CH665257A5 - Vorrichtung zum veraendern des leitschaufelwinkels an einer axialen stroemungsmaschine. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels an einer axialen Strömungsmaschine, mit einem ausserhalb eines Innengehäuses angeordneten Aussengehäuse, mit einem zwischen dem Innengehäuse und dem Aussengehäuse angeordneten Zwischenzylinder, mit in der Innenseite des Zwischenzylinders ausgebildeten axialen Nuten für die Aufnahme der Enden von Leitschaufelarmen zum Drehen dieser Leitschaufeln der Strömungsmaschine und mit einer Betätigungseinrichtung zum Drehen des Zwischenzylinders mindestens abschnittsweise in Umfangsrichtung, um so den Haltewinkel der Leitschaufeln zu verändern.

Im folgenden wird die Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels anhand eines Axialkompressors als Beispiel für eine herkömmliche axiale Strömungsmaschine erläutert.

Zur Verbesserung von Teillastbetriebscharakteristika oder zum Vergrössern des Arbeitsbereichs eines Axialkompressors ist es eine allgemein übliche Massnahme, eine Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels vorzusehen. Die Vorrichtung zum Ändern des Leitschaufelwinkels nimmt eine fluiddynamische Kraft, die von dem in der Maschine während des Betriebs strömenden Fluid auf die Leitschaufeln ausgeübt wird, sowie eine äussere Kraft auf, die beispielsweise von einem Arbeitszylinder erzeugt wird, um die ortsfesten Leitschaufeln zu drehen, um die fluiddynamische Kraft zu überwinden. Die Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels ist erforderlich, damit, wenn solche Kräfte anliegen, der Betrieb genau eingehalten werden kann.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Ändern des Leitschaufelwinkels bekannt (JP-GM 111 747,1968), welche Leitschaufelarme aufweist, die an ihren einen Enden an Schäften

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der Leitschaufeln, auf die im folgenden als Leitschaufelschaft Bezug genommen wird, und an ihren anderen Enden an einem Ring um ein inneres Gehäuse herum oder an einem Zwischenzylinder befestigt sind. Während des Betriebs wird der Ring oder Zwischenzylinder in Umfangsrichtung gedreht oder alternativ in Axialrichtung bewegt, um die Leitschaufelarme anzutreiben und um dadurch die Leitschaufeln zu drehen (US-PS 3 860 355, JP-PS 22 445/1977). Bei der Anordnung, bei welcher der Ring oder der Zwischenzylinder axial bewegt wird, sind die Leitschaufelarme rechtwinklig zur Rotorachse angeordnet, während bei der Anordnung, bei welcher der Ring in Umfangsrichtung gedreht wird, die Leitschaufelarme in Axialrichtung des Rotors angeordnet sind.

Bei der erstgenannten Anordnung mit axial bewegtem Ring oder Zwischenzylinder ist es erforderlich, axial treibende Arbeitszylinder um den Ring oder den Zwischenzylinder herum an Stellungen vorzusehen, die einander quer über die Rotorachse gegenüberliegen, um eine glatte axiale Gleitbewegung des Rings oder des Zwischenzylinders zu erhalten. Die herkömmliche Anordnung erfordert somit wenigstens zwei Arbeitszylinder. Dabei ist wesentlich, dass diese Arbeitszylinder die gleiche Treibkraft ausüben, da sonst aufgrund eines lokalen Kontakts zwischen den Gleitteilen eine glatte Gleitbewegung nicht stattfinden kann. Bei dieser Anordnung müssen die Arbeitszylinder zum Drehen des Arms eine Kraft gleicher Grösse ausüben. Das axiale treibende System erfordert somit eine grössere Treibkraft als das treibende Rotationssystem, bei welchem der Ring oder der Zwischenzylinder gedreht wird, so dass die Ausgangskosten und die laufenden Kosten grösser sind.

Bei dem treibenden Rotationssystem kann hingegen mit nur einem Zylinder eine weiche, unbehinderte Verstellung erreicht werden. Da der radiale Abstand zwischen der Angriffsstelle der vom Arbeitszylinder erzeugten Kraft und der Drehachse so gewählt werden kann, dass er grösser als der Abstand zwischen den Leitschaufelarmen und der Drehachse ist, ist es ausserdem möglich, die Leitschaufeln mit einer vom Arbeitszylinder ausgeübten reduzierten Kraft zu drehen. Das treibende Rotationssystem ist deshalb dem treibenden axialen System überlegen, hat jedoch die nachstehend erwähnten Nachteile.

Bei einer Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels mit einem treibenden Rotationssystem ist es üblich, den am Aussengehäuse sitzenden Arbeitszylinder mit dem Zwischenzylinder mit einem Gestänge zu verbinden (JP-GM11 174/1968).

