CH702603A2

CH702603A2 - Variable Einlassleitschaufelanordnung for a compressor.

Info

Publication number: CH702603A2
Application number: CH00076/11A
Authority: CH
Inventors: Stephen Paul Wassynger; Mark Stefan Maier
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2011-01-17
Publication date: 2011-07-29
Also published as: US20140003909A1; CN102128179A; JP2011149425A; US20110176913A1; DE102011000182A1

Abstract

Eine variable Einlassleitschaufelanordnung (30) für einen Verdichter (18) enthält ein Gehäuse (40), das einen Einlass des Verdichters definiert, wenigstens einen Leitschaufelträger, der im Inneren des Gehäuses koaxial angeordnet. ist, mehrere Leitschaufeln (38), die in Umfangsrichtung um den Umfang des Gehäuses angeordnet sind, wobei jede Leitschaufel zwischen dem Gehäuse und dem wenigstens einen Leitschaufelträger schwenkbar montiert ist, einen Aktuatormechanismus (44, 46), der konfiguriert ist, um wenigstens einige der mehreren Leitschaufeln in einem asymmetrischen Muster um den Umfang des Gehäuses herum zu verschwenken. Ein Verfahren zur Steuerung einer variablen Einlassleitschaufelanordnung für einen Verdichter enthält ein Verschwenken wenigstens einiger der mehreren Leitschaufeln in einem asymmetrischen Muster um den Umfang des Gehäuses herum.A variable inlet guide vane assembly (30) for a compressor (18) includes a housing (40) defining an inlet of the compressor, at least one vane support disposed coaxially within the housing. , a plurality of stator vanes (38) circumferentially disposed about the circumference of the housing, each stator blade pivotably mounted between the housing and the at least one vane carrier, an actuator mechanism (44, 46) configured to engage at least some of the housing pivot a plurality of vanes in an asymmetrical pattern around the circumference of the housing. A method of controlling a variable inlet guide vane assembly for a compressor includes pivoting at least some of the plurality of vanes in an asymmetric pattern about the circumference of the housing.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

[0001] Die Erfindung betrifft verstellbare Einlassleitschaufeln, die verwendet werden, um die in einen Verdichter, z.B. einen Verdichter eines Gasturbinentriebwerks, eintretende Strömung zu steuern. The invention relates to variable inlet guide vanes which are used to feed into a compressor, e.g. To control a compressor of a gas turbine engine, incoming flow.

Hintergrund zu der ErfindungBackground to the invention

[0002] Ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk, das verwendet wird, um ein Flugzeug im Flug anzutreiben, enthält gewöhnlich in serieller Strömungsverbindung einen Bläser (Fan), einen Niederdruckverdichter oder Booster, einen Hochdruckverdichter, eine Brennkammer, eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine. Die Brennkammer erzeugt Verbrennungsgase, die aufeinanderfolgend zu der Hochdruckturbine, wo sie expandieren, um die Hochdruckturbine anzutreiben, und anschliessend zu der Niederdruckturbine geleitet werden, wo sie weiter expandieren, um die Niederdruckturbine anzutreiben. Die Hochdruckturbine ist über eine erste Rotorwelle mit dem Hochdruckverdichter antriebsmässig verbunden, und die Niederdruckturbine ist sowohl mit dem Bläser als auch mit dem Booster über eine zweite Rotorwelle antriebsmässig verbunden. A turbofan gas turbine engine used to propel an aircraft in flight typically includes in serial flow communication a fan, a low pressure compressor or booster, a high pressure compressor, a combustor, a high pressure turbine, and a low pressure turbine. The combustor produces combustion gases which are sequentially directed to the high pressure turbine where they expand to drive the high pressure turbine and then to the low pressure turbine where they continue to expand to drive the low pressure turbine. The high pressure turbine is drivingly connected to the high pressure compressor via a first rotor shaft, and the low pressure turbine is drivingly connected to both the fan and the booster via a second rotor shaft.

[0003] Der Hochdruckverdichter enthält gewöhnlich eine Reihe von Statorschaufelstufen, die verwendet werden, um Luft zur Verwendung in dem Triebwerk und Flugzeug zu komprimieren. Die dem Booster benachbarte erste Verdichterstufe ist die Einlassleitschaufelstufe, die aus mehreren längs des Umfangs angeordneten, freitragend gehaltenen Einlassleitschaufeln ausgebildet ist. Die Einlassleitschaufeln können durch ein Steuersystem betätigt werden, um den Luftdurchfluss zwecks der Leistung und der Vermeidung eines Strömungsabrisses zu optimieren. Die Leitschaufeln sind zwischen einem Statorgehäuse und einem Leitschaufelinnendeckband gehalten. Das Statorgehäuse ist mit dem Triebwerksgehäuse verbunden. Der Zwischenraum zwischen dem Statorgehäuse und dem Deckband definiert das den Hochdruckverdichter durchströmende Luftvolumen. Das Deckband stellt eine aerodynamische Strömungspfadbegrenzung des Hochdruckverdichters bereit. The high pressure compressor usually includes a series of stator vane stages which are used to compress air for use in the engine and aircraft. The first compressor stage adjacent the booster is the inlet guide vane stage, which is formed of a plurality of circumferentially arranged cantilevered inlet guide vanes. The inlet guide vanes may be actuated by a control system to optimize airflow for performance and stall prevention. The vanes are held between a stator housing and a Leitschaufelinnenendeckband. The stator housing is connected to the engine housing. The space between the stator housing and the shroud defines the volume of air flowing through the high pressure compressor. The shroud provides an aerodynamic flow path boundary of the high pressure compressor.

