DE2931193A1 - Gas turbine rotor balancing equipment - comprises two annular components with eccentric weights turning on rotor and lockable - Google Patents
Gas turbine rotor balancing equipment - comprises two annular components with eccentric weights turning on rotor and lockableInfo
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Abstract
Description
Einrichtung zur Beseitigung von Rotor- Device for the elimination of 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. imbalances in turbomachines The invention relates to a Device for eliminating rotor imbalances in turbomachines, in particular Gas turbine engines, the rotor imbalances due to deliberate local accumulations of material or material reductions on the rotor can be compensated.
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.Through-material irregularities in the structure, machining inaccuracies It is seldom within the tolerances, settling phenomena in joined components, etc. possible to place the center of mass of rotating parts on the axis of rotation. This creates imbalances for the rotor, which are the product of the rotating mass Part times the distance between the actual center of gravity and the axis of rotation will. The size and position of the imbalance is determined on special machines.
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.In the case of high-speed rotors or large rotating masses, it is necessary, this imbalance for reasons of the component stress (thus the service life) as well as to reduce it to a minimum for reasons of vibration. this happens basically by removing material at the point of unbalance or by adding it of material on the side of the rotor component opposite the unbalance. This in turn, on each individual component of a rotor that is screwed together, for example done separately and / or on the finished rotor assembly - as required.
Die Materialentnahme zur Unwuchtbeseitigung kann z.B.The removal of material to remove the unbalance can e.g.
durch Abschleifen an den Rotorscheiben speziell hierfür vorgesehener Wuchtbunde oder durch Bohrungen in den Radscheiben erfolgen.by grinding on the rotor disks specially designed for this purpose Balancing collars or through holes in the wheel disks.
Materialanhäufungen zur Unwuchtbeseitigung können z.B.Accumulations of material to remove unbalance can e.g.
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.can be achieved by - screwing balancing weights to the side Collars arranged on the running wheels, - Insertion of balancing weights in prefabricated ones lateral circumferential grooves of the impellers with subsequent caulking of the weights as well as by - introduction of balancing weights in blade circumferential grooves between each two or more blades or blade roots.
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.The outlined material extraction methods have, among other things, the disadvantage Limited material availability for several balancing processes (several dismantling operations the rotor association) combined with the lack of an inadequate subsequent cleaning option in the case of complicated components and or fully assembled rotor assemblies.
Im Falle z.B. in Radnabenbereich angeordneter Bohrungen besteht weiterhin die Gefahr von Spannungskonzentrationen.In the case of bores arranged in the wheel hub area, for example the risk of stress concentrations.
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.With the described material accumulation method - screwed here Balancing weights - there is primarily the risk of loosening the balancing weights, which can only be reduced through the most careful dimensioning, manufacturing and assembly can be.
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.Complicated, time-consuming assembly is considered to be the main one Deficiency for between two or more blades in a blade circumferential groove to be placed balance weights considered, while a = essential deficiency for the Arrangement in lateral circumferential grooves to be caulked balancing weights in time limited usability of the receiving groove, and thus the wheel because of plastic Deformation of the groove edges is seen.
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.The invention is based on the object that has been put forward in relation to the known Eliminate disadvantages and create a facility with which to be proportionate easy way rotor imbalances can be optimally compensated without affecting the functional Main components of the rotor (wheel disks, shaft sections) directly local accumulations of material or reductions of the type mentioned at the beginning.
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.The solution to this problem consists mainly of the invention in that at least two ring-shaped components provided with predetermined imbalances for the purpose Compensation of a rotor unbalance rotatable coaxially to the longitudinal axis of the rotor and in the desired end position can be fixed on the rotor.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Patentansprüchen 2 bis 14 hervor.Advantageous further developments of the subject matter of the invention are based claims 2 to 14 emerge.
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.The invention is explained in more detail using the drawings, for example; They show: FIG. 1 a pair of rings provided with nominal imbalances on one as an axial section shown compressor section of a gas turbine jet engine, Fig. FIG. 2 shows a sectional view of a first ring-shaped one belonging to the ring pair according to FIG. 1 Component according to the direction of view B according to FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view a second ring-shaped component belonging to the pair of rings according to FIG. 1 as viewed in the direction of view C according to Fig. 1, Fig. 4 an a; s of the relevant rotor plane projected into the plane of the drawing, The first diagram explaining the course of the mass for maximum unbalance elimination, 5 shows a second projected from the relevant rotor plane into the plane of the drawing Diagram showing the mass curve for a rotor and residual unbalance equal to zero embodied, Fig. 6 is a projected from the relevant rotor plane in the plane of the drawing, the third diagram explaining the mass curve for any unbalance removal, Fig. 7 shows a section, shown as an axial section, of a section provided with nominal imbalances Pair of rings in a second embodiment, FIG. 8 is an axial section shown Section of a ring pair provided with nominal imbalances in a third embodiment with the inclusion of circumferential securing means of the ring pair on the rotor, FIG. 9 the Front view of a predetermined imbalance that was helped by means of unilateral bores Balancing ring and FIG. 10 shows the front view of an eccentric accumulation of material Balancing ring helped to create a predetermined imbalance.
