CH619520A5

CH619520A5 - Connecting device on the rotors of two turbo machines

Info

Publication number: CH619520A5
Application number: CH286277A
Authority: CH
Inventors: Felix R Dipl Ing Bernasconi
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1977-03-08
Filing date: 1977-03-08
Publication date: 1980-09-30
Also published as: DE7711278U1; DE2715949A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung an den Rotoren zweier Turbomaschinen. The present invention relates to a connecting device on the rotors of two turbomachines.

Das starre Verbinden von mehreren Rotoren, beispielsweise eines Turbinenrotors mit einem Rotor eines Generators, geschieht üblicherweise durch die Anordnung einer starren Kupplung zwischen diesen beiden Maschinenteilen, wobei an die als Kupplungen ausgebildeten Verbindungselemente hohe Ansprüche gestellt werden, insbesondere deshalb, weil die Kupplung sowohl das Normal-Drehmoment wie auch Pendel-und Kurzschlussmomente übertragen und wobei gleichzeitig jedes der beiden Wellenteile genau zentrieren muss und so ausgelegt sein muss, dass die Achsen genau fluchten. Die Zentrierwirkung des Verbindungselementes wird noch durch grosse umlaufende Querkräfte, die konstante Querkraft aufgrund des Eigengewichts sowie durch Axialzug-, Druck- und Biegekräfte beeinflusst. The rigid connection of several rotors, for example a turbine rotor with a rotor of a generator, usually takes place by arranging a rigid coupling between these two machine parts, high demands being made on the connecting elements designed as couplings, in particular because the coupling is both normal Torque as well as pendulum and short-circuit torques are transmitted and at the same time each of the two shaft parts must center exactly and be designed so that the axes are exactly aligned. The centering effect of the connecting element is influenced by large circumferential transverse forces, the constant transverse force due to its own weight and by axial tensile, compressive and bending forces.

Bei der Verbindung von Turbinen- und Generatorrotoren muss weiterhin noch zwischen Gruppen mit mehreren Rotoren, bei welchen beispielsweise ein Rotor an einem Ende mit einem Lager und am anderen Ende über eine Kupplung auf das Lager des nächsten Rotors abgestützt ist, und zwischen zweilagerigen Rotoren unterschieden werden, bei welchen beidseits der Kupplung je ein Lager vorgesehen ist. Bei den genannten ersten Gruppen resultieren die auf die Kupplung einwirkenden Kräfte vorwiegend aus radial verschobenen oder achsenmässig nicht-fluchtenden Kupplungsteilen, wobei diese Kräfte durch entsprechende Korrekturen mittels Auswuchtgewichten teilweise kompensiert werden können. Bei den zweilagerigen Gruppen wird eine radiale Kupplungsversetzung zu einem «Kurbeln» beider Lagerstellen führen. Dies kann durch Auswuchten nicht mehr behoben werden. Bei einer derartigen Konstruktion tritt durch Ausrichtfehler, Fundamentänderungen und Wärmedehnungen eine ungleiche Belastung beider Lager auf. When connecting turbine and generator rotors, a distinction must still be made between groups with several rotors, in which, for example, one rotor is supported at one end with a bearing and at the other end via a coupling on the bearing of the next rotor, and between two-bearing rotors , in which a bearing is provided on both sides of the coupling. In the first groups mentioned, the forces acting on the clutch mainly result from radially displaced or axially non-aligned coupling parts, these forces being able to be partially compensated for by appropriate corrections by means of balancing weights. In the case of the two-bearing groups, a radial clutch offset will cause both bearing points to “crank”. This cannot be remedied by balancing. With such a construction, an uneven loading of both bearings occurs due to alignment errors, changes in the foundation and thermal expansion.

Ferner ist bei der Verbindung einer Turbine grosser Leistung mit einem entsprechenden Generator zu beachten, dass der Aussendurchmesser der Kupplung kleiner sein muss als der Innendurchmesser des Kappenrings des Generators, wodurch sich von vornherein konstruktive Begrenzungen in der Kupplungsauslegung ergeben. Furthermore, when connecting a high-performance turbine to a corresponding generator, it should be noted that the outside diameter of the coupling must be smaller than the inside diameter of the cap ring of the generator, which results in design limitations in the coupling design from the outset.