Die treibende Kraft kann in eine Tangentialkraft, welche den Zwischenzylinder in Tangentialrichtung drückt oder zieht, und eine dazu rechtwinklige Komponente zerlegt werden, die den Zwischenzylinder in eine Richtung senkrecht zur Richtung der Tangentialkraft drückt oder zieht, wobei beide Komponenten am Angriffspunkt am Zwischenzylinder angreifen. Die am Zwischenzylinder angreifende rechtwinklige Komponente beträgt mehrere Tausend N,

wenn der Kompressor ein Mehrstufenkompressor mit fünf bis sechs Stufen ist. Diese grosse Kraft beeinträchtigt die unbehinderte Arbeitsweise von Einrichtungen zur Aufnahme thermischer Dimensionsänderungen in unerwünschter Weise, beispielsweise des Zylinderhalteringes. Die rechtwinklige Komponente übt auch eine seitliche Kraft auf die Stange des Arbeitszylinders aus, wodurch ein lokaler Kontakt zwischen der Stange des Arbeitszylinders und dem Zylinder hervorgerufen wird, was die einwandfreie Arbeitsweise des Arbeitszylinders erschwert. Die auf den Arbeitszylinder wirkende seitliche Kraft wird bei der bekannten Vorrichtung auch aus den nachstehenden Gründen erzeugt. Die Lage des Verbindungspunkts zwischen dem Gestängeende und dem Zwischenzylinder bezogen auf die Lage des Arbeits-

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Zylinders wird in Axialrichtung aufgrund einer thermisch bedingten Torsion während des Betriebes verändert. Deshalb nimmt die Stange des Arbeitszylinders nicht nur den seitlichen Druck, der von der senkrechten Komponente Fi der vom Arbeitszylinder erzeugten treibenden Kraft F, sondern auch den seitlichen Druck auf, der von der Differenz der thermischen Expansion zwischen dem Zwischenzylinder und dem Aussengehäuse erzeugt wird, was zu einer nicht mehr unbehinderten Arbeitsweise des Arbeitszylinders führt. Ein weiteres Problem besteht darin, dass bei einer Teilung des Aussengehäuses in zwei Hälften in der Horizontelebene der Arbeitszylinder an der unteren Hälfte des Aussengehäuses angebracht werden muss, da bei einer Anbringung an der oberen Hälfte es nicht möglich wäre, den Zwischenzylinder mit dem Arbeitszylinder zu verbinden, so dass eine solche Anordnung physikalisch nicht möglich ist. Weiterhin ist erforderlich, den Arbeitszylinder so nahe wie möglich an der geteilten Fläche des Aussengehäuses anzubringen, um die Verbindung des Arbeitszylinders mit dem Zwischenzylinder zu vereinfachen. Dadurch wird in unerwünschter Weise der Verbindungspunkt zwischen dem Zwischenzylinder und dem Gestänge von der Mitte des Rotors weg verlegt, so dass der Arbeitszylinder eine grössere Kraft ausüben muss. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels für eine axiale Strömungsmaschine zu schaffen, bei der das Angreifen eines seitlichen Drucks an einer Betätigungseinrichtung, wie einem Arbeitszylinder, zum Drehen des Zwischenzylinders oder des Rings vermieden wird, um so eine unbehinderte Arbeitsweise der Betätigungseinrichtung zu gewährleisten. Dabei soll jeder seitliche Druck vermieden werden, der auf die thermisch bedingte Torsion des Zwischenzylinders zurückzuführen ist. Ausserdem soll die Halterung der Betätigungseinrichtung an der oberen Hälfte des Aussengehäuses möglich sein, welches in einer horizontalen Ebene in eine obere Hälfte und eine untere Hälfte geteilt ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels an einer axialen Strömungsmaschine gelöst durch a) mindestens an seinem einen Ende mit dem Zwischenzylinder verbundenen Arm, dessen anderes Ende mit dem Aussengehäuse wirkverbunden ist,

b) eine Führungseinrichtung, die mit der Betätigungseinrichtung am Aussengehäuse angebracht ist,

c) einen Führungsblock, der von der Betätigungseinrichtung hin und her in einer zur Achse des Rotors der Maschine senkrechten Richtung bewegbar ist und von der Führungseinrichtung geführt wird,

d) einen Eingriffsabschnitt, der entweder im Führungsblock oder im anderen Ende des Arms ausgebildet ist und die Kraft der Betätigungseinrichtung auf den Arm in der zur Achse des Rotors senkrechten Richtung überträgt, und e) ein in den Eingriffsabschnitt ragendes Teil, das entweder am anderen Ende des Arms oder am Block ausgebildet ist und in Radialrichtung in den Eingriffsabschnitt so beweglich eingeführt ist, dass eine Wirkverbindung zwischen der Betätigungseinrichtung und dem Zwischenzylinder in einer zur Achse des Rotors senkrechten Richtung entsteht.

