DE3100039A1

DE3100039A1 - Kopfflanschbefestigungsvorrichtung fuer eine turbomaschine

Info

Publication number: DE3100039A1
Application number: DE19813100039
Authority: DE
Inventors: Tadashi Tsuchiura Kaneki; Kazuo Ibaraki Takeda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-01-07
Filing date: 1981-01-02
Publication date: 1981-12-24
Also published as: US4380405A; DE3100039C2; IT1193722B; CH652456A5; IT8167005A0; FR2473132A1; FR2473132B1

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

KopfflanschbefestigiuiKBVorrichtunK für eine Turbomaschine

He Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung betrifft im einzelnen eine Kopfflanschbefestigungsvorrichtung für eine Turbomaschine, etwa einen Zentrifugalkompressor, die eine verbesserte Konstruktion für die Befestigung eines Kopfflansches an der Znnenumfangsflache eines Gehäuses durch einen Abscherkeil vorsieht.

Wenn eine Turbomaschine ihren Betrieb beginnt, dehnt sich das Gehäuse auf Grund eines Anstiegs der Temperatur des geförderten Fluids oder des Innendrucks des Gehäuses aus. Bei einer Zunahme der Temperatur des geförderten fluids dehnt sich auch der Kopfflansch radial aus, jedoch zeigt die Temperatur im Mittelteil der Turbomaschine keinen merklichen Anstieg. Verbindung mit der konstruktiven Beziehung zwischen dem Gehäuse und dem Kopf flansch macht

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dies die Ausdehnung des Kopf flansche s geringer als diejenige des Gehäuses. Zusätzlich ist der Kopf flansch radial nicht behindert, da er durch einen Abscherkeil am Gehäuse befestigt ist. In der Zeit nach dem Anfahren der Turbomaschine wächst folglich das Spiel zwischen dem Kopfflau sch und dem Gehäuse zunehmend, so dass eine Fehlausfluchtung des Kopfflansches mit dem Gehäuse auftreten kann. Dies kann eine Fehlausfluchtung einer am Gehäuse vorgesehenen Labyrinthdichtung mit einer vom Gehäuse getragenen Welle hervorbringen. Es besteht die Möglichkeit, dass die Labyrinthdichtung und die Welle gelegentlich miteinander in Berührung gebracht werden können. Zur Vermeidung solcher Möglichkeiten besteht die gegenwärtige Praxis in der Turbomaschinen herstellenden Industrie in der Tergrösserung des Spiels zwischen der Labyrinthdichtung und der Welle unter Beachtung der im Betrieb möglicherweise auftretenden Fehlausfluchtung der beiden Teile. Auf Grund dessen hatte der Kopfflansch bisheriger Turbomaschinen den Nachteil einer nicht zufriedenstellenden Abdichtung.

TJm eine Verringerung der erzielten Dichtwirkung zu vermeiden, muss die Mittelachse des Kopfflansches mit der Mittelachse des Gehäuses stets ausgefluchtet sein. Es wurden bisher verschiedene Vorschläge gemacht zur Schaffung von Kopfflanschbefestigungsvorrichtungen, die durch Erfüllung der genannten Forderung den Kopfflansch befestigen können. Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun einige Üeser Vorschläge erläutert.

Bei einer bisherigen Kopfflanschbefestigungsvorrichtung wird der durch einen Abscherkeil an seiner Aussenumfangsfläche an der Innenumfangsfläche eines Endteils des Gehäuses befestigte Kopfflansch gegen das Gehäuse durch mehrere feststehende Schrauben gedruckt, die sich an einigen in Umfangsrichtung verteilten Stellen durch das Gehäuse erstrecken. Hierdurch werden gegenseitige radiale Bewe-

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gungen des Kopfflansches und des Gehäuses vermieden. Bei dieser Art von Vorrichtung muss die Bedienungsperson die feststehenden Schrauben anziehen zur Vermeidung einer Versetzung des Kopfflansches gegenüber dem Gehäuse, wenn das Spiel zwischen dem Kopfflansch und dem Gehäuse mit der Zeit im Anschluss an einem Betriebsbeginn zunimmt. Sin durch eine Betriebsunterbreohong verursachter Temperaturabfall des Kopfflansches und des Gehäuses verringert das Spiel zwischen dem Kopfflansch und dem Gehäuse und erfordert ein Lockern der feststehenden Schrauben, um eine Beschädigung letzterer zu vermeiden, die angezogen waren. Dieses Anziehen und Lockern der feststehenden Schrauben ist zeitraubend und verursacht viel Mühe. Die Anordnung, durch die der Kopf flansch durch die feststehenden Schrauben gegen das Gehäuse gedruckt wird, erschwert es ferner, den Kopf flansch und das Gehäuse stets miteinander ausgefluchtet zu halten.

