SE520612C2 - En rotorenhet och en metod för dess balansering - Google Patents

Description

25 30 35 2001-08-29 E:\PUBLIC\DOC\P\4llO-0l0 SEHGOC Hbg 2 . 520 612 der svårare med tillhörande höga kostnader i jämförelse med gasturbiner som bara har en axel beroende på en mer kom- plicerad utbytesprocedur när man underhåller en axel i en befintlig anläggning.

Samanfattning av uppfinningen De huvudsakliga syftena med den föreliggande uppfin- ningen är att förenkla konstruktionen, balanseringen och utbytesproceduren för rotorenheter i gasturbinenheter.

Dessa syften uppnås för gasturbinenheter med hjälp av en rotorenhet enligt uppfinningen. Rotorenheten har en en- kel axel, ett kompressorhjul, ett turbinhjul, en dragstång, och en dragstångsmutter. Den enkla axeln är huvudsakligen cylinderformad med ett genomgående centrumhål för att rymma dragstången och har en första stödjande lageranordning som är löstagbart ansluten till en första ände och en andra stödjande lageranordning som är löstagbart ansluten till en andra ände.

Kompressorhjulet och turbinhjulet utgör en löstagbar enhet, vilken är ansluten med hjälp av dragstången vid den andra änden av den enkla axeln och formar ett axelöverhäng, dragstången löper genom centrum på den enkla axeln och in i centrum av turbinhjulet där en ände av dragstången är lös- tagbart ansluten i centrum av turbinhjulet eller kompres- sorhjulet, och dragstångsmuttern är löstagbart ansluten till den andra änden av dragstången vid den första änden av den enkla axeln.

Dessa syften uppnås också genom en metod att balan- sera rotorenheten, i vilken var och en av de roterande de- larna hos rotorenheten vägs så att balanseringen av rotor- enheten kan utföras så exakt som möjligt. Balanseringen görs steg för steg, dvs. rotorenheten utgörs av flertalet löstagbara delar, vilka monteras tillsammans i grupper startande med monteringen och ett första balanseringssteg för en första del, vilket sedan följs av en montering av en 10 U 20 25 30 2001-08-29 E:\PU'BLIC\DOC\P\4ll0-O10 SE.dOC Hbg 3 520 612 annan del mot den första delen och balansering av dem till- sammans i ett andra steg osv. tills alla delarna som utgör den kompletta rotorenheten har monterats och balanserats tillsammans. Varje balanseringssteg innefattar understeg med montering av varje del eller grupp av delar tillsam- mans, vilket sedan följs av en kalibrering av varje del el- ler grupp av delar genom att kompensera för obalansen genom att lägga pà självhäftande material motsvarande obalansen pä delen eller delarna som skall kalibreras. Detta följs av en balansering av varje del eller grupp av delar genom att bearbeta bort material motsvarande obalansen, dvs. det självhäftande materialet, tills en obalans som är mindre än ett godkänt värde för hela rotorenheten uppnàs. Det sista steget avser en markering av denna "bästa" position eller slutliga balanseringstillstànd pä varje roterande del hos den kompletta rotorenheten.

Genom att tillhandahålla en gasturbinenhet med en ro- torenhet som är enkel att balansera uppnäs följande för- delar: Konstruktionen av gasturbinenheten förenklas beroen- de pà färre delar, dvs. ingen växel behövs mellan genera- torn och rotorenheten, och underhållet och utbytet av ro- torenheten förenklas beroende på det faktum att balanse- ringen av den kan utföras i förväg och att den kan lagras som en lagerartikel, varigenom tillhörande kostnader redu- CeraS .

Kort beskrivning av ritningarna Den föreliggande uppfinningen kommer nu att beskrivas i ytterligare detalj med hänvisning till de bifogade rit- ningarna pä vilka: FIG 1 är en i längdled visad sidovy i sektion av en föredragen utförandeform för en rotorenhet enligt uppfin- ningen monterad i en gasturbin, 10 15 20 25 30 35 2001-08-29 E:\PU'BLIC\DOC\P\4110-010 SE.d0C Hbg 4 520 612 FIG 2 är en i längdled visad sidovy i sektion av en första föredragen utförandeform för en rotorenhet enligt uppfinningen, FIG 3 är en i längdled visad sidovy i sektion av en andra föredragen utförandeform för en rotorenhet enligt uppfinningen, FIG 4 är en i längdled visad förstorad sidovy av en ände till vilken som helst av de föredragna utförandefor- merna för rotorenheten, FIG 5 är en förstorad i längdled visad sidovy i sek- tion av den andra änden till den första utförandeformen för rotorenheten i FIG 2, FIG 6 är en förstorad i längdled visad sidovy i sek- tion av den andra änden till den andra utförandeformen för rotorenheten i FIG 3, FIG 7 är en sidovy av rotorenheten i FIG 3 som visar de positioner och plan pà rotorenheten där obalanser mäts och kompenseras under en balanseringsprocedur för rotoren- heten enligt uppfinningen, FIG 8 är en sidovy som visar ett steg i balanserings- proceduren i FIG 7, FIG àr en sidovy som visar ett annat steg i balanse- ringsproceduren i FIG 7, och FIG 10 är en sidovy som visar ännu ett annat steg i balanseringsproceduren i FIG 7.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen FIG 1 visar en rotorenhet 10 enligt uppfinningen mon- terad i en gasturbinenhet 20. Gasturbinenheten innefattar också ett hus 2, en enbart delvis visad förbränningskammare 3, en generator 4, och ett luftintag 5.

