CH676382A5

CH676382A5 -

Info

Publication number: CH676382A5
Application number: CH2486/89A
Authority: CH
Inventors: Costantino Vinciguerra; Massimo Coppini
Original assignee: Nuovo Pignone Spa
Priority date: 1988-07-15
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1991-01-15
Also published as: GB2220728A; JPH0299701A; CZ277992B6; GB2220728B; RU1777635C; CN1039473A; IT1226929B; DD284074A5; IT8821381A0; DE3922987C2; FR2634262B1; ES2014900A6; US4929119A; FR2634262A1; GB8915634D0; CN1018282B; NL8901814A; CS427589A3; BE1002258A4; DE3922987A1

Description

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Descrizione

La presente invenzione concerne un dispositivo di accoppiamento di un corpo rotorico su di un albero rotante, economico, funzionale e facilmente e perfettamente realizzabile e controllabile che, perméttendo di trasmettere con alta sicurezza coppie elevate, di non richiedere alcuno spostamento assiale relativo tra i due corpi da accoppiare, di realizzare e mantenere un esatto e ottimale centraggio tra i due corpi accopiati per cui non è più richiesta una equilibratura finale dell'insieme di detti due corpi e conseguentemente consente così una agevole inter-cambialità di corpi rotorici equilibrati separatamente e, rendendo l'accoppiamento facilmente e rapidamente inseribile e disinseribile un numero illimitato dì volte operando da zona di facile accesso, risulta particolarmente indicato ad essere applicato nel campo delle macchine rotanti, specialmente le turbine a gas, e nel campo delle ratiere rotative.

Allo stato attuale della tecnica, allorché si deve fissare su un albero rotante un corpo da trascinare in rotazione come ad es. un giunto, una girante o in particolare il rotore a dischi di una turbina a gas e si vuole che tale accopiamento sia facilmente disinseribile agendo da una prefissata zona di facile accesso, sia perfettamente concentrico per non originare squilibri ed in grado di trasmettere coppie elevate ed inoltre si debbano escludere per ovvie ragioni pratiche i noti accopiamenti con chiavette o innesti scanalati che indeboliscono l'albero e introducono squilibri, l'unica- soluzione possibile è quella di adottare un sistema di accoppiamento tronco-conico forzato quale descritto nella precedente domanda di brevetto italiano 21 243 A/81 depositata dalla stessa richiedente il 17 Aprile 1981.

Secondo questo sistema noto la coppia viene trasmessa dall'albero rotante al corpo rotorico per interferenza radiale tra due superfici tronco-coni-che dei due corpi da accoppiare, ottenuta con uno spostamento assiale relativo delle due dette superfici tronco-coniche. Più specificatamente, una estremità tronco-conica dell'albero rotante viene inserita in una corrispondente cavità assiale tronco-conica del corpo rotorico al quale viene bloccata mediante un tirante sistemato all'interno dell'albero realizzato cavo, il quale serra i due corpi da accoppiare in modo che le due superfici tronco-coniche si spostino e si compenetrino fino a creare tra loro una adeguata interferenza radiale capace di trasmettere per attrito la coppia desiderata.

Un siffatto sistema di accoppiamento presenta però una serie di gravi inconvenienti che spesso creano problemi tali da pregiudicarne l'applicazione.

Il principale di detti inconvenienti è dato senz'altro dal fatto che si richiede sempre un movimento assiale relativo di accostamento o allontanamento tra la cavità tronco-conica del corpo rotorico e l'estremità tronco-conica dell'albero che è generalmente l'elemento fisso avendo cuscini portanti e reggispinta. Questo movimento, che per accoppiamenti di grossi dimensioni, quali ad es. quelli necessari per la trasmissione di potenza tra albero e rotore in turbine a gas terrestri, può anche essere di alcuni millimetri, provoca infatti seri problemi per il pericolo che parti delicate dei rotore, come le palettature che lavorano nel toro diametro esterno su superfici coniche con piccoli giochi, possono danneggiarsi per sfregamento o possono rompere le tenute. Anzi, questi timori fanno si da rendere in alcuni casi sconsigliabili l'adozione dell'accoppiamento tronco-conica forzato nelle turbine a gas, malgrado il suo innegabile vantaggio di rendere estremamente agevole la manutenzione di dette turbine consentendo lo smontaggio dall'esterno della macchina stessa.

Altro inconveniente di detto sistema noto di accoppiamento è determinato dalla stessa forma tronco-conica delle superfici che si accoppiano che, essendo difficile da realizzare e controllare, non consente un centraggio ottimale tra corpo rotorico ed albero rotante. Ciò comporta, com'è noto, squilibri notevoli dell'insieme assiemato tali da rendere inaccettabile l'uso dell'accoppiamento tronco-conico forzato senza una equilibratura finale dell'insieme albero-corpo rotorico, con conseguente preclusione alla possibilità di una rapida intercambiabilità tra rotori equilibrati separatamente dall'albero.

