EP0846844B1 - Rotorzusammenbau mit kraftschlüssig und gleichzeitig form- bzw. materialschlüssig verbundenen Rotorscheiben - Google Patents
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
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- F01D5/066—Connecting means for joining rotor-discs or rotor-elements together, e.g. by a central bolt, by clamps
Definitions
- the invention relates to a rotor for turbomachinery, the individual Rotor disks that carry the turbine or compressor blades or Vane-free washers are arranged in a concentric, axially aligned manner Are located and connected by means of a pulling device, whereby the Rotor disks braced against each other form a compact unit, whereby Adjacent rotor disks in addition to the non-positive connection through the Traction device a further positive and / or material connection exhibit.
- a rotor for turbomachinery is made up of several rotor disks, whereby these are lined up axially and aligned concentrically.
- the Rotor disks can carry the blading or be intermediate washers and are tensioned together by, generally several, tie rods and thus form a compact unit.
- tie rods are high enough to ensure the friction between the individual rotor disks to ensure.
- In practice which is mainly due to thermal expansion due to the high operating temperatures is affected, but is not always with Given the security of frictional engagement. So shifts occur in the individual Rotor disks against each other, which lead to non-circular running of the system and can at least lead to a shutdown or partial destruction. This results in the plant coming to a standstill and thus the loss of production.
- the system damage comes to the loss of production these in particular lead to extremely expensive repairs, if any are repairable.
- GB 2 059 819 describes a method for producing an axial compressor rotor disclosed.
- This compressor rotor is made up of a number of rotor disks that to carry blading.
- the rotor disks are concentric with each other arranged and connected to one another during manufacture by means of screws. In In this state, the rotor disks are connected to each other in a material-locking manner, then the screws are removed so that the compressor rotor is clean material connection between the individual rotor disks having.
- US 5 414 929 discloses a method of manufacturing a turbine rotor, the Bladed rotor disks held together by a single tie rod become.
- US 3 850 546 relates to a turbomachine rotor, the rotor stages of which Paddle wheels exist. Radially protruding elements are provided for this, each of which has a blade radially outwards and one radially inwards Sector of the wheel hub. The cohesion of the individual paddle wheels with each existing intermediate washers between two adjacent paddle wheels also only with a single tie rod.
- the invention tries to avoid all these disadvantages. You have the task based on specifying a rotor for turbomachinery, which inherently so is trained or can be retrofitted so that an operational Misalignment, i.e. Rotation or displacement of rotor disks to one another is avoided.
- a rotor for turbomachinery the individual rotor disks of which which carry the turbine or compressor blades or bladeless ones Intermediate disks are arranged in a concentrically axially aligned arrangement are located and connected by a pulling device, whereby the Rotor disks braced against each other form a compact unit, whereby Adjacent rotor disks in addition to the non-positive connection through the Traction device a further positive and / or material connection have, designed such that the traction device from several, individual Tie rods exist, and that the further positive and / or material Connection between adjacent rotor disks on a larger one Diameter arranged as the screw pitch circle formed by the tie rods is.
- the individual rotor disks 1.i which can be designed as blade disks 1.i.1 or as intermediate disks 1.i.2, axially strung together and clamped together concentrically by tie rods 2.
- the rotor disks 1.i have defined contact surfaces 1.i.1.1 or 1.1.2.1, with which are supported on each other and which are supported by the tie rods 2 attack conditional frictional forces. These are due to the positive connection a rotation or displacement of the rotor disks against each other during operation prevent the system.
- a material connection 3 in the form of a weld seam is provided in addition to the non-positive connection of the rotor disks 1.i .
- This weld seam connects two Adjacent rotor disks 1.i together, thereby preventing them two rotor disks can perform relative movements against each other.
- This additional connection 3 produced by the weld seams is according to the invention outside the pitch circle of tie rods 2, i.e. on a larger diameter as the screw pitch circle 2.1 of the tie rod, arranged.
