[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor, insbesondere Gasturbinenläufer, mit
mehreren jeweils eine axiale Durchgangsöffnung aufweisenden Rotorscheiben, die über
zumindest einen sich durch die Durchgangsöffnungen erstreckenden Zuganker axial verspannt
und zu zumindest einer Rotorscheibeneinheit zusammengefasst sind, wobei am Außendurchmesser
des Zugankers zumindest ein den Zuganker umfassender Stützring anliegt, der mit einer
zugeordneten Rotorscheibe in Eingriff ist und über den sich der Zuganker an der Rotorscheibe
abstützt, und wobei zur axialen Sicherung des zumindest einen Stützrings wenigstens
ein Sicherungsring vorgesehen ist.
[0002] Derartige Rotoren, die aus einer Vielzahl einzelner Rotorscheiben unter Bildung einer
oder mehrerer Rotorscheibengruppen zusammengesetzt sind, sind im Stand der Technik
in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. Die Rotorscheiben jeder Rotorscheibeneinheit
werden über den Zuganker flächig aneinander gepresst, wobei die Presskraft normalerweise
durch endseitig auf den Zuganker aufgeschraubte Schraubenmuttern erzeugt wird. Meist
werden unmittelbar benachbart angeordnete Rotorscheiben zusätzlich über einen Formschluss
miteinander verbunden und zentriert. Ein solcher Formschluss kann beispielsweise über
eine sogenannte Hirth-Verzahnung gebildet werden.
[0003] Während des Betriebs ist der Rotor mechanischen Schwingungen ausgesetzt, deren Frequenz
unter anderem von der frei schwingenden Länge des Zugankers abhängig ist. Mit zunehmender
Baulänge eines Rotors nimmt auch die freischwingende Länge des Zugankers zu, was dazu
führt, dass sich dessen Eigenfrequenz auf ein niedrigeres Niveau nahe der Rotationsfrequenz
des Rotors verschiebt. Eine solche Frequenzverschiebung kann unzulässig hohe Schwingungsamplituden
nach sich ziehen, welche die Funktion des Rotors beeinträchtigen und zu Schäden führen
können.
[0004] Zur Verringerung der frei schwingenden Länge des Zugankers ist es bereits bekannt,
am Außendurchmesser des Zugankers zumindest einen Stützring anzubringen und mit einer
der Rotorscheiben zu verbinden. Über einen derartigen Stützring kann sich der Zuganker
an der entsprechenden Rotorscheibe abstützen. So schlägt beispielsweise die
DE 2 643 886 einen Stützring in Form eines Stülprings mit sich aufweitendem Innendurchmesser vor,
wobei der Stülpring mit seinem freien Ende größeren Innendurchmessers in eine an der
zugeordneten Rotorscheibe vorgesehene Ringnut greift und sich mit dem kleinsten Innendurchmesser
an dem Zuganker abstützt. Während des Betriebs wird aufgrund einer Fliehkraftdehnung
der Rotorscheibe das mit der Rotorscheibe verbundene Ende des Stülprings derart aufgeweitet,
dass der am Außenumfang des Zugankers anliegende Innendurchmesser des Stülprings endseitig
gegen den Zuganker drückt, wodurch eine feste Verspannung zwischen der Rotorscheibe
und dem Zuganker und damit die gewünschte Stützwirkung erzielt wird.
[0005] Um zu verhindern, dass sich ein Stützring axial entlang des Außenumfangs des Zugankers
verschieben kann, ist es ferner bekannt, den Stützring durch einen zusätzlichen Sicherungsring
axial zu sichern. So schlägt die
DE 2 643 886 beispielsweise die Verwendung eines hülsenförmigen Sicherungsrings vor, der zwischen
dem Stützring und einer weiteren Rotorscheibe eingesetzt und zusammen mit den Rotorscheiben
über den Zuganker verspannt wird. Ist eine weitere Rotorscheibe nicht vorhanden, so
muss eine Dummy-Rotorscheibe zum Einsatz kommen, um die Sicherungshülse axial neben
den Stützring drücken zu können. Die Verwendung einer solchen Dummy-Rotorscheibe geht
jedoch mit hohen Kosten einher, was nicht wünschenswert ist.
[0006] Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen kostengünstigen Rotor der eingangs genannten Art mit einem alternativen Aufbau
zu schaffen.