Un ulteriore inconveniente è poi dato dal valore non troppo elevato della coppia trasmissibile con un siffatto sistema di accoppiamento.

Scopo della presente invenzione è appunto quello di ovviare ai suddetti inconvenienti e di fornire quindi un dispositivo che consenta un efficace ed agevole accoppiamento disinseribile di un corpo rotori-co su di un albero rotante cavo senza necessità di alcun movimento relativo in senso assiale tra detti corpi da accoppiare, che abbia una elevata sicurezza e sia quindi in grado di trasmettere coppie elevate e che permetta infine un centraggio ottimale tra albero e corpo rotorico così che quest'ultimo possa essere facilmente intercambiato con un altro corpo rotorico senza dover effettuare una nuova equilibratura finale dell'insieme accoppiato.

Ciò viene sostanzialmente conseguito, in conformità ai caratteri della rivendicazione 1, adottando per l'accoppiamento, anziché superfici tronco-coniche, superfici cilindriche che, come noto, sono notevolmente più facili da realizzare e da controliare. Grazie infatti alla perfetta eseguibilità e controllabilità di dette superfici cilindriche di accoppiamento è ora possibile mantenere sempre ottimate la concen-tricità o il centraggio tra albero rotante e corpo rotorico, con squilibri minimi di effetto trascurabile, condizione questa che, permettendo una agevole, rapida ed economica sostituzione del corpo rotorico con altro corpo rotorico equilibrato separamele dall'albero, senza necessità di equilibratura finale, risolve un problema estremamente importante nella produzione in serie ed apre un nuovo orizzonte per le macchine rotanti, in particolare le turbine a gas.

Sviluppi rantaggiori dell'invenzione si danno dalle rivendicazioni dipendenti. L'accoppiamento disinseribile, ad alta sicurezza e senza spostamenti assiali di dette superfici cilindriche è stato reso possibile per il fatto che sulla superficie cilindrica di accoppiamento dell'albero, avente un diametro ed una estensione assiale dello stesso ordine di quelli della superficie cilindrica della cavità del corpo rotorico da accoppiare, con tolleranze sufficienti a consentire un montaggio libero, sono ricavate delle scanala5

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ture longitudinali che possono essere dell'ordine di alcuni decimi di millimetro, aventi la funzione di cave dì alleggerimento o scarico della pressione, come sarà meglio spiegato nel seguito.

Dette leggere scanalature si possono estendere per tutta la lunghezza assiale delia superficie cilindrica di accoppiamento, sono a spigolo vivo quale sostanzialmente risulta dalla stessa lavorazione meccanica che le realizza e sono uniformemente distribuite equidistanziate sulla circonferenza della detta superficie cilindrica a costituire sostanzialmente un manicotto cilindrico scanalato in cui le cave sono di lunghezza circa uguale ai tratti pieni da cui sono intervallate.

Si è poi sperimentalmente riscontrato che il risultato ottimale si può conseguire realizzando 8-12 scanalature longitudinali equidistanziate sulla circonferenze in quanto un numero maggiore di scanalature e quindi scanalature più strette non permetterebbe di conseguire un accoppiamento efficace mentre un numero minore di scanalature, e ciò scanalature più ampie, creerebbero uno stato di tensioni che solleciterebbero troppo ed in modo abnorme il corpo rotorico da accoppiare.

Dato poi che dette scanalature hanno solo funzione di alleggerimento per evitare il contatto e quindi la trasmissione di pressione, non necessitano evidentemente di ristrette tolleranze e di riforniture superficiali particolari con conseguenti facilitazioni realizzative e risparmi economici, mentre la detta loro profondità garantisce nessun indebolimento nella resistenza meccanica dell'albero rotante.

All'interno del detto manicotto cilindrico scanalato dell'albero rotante è inoltre ricavato un foro troncoconico con sviluppo in lunghezza pari a quello di detto manicotto e con il diametro maggiore in corrispondenza dell'estremità libera del manicotto stesso, il quale foro coopera con un corrispondente tappo o tampone tronco-conico proiungantesi in un tirante che, traversando tutto l'albero rotante che è cavo, può essere serrato con un carico prestabilito dall'estremità opposta dell'albero, in zona di facile accesso, mediante apposito martinetto idraulico e poi bloccato in posizione con un dado di serraggio applicato mentre il detto martinetto mantiene in trazione il tirante al carico desiderato.

