DE60300600T2

DE60300600T2 - Auswuchtvorrichtung und -verfahren für Rotorwellenflansch

Info

Publication number: DE60300600T2
Application number: DE60300600T
Authority: DE
Inventors: Stefan Jochen Wagner
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2002-07-13
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2023-06-19
Also published as: EP1380722B1; DE60300600D1; GB0216355D0; US6931861B2; US20040020216A1; EP1380722A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kratzschutzplatten zur Verwendung bei der Auswuchtung und zum Schutz eines verbolzten drehbaren Flansches. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Benutzung derartiger Kratzschutzplatten bei einem Gasturbinentriebwerk.
Es ist eine allgemein übliche Praxis, Bolzen und Muttern zu benutzen, um Flansche miteinander zu verbinden. Es ergibt sich jedoch ein Problem, wenn der Bolzenkopf in direkte Berührung mit der Flanschoberfläche gelangt. Beim Anziehen des Bolzens kann der Bolzenkopf die Flanschoberfläche anritzen, was schließlich zu einer Rissebildung und zu einem Bruch des Flansches führen kann. Es ist nicht möglich, einfach eine Unterlegscheibe zwischen dem Bolzenkopf und der Flanschoberfläche anzuordnen, weil beim Anziehen des Bolzens die Unterlegscheibe sich selbst drehen kann und dadurch die Flanschoberfläche beschädigt: Das Problem wurde bisher dadurch gelöst, dass eine Kratzschutzplatte anstelle einer Unterlegscheibe benutzt wurde. Anstelle eines einzigen Loches zur Aufnahme eines einzigen Bolzens besitzt eine Kratzschutzplatte mehrere Löcher, von denen jedes einen Bolzen aufnimmt. Daher kann sich die Kratzschutzplatte nicht drehen, wenn die Bolzen angezogen werden.
Es ist allgemein üblich, Flansche zu benutzen, um sich drehende Wellen zu verbinden. Der Flansch einer rotierenden Welle wird mit dem Flansch der anderen rotierenden Welle verbolzt. Es ergibt sich jedoch ein Problem, wenn die verbundenen Wellen mit einer sehr hohen Drehzahl umlaufen. Die Flansche können von der Achse weg gerichtete Massenkräfte erzeugen, die, falls sie nicht ausgewuchtet werden, eine glatte Drehung der verbundenen Wellen behindern. Dieses Problem wurde beim Stande der Technik durch Benutzung von Auswuchtgewichten gelöst, die am Flansch festgelegt wurden, oder es wurden Kratzschutzplatten verwendet, an denen Ausgleichsgewichte angeordnet waren, um die sich drehenden Wellen auszuwuchten.
Die US-A-3916495, die ein Verfahren und Mittel zum Auswuchten eines Gasturbinentriebwerks zur Reparatur im Freien betrifft, schlägt die Befestigung von Gewichtsunterlegscheiben an einem Spannbolzen vor. Die Spannbolzen übertragen kein Drehmoment und dienen dazu, eine Turbinenrotorscheibe in einem vorbestimmten axialen Abstand zu einer Welle zu halten.
1 veranschaulicht einen gemäß dem Stande der Technik ausgebildeten ausgewuchteten verbolzten Flansch. Ein Flansch 2 ist unter Benutzung von zahlreichen Bolzen 4 verbolzt. Eine Kratzschutzplatte 6 schützt die Oberfläche des Flansches 2 gegenüber den Köpfen der Bolzen 4. Die Kratzschutzplatten 6 sind identisch und besitzen fingerartige Fortsätze 8. Jeder fingerartige Fortsatz 8 besitzt ein Loch 10 an seinem Ende. Auswuchtgewichte unterschiedlicher Massen werden über die Löcher 10 festgelegt. Im typischen Fall besteht ein Auswuchtgewicht aus einem Aufbau aus Schraube, Mutter und Unterlegscheibe. Wenn eine größere Masse an einer bestimmten Stelle erforderlich ist, dann trägt der Aufbau mehrere oder schwerere Unterlegscheiben.
