NO159460B - Svalehaleavstandsstykker med avbalanseringsvekt. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en innretning for avbalansering av en rotasjonskomponent ifølge kravets inn-ledning.

Nøyaktig avbalansering av rotorer i store damp-

og gassturbiner er viktig for jevn drift. Avbalansering oppnås enten ved tilførsel av materiale eller fjerning av materiale fra utvalgte områder på rotoren.

Ved en kjent teknikk tilføres vekt i balansespor utformet i hjulets side. Tilførsel av vekt er uønsket ved større maskiner på grunn av den mulige uheldige effekt dette kan ha ved lave kritiske hastigheter. I tillegg tilfører balansespor spenningskonsentrasjoner som blir mer uønsket ettersom utstyret utvikles og blir mer avansert og konstruert for større belastninger.

Ved en annen kjent teknikk fjernes materialet selektivt ved å bore balansehull mellom boltehullene i turbinene, i tillegg til de resulterende spenningskonsentrasjoner kan slike balansehull påvirke overflateforholdene, : især ved sammenklemmings-flater hvor flatene må ligge an mot hverandre med nøyaktigheter i størrelsesordenen 0,0127mm.

Det er følgelig et mål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe en avbalanseringsinnretning for en kompressor-og turbinskive som ikke har ulempene nevnt ovenfor.

Især er det et mål for den foreliggende oppfinnelse

å frembringe en innretning for avbalansering av kompressor- og turbinskiver ved bruk av spor i konvensjonelle avstandsskiver,

for mottak av avbalanseringsvekter.

Det forannevnte mål oppnås med innretningen ifølge oppfinnelsen med de i kravenes karakteriserende deler anførte trekk.

De ovenfornevnte og andre mål, trekk og fordeler

ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse i sammenheng med tegningene hvor figur 1 viser et perspektivriss av en del av en turbin- eller kompressorskive med en utførelse av avbalanseringsinrettingen ifølge oppfinnelsen, og figur 2 viser i detalj et sideriss av et parti av to tilstøtende turbintrinn med en utførelse av oppfinnelsen som tillater radial innsetting av avbalanseringsvekter etter sammenmontering av tilstøtende trinn.

Selv om den foreliggende oppfinnelse generelt kan benyttes både med turbinskiver og kompressorskiver, især for gass- eller dampturbiner, er den etterfølgende utførelse rettet mot et turbintrinn i en gass- eller dampturbin for konkretise-ring av beskrivelsen.

Et turbintrinn fremstilles konvensjonelt av en skive eller et hjul som festes eller er sammenhengende utformet på en aksel. Hun-svalehaleområder maskineres i hjulets overflate og han-svalehaleområder på turbinskovlene for innsetting i hun-svalehaleområdene. For nøyaktig å kunne plassere og holde hver skovl i dens sluttstilling er det kjent å benytte den ene eller begge av et opp-strøms- og et ned-strøms-avstandsstykke som er innsatt i hun-svalehaleområdet og kommer til i anlegg mot endene av skovlens svalehale. Konvensjonelle avstandsstykker er fremstilt av kompakt materiale.

Figur 1 viser et delvis sammenmontert turbintrinn

10 med et turbinhjul 12 som har flere maskinerte, i det vesent-lige parallelle, svalehalespor 14. Hvert svalehalespor 14 mottar en svalehaledel 16 på turbinskovlen 18 for understøttelse av et aerodynamisk parti 20 av turbinskovlen 18 i en gasstrøm med stor hastighet hvorfra turbintrinnet 10 mottar rotasjonsenergi.

Det skal bemerkes at turbinskovlen 18 er anordnet mellom en opp-strømsende 22 og en ned-strømsende 24 på turbin-hjulet 12. For å holde turbinskovlen 18 i dens korrekte aksiale stilling er et opp-strøms-avstandsstykke 26 og et ned-strøms-avstandsstykke 28 innsatt i svalehaledelen 16. Avstandsstykket 26 opp-strøms er festet i stilling på kjent måte, eksempelvis stifting (staking) 30. Avstandsstykket 28 ned-strøms er på tilsvarende måte festet til stilling slik at opp-strøms- og ned-strøms-ender av svalehaledelen 16 holdes fast av avstandsstykkene 26 og 28.