Der Arm oder die Arme erstrecken sich zum Aussengehäuse hin. Für eine Hin- und Herbewegung in Achsrichtung des Rotors der axialen Strömungsmaschine ist ein Block vorgesehen, der von einer Führungseinrichtung an der Innenfläche des Aussengehäuses geführt wird. Um den Block von einer Betätigungseinrichtung antreiben zu können, sind der Block und das Ende oder die Enden des Arms bzw. der Arme über ein Eingriffsteil verbunden, das die Kraft der Betätigungseinrichtung auf den Arm oder die Arme in Richtung senkrecht zur Rotorachse übertragen kann, wobei Eingriffs3

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enden in den Eingriffsabschnitt in radialer Richtung des Rotors einführbar sind, so dass sie am Eingriffsabschnitt in der zur Rotorachse senkrechten Richtung angreifen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung im Axialschnitt,

Fig. 2 den Schnitt II-II von Fig. 1,

Fig. 3 in einer Einzelheit im Schnitt den Eingriff zwischen Block und Arm,

Fig. 4 den Schnitt IV-IV von Fig. 3 und

Fig. 5 in einer Ansicht wie Fig. 1 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung.

Der in Figur 1 bis 4 gezeigte Axialkompressor hat einen Rotor 1, der Laufschaufeln 2 trägt, die die von einem nicht gezeigten Antrieb dem Rotor 1 erteilte Rotationsenergie in einen Drehimpuls umsetzt und diesen an ein Fluid abgibt, das zwischen den Laufschaufeln 2 und Leitschaufeln 3 komprimiert wird, die drehbar an dem Innengehäuse 4 gehalten sind, um einen hohen statischen Druck des Fluids einzustellen. Das Fluid strömt durch einen zwischen der äusseren Umfangsfläche des Rotors 1 und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 4 gebildeten Kanal von dem axialen Ende A zum axialen Ende B in Fig. 1. Die Leitschaufeln 3 sind verdrehbar jeweils an Leitschaufelschäften 5 gehalten, mit denen Leitschaufelarme 6 an ihren Basisenden verbunden sind. Die Aussenenden der Leitschaufelarme 6 greifen in Nuten 8 an der Innenseite eines Zwischenzylinders 7 ein und erstrecken sich in Axialrichtung des Rotors. Der Zwischenzylinder 7 ist drehbar an der Aussenseite des Innengehäuses 4 so gehalten, dass jegliche Beeinflussung durch thermische Expansion des Innengehäuses 4 vermieden wird. Die Saugseite des Zwischenzylinders 7 wird direkt von dem Innengehäuse 4 getragen, wobei ein kleiner Spalt dazwischen verbleibt, während die Vorderseite des Zwischenzylinders in der nachstehenden Weise gehalten ist. Um die Differenz der thermischen Expansion zwischen dem Zwischenzylinder 7 und dem Innengehäuse 4 absorbieren zu können, wird der Zwischenzylinder 7 von einem Haltering 11 getragen, der radiale Vorsprünge 12 hat, die in radialen Nuten 13 im Innengehäuse 4 aufgenommen sind. Der Zwischenzylinder 7 ist in Axialrichtung in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt, die über Ringe 15 durch beispielsweise Bolzen zu einem Teil zusammengefasst sind. Die axialen Nuten 8, die die Enden der Leitschaufelarme 6 zum Drehen der Leitschaufeln 3 aufnehmen, sind an den Innenflächen dieser Ring 15 ausgebildet. Die Leitschaufelarme 6 sind an ihren inneren Enden mit Verbindungen 16 versehen, die gleitend verschiebbar in den Nuten 8 aufgenommen sind. Für ein Verdrehen der Nuten 8 in Umfangsrichtung ist ein Arm 17 vorgesehen. Bei der gezeigten Ausführungsform, bei welcher die Nuten 8 sich als Einheit mit dem Zwischenzylinder 7 drehen, ist der Arm 17 an der Aussenfläche des Zwischenzylinders 7 befestigt und dreht diesen zusammen mit den Nuten 8. Der Arm 17 erstreckt sich zum Aussengehäuse 9 und trägt an seinem Ende ein Schwenk, bzw. drehbares Teil 18. Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Zwischenzylinder 7 dadurch zu drehen, dass auf das Ende des Arms 17 eine Kraft senkrecht zur Rotorachse, d.h. eine Tangentialkraft, ausgeübt wird, wodurch die Leitschaufelarme 6 längs der Nuten 8 unter der Wirkung der Ringe 15 so bewegt werden, dass die Leitschaufelschäfte 5 gedreht werden, wodurch der Winkel der Leitschaufeln 3 im gewünschten Mass geändert wird. Im folgenden wird die Massnahme, eine Tangentialkraft am Ende des Arms 1_7 anzulegen, näher erläutert. Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, ist das Aussengehäuse 9 auf seiner Innenseite mit einer Führungseinrichtung versehen, die von einer Führungsstange 19b, die an ihren beiden Enden von zwei Lagern 19a gehalten ist, und einer Führungsplatte 19c gebildet wÄ ffi î»ton if Finiipiaic i a und dem Au»

