CH558477A

CH558477A - Verstellvorrichtung fuer drehbare leitschaufeln.

Info

Publication number: CH558477A
Application number: CH1725672A
Authority: CH
Original assignee: Bbc Sulzer Turbomaschinen
Priority date: 1972-11-27
Filing date: 1972-11-27
Publication date: 1975-01-31
Also published as: NL7217216A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung für drehbare Leitschaufeln von Turbomaschinen, deren Gehäuse steilen Temperaturänderungen unterworfen sind, insbesondere von Gasturbinen.

Bei solchen Verstellvorrichtungen besteht die Schwierigkeit, dass sie einerseits mit den hoch erhitzten Leitschaufeln und dem Turbogehäuse in Verbindung stehen müssen, andererseits aber zur Überwachung von aussen leicht zugänglich sein sollen, um ihre Wirkung jederzeit kontrollieren und allfällig notwendige Überholarbeiten ausführen zu können. Sie sind somit von der Innenseite mit hohen Temperaturen und von der Aussenseite nur mit viel niedrigeren Temperaturen beeinflusst.

Insbesondere bei hohen Belastungen stellen sich hohe Temperaturdifferenzen ein, die unterschiedliche Temperaturausdehnungen der einzelnen Teile verursachen. Zudem können diese Temperaturänderungen sehr rasch erfolgen. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass die Temperaturen solcher Einstellvorrichtungen - besonders bei Gasturbinen - so hoch sind, dass für die beweglichen Teile kaum genügend zuverlässige Schmiermittel zu beschaffen sind. Es ergibt sich daraus, dass bei solchen Verstellvorrichtungen im Betrieb unter Belastung an den inneren Teilen eine sehr hohe Temperatur (von etwa 300-600'C) nicht zu verhindern ist, während man aussen, der Gelenke wegen, genötigt ist, viel niedrigere Temperaturen einzuhalten.

Bisher bekannte Vorrichtungen konnten die aus den geschilderten Umständen sich ergebenden Aufgaben nicht zufriedenstellend lösen, weil insbesondere die Teile der Verstelleinrichtung örtlich und teils zeitlich so grossen unterschiedlichen Temperaturdehnungen unterlagen, dass eine präzise Einstellung der Leitschaufeln nicht möglich war.

Zur Abhilfe schlägt die Erfindung eine Form für die Verstelleinrichtung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schäfte der Leitschaufeln in Lagern eines Schaufelträgers drehbar gelagert sind, dass jeder Schaft ausserhalb des Maschinengehäuses über ein Verbindungsgetriebe mit einem das Gehäuse zentrisch umgebenden Verstellring in Wirkungsverbindung steht, dass ferner der Verstellring auf einem im Abstand vom Gehäuse radial nachgiebig auf demselben zentrisch abgestützten Lagerring aufliegt und dass schliesslich zwischen dem Lagerring und dem Gehäuse ein Isolierelement angeordnet ist, das mindestens den Lagerring und den Ver stellring gegen die Strahlung des Gehäuses abschirmt.

Zweckmässig werden auch die Verbindungsgetriebe derart ausserhalb des Isolierringes angeordnet, dass sie gegen die
Strahlung des Gehäuses abgeschirmt sind. Es empfiehlt sich, sowohl den Lagerring als auch den Verstellring und das Verbindungsgetriebe der Kühlwirkung der Umgebungsluft auszu setzen.

Der Lagerring kann z. B. mittels radial gestellter Büchsen und darin gleitbar angeordneter Bolzen auf dem Maschinengehäuse zentrisch ausdehnbar abgestützt sein. Zur radialen Lage rung des Verstellringes auf dem Lagerring können auf axial gestellten Bolzen drehende Rollen verwendet werden, wobei die Bolzen in einem der Ringe axial gehalten sind, während die
Rollen über eine zylindrische, zur Maschinenachse koaxiale
Bahn des anderen Ringes rollen. Ferner können zur axialen
Lagerung zwischen Verstellring und Lagerring auf radial gestellten Bolzen drehende Rollen angeordnet sein, wobei die
Bolzen in einem der Ringe radial gehalten sind, während die
Rollen über eine ebene, zur Maschinenachse senkrechte Bahn des anderen Ringes rollen.