Et avbalanseringsspor 32 er utformet i en radialt indre del av avstandsstykket 26 opp-strøms, og på tilsvarende måte i avstandsstykket 28 (ikke vist på figur 1) ned-strøms.

En avbalanseringsvekt 34 innsettes selektivt i avbalanseringssporet 32 og kan festes i dette på kjent måte, eksempelvis ved stifting 36 (staking). Finere avbalansering kan oppnåes ved boring av et trimmehull 38 i avbalanseringsvekten 34. Trimmehull 38 er vist boret aksialt i avbalanseringsvekten 34, mens dette ikke skal betraktes å være begrensende da også andre metoder for reduksjon av avbalanseringsvektens 34 masse kan benyttes. Eksempelvis kan enden eller et mellomliggende parti av avbalanseringsvekten 34 avslipes eller på annen måte fjernes for å redusere dens masse. I tillegg kan et eller flere radiale hull (ikke vist) bores gjennom avbalanseringsvekten 34. Videre kan avbalanseringsvekten 34 være assymetrisk omkring sin akse slik at rotasjon av avbalanseringsvekten 34 om sin egen akse kan frembringe en mindre endring i turbintrinnets 10 totale avbalansering. Det skal bemerkes at denne siste fremgangsmåte for trimming av denne roterende avbalanseringsvekt 34 forventes å

ha en meget liten effekt på avbalanseringen og er kun brukbar,

om i det hele tatt, for meget fine avbalanseringer.

Ved utførelsen på figur 1 av avstandsstykkene 26

og 28 har avbalanseringssporet 32 U-form med åpningen vendende radialt innad. Den radialt utadvendende del av avbalanseringssporet 32 må være tilstrekkelig avgrenset slik at avstandsstykkenes 26 og 28 resterende materiale er tilstrekkelig til å gi delene nødvendig stivhet og styrke til å motstå sentrifugalkraften som virker ved drift av turbintrinnet 10 med stor hastighet.

Av denne grunn er avbalanseringssporets 32 åpne form plassert

så langt radialt innover som mulig. I tillegg påpekes at avbalanseringsvekten 34 er sylindrisk og har god mekanisk kontakt med avbalanseringssporet 32 kun over en halvsirkelformet del av sin overflate. Andre former av avbalanseringssporet 32 og avbalanseringsvekten 34 er mulig slik det vil beskrives, imidlertid er bruken av en enkel sylindrisk stang for avbalanseringsvekten 34 og et U-formet avbalanseringsspor 32 som enkelt kan maskineres, hensiktsmessig for å redusere kostnadene ved fremstillingen.

For å øke avstandsstykkenes 26 og 28 styrke kan avbalanseringssporets 32 ytre form endres fra en halvsylind-

risk til en elliptisk form med tilsvarende endring i avbalanseringsvektens 34 form. Da denne utførelse vil være lett forståelig for fagfolk på grunnlag av det her omtalte, er den ikke vist eller ytterligere beskrevet. I tillegg kan andre former for hull og vekter benyttes for å oppnå hensiktsmessig fremstilling eller av andre grunner. Eksempelvis kan et kvadratisk hull og en kvadratisk vekt være ønsket for å

oppnå enkel montering.

Det vil lett forståes at ikke alle avbalanseringsspor 32 vil motta avbalanseringsvekter 34 i de ferdig avbalan-serte turbintrinn. Alle avstandsstykker 26 og 28 kan inneholde avbalanseringsspor og noen få slike spor, eksempelvis 4 spor, kan motta avbalanseringsvekter 34. I tillegg vil ikke nødven-digvis alle avbalanseringsvekter 34 kreve trimmehull 38. Dersom eksempelvis to par avbalanseringsvekter er anordnet på utvalgte steder rundt turbinhjulets 12 periferi, kan det være at trimmehull 38 kun vil bli krevet i en, to eller tre av et større antall avbalanseringsvekter 34 for å oppnå den endelige avbalansering.