Eine weitere bisherige Kopfflanschbefestigungsvorrichtung verwendet anstatt der feststehenden Schrauben des ersten Beispiels eine Platte, die an einer Eadflache des Gehäuses befestigt sind, um am Kopfflansch durch Stellschrauben zu ziehen zum Halten des Kopfflansches gegen eine radiale Bewegung. Im einzelnen werden an den durch die Klemmkräfte der Stellschrauben miteinander in Berührung stehenden Flächen vom Gehäuse und Abscherkeil einerseits sowie Kopfflansch und Abscherkeil andererseits Reibungskräfte erzeugt, so dass die gegenseitigen radialen Bewegungen von Kopfflansch und Gehäuse durch die auf diese Weise erzeugten Reibungskräfte verhindert werden können. Bas zweite Beispiel hat den Nachteil, dass die die radialen Kräfte von Kopf flansch und Gehäuse behinderte Kraft nicht gross genug ist zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses, da diese Kraft durch die von den Stellschrauben ausgeübte Klemmkraft und von der Rauhigkeit der Berührungsflächen der !Teile beeinflusst wird. Die Vorrichtung nach diesem

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Beispiel ist nicht in der Lage, die Mittelachse des Kopfflansch.es mit der Hittelachse des Gehäuses ständig ausgefluchtet zu halten, wobei die beiden Teile dazu neigen, sich durch Schwingungen oder Wärmedehnungen im Betrieb gegeneinander zu versetzen.

Zweck der Erfindung ist die Vermeidung der Nachteile des Standes der {Technik.

Eine der Aufgaben der Erfindung ist die Schaffung einer Kopfflanschbefestigungsvorrichtung für eine Turbomaschine, die ein Spiel zwischen der Labyrinthdichtung und der Welle vermeiden kann, wodurch die Leistung der Turbomaschine verbessert wird, während die Mittelachse des Kopfflansches mit der Mittelachse der Gehäuses selbst dann ständig ausgefluchtet gehalten wird, wenn das Spiel zwischen dem Kopfflansch und dem Gehäuse zunimmt oder wenn im Betrieb Schwingungen erzeugt werden, und ist die Schaffung einer Kopfflanschbefestigungsvorrichtung der beschriebenen Art, die zweckmässig handzuhaben ist und das Erfordernis des Anziehens oder Lockerns der feststehenden Schrauben wie bei einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik vermeidet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bas herausragende Merkmal der Erfindung, das die Lösung der obigen Aufgaben ermöglicht, umfasst mehrere Paare von Stellkeilnuten in einer Turbomaschine mit einem Gehäuse und einem Kopfflansch, der an der Innenumfangsflache eines Endteilε des Gehäuses durch einen Abscherkeil befestigt ist, wobei eine der beiden jedes Paar bildenden Stellkeilnuten auf der Innenumfangsflache des Gehäuses innerhalb des Ab-

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scherkeils und die andere Stellkeilnut an der Aussenumfangsfläche des Kopfflansches derart befestigt sind, dass die beiden Stellkeilnuten nebeneinander liegen. Die Paare von Stellkeilnuten sind an wenigstens ("wenigstens mehr als") zwei in Umfangsrichtung beabstandeten Stellen ausgebildet. In jedem Paar von Stellkeilnuten ist ein Stellkeil gehalten zur Vermeidung der radialen gegenseitigen Bewegung des Kopfflansches und des Gehäuses.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt der Kopfflanschbefestigungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer Darstellung der wesentlichen Teile der Vorrichtung;

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung von Pfeilen H-II in Fig. 1;

Fig. 3 ein der Fig. 2 ähnlicher Schnitt einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 4 einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 5 eine vergrösserte Ansicht eines in Fig. 4- gezeigten Teils D;

Fig. 6 eine der Fig. 2 ähnlichen Schnitt einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 7 eine vergrösserte Ansicht eines in Fig. 6 gezeigten Teils E;

Fig. 8 eine Ansicht zur Erläuterung der Detailkonstruktion eines Stellkeils.

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Fig. 1 zeigt in einem senkrechten Schnitt eine erste Ausführungsform der Kopfflanschbefestigungsvorrichtung nach der Erfindung. Es sind ein tonnenförmiges Gehäuse 1 und ein Kopfflansch 2 vorgesehen, der mittels eines Abscherkeils 3 an der Innenumfangsflache eines Endteils des Gehäuses 1 befestigt ist. Der Abscherkeil 3 ist in mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Stücke unterteilt und in einer Ab scher keilnut 4 an der Innenumfang sf lache eines äusseren Endes des Gehäuses 1 gehalten und hält den Kopfflansch 2 gegen eine Bewegung nach aussen durch den Innendruck. Ein ringförmiges versetztes Teil 5 ist am Kopfflansch 2 angrenzend an die Innenumfangsseite des Abscherkeils 3 ausgebildet. Ein ringförmiges Keilhalteglied 7 ist in das versetzte !Teil 5 eingepasst und durch Schrauben 8 festgehalten zur Vermeidung des Lösens des Abscherkeils 3 aus der Abscherkeilnut 4. Der Kopfflansch 2, der den Innendruck der Turbomaschine bei der gewünschten Höhe hält, trägt zur Lagerung einer Welle 9 ein Lager 10, eine Wellendichtung 11 und einen O-Ring 12 zur Verhinderung von Gasleckverlusten nach aussen. Eine Labyrinthdichtung 14 ist an der Innenumfangsflache des Gehäuses 1 in geringem Abstand von der Welle 9 angebracht.

