CH706887A2 - Steuermechanismus für verstellbare Leitschaufeln für eine Gasturbine. - Google Patents

Abstract

Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung enthalten einen Steuermechanismus (100) für verstellbare Leitschaufeln für eine Gasturbine. Der Steuermechanismus (100) enthält eine bewegbare Betätigungsstange in Wirkverbindung mit einer Drehmomentwelle, so dass eine Bewegung der Betätigungsstange die Drehmomentwelle verdreht. Der Steuermechanismus (100) enthält ferner einen ersten Verstellring (104) in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehbewegung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring (104) antreibt. Ausserdem enthält der Steuermechanismus (100) einen zweiten Verstellring (116) in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehbewegung der Drehmomentwelle den zweiten Verstellring (116) antreibt.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung betreffen allgemein Gasturbinen und insbesondere Systeme und Verfahren zur Steuerung variabler Leitschaufeln in Gasturbinen.

Hintergrund zu der Erfindung

[0002] Während des Betriebs einer Gasturbine, die einen mehrstufigen Axialverdichter verwendet, wird ein Turbinenrotor mit hohen Drehzahlen durch eine Turbine gedreht, so dass Luft kontinuierlich in den Verdichter eingeleitet wird. Die Luft wird durch umlaufende Schaufeln beschleunigt und nach hinten auf benachbarte Reihen verstellbarer Leitschaufeln gefegt. Jede Stufe mit Rotorlaufschaufeln/verstellbaren Statorleitschaufeln erhöht den Druck der Luft.

[0003] Zusätzlich zu einer Umsetzung der kinetischen Energie der Luft in Druck dienen die verstellbaren Leitschaufeln ferner dazu, die der Luft durch die Laufschaufeln verliehene Ablenkung zu korrigieren und die Luft unter dem richtigen Winkel der nächsten Stufe von Laufschaufeln zu präsentieren. Eine Schwenkung der verstellbaren Leitschaufeln ermöglicht es, die Durchflussleistung des Verdichters oder der Turbine zu verändern, wodurch sichergestellt wird, dass die Durchflussleistung stets bei einem optimalen Wert für die speziellen Betriebsbedingungen der Gasturbine liegt. Demgemäss ist es notwendig, den Winkel der verstellbaren Leitschaufeln zu steuern.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0004] Einige oder alle der vorstehenden Bedürfnisse und/oder Probleme können durch bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung bewältigt werden. Gemäss einer Ausführungsform ist ein Steuermechanismus für vorstellbare Leitschaufeln für eine Gasturbine offenbart. Der Steuermechanismus kann eine bewegbare Betätigungsstange in Wirkverbindung mit einer Drehmomentwelle enthalten, so dass eine Bewegung der Betätigungsstange die Drehmomentwelle dreht. Der Steuermechanismus kann ferner einen ersten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle enthalten, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring antreibt. Ausserdem kann der Steuermechanismus einen zweiten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle enthalten, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den zweiten Verstellring antreibt.

[0005] Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zur Steuerung verstellbarer Leitschaufeln in einer Gasturbine offenbart. Das Verfahren kann ein Betätigen einer bewegbaren Betätigungsstange in Wirkverbindung mit einer Drehmomentwelle enthalten, so dass eine Bewegung der Betätigungsstange die Drehmomentwelle dreht. Das Verfahren kann ferner ein Antreiben eines ersten Verstellrings in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle enthalten, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring antreibt. Ausserdem kann das Verfahren ein Antreiben eines zweiten Verstellrings in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle enthalten, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den zweiten Verstellring antreibt.

[0006] Ferner ist gemäss einer weiteren Ausführungsform ein Steuermechanismus für verstellbare Leitschaufeln für eine Gasturbine offenbart. Die Gasturbine kann einen Verdichter enthalten, der ein Verdichtergehäuse aufweist. Der Steuermechanismus kann eine bewegbare Betätigungsstange in Wirkverbindung mit einer Drehmomentwelle enthalten, so dass eine Bewegung der Betätigungsstange die Drehmomentwelle dreht. Der Steuermechanismus kann ferner einen ersten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle enthalten, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring um das Verdichtergehäuse antreibt. Ausserdem kann der Steuermechanismus einen zweiten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle enthalten, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den zweiten Verstellring um das Verdichtergehäuse antreibt.

[0007] Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Merkmale der Erfindung erschliessen sich für Fachleute auf dem Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den angefügten Ansprüchen.