Diese Lösung ergibt verschiedene Nachteile. Es ist eine große Zahl einzelner Auswuchtgewichte erforderlich, um den drehbaren Flansch auszuwuchten, und die ausgewuchtete drehbare Welle ist daher schwer. Es gibt einen Grenzwert für die maximale Masse, die ein Auswuchtgewicht aufweisen darf, und es ist oft nicht möglich, die richtige Auswuchtmasse an der richtigen Stelle zu positionieren.
Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung eine Anordnung vor, die aus den folgenden Teilen besteht:
einem Flansch einer drehbaren Welle, die eine Mehrzahl von Löchern besitzt;
eine Mehrzahl von Kratzschutzplatten, von denen jede zwei oder mehrere Löcher aufweist, die auf entsprechende Löcher des Flansches ausgerichtet sind; und
eine Mehrzahl von Bolzen, die durch die Mehrzahl von Löchern im Flansch und die entsprechenden Löcher in den Kratzschutzplatten geführt sind, wobei jede der Kratzschutzplatten die gleiche ist.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Kratzschutzplatten wenigstens eine erste Kratzschutzplatte mit einer ersten Masse und wenigstens eine zweite unterschiedliche Kratzschutzplatte aufweist, die eine zweite unterschiedliche Masse besitzt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung gemäß dem Patentanspruch 1 vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Gruppe von Kratzschutzplatten zur Benutzung in einem verbolzten drehbaren Flansch vorgesehen, wie dies in dem Patentanspruch 6 beansprucht ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese ein Verfahren zur Festlegung einer ersten Welle an einer zweiten Welle zur im Wesentlichen ausgewuchteten Drehung, wie in Patentanspruch 7 beansprucht.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen daher die Benutzung unterschiedlicher Kratzschutzplatten mit unterschiedlichen Massen. Infolgedessen kann ein höheres Auswuchtgewicht an einer optimalen Stelle konzentriert werden, indem eine schwerere Kratzschutzplatte benutzt wird. So ermöglicht die vorliegende Erfindung eine bessere Möglichkeit der Auswuchtung. Außerdem wird die ausgewuchtete drehbare Welle leichter.
Die Kratzschutzplatten sind vorzugsweise gleich dick, haben jedoch eine unterschiedliche Form. Die Benutzung von Platten der gleichen Dicke bedeutet, dass Bolzen einer Standardgröße für alle Kratzschutzplatten verwendbar sind, und zwar unabhängig von deren Masse.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden Bezug auf in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele genommen. In der beiliegenden Zeichnung zeigen:
1 veranschaulicht Kratzschutzplatten gemäß dem Stande der Technik;
2 veranschaulicht im Schnitt ein Gasturbinentriebwerk;
3 veranschaulicht schematisch eine Anordnung von Turbinenwellen;
4 veranschaulicht einen ausgewuchteten verbolzten Flansch gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 veranschaulicht einen ausgewuchteten verbolzten Flansch gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
6A, 6B und 6C veranschaulichen Feinauswucht-Einsteller.
2 veranschaulicht ein Gasturbinentriebwerk 100, das axial in Strömungsrichtung hintereinander die folgenden Teile aufweist: einen Lufteinlass 111, einen Vortriebsfan 112, einen Zwischendruckkompressor 113, einen Hochdruckkompressor 114, eine Verbrennungsvorrichtung 115, eine Turbinenanordnung, bestehend aus Hochdruckturbine 116, Zwischendruckturbine 117 und Niederdruckturbine 118 sowie einer Schubdüse 119.
Das Gasturbinentriebwerk 100 arbeitet in der üblichen Weise derart, dass Luft, die in den Lufteinlass 111 eintritt, durch den Fan 112 beschleunigt wird, der zwei Luftströmungen erzeugt, nämlich eine erste Luftströmung in den Zwischendruckkompressor 113 hinein und eine zweite Luftströmung, die den Vortriebsschub liefert. Der Zwischendruckkompressor 113 komprimiert die ihm zugeführte Luft, bevor er sie an den Hochdruckkompressor 114 abgibt, wo eine weitere Kompression stattfindet.