Zur Erleichterung des Zusammenbauens und des Zerlegens besteht ein geringes Spiel zwischen dem Gehäuse 1 und dem Kopfflansch 2. Somit würden im Betrieb Schwingungen der Welle 9 eine Resonanz des die Welle 9 lagernden Kopfflansches 2 erzeugen. Auch würde im Anschluss an das Anfahren der Betrieb der Turbomaschine einen Temperaturanstieg des von ihr geförderten Fluids und ihres Innendrucks derart erzeugen, dass das Gehäuse 1 und der Kopfflansch 2 sich ausdehnen. Die Ausdehnung des Gehäuses 1 ist dann grosser als diejenige des Kopfflansches 2, so dass das Spiel dazwischen zunehmend grosser wird und eine zunehmend grössere Fehlausfluchtung zwischen dem Gehäuse und dem Kopfflansch 2 auftritt. Somit besteht die Möglichkeit, dass die Labyrinthdichtung 14 und die Welle

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9 zufällig in Berührung miteinander gebracht werden. Dieses technische Problem wird bei der Erfindung durch die im folgenden in Verbindung mit Fig. 1 und 2 im einzelnen beschriebene Konstruktion vermieden.

Einwärts vom Abscherkeil 3 sind an der Innenumfangsfläche des Gehäuses 1 und an der Aussenumfangsfläche des Kopfflansches 2 Stellkeilnuten 17a bzw. 17b derart ausgebildet, dass sie zu diesen jeweiligen Flächen im rechten Winkel stehen. Jede Stellkeilnut 17a bildet mit jeder entsprechenden Stellkeilnut 17b ein Paar derart, dass vier Paare von Stellkeilnuten an vier Stellen in Umfangsrichtung gleich beabstandet voneinander angeordnet sind, vgl. Fig. 2. In jedem Paar von Stellkeilnuten 17a und 17b ist ein Stellkeil 18 «it P&ßsitz gehalten.

Jeder Stellkeil 18 hat Abmessungen a, b und c, die in Abhängigkeit von einer veränderlichen Belastung auf Grund der Schwingungen der Welle 9 und des Gewichts des Kopfflansches 2 variieren können. Wenn das Gehäuse 1 des Zentrifugalkompressors einen Aussendurchmesser von etwa 1300 mm hat, betragen die Abmessungen a, b und c des Stellkeils 18 100, 60 bzw. 60 mm.

Bei dieser konstruktiven Anordnung kann eine senkrechte Bewegung des Kopfflansches gegenüber dem Gehäuse 1 durch die waagerecht im Abstand angeordneten Stellkeile 18a und 18b verhindert werden, während eine waagerechte Bewegung des Kopfflansches 2 gegenüber dem Gehäuse 1 durch die senkrecht im Abstand angeordneten Stellkeile 18c und 18d verhindert werden kann, um ein konzentrisches Lagern des Gehäuses 1 und des Kopfflanscheβ 2 selbst dann zu ermöglichen, wenn sie unterschiedliche Sehnungen aufweisen. Selbst wenn das Gehäuse 1 und der Kopfflansch 2 unterschiedliche Dehnungen haben, zeigt das Spiel zwischen dem Stellkeil 18 und den ein Paar bildenden Stellkeilnuten 17a und 17b beinahe keine Zunahme, weil der Stellkeil 18 und

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ein Teil des Gehäuses 1 in dessen Nähe im wesentlichen dieselbe Temperatur wie der Kopfflansch 2 haben und weil der Stellkeil 18 und die Stellkeilnuten 17a und 17b im Gegensatz zum Durchmesser des Gehäuses 1 kleine Abmessungen haben. Somit können das Gehäuse 1 und der Kopfflansch 2 stets konzentrisch gehalten werden. Ba der Kopfflansch 2 fest am Gehäuse 1 befestigt ist, wird die Mittelachse des Kopfflansches 2 daran gehindert,außer Ausfluchtung mit der Mittelachse des Gehäuses 1 zu kommen, selbst wenn die Turbomaschine Schwingungen entwickeln sollte. Bas Auftreten von Resonanz des Kopfflansches 2 kann vermieden werden, wenn die Welle 9 im Anschluss an den Beginn des Betriebs der Turbomaschine schwingt. Somit ist es zwangsläufig vermeidbar, dass die Welle 9 zufällig in Berührung mit der Labyrinthdichtung 14 gebracht wird. Das Spiel zwischen der Welle 9 und der Labyrinthdichtung 14 kann somit zur Verbesserung der Leistung der Turbomaschine verringert werden.

Bei der dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsform ist der Kopfflansch 2 axial nicht festgelegt. Wenn jedoch seine axiale Festlegung gewünscht wird, kann eine Kombination aus einer Platte und Stellschrauben, beschrieben beim zweiten Beispiel des Standes der Technik, verwendet werden oder kann der Aussendurchmesser des Abscherkeil-Halteglieds 7 grosser als der Innendurchmesser des Stellkeils 18 gemacht werden. Bei der dargestellten und oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind die Paare von Stellkeilnuten 17a und 17b an vier in Umfangsrichtung gleich beabstandeten Stellen angeordnet. Die Erfindung ist nicht auf diese spezielle Anzahl von Paaren von Stellkeilnuten beschränkt. Im wesentlichen dieselben Ergebnisse sind erzielbar durch Anwendung von wenigstens drei Paaren von in Umfangsrichtung gleich beabstandeten Stellkeilnuten.