[0008] Ein Aspekt der Erfindung ist ein Steuermechanismus für verstellbare Leitschaufeln für eine Gasturbine, der aufweist: – eine Drehmomentwelle; – eine bewegbare Betätigungsstange in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Bewegung der Betätigungsstange die Drehmomentwelle dreht; – einen ersten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring antreibt; und – einen zweiten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den zweiten Verstellring antreibt.

[0009] Der erste Verstellring und der zweite Verstellring können mit der Drehmomentwelle derart in Wirkverbindung stehen, dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring und den zweiten Verstellring in entgegengesetzte Richtungen antreibt. Ausserdem oder alternativ können der erste Verstellring und der zweite Verstellring mit der Drehmomentwelle derart in Wirkverbindung stehen, dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring und den zweiten Verstellring in ähnliche Richtungen antreibt.

[0010] Der erste Verstellring kann mit mehreren verstellbaren Leitschaufeln in Wirkverbindung stehen. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Verstellring mit mehreren verstellbaren Leitschaufeln in Wirkverbindung stehen.

[0011] Die Drehmomentwelle kann wenigstens teilweise an einem Gehäuse eines Verdichters gesichert sein.

[0012] Die bewegbare Betätigungsstange kann wenigstens teilweise an einem Gehäuse eines Verdichters gesichert sein.

[0013] Die Drehmomentwelle kann an einem Gehäuse eines Verdichters über eine Tragstruktur angeordnet sein.

[0014] Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung verstellbarer Leitschaufeln in einer Gasturbine, das aufweist: – Betätigen einer bewegbaren Betätigungsstange in Wirkverbindung mit einer Drehmomentwelle, so dass eine Bewegung der Betätigungsstange die Drehmomentwelle dreht; – Antreiben eines ersten Verstellrings in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring antreibt; und – Antreiben eines zweiten Verstellrings in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den zweiten Verstellring antreibt.

[0015] Das Verfahren kann enthalten, dass der erste Verstellring und der zweite Verstellring mit der Drehmomentwelle derart in Wirkverbindung stehen, dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring und den zweiten Verstellring in entgegengesetzte Richtungen antreibt. Das Verfahren kann ferner oder alternativ enthalten, dass der erste Verstellring und der zweite Verstellring mit der Drehmomentwelle derart in Wirkverbindung stehen, dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring und den zweiten Verstellring in gleiche Richtungen antreibt. Die Bewegung des ersten Verstellrings und des zweiten Verstellrings können verwendet werden, um jeweilige verstellbare Leitschaufeln, die an diesen befestigt sind, einzustellen.

[0016] Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Steuermechanismus für verstellbare Leitschaufeln für eine Gasturbine, der aufweist: einen Verdichter, der ein Verdichtergehäuse aufweist; eine Drehmomentwelle, die an dem Verdichtergehäuse angeordnet ist; eine bewegbare Betätigungsstange in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Bewegung der Betätigungsstange die Drehmomentwelle dreht; einen ersten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring um das Verdichtergehäuse antreibt; und einen zweiten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den zweiten Verstellring um das Verdichtergehäuse antreibt.

[0017] Der erste Verstellring und der zweite Verstellring können mit der Drehmomentwelle derart in Wirkverbindung stehen, dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring und den zweiten Verstellring in entgegengesetzte Richtungen an dem Verdichtergehäuse antreibt.

[0018] Der erste Verstellring und der zweite Verstellring kann mit der Drehmomentwelle derart in Wirkverbindung stehen, dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring und den zweiten Verstellring in gleiche Richtungen an dem Verdichtergehäuse antreibt.

[0019] Der erste Verstellring kann mit mehreren verstellbaren Leitschaufeln in Wirkverbindung stehen. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite Verstellring mit mehreren verstellbaren Leitschaufeln in Wirkverbindung stehen.

[0020] Die Drehmomentwelle kann wenigstens teilweise an dem Verdichtergehäuse gesichert sein. Die bewegbare Betätigungsstange kann wenigstens teilweise an dem Verdichtergehäuse gesichert sein.