[0004] In einigen Triebwerken lassen sich die Einlassleitschaufeln sowie weitere stromabwärts befindliche Statorschaufeln durch die Betätigung eines oder mehrerer steuerbarer Schaufelaktuatoren variabel verstellen. Ein äusserer Zapfen oder eine Spindel der Leitschaufel führt durch das Statorgehäuse hindurch und ist mit einem Hebelarm gekoppelt. Der Hebelarm ist mit einem Betätigungsring gekoppelt, der mit einem Schaufelaktuator verbunden ist. Ein oder mehrere Schaufelaktuatoren bewirken eine Bewegung einer Reihe von längs des Umfangs angeordneten Statorschaufeln jeder Verdichterstufe. Die Schaufel ist durch eine Kombination von Buchsen, Scheiben und einer Kontermutter, die an dem äusseren Zapfen angeschraubt ist, an dem Statorgehäuse gehalten. In some engines, the inlet vanes and other downstream stator vanes can be variably adjusted by the operation of one or more controllable vane actuators. An outer journal or spindle of the vane passes through the stator housing and is coupled to a lever arm. The lever arm is coupled to an actuating ring which is connected to a paddle actuator. One or more blade actuators cause movement of a series of circumferentially arranged stator blades of each compressor stage. The bucket is held on the stator housing by a combination of bushes, washers and a locknut bolted to the outer journal.

[0005] Die verstellbaren Leitschaufeln werden verwendet, um die in den Verdichter eintretende Strömung zu steuern, und sind dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von dem Durchflussbedarf zu öffnen und zu schliessen. Bei geringen Durchflussbedingungen können die verstellbaren Leitschaufeln in einem Zustand mit abgelöster Strömung arbeiten, während unter höheren Durchflussbedingungen die verstellbaren Leitschaufeln in einem Zustand mit nicht abgelöster Strömung arbeiten. Während der Bewegung der verstellbaren Leitschaufeln entsprechend dem Öffnungs-/Schliess-Schema gibt es einen Bereich, in dem die Strömung beginnt sich abzulösen. Dieser Bereich ist als das «Einsetzen der Ablösung» definiert. Aufgrund von Verformungen am Einlass sind Strömungsgeschwindigkeiten ungleichmässig. Diese Ungleichmässigkeit kann Unterschiede in Bezug darauf, wann jede einzelne Leitschaufel das Einsetzen der Strömungsablösung erreicht, hervorrufen. Das mit diesem Zustand verbundene Umfangsmuster ruft starke harmonische Anregungen hervor, die eine Anregungsquelle für diese Anregungen empfängliche Laufschaufeln bilden. Diese Anregungen können in Bereichen, in denen Schaufelresonanz auftritt, zu starkem Oberschwingungsanteil führen, wodurch Schwingungsbeanspruchungen den Laufschaufeln auferlegt werden. The adjustable vanes are used to control the flow entering the compressor and are designed to open and close depending on the flow demand. At low flow conditions, the variable vanes may operate in a de-flowed condition, while under higher flow conditions, the variable vanes operate in a non-released flow condition. During the movement of the variable vanes according to the opening / closing scheme, there is an area where the flow starts to separate. This area is defined as the "onset of replacement". Due to deformations at the inlet, flow velocities are uneven. This unevenness can cause differences in when each individual vane reaches the onset of flow separation. The circumferential pattern associated with this condition produces strong harmonic excitations that form an excitation source for these excitatory susceptible blades. These excitations can lead to excessive harmonic content in areas where blade resonance occurs, thereby placing vibration stresses on the blades.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

[0006] Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung weist eine variable Einlassleitschaufelanordnung für einen Verdichter auf: ein Gehäuse, das einen Einlass des Verdichters definiert; wenigstens einen Leitschaufelträger, der im Inneren des Gehäuses koaxial angeordnet ist; mehrere Leitschaufeln, die in Umfangsrichtung um den Umfang des Gehäuses herum angeordnet sind, wobei jede Leitschaufel zwischen dem Gehäuse und dem wenigstens einen Leitschaufelträger schwenkbar montiert ist; und einen Aktuatormechanismus, der eingerichtet ist, um wenigstens einige der mehreren Leitschaufeln in einem asymmetrischen Muster rings um den Umfang des Gehäuses zu verschwenken. According to one embodiment of the invention, a variable inlet guide vane assembly for a compressor comprises: a housing defining an inlet of the compressor; at least one vane support coaxially disposed inside the housing; a plurality of vanes circumferentially disposed around the circumference of the housing, each vane being pivotally mounted between the housing and the at least one vane carrier; and an actuator mechanism configured to pivot at least some of the plurality of vanes in an asymmetric pattern around the circumference of the housing.