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Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung in einem der Fig. 2 ähnlichen Schnitt. In Fig. 3 sind ähnliche Teile wie in Fig. 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform befinden sich die Paare von Stellkeilnuten 17a und 17b im Gehäuse 1 und im Kopf flansch 2 nur an zwei in Umfangsrichtung beabstandeten Stellen, können jedoch dieselben Ergebnisse wie die Paare von Stellkeilnuten 17a und 17b an vier Stellen gemäss der ersten Ausfünrungsform erzielen. Die Stellkeilnuten 17a befinden sich im rechten Winkel zur Innenfläche des Gehäuses 1, während die Stellkeilnuten 17b sich ebenfalls im rechten Winkel zur Aussenumfangsfläche des Kopfflansches 2 befinden, wobei jede Stellkeilnut 17a im Gehäuse 1 angrenzend an eine entsprechende Stellkeilnut 17b im Kopfflansch 2 zur Bildung eines Paars angeordnet ist. Die beiden Paare von Stellkeilnuten 17a und 17b sind gegenüber der Mittelachse des Gehäuses 1 oder des Kopfflansches 2 symmetrisch angeordnet, wobei der Stellkeil 18 in jedem Paar von Stellkeilnuten 17a und 17b gehalten wird zur Vermeidung einer radialen Bewegung des Kopfflansches 2 gegenüber dem Gehäuse 1. Für den Fall, dass vier Paare von Stellkeilnuten 17a und 17b an vier in Umfangsrichtung beabstandeten Stellen derart angeordnet sind, dass eine Gruppe von zwei Paaren zur anderen Gruppe von zwei Paaren symmetrisch bezüglich der Mittelachse des Gehäuses 1 oder des Kopfflansches 2 ist, wird die Bewegung des Kopfflansches 2 von einer Gruppe von Paaren zur anderen Gruppe von Paaren nicht behindert, wodurch es den Stellkeilnuten 17a und 17b unmöglich ist, dieselben Ergebnisse wie bei den Stellkeilnuten 17a und 17b von Fig. 1 und 2 zu erzielen. Die Paare von Stellkeilnuten 17a und 17b sind vorzugsweise so angeordnet, dass eine die Mittelachse des Gehäuses 1 oder des Kopfflansches 2 mit jedem Paar von Stellkeilnuten 17a und 17b verbindende Gerade so waagerecht wie möglich ist, um die Belastung zu verringern, die auf die Stellkeile 18 ausgeübt wird, die das Gewicht des Kopfflansches 2 tragen. Durch Anordnung der Paare von

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Stellkeilnuten 17a und 17b in der oben beschriebenen Weise können das Gehäuse 1 und der Kopfflansch 2 selbst dann zueinander konzentrisch gehalten werden, wenn sie unterschiedliche Dehnungen haben, wobei nur zwei Paare von Stellkeilnuten 17a und 17b an zwei Stellen angeordnet sind.

Fig. 4 und 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, wobei Fig. 4 ein der Fig. 2 ähnlicher Schnitt ist, während Fig. 5 einen Teil D von Fig. 2 vergrössert zeigt. In Fig. 4- und 5 sind die den Fig. 1 und 2 ähnlichen Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Stellkeilnuten 17a und 17b in der folgenden Weise ausgebildet: auf der Innenfläche des Gehäuses 1 einwärts vom Abscherkeil 3 zur Verhinderung einer Auswärtsbewegung des Kopfflansches 2 durch den Innendruck, bzw. an der äusseren Umfangsflache des Kopfflansches 2, und zwar derart, dass jede Stellkeilnut 17a mit der entsprechenden Stellkeilnut 17b ein Paar bildet. Die Paare von Stellkeilnuten 17a und 17b befinden sich an vier in Umfangsrichtung gleich beabstandeten Stellen, vgl. Fig. 4-. Der Gleitkeil 18 (18a, 18b, 18c, 18d) wird in jedem Paar von Stellkeilnuten 17a und 17b gehalten und enthält ein Gehäuusehaltekeilglied A, ein Kopfflanschhaltekeilglied B und einen Überbrükkungsbolzen C, der in die beiden Keilglieder A und B geschraubt ist, um sie gemäss Fig. 5 aussereinander zu halten. Der Überbrückungebolzen C enthält einen mittleren Abschnitt CL, an den ein Schraubenschlüssel angesetzt werden kann, einen Abschnitt C^ mit Linksgewinde an einer Seite des mittleren Abschnitts G^ und einen Abschnitt C, mit Rechtsgewinde an der anderen Seite hiervon. Das Gehäusekeilhalteglied A mit einem am Gehäuse 1 positionierten Abschnitt steht in Gewindeverbindung mit dem Abschnitt C₂ mit Idnkgsgewinde, während das Kopfflanschhaltekeilglied B in Gewindeverbindung mit dem Abschnitt C, mit Rechtsgewinde steht. Von den an vier in Umfangsrichtung beabstandeten Stellen angeordneten vier Stellkeilen 18

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sind die Gehäusehaltekeilglieder A und die Kopfflanschhaltekeilglieder B der benachbarten Stellkeile 19 derart angeordnet, dass bei einer Drehung der Überbrückungsbolzen C der Kopfflansch 2 in der entgegengesetzten Sichtung gedreht werden kann. Das heisst, gemäss Fig. 4, der Stellkeil 18c kann den Kopfflansch 2 in der Figur im Uhrzeigersinn drehen, während die dem Stellkeil 18c benachbarten Stellkeile 18a und 18b den Kopfflansch 2 in der Figur im Gegenuhrzeigersinn drehen können. Der den Stellkeilen 18a und 18b benachbarte Stellkeil 18d kann den Kopfflansch 2 in der Figur im Uhrzeigersinn drehen. Durch diese Anordnung ist es möglich, eine axiale Bewegung des Kopfflansches 2 gegenüber dem Gehäuse 1 zu verhindern und das Gehäuse 1 und den Kopf flansch 2 auch dann konzentrisch zu halten, wenn das Gehäuse 1 und der Kopf flansch 2 während des Betriebs unterschiedliche Dehnungen haben.