Som kjent er det vanlig å benytte to eller flere turbin- eller kompressortrinn på en felles akse for å trekke ut mere energi fra arbeidsfluidet. Ved kompressorer kan ti, tolv eller flere etterfølgende trinn benyttes. Når slike trinn sam-menmonteres vil de vanligvis legge aksialt tett opp mot hverandre og ytterligere tilgang til avbalanseringssporene 32 og avbalanseringsvektene 34 foreligger ikke. Således krever utførelsen ifølge det foregående gjennomføring av avbalanseringen av hvert turbintrinn 10 før den endelige montering og installasjon.

Ved utførelsen på figur 2 foreligger det mulighet for avbalansering til slutt også etter at sammenmonteringen har gjort endene av avstandsstykkene opp-strøms og ned-strøms utilgjengelige. Ved denne utførelse ligger avstandsstykket 40

opp-strøms mot og holder en ende av turbinskovlens 18 svalehaledel 16. Et avbalanseringsspor 42, som kan ha samme eller annen form enn avbalanseringsporet 32 i den tidligere omtalte utførelse, er anordnet i opp-strøms-avstandsstykkets 40 radialt innadvendende parti. Ned-strøms-avstandsstykket 44 tilhørende det tilstøtende turbintrinn 10' er her fremstilt uten avbalanseringsspor. Således avstenges avbalanseringssporet 42 i hver ende ved at det i de tilstøtende deler ikke foreligger tilsvarende spor.

Et radialt hull 46 som strekker seg fra en radial ytre overflate 46 på opp-strøms-avstandsstykket 40, står i forbindelse med avbalanseringssporet 42. Et lukkelegeme, eksempelvis en settskrue 50 lukker det radiale hull 46. Fortrinnsvis omfatter settskruen 50 en radialt utadrettet flens 52 for anlegg mot en skulder 54 i en utboring i det radiale hull 46. Settskruens 50 ytre flate 56 er anordnet fluktende med avstandsstykkets 40 radialt utadvendende flate når settskruen 50 er helt innsatt i det radiale hull 46.

Avbalanseringsvekter 58, som eksempelvis kan være stålkuler, kan innsettes i balansesporet 42 ved å fjerne settskruen 50 og holdes deretter i sporet ved igjen å insétte settskruen 50. Som vist kan flere avbalanseringsvekter 58 benyttes etter behov for å oppnå korrekt avbalansering.

Hensiktsmessig valg av materialer for avbalanseringsvekten 58 kommer ytterst slik at avbalanseringen ikke bare kan justeres etter sammenmontering ved å tilføre ytterligere avbalanseringsvekter 58, men hvor også avbalanseringsvekter 58 kan fjernes etter behov. For å bidra ved fjerningen av avbalanseringsvekter 58 kan disse være fremstilt av magnetisk materiale og en magnet kan benyttes for å fjerne dem. Det er også mulig at avbalanseringsvektene 58 kan fjernes ved å dreie turbintrinnet 10 slik at et radialt hull er rettet nedover i stedet for oppover som vist.

I tillegg til stålkuler kan avbalanseringsvektene

58 også være av andre typer. Eksempelvis kan smeltet materiale med egnede egenskaper fylles gjennom det radiale hull 46 og holdes i dette etter størkningen. Granulert materiale kan også benyttes. I tillegg kan et større antall ulike materialer som gir ulike vekter per avbalanseringsvekt 58 benyttes dersom de benyttes på avbalanseringsvekter 58 med en enkelt dimensjon, for å oppnå finere avbalansering.