- FIG. 4 shows a rotor arrangement comparable to the embodiment in FIG. 1, however, in contrast to FIG. 1, tie rods inclined at an angle to the rotor axis (2) on.
- a conical, preferably a double-conical centering 4 is provided in addition to the non-positive connection of the rotor disks 1.i .
- This is conical centering 4 the tie rod 2 is arranged outside the screw pitch circle 2.1.
- the double cone preferably has a flank angle of 30 ° ... 60 °.
- the Cone-shaped centering 4 results in a form-fitting holder in a radial Direction and also increases the friction surfaces due to their contact surfaces between the rotor disks 1.i and thus the size of the transferable friction forces.
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Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor für Turbomaschinen, dessen einzelne
Rotorscheiben, welche die Turbinen- oder Verdichterschaufeln tragen oder
schaufellose Zwischenscheiben sind, sich in konzentrisch axial aneinandergereihter
Anordnung befinden und mittels einer Zugvorrichtung verbunden sind, wodurch die
Rotorscheiben gegeneinander verspannt eine kompakte Einheit bilden, wobei
benachbarte Rotorscheiben zusätzlich zur kraftschlüssigen Verbindung durch die
Zugvorrichtung eine weitere form- und/oder materialschlüssige Verbindung
aufweisen.
Ein Rotor für Turbomaschinen wird aus mehreren Rotorscheiben aufgebaut, wobei
diese axial aneinandergereiht und konzentrisch ausgerichtet angeordnet werden. Die
Rotorscheiben können die Beschaufelung tragen oder Zwischenscheiben sein und
sind durch, im allgemeinen mehrere, Zuganker miteinander verspannt und bilden so
eine kompakte Einheit. Dies jedoch nur solange, als die Axialkräfte der Zuganker
hoch genug sind, um den Reibungsschluss zwischen den einzelnen Rotorscheiben
zu gewährleisten. In der Praxis, welche vor allem durch die Wärmedehnungen
zufolge der hohen Betriebstemperaturen beeinflusst wird, ist jedoch nicht immer mit
Sicherheit der Reibungsschluss gegeben. So treten Verschiebungen der einzelnen
Rotorscheiben gegeneinander auf, welche zu unrundem Lauf der Anlage und
mindestens zu einer Abschaltung oder zu deren teilweiser Zerstörung führen können.
Dies hat den Stillstand der Anlage und damit den Ausfall an Produktion zur Folge.
Zum Produktionsausfall kommen jedoch noch die Anlageschäden wobei
insbesondere diese zu extrem teuren Reparaturen führen, sofern sie überhaupt
reparabel sind.
In der GB 2 059 819 ist ein Verfahren zur Fertigung eines axialen Kompressorrotors
offenbart. Dieser Kompressorrotor ist aus einer Anzahl Rotorscheiben aufgebaut, die
eine Beschaufelung tragen. Die Rotorscheiben sind konzentrisch zueinander
angeordnet und während der Fertigung mittels Schrauben miteinander verbunden. In
diesem Zustand werden die Rotorscheiben miteinander materialschlüssig verbunden,
anschliessend werden die Schrauben entfernt, sodass der Kompressorrotor eine rein
materialschlüssige Verbindung zwischen den zuvor einzelnen Rotorscheiben
aufweist.
Die US 5 414 929 offenbart ein Verfahren zur Fertigung eines Turbinenrotors, dessen
beschaufelte Rotorscheiben mittels eines einzigen Zugankers zusammengehalten
werden.
Die US 3 850 546 betrifft einen Turbomaschinenrotor, dessen Rotorstufen aus
Schaufelrädern bestehen. Hierfür sind radial hervorstehende Elemente vorgesehen,
die jeweils nach radial aussen eine Schaufel aufweisen und nach radial innen einen
Sektor der Radnabe. Der Zusammenhalt der einzelnen Schaufelräder mit jeweils
zwischen zwei benachbarten Schaufelräder vorhandenen Zwischenscheiben erfolgt
ebenfalls lediglich mit einem einzigen Zuganker.
Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe
zugrunde, einen Rotor für Turbomaschinen anzugeben, welcher von Haus aus so
ausgebildet ist oder so nachgerüstet werden kann, dass eine betriebsbedingte
Dejustierung, d.h. Verdrehung oder Verschiebung von Rotorscheiben zueinander
vermieden wird.
Die Lösung dieser Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzeichens von Anspruch
1 umschrieben. Vorteilhafte Ausführungsformen eines solchen Rotors für
Turbomaschinen sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Rotor für Turbomaschinen, dessen einzelne Rotorscheiben,
welche die Turbinen- oder Verdichterschaufeln tragen oder schaufellose
Zwischenscheiben sind, sich in konzentrisch axial aneinandergereihter Anordnung
befinden und mittels einer Zugvorrichtung verbunden sind, wodurch die
Rotorscheiben gegeneinander verspannt eine kompakte Einheit bilden, wobei
benachbarte Rotorscheiben zusätzlich zur kraftschlüssigen Verbindung durch die
Zugvorrichtung eine weitere form- und/oder materialschlüssige Verbindung
aufweisen, derart ausgebildet, dass die Zugvorrichtung aus mehreren, einzelnen
Zugankern besteht, und dass die weitere form- und/oder materialschlüssige
Verbindung zwischen je aneinanderliegenden Rotorscheiben auf einem größeren
Durchmesser als dem durch die Zuganker gebildeten Schraubenteilkreis angeordnet
ist.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung von
beispielsweisen Ausführungsformen anhand der Zeichnung.ln dieser zeigt
- Fig. 1
- durch achsparallele Zuganker verspannte Rotorscheiben mit einer zusätzlichen Verbindung in Form einer Schweissnaht,
- Fig. 2
- ein Detail zu Fig. 1,
- Fig. 3
- ein weiteres Detail zu Fig. 1,
- Fig. 4
- durch die Rotorachse kreuzende Zuganker verspannte Rotorscheiben,
- Fig. 5
- durch Zuganker verspannte Rotorscheiben mit einer zusätzlichen Verbindung in Form einer doppelkonus förmingen Zentrierung.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt-,
insbesondere ist nicht der an sich bekannte und unveränderte Teil des Rotors oder
andere Rotordetails etc. dargestellt.
Bei einem Rotor 1 für Turbomaschinen sind die einzelnen Rotorscheiben 1.i, welche,
als Schaufelscheiben 1.i.1 oder als Zwischenscheiben 1.i.2 ausgebildet sein können,
axial aneinandergereiht und durch Zuganker 2 konzentrisch mitsammen verspannt.
Die Rotorscheiben 1.i weisen definierte Auflageflächen 1.i.1.1 bzw. 1.1.2.1 auf, mit
welchen sie sich aneinander abstützen und an welchen die durch die Zuganker 2
bedingten Reibkräfte angreifen. Diese sollen durch die kraftschlüssige Verbindung
eine Verdrehung oder Verschiebung der Rotorscheiben gegeneinander im Betrieb
der Anlage verhindern.
Es kann jedoch Betriebszustände geben, in welchen diese Reibkräfte nicht
ausreichen, eine Dejustierung der Rotorscheiben 1.i gegeneinander zu verhindern.
Deshalb ist bei einer erfindungsgemässen Ausführungsform eines Rotors 1
[Fig. 1 ... 3] zusätzlich zur kraftschlüssigen Verbindung der Rotorscheiben 1.i noch
eine materialschlüssige Verbindung 3 in Form von einer Schweissnaht vorgesehen.
Diese kann eine kontinuierliche oder eine diskontinuierliche, abschnittsweise
verlaufende Schweissnaht sein [Fig. 3]. Diese Schweissnaht verbindet je zwei
benachbarte Rotorscheiben 1.i mitsammen und verhindert dadurch, dass diese
beiden Rotorscheiben Relativbewegungen gegeneinander ausführen können. Diese
durch die Schweissnähte hergestellte zusätzliche Verbindung 3 ist erfindungsgemäß
ausserhalb des Teilkreises der Zuganker 2, d.h. auf einem grösseren Durchmesser
als dem Schraubenteilkreis 2.1 der Zuganker, angeordnet.