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.Fig. T embodies a specific application of the subject matter of the invention on a compressor of a gas turbine jet engine. Here are to the compressor stator associated axial compressor guide vanes are designated with 1 and 2. On one to the compressor rotor Associated wheel disk 3 arranged compressor rotor blades are denoted by 4. The compressor rotor also has an inner shaft part 5, which, among other things, provides cohesion several wheel disks among each other as well as the Connection (screw connection 6) with other rotor components, e.g. here with one of the inner walls of the compressor channel-7 forming component 8 concerned.
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.To eliminate any residual imbalance in the compressor rotor are on an axially protruding collar 9 of the wheel disc 3 two annular, to one Ring pair of combined components 10, 11 rotatable coaxially to the longitudinal axis of the rotor arranged. The two ring-shaped components 10, 11 are provided with nominal imbalances, which are formed here, for example, by balancing masses 12, 13 arranged at points. After this the two ring-shaped components 10, 11 beforehand in order to compensate for a residual imbalance of the rotor have been rotated against each other in a suitable position in this plane, these two components 10, 11 - here from left to right - firmly pressed together and at the same time through one of the two components own and mutually corresponding Circumferential toothing 14 secured against rotation against one another. A fixable at the federal government 9 and also hat-shaped, which engages in recesses of the annular component 10 Locking plate 15 ensures that the pair of rings on the rotor association is carried along in a manner that prevents it from twisting or on the wheel disk 3 after the nut 33 has been tightened.
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.Both can be ring-shaped for the purpose of eliminating a rotor imbalance or residual imbalance Components 10, 11 simultaneously jointly or independently of one another or one another rotated in the opposite direction in the circumferential direction and then against each other as well secured against rotation on the rotor.
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.For the implementation of the invention it is also essential that the Sum of the balancing masses 12, 13 multiplied by their starting from the rotor axis Radii correspond to the maximum remaining unbalance of the rotor assembly in this plane target.
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.If this maximum residual imbalance actually occurs, both will ring-shaped components 10, 11 mounted so that the two balancing masses 12, 13 (Fig. 4) of the ring-shaped components 10, 11 - based on the rotor axis A - axially to cover and are rotated by 1800 compared to the maximum residual unbalance 15.
Ein anderes Extrem wäre eine Restunwucht gleich Null (Fig. 5).Another extreme would be a residual unbalance equal to zero (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.In this case, the ring-shaped components 10, 11 would be in relation to one another to twist so that the two balancing masses 12, 13 are any common, through the rotor axis A are located, i.e. at 180 ° to each other are arranged twisted.
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.In the case of residual imbalance values below the maximum residual imbalance if the ring-shaped components 10, 11 provided with the balancing masses 12, 13 were like this to twist against each other that, according to FIG. 6, the resultant 16 of the two balancing masses 12, 13 of the residual unbalance 17 at this point on the rotor are the same and opposite is.
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.According to FIG. 7, the balancing masses 12, 13 are on different radii r r2 on the annular components 18, 19 and in a perpendicular to the rotor axis A running common radial plane 20 is arranged. It should be noted that the angle of rotation CO (FIG. 6) for the balancing masses 12, 13 is not the same but different have to be.
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.Not shown further, both ring-shaped components can be one Pair of rings instead of a common circumferential toothing, e.g. by means of a bolt or a tongue and groove connection secured against rotation during operation be.
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.At least one or both of the annular members 21, 22 (Fig. 8) of one Pairs of rings can each have a toothing 23 or 24, e.g. an involute toothing be coupled to the rotor 25 or a component thereof.
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.The balancing masses 12, 13 are in Fig. 8 on the same of the Rotor axis outgoing radii r2 arranged. With 26 in Fig. 8 is also a thread indicated on which a nut can be screwed to both ring-shaped To secure components 21, 22 against axial displacement on the rotor 25.
Gemäß Fig. 9 sind hier die durch Materialbeseitigung zu erzeugenden Sollunwuchten von einseitig in dem betreffenden ringförmigen Bauteil 27 angeordneten Bohrungen 28 gebildet.According to FIG. 9, here are those to be generated by removing material Set imbalances from one side in the relevant annular component 27 Bores 28 formed.
Anderweitige Materialbeseitigungen hierzu können z.B. Schlitze oder dergleichen sein.Other material removal for this purpose can be e.g. slots or be like that.
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.Fig. 10 is an embodiment for the generation of setpoint imbalances by local accumulations of material, here by means of an eccentric Coating of material 29 on the outer peripheral periphery of an annular member 30. The eccentricity of this accumulation of material 29 is determined by means of an arc of a circle generated from the radius r around the point B, which is offset from the rotor axis point A.
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.As shown in Fig. 1 and 7, at least one of the two ring bodies, e.g. 10 (Fig. 1) or 19 (Fig. 7), a pair of rings, at the same time as a sealing body 31 or 32 between the rotor and stator of the turbomachine in question educated be. The invention thus enables an advantageous and economical combination between the sealing precautions that are inevitably necessary in such cases and the requirement that usually occurs with such a sealing body possible unbalance removal here.
Erfindungsgemäß kann weiter mindestens ein Ringpaar Bestandteil eines Verdichters oder einer Turbine, bzw. einer Radscheibe einer der beiden genannten Baugruppen des Rotorverbandes sein.According to the invention, at least one pair of rings can also be part of a Compressor or a turbine, or a wheel disc of one of the two mentioned Be assemblies of the rotor association.
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