DE2248929A1

DE2248929A1 - Laeufer fuer turbinen

Info

Publication number: DE2248929A1
Application number: DE19722248929
Authority: DE
Inventors: Leonard Peter Demratowski; Carl Herman Geary; Norman Allen Samurin
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1971-10-06
Filing date: 1972-10-05
Publication date: 1973-04-12
Also published as: NL166754B; GB1344598A; DE2248929C3; IT964423B; DE2248929B2; JPS51324B2; US3749516A; NL166754C; NL7213547A; CA964198A; JPS4845911A

Description

Dr. Ing. H. Negondank

Dfpl. Ing. H. H-.-dc - Dirt Phys.W. Schmitz 2 2 k 8 9 2 9

Dipf. Ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. VV. Wohnert
8 München 5. ßfozarlsiraSe 25

f-in ^r) 33 O¹J 86

Carrier Corporation 4. Okt. 1972

Syracuse, Mew York, USA ~ Anwaltsakte: M-

Läufer für Turbinen

j Bei der Herstellung von Turbogeräten mehrstufiger Bauart, so von '< Zentrifugalverdichtern, Axialstromverdichtern bzw, -Kompressoren ; und Turbinen werden vorteilhafter Weise Rotorkörper bzw. Läufer
zusammengesetzten Aufbaues verwendet, wobei die Schaufelräder
zwischen an den Enden eines durchgehenden Bolzens befestigten
Wellenstummeln gestapelt sind. Die Anordnung der Lauf- bzw·.
Schaufelräder ist mit einer axial sich erstreckenden Bohrung versehen, deren Durchmesser größer ist als derjenige des durchgehenden Bolzens. Es besteht demnach ein Ringraum zwischen dem Durch- '

! gangsbolzen und der Bohrung des Läufers.

Bei Maschinen dieser Bauart weist der durchgehende Bolzen beträchtliche Längen auf, weshalb dieser Baulänge zuzuschreibende ^: Probleme auftreten, insbesondere eine Bolzenresonanz und ein '' Ungleichgewicht des Läufers, hervorgerufen durch Auslenkung bzw. '

radiale Versetzung des Bolzens bezüglich des Läuferaufbaues. Die ! hohe Geschwindigkeit, mit welcher diese Maschinen gefahren,werden
vergrößert das Problem. Eine Einrichtung zur Beseitigung dieser ;

Probleme ist in der US-PS Anmeldung Ser. No. 787 28 vom 7.10.1970 i erläutert. ι

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ₂_

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darin, einen auf wirtschaftliche Weise herzustellenden und zusammensetzbaren Läufer zu schaffen, welcher das Zentrieren des Durch-

jgangsbolzens bezüglich des Läuferaufbaues ermöglicht und mit l

welchem auf den Durchgangsbolzen eine zur Halterung dienende

um

Vorspannungskraft ausgeübt werden kann,/dessen Eigenfrequenz zu steuern und um eine Resonanz bei Arbeitsbedingungen zu vermeiden.

I Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist mit einem Hülsenkörper !versehen, der von einem Ende in axialer Richtung sich erstreckende Schlitze aufweist. Die Schlitze enden im Abstand zum entgegengesetzten Ende der Hülse, wodurch ein materialeinheitlicher ringförmiger Endteil verbleibt. Der ringförmige Endteil wird im Mitteltbereich des Durchgangsbolzens unter Schrumpfsitz an diesem fixiert'.

Die Schlitze bilden zwischen sich elastische,frei vorstehende Teile, welche sich vom fixierten Teil der Hülse konzentrisch und unter Abstand sowohl bezüglich des Durchgangsbolzens als auch be- ; züglich der Bohrung der Rotoranordnung erstrecken. Radial gerich- \ tete Körper sind in den Rotoraufbau so eingeschraubt, daß sie j jeweils auf den frei stehenden Teil der Hülse ausgerichtet sind. Sie üben eine nach innen gerichtete Kraft veränderlichen Druckes

!gegenüber den freien Enden der frei vorstehenden Teile aus, um den ■Durchgangsbolzen im Rotor zu zentrieren und um eine Vorspannungs-

'kraft zwischen dem Rotor und dem Durchgangsbolzen auszuüben.

[Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezug-■nähme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine gekürzte Längsschnittansicht eines Rotoraufbaus gemäß der Erfindung; _^_

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,Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht des oberen Mittelteils

j gemäß Fig. 1;

jFig. 3 ist eine "Perspektivansicht des .Hülsenkörpers.

!Der in Fig. 1 dargestellte Rotor befindet sich beispielsweise in einem mehrstufigen Zentrifugalgasverdichter von Doppelbauart, .Der Rotor ist mit Wellenstummeln 10, 11 versehen, welche an den

[Enden des durchgehenden Bolzens 12 angebracht sind. Eine Gruppe i
13 von Schaufel?zw. Laufrädern befindet sich im Bereich des End-■teils des am Wellenstummel 10 befestigten Durchgangsbolzens 12, !während eine zweite Gruppe 14 von Laufrädern im Bereich des ,Wellenstummels 11 angebracht ist. ·

Ein zylindrischer Dichtungskörper 17 ist zwischen den Gruppen der Schaufel- oder Laufräder 13 und 14 vorgesehen. In der gekürzten Darstellung aus Fig. 1 sind nur die ersten und letzten Schaufel- j räder 18 und 19 in der Gruppe 13 und in gleicher Weise die ersten ί und letzten Schaufelräder 20, 21 der Gruppe 14 dargestellt. Die j an den Wellenstummeln 10, 11 angrenzenden Schaufelräder sind die. ; Räder 18 und 20; die angrenzenden Wellenstummel sind zu diesem j Zweck mit Schultern 25 ausgestattet. Auch die angrenzenden Flächen! !zwischen den Lauf- bzw. Schaufelrädern sind mit entsprechenden 'Schultern 27 versehen. Es besteht außerdem eine Schulter 30 zwi-

[sehen den Enden des Dichtungskörpers 17 und dem angrenzenden Schaujjfelrad 19 bzw. 21. Die Schultern 25 und 27 dienen zur Zentrierung 'der Laufräder und des Dichtungskörpers 17, indem sie diese Bauteile koaxial aufeinander ausgerichtet halten. Antriebsmittel in Form von Zapfen 31 befinden sich zwischen den Schaufelrädern

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und den Dichtungskörpern 14 als auch zwischen dem Schaufelrad IB und dem Wellenstummel 10. Radial befestigt· Teile 30 sind zwischen

ι _ ■

das Schaufelrad 20 und dem Wellenstummel 11 eingefügt. Die Zapfen 31 und die Keile 33 erstellen eine Antriebsverbindung von den Welienstummeln 1O₁ 11 auf die LaufradsanOrdnung.

In der zusammengesetzten Form sind die Wellenstummel 10 und 11 auf die Enden des Zug- bzw. Durchgangsbolzens 12 aufgeschraubt, wodurch die Schaufelräder und der Dichtungskörper 17 von Hülsenform axial zusammengedrückt werden und eine starre, im Gleichsinn drehende Einheit bilden.

Wie vorangehend erwähnt, besitzt der Durchgangsbolzen 12 betrachtliche Baulänge, insbesondere angesichts der Tatsache» daß es sich um einen mehrstufigen Kompressor handelt, insbesondere einen Kompressor der Zwillings- oder Doppelbauart, bei welchem getrennte Schaufelradgruppen 13 und m Verwendung finden. Derart lange Durchgangs- bzw. Zugbolzen unterliegen bei hoher Geschwindigkeit Resonanzerscheinungen und einer Unwucht. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aufbau, durch welchen eine Auslenkung oder j radiale Versetzung des Durchgangsbolzens verhindert werden kann. Auf diese Weise kann man den Bolzen bezüglich des Rotors zentriert halten. Gleichfalls wird er verfestigt, um die Eigenfrequenz des Bolzens zu erhöhen, was Resonanzerschexnungen desselben bei Arbeitsgeschwindigkeit des Kompressors vermeidet. Die Vorteile erreicht man durch eine krafterzeugende Einrichtung, welche betätigbar ist, um eine Halte- bzw. Hemmkraft zwischen dem Rotor und dem Durchgangsbolzen auszuüben.