FIG. 2-3 visar rotorenheten 10 enligt uppfinningen i tvà föredragna utförandeformer. För tydlighets skull visas inga tvärsnittsmarkeringar på följande ritningar. Rotoren- heten innefattar en enkel axelkonstruktion 30 som hädanef- N H 20 25 30 35 2001-08-29 E=\PuBL1c\noc\P\411o-o1o sndoc Hbg . i . *.' 5 2 'i , 520 613 ter helt enkelt kallas en monoaxel, dvs. en enda axel för ett kompressorhjul 40, ett turbinhjul 50, och en generator- rotor 80 i generatorn 4, varvid turbinhjulet driver både kompressorhjulet och generatorrotorn. Kompressorhjulet 40 är av en enstegs-centrifugaltyp och turbinhjulet 50 är av en enstegsradialflödestyp. Den enkla axeln 30 innefattar också en dragstång 60, en dragstångsmutter 70 och en första lageranordning 100 vid en första ände och en andra lageran- ordning 110 och en rotoraxel 90 vid en andra ände. Kompres- sorhjulet 40 och turbinhjulet 50 bildar en löstagbar enhet, vilken är fäst med hjälp av dragstången 60 vid den andra och åstadkommer ett änden av monoaxeln 30, axelöverhäng.

Dragstången 60 år en solid, lång och rak, huvudsakli- gen cylinderformad axel och har åtminstone en stödyta 60', 2-6, väggarna i det genomgående centrumhålet i monoaxeln 30. som ses i FIG. för att stödja dragstången mot inner- Detta stöd uppnås genom en större diameter vid stödytan, varigenom partiet eller partierna mellan stödytan och re- spektive ändar på dragstången 60 har en mindre diameter och utgör en midja. Ändarna på dragstången är gängade.

Monoaxeln 30 är huvudsakligen cylinderformad och be- står av generatorrotorn 80 och rotoraxeln 90, av vilka var och en är cylinderformad och har ett genomgående centrumhål för att inrymma dragstången 60. Generatorrotorn har olika konstruktioner i de två utförandeformerna, som visas i FIG 2 och 3, genom olika utformade ringformade permanentmagne- ter 81a, 81 b runt sin omkrets, vilka ger vissa egenskaper för generatorrotorn 80a med permanentmagneterna 81a i FIG 2 och andra egenskaper för generatorrotorn 80b med permanent- magneter 81b i FIG 3.

Den andra utförandeformen av generatorrotorn 80b in- nefattar också en löphållare 61 och en skruv 62 för att fästa densamma mot den första änden av generatorrotorn 80b, såsom visas i FIG 3. Löphållaren är utrustad med magneter, vilka är placerade så att de motsvarar polerna hos magne- W Ü 20 25 30 35 2001-05-29E=\1>UBL1c\noc\P\411o»o1osßdocabg v* ;". i; I 1 .I 6 , 520 612 terna 8lb pà generatorrotorn 80b, och fungerar som en hjälp när man startar gasturbinenheten 20.

Generatorrotorn 80a eller 80b och rotoraxeln 90 hos monoaxeln 30 är löstagbara fràn varandra och styrs vid sina Ro- toraxeln 90 är löstagbart fäst och styrs av styrpinnar 91, 2-4, kontaktändar av styrpinnar 31, sàsom visas i FIG. 2-4. sàsom också visas i FIG. vid sin andra ände mot kom- pressorhjulet 40. Dragstàngen 60 löper genom centrum av ge- neratorrotorn och rotoraxeln, dvs. monoaxeln 30, och in i centrum av turbinhjulet 50 där den ansluts med en gängad 2-4. muttern är i sin tur löstagbart fäst mot turbinhjulet med ände mot en turbinmutter 52 som visas i FIG. Turbin- hjälp av en kort gängad pinne 51 som sticker ut fràn cent- rumet av turbinhjulet 50. Dragstângsmuttern 70 är löstag- bart fäst mot den andra gängade änden pà denna dragstàng 60.