[0007] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung einer variablen Einlassleitschaufelanordnung für einen Verdichter geschaffen, der ein Gehäuse, das einen Einlass des Verdichters definiert, wenigstens einen Leitschaufelträger, der im Inneren des Gehäuses koaxial angeordnet ist, mehrere Leitschaufeln, die in Umfangsrichtung um den Umfang des Gehäuses angeordnet sind, wobei jede Leitschaufel zwischen dem Gehäuse und dem wenigstens einen Leitschaufelträger schwenkbar montiert ist, und einen Aktuatormechanismus aufweist, der eingerichtet ist, um wenigstens einige der mehreren Leitschaufeln in einem asymmetrischen Muster rings um den Umfang des Gehäuses zu verschwenken. Das Verfahren weist das Schwenken wenigstens einiger der mehreren Leitschaufeln in einem asymmetrischen Muster um den Umfang des Gehäuses herum auf. According to another embodiment of the invention, there is provided a method of controlling a variable inlet guide vane assembly for a compressor, comprising a housing defining an inlet of the compressor, at least one vane support coaxially disposed within the housing, a plurality of vanes circumferentially disposed around the circumference of the housing, each vane being pivotally mounted between the housing and the at least one vane carrier, and having an actuator mechanism configured to surround at least some of the plurality of vanes in an asymmetric pattern around the circumference of the housing to pivot. The method includes pivoting at least some of the plurality of vanes in an asymmetric pattern about the circumference of the housing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0008] <tb>Fig. 1<sep>zeigt eine ausschnittsweise schematisierte Querschnittsansicht eines Turbofan-Triebwerks, das eine Ausführungsform eines Einlassleitschaufel-Steuersystems enthält; <tb>Fig. 2<sep>zeigt eine ausschnittsweise weggeschnittene Perspektivansicht des Hochdruckverdichterabschnitts des Triebwerks nach Fig. 1; <tb>Fig. 3<sep>zeigt eine ausschnittsweise explodierte Perspektivansicht des Einlassleitschaufel-Steuersystems des Triebwerks nach Fig. 1; <tb>Fig. 4<sep>zeigt eine Seitenansicht einer Einlassleitschaufel-und Schaufel-Deckband-Verbindung; und <tb>Fig. 5 und 6<sep>veranschaulichen in schematisierter Weise eine Einlassleitschaufelanordnung und einen Aktuatormechanismus gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.[0008] <Tb> FIG. 1 <sep> is a fragmentary schematic cross-sectional view of a turbofan engine incorporating an embodiment of an inlet guide vane control system; <Tb> FIG. Fig. 2 <sep> is a fragmentary cut away perspective view of the high pressure compressor section of the engine of Fig. 1; <Tb> FIG. Fig. 3 <sep> is a fragmentary exploded perspective view of the inlet guide vane control system of the engine of Fig. 1; <Tb> FIG. Figure 4 shows a side view of an inlet vane and vane shroud connection; and <Tb> FIG. FIGS. 5 and 6 illustrate schematically an inlet guide vane assembly and an actuator mechanism according to another embodiment of the invention.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

[0009] Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente bezeichnen, veranschaulicht Fig. 1 eine Längsschnittansicht eins Turbofan-Triebwerks 10. Das Triebwerk 10 enthält in serieller axialer Strömungsverbindung an einer Längs- und Mittelachse 12 einen Bläser 14, einen Booster 16, einen Hochdruckverdichter 18, eine Brennkammer 20, eine Hochdruckturbine 22 und eine Niederdruckturbine 24. Die Hochdruckturbine 22 ist mit dem Hochdruckverdichter 18 über eine erste Rotorwelle 26 antriebsmässig verbunden, und die Niederdruckturbine 24 ist sowohl mit dem Booster 16 als auch mit dem Bläser 14 über eine zweite Rotorwelle 28 antriebsmässig verbunden, die im Inneren der ersten Rotorwelle 26 angeordnet ist. Referring now to the drawings, wherein like reference numerals designate the same elements, FIG. 1 illustrates a longitudinal sectional view of a turbofan engine 10. The engine 10 includes a fan 14, a booster, in serial axial flow communication on a longitudinal and a central axis 12 16, a high pressure compressor 18, a combustor 20, a high pressure turbine 22 and a low pressure turbine 24. The high pressure turbine 22 is drivingly connected to the high pressure compressor 18 via a first rotor shaft 26 and the low pressure turbine 24 is connected to both the booster 16 and the fan 14 via a second rotor shaft 28 drivingly connected, which is arranged in the interior of the first rotor shaft 26.

[0010] Während eines Betriebs des Triebwerks 10 tritt Umgebungsluft durch den Bläser 14, den Booster 16 und den Verdichter 18 hindurch, um aufeinanderfolgend unter Druck gesetzt zu werden. Ein Teil der Umgebungsluft wird für ergänzende Funktionen abgezapft, während der primäre Druckluftstrom in die Brennkammer 20 eintritt, wo er mit Brennstoff vermischt und verbrannt wird, um einen energiereichen Strom heisser Verbrennungsgase zu ergeben. Der energiereiche Gasstrom strömt durch die Hochdruckturbine 22, wo er weiter expandiert, wobei Energie entzogen wird, um die erste Rotorwelle 26 anzutreiben. Der Gasstrom strömt anschliessend durch die Niederdruckturbine 24 hindurch, wo Energie entzogen wird, um die zweite Rotorwelle 28 und folglich den Bläser 14 anzutreiben. Verbrauchte Verbrennungsprodukte und ungenutzter Gas treten durch einen Abgaskanal aus dem Triebwerk 10 aus. During operation of the engine 10, ambient air passes through the fan 14, the booster 16, and the compressor 18 to be sequentially pressurized. A portion of the ambient air is bled off for supplemental functions as the primary compressed air stream enters combustion chamber 20 where it is mixed with fuel and burned to yield a high-energy stream of hot combustion gases. The high-energy gas stream flows through the high-pressure turbine 22 where it continues to expand, drawing energy to drive the first rotor shaft 26. The gas stream then passes through the low pressure turbine 24 where energy is extracted to drive the second rotor shaft 28 and hence the fan 14. Spent combustion products and unused gas exit through an exhaust passage from the engine 10.