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Eine tragende Hülse 40 ist im Mittelbereich des Durchgangsbolzens 12 an diesem angebracht. Die Hülse 4-0 weist einen materialeinheitliqh ausgebildeten zylindrischen Endteil M-I auf, welcher am Durchgangsbolzen 12 befestigt ist, beispielsweise durch Schrumpfsitz, Bevorzugt besitzt die Hülse 40 zylindrische Form und eine Seitenwand gleichförmige Dicke. Der Durchgangsbolzen 12 seinerseits ist mit einer Erweiterung 43 ausgebildet, welche an einer radialen Schulter 45 gemäß Fig. 2 endet.

Die Hülse 40 weist mehrere Schlitze 47 auf, welche-sich axial VQm Endteil 41 zum gegenüberliegenden Ende der Hülse erstrecken. Die Schlitze 47 bilden mehrere am Umfang im Abstand zueinander befindliche frei vorstehende Teile 50 (Fig. 3), welche sich vom massiv ausgebildeten Endteil 41 konzentrisch im". Abstand bezüglich des Durchgangsbolzens 12 und bezüglich der Bohrung 51 des Dichtungskörpers 14 erstrecken. Das heißt, es besteht ein ringförmiger Raum 53 zwischen den frei vorstehenden Teilen 50 und dem Durchgangsbolzen 12 und ein ringförmiger Raum 55 zwischen den frei vorstehenden Teilen und der Bohrung des Dichtungskörpers 14. Der Dichtungskörper ist wärmebehandelt, um die frei vorstehenden Teile 50 elastisch auszubilden.

Die Erfindung weist Mittel auf, um eine Vorspannungskraft auf die freien Enden der Teile 50 auszuüben. Die frei vorstehenden Teile j

üben einen Haltekraft aus und halten den Durchgangsbolzen genau !

zentriert in der Rotoranordnung. |

Der Dichtungskörper 17 besitzt mehrere radial befindliche Öffnungein,

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welche auf die frei vorstehenden Teile 50 ausgerichtet sind und zur Aufnahme von Zapfen 60 dienen. Die Zapfen 60 sind verschiebbar im Dichtungskörper 17 geführt und sind »o angeordnet, daß sie an den fielen Enden der Teile 50 anliegen. Die Außenteile der Offnungen im Dichtungskörper besitzen eine Gegenbohrung, in welche Schrauben 61 eingeschraubt sind. Die'Schrauben,61 greifen an den Außenenden der Zapfen 60 an. Wenn die Schrauben 61 angezogen werden, kann eine nach innen gerichtete Radialkraft auf die freien Enden der Teile 50 auegeübt werden.

Der Durchgangsbolzen 12 kann infolgedessen genau zentriert bezüglich des Rotoraufbaues ausgerichtet und gegen radiale Versetzung abgesichert werden. Die auf die beschrieben· Weise an der Hülse angelegte Haltekraft versteift die Hülse und erhtlt di· Eigenfrequenz des Durchgangsbolzens, so daß Reβonanzerscheinungen desselben bei hoher Geschwindigkeit vermieden werden können.

Die Rotoranordnung wird zusammengesetzt, indem zunächst die Laufräder der Gruppe 13 aneinandergereiht werden. Der Durchgangsbolzen 12 wird anschließend auf den Wellenstummel 10 aufgeschraubt. Der Stapel der Laufräder in der Gruppe 13 wird über den Bolzen, geführt und an den Wellenstummel 10 angelegt. Der Dichtungskörper 17 wird anschließend aufgesetzt; nunmehr wird der Durchgangsbolzen markiert, um die Position der Radialöffnungen im Dichtungskörper auszurichten. Der Dichtungskörper 16 wird anschließend abgenommen. Die Hülse 10 wird erhitzt und auf die Erweiterung H3 des Durchgangsbolzens in Anschlag mit der Schulter f5 aufge^ schoben, wobei die frei vorstehenden Teile 50 auf die zuvor auf

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dem Durchgangsbolzen aufgetragenen Markierungen ausgerichtet werden. Nach Abkühlen des durchgehenden Endteils der Hülse HO ist diese unter festem Schrumpfsitz auf den Bolzen 12 aufgepaßt.