Dragstàngsmuttern 70 hàller den första lageranord- ningen 100 mot en ansats 100' vid den första änden av varje generatorrotor 80a och 80b med hjälp av en lagerklämplatta 102, i FIG: 2, 3, ningen 100 och den andra lagerordningen 110 har samma kon- som visas 5 och 6. Den första lageranord- struktion i var och en av de föredragna utförandeformerna för generatorrotorn 80a och 80b. Den andra lageranordningen 110 hàlles med hjälp av rotoraxeln 90 mot en ansats 101' vid den andra änden av respektive generatorrotor 80a och 80b som visas i FIG. 2-4.

FIG 4 illustrerar den andra änden av respektive gene- ratorrotor 80a och 80b i vilken den andra lageranordningen 110 visas i mer detalj. Denna andra lageranordning innefat- tar ett rullager 111, en fjàderring 112 för att hälla ihop rullagret och en icke roterande klämfilmshylsa 113, en främre labyrinthylsa 114 för att avtäta generatorrotorn 80a eller 80b mot smörjolja och/eller smuts från rullagret, ät- minstone en o-ring 115 placerad pà omkretsen av den icke roterande bakre lagerhylsan 116 för att avtäta generator- 10 U 20 25 30 35 2001-08-29 E:\PUBLIC\DOC\P\4ll0-O10 SELdOC Hbg 7 520 612 rotorn fràn omgivningen när den kompletta rotorenheten 10 är monterad i gasturbinen 20, och en bakre labyrinthylsa 117 för att avtäta rullagret 111 mot smuts och avtäta kom- pressorluften från smörjolja i rullagret.

FIG. 5 och 6 visar den första änden av respektive ge- neratorrotor 80a och 80b i vilka den första lageranordning- en 100 visas i mer detalj. Denna första lageranordning in- nefattar ett kullager 101, lagerklàmplattan 102, vilken håller kullagret mot ansatsen 100' pà generatorrotorn, en icke roterande labyrinthylsa 103 och en labyrintstatortät- ning 104 för att avtäta generatorrotorn fràn smörjolja i kullagret, en fjäderring 105 för att hålla labyrinthylsan och labyrintstatortätningen tillsammans, och åtminstone en o-ring 106 placerad pà omkretsen av en icke roterande främ- re lagerhylsa 107 för att avtäta generatorrotorn fràn om- givningen när den kompletta rotorenheten 10 är monterad i gasturbinen 20. I FIG 6 visas löphàllaren 61 och dess skruv 62 anslutna mot den första änden av generatorrotorn 80b.

En beskrivning kommer nu att ges av en metod för ba- lansering av rotorenheten 10 enligt uppfinningen. Principen vid balansering är att först väga alla roterande delar, vilka skall balanseras, innan balanseringsprocessen inleds, sedan kalibrera och mäta wobbling, obalanser och kvarståen- de obalanser för de berörda delarna.

Detta utförs först för generatorrotorn 80a eller 80b och sedan tillsammans med de andra roterande delarna, vilka monteras steg för steg och formar grupper tillsammans upp till den kompletta rotorenheten 10.

Varje steg dokumenteras med avseende pà wobbling, obalans, kvarstående obalans efter kalibreringen och balan- seringsresultatet i ett balanseringsregister. Kalibreringen av varje del och grupper av delar utförs i en ej visad van- lig balanseringsmaskin som är tillgänglig på marknaden. Ba- lanseringsmaskinen mäter obalansen vid fördefinierade plan och positioner pà rotorenheten 10, som visas i FIG 7, genom 10 15 20 25 30 35 2001-08-29 E:\PUBLIC\DOC\P\4l10-010 SE.dOC Hbg 520 8612 att rotera rotorenheten med en viss rotationshastighet, i denna tillämpning 2500 rpm, varigenom storleken pà obalan- sen definieras och positionen och radien pà vilken den finns.

Den mätta obalansen kompenseras genom att lägga pà självhäftande material pà rätt radie, position och plan motsvarande obalansen, dvs. distanserad l80° från posi- tionen för obalansen sett i en cirkel, till dess att oba- lansen är nästan lika med noll eller mindre än ett tillåtet värde.

Material bearbetas sedan bort fràn samma position som den uppmätta obalansen, dvs. vid den position som befinner sig 1800 fràn där det pàlagda självhäftande materialet finns, till dess vikten som motsvarar obalansen, dvs. samma vikt som det pàlagda självhäftande materialet, har bearbe- tats bort. Därför vägs varje del före och efter bearbet- ningen så att en sä exakt materialvikt som möjligt bearbe- tas bort. Obalansen mäts i gmm, vilket är ett mätt pà oba- lansen vid en viss radie, en uppmätt obalans pà exempelvis 10 gmm är en produkt av mm radie och vikt i gram, vilket kan kompenseras antingen genom att bearbeta bort 10 g mate- rial vid radie 1 mm eller bearbeta bort 1 g material vid radie 10 mm i ett linjärt förhållande.

Dragstàngen 60 förspänns alltid när den monteras tillsammans med dragstàngsmuttern 70 och lagerklämplattan 102 under varje monteringssteg, vilket förklaras nedan, med en kraft pà 47 kN, varigenom den har en utstickande längd pà 26.5 mm i det icke förspända tillståndet och ungefär 28 mm i det förspända tillståndet.