[0007] Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung einen Rotor der eingangs
genannten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sicherungsring mittels einer
Drehverriegelung an der zugeordneten Rotorscheibe befestigt ist und den Stützring
an dieser hält, wobei der Sicherungsring unter Verwendung eines Sicherungsbleches
gegen ein Losdrehen gesichert ist. Erfindungsgemäß wird der Stützring also in axialer
Richtung einerseits von der Rotorscheibe, mit der er verbunden ist, und andererseits
von dem Sicherungsring eingefasst, der an derselben Rotorscheibe befestigt ist. Ein
Verspannen des Sicherungsrings gegen den Stützring über den Zuganker ist somit nicht
erforderlich. Entsprechend kann der Einsatz einer Dummy-Rotorscheibe entfallen. Die
Befestigung des Sicherungsrings an der Rotorscheibe erfolgt mittels einer Drehverriegelung,
die durch ein Sicherungsblech gegen ein Losdrehen gesichert ist, was zu einem einfachen
und preiswerten Aufbau des Rotors führt.
[0008] Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Sicherungsblech mit
dem Sicherungsring und der zugeordneten Rotorscheibe in Eingriff. Auf diese Weise
wird ein einfacher Aufbau erreicht.
[0009] Bei einem erfindungsgemäßen Rotor weist der Sicherungsring zum Aufnehmen des Sicherungsbleches
vorteilhaft eine Ausnehmung aufweisen, die sich L-förmig über eine äußere Umfangsfläche
des Sicherungsrings und eine der zugeordneten Rotorscheibe zugewandte Stirnfläche
des Sicherungsrings erstreckt. Eine solche L-förmige Ausnehmung lässt sich an einem
Sicherungsring mit geringem Aufwand - auch nachträglich - beispielsweise mittels Fräsen
ausbilden und ermöglicht eine Fixierung des Sicherungsbleches an dem Sicherungsring.
[0010] Bevorzugt weist die dem Sicherungsring zugeordnete Rotorscheibe an einer äußeren
Stirnseite eine sich radial erstreckende Aussparung zum Aufnehmen des Sicherungsbleches
auf, die derart positioniert ist, dass sie mit der Ausnehmung des Sicherungsrings
fluchtet, wenn dieser sich in einer Verriegelungsposition befindet. Diese Aussparung
an der zugeordneten Rotorscheibe kann ebenfalls mit geringem Aufwand - auch nachträglich
- beispielsweise mittels Fräsen in der Rotorscheibe ausgebildet werden. Ihre Position
definiert zugleich ein Maß, wie weit der Sicherungsring gegenüber der zugeordneten
Rotorscheibe verdreht werden muss, um die Befestigung des Sicherungsrings an der Rotorscheibe
zu gewährleisten.
[0011] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotors besitzt das Sicherungsblech
eine Z-förmige Gestalt und ist in der Ausnehmung des Sicherungsrings und der Aussparung
der Rotorscheibe aufgenommen. Zum Erreichen der Z-förmigen Gestalt wird bevorzugt
ein zunächst L-förmiges Sicherungsblech in eine L-förmige Ausnehmung des Sicherungsrings
eingesetzt, anschließend der Sicherungsring mit der zugeordneten Rotorscheibe in Eingriff
gebracht und mittels der Drehverriegelung an dieser befestigt, woraufhin der von außen
zugängliche freie Schenkel des Sicherungsbleches in eine Aussparung der Rotorscheibe
gebogen wird, wodurch sich die Z-förmige Gestalt ergibt.
[0012] Vorteilhaft ist die Drehverriegelung als Bajonettverbindung ausgebildet. Alternativ
kann aber auch beispielsweise eine Schraubverbindung als Drehverriegelung dienen.
[0013] Bei einer Bajonettverbindung weist der Sicherungsring entlang seines Umfangs verteilt
radial vorstehende Bajonettvorsprünge auf, die in eine an der zugeordneten Rotorscheibe
vorgesehene ringförmige Bajonettnut greifen, die mit korrespondierend zu den Bajonettvorsprüngen
ausgebildeten Bajonettvorsprungaufnahmeöffnungen versehen ist, die ein axiales Einsetzen
der Bajonettvorsprünge in die Bajonettnut ermöglichen.
[0014] Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotors teilt die Ausnehmung des Sicherungsrings
einen der Bajonettvorsprünge. Diese Ausgestaltung der Ausnehmung des Sicherungsrings
stellt sicher, dass das Sicherungsblech bei einem Drehen des Sicherungsrings während
der Montage nicht aus der Ausnehmung hinausgelangen kann. Insbesondere kann die Ausnehmung
einen der Bajonettvorsprünge mittig teilen.