[0021] Die Drehmomentwelle kann mittels einer Tragstruktur an dem Verdichtergehäuse angeordnet sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0022] Es wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die nicht notwendigerweise massstabsgetreu gezeichnet sind und in denen: <tb>Fig. 1<SEP>zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Diagramms einer Gasturbine mit einem Verdichter, einer Brennkammer und einer Turbine gemäss einer Ausführungsform. <tb>Fig. 2<SEP>zeigt eine Perspektivansicht eines beispielhaften Abschnitts einer Verdichteranordnung gemäss einer Ausführungsform. <tb>Fig. 3<SEP>zeigt eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Verdichteranordnung gemäss einer Ausführungsform. <tb>Fig. 4<SEP>zeigt eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Verdichteranordnung gemäss einer Ausführungsform. <tb>Fig. 5<SEP>zeigt eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Verdichteranordnung gemäss einer Ausführungsform. <tb>Fig. 6<SEP>zeigt eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Verdichteranordnung gemäss einer Ausführungsform. <tb>Fig. 7<SEP>zeigt eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Verdichteranordnung gemäss einer Ausführungsform. <tb>Fig. 8<SEP>zeigt eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Verdichteranordnung gemäss einer Ausführungsform. <tb>Fig. 9<SEP>zeigt eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Verdichteranordnung gemäss einer Ausführungsform. <tb>Fig. 10<SEP>zeigt eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Verdichteranordnung gemäss einer Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0023] Anschauliche Ausführungsformen sind hier nachstehend in grösseren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen einige, jedoch nicht alle Ausführungsformen veranschaulicht sind. Der vorliegende Anmeldegegenstand kann in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die hierin angegebenen Ausführungsformen beschränkt aufgefasst werden. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen überall gleiche Elemente.

[0024] Anschaulichte Ausführungsformen sind unter anderem auf Systeme und Verfahren zur Steuerung verstellbarer Leitschaufeln in Gasturbinen gerichtet. Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Gasturbine 10, wie sie hierin verwendet werden kann. Wie bekannt ist, kann die Gasturbine 10 einen Verdichter 12 enthalten. Der Verdichter 12 verdichtet eine ankommende Luftströmung 14. Der Verdichter 12 liefert die verdichtete Luftströmung 14 zu einer Brennkammer 16. Die Brennkammer 16 vermischt die verdichtete Luftströmung 14 mit einer unter Druck stehenden Brennstoffströmung 18 und zündet das Gemisch, um eine Strömung von Verbrennungsgasen 20 zu erzeugen. Obwohl lediglich eine einzige Brennkammer 16 veranschaulicht ist, kann die Turbine 10 eine beliebige Anzahl von Brennkammern 16 enthalten. Die Strömung von Verbrennungsgasen 20 wird wiederum zu einer Turbine 22 geliefert. Die Verbrennungsgasströmung 20 treibt die Turbine 22 an, um mechanische Arbeit zu verrichten. Die in der Turbine 22 verrichtete mechanische Arbeit treibt den Verdichter 12 über eine Welle 24 und eine externe Last 26, beispielsweise einen elektrischen Generator und dergleichen, an.

[0025] Die Gasturbine 10 kann Erdgas, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Arten von Brennstoffen verwenden. Die Gasturbine 10 kann eine beliebige einzelne von einer Anzahl unterschiedlicher Gasturbinen sein, wie sie durch die General Electric Company aus Schenectady, New York, angeboten werden, einschliesslich, jedoch nicht darauf beschränkt, derjenigen wie beispielsweise einer Hochleistungsgasturbine der Reihen 7 oder 9 und dergleichen. Die Gasturbine 10 kann verschiedene Konfigurationen aufweisen und kann andere Typen von Komponenten verwenden.

[0026] Es können auch andere Arten von Gasturbinen hierin verwendet werden. Es können mehrere Gasturbinen, andere Arten von Turbinen und andere Arten von Energieerzeugungsausrüstungen hierin gemeinsam verwendet werden.

[0027] Fig. 2 zeigt einen Abschnitt des Verdichters 12 der Gasturbine 10 nach Fig. 1 . Der Verdichter 12 enthält ein rohrförmiges Gehäuse 28. Innerhalb des Gehäuses 28 sind Sätze verstellbarer Leitschaufeln 30 in Umfangsrichtung um die Mittelachse des Verdichters 12 herum montiert. Entsprechende Sätze von Lauf schaufeln 32 sind stromabwärts von jedem Satz verstellbarer Leitschaufeln 30 montiert. Jede verstellbare Leitschaufel 30 endet an dem Gehäuse 28 in einem Schaft 34. Der Schaft 34 ist in einer Lagerbuchse 36 an der Aussenseite des Gehäuses 28 drehbar.

[0028] An der Aussenseite des Gehäuses 28 und benachbart zu jedem Satz verstellbarer Leitschaufeln 30 sind Verstellringe 38 angeordnet, die sich in Umfangsrichtung rings um das Gehäuse 28 erstrecken. Die Schaufelschäfte 34 jedes Satzes verstellbarer Leitschaufeln 30 sind mit dem zugehörigen Verstellring 38 über einen jeweiligen Hebel 40 verbunden. Ein Ende des Hebels 40 ist an dem Ende des Leitschaufelschaftes 34 mittels eines Bolzens 42 geklemmt, so dass keine relative Bewegung zwischen dem Schaft 34 und dem Hebel 40 auftritt. Das andere Ende des Hebels 40 ist mit dem Verstellring 38 mittels eines Zapfens 44 verbunden, der in einer Lagerbuchse drehbar ist, die in dem Verstellring 38 angeordnet ist.

