DE2841130A1

DE2841130A1 - Vorrichtung zum beseitigen der unwucht eines rotors

Info

Publication number: DE2841130A1
Application number: DE19782841130
Authority: DE
Inventors: Claude Dubois; Jean Marc Surdi
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1977-09-23
Filing date: 1978-09-21
Publication date: 1979-04-05
Also published as: FR2404212B1; DE2841130C2; GB2004624A; US4220055A; GB2004624B; FR2404212A1

Description

SOCIETE NATIONALE D¹ETuDE ET DE
CONSTRUCTION DE MOTEURS D¹AVIATION
(S.N.E.C.M.A.)
2, Boulevard Victor
F-75015 Paris / Frankreich

Vorrichtung zum Beseitigen der Unwucht eines Rotors.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beseitigen der Unwucht an einem in Drehbewegung befindlichen Teil mit Hilfe von Ausgleichsgewichten, die nötigenfalls angebracht werden,, um die Wirkungen einer Unwucht zu beseitigen» Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit derartiger Vorrichtungen zu verbessern, indem Sicherungen vorgesehen werden, die das Verbleiben der Ausgleichsgewichte an Ort und Stelle auch für den Fall gewährleisten, daß die Befestigungselemente, die das Ausgleichsgewicht mit dem Rotor verbinden, brechen. Die Erfindung wird insbesondere beim Beseitigen der Unwucht von umlaufenden Bauteilen in Strahltriebwerken, insbesonderevon TL-Triebwerken eingesetzt, vorzugsweise zum Beseitigen der Unwucht der Rotoren in Axialverdichtern.

Bei den bekannten Vorrichtungen sum Beseitigen der Unwucht, die mit der vorliegenden Erfindung verbessert werden sollen, ist der Rotor beispielsweise an seinem einen Ende mit einem

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Flansch versehen, der einen mit dem Rotor koaxialen Kranz bildet, in dem in regelmässigem Abstand Bohrungen für die Aufnahme eines Befestigungselements für ein Ausgleichsgewicht angeordnet sind. Dieser Flansch kann zwischen den Bohrungen spanabhebend bearbeitet werden, um das Eigengewicht des Flansches herabzusetzen. Die erforderlichen Ausgleichsgewichte werden an dem Flansch mit einfach anzubringenden Mitteln befestigt, etwa mit einem Gewindebolzen, einer Schraube, meistens aber mit Nieten. Diese Befestigungsmittel können immer zu Bruch gehen, wodurch nach mehr oder weniger langer Zeit das Ausgleichsgewicht entweder während der Rotation herausgeschleudert wird oder beim Stillstand des Rotors herausfällt.

Die Erfindung sieht daher eine Vorrichtung zum Beseitigen der Unwucht mit Ausgleichsgewichten vor, bei der ein Sicherungssystem angebracht ist, durch das die Ausgleichsgewichte beim Zubruchgehen ihrer Befestigungselemente an Ort und Stelle gehalten werden.

Gemäß der Erfindung ist eine Ringnut in einer ebenen Fläche des Flansches vorgesehen, die koaxial zu dem Flansch verläuft. Jedes Ausgleichsgewicht weist eine ebene Fläche auf, die sich an der mit der Nut versehenen Seite des Flansches abstützt und mit einer vorspringenden Rippe versehen ist, die beim Anbringen des Ausgleichsgewichts in die Nut eingreift. Jedes Ausgleichsgewicht enthält ausserdem eine Bohrung, die zum Fluchten mit einer der in dem Flansch befindlichen Bohrungen gebracht wird, damit das Befestigungsmittel durch beide Bohrungen hindurchgeführt werden kann. Nach dem Ansetzen und der Befestigung der Ausgleichsgewichte wird an dem Rotor ein Ring mit einer Planfläche angebracht, die sich gegen die genutete Seite des Flansches legt, aber mit Aussparungen in der Höhe der Bohrungen versehen ist, so daß sich Bereiche für die Aufnahme der Aus-

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gleichsgewichte ergeben. Die Abmessungen der Aufnahmebereiche sind so gewählt, daß einerseits jede Axialbewegung, die es der von dem Ausgleichsgewicht vorspringenden Rippe erlauben würde, aus der Flanschnut herauszutreten, unmöglich gemacht wird, womit verhindert werden soll, daß das Ausgleichsgewicht beim Bruch des Befestigungselements sich aus dem genannten Aufnahmebereich entfernt, und daß andererseits die Möglichkeit einer Verschiebung der Rippe des Ausgleichsgewichts in der Flanschnut in Kreisumfangsrichtung auf ein Minimum reduziert wird.