In tal modo, per effetto del carico imposto si viene a creare un movimento assiale relativo tra le superfici tronco-coniche del detto tappo e del detto foro che, interferendo tra loro entro il detto manicotto cilindrico scanalato dell'albero rotante, provocano una espansione radiale elastica di detto manicotto che così va a comprimere radialmente la superficie della cavità cilindrica del corpo rotorico da accoppiare, senza richiedere alcun movimento assiale tra albero a corpo rotorico come desiderato.

Tale azione elastica di compressione radiale si manifesta però, per effetto delle scanalature longi-tudunali di alleggerimento presenti sulla superficie cilindrica di accoppiamento dell'albero rotante, evidentemente solo in corrispondenza delle zone non alleggerite; si crea perciò uno strato di compressione radiale equintervallato da zone non compresse, generante uno stato di tensione tali che la conseguente deformazione sempre in campo elastico crea, in corrispondenza delle zone scaricate, dei rigonfiamenti o espansioni della cavità cilindrica del corpo rotorico entro dette scanalature longitudinali dell'albero. Questi rigonfiamenti si comportano, al momento della trasmissione della coppia, come una serie di microchiavette che prove sperimentali hanno dimostrato essere in grado di permettere la trasmissione di coppie 2-3 volte superiori di quelle trasmissibili con un normale accoppiamento troncoconico forzato di pari lunghezza e diametro medio. Ciò che permette di estendere il campo di applicazione di questo sistema anche a quei casi in cui il sistema di accoppiamento tronco-conico forzato non può essere utilizzato perchè dà un insufficiente fattore di sicurezza a torsione per l'albero rotante.

D'altra parte, poiché i suddetti rigonfiamenti del corpo rotorico come pure la suddetta espansione radiale del manicotto scanalato dell'albero sono originati da deformazioni in campo elastico, è chiaro che, una volta che si toglie per io smontaggio il carico del tirante sul tampone tronco-conico, dette deformazioni elastiche si annullano ed il corpo rotorico può essere agevolmente smontato senza che resti traccia irreversibile del montaggio precedente, rendendo così il sistema disinseribile un numero praticamente illimitato di volte.

L'invenzione viene ora meglio chiarita con riferimento ai disegni allegati che illustrano forme preferenziali di realizzazione pratica date a solo titolo esemplificativo ma non limitativo in quanto varianti tecniche o costruttive potranno essere sempre apportate senza uscire dall'ambito della presente invenzione.

In detti disegni:

la Fig. i mostra una sezione longitudinale parziale della parte di una turbina a gas ove è applicato il dispositivo di accoppiamento disinseribile realizzato secondo l'invenzione;

la Fig. 2 mostra un una vista prospettica esplosa e a scala ingrandita il dispositivo di accoppiamento disinseribile utilizzato in Fig. 1;

la Fig. 3 mostra una sezione longitudinale del dispositivo di accoramento disinseribile di Fig. 2 in posizione montata;

la Fig. 4 mostra un particolare fortemente ingrandito del dispositivo di accoppiamento disinseribile secondo l'invenzione, illustrante l'effetto dell'espansione radiale elastica del sistema;

la Fig. 5 mostra una sezione longitudinale parziale di una variante sempre secondo l'invenzione del dispositivo di accoppiamento disinseribile da applicare in una ratiera rotativa.

Con riferimento alle Figure, con 1 viene indicata la cassa statorica dello stadio di potenza 2 di una turbina a gas il cui corpo rotorico 3, costituito in figura da due dischi portapale, è supportato a sbalzo dall'albero di potenza 4 tramite il mozzo 5 di detto corpo rotorico, il quale presenta una cavità assiale cilindrica 6 (v. specificatamente la Figura 2) costituente la superficie interna di accoppiamento del detto corpo rotorico, entro la quale si inserisce la corrispondente superficie cilindrica di accoppiamento 7 dell'albero di potenza 4. Detto albero 4 è

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realizzato cavo con due estremità, rispettivamente 8 e 9, di cui la 8 comprende anche ia detta superficie cilindrica di accoppiamento 7, collegate tra loro mediante un tubo centrale 10 montato con interferenza ed è supportato ruotabile da due cuscini portanti 11 e 12 (v. Figura 1) e dal cuscino reggispinta 13 cooperante con l'anello reggispinta 14 dell'estremità 8 dell'albero 4, detti cuscini essendo supportati dalla struttura 15 del corpo macchina 16 della turbina a gas.

