EP3219911A1 - Gas turbine rotor with bolted rotor discs - Google Patents
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- EP3219911A1 EP3219911A1 EP16160875.7A EP16160875A EP3219911A1 EP 3219911 A1 EP3219911 A1 EP 3219911A1 EP 16160875 A EP16160875 A EP 16160875A EP 3219911 A1 EP3219911 A1 EP 3219911A1
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- F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
- F01D5/066—Connecting means for joining rotor-discs or rotor-elements together, e.g. by a central bolt, by clamps
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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- F05D2260/403—Transmission of power through the shape of the drive components
- F05D2260/4031—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Gasturbine mit einem Verdichterabschnitt und mit einer Mittelsektion und mit einem Turbinenabschnitt wobei der Turbinenabschnitt mehrere Rotorscheiben (01) umfasst. Die Rotorscheiben (01) weisen an den zueinander weisenden Stirnseiten (07) formschlüssige und/oder reibschlüssige Drehmomentenübertragungsmittel auf. Benachbarte Rotorscheiben (01) sind mittels einer Mehrzahl im Umfang verteilt angeordneter Befestigungsbolzen (15, 16) miteinander verschraubt. Eine verbesserte Verbindung wird durch die Verwendung einer Stirnverzahnung (08) als Drehmomentenübertragungsmittel erzielt.The invention relates to a rotor of a gas turbine with a compressor section and with a central section and with a turbine section, wherein the turbine section comprises a plurality of rotor disks (01). The rotor disks (01) have positive-locking and / or frictional torque-transmitting means on the mutually facing end faces (07). Adjacent rotor disks (01) are screwed together by means of a plurality of fastening bolts (15, 16) distributed in the circumference. An improved connection is achieved by the use of a spur gear (08) as a torque transmission means.
Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Gasturbine, welcher einen Verdichterabschnitt, eine Mittelsektion sowie einen Turbinenabschnitt aufweist, wobei zumindest im Turbinenabschnitt mehrere Rotorscheiben vorhanden sind. Hierbei sind zumindest zwei Rotorscheiben miteinander mittels Befestigungsbolzen verbunden.The invention relates to a rotor of a gas turbine, which has a compressor section, a central section and a turbine section, wherein at least in the turbine section a plurality of rotor disks are present. Here, at least two rotor disks are connected to each other by means of fastening bolts.
Der Rotor einer Gasturbine weist üblicherweise einen Verdichterabschnitt, eine Mittelsektion sowie einen Turbinenabschnitt auf. Der Verdichterabschnitt umfasst hierbei regulär in mehreren Stufen hintereinander angeordnete Verdichterschaufelkränze. Analog hierzu wird ebenso der Turbinenabschnitt in bekannter Weise von mehreren Stufen abgebildet, wobei ebenso in jeder Stufe eine Mehrzahl an Turbinenschaufeln im Umfang verteilt angeordnet sind. Hierbei ist es üblich, dass die Turbinenschaufeln austauschbar an der jeweiligen Turbinenstufe befestigt sind.The rotor of a gas turbine usually has a compressor section, a central section and a turbine section. The compressor section in this case regularly comprises in several stages successively arranged compressor blade rings. Similarly, the turbine section is also mapped in a known manner of several stages, wherein also in each stage, a plurality of turbine blades are arranged distributed in the circumference. It is customary here for the turbine blades to be attached interchangeably to the respective turbine stage.
Die Verbindung der einzelnen Turbinenstufen des Turbinenabschnitts miteinander kann hier auch auf unterschiedliche Weise erfolgen. So ist es in einfachen Ausführungsformen möglich, mehrere oder sämtliche Turbinenstufen integral (ohne die Laufschaufeln) in einem Bauteil unlösbar zusammenzufassen. Alternativ hierzu sind auch Ausführungsformen bekannt, bei denen mehrere Turbinenscheiben mit jeweils einem oder zwei Laufschaufelkränze eingesetzt werden. Hierbei müssen die Turbinenscheiben derartig miteinander verbunden sein, dass sowohl eine hinreichende Biegesteifigkeit des Rotors gewährleistet wird, als auch das Drehmoment von einer Turbinenscheibe zur nachfolgenden Turbinenscheibe übertragen werden kann.The connection of the individual turbine stages of the turbine section with each other can also take place here in different ways. Thus, in simple embodiments, it is possible to combine several or all turbine stages integrally (without the rotor blades) in one component in a non-detachable manner. Alternatively, embodiments are also known in which a plurality of turbine disks are used, each with one or two blade rings. Here, the turbine disks must be connected to each other in such a way that both a sufficient bending stiffness of the rotor is ensured, and the torque can be transmitted from one turbine disk to the next turbine disk.