[0015] Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist der Stützring einen sich
aufweitenden Innendurchmesser auf und greift mit seinem freien Ende größeren Innendurchmessers
in eine an der zugeordneten Rotorscheibe vorgesehene Ringnut. So kann der Stützring
beispielsweise analog zu dem in der
DE 26 43 886 offenbarten Stülpring ausgebildet sein.
[0016] Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Sicherungsbleches
zur Sicherung eines Sicherungsringes, der einen Stützring mit einer Rotorscheibe in
Eingriff hält, gegen ein Losdrehen.
[0017] Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden
Beschreibung eines Rotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
- Figur 1
- eine schematische Querschnittsansicht eines Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Figur 2
- eine vergrößerte perspektivische Schnittansicht des in Figur 1 mit dem Bezugszeichen
II gekennzeichneten Ausschnitts, die eine Anordnung gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
- Figur 3
- eine perspektivische Schnittansicht der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung im unverriegelten und ungesicherten Zustand;
- Figur 4
- eine perspektivische Ansicht eines Sicherungsrings der in den Figuren 2 und 3 gezeigten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Figur 5
- eine vergrößerte perspektivische Ansicht des in Figur 4 mit dem Bezugszeichen V gekennzeichneten
Ausschnitts;
- Figur 6
- eine perspektivische Rückansicht des in Figur 5 gezeigten Ausschnitts;
- Figur 7
- eine perspektivische Ansicht eines Sicherungsbleches für eine Anordnung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- Figur 8
- eine perspektivische Ansicht eines Verriegelungswerkzeugs für den in Figur 4 gezeigten
Sicherungsring.
[0018] Die Figuren 1 bis 7 zeigen einen Rotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Der Rotor 1, der vorliegend einen Gasturbinenläufer bildet, umfasst eine
Vielzahl von jeweils eine axiale Durchgangsöffnung 2 aufweisenden Rotorscheiben 3,
eine Hohlwelle 4 und einen sich durch die Durchgangsöffnung 2 und die Hohlwelle 4
erstreckenden Zuganker 5, über den die Rotorscheiben 3 und die Hohlwelle 4 in bekannter
Weise unter Verwendung endseitig auf den Zuganker 5 aufgeschraubter Spannteile 6 axial
verspannt sind. Dabei sind die Rotorscheiben 3 zu einer verdichterseitigen Rotorscheibeneinheit
7 und einer turbinenseitigen Rotorscheibeneinheit 8 zusammengefasst, wobei die Hohlwelle
4 zwischen den beiden Rotorscheibeneinheiten 7 und 8 angeordnet ist. Die einander
zugewandten Stirnflächen unmittelbar benachbart angeordneter Rotorscheiben 3 sind
jeweils mit einer nicht näher dargestellten Hirth-Verzahnung versehen, wodurch infolge
der Verspannung durch den Zuganker 5 auch eine formschlüssige Verbindung zwischen
den benachbarten Rotorscheiben 3 sowie eine Zentrierung bezüglich der Mittelachse
M des Rotors 1 erzielt wird. Am Außenumfang der jeweiligen Rotorscheiben 3 sind Laufschaufeln
9 angeordnet. Zwischen den Rotorscheiben 3 vorhandene Zwischenräume 10 dienen zur
Führung eines Kühlfluids zum Kühlen der Rotorscheiben 3, das über einen zwischen dem
Zuganker 5 und den Rotorscheiben 3 bzw. der Hohlwelle 4 gebildeten Kühlkanal zugeführt
wird.
[0019] Aufgrund der großen Länge des Zugankers 5 liegen an dessen Außendurchmesser mehrere
Stützringe 11 an, die, wie es in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, jeweils mit
einer der Rotorscheiben 3 in Eingriff sind. Jeder Stützring 11 weist einen sich aufweitenden
Innendurchmesser auf, wobei jeweils das freie Ende mit dem größeren Innendurchmesser
in eine an der benachbart angeordneten Rotorscheibe 3 vorgesehene Ringnut 12 greift.
Zur axialen Sicherung des Stützrings 11 ist ein Sicherungsring 13 vorgesehen, der
jeweils an derjenigen Rotorscheibe 3 mittels einer Drehverriegelung befestigt ist,
in die auch der zugeordnete Stützring 11 eingreift. Der Sicherungsring 13 ist derart
ausgebildet, dass er eine von der zugeordneten Rotorscheibe 3 weg weisende Stirnfläche
14 des zugeordneten Stützrings 11 umgreift. Jeder Sicherungsring 13 ist einteilig
aus Metall hergestellt.