Es kann auch der Lagerring mittels in Umlenkrichtung angeordneter Laschen auf dem Maschinengehäuse radial nach giebig abgestützt sein, wozu die Laschen am einen Ende mit dem Lagerring und am anderen Ende mit dem Gehäuse durch
Gelenke verbunden sind. Dabei können die Laschen mittels axial gestellter Gelenkbolzen am einen Ende mit dem Lagerring und am andern Ende mit dem Gehäuse verbunden sein.

Weiter kann der Lagerring auch mittels eines radial durch Formgebung elastisch nachgiebig wirkenden Ringes auf dem Maschinengehäuse zentrisch abgestützt werden.

Die Erfindung ist nachstehend anhand dreier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, in verkleinertem Masstabe,
Fig. 3 einen entsprechenden Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel und
Fig. 4 einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel.

Das Gehäuse 1 der Turbomschine nach Fig. 1 und 2 enthält zugleich als Schaufelträger einen Kranz von Leitschaufeln 2, welche die in Richtung des Pfeiles 3 zuströmenden Treibgase in geeigneter Richtung auf einen nicht gezeichneten Laufschaufelkranz leiten. Die Schaufeln 2 sind mittels eines Schaftes 4 in den Lagern 5 und 6 drehbar gelagert, so dass die Anströmrichtung der jeweiligen Belastung entsprechend eingestellt werden kann. Zur gleichmässigen Einstellung aller Leitschaufeln 2 des Kranzes ist auf einem Verstärkungsring 7 des Gehäuses 1 eine Verstellvorrichtung aufgebaut, die in der Hauptsache aus einem Verstellring 8, einem Lagerring 9, je einer Schubstange 10 und je einem Drehhebel 11 für jede Leitschaufel und einer Anzahl gleichmässig radial gestellter Stützbolzen 12 mit zugehörigen Stützbüchsen 13 besteht.

Zwischen dem Lagerring 9 und dem Gehäuse 1 ist ausserdem noch ein ringförmiges Isolierelement 14 eingesetzt, das z. B.

mittels einer Verschraubung am Lagerring 9 befestigt sein kann. Das Isolierelement ist mit einem geeigneten Isoliermaterial, z. B. Glaswolle oder Asbest, gefüllt. Die Ringe 8 und 9, ferner auch das Isolierelement 14 sind zweckmässig im Umfang in zwei Hälften geteilt, die miteinander starr, aber lösbar verbunden sind. Für kleinere Maschinen lassen sich einzelne oder mehrere der genannten Teile ungeteilt ausführen.

Der Verstellring 8 besitzt über den Umfang gleichmässig verteilt eine Anzahl von Rollen 17, die zu seiner radialen Lagerung dienen, durch axial gestellte Bolzen 18 gehalten sind und über die zylindrische Bahn 19 des Lagerelementes 9 rollen. Die axiale Führung des Verstellringes 8 erfolgt durch die Rollen 20, welche auf der Verlängerung des Stützbolzens
12 sich drehen können. Die Rollen besitzen einen Durchmesser, der etwas kleiner ist als die Breite der Nut 21 im Verstellring 8, so dass von der Rolle nur die eine oder andere Seitenfläche der Nut berührt wird. Mit dieser Lagerung kann der Ring 8 sich um die Maschinenachse ohne Spiel drehen, vorausgesetzt, dass die beiden Ringe 8 und 9 ungefähr die gleiche Temperatur aufweisen und durch die radiale Abstützung auf dem viel stärker erwärmten Gehäuse nicht gestört werden.