Hierzu sind wiederum verschiedene Lösungen aus dem Stand der Technik bekannt, wobei die einzelnen Turbinenscheiben in einer bewährten Variante miteinander verschraubt werden. Alternativ hierzu wird vielfach ein zentraler Zuganker zur gleichzeitigen Verbindung aller Turbinenscheiben eingesetzt, wobei vorliegend diese Lösung nicht weiter betrachtet werden soll. Bei miteinander verschraubten Turbinenscheiben wird eine Mehrzahl von Befestigungsschrauben im Umfang angeordnet, mittels denen jeweils zwei Turbinenscheiben an Flanschen miteinander verschraubt werden.For this purpose, in turn, various solutions from the prior art are known, wherein the individual turbine disks in one proven variant are bolted together. Alternatively, a central tie rod for simultaneous connection of all turbine disks is often used, in the present case, this solution should not be considered further. When screwed together turbine disks a plurality of fastening screws in the circumference is arranged, by means of which two turbine disks are screwed together on flanges.
Bei derartig verschraubten Ausführungsformen ist in aller Regel vorgesehen, dass das Drehmoment zwischen den einzelnen Turbinenscheiben mittels Reibkraft übertragen wird. Die hierzu erforderliche Pressung wird durch die Verschraubung erzielt. Weiterhin ist es erforderlich, eine Zentrierung der Turbinenscheiben relativ zur Drehachse sicherzustellen. Hierzu wird in aller Regel jeweils eine Turbinenscheibe mit einer ringförmigen Anlageschulter versehen, in die ein Bund an der nachfolgend angeflanschten Turbinenscheibe eingreift.In such screwed embodiments is usually provided that the torque between the individual turbine disks is transmitted by friction. The required pressure is achieved by the screw. Furthermore, it is necessary to ensure a centering of the turbine disks relative to the axis of rotation. For this purpose, a turbine disk is usually provided with an annular contact shoulder in each case, in which engages a collar on the subsequently flanged turbine disk.
Wenngleich mittels Verschrauben die einzelnen Turbinenscheiben zuverlässig miteinander verbunden werden können, so zeigt sich dennoch in der Fertigung des Rotors das Problem, dass die einzelnen Turbinenscheiben möglichst genau zueinander zu zentrieren sind und insofern die Toleranz zwischen der Anlagenschulter und dem Bund möglichst gering zu halten ist. Weiterhin erfordert die Übertragung des Drehmomentes über Reibschluss eine entsprechend hohe Pressung in der Verschraubung der Turbinenscheiben.Although the individual turbine disks can be reliably connected to each other by means of screwing, the problem nevertheless arises in the production of the rotor that the individual turbine disks are to be centered as precisely as possible on each other and, to that extent, the tolerance between the plant shoulder and the collar is kept as low as possible. Furthermore, the transmission of the torque via frictional engagement requires a correspondingly high pressure in the screw connection of the turbine disks.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den Aufwand zur Verbindung der Turbinenscheiben zu reduzieren. Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.Object of the present invention is therefore to reduce the effort to connect the turbine disks. The stated object is achieved by an embodiment according to the invention according to the teaching of claim 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Der gattungsgemäße Rotor dient zunächst einmal zur Verwendung bei einer Gasturbine. Hierbei ist es erforderlich, dass der Rotor einen Verdichterabschnitt, eine Mittelsektion und einen Turbinenabschnitt aufweist. Zumindest der Turbinenabschnitt weist hierbei wiederum zumindest zwei, vorteilhaft mehrere, Rotorschreiben auf, wobei an zumindest einer Rotorscheibe eine Mehrzahl Laufschaufeln im Umfang verteilt angeordnet sind. Ob des Weiteren der Verdichterabschnitt einstückig ausgeführt wird oder analog dem Turbinenabschnitt ebenso eine Mehrzahl an Rotorscheiben aufweist, ist zunächst unerheblich. Zumindest ist es erforderlich, dass zwei benachbarte Rotorscheiben an zueinander weisenden Stirnseiten formschlüssige und/oder reibschlüssige Drehmomentenübertragungsmittel aufweisen.The generic rotor initially serves for use in a gas turbine. Here, it is required that the rotor has a compressor section, a center section, and a turbine section. At least the turbine section in this case again has at least two, advantageously a plurality, of rotor letters, wherein a plurality of rotor blades are distributed in the circumference on at least one rotor disk. Whether further the compressor section is made in one piece or analogous to the turbine section also has a plurality of rotor disks is initially irrelevant. At least it is necessary for two adjacent rotor disks to have positive-locking and / or frictional torque-transmitting means on mutually facing end faces.
Des Weiteren ist es erforderlich, dass die benachbarten Rotorscheiben mehrere im Umfang verteilte Befestigungsbohrungen aufweisen. Hierbei ist vorgesehen, dass die benachbarten Rotorscheiben mittels der die Befestigungsbohrungen durchdringender Befestigungsbolzen miteinander verbunden sind. Hier kann in einer ersten Variante vorgesehen sein, dass jeweils zwei Rotorscheiben mittels der Befestigungsbolzen miteinander verbunden sind. In einer alternativen Variante ist es möglich, dass zwischen zwei Rotorscheiben, welche jeweils mit im Umfang verteilten Laufschaufeln versehen sind, eine weitere Rotorscheibe ohne Laufschaufeln angeordnet wird, wobei mittels der Befestigungsbolzen diese drei Rotorscheiben zugleich miteinander verschraubt werden.Furthermore, it is necessary that the adjacent rotor disks have a plurality of circumferentially distributed mounting holes. It is provided that the adjacent rotor disks are connected to each other by means of the mounting holes penetrating fastening bolts. Here, in a first variant, it may be provided that in each case two rotor disks are connected to one another by means of the fastening bolts. In an alternative variant, it is possible that between two rotor disks, which are each provided with circumferentially distributed blades, another rotor disk is arranged without blades, wherein by means of fastening bolts these three rotor disks are screwed together at the same time.
