DE2931193A1

DE2931193A1 - Einrichtung zur beseitigung von rotorunwuchten bei stroemungsmaschinen

Info

Publication number: DE2931193A1
Application number: DE19792931193
Authority: DE
Inventors: Joachim Ing Grad Popp
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1979-08-01
Filing date: 1979-08-01
Publication date: 1981-02-05
Also published as: DE2931193C2

Description

Einrichtung zur Beseitigung von Rotor-
unwuchten bei Strömungsmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Beseitigung von Rotorunwuchten bei Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken, wobei die Rotorunwuchten durch gewollte örtliche Materialanhäufungen bzw. Materialverminderungen am Rotor kompensierbar sind.
Durch-MateriaIungleichmäßigkeitenim Gefüge, Bearbeitungsungenauigkeiten innerhalb der Toleranzen, Setzerscheinungen bei gefügten Bauteilen usw. ist es selten möglich, den Massenschwerpunkt rotierender Teile auf der Rotationsachse zu plazieren. Damit entstehen Unwuchten für den Rotor, die aus dem Produkt der Masse des rotierenden Teiles mal dem Abstand des tatsächlichen Schwerpunktes zur Rotationsachse gebildet werden. Die Größe und Lage der Unwucht wird auf speziellen Maschinen ermittelt.
Bei schnellaufenden Rotoren bzw. großen rotierenden Massen ist es nötig, diese Unwucht aus Gründen der Bauteilbeanspruchung (somit der Lebensdauer) sowie u.a. aus Schwingungsgründen auf ein Minimum zu reduzieren. Dies geschieht grundsätzlich durch Materialentnahme an der Stelle der Unwucht bzw. durch Hinzufügen von Material an der der Unwucht gegenüberliegenden Seite des Rotorbauteils. Dieses wiederum kann an jedem einzelnen Bauteil eines z.B. zusammengeschraubten Rotors separat und/oderam fertigen Rotorverband - je nach Notwendigkeit - geschehen.
Die Materialentnahme zur Unwuchtbeseitigung kann z.B.
durch Abschleifen an den Rotorscheiben speziell hierfür vorgesehener Wuchtbunde oder durch Bohrungen in den Radscheiben erfolgen.
Materialanhäufungen zur Unwuchtbeseitigung können z.B.
erzielt werden durch - Verschraubung von Wuchtgewichten mit seitlich an den Laufrädern angeordneten Bunden, - Einsetzen von Wuchtgewichten in vorgefertigte seitliche Umfangsnuten der Laufräder mit daran anschließender Verstemmung der Gewichte sowie durch - Einbringung von Wuchtgewichten in Schaufelumfangsnuten zwischen jeweils zwei oder mehreren Schaufeln bzw. Schaufelfüßen.
Die geschilderten Materialentnahmeverfahren haben u.a. den Nachteil begrenzter Naterialverfügbarkeit bei mehreren Auswuchtvorgängen (mehrere Demontagen des Rotorverbandes) verbunden mit dem Mangel einer ungenügenden nachträglichen Reinigungsmöglichkeit bei komplizierten Bauteilen undZoder fertig montierten Rotorverbänden.
Im Falle z.B. in Radnabenbereich angeordneter Bohrungen besteht weiterhin die Gefahr von Spannungskonzentrationen.
Bei den geschilderten Materialanhäufungsverfahren - hier verschraubte Wuchgewichte - besteht in erster Linie die Gefahr des Lösens der Wuchtgewichte, welche nur durch sorgfältigste Dimensionierung, Fertigung und Montage reduziert werden kann.
Eine komplizierte, zeitintensive Montage wird als hauptsächlicher Mangel für die zwischen zwei oder mehreren Schaufeln in einer Schaufelumfangsnut zu plazierenden Wuchtgewichte angesehen, während ein=wesentlicher Mangel für die Anordnung in seitlichen Umfangsnuten zu verstemmenden Wuchtgewichten in der zeitlich begrenzten Verwendbarkeit der Aufnahmenut, und damit des Rades wegen plastischer Verformungen der Nutränder gesehen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu Bekanntem vorgebrachten Nachteile zu beseitigen und eine Einrichtung zu schaffen, mit der auf verhältnismäßig einfache Weise Rotorunwuchten optimal kompensiert werden können, ohne an den funktionellen Hauptbauteilen des Rotors (Radscheiben, Wellenabschnitte) unmittelbar örtliche Materialanhäufungen oder -verminderungen der eingangs genannten Art vornehmen zu müssen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung hauptsächlich darin, daß mindestens zwei ringförmige, mit Sollunwuchten versehene Bauteile zwecks Kompensierung einer Rotorunwucht koaxial zur Rotorlängsachse verdrehbar sowie in der gewünschten Endstellung am Rotor festlegbar sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Patentansprüchen 2 bis 14 hervor.
Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 ein mit Sollunwuchten versehenes Ringpaar an einem als Axialschnitt dargestellten Verdichterabschnitt eines Gasturbinenstrahltriebwerkes, Fig. 2 eine abschnittsweise Ansicht eines ersten zum Ringpaar nach Fig. 1 gehörigen ringförmigen Bauteils gemäß Blickrichtung B nach Fig. 1, Fig. 3 eine abschnittsweise Ansicht eines zweiten zum Ringpaar nach Fig. 1 gehörigen ringförmigen Bauteils gemäß Blickrichtung C nach Fig. 1, Fig. 4 ein a;s der betreffenden Rotorebene in die Zeichenebene projiziertes, den Massenverlauf zur maximaler Unwuchtbeseitigung erläuterndes erstes Schaubild, Fig. 5 ein aus der betreffenden Rotorebene in die Zeichenebene projiziertes zweites Schaubild, welches den Massenverlauf für eine Rotor- und Restunwucht gleich Null verkörpert, Fig. 6 ein aus der betreffenden Rotorebene in die Zeichenebene projiziertes, den Massenverlauf zur beliebigen Unwuchtbeseitigung erläuterndes drittes Schaubild, Fig. 7 einen als Axialschnitt dargestellten Abschnitt eines mit Sollunwuchten versehenen Ringpaars in einer zweiten Ausführungsform, Fig. 8 einen als Axialschnitt dargestellten Abschnitt eines mit Sollunwuchten versehenen Ringpaars in einer dritten Ausführungsform unter Einbeziehung von Umfangssicherungsmitteln des Ringpaars am Rotor, Fig. 9 die Vorderansicht eines mittels einseitiger Bohrungen zu einer Sollunwucht verholfenem Wuchtringes und Fig. 10 die Vorderansicht eines mittels exzentrischer Materialanhäufung zu einer Sollunwucht verholfenem Wuchtringes.
Fig. t verkörpert einen konkreten Anwendungsfall des Erfindungsgegenstandes an einem Verdichter eines Gasturbinenstrahltriebwerkes. Hierbei sind zum Verdichterstator gehörige Axialverdichterleitschaufeln mit 1 und 2 bezeichnet. An einer zum Verdichterrotor gehörigen Rad scheibe 3 angeordnete Verdichterlaufsohaufeln sind mit 4 bezeichnet. Zum Verdichterrotor gehört weiter ein inneres Wellenteil 5, welches u.a. den Zusammenhalt mehrerer Radscheiben untereinander wie auch die Verbindung (Verschraubung 6) mit übrigen Rotorbauteilen, also z.B. hier mit einem zum Teil die innere Bewandung des Verdichterkanals-7 bildenden Bauteil 8 besorgt.
Zur Beseitigung einer gegebenenfalls vorhandenen Restunwucht des Verdichterrotors sind an einem axial vorstehenden Bund 9 der Radscheibe 3 zwei ringförmige, zu einem Ringpaar zusammengefaßte Bauteile 10, 11 koaxial zur Rotorlängsachse verdrehbar angeordnet. Die beiden ringförmigen Bauteile 10, 11 sind mit Sollunwuchten versehen, die hier z.B. von punktförmig angeordneten Wuchtmassen 12, 13 gebildet werden. Nachdem die beiden ringförmigen Bauteile 10, 11 zuvor in die zwecks Kompensation einer Restunwucht des Rotors in dieser Ebene geeignete Position gegeneinander verdreht worden sind, werden diese beiden Bauteile 10, 11 - hier von links nach rechts - fest aneinandergedrückt und hierbei gleichzeitig durch eine beiden Bauteilen eigene und miteinander korrespondierende Umfangsverzahnung 14 gegeneinander verdrehgesichert. Ein am Bund 9 festlegbares und ferner in Aussparungen des ringförmigen Bauteils 10 eingreifendes hutförmiges Sicherungsblech 15 sorgt für die verdrehsichere-Mitnahme des Ringpaars am Rotorverband bzw. an der Radseheibe 3, nachdem die Mutter 33 angezogen wurde.