Die komprimierte vom Hochdruckkompressor 114 gelieferte Luft wird in die Verbrennungsvorrichtung 115 eingeleitet, wo sie mit Brennstoff vermischt wird und wo die Mischung verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte expandieren dann durch die Hochdruckturbine 116, die Zwischendruckturbine 117 und die Niederdruckturbine 118 und treiben diese an, bevor sie über die Schubdüse 119 ausgeblasen werden, wo sie einen zusätzlichen Antriebsschub erzeugen. Die Hochdruckturbine 116, die Zwischendruckturbine 117 bzw. die Niederdruckturbine 118 treiben über die Hochgeschwindigkeitswelle 120, die Zwischengeschwindigkeitswelle 121 und die Niedergeschwindigkeitswelle 122 die Hochdruckkompressoren 114, die Zwischendruckkompressoren 113 und den Fan 112 an. Die Hochgeschwindigkeitswelle 120 dreht sich mit etwa 12000 u/min, und die Zwischengeschwindigkeitswelle dreht sich mit etwa 8000 u/min.
Die 3 veranschaulicht die Hochgeschwindigkeitswelle 120, die Zwischengeschwindigkeitswelle 121 und die Niedergeschwindigkeitswelle 122. Die Wellen sind koaxial angeordnet, wobei die Niedergeschwindigkeitswelle 122 innerhalb der Zwischengeschwindigkeitswelle 121 liegt. Die Zwischengeschwindigkeitswelle 121 liegt innerhalb der Hochgeschwindigkeitswelle 120. Die Hochgeschwindigkeitswelle 120 besteht aus einer ersten Welle 120a und einer zweiten Welle 120b, die über verbolzte Flansche 2 miteinander verbunden sind. Die Zwischengeschwindigkeitswelle 121 besteht aus einer ersten Zwischengeschwindigkeitswelle 121a und einer zweiten Zwischengeschwindigkeitswelle 121b, die über verbolzte Flansche 2 miteinander verbunden sind. Die Flansche sind unter Benutzung von Bolzen und Muttern miteinander verbunden. Kratzschutzplatten liegen zwischen den Köpfen der Bolzen und der Oberfläche des Flansches oder zwischen den Muttern und der Oberfläche der Flansche.
4 veranschaulicht einen verbolzten Flansch gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in 4 dargestellte Ansicht zeigt einen Flansch 2 der ersten Hochgeschwindigkeitswelle 120a, betrachtet in Richtung des Pfeiles A gemäß 3. Der Flansch 2 ist kreisringförmig ausgebildet und besitzt eine Mehrzahl von nicht dargestellten Löchern, die im gleichen Winkelabstand in einem Radius R1 angeordnet sind. Jedes Loch nimmt einen Bolzen 4 auf. Der Kopf der Bolzen ist in den Figuren dargestellt. Jeder Bolzen 4 tritt durch den Flansch 2 über den benachbarten Flansch 2 der zweiten Hochgeschwindigkeitswelle 120b hindurch und ist mittels einer Mutter gesichert. Kratzschutzplatten 6a, 6b sind zwischen dem Kopf eines jeden Bolzens 4 und der Oberfläche des Flansches 2 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel nehmen die Kratzschutzplatten jeweils zwei Bolzen auf. Es gibt zwei verschiedene Typen von Kratzschutzplatten, die die gleiche Dicke, aber eine unterschiedliche Form besitzen. Eine erste Type von Kratzschutzplatten 6a hat eine erste Masse, und eine zweite Type von Kratzschutzplatten 6b besitzt eine zweite Masse, die kleiner ist als die erste Masse. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwanzig Bolzen 4, drei erste Kratzschutzplatten 6a und sieben zweite Kratzschutzplatten 6b vorgesehen. Die Anordnung der ersten Kratzschutzplatten 6a und der zweiten Kratzschutzplatten 6b ist derart, dass die Hochgeschwindigkeitswelle 120 bezüglich ihrer Drehung ausgewuchtet ist.