Selv om avbalanseringssporene 32 og 42 er vist ragende over avstandsstykkenes 2 6 og 4 0 hele lengde,

skal dette ikke oppfattes begrensende. Det vil si,, især ved utformingen på figur 2, at en ribbe (ikke vist) som er anordnet i den ene eller begge ender av avstandsstykke 40 for å holde de radialt innsatte avbalanseringsvekter 58 uten fullstendig avhengighet av at disse holdes ve^ anlegg mot tilstøtende svanehale-elementer uten spor.

I noen turbin- eller kompressortrinn kan nøyaktig plassering av skovlene kreve eliminering av et eller flere avstandsstykker oppstrøms eller nedstrøms. Det vil si at svalehaledelen 16 (Fig. 1.) kan ha sine ender fluktende med turbinhjulets 12 oppstrømsende 22 eller nedstrømsende 24 og et enkelt avstandsstykke kan benyttes i svalehaledelens 16

motsatte ende. Et avbalanseringsspor kan anordnes i det ene avstandsstykke for bruk som ovenfor beskrevet.

Claims (13)

1. Innretning for avbalansering av en rotasjonskomponent av en type som har et hjul (12) og flere skovllegemer

(18) som rager ut fra hjulet (12), hvor hvert skovllegeme (18) omfatter en svalehaledel (16) for innsetting i et svalehalespor (14) i hjulets (12) periferi, for understøttelse av skovllegemet, hvor svalehalesporet (14) er lengre enn svalehaledelen, og hvor minst ett avstandsstykke (26) kan innsettes i svalehalesporet (18) til anlegg mot svalehaledelen for effektivt å holde svalehaledelen i fastlagt stilling i svalehalesporets lengderetning, KARAKTERISERT VED at et avbalanseringsspor (32) er anordnet i avstandsstykket (26), at en avbalanseringsvekt (34) kan innsettes i avbalanseringssporet (32) og at holdeanordninger (32) er innrettet til å fastholde avbalanseringsvekten (34) i avbalanseringssporet (32) .

2. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at avbalanseringssporet (32) er anordnet aksialt i avstandsstykket (26) og har et U-formet tverrsnitt hvor U-formens åpning vender radialt innover. ■

3. Innretning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at avbalanseringsvekten (32) har et sylindrisk tverrsnitt med samme radius som avbalanseringssporets (32) bunn.

4. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at holdeanordningene omfatter en stifting (30) i avstandsstykkets og hjulets anliggende parti.

5. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at avbalanseringssporet (32) er anordnet aksialt i avstandsstykket (26) og passerer gjennom motstående ender av avstandsstykket .

6. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at holdeanordningene omfatter stifting av en ende av avbalanseringssporet mot en flate på hjulet (12).

7. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at holdeanordningene omfatter en settskrue (50).

8. Innretning ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at settskruen (50) er anordnet radialt i avstandsstykket (40).

9. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at et radialt hull strekker seg fra en radialt utadvendene flate på avstandsstykket og står i forbindelse med avbalanseringssporet, idet avbalanseringsvekten innsettes gjennom det radiale hull til avbalanseringssporet, hvor holdeanordningene omfatter en settskrue som kan lukke det radiale hull slik at avbalanseringsvekten holdes i avbalanseringssporet.

10. Innretning ifølge krav 9, KARAKTERISERT VED at avbalanseringsvekten (50) omfatter flere delvekter som kan innsettes i avbalanseringssporet (42), idet et antall slike delvekter kan benyttes for de ulike avbalanseringsbetingelser.

11. Innretning ifølge krav 10, KARAKTERISERT VED at delvektene (58) er kuler.

12. Innretning ifølge krav 9, KARAKTERISERT VED at avbalanseringsvekten (58) omfatter granulert materiale.

13. Innretning ifølge krav 9, KARAKTERISERT VED at avbalanseringsvekten (58) omfatter et smeltbart materiale som størkner i avbalanseringssporet (42).