DE3528724A1 - Verfahren und vorrichtung zur montage schwerer einseitig gelagerter laufraeder von turboverdichtern oder ventilatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines schweren an einer einseitig horizontal gelagerten Welle befestigten Laufrads eines Turboverdichters oder eines Ventilators, wobei das Laufrad mit einer L-förmigen Montagehalterung an einem Hebezeug in Schwerpunktlage hängend beim Einführen in das Gehäuse auf einen Zuganker aufgefädelt sowie mit seiner Planverzahnung in die Planver­ zahnung an der Welle eingreifend in Montageposition gebracht wird.

Schwere Laufräder von Turboverdichtern oder Ventilatoren, wobei diese in der Regel Gewichte von mehr als einer Tonne haben, sind für Reparatur- und Wartungszwecke nur ein- und ausbaubar, wenn das Oberteil des Gehäuses mit Druck- und Saugstutzen und die Wellendichtung vorher ausgebaut worden sind. Diese Tätigkeiten sind sehr zeitaufwendig. Bei der Rückmontage ist von besonderer Wichtigkeit, daß eine reproduzierbare Zentrierung des Laufrades auf der Welle erzielt und damit eine hohe Wuchtgüte aufrechterhalten wird. Aus diesem Grund wird vor dem Wiedereinbau des Rotors der Zusammenbau von Laufrad und Welle im senkrechten Zustand vorgenommen, wobei Laufrad und Welle über eine Planverzahnung bzw. eine sog. Hirth-Verzahnung ineinander greifen und beim Verspannen der beiden Teile gegeneinander die gewünschte Feinpositionierung bewirken. Dabei wird die gewünschte Wuchtgüte nur erreicht, wenn eine Positionierungstoleranz in der Größenordnung von etwa 1 µ eingehalten wird.

Durch die DE-OS 31 31 618 ist eine Vorrichtung zum Ein- und Ausbau eines Laufrades einer Kreiselpumpe bekannt, wobei das auf der Welle montierte Laufrad und das Lagergehäuse der Welle im montierten Zustand ein- und ausgebaut werden. Die Montagehalterung ermöglicht eine Aufhängung der vormontierten Einheit im Schwerpunkt und ermöglicht das Einsetzen dieser Einheit in das Pumpengehäuse mit einer horizontalen Verschiebung. Das mit dem Laufrad und dem Lagergehäuse verbundene Stirnwandelement wird dabei auf um die Stirnwandöffnung verteilt angebrachte Zapfen aufgeschoben und gegen diese verschraubt. Diese Verschraubung hat keinen Einfluß auf die Positionierung des Laufrades auf der Welle und somit auch keinen Einfluß auf die Wuchtgüte.

Durch die DE-OS 29 39 831 ist eine Montagehalterung bekannt, welche eine zum Lastschwerpunkt seitlich verschobene Aufhängung zuläßt. Damit ist eine hori­ zontale Versetzung einer Last in Bereiche möglich, die senkrecht von oben nicht zugänglich sind.

Im Interesse einer wirtschaftlichen Wartung bzw. Reparatur ist ein horizontaler Ausbau sowie eine horizontale Rückmontage von Laufrädern aus Turbover­ dichtern oder Ventilatoren wünschenswert, wobei die einseitig gelagerte Welle des Laufrades nicht ausgebaut zu werden braucht. Die Laufräder sind übli­ cherweise mit Hilfe eines zentralen Zugankers stirnseitig an die Welle ange­ preßt, wobei die beiden Teile über eine Planverzahnung oder eine sog. Hirth- Verzahnung ineinander greifen. Das an einer L-förmigen Montagehalterung im Schwerpunkt abgestützte Laufrad wird zur Rückmontage auf den Zuganker aufgefädelt und unter Eingriff der Planverzahnung gegen die Stirnseite der Welle gepreßt. Im Interesse einer hohen Auswuchtgüte müssen die beiden Teile mit einer Zentrierung auf etwa 1 µ genau reproduzierbar rückmontierbar sein, damit eine nachträgliche sehr zeitintensive Auswuchtung vermieden werden kann. Mit Hilfe eines üblichen Hebezeugs kann die Planverzahnung am Laufrad und an der Welle auf etwa 1-2 mm genau in Eingriff gebracht werden. Durch das Anspannen des Zugankers streben beiden Verzahnungen über ihre schrägen Flanken zur Vereinigung beider Verzahnungsmittelpunkte. Je kleiner nun die notwendige Vorspannung ist, bei der dies erreicht wird, desto besser ist die Annäherung an die Ideallage. Ist diese Bewegung aber durch Querkräfte behindert, so wird erst bei größerer Vorspannung eine Annäherung erreicht, die dann durch die größere Reibung teilweise in der Verzahnung stecken bleibt. Damit wird ein vor der Montage vorhandener fehlerfreier Auswuchtzustand nach der Rückmontage nur sehr schwer wieder erreicht, d. h. die Auswuchtgüte ist praktisch nicht repro­ duzierbar.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu schaffen, mit denen das Laufrad eines Turboverdichters oder Ventilators bei einer hori­ zontalen Rückmontage mit sehr hoher Genauigkeit positionierbar ist, daß die ursprüngliche Auswuchtgüte reproduziert wird. Diese Aufgabe wird für das Verfahren der Rückmontage erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mon­ tagehalterung über ein elastisches Element am Hebezeug abgehängt wird und daß das an der Montagehalterung freihängend gehaltene Laufrad in der Mon­ tageposition unter Ausnutzung der elastischen Aufhängung durch leichte achs­ parallele Korrektur während des Anziehens des Zugankers in eine im wesent­ lichen querkraftfreie Lage gebracht wird.