Metoden förklaras med hänvisning till FIG. 7-10. FIG 7 visar den kompletta rotorenheten 10 med positionerna och planen vid vilka obalans och wobbling mäts. Metoden avser de efter varandra följande stegen att först manuellt mäta wobblingen för generatorrotorn 80a eller 80b med en mät- klocka för att kontrollera att det inte finns nägra större W ß 20 25 30 2001-08-29 E:\PUELIC\DOC\P\41l0-010 SELdOC Hbg 520 6912 wobblingar. Kullagret 101 monteras sedan vid den första än- den av generatorrotorn, rullagret 111 och en lång balanse- ringshylsa 120 monteras vid den andra änden, och dragstàng- en 60, dragstångsmuttern 70 och lagerklämplattan 102 monte- ras vid den första änden, såsom visas i FIG 8. Detta följs av en grov kalibrering i balanseringsmaskinen vid plan C och D som visas i FIG 7, och en grov balansering genom att bearbeta, här borra bort material i plan C och D vid radie 24 mm med en vinkel på 20°. Kvarstäende obalans kompenseras genom att lägga på självhäftande material på lämplig radie vid plan C och D.

Den långa balanseringshylsan 120 tas bort och rotor- axeln 90 och en kort balanseringshylsa 130 monteras vid den andra änden av generatorrotorn 80a eller 80b, och drag- stången 60, dragstångsmuttern 70 och lagerklämplattan 102 monteras vid den första änden på generatorrotorn, såsom vi- sas i FIG 9. Dessa komponenter kalibreras sedan som en grupp i balanseringsmaskinen vid plan C och L visade i FIG 7, varvid obalansen kompenseras genom att lägga på själv- häftande material på rätt radie vid plan L på rotoraxeln.

Den korta balanseringshylsan 130 tas bort och kom- pressorhjulet 40 och en balanseringshylsa 140 monteras vid den andra änden av generatorrotorn 80a eller 80b, och drag- stàngen 60, dragstàngsmuttern 70 och lagerklämplattan 103 monteras som i det föregående steget, såsom visas i FIG 10.

Generatorrotorn 80a eller 80b, rotoraxeln 90, kompressor- hjulet 40, balanseringshylsan 140, dragstàngen, dragstångs- muttern och lagerklämplattan 102 kalibreras som en grupp i balanseringsmaskinen vid plan E och F visade i FIG 7. Kom- pressorhjulet 40 monteras i fyra olika positioner, av vilka var och en följs av en kalibrering och dokumentering, med en 90° delning mellan dem så att den "bästa" positionen kan väljas i förhållande till minst wobbling och obalans. Den kvarstående obalansen i den "bästa" positionen kompenseras 10 15 20 25 30 35 2001-08-29 E:\PU'BLIC\DOC\P\4ll0-Ol0 SE.dOC Hbg lO 520 612 genom att lägga på självhäftande material pà lämplig radie vid plan E och F.

Balanseringshylsan 140 tas sedan bort och turbin- hjulet 50, turbinhylsan 53 och turbinmuttern 52 monteras mot kompressorhjulet 40, och dragstàngen 60, dragstàngsmut- tern 70 och lagerklämplattan 102 monteras pà samma ovan- nämnda sätt, såsom visas i FIG 7. Wobblingen vid turbinens utlopp nära plan H mäts och dokumenteras och generatorro- torn 80a eller 80b, rotoraxeln 90, kompressorhjulet, tur- binhjulet, turbinhylsan, turbinmuttern, dragstàngen, drag- stàngsmuttern och lagerklämplattan kalibreras sedan till- sammans i balanseringsmaskinen vid plan G och H. Turbinhju- let 50 monteras också i fyra olika positioner pà liknande sätt som kompressorhjulet 40, varje position kalibreras och dokumenteras med en delning på 90° mellan dem sä att den "bästa" positionen kan väljas i förhållande till minst wobbling och obalans. Den "bästa" positionen markeras på turbinhjulet 50, kompressorhjulet 40, rotoraxeln 90 och dragstàngen 60, och längden pà den utstickande delen av dragstàngen mäts och dokumenteras.

Alla balanseringsstegen som beskrivs ovan utförs så att den "bästa" positionen med avseende på minst wobbling och obalans för kompressorhjulet 40 och turbinhjulet 50 kan bestämmas. En liten wobbling pá turbinutloppet prioriteras Det vikti- gaste är att wobblingen pà dragstàngen 60 kan repeteras i i stället för att bearbeta bort mindre material. varje monterings- och isärtagningssteg.

Turbinhjulet 50, kompressorhjulet 40 och rotoraxeln 90 tas bort, och den långa balanseringshylsan 120 monteras återigen med dragstàngen 60, dragstàngsmuttern 70 och la- gerklämplattan 102, varvid dragstàngen monteras med samma längd pä den utstickande delen som i de föregående stegen.