5 veranschaulicht eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 4. Die Flansche haben wiederum zwanzig Bolzen 4 und drei erste Kratzschutzplatten 6a und sieben zweite Kratzschutzplatten 6b. Der Flansch 2 ist kreisringförmig und die Löcher für die Bolzen liegen auf einem Kreis mit dem Radius R1. Diese Anordnung besitzt zusätzlich Feinauswucht-Einsteller 12. Es gibt zwanzig Feinauswucht-Einsteller 12. Diese sind auf einem Kreis mit dem Radius R2 untergebracht, wobei R2 kleiner ist als R1. Ein Feinauswucht-Einsteller 12 ist jeweils zwischen den Bolzen 4 jeder Kratzschutzplatte angeordnet und jeweils ein Feinauswucht-Einsteller liegt zwischen jeweils zwei Kratzschutzplatten. Der Feinauswucht-Einsteller 12 ist im Einzelnen in den 6a, 6b und 6c dargestellt. Es ist in jedem der Flansche 2 von erster Hochgeschwindigkeitswelle 120a und zweiter Hochgeschwindigkeitswelle 120b ein Loch vorgesehen. Die Löcher in den Flanschen sind aufeinander ausgerichtet und eine Schraube 14 ist durch jedes Loch gesteckt und wird an Ort und Stelle durch eine Mutter 16 gehaltert. Eine oder mehrere Unterlegscheiben 18 sind zwischen der Mutter 16 und dem Flansch 2 angeordnet. Die Zahl und Form der benutzten Unterlegscheiben 18 kann verändert werden, um die Masse an einem bestimmten Punkt des Flansches einzustellen. So sind in 6a zwei Unterlegscheiben 18 gleicher Größe und Form vorgesehen. Bei 6b sind zwei Unterlegscheiben 18 unterschiedlicher Größe und Form vorgesehen, und in 6c ist eine Unterlegscheibe 18 einer speziellen Form vorgesehen. Je höher die Drehzahl der den Flansch 2 tragenden Welle ist, um so größer ist die Notwendigkeit einer Feinauswuchtung der Welle unter Benutzung der Feinauswucht-Einsteller 12.

Claims

Anordnung mit den folgenden Merkmalen: einem Flansch (2) einer drehbaren Welle (120a), der eine Mehrzahl von Löchern aufweist; eine Mehrzahl von Kratzschutzplatten (6a, 6b), von denen jede zwei oder mehrere Löcher aufweist, die auf die entsprechenden Löcher des Flansches ausgerichtet sind; eine Mehrzahl von Bolzen (4), die durch die Mehrzahl von Löchern im Flansch (2) und die entsprechenden Löcher in den Kratzschutzplatten (6a, 6b) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Kratzschutzplatten (6a, 6b) wenigstens eine erste Kratzschutzplatte (6a) mit einer ersten Masse und wenigstens eine zweite unterschiedliche Kratzschutzplatte (6b) aufweist, die eine zweite unterschiedliche Masse besitzt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kratzschutzplatte (6a) und die zweite Kratzschutzplatte (6b) die gleiche Dicke besitzen.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Kratzschutzplatten (6a, 6b) derart angeordnet ist, dass der rotierende Flansch (2) im Wesentlichen ausgewuchtet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung außerdem Feinauswuchtmittel (12) aufweist.
Gasturbinentriebwerk mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verbindung von Turbinenwellen eines Gasturbinentriebwerks.
Eine Gruppe von Kratzschutzplatten (6a, 6b) zur Benutzung in Verbindung mit einem verbolzten drehbaren Flansch (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (6a, 6b) folgende Teile umfassen: wenigstens eine erste Kratzschutzplatte (6a) mit einer ersten Masse und wenigstens eine zweite unterschiedliche Kratzschutzplatte (6b) mit einer zweiten unterschiedlichen Masse.
Verfahren zur Festlegung einer ersten Welle (120a) an einer zweiten Welle (120b) in einem im Wesentlichen ausgewuchteten Rotationszustand, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: es wird ein Flansch (2) einer ersten Welle (120a) an einem Flansch (2) einer zweiten Welle (120b) verbolzt; es wird die Oberfläche eines der Flansche (2) gegen jeden Bolzen (4) geschützt, indem eine Kratzschutzplatte (6a, 6b) zwischen jeden Bolzen (4) und den Flansch (2) gefügt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste Kratzschutzplatte (6a) mit einer ersten Masse ausgewählt und plaziert wird und dass wenigstens eine zweite Kratzschutzplatte (6b) ausgewählt und plaziert wird, die eine zweite Masse besitzt.