sengehäuse 9 angeordnet ist. Ein hin- und herbewegbarer Block 20 wird von der Führungseinrichtung 19 geführt. Der Block 20 ist mit einer Betätigungseinrichtung verbunden, beispielsweise mit der Stange 10a des Arbeitszylinders 10, die an dem Aussengehäuse 9 festgelegt ist und von dem Arbeitszylinder 10 getrieben wird. Der Block 20 ist an seinem dem Zwischenzylinder 7 anliegenden Abschnitt mit einem Ein-griffsabschnitt zum Übertragen der Kraft von dem Arbeitszylinder 10 rechtwinklig zur Drehachse des Rotors 1 versehen, beispielsweise einer Nut 21, die sich in Axialrichtung des Rotors erstreckt. Die Nut 21 nimmt das drehbare Teil 18 auf, das am Ende des Arms 17 befestigt ist. Die Führungsstange 19b der Führungseinrichtung 19 erstreckt sich durch den Block 20. Da der Block 20 an seinem oberen Abschnitt von der Führungsplatte 19c geführt wird, kann der Block 20 eine Linearbewegung nur in Axialrichtung des Arbeitszylinders 10 ausführen. Die Anordnung ist so getroffen, dass die Linien, längs der einen Last am Block 20 der Arbeitszylinderstange 10a angelegt wird, im wesentlichen mit der Mitte des drehbaren Teils 18 am Ende des Arms 17 zusammenfällt, um die glatte Hin- und Herbewegung des Blocks 20 weiter zu gewährleisten.

Der Aufbau für den gegenseitigen Eingriff zwischen dem Ende des Arms 17 und dem Block 20 wird anhand der Figuren 3 und 4 erläutert. Das drehbareTeil 18, das eine im wesentlichen rechteckige Form hat, ist am Ende des Arms 17 über ein Halteelement 22, einen Zapfen 23 und ein Element mit kugeliger Aussenfläche verbunden. Dieses Teil 18 kann sich in jeder gewünschten Richtung längs des Kugelsitzes des kugeligen Teils 24 um den Zapfen 23 drehen. Wie aus Figur 3 zu ersehen ist, sind an dem Endabschnitt des beweglichen Teils 18 und am Einlassabschnitt der Nut 21, die im Block 20 ausgeführt ist, jeweils Abschrägungen 18a bzw. 21a ausgeführt, um das Einführen des beweglichen Teils 18 in die Nut 21 zu erleichtern. Die Lage des Schwerpunkts des beweglichen Teils 18 ist zur unteren Seite hin versetzt, d.h. zur Achse des Rotors, so dass das bewegliche Teil 18 parallel zur Nut 21 während des Einführens in die Nut 21 gehalten wird. Es ist deshalb möglich, den Eingriff zwischen dem Arm 17 und dem Block 20 einfach dadurch herzustellen, dass das Aussengehäuse 9 von der Oberseite aufgepasst wird. Der gegenseitige Eingriff zwischen dem Arbeitszylinder 10 und dem Zwischenzylinder 7 kann ohne Verwendung eines Verbindungszapfens einfach durch Aufpassen bzw. Befestigen des Aussengehäuses 9 erreicht werden. Bei der tatsächlichen Montage des Axialkompressors werden die Bauteile, wie der Arbeitszylinder 10, die Führungseinrichtung 19, der Block 20 usw. vorher an der Innenfläche der oberen Hälfte des Aussengehäuses 9 befestigt, so dass sich der Block 20 in einer Position befindet, die dem Ende des Arms 17 entspricht.