Le due dette superfici cilindriche di accoppiamento 6 e 7 hanno la stessa estensione assiale e diametri circa uguali in modo da rendere agevole e libero il montaggio coassiale della superficie 6 sopra la superficie 7. Quest'ultima superficie di accoppiamento è poi provvista di scanalture longitudinali 17 a spigolo vivo e di piccolossima profondità, che si estendono per tutta la lunghezza assiale di detta superficie 7, Queste scanalature 17 sono uniformemente distribuite equidistanziate sulla circonferenza della superficie cilindrica di accoppiamento 7 a costituire sostanzialmente un manicotto cilindrico scanalato 18 e sono preferìbilmente di larghezza pari a quella dei tratti pieni 19 che le intervallano tra loro (v. specificatamente la Figura 2). Secondo poi una realizzazione preferenziale le dimensioni delle scanalature vengono scelte opportunamente in modo da aversi da 8 a 12 scanalature attorno al manicotto 18. Il foro assiale 20 di detto manicotto cilindrico scanalato 18 è poi ad andamento tronco-conico col diametro maggiore in corrispondenza dell'estremità libera 21 del manicotto stesso, e coopera con un corrispondente tappo o tampone tronco-conico 22 che è solidale ad una estremità dì un tirante 23 che, passando all'interno dell'albero cavo 4, blocca tra loro le dette superfici cilindriche di accoppiamento 6 e 7 per interferenza radiale con un carico prestabilito ottenuto idraulicamente con un martinetto e mantenuto con un dado di serraggio 24 agente sull'altra estremità filettata 23' del tirante 23 e cooperante col bordo frontale 25 dell'estremità 9 dell'albero cavo di potenza 4. Infatti, Io spostamento assiale del tampone 22 provocato dal tensionamento del tirante 23, provoca a sua volta una espansione radiale elastica del manicotto 18 che porta i tratti pieni 19 della sua superficie di accoppiamento 7 a comprimere la superficie interna della cavità cilindrica 6 del mozzo 5 del corpo rotorico. Detta compressione elastica intermittente fa sì che detta superficie interna della cavità 6 si espanda entro le scanalature del manicotto 18 con rigonfiamenti 29 che si comportano come microchiavette nella trasmissione della coppia (v. specificatamente la Figura 4).

Nella variante illustrata in Figura 5 valida soprattutto nel campo delle ratiere rotative, dato che le coppie dà trasmettere sono molto più basse, viene utilizzato un tappo o tampone tronco-conico cavo 26 che permette la messa in tensione del tirante 27 passante attraverso detto tappo o tampone cavo

26, sempre per mezzo di dado di serraggio 24, agendo dalla stessa parte del tampone. All'uopo il tirante

27, oltre che una estremità filettata 23' per il" detto dado 24, presenta filettata anche l'àltra estremità 28 che così può essere avvitata entro l'albero rotante 4' che non occorre più sia cavo.

Claims

Rivendicazione

1. Dispositivo dì accoppiamento disinserirle di un corpo rotorico sull'albero cavo di una macchina rotante, comprendente un tirante che, operando all'interno dell'albero cavo, blocca per interferenza radiale la superfreie di accoppiamento dell'albero contro la superfìcie interna di accoppiamento della cavità assiale del detto corpo rotorico, con un carico prestabilito ottenuto tramite un martinetto idraulico e dado di serraggio, caratterizzato dal fatto che dette superfici di accoppiamento sono sostanzialmente cilindriche, con la stessa estensione assiale e con diametri circa uguali, le tolleranze essendo sufficienti per un loro libero montaggio coassiale, e che sulla superficie cilindrica di accoppiamento dell'albero cavo sono ricavate delle scanalature longitudinali a spigolo vivo, estendendosi per tutta la lunghezza assiale di detta superficie di accoppiamento, le quali sono uniformemente distribuite equidistanziate sulla circonferenza di detta superficie a costituire sostanzialmente un manicotto cilindrico scanalato nel cui interno è ricavato un foro troncoconico con sviluppo in lunghezza pari a quello della detta superficie cilindrica di accoppiamento e con il diametro maggiore in corrispondenza dell'estremità libera del detto manicotto, il quale foro coopera con un corrispondente tappo o tampone tronco-conico solidale ad una estremità del detto tirante.

2. Dispositivo di accoppiamento disinseribile di un corpo rotorico sull'albero cavo di una macchina rotante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le dette scanalature longitudinali sono dì larghezza circa uguali ai tratti pieni che intervallano tra loro dette scanalature.

3. Dispositivo di accoppiamento disinseribile di un corpo rotorico sull'albero cavo di una macchina rotante secondo la rivendicazione i o 2, caratterizzato dal fatto che le dette scanalature longitudinali equidistanziate sulla circonferenza della superficie cilindrica di accoppiamento dell'albero cavo sono realizzati in numero variabile da 8 a 12.

4. Dispositivo di accoppiamento disinseribile di un corpo rotorico sull'albero cavo di una macchina rotante secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le dette scanalature longitudinali hanno una profondità dell'ordine del decimo di millimetro.

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