Auf diese Weise werden die Ausgleichsgewichte im Falle des Zubruchgehens des Hauptbefestigungselements sowohl beim Umlauf des Rotors als auch im Stillstand an ihrem Platz gehalten, wodurch auch ein ausreichend guter Auswuchtzustand des Rotors gewährleistet ist.

Um weiterhin das Herausschleudern oder Herausfallen des Befestigungselements oder von Teilen dieses Elements beim Bruch zu verhindern, empfiehlt es sich, den Ring so auszubilden, daß einerseits jeder Aufnahmebereich das an dem Ausgleichsgewicht austretende Ende des Befestigungselements überdeckt, indem die Möglichkeit zu einer Axialbewegung des genannten Endes begrenzt wird, und daß der Ring andererseits in Verbindung mit dem Rotor einen Raum bildet, in dem das andere Ende festgehalten wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beseitigen der Unwucht ist besonders geeignet für Axialverdichter, soweit der Ring zum Festhalten der Ausgleichgewichte gleichzeitig eine weitere Funktion ausüben kann. Dieser Ring kann insbesondere durch eine Änderung des Tragkranzes gebildet werden, der die Labyrinthdichtung hält, die in üblicher Weise am Rotorende angebracht ist» Bei einer solchen Aus-

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führung wÄrde die erfindungsgemäße Befestigung der Ausgleichsgewichte an dem Rotor ausserdera das Abnehmen des Labyrinthdichtungsträgers ohne Beeinträchtigung des Auswuchtzustands des eigentlichen Rotors ermöglichen. Der Bruch eines der Befestigungselemente stellt eine in keiner Weise gefährlich werdende, zunächst nicht erkennbare Störung dar; erst beim Abnehmen des Ringes kann das Ausgleichsgewicht abfallen, das dann mit einem neuen Befestigungselement wieder angesetzt wird.

Die nachstehende Beschreibung der Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Anwendung der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung an dem Rotor eines vor allem in TL-Strahltriebwerken verwendeten Axialverdichters. Die Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Abschnitt des einen Endes eines derartigen Verdichters;

Fig. 2 in kleinerem Maßstab eine Ansicht des Endes des Verdichters in einer Querebene mit dem Flansch,

. an dem die Ausgleichsgewichte befestigt werden.

Der Verdichter weist einen Rotor 1 auf, an dem Schaufeln befestigt sind, deren Fuß 3 derart in eine Nut 4 des Rotors eingreift, daß eine Schwalbenschwanzverbindung zustandekommt, durch die die feste Verbindung der Schaufeln mit dem Rotor in radialer Richtung hergestellt wird. Die Festlegung der Schaufeln in den Nuten in Achsenrichtung erfolgt in üblicher Weise durch Spangen, Kugeln, Stifte oder Verstrebungen. In dem in Fig. 1 gezeichneten speziellen Fall ist eine Festlegung mit Verstrebungen vorgesehen, das bedeutet, daß die Schaufeln der verschiedenen Verdichterstufen durch Verstrebungen getrennt sind, an denen sie sich

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mit ihrem Fuß 3 abstützen, wobei der Rotor mit einem in Strömungsrichtung hinten liegenden Ring ausgestattet ist, an dem sich die Rückfläche der Schaufelfüße der hinteren Stufe abstützen? sowie mit einem zweiten, in Strömungsrichtung vorn liegenden Ring, an dem sich die Vorderseite der Schaufelfüße der vorn liegenden Verdichterstufe abstützen, so daß das Ganze verriegelt ist. Mindestens einer der Ringe läßt sich von dem Rotor abnehmen.

Eine derartige Vorrichtung für die Befestigung der Schaufeln an einem Leichfcrotor aus Faserstoff ist in dem französischen Patent 2 143 561 der Anmelderin beschrieben-

In Figο 1 stellt das' Teil 5 eine mögliche Ausführungsform des vorderen Ringes dar; der Ring 5 bildet ausserdem den Träger für Dichtungslippen 6 _v die mit einem beispielsweise einen Teil des Stators bildenden Organ 7 zusammenwirken, so daß eine Labyrinthdichtung entsteht. Der Ring 5 ist mit nicht gezeichneten, in parallel zu der Rotorachse verlaufender Richtung eingesetzten, gleichmässig verteilten Schrauben oder Gewindebolzen abnehmbar befestigte

Bei bestimmten bekannten Ausführungsformen sind die Ausgleichsmassen an dem Ring 5 angebracht, was beim Abbau des Ringes dazu führt, daß der Rotor nach dem Wiederansetzen des Ringes neu ausgewuchtet werden muß. Die Erfindung hat neben anderen Vorteilen den Vorzug, daß dieser Auswuchtvorgang vermieden werden kann, indem die Ausgleichsgewichte unmittelbar an dem Rotor 1 befestigt werden.

