DE4238922A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Spannen und Lösen von Zugankern bei mehrteilig zusammengesetzten Gasturbinenrotoren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Spannen und Lösen von Zugankern bei mehrteilig zusammengesetzten Gasturbinenrotoren

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spannen und Lösen von Zugankern von mehrteilig zusammengesetzten Gasturbinenrotoren mit einer hydraulischen Spannvorrichtung sowie die Spannvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zum Festspannen von Werkzeugen oder Werkstücken werden hydraulisch betätigte Spannelemente verwendet.
Es ist zum Beispiel ein hydraulischer Spannring bekannt, bei dem mehrere Kolben in Zylinderbohrungen angeordnet sind, wobei die Kolben einen Spanndruck auf ein mit der Achse rotierendes Werkstück oder Werkzeug ausüben.
Bekannt ist ferner eine Anordnung von mehreren Klammerschrauben, die in Serie geschaltet sind und über eine Vorlaufleitung mit Druck beaufschlagt werden, wobei der Druck an einem Manometer abgelesen werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zu entwickeln und eine Spannvorrichtung des Standes der Technik so zu verbessern, damit der Einsatz bei Gasturbinenrotoren in Scheibenbauweise ermöglicht wird. Es sollen damit erreicht werden:
  • - eine optimale Rund- und Planschlagqualität,
  • - daß auf jeden Zuganker die exakt gleichen Kräfte wirken,
  • - daß die Längung jedes Zugankers genau gemessen werden kann,
  • - daß die Laufruhe des Gasturbinenrotors bei hohen Drehzahlen insgesamt verbessert wird,
  • - daß eine Minimierung der Setzkraftverluste erreicht wird,
  • - daß keine Torsionskräfte während des Spann- und Lösevorganges auf die Zuganker einwirken,
  • - daß keine einseitigen Stützkräfte auf die Turbinenscheiben einwirken und daß bei der Montage/Demontage eine einfache, sichere und schnelle Handhabung ereicht wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt in der Weise, wie es in den Verfahrens- und Vorrichtungsansprüchen angegeben ist.
Die verbesserte und auf den speziellen Verwendungszweck zugeschnittene hydraulische Spannvorrichtung weist gegenüber der bekannten Vorrichtung folgende Verbesserungen auf:
  • - Mehrere dezentral angeordnete Zuganker lassen sich gleichzeitig und gleichmäßig spannen.
  • - Die Messung der Längung erfolgt direkt und gleichzeitig auf allen Zugankern.
  • - Der massive Zylinderring mit integrierten Kolben, Stützringen und Dichtungen bildet jeweils einen Kolbenraum, wobei alle Kolbenräume durch Querbohrungen untereinander verbunden sind und beim Verspannen bzw. Lösen der dezentralen Zuganker gleichzeitig mit dem Hydraulikmedium beaufschlagt werden.
  • - Zusätzliche Sicherheitsfangbolzen sind nicht erforderlich.
  • - Die Meßstangen liegen durch Verwendung eines federbelasteten Meßbolzens am Ende der Meßstange auf dem Zuganker direkt an.
  • - Die zentrierte Zugvorrichtung befindet sich jeweils direkt auf dem Wellenende des Gasturbinenrotors.
Durch die hydraulische Spannvorrichtung werden bei dem Zusammenbau des Gasturbinenrotors die dezentral angeordneten Zuganker verspannt und bei der Demontage die gespannten Zuganker gelöst.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren umfaßt der Spannvorgang der Zuganker folgende Schritte:
  • - Längung der Zuganker durch Druckaufbau,
  • - Anziehen der Zugankermuttern,
  • - Belastung der Zugankermuttern durch Druckabbau.
Der Lösungsvorgang der Zuganker beinhaltet:
  • - Längung der Zuganker durch Druckaufbau,
  • - Lösen der Zugankermuttern,
  • - Zusammenziehen der Zuganker durch Druckabbau.
Der Verlauf des Spann- und Lösungsvorganges wird durch Dehnungsmessungen wiedergegeben und kann auf den Meßuhren für jeden Zuganker direkt abgelesen werden.
Die erfindungsgemäßen dezentral angeordneten Spannvorrichtungen bestehen jeweils aus einem Zylinderring, in den ein Druckkolben von oben eingesetzt wird. Zur Abdichtung werden Stützringe mit Dichtungen eingesetzt und bilden dadurch einen umlaufenden Kolbenraum, der mit dem Druckmedium beaufschlagt wird. Der Druckkolben weist eine zentrische Bohrung auf, durch die der Fangbolzen gesteckt wird. Dieser Bolzen hat am oberen Ende ein Gewinde, auf das eine Sechskantmutter aufgeschraubt wird.