[0020] Die Drehverriegelung zwischen dem Sicherungsring 13 und der Rotorscheibe 3 ist als
eine Bajonettverbindung ausgebildet. Zur Realisierung der Bajonettverbindung weist
der Sicherungsring 13 entlang seines Umfangs verteilt radial vorstehende Bajonettvorsprünge
15 auf, die in eine an der zugeordneten Rotorscheibe 3 vorgesehene ringförmige Bajonettnut
16 greifen, die mit korrespondierend zu den Bajonettvorsprüngen 15 ausgebildeten Bajonettvorsprungaufnahmeöffnungen
17 versehen ist, die ein axiales Einsetzen der Bajonettvorsprünge 15 in die Bajonettnut
16 ermöglichen. Entsprechend kann der Sicherungsring 13 axial über den Stützring 11
geschoben werden, wobei die Bajonettvorsprünge 15 in die zugehörigen Bajonettvorsprungaufnahmeöffnungen
17 eingesetzt werden, worauf die Bajonettvorsprünge 15 im Rahmen einer Drehbewegung
des Sicherungsrings 13 in der Bajonettnut 16 axial fixiert werden.
[0021] Der Sicherungsring 13 weist eine L-förmige Ausnehmung 18 auf, die sich über eine
äußere Umfangsfläche des Sicherungsrings 13 und eine der zugeordneten Rotorscheibe
3 zugewandte Stirnfläche des Sicherungsrings 13 erstreckt und einen Bajonettvorsprung
15 mittig teilt. An der der Rotorscheibe 3 abgewandten Stirnfläche des Sicherungsrings
13 sind radial gegenüberliegend zwei Aufnahmeöffnungen 19 vorgesehen, die entsprechende
Vorsprünge 20 eines Verriegelungswerkzeugs 21 aufnehmen können.
[0022] An einer äußeren Stirnfläche der Rotorscheibe 3 ist eine sich radial erstreckende
Aussparung 22 ausgebildet, deren Breite im Wesentlichen der Breite der an dem Sicherungsring
13 vorgesehenen Ausnehmung 18 entspricht. Die Aussparung 22 ist an der Stirnseite
der Rotorscheibe 3 derart positioniert, dass sie mit der Ausnehmung 18 des Sicherungsrings
13 fluchtet, wenn sich dieser in einer Verriegelungsposition befindet.
[0023] Als Losdrehsicherung ist ein Sicherungsblech 23 vorgesehen, das im bestimmungsgemäß
montierten Zustand ein Losdrehen des Sicherungsrings 13 aus der Verriegelungsposition
verhindert. Das Sicherungsblech 23 besitzt eine Z-förmige Gestalt und ist in der Ausnehmung
18 des Sicherungsrings 13 und der Aussparung 22 der Rotorscheibe 3 aufgenommen. Hierzu
entspricht die Breite des Sicherungsbleches 23 im Wesentlichen den Breiten der Ausnehmung
18 und der Aussparung 22.
[0024] Zur Montage des Sicherungsrings 13 wird zunächst der Sicherungsring 13 über den Zuganker
5 gestülpt, so dass er den Stützring 11 einfasst. Dann wird das im vormontierten Zustand
zunächst L-förmige Sicherungsblech 23 in die L-förmige Ausnehmung 18 des Sicherungsrings
13 eingelegt. Anschließend wird der mit dem Sicherungsblech 23 versehene Sicherungsring
13 in die Bajonettnut 16 der Rotorscheibe 3 axial eingesetzt, wobei die Bajonettvorsprünge
15 in die entsprechenden Bajonettvorsprungaufnahmeöffnungen 17 eingesetzt werden.
Mit dem Verriegelungswerkzeug 21, dessen Vorsprünge 20 in die an dem Sicherungsring
13 vorgesehenen Aufnahmeöffnungen 19 eingesetzt sind, wird nun der Sicherungsring
13 in der Bajonettnut gedreht, bis die Ausnehmung 18 des Sicherungsrings 13 mit der
Aussparung 22 der Rotorscheibe 3 fluchtet. Nunmehr ist der Stützring 11 axial zwischen
der Rotorscheibe 3 und dem Sicherungsring 13 gehalten und entsprechend gesichert.
Das vorstehende freie Ende des Sicherungsbleches 23 wird abschließend in die Aussparung
22 der Rotorscheibe 3 gebogen.
[0025] Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Sicherungsrings 13 besteht darin,
dass dieser nicht über den Zuganker 5 gegen den zugehörigen Stützring 11 verspannt
wird, weshalb sich Stützringe 11 unabhängig von ihrer Position einfach und preiswert
montieren lassen. Auch ein Nachrüsten ist ohne großen Aufwand möglich. Aufgrund seines
einfachen Aufbaus kann der Sicherungsring 13 zudem kostengünstig hergestellt werden.