Nach der Montage des Rotors 1, des Innengehäuses 4, des Zwischenzylinders 7 usw., wird die obere Hälfte des Aussengehäuses 9 aufgesetzt, wodurch die Montage des Axialkompressors abgeschlossen ist. Die beschriebene Ausführungsform arbeitet folgendermassen: An jeder Leitschaufel 3 wirkt eine Sogkraft, wenn sie den statischen Druck des Fluids erhöht. Dies hat zur Folge, dass ein Drehmoment in dem Leitschaufelschaft 5 erzeugt wird, da der Angriffspunkt der Sogkraft zur Achse des Leitschaufelschafts 5 versetzt ist. Dieses Drehmoment tritt während des Betriebs als die auf den Zwischenzylinder 7 wirkende Tangentialkraft auf, so dass es nötig ist, eine Gegenkraft aufzubringen, welche diese Tangentialkraft an den Zwischenzylinder 7 ausgleicht, und zwar mit Hilfe des Arbeitszylinders 10, wodurch die Leit5

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schaufeln 3 in jeder gewünschten Winkelstellung gehalten werden. Figur 2 zeigt den Kompressor in einem bestimmten Betriebszustand. Zum Ändern des Winkels der Leitschaufeln 3 von dem in Figur 2 gezeigten Zustand aus wird die von dem Arbeitszylinder 10 auf den Zwischenzylinder 7 ausgeübte Kraft erhöht, um den Zwischenzylinder 7 um einen gewünschten Winkel zu verdrehen. Die Bewegung des Arbeitszylinders 10 wird auf den Block 20 über die Arbeitszylinderstange 10a übertragen, so dass der Block 20 sich in der zur Achse des Rotors 1 senkrechten Richtung bewegt, während er von der Führungseinrichtung 19 geführt wird, die am Aussengehäuse 9 festgelegt ist. Die Bewegung des Blocks 20 verursacht eine Drehung des damit in Eingriff stehenden Arms 17 in Bewegungsrichtung des Blocks 20, so dass der Zwischenzylinder 7, der bezüglich des Innengehäuses 4 drehbar ist, zusammen mit dem Arm 17 drehbar ist. Deshalb werden die Leitschaufeln 3 um einen gewünschten Winkel während des Zusammenwirkens von Nut 8, Leitschaufelarmen 6 und Leitschaufelschäften 5 gedreht.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist das bewegliche Teil 18 am Ende des Arms gleitend verschiebbar bezüglich der Nut 21 im Block 20, und zwar sowohl in Vertikalrichtung als auch in Axialrichtung, so dass die Differenz der thermischen Expansion zwischen dem Aussengehäuse 9 und dem Zwischenzylinder 7 absorbiert wird. Der Block 20 wird von der Führungseinrichtung 19 am Aussengehäuse 9 nur in der Richtung senkrecht zur Achse des Rotors 1 geführt. Deshalb wirkt kein seitlicher Druck auf die Arbeitszylinderstange 10a ein, was eine unbehinderte Arbeitsweise des Arbeitszylinders 10 gewährleistet und somit auch einen zuverlässigen Betrieb der Vorrichtung zum Ändern des Leitschaufelwinkels. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Änderung des Leitschaufelwinkels nimmt das Ende des Arms 17 somit nur die Kraft für den Antrieb des Zwischenzylinders 7 in der zur Achse des Rotors 1 senkrechten Richtung auf, wodurch eine glatte Gleitbewegung des Zwischenzylinders 7 gewährleistet ist, auch wenn ein Unterschied in der thermischen Expansion zwischen dem Zwischenzylinder 7 und dem Aussengehäuse 9 vorliegt oder wenn die Achse des Zwischenzylinders 7 zur Achse des Rotors 1 versetzt oder dazu geneigt ist.

Da der gegenseitige Eingriff zwischen dem Block 20 und dem Arm 17 durch den Eingriff zwischen der Nut 21 im Block 20 und dem beweglichen Teil 18 am Ende des Arms 17 erreicht wird, ist es nicht erforderlich, einen Zapfen für die Verbindung des Zwischenzylinders 7 mit dem Aussengehäuse 9 zu verwenden. Es ist deshalb möglich, dass sich das Ende des Arms 17 in eine Stellung in der Nähe des Aussengehäuses 9 erstreckt. Somit erreicht der genügend lange Arm 17 in eine Position in der Nähe des Aussengehäuses 9, was bedingt, dass der Angriffspunkt der Tangentialkraft zur Drehung des Zwischenzylinders 7 einen ausreichenden Abstand dazu hat. Die für die Drehung des Zwischenzylinders 7 erforderliche Tangentialkraft ist umgekehrt proportional zum Abstand zwischen dem Angriffspunkt der Tangentialkraft und der Rotorachse. Bei der bekannten Vorrichtung, bei welcher der Zwischenzylinder mit dem Arbeitszylinder mit Hilfe eines Verbindungsgestänges und eines Zapfens verbunden war, liegt der Angriffspunkt der Tangentialkraft zum Drehen des Zwischenzylinders an einer Stelle in der Nähe des Aussenumfangs des Zwischenzylinders. Erfindungsge-mäss ist es deshalb möglich, die Kraft des Arbeitszylinders 10 bzw. der Betätigungseinrichtung, die für das Drehen des Zwischenzylinders 7 erforderlich ist, verglichen mit der herkömmlichen Vorrichtung, zu verringern. Bei einem Axialkompressor ist es beispielsweise möglich, die Kraft des Zylinders auf zwei Drittel bis drei Viertel der Kraft der herkömmlichen Einrichtung zu beschränken, so dass nicht nur die Pro-

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duktionskosten, sondern auch die Betriebskosten sinken.

Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform die Einrichtung zum Drehen des Zwischenzylinders 7, d.h. der Arbeitszylinder 10, an der oberen Hälfte des Aussengehäuses 9 angebracht ist, kann der Arbeitszylinder 10 auch an der unteren Hälfte des Aussengehäuses 9 angebracht werden. Wenn die genannte Einrichtung an der unteren Hälfte des Aussengehäuses 9 angebracht wird, ist es möglich, den Eingriff zwischen dem beweglichen Teil 18 und dem Block 20 auf einfache Weise zu erhalten, und zwar durch Versetzen der Position des Schwerpunkts des drehenden Teils 12 zur unteren Seite der Achse des Zapfens 23, d.h. zu der Unterseite des Gehäuses. Das bewegliche Teil 18 hat dabei eine im wesentlichen rechteckige Form, so dass es mit der Nut 21 in Oberflächenkontakt steht. Das bewegliche Teil 18 kann jedoch auch eine zylindrische Form haben. In diesem Fall kann der Eingriff zwischen dem beweglichen Teil 18 und der Nut 21 leichter erreicht werden, aufgrund des Linienkontakts zwischen dem beweglichen Teil 18 und der Nut 21 steigt jedoch die Hertzsche Pressung, so dass das bewegliche Teil 18 und der Block 20 verschleissen oder beschädigt werden, was die Betriebssicherheit beeinträchtigt.

Bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform werden die ortsfesten Leitschaufeln der verschiedenen Stufen auf verschiedene Winkel eingestellt. Dabei ist wie bei der Ausführungsform der Figuren 1 bis 4 der Zwischenzylinder 7 an der Aussenseite des Innengehäuses 4 befestigt, um den Unter-schied in der thermischen Expansion dazwischen zu absorbieren. An der Innenseite des Zwischenzylinders 7 sind an Stellen, die den Stufen der Leitschaufeln 3 entsprechen, in Umfangsrichtung drehbare Ringe 15 angeordnet. An den inneren Umfangsflächen der Ringe 15 sind axiale Nuten 8 für die Aufnahme der Enden der Leitschaufelarme 6 zum Drehen der Leitschaufeln der jeweiligen Stufen ausgebildet. Die Ringe 15 sind an den axialen Segmenten 15a des Zwischenzylinders 7 befestigt. Die axialen Segmente 15a des Zwischenzylinders 7 sind durch Bolzen o.dgl. miteinander zu einer Einheit, dem Zwischenzylinder 7, verbunden. Zwei der axialen Segmente 15a des Zwischenzylinders 7, angrenzend an die Saugseite des Kompressors 2, legen bestimmte Aussen-räume fest, wobei zwei diesen Segmenten zugeordnete Ringe 15 mit Armen 17 verbunden sind, die sich durch diese Räume zu dem Aussengehäuse 9 hin erstrecken. Weitere drei Ringe 15, angrenzend an die Förderseite des Kompressors, sind an einem Abschnitt des Zwischenzylinders 7 befestigt, welcher Abschnitt, mittels eines Armes 17 am Block 20 befestigt, sich zum Aussengehäuse 9 hin erstreckt. Von den Armen 17 hat der, der sich zur Saugseite des Kompressors am nächsten befindet, die geringste Länge, während der der Förderseite des Kompressors am nächsten liegende die grösste Länge hat. Der Block 20, der sich in Axialrichtung des Rotors erstreckt, hat eine in Axialrichtung des Rotors 1 verlaufende Nut 21 und kann sich in der zur Richtung der Achse des Rotors 1 senkrechten Richtung hin und her bewegen. Die Nut 21 im Block 20 nimmt die Enden der Arme 17 auf. Da der der Saugseite des Kompressors am nächsten liegende Arm 17 die geringste Länge hat, während der Arm 17 in der Nähe der Förderseite des Kompressors die grösste Länge hat, ist die Nut 21 am Endabschnitt des Blocks 20 an der Saugseite des Kompressors am grössten und am Endabschnitt in der Nähe der Förderseite des Kompressors am kleinsten, so dass das drehbare Teil 18 am jeweiligen Arm 17 in die Nut 21 optimal eingreifen kann. Alternativ hat die Nut 21 eine konstante Tiefe, ist jedoch über der Länge des Blocks 20 entsprechend den Längserstreckungen der Arme 17 geneigt, da die Nut 21 nur für den Eingriff mit den Enden der Arme 17 der jeweiligen Stufen dienen soll. Der Block 20 kann sich in der zur Achse des Rotors 1 senkrechten Richtung hin- und herbe5

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wegen, während er von der Führungseinrichtung geführt wird, wie dies anhand von Figur 2 erläutert wurde. Da sich bei der gezeigten Ausführungsform der Block 20 in Axialrichtung des Rotors 1 erstreckt, werden zwei Führungsstangen 19b zur Bildung der Führungseinrichtung vorgesehen, um den Block 20 stabil zu führen.