Das untere Ende ist des Fangbolzens ist mit einem Innengewinde ausgestattet. Dadurch wird der Fangbolzen mit dem zu spannenden Zuganker verschraubt.
Der Fangbolzen weist eine zentrische Bohrung auf, durch die eine federbelastete Meßstange geführt wird. Die Meßstange wird während des Spann- und Lösevorganges auf den Kopf des Zugankers gedrückt.
Die hydraulische Spannvorrichtung wird auf den Flansch der Welle des Gasturbinenrotors aufgesetzt und mittels einer Kontermutter fixiert. Die Meßuhrplatte wird so auf die Spannvorrichtung aufgesetzt, daß die Meßuhrfüße der Meßuhr die Meßstange berühren, die Meßplatte wird mittels einer Rändelmutter festgesetzt.
Durch den Anschluß der am Zylinderring befindlichen beiden Anschlüsse für Vor- und Rücklauf sind alle Kolben hydraulisch miteinander verbunden und an eine Hochdruckpumpe angeschlossen.
Für den eigentlichen Spannvorgang werden die Kolbenräume der Ringspannvorrichtung mit dem entsprechenden Druck beaufschlagt.
Beim Spannvorgang werden die Zuganker entsprechend der Spannkraft gelängt. Dabei bewegen sich die Kolben aus dem Zylinderring.
Als weiterer Verfahrensschritt wird parallel zum Spann- oder Lösevorgang eine Dehnungsmessung der Zuganker durchgeführt, wobei die Dehnungsmessung direkt über eine im Fangbolzen befindliche, federbelastete Meßstange erfolgt.
Die Dehnungszunahme kann auf der Meßuhr für jeden Zuganker direkt abgelesen werden.
Nach Beendigung des Spann- bzw. des Lösevorganges wird durch mehrmaliges Spannen und Lösen der Zuganker eine Ermittlung der Setzkraftverluste in den Zugankern durchgeführt, da während der Drucksenkung eine elastische Rückdehnung und ein Setzen des Materials auftritt.
Die Dehnkraft fällt ab, weil durch den neuen Kraftfluß elastische bzw. plastische Verformungen an den Auflageflächen der Arretiermutter entstehen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch den aus mehreren Segmenten zusammengesetzten Läufer eines Gasturbinenrotors,
Fig. 2 einen Schnitt durch die hydraulische Spannvorrichtung mit gespanntem Zuganker und Meßuhr,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die hydraulische Spannvorrichtung entsprechend Schnitt I-I und Schnitt II-II von Fig. 2.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den aus mehreren Segmenten (Turbinenscheiben 23) in Scheibenbauweise zusammengesetzten Rotors einer Gasturbine, der durch dezentrale Zuganker (19) zusammengehalten wird.
Die Zuganker (19) werden durch eine Zugankermutter (20) mit dazwischenliegenden Sicherungsblechen (21) verspannt.
Fig. 2 zeigt die hydraulische Spannvorrichtung, deren Zylinderring (1) auf dem Wellenflansch (22) aufsitzt und über eine Kontermutter (14) abgestützt wird. In dem Zylinderring (1) sind Kolben (2) eingesetzt. Im Inneren des Zylinderringes (1) bildet sich ein Kolbenraum (11), der jeweils oben bzw. unten durch Stützringe (6, 8) mit entsprechenden Dichtungen (7, 9) begrenzt wird. Die Kolbenräume (11) sind untereinander durch Querbohrungen (1a) verbunden.
Die Kolbenräume (11) werden über den Stecknippel (10) mit dem Hydraulikmedium beaufschlagt. Durch eine Bohrung im Kolben (2) wird der Fangbolzen (3) durchgesteckt, der durch eine Sechskantmutter (13) mit Unterlegscheibe (12) gehalten wird.
Durch die zentrische Bohrung des Fangbolzens (3) wird die Meßstange (5) geführt, die mit einer Druckfeder (18) den Kontakt zu dem Kopf des Zugankers (19) herstellt.
Klauen-Nüsse (4) sind verschiebbar auf dem Fangbolzen (3) angeordnet und an der Oberkante durch einen Kugelindex leicht gesichert.
Die Meßuhrplatte (16) wird mit der Rändelmutter (15) befestigt, die Meßuhrfüße (17a) der Meßuhr (17) haben Kontakt zur Meßstange (5).
In Fig. 3 sind zwei Schnitte von Fig. 2 dargestellt. Schnitt I-I zeigt eine Draufsicht im Bereich des Zylinderringes (1), wobei der Fangbolzen (3) mit innenliegender Meßstange (5) zentrisch durch den Kolben (2) geführt wird. Zwischen Kolben (2) und Zylinderring (1) ist der Kolbenraum (11) zu erkennen, der über den Vorlaufnippel (10a) mit dem Hydraulikmedium beaufschlagt wird. Die Kolbenräume (11) sind durch Querbohrungen (1a) quasi in Reihe geschaltet, so daß das Hydraulikmedium von einem Kolbenraum (11) zum anderen Kolbenraum (11) fließen kann. Das Hydraulikmedium wird über einen Rücklaufnippel (10b) wieder abgeführt.