Eine Montagehalterung mit einem L-förmigen, an einem zweisträngigen Spreiz­ seil aufgehängten Tragbügel sieht erfindungsgemäß vor, daß in einem Strang des Spreizseils ein Hubzug angeordnet ist und daß das Spreizseil über ein elastisches Element am Hebezeug abgehängt ist. Dieses elastische Element ist vorzugsweise eine Zugfeder. Um die Federkonstante der Zugfeder an das Gewicht des Laufrades optimal anzupassen, ist ferner vorgesehen, daß die Federkonstante nach folgender Abhängigkeit dimensioniert ist:

• c (N/mm) = m (kg) × g (m/sec²)/40 (mm)

Dabei ist m die Masse des Laufrades und g die Erdbeschleunigung.

Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß durch die elastische Aufhängung die Querkraft beim Anziehen des Zugankers und dadurch die durch die Querkraft hervorgerufenen Reibungskräfte klein genug gehalten werden können, daß durch die Verzahnung eine Positionsverschiebung entlang der Zahnschrägen in eine Endlage mit höchster Feinzentrierung nicht behindert wird. Dadurch ist eine optimale Reproduzierbarkeit der Auswuchtgüte bei einem Laufradwechsel mit geringstem Zeitaufwand erzielbar.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine Montagehalterung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines elastischen Elementes.

Die in der Zeichnung dargestellte L-förmige Montagehalterung 10 ist speziell für die Montage von schweren einseitig horizontal gelagerten Laufrädern von Turboverdichtern oder Ventilatoren vorgesehen. Derartige hochtourige Laufräder sind aus Festigkeitsgründen im Regelfall nicht auf die Welle aufgeschoben, sondern haben lediglich eine kleine Mittelbohrung, durch welche ein Zuganker verläuft, mit dem die Laufräder gegen die einseitig horizontal gelagerte Welle verspannt sind. Zur genauen Zentrierung und zur Drehmomentsübertragung haben das Laufrad und die Welle eine ineinandergreifende Planverzahnung, z. B. in Form einer sog. Hirth-Verzahnung. Das mit dem Zuganker fest an die Welle gepreßte Laufrad wird im zusammengebauten Zustand ausgewuchtet und auf eine hohe Auswuchtgüte gebracht. Dies gilt auch für ein Reserverad, das ebenfalls mit der gleichen Welle ausgewuchtet wird und dessen Auswuchtgüte beim Austausch unbedingt erhalten bleiben muß.

Ist am Aufstellungsort des Turboverdichters oder Ventilators ein Radwechsel erforderlich, so soll dieser möglichst schnell erfolgen können, damit eine längere Produktionsunterbrechung vermieden wird. Bei diesem Austausch des Laufrades darf jedoch die Auswuchtgüte nicht verlorengehen, damit Anlageschäden ver­ mieden werden. Die hohe Qualität der Auswuchtgüte ist nur dann beim Laufradaustausch reproduzierbar, wenn bei der Rückmontage des tonnenschweren Laufrades eine exakte Zentrierung erfolgt, die auch nicht durch minimales Verkanten oder Verklemmen beeinträchtigt ist. Das exakte Zentrieren wird beim Anziehen des Zugankers durch die ineinandergreifende Hirth-Verzahnung dann erreicht, wenn sich beim Anziehen des Zugankers die in Eingriff miteinander stehenden Zähne in eine zentrische Endposition aufgrund sehr geringer Rei­ bungskräfte verschieben können. Der Verringerung der Reibungskräfte dient die Erfindung, indem durch eine elastische Gewichtsentlastung die aus dem Gewicht sich herleitenden Querkräfte soweit verringert werden, daß durch Reibung eine Positionsverschiebung entlang den Zahnschrägen in eine zentrische Endlage nicht behindert wird.