Bei der vorhergehenden Ausführungsform wird der Block 20 von einem einzigen Arbeitszylinder angetrieben, der am oberen Halbteil des Aussengehäuses 9 festgelegt ist.

Die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform hat zusätzlich den Vorteil, dass die Nut 21 im Block 20 sich in Axialrichtung des Rotors erstreckt und die Enden der Arme 17 aufnimmt, die eine andere Länge haben, so dass die Leitschaufeln 3 der diesen Armen zugeordneten Stufen auf unterschiedliche optimale Winkel gleichzeitig eingestellt werden, wodurch die Kompressorleistung weiter verbessert wird.

Die der dritten bis fünften Stufe der Leitschaufeln 3 bei dieser Ausführungsform entsprechenden Ringe 15 sind an dem Zwischenzylinder 7 so befestigt, dass sich drei Ringe 15 gleichzeitig drehen. Eine solche Anordnung dient lediglich der Erläuterung und schliesst Anordnungen nicht aus, bei denen die Ringe entsprechend allen Stufen für eine unabhängige Drehung angeordnet sind, um eine unabhängige Steuerung der jeweiligen Stufen der Leitschaufeln 3 zu ermöglichen.

Bei den beiden beschriebenen Ausführungsformen wird die Verbindung zwischen dem Block 20 und den Armen 17 durch gegenseitigen Eingriff von Nut 21 im Block 20 und den Enden der Arme 17 erreicht, die in der Nut 21 aufgenommen werden. Der gleiche Vorteil ist durch eine Anordnung erreichbar, bei der Eingriffsabschnitte, wie Nuten in den

Enden der Arme 17 ausgebildet sind, während der Block 20 Vorsprünge oder dergleichen aufweist, die in diesen Nuten aufgenommen werden können. Der Eingriffsabschnitt braucht nicht unbedingt nutenförmig zu sein. Als Eingriffs-s einrichtung können auch andere Aufbauten, beispielsweise eine rechteckige Form, verwendet werden, vorausgesetzt,

dass das Ende des zugeordneten Teils durch eine Bewegung in Radialrichtung des Rotors eingeführt werden kann, um die Verbindung zwischen dem Eingriffsabschnitt und dem io Ende des zugehörigen Teils in der zur Richtung der Achse des Rotors senkrechten Richtung erreichen zu können. Auch der beschriebene Aufbau der Führungseinrichtung 19 ist nicht bindend. Die Führungseinrichtung 19 könnte auch irgend einen Teil der Stange 10a führen, vorausgesetzt, dass is der Block 20 am Ende der Arbeitszylinderstange 10a befestigt ist. Als Betätigungseinrichtung für den hin- und hergehenden Antrieb des Blocks 20 in der zur Rotorachse senkrechten Richtung kann auch jede geeignete Betätigungseinrichtung verwendet werden, beispielsweise eine Kombination einer 20 Drehbetätigungseinrichtung, beispielsweise eines Motors und eines Schneckengetriebes, anstelle des Arbeitszylinders 10.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Veränderung 25 des Leitschaufelwinkels bei einer axialen Strömungsmaschine ist es möglich, das Angreifen eines seitlichen Drucks an der Betätigungseinrichtung zur Erzeugung der Kraft zum Drehen der stationären Leitschaufeln vollständig zu vermeiden, so dass die Betätigungseinrichtung stabil und glatt 30 arbeiten kann, was eine hohe Betriebssicherheit der Vorrichtung gewährleistet.