Die Art, in der die oben beschriebene dritte Ausführungsform zusammengebaut wird, wird im folgenden beschrieben. Im Anschluss an den Zusammenbau von Einbauteilen mit dem Gehäuse 1 wird der Kopfflansch 2 eingebaut, wonach die Stellkeile 18 montiert werden. Beim Einbau jedes Stellkeils 18 werden das Gehäusehaltekeilglied A und das Kopfflanschhaltekeilglied B tief auf den Überbrückungsbolzen C geschraubt, der so gedreht wird, dass er die Glieder A und B in die Nähe des mittleren Abschnitts C^ bewegt, um die Breite des Stellkeils 18 kleiner zu machen. Der Stellkeil 18 wird in diesem Zustand in jedes Paar von an vier Stellen angeordneten Stellkeilnuten 17a und 17b eingebaut. Danach wird der Überbrückungsbolzen C jedes Stellkeils 18 entgegengesetzt zur vorhergehenden Drehung gedreht, um die Glieder A und B auseinander zu bewegen, so dass das Gehäusehaltekeilglied A gegen das Gehäuse 1 und das Kopfflanschhaltekeilglied B gegen den Kopfflansch. 2 gedrückt werden und das Gehäuse 1 und den Kopf flansch 2 fest in ihrer Stellung halten. Auf diese Weise wird die Mittelachse des Kopfflansches 2 in Ausfluchtung mit der

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keilnuten 17a und 17b. Die Stellkeile 18 können in die Paare von Stellkeilnuten 17a und 17b auch dann eingebaut werden, wenn die Hittelachse des Kopfflansches 2 mit der Mittelachse des Gehäuses 1 nicht ausgefluchtet ist, wodurch der Zusammenbau erleichtert wird.

Bei der dritten Ausführungsform befi nden sich die Paare von Stellkeilnuten an vier in Umfangsrichtung gleich beabstandeten Stellen. Die Erfindung ist aber nicht auf diese spezielle Anzahl von Stellkeilnuten und die Stellen beschränkt, an denen sie angeordnet sind. Sie können an mehr als vier in Umfangsrichtung beabstandeten Stellen angeordnet sein.

Pig. 6-8 zeigt eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung. J¹Ig. 6 ist ein der Fig. 2 ähnlicher Schnitt. Fig. 7 ist ein vergrösserter Schnitt des in Fig. 6 gezeigten Teils E. Fig. 8 ist eine erläuternde Ansicht der in Fig. 6 und 7 gezeigten Detailkonstruktion der Stellkeile. In Fig. 6-8 sind die den Fig. 1 und 2 entsprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Paare bildenden Stellkeilnuten 17a und 17b sind an der Innenfläche des Gehäuses 1 einwärts vom Abscherkeil 3 ausgebildet und verhindern eine Abwärtsbewegung des Kopfflansches 2 durch den Innendruck, bzw. sind an der Aussenumfangsflache des Kopfflansches 2 angeordnet. Die Paare von Stellkeilnuten 17a und 17b befinden sich an vier in Umfangsrichtung gleich beabstandeten Stellen, vgl. Fig. 6. Der Stellkeil 18 (18a-18d) wird in Jedem Paar von Stellkeilnuten 17a und 17b gehalten und enthält gemäss Fig. 7 ein Gehäusehaltekeilglied A und ein Kopfflanschhaltekeilglied B. Die Glieder A und B sind so geformt, dass Anlageflächen der aneinanderliegenden Glieder A und B und Anlageflächen 20 des am Kopfflansch 2 anliegenden Kopfflanschhaltekeilglieds B schräg und zueinander komplementär sind. Eine Spannschraube 21 ist in eine Bohrung 22 im Gehäuse 1 ein-

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Mittelachse des Gehäuses 1 durch die Stellkeile 18a bis 18d gebracht. Durch Anziehen der Überbrückungsbolzen C jedes Stellkeils 18, nachdem das Gehäuse 1 und der Kopfflansch 2 in konzentrische Beziehung zueinander gebracht sind, kann die Breite der Stellkeile 18 eine geringfügige Breitenzunahme der Stellkeilnuten 17a und 17b aufnehmen, die durch eine Wärmedehnung des Gehäuses 1 und des Kopfflansches 2 während des Betriebs verursacht werden könnte. Somit kann der Kopfflansch 2 in konzentrischer Beziehung mit dem Gehäuse 1 mit einem hohen Grad von Genauigkeit dadurch gehalten werden, dass das Spiel vermieden wird, das sonst zwischen den Stellkeilnuten 17a und 17b sowie dem Stellkeil 18 erzeugt werden könnte. Die durch die Erfindung erzielten Wirkungen werden ferner dadurch erhöht, dass der Überbrückungsbolzen C mit einer Rücklaufsperre versehen ist, die eine Verringerung der von ihm ausgeübten Verstrebungskraft verhindert.