Erfindungsgemäß wird die Übertragung des Drehmomentes zwischen den einzelnen verschraubten Rotorscheiben dadurch verbessert, indem als Drehmomentübertragungsmittel eine Stirnverzahnung zwischen den verschraubten Rotorschreiben eingesetzt wird.According to the invention, the transmission of the torque between the individual bolted rotor disks is thereby improved by using an end toothing between the bolted rotor letters as the torque transmission means.
Durch die Verwendung einer Stirnverzahnung reduziert sich die Anforderung an die von den Befestigungsbolzen aufzubringende Pressung, als dass nunmehr das Drehmoment im Wesentlichen formschlüssig durch die Stirnverzahnung übertragen wird und nicht mehr rein aufgrund einer Reibkraft.The use of a spur gearing reduces the requirement for the pressure to be applied by the fastening bolts, as now substantially the torque positively transmitted through the spur toothing and no longer purely due to a frictional force.
Zur Verbesserung der Zentrierung der einzelnen Rotorscheiben zueinander und insbesondere zur Vermeidung des Erfordernisses einer eng tolerierten Passung zwischen einer Anlageschulter und einem Bund wird in besonders vorteilhafter Weise die Stirnverzahnung derartig ausgeführt, dass diese eine Zentrierung der Rotorscheiben zueinander bewirkt. Hierbei kann in besonders vorteilhafter Weise eine Hirth-Verzahnung eingesetzt werden. Durch die Verwendung der Hirth-Verzahnung erfolgt eine unmittelbare Zentrierung der miteinander verschraubten Rotorscheiben. Somit erübrigt sich die Notwendigkeit einer Passung zwischen den einzelnen Rotorscheiben. Ebenso ist die Verwendung einer Curvic-Verzahnung möglich.To improve the centering of the individual rotor disks to each other and in particular to avoid the requirement of a tight toleranced fit between a contact shoulder and a collar, the spur toothing is executed in a particularly advantageous manner such that it causes a centering of the rotor disks to one another. Here, a Hirth toothing can be used in a particularly advantageous manner. By using the Hirth toothing, a direct centering of the rotor disks bolted together takes place. Thus, the need for a fit between the individual rotor discs is unnecessary. Likewise, the use of Curvic gearing is possible.
Eine optimale Verbindung zwischen den einzelnen Rotorscheiben sowohl unter Berücksichtigung der Übertragung des Drehmomentes in der Stirnverzahnung als auch ebenso unter Berücksichtigung der Biegesteifigkeit des Rotors ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Befestigungsbolzen im Bereich der Stirnverzahnung angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Befestigungsbolzen sich zumindest in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Stirnverzahnung befinden. Dies ist gegeben, wenn der Abstand zwischen der Stirnverzahnung und den Befestigungsbolzen nicht größer ist, als es der radialen Breite der Stirnverzahnung entspricht. Vorteilhaft hierzu ist ein Abstand, der geringer ist als es dem Durchmesser des Befestigungsbolzens entspricht. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Befestigungsbolzen zumindest abschnittsweise die Stirnverzahnung durchdringen.An optimal connection between the individual rotor discs, taking into account both the transmission of the torque in the spur toothing and also taking into account the flexural rigidity of the rotor, it is also advantageous if the fastening bolts are arranged in the region of the spur toothing. This means that the fastening bolts are at least in the immediate vicinity of the spur toothing. This is the case if the distance between the spur toothing and the fastening bolts is not greater than corresponds to the radial width of the spur toothing. Advantageous for this purpose is a distance which is smaller than corresponds to the diameter of the fastening bolt. It is particularly advantageous if the fastening bolts penetrate the spur toothing at least in sections.
Wie die Befestigung des Befestigungsbolzens erfolgt ist zunächst unerheblich. In einer ersten Variante ist es möglich, die Befestigungsbohrungen in einer Rotorscheibe oder die wechselnd die Befestigungsbohrungen in beiden Rotorscheiben als Gewindebohrungen auszuführen, in die die Befestigungsbolzen unmittelbar eingeschraubt sind. In einer zweiten Variante ist es ebenso möglich, die Befestigungsbohrungen als Durchgangsbohrungen vorzusehen, wobei am Ende des Befestigungsbolzens entweder ein integraler Schraubenkopf oder eine Befestigungsmutter angeordnet wird.As the attachment of the fastening bolt is initially irrelevant. In a first variant, it is possible to carry out the fastening bores in a rotor disk or alternately the fastening bores in both rotor disks as threaded bores into which the fastening bolts are screwed directly. In a second variant it is also possible to provide the mounting holes as through holes, wherein at the end of the fastening bolt either an integral screw head or a fastening nut is arranged.