Die bekannten Flanschkupplungen wurden bislang als sogenannte Reibschlusskupplungen ausgelegt, bei welchen das normale Drehmoment bzw. ein Bruchteil dessen durch Flanschreibung übertragen wird und die Kurzschluss-Vielfachen durch Scherung der Kupplungsbolzen, Scherhülsen und/oder Querkeile aufgenommen wurden. Als zylindrische oder leicht konische Passbolzen ausgebildete Kupplungsbolzen gewährleisten zwar eine genaue Zentrierung, weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie nach dem Anscheren, beispielsweise infolge eines Kurzschlusses, schwer zu demontieren sind. The known flange couplings have so far been designed as so-called friction clutches, in which the normal torque or a fraction thereof is transmitted by flange friction and the short-circuit multiples were absorbed by shearing the coupling bolts, shear sleeves and / or transverse wedges. Coupling bolts designed as cylindrical or slightly conical fitting bolts ensure precise centering, but have the disadvantage that they are difficult to dismantle after shearing, for example as a result of a short circuit.

Dies wurde bei den bekannten Kupplungen teilweise dadurch vermieden, dass eine Passungs-Hohlkehle oder hartes Bolzenmaterial verwendet wurde bzw. dass die Kupplungsbolzen schräg zur Achse eingesetzt wurden, wobei gleichzeitig der Aussendurchmesser des Kupplungsflansches verkleinert werden sollte. In the known couplings, this was partly avoided by using a fit fillet or hard bolt material or by inserting the coupling bolts at an angle to the axis, the outer diameter of the coupling flange should be reduced at the same time.

Weiterhin sind sogenannte Schrumpfkupplungen bekannt, welche jedoch den Nachteil aufweisen, dass bei Drehmomentschwankungen immer ein Teil der Wellenlänge in der Kupplung am Umfang rutschen muss. So-called shrink couplings are also known, but they have the disadvantage that part of the wavelength must always slip in the coupling on the circumference in the event of torque fluctuations.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungseinrichtung als Kupplung zwischen zwei rotierenden Maschinen zu schaffen, welche einen möglichst geringen Aussendurchmesser aufweist, welche leicht montiert, demontiert und ausgewuchtet werden kann und welche einen genauen unveränderlichen Rundlauf aufweist und ein Wellenrutschen in der Kupplung verhindert. It is an object of the present invention to provide a connecting device as a coupling between two rotating machines, which has the smallest possible outer diameter, which can be easily assembled, disassembled and balanced and which has a precise, unchanging concentricity and prevents the shaft from slipping in the coupling.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Einrichtung aus einer Kombination von mindestens einer Schrumpfkupplung zur Übernahme von Zentrierfunktionen und zur kraftschlüssigen Übertragung des Normalmomentes sowie mindestens einem formschlüssigen Verzahnungsteil zur Übertragung von Pendelmomenten besteht und eine Axialsicherung aufweist. The above object is achieved according to the invention in that the device consists of a combination of at least one shrink coupling for taking over centering functions and for the non-positive transmission of the normal torque, and at least one form-fitting toothed part for the transmission of pendulum torques and has an axial securing device.

Der Vorteil der erfindungsgemässen Ausbildung einer Verbindungseinrichtung ist insbesondere darin zu erblicken, dass die Wellenenden der Rotoren als Schrumpfkupplung ausgebildet sind, wobei die Kupplungshülse auf die leicht konischen Wellenenden beider Rotoren aufgeschrumpft bzw. mittels eines an sich bekannten Druckölverbandes aufgebracht werden können, wodurch die Wellen genau zentriert werden und der Schrumpfkupplungsteil die Zentrierfunktionen und die kraftschlüssige Übertragung des Normalmomentes übernimmt, während der Verzahnungsteil, welcher zwischen dem Ende der Hülse und der Welle angeordnet ist, die Übertragung der Pendelmomente aufnimmt. Durch den Axialsicherungsring werden die Wellenenden gegen Herausrutschen gesichert. Vorteilhafterweise ist der konische Schrumpfsitz so ausgebildet, dass die Welle zum Ausrichten aufgesteckt werden kann und dass in der Endlage der volle Schrumpfsitz erreicht wird, wobei der Konus zwischen 1:150 bis 1:1000 betragen kann. The advantage of the design of a connecting device according to the invention can be seen in particular in the fact that the shaft ends of the rotors are designed as a shrink coupling, the coupling sleeve being shrunk onto the slightly conical shaft ends of both rotors or being applied by means of a pressure oil dressing known per se, so that the shafts are precise be centered and the shrink coupling part takes over the centering functions and the non-positive transmission of the normal torque, while the toothing part, which is arranged between the end of the sleeve and the shaft, receives the transmission of the pendulum moments. The shaft ends are secured against slipping out by the axial locking ring. The conical shrink fit is advantageously designed such that the shaft can be plugged on for alignment and that the full shrink fit is achieved in the end position, the cone being able to be between 1: 150 to 1: 1000.

Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfin-dungsgegenstandes, bei welcher eine der Turbomaschinen ein Generator ist, ist generatorseitig eine Kupplungshülse angeordnet und antriebsseitig eine einteilige Wellen-/Flanschver-bindung mit Kupplungsbolzen vorgesehen. According to a further advantageous embodiment of the invention, in which one of the turbomachines is a generator, a coupling sleeve is arranged on the generator side and a one-piece shaft / flange connection with coupling bolts is provided on the drive side.

Ferner ist es möglich, dass die Verbindungseinrichtung eine einteilige Kupplungshülse aufweist, die aus Schrumpfkupplungen und Verzahnungsteilen gebildet ist und die beiden Rotorenden der Turbine und des Generators miteinander verbindet. Furthermore, it is possible for the connecting device to have a one-piece coupling sleeve which is formed from shrink couplings and toothed parts and connects the two rotor ends of the turbine and the generator to one another.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungseinrichtung eine zweiteilige Kupplungshülse aufweist, beide Kupplungshülsenhälften durch je einen Flansch und Kupplungsbolzen miteinander verbunden sind. Furthermore, it is advantageous if the connecting device has a two-part coupling sleeve, both coupling sleeve halves are connected to one another by a flange and coupling pin.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es zeigt: In the drawing, an embodiment of the subject matter of the invention is shown in simplified form. It shows:

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

619 520 619 520

Fig. 1 eine Verbindungseinrichtung, bestehend aus Schrumpfkupplung, Verzahnungsteil mit Axialsicherungsring und Kupplungsflansch mit Kupplungsbolzen, 1 is a connecting device consisting of a shrink coupling, toothing part with axial locking ring and coupling flange with coupling pin,

Fig. 2 ein aus einer Kupplungshülse bestehendes Verbindungselement, 5 2 a connecting element consisting of a coupling sleeve, 5

Fig. 3 eine aus Schrumpfkupplungen und Verzahnungsteilen gebildete gemeinsame Verbindungseinrichtung für beide Wellenenden. Fig. 3 is a common connecting device formed from shrink couplings and gear parts for both shaft ends.

Gemäss Fig. 1 ist mit 1 eine Rotorwelle eines Generators 10 bezeichnet, deren vorderes Ende als konischer Schrumpfsitz 2 ausgebildet ist. Dem konischen Schrumpfsitz 2 ist eine Kupplungshülse 3 aufgeschrumpft bzw. durch einen an sich bekannten Druckölverband aufgezogen. Zum Anschluss an eine (nicht dargestellte) Druckquelle sind in der Kupplungshülse 3 Druck- 15 ölanschlüsse 4 vorgesehen. In den Kupplungshülsen 3, 3' ist eine Zentrierung 5 angeordnet. Die Kupplungshülse 3 ist weiterhin mit einem Flansch 6 versehen, in welchen Bohrungen 7 zur Aufnahme von (nicht dargestellten) Kupplungsbolzen angeordnet sind. Die Kupplungshülse 3 weist weiterhin an 20 ihrem, dem Generatorrotor zugekehrten Ende eine Innenverzahnung 8 auf, in welche eine Aussenverzahnung 9 eines Verzahnungsteiles 10 eingreift. Zur Sicherung des Verzahnungsteiles 10 ist ein Axialsicherungsring 11, welcher als Sprengring oder als zusammengesetzter Ring ausgebildet sein kann, vorge- 25 sehen. Eine Turbinenwelle 12 ist in axialer Richtung fluchtend zur Rotorwelle 1 angeordnet, welche ebenfalls einen konischen Schrumpfsitz 2' aufweist und von einer Kupplungshülse 3' 1, 1 denotes a rotor shaft of a generator 10, the front end of which is designed as a conical shrink fit 2. A coupling sleeve 3 is shrunk onto the conical shrink fit 2 or pulled up by a pressure oil dressing known per se. For connection to a pressure source (not shown) 3 pressure 15 oil connections 4 are provided in the coupling sleeve. A centering 5 is arranged in the coupling sleeves 3, 3 '. The coupling sleeve 3 is also provided with a flange 6, in which bores 7 are arranged for receiving coupling bolts (not shown). The coupling sleeve 3 also has, at its end facing the generator rotor, an internal toothing 8, in which an external toothing 9 of a toothing part 10 engages. To secure the toothed part 10, an axial securing ring 11, which can be designed as a snap ring or as a compound ring, is provided. A turbine shaft 12 is aligned in the axial direction with respect to the rotor shaft 1, which also has a conical shrink fit 2 'and from a coupling sleeve 3'

analog zur Kupplungshülse 3 der Generatorseite überdeckt ist. Die Kupplungshülse 3' weist ebenfalls Druckölanschlüsse 4', 30 is covered analogously to the coupling sleeve 3 of the generator side. The coupling sleeve 3 'also has pressure oil connections 4', 30

einen Flansch 6' mit Bohrungen 7', eine Innenverzahnung 8 sowie ein Verzahnungsteil 10' mit Aussenverzahnung 9 auf. Weiterhin ist eine Zentrierung 13 vorgesehen. Der Verzahnungsteil 10' wird auch turbinenseitig durch einen Axialsicherungsring 11' gesichert. a flange 6 'with bores 7', an internal toothing 8 and a toothing part 10 'with external toothing 9. A centering 13 is also provided. The toothing part 10 'is also secured on the turbine side by an axial securing ring 11'.