Die Verwendung eines Sicherungsbleches 23 zur Sicherung des Sicherungsrings 13 gegen
ein Losdrehen bietet darüber hinaus den Vorteil, dass bei der Montage weder auf die
Rotorscheibe 3 noch auf den Sicherungsring 13 Kräfte ausgeübt werden, wodurch unerwünschte
Verformungen und/oder Rissbildungen vermieden werden. Auch lässt sich die Anordnung
problemlos demontieren, was bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten von Vorteil ist.
Ferner lassen sich die erforderlichen Ausnehmungen 18 bzw. Aussparungen 22 auch nachträglich
einfach in Sicherungsringe 13 und Rotorscheiben 3 einbringen, so dass bestehende Losdrehsicherungen
durch eine erfindungsgemäße Losdrehsicherung ersetzt werden können.
[0026] Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert
und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele
eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden,
ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
1. Rotor (1), insbesondere Gasturbinenläufer, mit mehreren jeweils eine axiale Durchgangsöffnung
(2) aufweisenden Rotorscheiben (3), die über zumindest einen sich durch die Durchgangsöffnungen
(2) erstreckenden Zuganker (5) axial verspannt und zu zumindest einer Rotorscheibeneinheit
(7) zusammengefasst sind,
wobei am Außendurchmesser des Zugankers (5) zumindest ein den Zuganker (5) umfassender
Stützring (11) anliegt, der mit einer zugeordneten Rotorscheibe (3) in Eingriff ist
und über den sich der Zuganker (5) an der Rotorscheibe (3) abstützt, und
wobei zur axialen Sicherung des zumindest einen Stützrings (11) wenigstens ein Sicherungsring
(13) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Sicherungsring mittels einer Drehverriegelung an der zugeordneten Rotorscheibe
(3) befestigt ist und den Stützring (11) an dieser hält,
wobei der Sicherungsring (13) unter Verwendung eines Sicherungsbleches (23) gegen
ein Losdrehen gesichert ist.
2. Rotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sicherungsblech (23) mit dem Sicherungsring (13) und der zugeordneten Rotorscheibe
(3) in Eingriff ist.
3. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sicherungsring (13) eine das Sicherungsblech (23) aufnehmende Ausnehmung (18)
aufweist, die sich L-förmig über eine äußere Umfangsfläche des Sicherungsrings (13)
und eine der zugeordneten Rotorscheibe (3) zugewandte Stirnfläche des Sicherungsrings
(13) erstreckt.
4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zugeordnete Rotorscheibe (3) an einer äußeren Stirnfläche eine sich radial erstreckende
Aussparung (22) zum Aufnehmen des Sicherungsbleches (23) aufweist, die derart positioniert
ist, dass sie mit der Ausnehmung (18) des Sicherungsrings (13) fluchtet, wenn sich
dieser in einer Verriegelungsposition befindet.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sicherungsblech (23) eine Z-förmige Gestalt aufweist und in der Ausnehmung (18)
des Sicherungsrings (13) und in der Aussparung (22) der zugeordneten Rotorscheibe
(3) aufgenommen ist.
6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drehverriegelung als Bajonettverbindung ausgebildet ist.
7. Rotor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sicherungsring (13) entlang seines Umfangs verteilt radial vorstehende Bajonettvorsprünge
(15) aufweist, die in eine an der zugeordneten Rotorscheibe (3) vorgesehene ringförmige
Bajonettnut (16) greifen, die mit korrespondierend zu den Bajonettvorsprüngen (15)
ausgebildeten Bajonettvorsprungaufnahmeöffnungen (17) versehen ist, die ein axiales
Einsetzen der Bajonettvorsprünge (15) in die Bajonettnut (16) ermöglichen.
8. Rotor nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausnehmung (18) des Sicherungsrings (13) einen der Bajonettvorsprünge (15) insbesondere
mittig teilt.
9. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stützring (11) einen sich aufweitenden Innendurchmesser aufweist, und
dass der Stützring (11) mit seinem freien Ende größeren Innendurchmessers in eine
an der zugeordneten Rotorscheibe (3) vorgesehene Ringnut (12) greift.
10. Verwendung eines Sicherungsbleches (23) zur Sicherung eines Sicherungsringes (13),
der einen Stützring (11) mit einer zugeordneten Rotorscheibe (3) in Eingriff hält,
gegen ein Losdrehen.