Bei der Montage ist zu berücksichtigen, dass bei Einsatz der selbstzentrierenden Stirnverzahnung eine geringfügige Verlagerung der einzelnen Rotorscheiben zueinander beim Festschrauben der Befestigungsbolzen erfolgt. Um hierbei - selbst wenn es sich nur um geringfügigste Winkelabweichungen handelt - eine Verlagerung der Befestigungsbolzen beim Festschrauben zu ermöglichen, wird in besonders vorteilhafter Weise am Befestigungsbolzen ein Schraubenkopf oder eine Befestigungsmutter vorgesehen, welche auf der zur Befestigungsbohrung weisenden Seite unmittelbar oder mittelbar eine kalottenförmige Bundfläche aufweist. Durch die kalottenförmige Bundfläche wird ein Winkelversatz zwischen der Ebene senkrecht zur Drehachse und der Achse des Befestigungsbolzens ermöglicht.When installing it is to be considered that when using the self-centering spur a slight displacement of the individual rotor discs to each other when tightening the mounting bolts. To this - even if it is only the slightest angular deviations - to allow a displacement of the mounting bolts when tightening, a screw head or a fastening nut is provided in a particularly advantageous manner on the mounting hole facing side directly or indirectly has a dome-shaped collar surface , Due to the dome-shaped collar surface, an angular offset between the plane perpendicular to the axis of rotation and the axis of the fastening bolt is made possible.
Hierbei ist es zunächst unerheblich, ob die kalottenförmige, den Befestigungsbolzen umgebende Bundfläche unmittelbar am Schraubenkopf bzw. an der Befestigungsmutter angeordnet ist oder ob diese in vorteilhafter Weise an einer Unterlegscheibe angeordnet wird, welche folglich auf der zum Schraubenkopf bzw. zur Befestigungsmutter weisenden Seite eine planare Fläche aufweisen kann. In besonders vorteilhafter Kombination weist der Schraubenkopf eine kalottenförmige Bundfläche auf, während hingegen an der Befestigungsmutter eine kalottenförmige Unterlagscheibe angeordnet wird.It is initially irrelevant whether the dome-shaped collar surface surrounding the fastening bolt is arranged directly on the screw head or on the fastening nut or whether it is advantageously arranged on a washer, which consequently has a planar surface on the side facing the screw head or fastening nut Can have surface. In a particularly advantageous combination, the screw head on a dome-shaped collar surface, while on the other hand, a dome-shaped washer is arranged on the fastening nut.
Hierzu analog weist in besonders vorteilhafter Weise die Rotorscheibe unmittelbar oder mittelbar eine zur Bundfläche komplementäre kalottenförmige Anlagefläche auf. Hierbei ist es ebenso zunächst unerheblich, ob die kalottenförmige Anlagefläche unmittelbar in der Oberfläche der Rotorscheibe die Befestigungsbohrung umgebend integriert ist oder ob hierbei in vorteilhafter Weise eine Beilagscheibe eingesetzt wird, an der die Anlagefläche angeordnet ist. Insofern kann die kalottenförmige Anlagefläche sowohl von der Beilagscheibe als auch von einer an der Rotorscheibe integrierten Kalottensenkung gebildet werden. Insofern es die Herstellungsverfahren zulassen, ist eine Kalottensenkung vorteilhaft gegenüber einer Beilagscheibe.For this purpose, in a particularly advantageous manner, the rotor disk directly or indirectly on a dome-shaped contact surface complementary to the collar surface. It is also initially irrelevant whether the dome-shaped contact surface is integrated directly surrounding the mounting hole in the surface of the rotor disk or whether in this case a washer is used in an advantageous manner, on which the contact surface is arranged. In that sense, the dome-shaped contact surface are formed both by the washer and by an integrated on the rotor disc Kalotten reduction. Insofar as the manufacturing methods allow, a Kalottensenkung is advantageous over a washer.