Die Montagehalterung 10 gemäß Fig. 1 besteht aus einem Tragbügel mit einem langen Schenkel 11 und einem senkrecht dazu verlaufenden kurzen Schenkel 12. Beide Schenkel sind durch eine Querstrebe 13 ausgesteift. Zum Aufhängen des Tragbügels sind Ösen 14 und 15 vorgesehen, die im wesentlichen an den beiden Enden des kurzen Schenkels 12 angebracht sind. Die beiden Ösen 14 und 15 sind mit einem zweistrangigen Spreizseil 16 verbunden. Die beiden Stränge 17 des Spreizseils sind ihrerseits an einem Seilabschnitt 20 abgehängt, welcher über ein elastisches Element 21 an einem nicht dargestellten Hebezeug abgehängt ist.

An dem freien Ende des langen Schenkels 11 ist das Laufrad 22 mit horizontal ausgerichteter Achsrichtung aufgehängt, so daß es in das Verdichtergehäuse eingefahren werden kann. Zu diesem Zweck wird es auf einen Zuganker 30 aufgeschoben, welcher in der einseitig horizontal gelagerten Welle 31 ver­ schraubt ist. Am vorderen Ende der Welle 31 und dem an der Welle anliegenden Bereich des Laufrades 22 ist die bereits erwähnte Hirth-Verzahnung 33 vorgesehen. Beim Auffädeln des Laufrades auf den Zuganker 30 greifen die Zähne dieser Hirth-Verzahnung ineinander und bewirken eine Zentrierung. Durch das In-Eingriff-Bringen der Zähne beim Einfahren des Laufrades kann dieses bis auf etwa 1 oder 2 mm genau zentriert werden. Durch das Verschieben des Laufrades in die Endlagenposition wird die genaue Zentrierung bewirkt. Diese Verschiebung erfolgt durch Anspannen des Zugankers mit Hilfe einer Hydrau­ likmutter 34, welche auf den Zuganker 30 aufgeschraubt und gegen das Laufrad durch Zuführen von Drucköl über die Leitung 35 verspannt wird. Durch das Anziehen des Zugankers geschieht eine automatische Zentrierung bis auf etwa 1 µ genau, da das elastische Element durch Gewichtsentlastung die an der Hirth-Verzahnung auftretenden Querkräfte soweit reduziert, daß eine Posi­ tionsverschiebung entlang der Zahnschrägen der Verzahnung in die Endlage beim Anziehen des Zugankers nicht verhindert wird. Sobald das Laufrad seine bezüglich der Welle 31 zentrierte Endlage eingenommen hat, wird die innerhalb eines Montageringes 26, mit welchem das Laufrad an dem langen Schenkel 11 befestigt ist, liegende Wellenmutter 37 angezogen, so daß die von der Hydraulikmutter aufgebrachte Kraft zum Anziehen des Zugankers nunmehr von der Wellenmutter übernommen werden kann.

Das elastische Element 21 ist derart zu bemessen, daß praktisch eine vollkommene Gewichtsentlastung gegeben ist und nur ganz geringe Kräfte genügen, um das Rad beim Anziehen des Zugankers in die richtige zentrische Endlage zu verschieben. Bei der Verwendung einer Zugfeder als elastisches Element 21 ist dessen Federkonstante derart einzustellen, daß sie durch die Fahr-Stoppschritte beim Einfahren des Laufrades 22 keine nennenswerten Schwingbewegungen zuläßt. Die Federkonstante läßt sich nach folgender Glei­ chung ermitteln:

• c (N/mm) = m (kg) × g (m/sec²)/40 (mm)

In dieser Gleichung ist m die Masse des Laufrades und g die Erdbeschleunigung.

Bei einem Laufrad mit einem Gewicht von 1,1 Tonnen ergibt sich aufgrund dieser Gleichung eine Federkonstante von 270 N/mm. Bei dieser Federkonstante und dem angenommenen Gewicht des Laufrades sind die Querkräfte klein genug, daß beim Anspannen des Zugankers die an den Zahnschrägen hervorgerufenen Reibungskräfte überwunden werden und eine Verschiebung des Laufrades in die zentrische Endlagenposition mit einer Genauigkeit von 1-2 µ möglich ist. Bei dieser geringen Abweichung von der zentrischen Lage wird die geforderte Auswuchtgüte behalten und ein Nachwuchten nicht mehr erforderlich.