[0011] Bezugnehmend auf die Fig. 2-4 enthält der Verdichter 18 eine Einlassleitschaufelstufe 30 und einen Satz nachfolgender variabler Leitschaufelstatorstufen (Statorstufen mit verstellbaren Leitschaufeln) 32, 34 und 36. Die Abmessungen des Rings jeder der Stufen 32, 34, 36 werden zunehmend kleiner, um die Luft für die Verwendung in den folgenden Triebwerksstufen zu komprimieren. Jede der Stufen des Verdichters 18 enthält einen Satz längs des Umfangs angeordneter Schaufeln 38, die zwischen einem Statorgehäuse 40 des Verdichters 18 und einem Leitschaufeldeckband bzw. -mantelring 41 aufgenommen sind. Wie in Fig. 3veranschaulicht, ist das Deckband 41 aus einem Satz von Deckbandabschnitten 42 gebildet. Obwohl ein Deckband veranschaulicht und beschrieben ist, sollte verstanden werden, dass der Verdichter 18 gegebenenfalls kein Deckband enthalten kann und die Leitschaufeln 38 zwischen dem Statorgehäuse 40 und einem Träger, z.B. einer inneren Statorstruktur oder einem inneren Statorgehäuse oder einem Ring oder einem Triebwerkslagerträger, gehaltert sein können. Referring to Figs. 2-4, the compressor 18 includes an inlet guide vane stage 30 and a set of subsequent variable stator stator stages (stator stages with variable vanes) 32, 34, and 36. The dimensions of the ring of each of the stages 32, 34, 36 increase smaller to compress the air for use in the following engine stages. Each of the stages of the compressor 18 includes a set of circumferentially arranged blades 38 received between a stator housing 40 of the compressor 18 and a vane shroud 41. As illustrated in FIG. 3, the shroud 41 is formed from a set of shroud sections 42. Although a shroud is illustrated and described, it should be understood that the compressor 18 may optionally not include a shroud and the vanes 38 between the stator housing 40 and a support, e.g. an inner stator structure or an inner stator housing or a ring or an engine mount carrier, may be supported.

[0012] Die Leitschaufeln 38 werden durch einen Satz variabler Leitschaufelaktuatoren (Aktuatoren für die verstellbaren Leitschaufeln) 44, 46 variabel verstellt. Die Leitschaufeln 38 sind durch das Statorgehäuse 40 hindurch mit den Aktuatoren 44, 46 mittels eines äusseren Leitschaufelzapfens 48 gekoppelt. Der äussere Zapfen 48 führt durch eine Statorgehäuseöffnung 50 hindurch und wird mittels einer Innenbuchse 52 und einer Aussenmutter 54 gehalten. Ein Hebelarm 56 ist zwischen der Buchse 52 und der Aussenmutter 54 aufgenommen. Der Hebelarm 56 ist mit den Schaufelaktuatoren 44, 46 über Gestängearme 58 gekoppelt. The vanes 38 are variably adjusted by a set of variable vane actuators (actuators for the adjustable vanes) 44,46. The vanes 38 are coupled through the stator housing 40 to the actuators 44, 46 by means of an outer vane trunnion 48. The outer pin 48 passes through a Statorgehäuseöffnung 50 and is held by means of an inner sleeve 52 and an outer nut 54. A lever arm 56 is received between the sleeve 52 and the outer nut 54. The lever arm 56 is coupled to the paddle actuators 44, 46 via linkage arms 58.

[0013] Unter Bezugnahme auf die Fig. 3und 4 wird eine Verdrehung der Leitschaufeln 38 ferner durch die Kopplung von Sätzen der Leitschaufeln 38 mit jeweiligen einzelnen der inneren Leitschaufeldeckbandabschnitte 42 ermöglicht. Jeder Deckbandabschnitt 42 enthält mehrere Deckbandöffnungen 60, wobei jede Öffnung 60 konfiguriert ist, um einen inneren Zapfen 62 der einzelnen der Leitschaufeln 38 aufzunehmen. Der innere Zapfen 62 enthält eine Kontaktschulter oder einen Zapfenring 64, die bzw. der in einer Nut 66 der Deckbandöffnung liegt, die eine Nutschulter aufweist. Der innere Zapfen 62 wird zunächst in der Öffnung 60 unter Verwendung einer Deckbandbuchse 68, die in die Öffnung 60 hineinpasst, aufgenommen. Eine Deckbandunterlegscheibe 70 bildet einen Zwischenkontaktbereich zwischen einer Buchsenfläche des Zapfenrings 64 und einer Zapfenfläche der Deckbandbuchse 68. Die Zwischenlegscheibe 70 verhindert, dass der Deckbandabschnitt 42 sich nach oben bewegt und den Aufnahmekontaktbereich zwischen der aufnehmenden Komponente und dem inneren Zapfen 62 deutlich vergrössert. Dies erhöht die Langlebigkeit des Leitschaufelsystems und reduziert Wartungspflichten. Further, with reference to FIGS. 3 and 4, rotation of the vanes 38 is facilitated by the coupling of sets of vanes 38 to respective ones of the inner vane louver portions 42. Each shroud section 42 includes a plurality of shroud apertures 60, each aperture 60 configured to receive an inner journal 62 of the individual ones of the guide vanes 38. The inner journal 62 includes a contact shoulder or trunnion 64 located in a groove 66 of the shroud opening having a groove shoulder. The inner journal 62 is first received in the opening 60 using a shroud bushing 68 that fits into the opening 60. A shroud washer 70 forms an intermediate contact area between a female face of the trunnion 64 and a trunnion surface of the shroud 68. The washer 70 prevents the shroud portion 42 from moving upwardly and significantly increasing the female contact area between the female component and the inner trunnion 62. This increases the longevity of the vane system and reduces maintenance requirements.