Generatorrotorn 80a eller 80b balanseras sedan genom att bearbeta bort material, här genom att borra i ett inkremen- talt format mönster vid radie 24 mm i plan C och D visade i 10 15 20 25 30 35 2001-08-29 E:\PUBLIC\DOC\P\4ll0-0l0 SE.d0C Hbg ll 520 612 FIG 7, med en vinkel på 20°till dess att balansen är mind- re än ett tillåtet värde på 1.0 gmm.

Nästa steg är att ta bort den långa balanseringshyl- san 120 och montera rotoraxeln 90 och den korta balanse- ringshylsan 130, dragstàngen 60, dragstångsmuttern 70 och lagerklämplattan 102. Rotoraxeln balanseras genom att bear- beta, dvs. borra bort material radiellt vid plan L tills en tillåten obalans under 3.0 gmm uppnås.

Den korta balanseringshylsan 130 tas sedan bort och kompressorhjulet 40 och balanseringshylsan 140 monteras tillsammans med dragstàngen 60, dragstångsmuttern 70 och lagerklämplattan 102 igen, varvid dragstàngen monteras på samma sätt först bort som i de föregående stegen. Material bearbetas från kompressorhjulet i den axiella riktningen vid plan E och plan F, dvs. genom att borra i den axiella riktningen vid plan E och slipa ytan vid plan F. Om stora bearbetningar måste utföras vid plan E är det möjligt att bearbeta bort material vid plan L på rotoraxeln 90, dvs. genom att borra i den radiella riktningen vid plan L. Kom- pressorhjulet 40 tas isär innan varje bearbetningssteg, vilket också garanterar en repetition av kalibreringen. En obalans på 5 gmm tillåts vid plan E och en obalans på 10 gmm tillåts vid plan F. Det balanserade kompressorhjulet kontrolleras genom att undersöka hur kvarstående obalans påverkar lagerpunkterna vid generatorrotorn 80a eller 80b vid plan A och B som visas i FIG 7. Detta utförs genom att överföra värdena pà kvarstående obalans för kompressor- hjulet 40 till kalibreringen för generatorrotorn 80a eller 80b vid plan C och D.

Balanseringshylsan 140 tas sedan bort och turbinhju- let 50, turbinhylsan 53 och turbinmuttern 52 monteras till- sammans med dragstàngen 60, dragstångsmuttern 70 och lager- klämplattan 102, varvid dragstàngen monteras på samma sätt som i de föregående stegen. Wobblingen på utloppet för tur- binhjulet mäts och dokumenteras och material på turbin- 10 15 20 25 30 35 2001-08-29 E:\PUBLIC\DOC\P\4ll0-010 SELdOC Hbg 12 520 612 hjulet 50 bearbetas bort genom att slipa dess yta vid plan G och ytan vid plan H nära utloppet på turbinhjulet. Stora mängder material bearbetas bort med turbinhjulet 50 bort- monterat, och en obalans på 10 gmm tillåts vid plan G och en obalans på 5 gmm tillåts vid plan H. En slutlig bearbet- ning kan utföras med turbinhjulet monterat för att uppnå ett godkänt balanseringsresultat. Efter att turbinhjulet balanserats utförs en kontroll av den slutliga balanse- ringen genom att överföra värdet på obalansen för turbin- hjulet till kalibreringsplanen för generatorn 80a eller 80b, dvs. obalansen vid planen C och D måste vara mindre än en tillåten nivå. De kompletta lageranordningarna 100 och 110 monteras sedan, varigenom rotorenheten är komplett, för att kontrollera att eventuell kvarstående obalans efter den slutliga balanseringen ligger inom det tillåtna interval- let. Det sista steget att balansera rotorenheten 10 avser en exakt markering av de "bästa" positionerna för alla de balanserade roterande komponenterna som tillhör rotorenhe- ten.