Die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung kann die folgenden Wirkungen erzielen. Das Merkmal, dass jeder Stellkeil 18 das Gehäusehaitekeilglied A und das Kopfflanschhaltekeilglied B wie auch den Überbrückungsbolzen C enthält und in seiner Breite nach Wunsch einstellbar ist, beseitigt das Erfordernis einer Bearbeitung der Stellkeilnuten 17a und 17b mit einem hohen Grad an Präzisionsoberflächenbearbeitung zur Erzielung einer genauen Breite wie im Fall der ersten und zweiten Ausführungsform. Das Erfordernis, die Stellungen, in denen die Stellkeilnuten 17a im Gehäuse 1 und die Stellkeilnuten 17b im Kopfflansch 2 ausgebildet sind, mit hoher Genauigkeit in Übereinstimmung miteinander zu bringen, wird ebenfalls vermieden, so dass die Bearbeitung des Gehäuses 1 und des Kopfflansches 2 zur Herstellung der Stellkeilnuten 17a und 17b erleichtert wird. Da jeder Stellkeil 18 in eines der beiden Paare von Stellkeilnuten 17a und 17b mit verringerter Breite eingebaut wird, besteht keine Schwierigkeit beim Einbau der Stellkeile 18 in die Paare von Stell-

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gesetzt, dringt in die Stellkeilnut 17a ein und hat eine darauf ge schraubte Mutter 23. Die Spannschraube 21 hat einen vorderen Gewindeendabschnitt, der in das Kopfflanschhalt ekeilglied B eingeschraubt ist. Durch Drehen der Mutter 23 und durch radiales Auswärtsbewegen der Spannschraube 21 aus dem Gehäuse 1 können das Gehäusehaltekeilglied A und das Kopfflanschhaltekeilglied B gegeneinander radial bewegt werden. Die schrägen Anlageflächen 19 sind so geneigt, dass die Breite des Kopfflanschhaltekeilglieds B an seinem radial inneren Ende grosser als dessen Breite an seinem radial äusseren Ende ist. Venn somit das Kopfflanschhaltekeilglied B durch die Spannschraube 21 gegenüber dem Gehäusehaltekeilglied A radial auswärts bewegt wird, wird die Breite des aus den Gliedern A und B zusammengesetzten Stellkeils 18 so erhöht, dass die Glieder A und B gegen das Gehäuse 1 bzw. den Kopf flansch 2 gedruckt werden können. Die schrägen Anlageflächen 20 sind so geneigt, dass die Breite des Kopfflanschhaltekeilglieds B an seinem radial inneren Ende grosser als seine Breite an seinem radial äusseren Ende ist. Venn somit das Kopfflanschhalt ekeilglied B gegenüber dem Kopfflansch 2 radial nach aussen bewegt wird, kann das Kopfflanschhaltekeilglied B kräftiger gegen den Kopfflansch 2 gedruckt werden.

Die Neigung der schrägen Anlageflächen 19 ist so eingestellt, dass gemäss Fig. 8 eine Verlängerung 1 einer auf die schrägen Anlageflächen 19 wirkenden Kraft F^ zwischen den Funkten e und f hindurchläuft, an denen durch das Gehäuse bzw. das Gehäusehaltekeilglied A ausgeübte Kräfte so wirken, dass das auf das Gehäusehaltekeilglied A wirkende Drehmoment ausgeglichen werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist im Gehäusehaltekeilglied A ein Ausschnitt g so ausgebildet, dass dieses Drehmoment ausgeglichen werden kann. Die Ausübung einer Biegekraft auf die Zugschraube 21 kann durch deren Anordnung in der Veise angeordnet werden, dass sie durch den Schnitt 0 der Kräfte F^ und I-g hindurchverläuft, die auf die schrägen Anlageflächen 19 bzw. 20 wirken.

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Bei jedem der an vier in Umfangsrichtung beabstandeten Stellen angeordneten Stellkeilen 18 sind die Glieder A und B so angeordnet, dass, wenn die Zugschrauben 21 von in Umfangsrichtung benachbarten Stellkeilen bewegt werden, um die Kopfflanschhaltekeilglieder B gegenüber den Gehäusehaltekeilgliedern A radial nach aussen zu bewegen, der Kopfflansch 2 in entgegengesetzten Eichtungen gedreht werden kann. Im einzelnen kann bei dieser Ausführungsform der Stellkeil 18c gemäss Fig. 6 dem Kopfflansch so im Uhrzeigersinn drehen, dass die neben dem Stellkeil 18c befindlichen Stellkeile 18a und 18b den Kopfflansch 2 im Gegenuhrzeigersinn drehen können. Der neben dem Stellkeilen 18a und 18b angeordnete Stellkeil 18d kann den Kopfflansch 2 im Uhrzeigersinn drehen. Durch diese Anordnung können radiale Bewegungen des Kopfflansehes 2 gegenüber dem Gehäuse 1 vermieden werden und kann die Mittelachse des Kopfflansches 2 mit der Mittelachse des Gehäuses 1 selbst dann ausgefluchtet gehalten werden, wenn das Gehäuse 1 und der Kopfflansch 2 unterschiedliche Dehnungen haben. Das Merkmal, dass die aneinanderliegenden Anlageflächen 20 des Kopfflanschhaltekeilglieds B und des Kopfflansches 2 schräg sind, ermöglicht auch eine Anpassung der Breite des Stellkeils 18 an eine Breitenzunahme der Stellkeilnuten 18a und 18b im Gehäuse 1 bzw. im Kopfflansch 2, die durch eine Wärmedehnung des Gehäuses 1 und des Kopfflansches 2 verursacht sein kann. Im einzelnen ist die Wärmedehnung des Gehäuses 1 grosser als diejenige des Kopfflansches 2, so dass sich die durch die Zugschrauben 21 mit dem Gehäuse 1 verbundenen Kopfflanschhaltekeilglieder B gegenüber dem Kopfflansch 2 radial nach aussen bewegen, wenn eine Wärmedehnung stattfindet, um hierdurch kräftig auf den Kopfflansch 2 zu drücken. Somit führt dieses Merkmal zur Verhinderung der Erzeugung eines Spiels zwischen den Stellkeilnuten 17a und 17b und dem Stellkeil 18 während der Wärmedehung, und führt dazu, dass die Mittelachse des Kopfflansches 2