[0014] Die Deckbandabschnitte 42 sind ferner mittels eines Deckbanddichtungshalters 74 miteinander gekoppelt. Der Halter 74 erstreckt sich über ungefähr die Hälfte des gesamten Innenumfangs des Verdichters 18 hinweg, wie in Fig. 3veranschaulicht, und verbindet effektiv Gruppen von Deckbandabschnitten 42 und dadurch Gruppen von Leitschaufeln 38 miteinander. Das Ergebnis ist ein Speicheneffekt an den miteinander verbundenen freitragend gehaltenen Leitschaufeln 38. Die Spannweite des Halters 74 sorgt ferner für eine verbesserte Verhinderung einer Bewegung der Deckbandabschnitte 42 nach unten, von dem Innenraum des Verdichters 18 weg. Folglich werden Betätigungs- und Schwingungseinflüsse an den Deckband-Leitschaufel-Verbindungsstellen reduziert. The shroud sections 42 are further coupled together by means of a shroud seal holder 74. The retainer 74 extends over approximately half of the entire inner circumference of the compressor 18, as illustrated in FIG. 3, and effectively interconnects groups of shroud sections 42 and thereby groups of vanes 38 together. The result is a spoke effect on the interconnected cantilevered vanes 38. The span of the retainer 74 further provides for enhanced downward movement of the shroud sections 42 away from the interior of the compressor 18. As a result, actuation and vibration effects at the shroud vane junctions are reduced.

[0015] Bezugnehmend auf die Fig. 5und 6 weist eine variable Einlassleitschaufelanordnung gemäss einer weiteren Ausführungsform einen äusseren Leitschaufelträger 1 und einen inneren Leitschaufelträger 6. Jede Leitschaufel 4 enthält ein Ritzel 4, das an einem Zapfen der Leitschaufel vorgesehen ist, die durch den äusseren Leitschaufelträger 1 schwenkbar gehaltert ist. Eine Zahnstange 3 ist mit einem Umfangsträgerelement 2 verbunden und steht mit jedem Ritzel 9 der Leitschaufelanordnung in Eingriff, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist. Der äussere Leitschaufelträger 1 ist mit dem Statorgehäuse durch Befestigungselemente 7 verbunden, und der innere Leitschaufelträger 6 ist von einem inneren Abdeckungselement 5 bedeckt. Referring to Figures 5 and 6, in another embodiment, a variable inlet guide vane assembly includes an outer vane support 1 and an inner vane support 6. Each vane 4 includes a pinion 4 provided on a pintle of the vane passing through the outer vane support 1 is pivotally supported. A rack 3 is connected to a peripheral support member 2 and is engaged with each pinion 9 of the vane assembly, as illustrated in FIG. The outer vane support 1 is connected to the stator housing by fasteners 7, and the inner vane support 6 is covered by an inner cover member 5.

[0016] Das Umfangsträgerelement 2 ist mit einem Aktuator 8 verbunden, der konfiguriert ist, um das Umfangsträgerelement 2 zu verdrehen, um die Zahnstange 3 zu veranlassen, die Einlassleitschaufeln 4 über die Ritzel 9 zu verschwenken. Die Zahnstange 3 kann konfiguriert sein, um das Öffnungs-/Schliess-Schema der Leitschaufeln in asymmetrischer Weise zu variieren. Die Zahnstange 3 kann über einem Abschnitt des Offen-Geschlossen-Bereiches hinweg ungleichförmig sein. The circumferential support member 2 is connected to an actuator 8 configured to rotate the perimeter support member 2 to cause the rack 3 to pivot the inlet guide vanes 4 via the pinions 9. The rack 3 may be configured to asymmetrically vary the opening / closing pattern of the vanes. The rack 3 may be non-uniform over a portion of the open-close region.