Zwecks Beseitigung einer Rotor- bzw. Restunwucht können beide ringförmige Bauteile 10, 11 gleichzeitig gemeinsam oder unabhängig voneinander bzw. einander entgegengerichtet in Umfangsrichtung verdreht und anschließend gegeneinander sowie am Rotor verdrehgesichert werden.
Für die Durchführung der Erfindung ist es ferner wesentlich, daß die Summe der Wuchtmassen 12, 13 multipliziert mit deren von der Rotorachse ausgehenden Radien der maximal auftretenden Restunwucht des Rotorverbandes in dieser Ebene entsprechen soll.
Tritt diese maximale Restunwucht tatsächlich auf, so werden beide ringförmige Bauteile 10, 11 so montiert, daß die beiden Wuchtmassen 12, 13 (Fig. 4) der ringförmigen Bauteile 10, 11 -bezogen auf die Rotorachse A - axial zur Deckung gebracht und gegenüber der maximalen Restunwucht 15 um 1800 verdreht sind.
Ein anderes Extrem wäre eine Restunwucht gleich Null (Fig. 5).
Für diesen Fall wären die ringförmigen Bauteile 10, 11 so gegeneinander zu verdrehen, daß die beiden Wuchtmassen 12, 13 sichSSiner beliebigen gemeinsamen, durch die Rotorachse A hindurchgehenden Ebene befinden, d.h. also um 180° zueinander verdreht angeordnet sind.
Im Falle die maximale Restunwucht unterschreitender Restunwuchtwerte wären die mit den Wuchtmassen 12, 13 versehenen ringförmigen Bauteile 10, 11 so gegeneinander zu verdrehen, daß gemäß Fig. 6 die Resultierende 16 aus beiden Wuchtmassen 12, 13 der Restunwucht 17 an dieser Stelle des Rotors gleich sowie gegenüberliegend ist.
Gemäß Fig. 7 sind die Wuchtmassen 12, 13 auf unterschiedlichen Radien r r2 an den ringförmigen Bauteilen 18, 19 sowie in einer lotrecht zur Rotorachse A verlaufenden gemeinsamen Radialebene 20 angeordnet. Hierbei ist zu beachten, daß der Verdrehwinkel CO(Fig. 6) für die Wuchtmassen 12, 13 nicht gleich sondern unterschiedlich sein muß.
Nicht weiter dargestellt, können beide ringförmigen Bauteile eines Ringpaars anstelle einer gemeinsamen Umfangsverzahnung z.B.- durch eine Bolzen- oder eine Nut-Feder-Verbindung während des Betriebes gegeneinander verdrehgesichert sein.
Mindestens ein oder beide ringförmige Bauteile 21, 22 (Fig. 8) eines Ringpaars können über jeweils eine Verzahnung 23 bzw. 24, z.B. eine Evolventenverzahnung mit dem Rotor 25, bzw. einem Bauteil desselben gekoppelt sein.
Die Wuchtmassen 12, 13 sind in Fig. 8 auf gleichen von der Rotorachse ausgehenden Radien r2 angeordnet. Mit 26 ist in Fig. 8 ferner ein Gewinde angedeutet, auf welches eine Mutter aufgeschraubt werden kann, um beide ringförmige Bauteile 21, 22 gegen axiale Verschiebung am Rotor 25 zu sichern.
Gemäß Fig. 9 sind hier die durch Materialbeseitigung zu erzeugenden Sollunwuchten von einseitig in dem betreffenden ringförmigen Bauteil 27 angeordneten Bohrungen 28 gebildet.
Anderweitige Materialbeseitigungen hierzu können z.B. Schlitze oder dergleichen sein.
Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel für die Erzeugung von Sollunwuchten durch örtliche Materialanhäufungen, und zwar hier mittels einer exzentrisch verlaufenden Materialbeschichtung 29 an der äußeren Umfangsperipherie eines ringförmigen Bauteils 30. Die Exzentrizität dieser Materialanhäufung 29 wird mittels eines Kreisbogens aus dem Radius r um den gegenüber dem Rotorachspunkt A versetzten Punkt B erzeugt.