Der Dichtungskörper 17 wird nunmehr über die Hülse HO geschoben, so daß sie am Laufrad 19 anliegt. Der Stapel der Schaufel- bzw. Laufräder IH wird anschließend gegen den Dichtungskörper 17 angelegt, wonach man den Wellenstummel 11 auf den Durchgangsbolzen aufschraubt. Bei diesem letzten Schritt bedient man sich eines Verfahrens, um die Schaufelräder und den Dichtungskörper 17 auf j

vorbestimmte Weise zusammenzudrücken. Wenn der Wellenstummel 11 angezogen ist, um die erwünschte Druckkraft auf die Schaufelradanordnung auszuüben, werden dieJKeile 33 zwischen die Nabe des Laufrades 20 und den Wellenstummel 11 eingesetzt. Infolgedessen sind die Wellenstummel 10, 11, der hülsenförmige Dichtungskörper 17 und die Laufräder zum Zwecke gleichseitiger Drehung miteinander verbunden.

Nach dem vorangehend beschriebenen Zusammenbau des Rotors werden die Zapfen 60 in die öffnungen der Hülse 40 eingeführt. Anschliessend werden die Schrauben 61 nach innen gerichtet eingeschraubt, um die erwünschte Zentrierkraft auf die frei vorstehenden Teile 50 auszuüben. Die auf die Teile 50 einwirkenden Schrauben 61 üben eine anfängliche Vorspannung auf den Bolzen bezüglich des Rotors aus. Während Betrieb mit hoher Geschwindigkeit dehnt sich der Dichtungskörper 17 von Hülsenform in radialer Richtung aus, so daß die anfängliche Vorspannungskraft reduziert wird. Die frei vorstehenden Teile üben jedoch bei hoher Geschwindigkeit über

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die Zapfen 60 eine Kraft auf den Dichtungekörper 17 des Rotors aus, um den üurchgangsbolzen in seiner Position zu halten. Das verwendete Prinzip basiert auf der Auslenkung der frei vorstehenden Teile 50 bei Drehung. Die freien Enden der frei vorstehenden Teile schwingen bzw. bewegen sich radial nach außen und üben infolgedessen die vorangehend beschriebene Spann- ψκΐ Haltekraft aus.

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Claims

Patentanwälte

Dr. ing. H. Neo-,dank

DIpI Ing. H. Hauck - Dl·- Γ r ,_y?. «.y. _3chmifz .
Dipl. Ing. E. Graa|?₃ - Oi₁.«. ir,,. VV. Wcfcnert

8 München 2, fiarftvisE-iSa 23
Carrier Corporation Telefon 5380385 4» Oktober 1972

Anwaltsakte: M-2314

Patentans prüche

Läufer für Turbinen mit einem Durchgangsbolzen, an dessen
Enden je ein Wellenstummel befestigt ist, mit einer zwischen
den Wellenstummeln befindlichen und an diesen fixierten Rotoranordnung, welche eine, axial sich erstreckende durchgehende

Bohrung in konzentrischem Abstand bezüglich des Durchgangs- j bolzens aufweist, gekennzeichnet durch eine krafterzeugende j Vorrichtung (50,60, 61), welche zum Teil durch die Rotoran- · | Ordnung getragen und einstellbar ist, um eine radial nach
innen gerichtete Haltekraft veränderlicher Größe auf dem
Durchgangsbolzen (12) auszuüben.
2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die krafterzeugende Vorrichtung einen Hülsenkörper (40) aufweist, wel-

eher am Durchgangsbolzen (12) fixiert ist und in Ringform eine j Reihe elastischer frei vorstehender Teile (50) trägt, die sich
konzentrisch und im Abstand zum Durchgangsbolzen (12) und zur ι Bohrung (25) der Rotoranordnung erstrecken.
3. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ;

krafterzeugende Vorrichtung einen Hülsenkörper (40) aufweist,

dessen eines Endteil am Durchgangsbolzen (12) in dessen Mittel-

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bereich fixiert ist, wobei der Hülsenkörper (HO) mit Schlitzen (H7) versehen ist, welche sich in axialer Richtung vom Endteil zum entgegengesetzten Ende der Hülse erstrecken und am Umfang derselben in Abstand zueinander befindlich« elastische und frei vorstehende Teile (50) bilden, daß sich die frei vorstehenden Teile (SO) vom am Durchgangebolzen befestigten Endteil der Hülse konzentrisch im Abstand bezüglich des Durchgangsboizens und der Bohrung der Rotoranordnung erstrecken, und daß Mittel (60,61) in der Rotoranordnung vorgesehen sind, welche an den frei vorstehenden Teilen (50) angreifen und eine nach innen gerichtete Druckkraft veränderlicher Größe ausüben.

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