Das Gehäuse 1 und der Verstärkungsring 7, sowie die Stützbüchsen 13 können je nach der Art des gas- oder dampfförmigen Arbeitsmittels, welches die Schaufeln 2 bestreicht, eine Temperatur von 200-600oC oder darüber aufweisen. Umgekehrt müssen besonders der Verstellring 8, der Lagerring 9 und die Schubstangen 10 mit ihren beidseitigen Gelenken 15 und 16 von aussen leicht zugänglich, praktisch der freien Luft ausgesetzt sein. Ausserdem müssen diese Teile wegen der bewegten Verbindungen eine wesentlich niedrigere Tempera tur aufweisen und zudem darf zwischen den aufeinander glei tenden Laufflächen weder ein unzulässiges Spiel noch ein
Klemmen entstehen.

Durch die Anordnung der Ringe 8 und 9 ausserhalb des
Gehäuses in der die Maschine frei umgebenden Luft und durch den Strahlungsschutz des Ringes 14 ist eine gleichmässige, niedrige Temperatur gesichert, soweit es die Beweglichkeit des Ringes 8 und des aus den Gelenken 15 und 16 und aus den Schubstangen 10 bestehenden Verbindungsgetriebes erfordert.

Bei der durch die unterschiedlichen Temperaturen entstehenden Durchmesseränderung der Ringe 8 und 9 einerseits und des Verstärkerringes 7 im Gehäuse andererseits gleiten die radial gestellten Bolzen 12 in den ebenso radial gestellten Stützbüchsen 13 so, dass die Achsen der beiden Ringe 8 und 9 unverändert in der Maschinenachse verbleiben. Hierdurch wird einerseits ein Klemmen und andererseits ein zu grosses Spiel zwischen den Teilen der Verstellvorrichtung verhütet.

Zur Stützung des Lagerringes 9 bei der Ausführung nach Fig. 3 auf dem Verstärkungsring 7 des Gehäuses 1 dient eine Anzahl über den Umfang verteilter Laschen 22, die je auf der einen Seite an Lagerböcken 23 des Gehäuses und auf der anderen Seite an Lagerböcken 24 des Lagerringes 9 mittels axial gestellter Bolzen 25 bzw. 26 angelenkt sind. Die Laschen ermöglichen so eine unterschiedliche Ausdehnung der Ringe 7 und 9 infolge unterschiedlicher Temperaturen durch Veränderung ihrer Neigung gegenüber den Ringen; übertragen aber trotzdem unverändert die Stützkräfte zwischen den beiden Ringen, so dass bei jedem Temperaturzustand die Ringachsen ständig in der Maschinenachse verbleiben.

Der Lagerring 9 bei der Ausführung nach Fig. 4 ist auf dem Verstärkungsring 7 des Gehäuses 1 mittels eines radial durch Formgebung elastisch nachgiebig wirkenden Rings 30 auf dem Verstärkungsring 7 des Gehäuses 1 abgestützt. Dieser Ring 30 besteht aus drei elastisch wirkenden Teilringen 31, 32, 33, die durch einzelne Stege 34 versetzt aufeinander abgestützt sind.

Der Ring eignet sich dann, wenn die Temperatur des Gehäuses nie besonders hoch wird. Der innere Ring 31 wird ungefähr die gleiche Temperatur wie der Verstärkungsring 7 und der äussere Ring 33 ungefähr die gleiche Temperatur wie der Lagerring 9 aufweisen, so dass nur Dehnungsunterschiede zwischen den beiden Ringen 31 und 33, nicht aber zwischen jedem einzelnen Ring 31 bzw. 33 und dem zugehörigen Auflagering 7 bzw. 9 auftreten. Der zwischen den Ringen 31 und 33 bestehende Dehnungsunterschied wird durch elastische, zickzack-förmige Verbiegung des mittleren Ringes 32 an den Stellen der Abstützung durch die Stege 34 aufgenommen. Die Elastizität der einzelnen Ringe gestattet es dann - ohne grosse elastische Verspannwirkung - den Lagerring 9 bei allen Betriebszuständen zentrisch auf dem Verstärkungsring 7 zu halten.

Als Isolierelement kommen die Zwischenräume 35 zwischen einzelnen Teilringen 31-33 zur Wirkung, sie können hierzu noch mit einem Isoliermaterial ausgefüllt sein, welches sowohl der Wärmekonfektion als auch der Wärmestrahlung hemmend entgegensteht.