Schnitt II-II zeigt eine Draufsicht in Höhe der Zugankermutter (20), die auf den Zuganker (19) aufgeschraubt ist und auf dem Wellenende (22) des Gasturbinenrotors aufliegt.
Bezugsziffernliste
 1 Zylinderring
 1a Querbohrungen in 1
 2 Kolben
 3 Fangbolzen
 4 Klauen-Nüsse
 5 Meßstange
 6 Oberer Stützring
 7 Dichtung
 8 Unterer Stützring
 9 Dichtung
10 Stecknippel
10a Vorlauf-Nippel
10b Rücklauf-Nippel
11 Kolbenraum
12 Unterlegscheibe
13 Sechskantmutter
14 Kontermutter
15 Rändelmutter
16 Meßuhrenplatte
17 Meßuhr
17a Meßuhrfüße
18 Druckfeder
19 Zuganker
20 Zuganker-Mutter
21 Sicherungsblech
22 Wellenflansch
23 Turbinenscheibe.

Claims (7)

1. Verfahren zum Spannen und Lösen von Zugankern von mehrteilig zusammengesetzten Gasturbinenrotoren mit einer hydraulischen Spannvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren dezentral angeordneten Zugankern an Gasturbinenrotoren durch ein gemeinsames, zeitgleiches, gleichmäßiges Vorspannen definierte Längungen und Vorspannkräfte erzielt werden, daß sich der Spannvorgang bei Endmontage des Gasturbinenrotors
  • - durch Längung der Schrauben bzw. der Zuganker (19) durch Druckaufbau,
  • - durch Anziehen der Zugankermuttern (20) und
  • - durch Belastung der Zugankermutter (20) durch Druckabbau auszeichnet,
daß der gemeinsame, zeitgleiche, gleichmäßige Lösevorgang bei Demontage des Gasturbinenrotors
  • - durch Längung der Schrauben bzw. der Zuganker (19 durch Druckaufbau,
  • - durch Lösen der Zugankermuttern (20) und
  • - durch Zusammenziehen der Schrauben bzw. der Zuganker (19) durch Druckabbau erreicht wird,
daß für den Spann- bzw. Lösevorgang der Schrauben bzw. Zuganker (19) alle Kolbenräume (11) innerhalb des massiven Zylinderringes (1) über Querbohrungen (1a) mit einem Hochdruckmedium beaufschlagt werden und daß die Messung der Dehnung bzw. Längung direkt und zeitgleich auf allen Schrauben bzw. Zugankern (19) über eine im Fangbolzen (3) befindliche federbelastete Meßstange (5) erfolgt, die die Längenänderung direkt auf eine Meßuhr (17) überträgt.
2. Verfahren zum Spannen und Lösen von Zugankern von mehrteilig zusammengesetzten Gasturbinenrotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Spann- und Lösevorganges eine Ermittlung von Setzkraftverlusten in den Schrauben bzw. Zugankern (19) des Gasturbinenrotors (24) durch mehrmaliges Spannen und Lösen der Zuganker (19) stattfindet.
3. Hydraulische Spannvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere an sich bekannte hydraulische Spannvorrichtungen dezentral am Umfang des Gasturbinenrotors angeordnet sind, wobei die Spannvorrichtungen für ein gemeinsames, gleichzeitiges und gleichmäßiges Spannen und Lösen vorgesehen sind,
daß die Kolbenräume (11) innerhalb des massiven Zylinderringes (1) mit integrierten Kolben (2), Stützringen (6, 8) und Dichtungen (7, 9) jeweils untereinander durch horizontal angebrachte Querbohrungen (1a) verbunden sind und
daß der Fangbolzen (3) eine zentrische Bohrung aufweist, durch die die Meßstange (5) geführt wird, an deren unterem Ende eine Druckfeder (18) befestigt ist.
4. Hydraulische Spannvorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Fangbolzens (3) der Zuganker (19) des Gasturbinenrotors jeweils an sich bekannte Meßuhren (17) zur Messung der Dehnung/Längung aufgesetzt werden, daß die Meßstange (5) der Meßuhr (17) direkt auf dem Ende der Zuganker (19) aufliegt und daß die Meßuhr-Füße (17a) mit der Meßstange (5) in Kontakt stehen.
5. Hydraulische Spannvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßuhr (17) in einer Meßuhrenplatte (16) befestigt ist, daß die Meßuhrenplatte (16) an der Kontermutter (14) angebracht und über eine Rändelmutter (15) festgesetzt ist.
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