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mit einem hohen Grad an Genauigkeit mit der Mittelachse des Gehäuses 1 ausgefluchtet gehalten wird. Anstelle des Vorsehens der schrägen Anlageflächen 20 können die Zugschrauben 21 stärker als vorher angezogen werden, damit die Breite der Stellkeile 18 eine geringfügige Breitenzunahme der Stellkeilnuten 17a und 1?b aufnehmen kann, die während der Wärmedehnung auftreten kann.

Die Art, in der die oben beschriebene vierte Ausführungsform zusammengebaut wird, wird nun beschrieben. Im Anschluss an den Zusammenbau von Einbauteilen mit dem Gehäuse 1 werden der Kopfflansch 2 und danach die Stellkeile 18 eingebaut. Beim Einbau jedes Stellkeils 18 kann deren Breite verringert sein, wobei der Zusammenbau erleichtert wird durch Anordnen des Gehäusehaltekeilglieds A in einem radial äusseren Teil des Paars von Stellkeilnuten 17a und17b und durch Anordnen des Kopfflanschhaltekeilglieds B in einem radial einwärts gelegenen Teil hiervon. Dies ermöglicht den Einbau jedes Stellkeils 18 in einem der Paare von Stellkeilnuten 17a und 17b ohne jede Mühe selbst dann, wenn die Mittelachse des Kopfflansches 2 mit der Mittelachse des Gehäuses 1 nicht ausgefluchtet ist. Durch Bewegen jeder Zugschraube 21 zur Bewegung des Kopfflanschhaltekeilglieds B radial auswärts gegenüber dem Gehäusehaltekeilglied A zur Vergrösserung der Breite des Stellkeils 18 ist es im Anschluss daran möglich, das Gehäusehaltekeilglied A und das Kopfflanschhaltekeilglied B gegen das Gehäuse 1 bzw. den Kopfflansch 2 zu drücken. Auf diese Weise kann durch Einstellung der Breiten der an vier in Umfansrichtung beabstandeten Stellen angeordneten Stellkeile 18a bis 18d die Mittelachse des Kopfflansches 2 mit der Mittelachse des Gehäuses ausgefluchtet werden. Bei dieser Ausführungsform wird jeder Stellkeil 18 mit verringerter Breite in das jeweilige Paar von Stellkeilnuten 17a und 17b eingebaut. Somit wird die bei der ersten und zweiten Ausführungsform erforderliche Notwendigkeit beseitigt, das Gehäuse 1 und den

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Kopfflansch 2 zur Bildung der Stellkeilnuten 17a und 17b mit einem hohen Grad an Oberflächengenauxgkeit zu bearbeiten. Ebenso ist die Notwendigkeit beseitigt, die Stellen, an denen die Stellkeilnuten 17a im Gehäuse 1 und die Stellkeilnuten 17b im Kopfflansch 2 ausgebildet sind, mit hoher Genauigkeit in Übereinstimmung zu bringen. Sa jede Zugschraube 21 durch eine ausserhalb des Gehäuses 1 erfolgende Handhabung angezogen werden kann, kann das Ausmass des Anziehens leicht erhöht werden.

In der obigen Beschreibung der vierten Ausführungsform befinden sich die Paare von Stellkeilnuten an vier in Umfangsrichtung gleich beabstandeten Stellen. Die Erfindung ist aber nicht auf diese spezielle Anzahl von Stellen von Paaren der Stellkeilnuten beschränkt. Es können auch mehr als vier in Umfangsrichtung beabstandete Stellen für die Anbringung der Stellkeilnuten vorgesehen sein. Das Vorsehen der schrägen Anlageflächen zwischen dem Kopfflanschhaltekeilglied B und dem Kopfflansch 2 hat die oben genannten Wirkungen. Jedoch ist das Vorsehen der schrägen-Anlageflächen 20 nicht wesentlich. Die bei der Beschreibung der vierten Ausführungsform angegebene Richtung der Neigung der schrägen Anlageflächen zwischen den Gliedern A und B kann umgekehrt werden. In diesem Fall muss lediglich jeder Stellkeil so gebaut werden, dass das Gehäusehaitekeilglied von der Spannschraube gezogen und der äussere radiale Endteil des Kopfflanschhaltekeilglieds am Gehäuse positioniert wird.