In der Fig. 2 ist das Ende der Turbinenwelle 12 als einteilige Wellen-/Flanschverbindung mit dem Flansch 6 ' und den Bohrungen 7' zur Aufnahme von Kupplungsbolzen ausgebildet, während die Rotorwelle 1 des Generators analog zur Fig. 1 die Kupplungshülse 3 mit den Druckölanschlüssen 4, der Zentrierung 13, der Innenverzahnung 8 und der darin eingreifenden Aussenverzahnung 9 des Verzahnungsteiles 10 und dem Axialsicherungsring 11 versehen ist. In Fig. 2 the end of the turbine shaft 12 is designed as a one-piece shaft / flange connection with the flange 6 'and the bores 7' for receiving coupling bolts, while the rotor shaft 1 of the generator analogous to Fig. 1, the coupling sleeve 3 with the pressure oil connections 4, the centering 13, the internal toothing 8 and the external toothing 9 engaging therein of the toothing part 10 and the axial locking ring 11 is provided.

In der Fig. 3 ist sowohl das Ende der Rotorwelle 1 des Generators als auch das Ende der Turbinenwelle 12 mit je einem konischen Schrumpfsitz 2 und 2' versehen, welche von einer einteiligen Kupplungshülse 3 mit Druckölanschlüssen 4 überdeckt sind. Die einteilige Kupplungshülse 3 ist auf die als Schrumpfsitz ausgebildeten Wellenenden 1 und 12 aufgeschrumpft bzw. durch einen Druckölverband auf die Wellenenden aufgeschoben, wobei die Innenverzahnungen 8, 8 in die jeweiligen Aussenverzahnungen 9, 9' der beiden Verzahnungsteile 10,10' eingreifen. Die Verzahnungsteile 10,10' sind wiederum durch Axialsicherungsringe 11, 11' gesichert. 3, both the end of the rotor shaft 1 of the generator and the end of the turbine shaft 12 are each provided with a conical shrink fit 2 and 2 ', which are covered by a one-piece coupling sleeve 3 with pressure oil connections 4. The one-piece coupling sleeve 3 is shrunk onto the shaft ends 1 and 12 designed as a shrink fit or pushed onto the shaft ends by a pressure oil bandage, the internal toothings 8, 8 engaging in the respective external toothings 9, 9 'of the two toothed parts 10, 10'. The toothed parts 10, 10 'are in turn secured by axial locking rings 11, 11'.

Durch die erfindungsgemässe Ausbildung einer Verbindungseinrichtung wird auf einfache Weise gewährleistet, dass beispielsweise Turbinen- und Generatorwelle genau zueinander zentriert werden können und dass der Aussendurchmesser der Aussenverzahnung kleiner ist als der Innendurchmesser des Kappenringes. The inventive design of a connecting device ensures in a simple manner that, for example, the turbine and generator shafts can be centered exactly with respect to one another and that the outer diameter of the outer toothing is smaller than the inner diameter of the cap ring.

B B

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

619 520 PATENT CLAIMS

1. Connection device on the rotors of two turbomachines, characterized in that it consists of a combination of at least one shrink coupling (2, 2 ", 3, 3 ') for taking over centering functions and for the transfer of normal torque and at least one positive toothed part ( 8, 8 ', 9, 9', 10, 10) for the transfer of pendulum torques and has an axial lock (11, 11).

2. Connecting device according to claim 1, wherein one of the turbomachines is a generator, characterized in that a coupling sleeve is arranged on the generator side and a one-piece shaft / flange connection (6-,

7, 12) is provided with coupling bolts.

3. Connecting device according to claim 1, characterized in that it has a one-piece coupling sleeve which is formed from shrink couplings (2,2 ', 3) and toothed parts (8, 8', 9, 9 ', 10,10'), and connects the two rotor ends (1,12).

4. Connecting device according to claim 1, which has a two-part coupling sleeve, characterized in that both coupling sleeve halves are connected to each other by a flange (6, 6 ') and coupling bolt.