Für die Positionierung des Laufrades in genau horizontaler Lage ist im Strang 18 ein Hugzug 40 angeordnet, mit dem feinste Hubbewegungen ausführbar sind.

Bezüglich des elastischen Elementes 21 ist darauf hinzuweisen, daß hierfür vorzugsweise eine Schraubenzugfeder Verwendung findet, deren Federkraft nach der vorgegebenen Gleichung dimensioniert ist. Anstelle einer solchen Schrau­ benzugfeder kann auch ein Federpaket mit mehreren Federn vorgesehen sein, insbesondere wenn dafür Sorge getragen werden soll, daß die Federn auch einer Drehbewegung der am Seil hängenden Last entgegenwirken. Anstelle einer Zugfeder bzw. eines Federpaketes sind ferner auch pneumatische elastische Elemente einsetzbar, die bezüglich ihrer Nachgiebigkeit entsprechend der gewünschten Federhärte dimensioniert sind.

In Fig. 2 ist eine weitere realisierte Ausführungsform gezeigt, bei der eine Schraubendruckfeder 121 derart in ein Gehäuse 122 eingebaut ist, daß sie durch umgekehrte Krafteinleitung als Zugfeder für die an den Ösen 123 wirksame Kraft wirkt. Durch diesen Aufbau ist die Feder geschützt. Bei einem Federbruch sackt die daran hängende Last nur um den Betrag der Steigung ab, und es bleibt eine Federwirkung erhalten. Jedoch steigt die Federkonstante an. Durch die die Feder eng umschließende Gehäusewandung ist ein seitliches Abrutschen nach einem Bruch der Feder nicht möglich.

Bei der Verwendung der beschriebenen Montagehalterung ergeben sich die Vorteile, daß von dem Gehäuse nur wenige Teile, und zwar lediglich der Saugstutzen und ggfs. die obere Hälfte der Wellendichtung, beim Laufradwechsel abmontiert werden müssen, und daß das Laufrad in horizontaler Lage rück­ montierbar ist. Dabei läßt sich die erforderliche genaue Zentrierung an der einseitig gelagerten Welle in einfacher Weise reproduzieren, so daß die geforderte hohe Auswuchtgüte kein erneutes Auswuchten des Laufrades nach dem Einbau des Laufrades erforderlich macht, was erfahrungsgemäß sehr zeitaufwendig ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Rückmontage eines schweren, an einer einseitig horizontal gelagerten Welle befestigten Laufrades eines Turboverdichters oder Ventilators, wobei das Laufrad, mit einer L-förmigen Montagehalterung an einem Hebezeug im Schwerpunkt hängend, beim Einführen in das Gehäuse des Turboverdichters auf einen Zuganker aufgefädelt sowie mit seiner Planverzahnung in die Planverzahnung an der Welle eingreifend in Montageposition gebracht wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Montagehalterung (10) über ein elastisches Element (21) am Hebezeug abgehängt wird,
• - und daß das an der Montagehalterung (10) freihängend gehaltene Laufrad (22) in der Montageposition unter Ausnutzung der elastischen Aufhängung während dem Anziehen des Zugankers durch leichte achsparallele Positionskorrekturen in eine im wesentlichen querkraftfreie Lage gebracht wird.

2. Montagehalterung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem L-förmigen, an einem zweistrangigen Spreizseil aufgehängten Tragbügel, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in einem Strang (18) des Spreizseiles (16) ein Hubzug angeordnet ist,
• - und daß das Spreizseil (16) über ein elastisches Element (21) am Hebezeug abgehängt ist.

3. Montagehalterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das elastische Element eine Schraubenzugfeder ist.

4. Montagehalterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das elastische Element eine durch umgekehrte Krafteinleitung als Zugfeder wirksame Schraubendruckfeder ist.

5. Montagehalterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das elastische Element eine pneumatische Feder ist.

6. Montagehalterung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß mehrere Federn in einem Paket Verwendung finden.

7. Montagehalterung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Federkonstante nach folgender Abhängigkeit dimensioniert ist:
  • c (N/mm) = m (kg) × g (m/sec²)/40 (mm)

wobei m die Masse des Laufrades und g die Erdbeschleunigung ist.