Bei der Kopfflanschbefestigungsvorrichtung für eine Turbomaschine nach der Erfindung werden die Stellkeile verwendet zur Verhinderung einer radialen Bewegung des Kopfflansches gegenüber dem Gehäuse. Die Vorrichtung kann die Mittelachse des Kopfflansches mit der Mittelachse des Gehäuses selbst dann ausgefluchtet halten, wenn eine Zunahme des Spiels zwischen dem Gehäuse und dem Kopfflansch das Auftreten von Schwingungen verursacht. Dies ermöglicht

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eine Verringerung des Spiels zwischen der Labyrinthdichtung und der Erehdichtung, wodurch das Verhalten der Turbomaschine verbessert wird. Die Kopfflanschbefestigungsvorrichtung nach der Erfindung beseitigt das Erfordernis, die feststehenden Schrauben durch die Bedienungsperson anzuziehen oder zu lösen, was beim ersten Beispiel in der Beschreibungseinleitung beschriebenen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik der Fall ist, wodurch die Handhabung erleichtert wird.

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Leerseite

Claims

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ
8QQU München 22 - Sfcmsdorfetr. 10

81-31.836P(31.837H) 2. Jan. 1981

Patentansprüche

Ί.' Kopfflanschbefestigungsvorrichtung für eine Turbomaschine mit einem Gehäuse, «it einen Kopf flansch and mit einem Abscherkeil zum Befestigen des Kopfflansches an der Innenumfangsflache eines Endteilβ des Gehäuses, gekennzeichnet

- durch wenigstens zwei Paare von in Itafangsrichtung beabstandeten Stellkeilnuten (17a, 17b)« wobei eine Stellkeilnut (17a) Jedes Paares von Stellkeilnuten (17a, 17b) an der Innenumfangsf lache des Gehäuses (1) und ausserhalb des Abscherkeils (3) ausgebildet ist, während die andere Stellkeilnut (17b) an der Aussenumfangsflache des Kopfflansches (2) derart ausgebildet ist, dass die beiden Stellkeilnuten (17a, 17b) nebeneinander liegen, und

- durch einen in jedem Paar von Stellkeilnuten (17a, 17b) gehaltenen Stellkeil (18), wodurch eine gegenseitige Bewegung des Kopfflansches (2) radial gegenüber dem Gehäuse (1) vermeidbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Stellkeilnuten (17a, 17b) im rechten Winkel zur Innenfläche des Gehäuses (1) bzw. zur Aussenfläche des Kopfflansches (2) angeordnet sind.

81-(A 5215-02)

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3. Vorrichtung nach inspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- dass zwei Paare von Stellkeilnuten (17a, 17b) vorgesehen sind, die gegenüber der Mittelachse des Gehäuses (1) und dee Kopfflansches (2) zueinander unsymmetrisch angeordnet sind (Fig. 3).

4. Vorrichtung nach Inspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- dass wenigstens drei Paare von Stellkeilnuten (17a, 17b) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach inspruch 4·, dadurch gekennzeichnet,

- dass wenigstens vier Paare von Stellkeilnuten (17a, 17b) vorgesehen sind (Fig. 2).

6. Vorrichtung nach inspruch 5» dadurch gekennzeichnet,

- dass die vier Paare von Stellkeilnuten (17a, 17b) jeweils in einer von vier Stellungen angeordnet sind, die in Umfangsrichtung des Gehäuses (1) und des Kopfflansches (2) gleich beabstandet sind.

7« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Paare von Stellkeilnuten (17a, 17b) in wenigstens vier Stellungen angeordnet sind und

- dass jeder Stellkeile (18) in einem der Paare von Stellkeilnuten (17a., 17b) gehalten ist und aufweist: ein Gehäusehaltekeilglied (A), ein Kopfflanschhaltekeilglied (B) und einen Überbrückungsbolzen (C), der in Gewindeeingriff mit dem Gehäusehaltekeilglied (A) und dem Kopfflanschhaltekeilglied (B) steht und eine Verstrebungskraft darauf ausüben kann (Fig. 4-, 5).

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8. Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Paare von Stellkeilnuten (17a, -17b) in wenigstens vier Stellungen ausgebildet sind und

- dass jeder der Stellkeile (18) in einem der Paare von Stellkeilnuten (17a, 17b) gehalten ist und aufweist: ein Gehäusehaltekeilglied (A) und ein Kopfflanschhaltekeilglied (B), die durch eine mit dem Gehäuse (1) in Gewindeeingriff stehende Zugschraube (21) axial gegeneinander bewegbar gelagert und mit schrägen Anlageflächen (19) versehen sind, an denen sie derart aneinanderliegen, dass sie durch ihre gegenseitige Bewegung auf das Gehäuse (1) bzw. auf den Kopfflansch (2) eine Verstrebungskraft ausüben können (Fig. 6-8).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

- dass das Gehäusehaltekeilglied (A) und das Kopfflanschhaltekeilglied (B) mit den schrägen Anlageflächen (10) derart versehen sind, dass das Kopf flanschhalt ekeilglied (B) kräftig gegen den Kopfflansch (2) gedrückt wird, wenn es gegenüber dem Kopfflansch (2) radial auswärts bewegt wird (Fig. 6-8).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet,

- dass das Kopfflanschhaltekeilglied (B) durch die Zugschraube (21) radial nach aussen gezogen wird und

- dass das Gehäusehaltekeilglied (A) einen am Gehäuse (1) positionierten radial äusseren Badteil hat (Fig. 6-8).

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,

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-⁴~ 3100038

dass das Gehäusehaltekeilglied (A) durch die Zugschraube (21) nach aussen gezogen wird und dass das Kopfflanschhaltekeilglied (B) einen am Gehäuse (1) positionierten radialen Endteil hat.

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