Alla balanseringsstegen som beskrivs ovan är gemen- samma för de två utförandeformerna av generatorrotorn 80a och 80b hos rotorenheten 10 enligt uppfinningen. Balanse- ringen av den andra utförandeformen för generatorrotorn 80b skiljer sig emellertid från förfarandet vid balansering av den första utförandeformen för generatorrotorn 80a. Skill- naden är ett fåtal extra steg i balanseringsförfarandet in- nan det sista steget att exakt markera den "bästa" positio- nen för alla berörda delar som avser steget att kontrollera den slutliga balanseringen för den kompletta rotorenheten 10, dvs. löphàl- laren 61 och tillhörande skruv 62 är monterade i denna när de två lageranordningarna lOO och 110, andra utförandeform. Dessa ytterligare steg är följande: Löphàllaren 61 och dess tillhörande skruv 62 monteras först vid den första änden av generatorrotorn 80b efter kontrol- len av den slutliga balanseringen vid kalibreringsplanen på 10 15 2001-08-29 E:\P'UBLIC\DOC\P\4ll0-0l0 SEHGOC Hbg 13 520 612 generatorrotorn 80b i plan C och D. Sedan mäts och dokumen- teras wobblingen och obalansen för löphållaren. Efter detta tas löphållaren bort och sedan balanseras denna genom att bearbeta bort material på löphållaren 61 vid plan K, visat i FIG 7, på den sida som är placerad motsatt dess magneter tills att obalansen är under en tillåten nivå. Sedan mon- teras de två lageranordningarna 100 och 110 före löp- hållaren och dess skruv, varigenom rotorenheten 10 är kom- plett, för att kontrollera att eventuell kvarstående oba- lans för den kompletta rotorenheten ligger inom det tillåt- na intervallet och att wobblingen för löphållaren repeteras efter den slutliga balanseringen. Det sista steget att ba- lansera den andra utförandeformen för generatorrotorn 80b avser den exakta markeringen av den "bästa" positionen för alla de balanserade och roterande komponenterna tillhörande rotorenheten 10.

Claims (10)

W H 20 25 30 35 2001-08-29 E:\PUELIC\DOC\P\4110-010 SE.d0C Hbg l4 520 612 PATENTKRAV

1. Rotorenhet (10) hos en gasturbinenhet (20) inne- fattande en monoaxel (30), ett kompressorhjul (40), ett turbinhjul (50), en dragstàng (60), och en dragstàngsmutter (70), kännetecknad av att monoaxeln (30) är huvudsakligen cylinderformad med ett genomgående centrumhàl för att rymma dragstàngen (60), och har en första stödjande lageranord- (100) andra stödjande lageranordning (110) ning som är löstagbart fäst mot en första ände och en som är löstagbart fäst vid en andra ände.

2. Rotorenhet (40) vilken är ansluten med hjälp av dragstàngen (60) vid den (30), dragstàngen löper genom centrumet pà monoaxeln och in i (10) enligt krav 1, varvid kompressor- hjulet och turbinhjulet (50) utgör en löstagbar enhet, andra änden av monoaxeln som formar ett axeluthäng, centrumet av turbinhjulet där en ände av dragstàngen är löstagbart ansluten till turbinhjulets centrum eller kom- pressorhjulet och dragstàngsmuttern (70) är löstagbart an- sluten till den andra änden av dragstàngen vid den första änden av monoaxeln (30). (30) utgörs av tvà delar som är löstagbara fràn varandra, en (80a, 80b), (90), där båda har ett genomgående cen-

3. Rotorenhet enligt krav 2, varvid monoaxeln permanentmagnetgeneratorrotor och en cylinder- formad rotoraxel trumhàl för att rymma dragstàngen (60), och löstagbart an- slutna och styrda av styrpinnar (31) vid en ände mot den andra änden av generatorrotorn, och löstagbart anslutna och styrda av styrpinnar (91) vid den andra änden mot kompres- sorhjulet (40).

4. Rotorenhet enligt krav 3, varvid dragstàngsmut- tern (70) häller den första lageranordningen (100) mot en N Ü 20 25 30 35 2001-08-29 E:\PUBLIC\DOC\P\41l0-0l0 SE.dOC Hbg 15 520 612 ansats 80b) lagerklämplatta (102), varigenom en säker anslutning av den (lOO') pà generatorrotorn (80a, med hjälp av en första lageranordningen garanteras.

5. Rotorenhet enligt krav 4, varvid rotoraxeln (90) hàller den andra lageranordningen (110) mot en ansats 80b), anslutning av den andra lageranordningen garanteras. (101') pà generatorrotorn (80a, varigenom en säker

6. Rotorenhet enligt krav 5, varvid permanentmagnet (80a, 80b) (8la, som är fästa runt omkretsen av generatorrotorn och ut- generatorrotorn 81b) gör den huvudsakliga yttre ytan mellan de tvà lageran- (lOO, 110). har ringformade magneter ordningarna

7. Rotorenhet enligt krav 6, varvid kompressorhjulet (40) är av en enstegscentrifugaltyp och turbinhjulet (50) är av enstegsradialflödestyp.