Figur 4 zeigt eine zur Ausführungsform der Figur 1 vergleichbare Rotoranordnung,
weist jedoch im Unterschied zur Figur 1 schräg zur Rotorachse geneigte Zuganker
(2) auf.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Variante eines erfindugsgemässen Rotors 1 ist eine
zusätzlich zur Kraftschlüssigen Verbindung der Rotorscheiben 1.i eine konusförmige,
vorzugsweise eine doppelkonusförmige Zentrierung 4 vorgesehen. Diese sieht einen
positiven bzw. negativen Ringdoppelkonus 4.i.1 bzw.4.i.2 auf jeder der miteinander
zusammenwirkenden Rotorscheiben 1.i vor, wobei je ein positiver Ringdoppelkonus
4.i.1 mit einem negativen Ringdoppelkonus 4.i.2 der beiden benachbarten
Rotorscheiben in Wirkverbindung steht. Diese konustörmige Zentrierung 4 ist
ausserhalb des Schraubenteilkreises 2.1 der Zuganker 2 angeordnet.
Vorzugsweise weist der Doppelkonus einen Flankenwinkel von 30° ... 60° auf. Die
konusförmige Zentrierung 4 ergibt also eine formschlüssige Halterung in radialer
Richtung und erhöht durch ihre Auflageflächen ausserdem auch die Reibflächen
zwischen den Rotorscheiben 1.i und damit die Grösse der übertragbaren Reibkräfte.
- 1
- Rotor
- 1.i
- Rotorscheiben
- 1.i.1
- Schaufelscheiben
- 1.i.2
- Zwischenscheiben
- 1.i.1.1 bzw. 1.i.2,1
- Auflageflächen
- 2
- Zuganker
- 2.1
- Schraubenteilkreis
- 3
- materialschlüssige Verbindung [Schweissverbindung]
- 4
- konusförmige Zentrierung
- 4.i.1
- positiver Ringdoppelkonus
- 4.i.2
- negativer Ringdoppelkonus
Claims (5)
- Rotor für Turbomaschinen, dessen einzelne Rotorscheiben, welche die Turbinen- oder Verdichterschaufeln tragen oder schaufellose Zwischenscheiben sind, sich in konzentrisch axial aneinandergereihter Anordnung befinden und mittels einer Zugvorrichtung verbunden sind, wodurch die Rotorscheiben gegeneinander verspannt eine kompakte Einheit bilden, wobei benachbarte Rotorscheiben zusätzlich zur kraftschlüssigen Verbindung durch die Zugvorrichtung (2) eine weitere form- und/oder materialschlüssige Verbindung aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zugvorrichtung aus mehreren, einzelnen Zugankern besteht, und
dass die weitere form- und/oder materialschlüssige Verbindung zwischen jeweils aneinanderliegenden Rotorscheiben (1,i) auf einem größeren Durchmesser als dem durch die Zuganker (2) gebildeten Schraubenteilkreis (2.1) angeordnet ist. - Rotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die materialschlüssige Verbindung zwischen den Rotorscheiben (1.i) eine Schweissverbindung (3) ist. - Rotor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissverbindung (3) eine durchgehende oder abschnittsweise Schweissnaht ist. - Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Verbindung der Rotorscheiben (1,i) eine konusförmige Zentrierung (4) ist. - Rotor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die konusförmige Zentrierung (4) als positiver oder negativer Ringkonus oder als Ringdoppelkonus (4.i.1 bzw. 4.i.2) auf jeder Rotorscheibe (1.i) ausgebildet ist, wobei je ein positiver Ringkonus oder Ringdoppelkonus mit einem negativen Ringkonus oder Ringdoppelkonus der benachbarten Rotorscheibe (1.i) in Wirkverbindung steht.
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