In welchem Bereich die Stirnverzahnung angeordnet ist, ist zunächst unerheblich. Zumindest ist diese zur vorteilhaften Drehmomentenübertragung auf einen möglichst großen Durchmesser anzuordnen. Bei einer Ausführung, bei der die Befestigungsbolzen zur Verbindung der Befestigungsflansche beabstandet von der Stirnverzahnung angeordnet werden, ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn zwischen den Befestigungsflanschen, der aneinander anliegenden Rotorscheiben im Bereich der Befestigungsbohrungen ein Freiraum vorhanden ist. Ob dieser Freiraum in beiden Befestigungsflanschen vorgesehen wird oder lediglich in einem Befestigungsflansch angeordnet ist, ist hierbei unerheblich. Dabei ist es erforderlich, dass die Befestigungsflansche angrenzend an den Freiraum gegenüberliegend zur Stirnverzahnung wiederum aneinander anliegen. Somit verteilt sich eine beim Spannen der Befestigungsbolzen erzeugte Druckraft einerseits auf den einseitig des Freiraums verbleibenden Bereich der Befestigungsflansche mit Anlage aneinander sowie anderseits auf die gegenüberliegende Stirnverzahnung. Hierbei sind vorteilhaft die Befestigungsbolzen außerhalb mit geringem Abstand zur Stirnverzahnung anzuordnen. Der die Befestigungsbolzen umgebende Freiraum wird in vorteilhafter Weise ringförmig ausgeführt, wobei außerhalb des ringförmigen Freiraums ein ringförmiger Auflagering verbleibt.In which area the spur gearing is arranged, initially irrelevant. At least this is to be arranged for the advantageous transmission of torque to the largest possible diameter. In an embodiment in which the fastening bolts are arranged at a distance from the spur toothing for connecting the fastening flanges, it is furthermore particularly advantageous if there is a free space between the fastening flanges and the adjacent rotor disks in the region of the fastening bores. Whether this space is provided in two mounting flanges or is only arranged in a mounting flange, this is irrelevant. It is necessary that the mounting flanges adjacent to the free space opposite to the spur toothing again abut each other. Thus, a pressure force generated during clamping of the fastening bolts distributed on the one hand on the one side of the free space remaining area of the mounting flanges with contact with each other and on the other hand on the opposite spur toothing. In this case, it is advantageous to arrange the fastening bolts outside at a small distance from the spur toothing. The clearance surrounding the fastening bolts is advantageously made annular, with an annular bearing ring remaining outside the annular clearance.
Beim Start der Gasturbine tritt ein Aufheizprozess im Rotor und somit in den Rotorscheiben auf. Diese Aufheizung findet nicht gleichmäßig über alle Rotorscheiben statt, sondern einzelne Rotorscheiben sind einer stärkeren thermischen Dehnung unterworfen als benachbarte Rotorscheiben. Dieses führt in naheliegender Weise zu einer Verlagerung innerhalb der Stirnverzahnung der benachbarten Rotorscheiben aneinander. Um diese Verlagerung gegebenenfalls begrenzen zu können, wird in vorteilhafter Weise ein Begrenzungsring eingesetzt, welcher mit radialem Spiel in gegenüberliegenden in den Befestigungsflanschen vorhandenen Begrenzungsnuten eingreift. Erreicht die thermische Dehnung einer Rotorscheibe im Gegensatz zur benachbarten Rotorscheibe einen unzulässig hohen Wert, so erfolgt eine Anlage des Begrenzungsringes an gegenüberliegenden Flanken der gegenüberliegenden Begrenzungsnuten.When starting the gas turbine, a heating process occurs in the rotor and thus in the rotor disks. This heating does not take place uniformly over all rotor disks, but individual rotor disks are subjected to a greater thermal expansion than adjacent rotor disks. This leads in a natural way to a shift within the spur toothing of the adjacent rotor discs together. Around If necessary, to limit displacement, a limiting ring is used in an advantageous manner, which engages with radial play in opposing limiting grooves present in the fastening flanges. If the thermal expansion of a rotor disk, in contrast to the adjacent rotor disk, reaches an inadmissibly high value, the limiting ring is abutted on opposite flanks of the opposite limiting grooves.
In einer weiteren vorteilhaften Gestaltung bei Berücksichtigung der Verschraubung ist vorgesehen, dass die Stirnverzahnung nicht von einer im einfachsten Fall planaren Stirnseite ausgeht, sondern dass zumindest eine Stirnseite, von der die Stirnverzahnung ausgehend im der Rotorscheibe eingearbeitet ist, eine in axialer Richtung wechselnde Lage aufweist. In besonders vorteilhafter Weise entspricht die Stirnseite einer um die Rotorachse umlaufenden Wellenform. Hierbei sind die Befestigungsbohrungen in einem von der gegenüberliegenden Rotorscheibe wegweisenden Wellental der Stirnseite angeordnet, während hingegen die zwischenliegenden Wellenberge der Stirnseite in größter Entfernung zwischen jeweils zwei Befestigungsbohrungen angeordnet sind. Die Zahnhöhe der Stirnverzahnung wird hierbei vorteilhafte übereinstimmend zur Stirnverzahnung bei einer planaren Stirnseite ausgeführt werden, nur eben ausgehend von der wellenförmigen Stirnseite. D.h. im nicht verschraubten Zustand liegt die Stirnverzahnung im Bereich der größten Entfernung zwischen den Befestigungsbohrungen an, während hingegen mit zunehmender Annäherung an die Befestigungsbohrungen ein zunehmender Spalt innerhalb der Stirnverzahnung auftritt.In a further advantageous embodiment, taking into account the screw connection, it is provided that the spur toothing does not start from an end face which is planar in the simplest case, but that at least one end face, from which the spur toothing is machined in the rotor disc, has a position changing in the axial direction. In a particularly advantageous manner, the end face corresponds to a circumferential around the rotor axis waveform. Here, the mounting holes are arranged in a direction away from the opposite rotor disk trough the front side, while the intermediate peaks of the front side are arranged at the greatest distance between two mounting holes. The tooth height of the spur toothing is advantageously carried out in accordance with the spur toothing in a planar end face, only just starting from the wave-shaped end face. That in the non-bolted state, the spur gear is in the range of the greatest distance between the mounting holes, while with increasing approach to the mounting holes, an increasing gap occurs within the spur gear teeth.