[0017] Die Aktuatoren für die verstellbaren Leitschaufeln können betätigt werden, um das Öffnungs-/Schliess-Schema der Leitschaufeln (längs des Umfangs) asymmetrisch zu variieren, um das Einsetzen einer Strömungsablösung von den Laufschaufein zu erzwingen, zu einem Muster, das günstige Oberschwingungen erzeugt, um die den umlaufenden Laufschaufein dargebotenen Anregungen zu reduzieren oder möglicherweise zu eliminieren. Das Öffnungs-/Schliess-Schema der Leitschaufeln kann ein nichtlineares Schema nutzen, so dass die Asymmetrie nur in dem Bereich des Einsetzens einer Ablösung eingeführt würde. Alternativ können wechselnde (unterschiedliche) lineare Schemata verwendet werden, um ein bilineares Schema zu schaffen. Ausserhalb des Bereichs des Einsetzens einer Strömungsablösung würde die Asymmetrie nicht verwendet werden, so dass die Leitschaufeln in den Bereichen mit vollständig abgelöster oder vollständig nicht abgelöster Strömung symmetrisch positioniert sein würden, wodurch der Oberschwingungsanteil, der mit diesen Bedingungen verbunden ist, minimiert sein würde. The actuators for the variable vanes may be actuated to asymmetrically vary the opening / closing pattern of the vanes (along the circumference) to force the onset of flow separation from the rotor blade to a pattern that produces favorable harmonics generated to reduce or possibly eliminate the suggestions presented to the rotating rotor. The opening / closing scheme of the vanes may use a non-linear scheme so that the asymmetry would be introduced only in the area of onset of deployment. Alternatively, alternating (different) linear schemes can be used to create a bilinear scheme. Outside the area of onset of flow separation, the asymmetry would not be used, so that the vanes would be symmetrically positioned in the fully detached or fully unreleased flow regions, thereby minimizing the harmonic content associated with these conditions.

[0018] Durch Veränderung des Öffnungs-/Schliess-Schemas der Leitschaufeln in Abhängigkeit von der Position um den Umfang herum kann das Einsetzen einer Strömungsablösung längs des Umfangs gesteuert werden. Die resultierenden harmonischen Anregungen können über das Ablösungsmuster gesteuert werden, um einen starken Oberschwingungsanteil in Bereichen, in denen Schaufelresonanzen vorliegen, zu eliminieren, so dass auf diese Weise die Schwingungsbeanspruchungen der Laufschaufeln, die für diese Anregung empfänglich sind, reduziert werden. By changing the opening / closing scheme of the vanes as a function of the position around the circumference, the onset of flow separation along the circumference can be controlled. The resulting harmonic excitations can be controlled via the separation pattern to eliminate a large harmonic content in areas where blade resonances are present, thus reducing the vibratory stresses of the blades that are susceptible to this excitation.

[0019] Die Nichtlinearität des Öffnungs-/Schliess-Schemas der Leitschaufeln längs des Umfangs variiert die Stellung jeder Leitschaufel in Bezug auf andere Leitschaufeln in der Stufe, um ein Muster für die Strömungsablösung zu schaffen, das der Erzeugung geringer aerodynamischer Anregungen bei Frequenzen in der Nähe der Resonanzfrequenzen von Rotorschaufeln förderlich ist. Die Nichtlinearität in dem Schema kann über einem schmalen Bereich des Schemas verwendet werden, in dem die Leitschaufeln von der vollständig anliegenden bzw. anhaftenden Strömung zu der vollständig abgelösten Strömung übergehen, d.h. in dem Bereich des Einsetzens der Strömungsablösung. An anderen Leitschaufelpositionen, an denen die Strömung entweder vollständig abgelöst ist (die Leitschaufeln vollständig geschlossen sind) oder vollständig anliegt bzw. anhaftet (die Leitschaufeln vollständig offen sind) ist das Öffnungs-/Schliess-Schema der Leitschaufeln linear, um ein achsensymmetrisches Muster zu erzielen, um die kleinste Anregung und den effizientesten Betrieb unter diesen gleichmässigeren Bedingungen zu erzielen. The non-linearity of the opening / closing scheme of the vanes along the circumference varies the position of each vane with respect to other vanes in the stage to provide a pattern for flow separation that facilitates generation of low aerodynamic excitations at frequencies in the stage Near the resonance frequencies of rotor blades is conducive. The nonlinearity in the scheme can be used over a narrow range of the scheme in which the vanes transition from the fully adherent flow to the fully detached flow, i. in the area of the onset of flow separation. At other vane positions where the flow is either completely detached (the vanes are fully closed) or fully adhered (the vanes are fully open), the opening / closing scheme of the vanes is linear to achieve an axisymmetric pattern to achieve the smallest excitation and the most efficient operation under these more even conditions.

[0020] Obwohl die vorstehend erläuterte Ausführungsform variable Aktuatoren enthält, die mit den Einlassleitschaufeln durch Hebelarme verbunden sind, die mit einzelnen Einlassleitschaufeln verbunden sind, die mit dem variablen Aktuator über Gestänge verbunden sind, sollte verstanden werden, dass andere Mechanismen zur Leitschaufelöffnung/-schliessung, wie beispielsweise ein Getriebe oder elliptische Nocken, verwendet werden können, um die Nichtlinearität des Öffnungs-/Schliess-Schemas der Leitschaufeln zu erzielen. Although the above-described embodiment includes variable actuators connected to the inlet vanes by lever arms connected to individual inlet vanes connected to the variable actuator via linkages, it should be understood that other vane opening / closing mechanisms , such as a gear or elliptical cams, can be used to achieve the nonlinearity of the opening / closing scheme of the vanes.

[0021] Während die Erfindung in Verbindung mit der momentan als die praktikabelste und bevorzugte angesehenen Ausführungsform beschrieben worden ist, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt sein soll, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen mit umfassen soll, die in dem Rahmen und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind. While the invention has been described in conjunction with what is presently considered the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not to be limited to the disclosed embodiment but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements which are included within the scope and scope of the appended claims.