Der Rotor besitzt zu diesem Zweck einen koexial zu dem Rotor verlaufenden Ringflansch 8, der einen praktisch ebenen Kranz darstellt. In die ebene Seite des Flansches 8, an der sich die Reguliergewichte 9 abstützen sollen, ist eine

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koaxial zu dem Flansch verlaufende Ringnut 10 geschnitten. Der Flansch 8 weist gleichabständig angeordnete Bohrungen 11 auf, durch die Elemente zum Befestigen der Ausgleichsgewichte hindurchgeführt werden sollen; ferner ist der Kranz in gleichmässigen Abständen spanabhebend bearbeitet, so daß zwischen den Bohrungen Einkerbungen 12 zur Herabsetzung des Gewichtes des Kranzes entstehen (vgl. Fig. 2).

Im Schnitt in einer die Rotorachse enthaltenden Ebene hat jedes Ausgleichsgewicht 9 bei der gewählten Ausführung die Form eines Winkelstücks. Der Abschnitt 13 des Winkels verläuft quer zu der Rotorachse und besitzt eine Planfläche, mit der er sich gegen die genutete Planfläche des Flansches 8 legt. Aus dieser Planfläche des Ausgleichsgewichts springt eine Rippe 14 vor, die sich wie ein Schnabel in die Nut 10 legt, wenn das Ausgleichsgewicht angebracht ist. Der Abschnitt 13 ist ferner mit einer Bohrung II¹ versehen, die in Flucht mit der Bohrung 11 gebracht wird, damit ein Befestigungselement hindurchgeführt werden kann. Der axial verlaufende Abschnitt 15 des Winkels legt sich gegen die innere Ringfläche 16 des Flansches und besitzt deswegen eine mit der Fläche 16 koaxial liegende Zylinderfläche.

Ein angesetztes Ausgleichsgewicht wird somit durch sein Befestigungselement 17 festgehalten, das nach der Figur ein einzelner Niet ist. Durch das Zusammenwirken des Abschnitts 15 des Ausgleichsgewichts mit der Fläche 16 des Flansches wird die gegenüber der Achse seines Befestigungsmittels drehfeste Lagerung des Ausgleichsgewichts herbeigeführt.

Die Herstellung der verwendeten Ausgleichsgewichte ist besonders einfach; unterschiedliche Massen lassen sich durch Verändern des Volumens des Abschnitts 15 erzielen.

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Durch die Form des Ausgleichsgewichts wird unabhängig von zusätzlichen Hilfsmitteln ein Sicherheitszustand herbeigeführt, der mit dem von bekannten Befestigungsmitteln für Ausgleichsgewichte erreichten vergleichbar ist= Trotzdem ist, um einen denkbaren Fehler an dem Befestigungselement zu berücksichtigen und das Verbleiben des Ausgleichsgewichtes an Ort und Stelle bei einem etwaigen Bruch des Befestigungselements zu gewährleisten, eine zusätzliche Sicherungsvorkehrung getroffen. Der Ring 5 ist zu diesem Zweck mit einem Teil 18 ausgestattet, das eine Ringfläche besitzt, die sich gegen die genutete Fläche des Flansches 8 legt. In der Höhe der Bohrungen 11 des Flansches sind jedoch Ausnehmungen vorgesehen. Diese Ausnehmungen sind so geformt, daß jede Axialbewegung des Ausgleichsgewichts, die zum Heraustreten der Rippe 14 aus der Nut 10 führen könnte, unterbunden wird. Infolgedessen wird das Ausgleichsgewicht sogar beim Bruch seines Befestigungselements 17 an seinem Platz festgehalten. Die Breite der Ausnehmung ist ebenfalls so gering gehalten, daß jede Bewegung des Ausgleichsgewichts in Umfangsrichtung infolge Verschiebung der Rippe 14 in der Nut 10 unmöglich gemacht wird.

Im übrigen muß die Radialerstreckung des Abschnitts 18 genügend groß für die Höhe der Ausnehmungen gewählt werden, um das eine, in das Ausgleichsgewicht eingelassene Ende 17" des Befestigungselements 17 umschließen zu können, so daß dieses Ende 17' bei einem Bruch des Befestigungselements ebenfalls eingeschlossen bleibt. Der Ring 5 ist ausserdem so ausgeführt, daß in Verbindung mit dem Rotor 1 ein Raum 19 entsteht, der im gleichen Falle das andere Ende 17" eines Befestigungselements 17 umschlossen hält.

Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung ist somit

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in dreierlei Hinsicht besonders vorteilhaft: einerseits werden die Ausgleichsgewichte, wenn das Hauptbefestigungselement bricht, bei sich drehendem Rotor ebenso wie bei Stillstand des Rotors an ihrem Platz gehalten, andererseits wird das Herausschleudern der Teile des gebrochenen Befestigungselements im Betrieb verhindert und schließlich kann der Labyrinthdichtungsträger abgenommen werden, ohne daß der Auswuchtzustand des eigentlichen Rotors beeinträchtigt wird.

ntanwalt

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Claims

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Di ρ I.-I ng. H. MITSCHERLICi-: D-8000 MÖNCHEN 22

Dipl.-lng. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr. re,, not. W. KÖRBER * ⁽⁰⁸⁹⁾ *²⁹⁶⁶⁸⁴ Dipl.-lng. J. SCHMIDT-EVERS
PATENTANWÄLTE

21. September 19 78

SOCIETE NATIONALE D¹ETUDE ET DE

CONSTRUCTION DE MOTEURS D¹AVIATION

(S.N.E.C.M.A.)

2, Boulevard Victor

F-75015 Paris / Frankreich

Ansprüche :

Vorrichtung zum Beseitigen der Unwucht eines Rotors, bestehend aus Ausgleichsgewichten, die nach Bedarf an einem Rotorflansch angebracht werden, der einen mit dem Rotor koaxialen ringförmigen Kranz bildet, in dem gleichabständige Bohrungen vorgesehen sind, die zur Aufnahme eines Befestigungselements für ein Ausgleichsgewicht dienen, und ferner aus einem Sicherungssystem, das das Verbleiben der Ausgleichsgewichte an ihrem Platz für den Fall des Bruchs der jeweiligen Befestigungselemente bewirkt,

dadurch gekennzeichnet, daß in eine ebene Fläche des Flansches (8) eine koaxial zu dem Flansch (8) verlaufende Ringnut (10) geschnitten ist, in die eine an jedem Ausgleichsgewicht (9) angeordnete schnabelartige Rippe (14) eingreift, und daß an den Rotor (1) nach dem Befestigen der Ausgleichsgewichte (9) ein Ring (5) gesetzt wird, der sich an der die Ausgleichsgewichte (9) tragenden genuteten Fläche des Flansches (8) abstützt und der gleichabständig verteilt in Höhe der Bohrungen (11) des Flansches (8) Ausnehmungen aufweist, die jeweils einen Auf-

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nahmebereich für ein Ausgleichsgewicht (9) bilden, wobei das Zusammenwirken der an dem Ausgleichsgewicht (9) befindlichen Rippe (14) mit der in den Flansch (8) geschnittenen Nut (10) jedes Heraustreten des Ausgleichsgewichts aus seinem Aufnahmebereich im Falle eines Bruchs des Befestigungselements (17) verhindert.
2. Vorrichtung zum Beseitigen der unwucht eines Rotors, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes angesetzte Ausgleichsgewicht (9) in einer die Rotorachse enthaltenden Schnittebene die Form eines Winkelstückes hat, wobei der quer verlaufende Winkelabschnitt (13) eine an der genuteten Fläche des Flansches (8) anliegende ebene Fläche sowie eine aus dieser Fläche schnabelförmig vorstehende einrastende Rippe OA) und eine Bohrung (II¹) zum Hindurchführen des Befestigungselements (17) aufweist und der axial verlaufende Abschnitt (15) sich an der inneren Ringfläche des Flansches (8) abstützt und dazu mit einer koaxial zu dem Flansch (8) verlaufenden Zylinderfläche versehen ist.
3. Vorrichtung zum Auswuchten eines Rotors, nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an den Flansch (8) anlehnenden Ausnehmungen des Ringes (5) eines der Enden (17') des Befestigungselements (17) abschliessen, und daß der Ring (5) einen Abschnitt aufweist, der zusammen mit dem Rotor (1) einen Raum (19) bildet, der das andere Ende (17") des Befestigungselements umschließt.
4. Axialverdichter für Strahltriebwerke, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Auswuchtung S3 ines Rotors (1) mit Hilfe der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche erfolgt, wobei der sich an dem Flansch (8) abstützende Ring (5), der die zum Umschließen der Abgleichgewichte (9) bestimmten Ausnehmungen aufweist, ausserdem Bauelemente (6) trägt, die mit einem feststehenden Teil (7) des Verdichters zur Bildung einer Labyrinthdichtung zusammenwirken.

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