8. En metod för balansering av rotorenheten (10) en- ligt krav 3, kännetecknad av att var och en av de roterande de- larna hos rotorenheten (10) vägs sà att balanseringen av rotorenheten kan utföras sà exakt som möjligt, att balanseringen av rotorenheten (10) utförs steg för steg, dvs. rotorenheten utgörs av flertalet löstagbara delar, vilka monteras tillsammans i grupper med början med monteringen och ett första balanseringssteg av en första del, sedan montering av en annan del mot den första delen och balansering av dem tillsammans i ett andra steg och så vidare tills alla delarna som formar den kompletta rotoren- (10) vid varje balanseringssteg avser understeg att montera var- heten har monterats och balanserats tillsammans, var- je del eller grupp av delar tillsammans, sedan kalibrera varje del eller grupp av delar genom att kompensera dess 10 U 20 25 30 35 2001-08-29 E:\PUBLIC\DOC\P\4110-010 SEHGOC Hbg 16 520 612 obalans genom att självhäftande material motsvarande oba- lansen läggs pà delen eller delarna som skall kalibreras, och sedan balansera varje del eller grupp av delar genom att bearbeta bort material som motsvarar obalansen, dvs. det självhäftande materialet, tills en obalans under ett tillåtet värde för den kompletta rotorenheten (10) uppnås, och, slutligen, i ett sista steg, markera denna "bästa" po- sition eller slutliga balanseringstillstànd pá varje ro- terande del hos den kompletta rotorenheten (10).

9. Metod för balansering av rotorenheten (10) enligt krav 8, kännetecknad av de pà varandra följande stegen ett första balanseringssteg, vilket innefattar ett första understeg att manuellt mäta wobblingen för genera- (80a, 80b) ett andra understeg att montera ett kullager torrotorn med en mätklocka, (101) (lll) och en làng balanseringshylsa (120) vid den andra änden, vid den första änden av generatorrotorn, ett rullager och dragstängen (60), dragstàngsmuttern (70) och lagerkläm- plattan (102) (80a, Bob), vid den första änden av generatorrotorn ett tredje understeg att grovt kalibrera generator- rotorn i en balanseringsmaskin, ett fjärde understeg att grovt balansera generator- rotorn genom att bearbeta bort material på den, och ett femte understeg att kalibrera generatorrotorn (80a, 80b) kvarstående obalans genom att lägga pà självhäftande ma- i balanseringsmaskinen genom att kompensera terial vid lämplig radie pä generatorrotorn, ett andra balanseringssteg som innefattar ett första understeg att ta bort den långa balanseringshylsan (120), ett andra understeg att montera rotoraxeln (90) och en kort balanseringshylsa (130) vid den andra änden av generatorro- (80a, torn 80b), och montera dragstàngen, dragstàngsmuttern W U 20 25 30 35 2001-08-29 E:\PUELIC\DOC\P\4ll0-0l0 SEAiOC Hbg 17 520 612 och lagerklämplattan vid den första änden av generatorro- torn, och ett tredje understeg att kalibrera generator- rotorn, rotoraxeln, den korta balanseringshylsan, drag- stången, dragstångsmuttern och lagerklämplattan i balanse- ringsmaskinen, varvid obalans kompenseras genom att lägga på självhäftande material vid lämplig radie på rotoraxeln (90), följt av ett tredje balanseringssteg, vilket inne- fattar ett första understeg att ta bort den korta balan- (130), (40) andra änden av generatorrotorn seringshylsan ett andra understeg att montera kom- (140) och montera pressorhjulet och en balanseringshylsa vid den (80a, 80b), dragstàngen (60), dragstångsmuttern (70) och lagerklämplat- tan (102) vid den första änden av generatorrotorn, och ett tredje understeg att kalibrera generator- (80a, 80b), (90), (40), balanseringshylsan (140), dragstàngen dragstångsmut- tern (70), (102) nen, varvid kompressorhjulet monteras i fyra olika positio- rotorn rotoraxeln kompressorhjulet (60), och lagerklämplattan i balanseringsmaski- ner med en delning på 90° mellan dem så att den "bästa" po- sitionen kan väljas i förhållande till minst wobbling och obalans, och den kvarstående obalansen i den "bästa" posi- tionen kompenseras genom att lägga på självhäftande materi- al vid den lämpliga positionen, ett fjärde balanseringssteg, vilket innefattar ett första understeg att ta bort balanseringshylsan (140), ett (50). (51), och turbinmuttern (52) vid den andra änden av gene- andra understeg att montera turbinhjulet turbinhylsan ratorrotorn (80a, 80b), och montera dragstàngen (60), drag- stångsmuttern (70) och lagerklämplattan (102) vid den för- sta änden av generatorrotorn, och ett tredje understeg att kalibrera generator- rotorn, rotoraxeln, kompressorhjulet, turbinhjulet, turbin- hylsan, turbinmuttern, dragstàngen, dragstångsmuttern och W U 20 25 30 35 2001-08-29 E:\PUBLIC\DOC\P\411.0-010 SE.d0C Hbg 18 520 612 lagerklämplattan som en grupp i balanseringsmaskinen, var- vid också wobblingen vid turbinutloppet mäts; turbinhjulet monteras också i fyra olika positioner med en delning på 90° mellan