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn im verschraubten Zustand der beiden Rotorscheiben die durch die Zugspannung in den Befestigungsbolzen hervorgerufene Verformung der Befestigungsflansche zu einer umlaufend vollständigen Anlage in der Stirnverzahnung führt. Die Auslegung vereinfacht sich, wenn die Verformung des Befestigungsflansches mit der Verformung der Stirnseite ausgehend von dessen Wellenform zu einer planaren Stirnseite führt. D.h. das sich durch ein Verschrauben der beiden Befestigungsflansche ein vorher vorhandener Spalt innerhalb der Stirnverzahnung zwischen den beiden Rotorscheiben schließt und in besonders vorteilhafter Weise eine umlaufend gleichmäßige Flächenpressung in der Stirnverzahnung erzeugt wird.It is particularly advantageous if, in the screwed state of the two rotor disks, the deformation of the fastening flanges caused by the tensile stress in the fastening bolts leads to a circumferentially complete contact with the face gear. The design is simplified when the deformation of the mounting flange with the deformation of the front side starting from the waveform to a planar front side leads. That is, by screwing the two mounting flanges a previously existing gap within the spur toothing between the two rotor discs closes and in a particularly advantageous manner a circumferentially uniform surface pressure in the spur toothing is generated.
Zur Herstellung einer Stirnverzahnung mit einer im Umlauf wechselnden Lage der Zähne der Stirnverzahnung ist es vorteilhaft, wenn die Rotorscheibe gegenüberliegend einer spanenden Bearbeitung durch Fräsen oder Schleifen mittels eines umlaufenden Exzenters oder sonstiges Stellmittels in Richtung des Bearbeitungswerkzeuges bei Rotation der Rotorscheibe zugleich entsprechend der Wellenform der Stirnseite um das erforderliche Maß zur Anpassung der Lage der Zähne angehoben und abgesenkt wird.For producing a face gear with a rotationally alternating position of the teeth of the spur gear, it is advantageous if the rotor disc opposite a machining by milling or grinding by means of a revolving eccentric or other actuating means in the direction of the machining tool during rotation of the rotor disc at the same time according to the waveform of the front side is raised and lowered by the amount required to adjust the position of the teeth.
Zur optimalen Materialausnutzung des Befestigungsbolzens und insbesondere der Befestigungsmutter ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn eine möglichst gleichmäßige Lastübertragung im Gewinde von der Befestigungsmutter auf den Befestigungsbolzen erfolgt. Zu diesem Zwecke ist es besonders vorteilhaft, wenn die Befestigungsmutter auf der zur Anlagefläche weisenden Seite einen Auflagering aufweist, welcher einen gegenüber der Befestigungsbohrung vergrößerten Innendurchmesser aufweist. Das heißt, dass die Befestigungsmutter nur im äußeren Umfang auf der Anlagefläche aufliegt. Bei einer konvex gewölbten Anlagefläche führt dieses zu dem Effekt, dass eine Ausweitung der Befestigungsmutter auf der zur Anlagefläche weisenden Seite erfolgt, wodurch das ansonsten hoch belastete Gewinde nahe der Anlagefläche entlastet wird.For optimum material utilization of the fastening bolt and in particular of the fastening nut, it is furthermore particularly advantageous if the most uniform transfer of load in the thread takes place from the fastening nut to the fastening bolt. For this purpose, it is particularly advantageous if the fastening nut has a bearing ring on the side facing the contact surface, which has an enlarged inner diameter relative to the fastening bore. This means that the fastening nut rests only on the outer periphery on the contact surface. In the case of a convexly curved contact surface, this leads to the effect that expansion of the fastening nut takes place on the side facing the contact surface, whereby the otherwise highly loaded thread near the contact surface is relieved.
Durch die neu geschaffene Ausführungsform wird es ermöglicht, eine bewährte Verschraubung der einzelnen Rotorscheiben einzusetzen und dennoch ohne größere Aufwände hinsichtlich der Zentrierung der einzelnen Rotorscheiben zueinander durch eine vorteilhafte selbstzentrierende Stirnverzahnung einen problemfreien Aufbau eines Rotors zu bewerkstelligen. Weiterhin wird durch die unmittelbare Verschraubung der Rotorscheiben mittels der im Bereich der Stirnverzahnung angeordneten Befestigungsbolzen eine bestmögliche Lastübertragung sowohl hinsichtlich der zu übertragenden Drehmomente als auch hinsichtlich einer Biegebelastung des Rotors erzielt.The newly created embodiment makes it possible to use a proven screwing of the individual rotor disks and yet to accomplish a problem-free structure of a rotor without major effort with respect to the centering of the individual rotor disks to each other by an advantageous self-centering spur gearing. Farther is achieved by the direct screwing of the rotor disks by means arranged in the region of the spur gearing mounting bolts best possible load transfer both in terms of torque to be transmitted as well as with respect to a bending load of the rotor.