[0022] Eine variable Einlassleitschaufelanordnung 30 für einen Verdichter 18 enthält ein Gehäuse 40, das einen Einlass des Verdichters definiert, wenigstens einen Leitschaufelträger 41, 6, der im Inneren des Gehäuses koaxial angeordnet ist, mehrere Leitschaufeln 38, 4, die in Umfangsrichtung um den Umfang des Gehäuses angeordnet sind, wobei jede Leitschaufel zwischen dem Gehäuse und dem wenigstens einen Leitschaufelträger schwenkbar montiert ist, einen Aktuatormechanismus 44, 46, 8, der konfiguriert ist, um wenigstens einige der mehreren Leitschaufeln in einem asymmetrischen Muster um den Umfang des Gehäuses herum zu verschwenken. Ein Verfahren zur Steuerung einer variablen Einlassleitschaufelanordnung für einen Verdichter enthält ein Verschwenken wenigstens einiger der mehreren Leitschaufeln in einem asymmetrischen Muster um den Umfang des Gehäuses herum. A variable inlet guide vane assembly 30 for a compressor 18 includes a housing 40 defining an inlet of the compressor, at least one vane support 41, 6 coaxially disposed within the housing, a plurality of vanes 38, 4 circumferentially disposed about the compressor Are arranged circumferentially of the housing, wherein each vane is pivotally mounted between the housing and the at least one vane carrier, an actuator mechanism 44, 46, 8, which is configured to at least some of the plurality of vanes in an asymmetrical pattern around the circumference of the housing around pivot. A method of controlling a variable inlet guide vane assembly for a compressor includes pivoting at least some of the plurality of vanes in an asymmetric pattern about the circumference of the housing.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

[0023] <tb>1<sep>äusserer Leitschaufelträger <tb>2<sep>Umfangsträgerelement <tb>3<sep>Zahnstange <tb>4<sep>Leitschaufel <tb>5<sep>inneres Abdeckelement <tb>6<sep>innerer Leitschaufelträger <tb>7<sep>Befestigungselement <tb>8<sep>Aktuator <tb>9<sep>Ritzel <tb>10<sep>Turbofan-Triebwerk <tb>12<sep>Längs- und Mittelachse <tb>14<sep>Bläser <tb>16<sep>Booster <tb>18<sep>Hochdruckverdichter <tb>20<sep>Brennkammer <tb>22<sep>Hochdruckturbine <tb>24<sep>Niederdruckturbine <tb>26<sep>erste Rotorwelle <tb>28<sep>zweite Rotorwelle <tb>30<sep>Einlassleitschaufelstufe <tb>32<sep>Statorstufe mit verstellbaren Leitschaufeln <tb>34<sep>Statorstufe mit verstellbaren Leitschaufeln <tb>36<sep>Statorstufe mit verstellbaren Leitschaufeln <tb>38<sep>Leitschaufeln <tb>40<sep>Statorgehäuse <tb>41<sep>Leitschaufeldeckband, -mantelring <tb>42<sep>Deckbandabschnitte, Mantelringabschnitte <tb>44<sep>Aktuator für die verstellbare Leitschaufel, variabler Leitschaufelaktuator <tb>46<sep>Aktuator für die verstellbare Leitschaufel, variabler Leitschaufelaktuator <tb>48<sep>äusserer Leitschaufelzapfen <tb>50<sep>Statorgehäuseöffnung <tb>52<sep>Innenbuchse <tb>54<sep>Aussenmutter <tb>56<sep>Hebelarm <tb>58<sep>Gestängearme <tb>60<sep>Deckbandöffnungen <tb>62<sep>innerer Zapfen <tb>64<sep>Kontaktschulter/Zapfenring <tb>66<sep>Ausnehmung der Deckbandöffnung <tb>68<sep>Deckbandbuchse <tb>70<sep>Deckbandzwischenlegscheibe <tb>74<sep>Dichtungshalter des Deckbands[0023] <tb> 1 <sep> outer vane support <Tb> 2 <sep> perimeter support member <Tb> 3 <sep> rack <Tb> 4 <sep> vane <tb> 5 <sep> inner cover element <tb> 6 <sep> inner vane support <Tb> 7 <sep> fastener <Tb> 8 <sep> actuator <Tb> 9 <sep> pinion <Tb> 10 <sep> turbofan engine <tb> 12 <sep> longitudinal and middle axis <Tb> 14 <sep> Wind <Tb> 16 <sep> Booster <Tb> 18 <sep> High-pressure compressors <Tb> 20 <sep> combustion chamber <Tb> 22 <sep> high-pressure turbine <Tb> 24 <sep> low-pressure turbine <tb> 26 <sep> first rotor shaft <tb> 28 <sep> second rotor shaft <Tb> 30 <sep> Einlassleitschaufelstufe <tb> 32 <sep> Stator stage with adjustable vanes <tb> 34 <sep> Stator stage with adjustable vanes <tb> 36 <sep> stator stage with adjustable vanes <Tb> 38 <sep> vanes <Tb> 40 <sep> stator <tb> 41 <sep> Guide vane cover, sheath ring <tb> 42 <sep> shroud sections, shroud sections <tb> 44 <sep> Adjustable vane actuator, variable vane actuator <tb> 46 <sep> Adjustable vane actuator, variable vane actuator <tb> 48 <sep> outer vane pin <Tb> 50 <sep> Statorgehäuseöffnung <Tb> 52 <sep> inner bush <Tb> 54 <sep> Foreign mother <Tb> 56 <sep> arm <Tb> 58 <sep> link arms <Tb> 60 <sep> shroud openings <tb> 62 <sep> inner pin <Tb> 64 <sep> Contact shoulder / Spazzring <tb> 66 <sep> Recess of the shroud opening <Tb> 68 <sep> shroud socket <Tb> 70 <sep> Deckbandzwischenlegscheibe <tb> 74 <sep> Seal holder of the shroud