dem så att den "bästa" positionen kan väljas i förhållande till minst wobbling och obalans, den "bästa" positionen markeras på turbinhjulet (50), (40), (60), den utstickande delen av dragstàngen mäts och dokumenteras, kompressorhjulet rotoraxeln (90), och dragstàngen och längden på åtföljt av en procedur som liknar det första balanse- ringssteget, vilket innefattar ett första understeg att ta bort turbinhjulet (50), kompressorhjulet (40) och rotor- axeln (90), ett andra understeg att montera den lànga ba- lanseringshylsan (120) tillsammans med dragstàngen (60), dragstångsmuttern (70) och lagerklämplattan (102), varvid dragstàngen monteras med samma längd pà sin utstickande del som i de föregående stegen; och ett tredje understeg, var- 80b) tills en obalans mindre än 1.0 gmm uppnås, vid material på generatorrotorn (80a, bearbetas bort följt av en procedur som liknar det andra balanse- ringssteget, vilket innefattar det första understeget att (120), och den korta balan- (60), och lagerklämplattan (l02); och ett ta bort den långa balanseringshylsan det andra un- (90) tillsammans med dragstàngen dersteget att montera rotoraxeln (130) stàngsmuttern (70) seringshylsan drag- tredje understeg, varvid material på rotoraxeln bearbetas bort tills en obalans mindre än 3.0 gmm uppnås, följt av en procedur som liknar det tredje balanse- ringssteget, vilket innefattar det första understeget att ta bort den korta balanseringshylsan (130), det andra un- (40) tillsammans med dragstàngen och balanse- (60), och lagerklämplattan (102), varvid drag- dersteget att montera kompressorhjulet (140) stàngsmuttern (70) ringshylsan drag- stàngen monteras med samma längd på sin utstickande del som i de föregående stegen; ett tredje understeg, varvid mate- rial på kompressorhjulet bearbetas bort vid ett lämpligt 10 U 20 25 30 Q » . » . . 2001-08-29 E:\PUBLIC\DOC\P\41l0-0l0 SEJiOC Hbg 19 520 612 plan nära rotoraxeln och/eller vid ett lämpligt plan nära turbinhjulet tills en obalans mindre än 5 gmm uppnås i pla- net nära rotoraxeln och en obalans mindre än 10 gmm uppnås i planet nära turbinen; och ett fjärde understeg, varvid det balanserade kompressorhjulet (40) kontrolleras genom att undersöka hur kvarstående obalans påverkar lagerpunk- terna för generatorrotorn (80a, 80b), följt av en procedur som liknar det fjärde balan- seringssteget, vilket innefattar det första understeget att ta bort balanseringshylsan (140), det andra understeget att montera turbinhjulet (50), turbinhylsan (51), och turbin- muttern (52) tillsammans med dragstången (60), dragstångs- muttern (70) och lagerklämplattan (102), varvid dragstången monteras med samma längd på sin utstickande del som i de föregående stegen; ett tredje understeg i vilket wobblingen för turbinhjulet mäts; ett fjärde understeg, varvid mate- rial pä turbinhjulet (50) bearbetas bort vid ett första plan nära kompressorhjulet (40) och vid ett andra plan nära utloppet för turbinhjulet, stora materialmängder bearbetas bort med turbinhjulet avmonterat, en obalans pà 10 gmm tillåts i det första planet och en obalans på 5 gmm tillåts i det andra planet, en slutlig bearbetning kan utföras med (50) ba- lanserats följer ett femte understeg, varvid en kontroll (soa, sob), (100, för att un- turbinhjulet monterat; och efter att turbinhjulet utförs vid lagerpunkterna för generatorrotorn följt av en montering av lageranordningarna 110), (10) dersöka om eventuell kvarstående obalans efter den slutliga varigenom rotorenheten är komplett, balanseringen ligger inom det tillåtna intervallet, och slutligen det sista balanseringssteget avser markering av denna "bästa" position eller slutliga balanseringssteg på alla de balanserade komponenterna som tillhör rotorenheten (10). 10 U 20 200l-0B>29 E:\PUBLIC\DOC\P\4ll0f0l0 SE.d0C Hbg 20 520 612

10. Metod för balansering av rotorenheten (10) med den andra utförandeformen av generatorrotorn (80b) enligt kraven 9, kännetecknad av de ytterligare stegen att (61) vid den första änden av generatorrotorn och dess tillhörande skruv (80b) (50) montera löphàllaren (62) att kontrollen av det balanserade turbinhjulet efter utförts vid lagerpunkterna för generatorrotorn (80b), mäta och dokumenta wobblingen och obalansen för löp- hàllaren, ta bort löphàllaren, bearbeta bort material pà löphàllaren vid ett plan som är placerat mittemot magneterna pà löphàllaren, (100, är komplett, följt av att montera lageranordningarna 110) före löphàllaren, varigenom rotorenheten (10) för att undersöka att eventuell kvarstående obalans för den kompletta rotorenheten ligger inom det tillåtna intervallet och att wobblingen för löphàllaren repeteras efter den slutliga balanseringen, och slutligen avser det sista balanseringssteget markering av denna "bästa" position eller slutliga balanseringssteg pà alla de balanserade komponenterna som tillhör rotorenheten (10).