Wie in Fig. 1 und 7 gezeigt, kann mindestens einer der beiden Ringkörper, z.B. 10 (Fig. 1) oder 19 (Fig. 7), eines Ringpaars, gleichzeitig als Dichtkörper 31 bzw. 32 zwischen Rotor und Stator der betreffenden Strömungsmaschine ausgebildet sein. Die Erfindung ermöglicht so eine vorteilhafte und wirtschaftliche Kombination zwischen den ohnehin in derartigen Fällen zwangsläufig erforderlichen Dichtungsvorkehrungen und dem im Regelfall auftretenden Erfordernis der mit einem derartigen Dichtkörper hier möglichen Unwuchtbeseitigung.
Erfindungsgemäß kann weiter mindestens ein Ringpaar Bestandteil eines Verdichters oder einer Turbine, bzw. einer Radscheibe einer der beiden genannten Baugruppen des Rotorverbandes sein.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Einrichtungzur Beseitigung von Rotorunwuchten bei Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken, wobei die Rotorunwuchten durch gewollte örtliche Materialanhäufungen bzw. Materialverminderungen am Rotor kompensierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei ringförmige, mit Sollunwuchten (Wuchtmassen 12, 13) versehene Bauteile {10, 11) zwecks Kompensierung einer Rotorunwucht koaxial zur Rotorlängsachse verdrehbar sowie in der gewünschten Endstellung am Rotor festlegbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide ringförmige Bauteile (10, 11) zu einem Ringpaar zusammengefaßt und gleichzeitig gemeinsam oder unabhängig voneinander bzw. einander entgegengerichtet in Umfangsrichtung verdrehbar sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Wuchtmassen multipliziert mit deren von der Rotorachse ausgehenden Radien der maximal auftretenden Restunwucht des Rotorverbandes in dieser Ebene entspricht.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall eines tatsächlichen Auftretens der maximalen Restunwucht (15) die Sollunwuchten (Wuchtmassen 12, 13) der beiden ringförmigen Bauteile -bezogen auf die Rotorachse (A) - axial zur Deckung gebracht und gegenüber der maximalen Restunwucht (15) um 1800 verdreht sind.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei die maximale Restunwucht Wnterschreitenden Restunwuchtwerten die mit den Sollunwuchten (Wuchtmassen 12, 13) versehenen ringförmigen -Bauteile so gegeneinander verdreht sind, daß die- Resultierende (16) aus beiden Wuchtmassen (12, 13) der Restunwucht (17) an dieser Stelle des Rotors gleich sowie gegenüberliegend ist.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollunwuchten von auf gleichen (r2) oder unter-schiedlichen Radien (r1, r2) an den ringförmigen Bauteilen (21, 22 bzw. 18, 19) angeordneten Wuchtmassen (12, 13) gebildet sind.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wuchtmassen (12, 13) eines Ringpaars - bezogen auf die Rotorachse (A) - in einer gemeinsamen Radialebene (20) angeordnet sind.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide ringförmige Bauteile (10, 11) eines Ringpaars über eine gemeinsame Umfangsverzahnung (14), eine Bolzen- oder eine Nut-Feder-Verbindung während des Betriebes gegeneinander verdrehgesichert sind.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines (21) von beiden ringförmigen Bauteilen (21, 22) eines Ringpaars über eine Verzahnung (23) oder dergleichen mit dem Rotor (25) bzw. einem Bauteil desselben koppelbar ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotormitnehmerverbindung von einem rotationssymmetrischen, hutförmigen Bauteil (15) gebildet ist.
11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollunwuchten mittels punktförmig angeordneter Wuchtmassen (12, 13), Bohrungen (28), Schlitzen als örtliche Materialanhäufungen bzw. Materialbeseitigungen gebildet sind.
12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollunwuchten von exzentrisch verlaufenden Materialbeschichtungen (29), vorzugsweise entlang eines Abschnitts an der äußeren Umfangsperipherie eines Bauteils (30), gebildet sind.
13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer (10) der beiden Ringkörper (10, 11) eines Ringpaars gleichzeitig als Dichtkörper (31) bzw. als Träger einer Dichtung zwischen Rotor und Stator der Strömungsmaschine ausgebildet ist.
14. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ringpaar Bestandteil eines Verdichters oder einer Turbine, bzw, einer Radscheibe einer der beiden genannten Bau gruppen des Rotorverbandes ist.