In den nachfolgenden Figuren werden beispielhafte Lösungen für eine erfindungsgemäße Verschraubung von Rotorscheiben skizziert.In the following figures, exemplary solutions for a screw connection of rotor disks according to the invention are outlined.
Es zeigen:
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Figur 1 einen Schnitt durch mehrere miteinander verschraubte Rotorscheiben mit einer Stirnverzahnung; -
Figur 2 eine analoge Ansicht zurFigur 1 in perspektivischer Darstellung; -
Figuren 3,4 eine beispielhafte Verschraubung von Rotorscheiben mit Beilagscheibe und Unterlegscheibe; -
Figuren 5,6 eine alternative Ausführungsform mit einer Befestigungsschraube mit kalottenförmigem Kopf -
eine alternative Ausführungsform mit einem Freiraum zwischen den Rotorscheiben;Figuren 7,8 -
Figur 9 eine alternative Ausführungsform mit einem Begrenzungsring; -
eine alternative Ausführungsform mit spannungsoptimierter Befestigungsmutter.Figur 10
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FIG. 1 a section through a plurality of rotor disks screwed together with a spur toothing; -
FIG. 2 an analogous view toFIG. 1 in perspective view; -
Figures 3,4 an exemplary screw connection of rotor disks with washer and washer; -
Figures 5,6 an alternative embodiment with a fastening screw with calotte-shaped head -
FIGS. 7,8 an alternative embodiment with a clearance between the rotor discs; -
FIG. 9 an alternative embodiment with a limiting ring; -
FIG. 10 an alternative embodiment with tension-optimized fastening nut.
In der
Zu erkennen sind die mehreren Rotorscheiben 01, welche 01 jeweils im äußeren Bereich einen Schaufelträgerabschnitt 03 aufweisen. Wie die einzelnen Laufschaufeln an der Rotorscheibe 01 befestigt sind, ist hinsichtlich der Erfindung unerheblich. Zumindest ist vorgesehen, dass der Rotor zumindest zwei Rotorscheiben 01 aufweist, welche 01 jeweils eine Mehrzahl im Umfang verteilter Laufschaufeln aufweisen, die am Schaufelträgerabschnitt 03 befestigt sind. Im Anschluss an den Schaufelträgerabschnitt 03 befindet sich der Verzahnungsabschnitt 04, welcher 04 die Verbindung zwischen den einzelnen Rotorscheiben 01 herstellt und über den 04 das Drehmoment übertragen wird. In Richtung Drehachse schließt sich der Stabilisierungsabschnitt 05 an, welcher 05 eine Verformung, insbesondere eine Biegung bzw. Torsion der einzelnen Rotorscheiben 01 verhindern soll.Evident are the plurality of
Jede Rotorscheibe 01 weist beidseitig eine zur nachfolgenden Rotorscheibe 01 weisende Stirnseite 07 auf. An dieser Stirnseite 07 ist in diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine Hirth-Verzahnung 08 angeordnet (wobei aus Gründen der vereinfachten Darstellung auf die Darstellung der Hirth-Verzahnung am rechten und linken Ende verzichtet wurde). Die Hirth-Verzahnung 08 bewirkt sowohl eine Zentrierung der jeweils aufeinander folgenden Rotorscheiben 01 zueinander als auch ebenso das Drehmoment von der einen Rotorscheibe 01 zur nachfolgenden Rotorscheibe 01 übertragen werden kann. Zur Verbindung der beiden Rotorscheiben 01 ist hierbei vorgesehen, dass jede Rotorscheibe einen an der Stirnseite 07 vorhandenen sich nach außen erstreckenden Befestigungsflansch 10 aufweist. In diesen 10 befinden sich im Umfang verteilt, eine Vielzahl von Befestigungsbohrungen 11, durch die 11 jeweils ein Befestigungsbolzen 15 gesteckt ist. Mittels Befestigungsmuttern 20 erfolgt eine Verschraubung der Rotorscheiben 01.Each
Die
Die
In den
In den nachfolgenden
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Claims (11)
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehmomentenübertragungsmittel von einer Stirnverzahnung (08,33,43) gebildet werden.Rotor of a gas turbine with a plurality of rotor disks (01,31,41), wherein at least one rotor disk (01,31,41) a plurality of blades are arranged distributed in the circumference, wherein at least two adjacent rotor disks (01,31,41) to each other pointing end faces (07) positive and / or frictional torque transmission means and a plurality of circumferentially spaced mounting holes (11), wherein in each case two rotor discs (01,31,41) and / or two outer blades provided with rotor blades with a mean blade-free Rotor disc are connected to each other by means of a plurality of circumferentially distributed fastening holes (11) penetrating fastening bolts (15, 16),
characterized,
in that the torque transmission means are formed by a spur toothing (08, 33, 43).
