdichtung abgenommen werden, ohne daß der Auswuchtzustand des eigentlichen Rotors 1 beeinträchtigt wird.

Claims

1. Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht eines Rotors, mit mindestens einem im Bedarfsfall an einem zum Rotor (1) koaxialen ringförmigen Rotorflansch (8) über gleichabständige Bohrungen befestigbaren Ausgleichsgewicht (9), das sich an einer Innenringfläche des Rotorflansches (8) über eine Zylinderfläche abstützt und das über eine schnabelartige Rippe (14) in eine Ringnut des Rotorflansches (8) eingreift, und mit einem Sicherungssystem, das das Ausgleichsgewicht auch im Fall eines Bruchs der jeweiligen Befestigungseinrichtung in Lage hält, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringnut (10) in eine radial verlaufende ebene Fläche des Rotorflansches (8) eingeschnitten ist,
daß das Ausgleichsgewicht (9) winkelförmig ausgebildet ist mit einem radialen Abschnitt (13), der an der die Ringnut (10) aufweisenden Fläche des Rotorflansches (8) anliegt, die in die Ringnut (10 ) eingreifende Rippe (14) trägt und eine Bohrung (11&min;) aufweist, durch die ein Befestigungselement (17) hindurchführbar ist, das auch durch eine der Bohrungen (11) im Rotorflansch (8) führbar ist, und mit einem axialen Abschnitt (15), dessen an der Innenringfläche (16) des Rotorflansches (8) anliegende Fläche einen zu dieser koaxialen Verlauf hat, und
daß am Rotor (1) nach dem Auswuchten ein Ring (5) anbringbar ist, der sich an der das mindestens eine Ausgleichsgewicht (9) aufnehmenden und die Ringnut (10) aufweisenden Fläche des Rotorflansches (8) abstützt und entsprechend den Bohrungen (11) in diesem gleichabständige Ausnehmungen aufweist, in denen jeweils ein Ausgleichsgewicht (9) aufnehmbar ist und deren axiale Tiefe verhindert, daß auch bei Bruch des Befestigungselements (17) die Rippe (14) und die Ringnut (10) außer Eingriff kommen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an den Flansch (8) anlehnenden Ausnehmungen des Ringes (5) eines der Enden (17&min;) des Befestigungselementes (17) abschließen, und daß der Ring (5) einen Abschnitt aufweist, der zusammen mit dem Rotor (1) einen Raum (19) bildet, der das andere Ende (17&min;&min;) des Befestigungselements umschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) Bestandteil eines Axialverdichters eines Strahltriebwerkes ist und der sich an dem Flansch (8) abstützende Ring (5), der die zum Umschließen der Ausgleichsgewichte (9) bestimmten Ausnehmungen aufweist, außerdem Bauelemente (6) trägt, die mit einem feststehenden Teil (7) des Verdichters zur Bildung einer Labyrinthdichtung zusammenwirken.