Claims

A variable inlet guide vane assembly (30) for a compressor (18), comprising: a housing (40) defining an inlet of the compressor; at least one vane support (6; 41) coaxially disposed inside the housing; a plurality of vanes (4; 38) circumferentially disposed around the circumference of the housing, each vane being pivotally mounted between the housing and at least one vane support; an actuator mechanism (44, 46; 8) arranged to pivot at least some of the plurality of vanes in an asymmetric pattern about the circumference of the housing.

The variable inlet guide vane assembly of claim 1, wherein the actuator mechanism (44, 46; 8) is adapted to move the vanes in accordance with a non-linear scheme or correspondingly varying linear patterns during a portion of the vane pivoting from a fully closed to a fully open position pivot.

3. The variable inlet guide vane assembly of claim 2, wherein the plurality of vanes (4; 38) are pivoted in accordance with the nonlinear scheme or alternating linear schemes upon the introduction of a release of flow from the plurality of vanes.

The variable inlet guide vane assembly of claim 3, wherein the actuator mechanism (44, 46; 8) is arranged to pivot the vanes according to a linear scheme to provide an axisymmetric pattern around the circumference of the housing when the flow is fully applied or clearly detached from the multiple blades.

The variable inlet guide vane assembly of claim 1, wherein the at least one vane support (41) includes a plurality of vane supports (42) and the plurality of vanes are pivotally mounted between the housing and the plurality of vane supports and wherein the actuator mechanism (44, 46) is configured to engage the air vane support pivoting a plurality of vanes of a subset of the plurality of vane carriers in an asymmetric pattern about the circumference of the casing and pivoting the vanes of the remainder of the plurality of vane carriers in an axisymmetric pattern about the circumference of the casing to create a flow separation pattern from the vanes.

6. The variable inlet guide vane assembly of claim 5, wherein the flow separation pattern is configured to generate low aerodynamic excitations in the flow at frequencies near the resonant frequencies of rotor blades of a turbofan engine.

The variable inlet guide vane assembly of claim 1, wherein the actuator mechanism (44, 46) comprises: a plurality of lever arms (56), each lever arm connected to a vane; a plurality of linkage arms (58), each linkage arm being connected to a subset of the plurality of lever arms; and a plurality of actuators (44, 46), wherein each actuator is connected to a linkage arm for pivoting the lever arms via the linkage arms.

8. The variable inlet guide vane assembly of claim 1, wherein the actuator mechanism comprises: a gear (9) provided on each vane; a rack (3) engaged with each gear; and an actuator (8) arranged to displace the rack relative to the gears to pivot the vanes.

The variable inlet guide vane assembly of claim 1, wherein the assembly further comprises a compressor (18).

The variable inlet guide vane assembly of claim 9, wherein the assembly further comprises an engine (10).

A method of controlling a variable inlet guide vane assembly (30) for a compressor (18) comprising a housing (40) defining an inlet of the compressor, at least one vane support (6; 41) coaxially disposed within the housing, a plurality of guide vanes (4; 38) circumferentially disposed around the circumference of the housing, each guide vane being pivotally mounted between the housing and the at least one vane carrier, and having an actuator mechanism (44, 46; 8) configured for pivoting at least some of the plurality of vanes, the method comprising: Pivoting at least some of the plurality of vanes in an asymmetric pattern about the circumference of the housing.

12. The method of claim 11, wherein pivoting the vanes in an asymmetric pattern comprises pivoting at least some of the plurality of vanes according to a non-linear scheme or alternating linear scheme during a portion of the pivoting of at least some of the vanes from a fully closed to a fully open position wherein at least some of the plurality of vanes are pivoted upon deployment of a release of flow from the plurality of vanes according to the nonlinear scheme or the alternating linear schemas.

13. The method of claim 12, further comprising pivoting at least some of the plurality of vanes according to a linear pattern to provide an axially symmetric pattern around the circumference of the housing when the flow is fully adjacent or distinctly detached from the plurality of vanes.

14. The method of claim 11, wherein the at least one vane carrier has a plurality of vane shrouds (42) and the plurality of vane vanes are pivotally mounted between the casing and the plurality of vane shrouds, the method further comprising: Pivoting the plurality of vanes of a subset of the plurality of vane lids in an asymmetric pattern about the circumference of the housing and pivoting the vanes of the remainder of the plurality of vane supports in an axially symmetric pattern about the circumference of the housing to create a flow separation pattern from the plurality of vanes.

15. The method of claim 14, wherein the flow separation pattern is configured to generate low aerodynamic excitations in the flow at frequencies near the resonant frequencies of rotor blades of a turbofan engine (10).