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stirnverzahnung (08,33,43) eine Hirth-Verzahnung ist; und/oder
dass die Stirnverzahnung (08,33,43) eine Zentrierung der Rotorscheiben (01,31,41) zueinander bewirkt.Rotor according to claim 1,
characterized,
that the spur toothing (08,33,43) is a Hirth toothing; and or
that the spur toothing (08,33,43) causes a centering of the rotor discs (01,31,41) to each other.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Befestigungsbolzen (15, 16) im Bereich der Stirnverzahnung (08,33,43) angeordnet sind, wobei insbesondere der Befestigungsbolzen (15,16) die Stirnverzahnung (08, 33, 43) zumindest abschnittsweise durchdringen.Rotor according to claim 1 or 2,
characterized,
in that the fastening bolts (15, 16) are arranged in the area of the spur toothing (08, 33, 43), wherein in particular the fastening bolts (15, 16) penetrate the spur gear teeth (08, 33, 43) at least in sections.
dadurch gekennzeichnet,
dass an den Enden des Befestigungsbolzens (15,16) ein Schraubenkopf (17) oder eine Befestigungsmutter (20,25) angeordnet ist, welche (17, 20,25) auf der zur Befestigungsbohrung weisenden Seite unmittelbar oder mittelbar eine kalottenförmige Bundfläche (21,26) aufweisen.Rotor according to one of claims 1 to 3,
characterized,
that at the ends of the fastening bolt (15,16) there is arranged a screw head (17) or a fastening nut (20,25) which (17, 20.25) on the side facing the bolt hole side directly or indirectly, a dome-shaped collar surface (21, 26).
dadurch gekennzeichnet,
dass eine oder beide Bundflächen (21,26) an einer Unterlegscheibe (22) angeordnet ist.Rotor according to claim 4,
characterized,
in that one or both collar surfaces (21, 26) are arranged on a washer (22).
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotorscheibe (01,31,41) unmittelbar oder mittelbar eine zur Bundfläche (21,26) komplementäre kalottenförmige Anlagefläche (13) aufweist.Rotor according to claim 4 or 5,
characterized,
that the rotor disc (01,31,41) to a collar surface (21,26) which directly or indirectly complementary dome-shaped contact surface (13).
dadurch gekennzeichnet,
dass eine oder beide Anlageflächen (13) an einer Beilagscheibe (14) angeordnet ist oder von einer Kalottensenkung (12) gebildet wird.Rotor according to claim 6,
characterized,
in that one or both contact surfaces (13) is arranged on a washer (14) or is formed by a countersink (12).
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotorscheiben (01,31,41) stirnseitig im Bereich der Befestigungsbohrungen (11) zwischen der Stirnverzahnung (08,33,43) und einem am Außenumfang angrenzenden Auflagering (26) einen Freiraum (35) aufweisen.Rotor according to one of claims 1 to 7,
characterized,
that the rotor disks (01,31,41) in the region of the fixing bores (11) between the spur gearing (08,33,43) and adjacent to the outer peripheral support ring (26) have a clearance (35) end face.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotorscheiben (01,31,41) stirnseitig eine Begrenzungsnut (44) aufweisen, wobei ein Begrenzungsring (45) mit radialem Spiel in die gegenüberliegenden Begrenzungsnuten (44) eingreift.Rotor according to one of claims 1 to 8,
characterized,
in that the rotor disks (01, 31, 41) have a limiting groove (44) at the end, wherein a delimiting ring (45) engages with radial clearance in the opposite delimiting grooves (44).
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stirnverzahnung (08,33,43) in einem Zustand mit spannungsfreien Befestigungsbolzen einen im Umlauf variierenden Spalt zwischen den beiden Rotorscheiben aufweist.Rotor according to one of claims 1 to 9,
characterized,
that the end teeth (08,33,43) with voltage-free fastening bolt has a varying gap in circulation between the two rotor discs in a state.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotorscheibe (01,31,41) an der Stirnseite unmittelbar oder mittelbar eine die Befestigungsbohrung (11) umgebende konvexe Anlagefläche (13) aufweist, wobei eine Befestigungsmutter (25) auf der zur Anlagefläche (13) weisenden Seite einen Auflagering (26) mit einem gegenüber dem Durchmesser der Befestigungsbohrung (11) vergrößerten Innendurchmesser aufweist.Rotor according to one of claims 1 to 10,
characterized,
that the rotor disc (01,31,41) on the end face, directly or indirectly, to the mounting hole (11) surrounding convex bearing surface (13), wherein a fastening nut (25) on to the bearing surface (13) facing side a bearing ring (26) having an opposite the diameter of the mounting hole (11) enlarged inner diameter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP16160875.7A EP3219911A1 (en) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Gas turbine rotor with bolted rotor discs |
Applications Claiming Priority (1)
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EP16160875.7A EP3219911A1 (en) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Gas turbine rotor with bolted rotor discs |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP3219911A1 true EP3219911A1 (en) | 2017-09-20 |
Family
ID=55646307
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
EP16160875.7A Withdrawn EP3219911A1 (en) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Gas turbine rotor with bolted rotor discs |
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Country | Link |
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EP (1) | EP3219911A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2016-03-17 EP EP16160875.7A patent/EP3219911A1/en not_active Withdrawn
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