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1 Blatt Zeichnungen

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels an einer axialen Strömungsmaschine, mit einem ausserhalb eines Innengehäuses angeordneten Aussengehäuse, mit einem zwischen dem Innengehäuse und dem Aussengehäuse angeordneten Zwischenzylinder, mit in der Innenseite des Zwischenzylinders ausgebildeten axialen Nuten für die Aufnahme der Enden von Leitschaufelarmen zum Drehen dieser Leitschaufeln der Strömungsmaschine und mit einer Betätigungseinrichtung zum Drehen des Zwischenzylinders mindestens abschnittsweise in Umfangsrichtung, um so den Haltewinkel der Leitschaufeln zu verändern, gekennzeichnet durch a) mindestens einen an seinem einen Ende mit dem Zwischenzylinder (7) verbundenen Arm (17), dessen anderes Ende mit dem Aussengehäuse (9) wirkverbunden ist,

   b) eine Führungseinrichtung (19), die mit der Betätigungseinrichtung ( 10) am Aussengehäuse (9) angebracht ist,

   c) einen Führungsblock (20), der von der Betätigungseinrichtung ( 10) hin und her in einer zur Achse des Rotors (1) der Maschine senkrechten Richtung bewegbar ist und von der Führungseinrichtung (19) geführt wird,

   d) einen Eingriffsabschnitt (21), der entweder im Führungsblock (20) oder im anderen Ende des Arms (17) ausgebildet ist und die Kraft der Betätigungseinrichtung (10) auf den Arm ( 17) in der zur Achse des Rotors (1) senkrechten Richtung überträgt, und e) ein in den Eingriffsabschnitt (21 ) ragendes Teil ( 18), das entweder am anderen Ende des Arms (17) oder am Block (20) ausgebildet ist und in Radialrichtung in den Eingriffsabschnitt (21 ) so beweglich eingeführt ist, dass eine Wirkverbindung zwischen der Betätigungseinrichtung (10) und dem Zwischenzylinder (7) in einer zur Achse des Rotors (1) senkrechten Richtung entsteht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung ein Arbeitszylinder (10) mit einer Stange (10a) ist, mit welcher der Führungsblock (20) verbunden ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriffsabschnitt (21) eine Nut aufweist, die in dem Abschnitt des Führungsblocks (20) vorgesehen ist, welcher dem Zwischenzylinder (7) zugewendet ist und das Ende des Arms (17) aufnimmt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff zwischen dem Führungsblock (20) und dem Ende des Arms (17) durch das im wesentlichen rechteckige schwenkbare Teil (18) erfolgt, welches vom freien Ende des Arms (17) über ein Stützelement (22), einen Zapfen (23) und eine kugelige Aussenfläche eines weiteren Teiles (24) getragen wird und in die Nut (21) im Führungsblock (20) ragt.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (19) eine Führungsstange (19b) aufweist, die an ihren beiden Enden von einer Mehrzahl von Haltern (19a) abgestützt ist, die an der Innenfläche des Aussengehäuses (9) befestigt sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (19) eine Führungsplatte (19c) aufweist, die zwischen der Führungsstange (19b) und dem Aussengehäuse (9) angeordnet ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6 mit einem Zwischenzylinder mit drehbaren Ringen (15), die eine individuelle Verstellung für jeden Leitschaufelkranz ermöglichen, mit in der Innenseite der Ringe ausgebildeten axialen Nuten für die Aufnahme der Enden der Leitschaufelarme zum Drehen der Leitschaufeln der Strömungsmaschine, wobei die Betätigungseinrichtung zum Drehen der Ringe in Umfangsrichtung dient, um dadurch den Haltewinkel der Leitschaufeln zu verändern, dadurch gekennzeichnet, dass a) mindestens ein weiterer Arm (17) an seinem einen Ende mit einem Ring (15) verbunden ist b) sich der Führungsblock (20) in Axialrichtung des Rotors (1) über den Bereich erstreckt, in welchem die Arme (17) in Axialrichtung des Rotors (1) hintereinainder angeordnet sind,

   c) einen Eingriffsabschnitt (21 ), der entweder im Führungsblock (20) oder im anderen Ende der Arme (17) ausgebildet ist und die Kraft der Betätigungseinrichtung (10) auf die Arme (17) in der zur Achse des Rotors (1) senkrechten Richtung überträgt, und d) ein Eingriffsende ( 18), das entweder am freien Ende der Arme (17) oder am Führungsblock (20) ausgebildet ist und welches in die Nut (21) in Radialrichtung des Rotors (1) einführbar ist, so dass ein Eingriff rechtwinklig zur Rotorachse stattfindet.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriffsabschnitt eine Nut (21) aufweist, die in dem Abschnitt des Führungsblocks (20), welcher dem Zwischenzylinder (7) zugewendet ist, ausgebildet ist und sich in Axialrichtung des Rotors (1) erstreckt, wobei die Enden der Arme (17) in der Nut (21) aufgenommen sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff zwischen dem Führungsblock (20) und den Enden des Arms (17) über das im wesentlichen rechteckige drehbare Teil (18), das am Ende eines jeden Armes (17) befestigt ist, über ein Stützelement (22), einen Zapfen (23) und ein weiteres Teil (24) mit kugeliger Aussenfläche erreicht wird, wobei das Teil ( 18) in der Nut (21 ) im Führungsblock (20) aufgenommen ist.