Die Erfindung ist besonders anwendbar bei Axialkompressoren, Dampf- und Gasturbinen und ebenso auch bei Abgasturbinen von Brennkraftmaschinen oder Kesselanlagen mit Druckfeuerungen. Als Schaufelträger kann, wie gezeigt, das Gehäuse der Turbomaschine selbst dienen. Die Erfindung lässt sich aber auch anwenden bei Turbomaschinen, die innerhalb des Gehäuses einen besonderen Schaufelträger aufweisen. Als Verbindungsgetriebe zwischen den Schaufelschäften und dem Verstellring können z. B. auch Winkelgetriebe mit Zahnrädern oder Seilübertragungen Verwendung finden.

Claims

PATENTANSPRUCH

Verstellvorrichtung für drehbare Leitschaufeln von Turbomaschinen, deren Gehäuse steilen Temperaturänderungen unterworfen sind, insbesondere von Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schäfte (4) der Leitschaufeln (2) in Lagern (6) des Schaufelträgers (1) drehbar gelagert sind, dass jeder Schaft (4) ausserhalb des Maschinengehäuses (1) über ein Verbindungsgetriebe (10, 11) mit einem das Gehäuse (1) zentrisch umgebenden Verstellring (8) in Wirkungsverbindung steht, dass ferner der Verstellring (8) auf einem im Abstand vom Gehäuse (1) radial nachgiebig auf demselben zentrisch abgestützten Lagerring (9) aufliegt und dass schliesslich zwischen dem Lagerring (9) und dem Gehäuse (1) ein Isolierelement (14) angeordnet ist, das mindestens den Lagerring (9) und den Verstellring (8) gegen die Strahlung des Gehäuses (1) abschirmt.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verstellvorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Verbindungsgetriebe (10, 11) zwischen den Schäften (4) und dem Verstellring (8) derart ausserhalb des Isolierringes (14) angeordnet sind, dass sie gegen die Strahlung des Gehäuses (1) abgeschirmt sind.

2. Verstellvorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Lagerring (9) als auch der Verstellring (8) und das Verbindungsgetriebe (10, 11) der Kühlwirkung der Umgebungsluft ausgesetzt sind.

3. Verstellvorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (9) mittels radial gestellter Schubbüchsen (13) und darin gleitbar angeordneter Schubbolzen (12) auf dem Maschinengehäuse (1) zentrisch ausdehnbar abgestützt ist.

4. Verstellvorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Verstellring (8) und Lagerring (9) zur radialen Lagerung auf axial gestellten Bolzen (18) drehende Rollen (17) angeordnet sind und die Bolzen (18) von einem der Ringe (8 oder 9) axial gehalten sind, während die Rollen (17) über eine zylindrische, zur Maschinenachse koaxiale Bahn (19) des anderen Ringes (9 oder 8) rollen.

5. Verstellvorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Verstellring (8) und Lagerring (9) zur axialen Lagerung auf radial gestellten Bolzen (12) drehende Rollen (20) angeordnet sind und die Bolzen in einem der Ringe (8 oder 9) radial gehalten sind, während die Rollen über ebene, zur Maschinenachse senkrechte Bahnen (21) des andern Ringes (9 oder 8) rollen.

6. Verstellvorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring mittels in Umfangsrichtung angeordneten Laschen (22) auf dem Maschinengehäuse (1) radial nachgiebig abgestützt ist, wozu die Laschen (22) am einen Ende mit dem Lagerring (9) und am anderen Ende mit dem Gehäuse (1, 7) durch Gelenke (25 bzw. 26) verbunden sind (Fig. 3).

7. Verstellvorrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen (22) mittels axial gestellter Gelenkbolzen (25, 26) am einen Ende mit dem Lagerring (9) und am anderen Ende mit dem Gehäuse (1, 7) verbunden sind.

8. Verstellvorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (9) mittels eines radial durch Formgebung elastisch nachgiebig wirkenden Ringes (30) auf dem Maschinengehäuse zentrisch abgestützt ist (Fig.4).