[0029] Der Verstellring 38 ist derart eingerichtet, dass er um die Mittelachse des Verdichterabschnitts 12 in jede Pfeilrichtung 9 gedreht werden kann. Demgemäss bewirkt eine Drehbewegung des Verstellrings 38 eine Drehung jeder verstellbaren Leitschaufel 30 über die Hebel 40 und ermöglicht somit den verstellbaren Leitschaufeln 30, die erforderlichen Anstellwinkel für die ankommende Luft einzunehmen.

[0030] Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform eines Steuermechanismus 100 für verstellbare Leitschaufeln. Der Steuermechanismus 100 für verstellbare Leitschaufeln ermöglicht die Übertragung einer Bewegung von einem Verstellring auf den anderen unter Verwendung lediglich eines einzigen Aktuators. Der Steuermechanismus 100 für verstellbare Leitschaufeln kann eine bewegbare Betätigungsstange 102 enthalten. Die bewegbare Betätigungsstange 102 kann mit einem ersten Verstellring 104 derart in Wirkverbindung stehen, dass eine Bewegung der Betätigungsstange 102 den ersten Verstellring 104 in eine erste Richtung 106 rings um die Mittelachse des Gehäuses 108 antreibt. Eine Drehung des ersten Verstellrings 104 bewirkt eine Drehung aller verstellbaren Leitschaufeln 110, die durch die Hebel 112 mit dem ersten Verstellring verbunden sind.

[0031] Der Steuermechanismus 100 für verstellbare Leitschaufeln kann ferner einen Umlenkhebelmechanismus 114 enthalten. Der Umlenkhebelmechanismus 114 kann mit dem ersten Verstellring 104 in Wirkverbindung stehen. Der Umlenkhebelmechanismus 114 kann ferner mit einem zweiten Verstellring 116 derart in Wirkverbindung stehen, dass eine Bewegung des ersten Verstellrings 104 in die erste Richtung 106 die Bewegung über den Umlenkhebelmechanismus 114 auf den zweiten Verstellring 116 in eine zweite Richtung 118 umsetzt, die zu der ersten Richtung 106 des ersten Verstellrings 104 entgegengesetzt ist. Eine Drehung des zweiten Verstellrings 116 bewirkt eine Drehung jeder verstellbaren Leitschaufel 110, die über den Hebel 112 mit dem zweiten Verstellring 116 verbunden ist.

[0032] Weiterhin bezugnehmend auf die Fig. 3 und 4 kann der Umlenkhebelmechanismus 114 eine Gelenkverbindung 120, eine erste Spannschraube 122 und eine zweite Spannschraube 124 enthalten. Die erste Spannschraube 122 verbindet den ersten Verstellring 104 wirkungsmässig mit der Gelenkverbindung 120. Ähnlich verbindet die zweite Spannschraube 124 den zweiten Verstellring 116 wirkungsmässig mit der Gelenkverbindung 120. Die erste Spannschraube 122 und die zweite Spannschraube 124 sind an der Gelenkverbindung 120 derart angebracht, dass eine Drehung der Gelenkverbindung 120 die erste Spannschraube 122 und die zweite Spannschraube 124 in entgegengesetzte Richtungen antreibt.

[0033] Im Betrieb betätigt die bewegbare Betätigungsstange 102 den ersten Verstellring 104, wodurch der erste Verstellring 104 in die erste Richtung 106 um das Gehäuse 108 verdreht wird. Während sich der erste Verstellring 104 um das Gehäuse 108 in die erste Richtung 106 dreht, treibt er die erste Spannschraube 122 an. Die erste Spannschraube 122 übt dann eine Schwenkkraft auf die Gelenkverbindung 120 aus. Die Schwenkung der Gelenkverbindung 120 veranlasst die zweite Spannschraube 124, den zweiten Verstellring 116 anzutreiben, wodurch der zweite Verstellring 116 veranlasst wird, sich in die zweite Richtung 118 um das Gehäuse 108 zu verdrehen. In dieser Ausführungsform sind die zweite Richtung 118 und die erste Richtung 106 zueinander entgegengesetzt gerichtet. Die Drehung des ersten Verstellrings 104 und des zweiten Verstellrings 116 veranlasst die jeweiligen verstellbaren Leitschaufeln 110, die an jedem Verstellring angebracht sind, sich aufgrund der Bewegung der Hebel 112 in entgegengesetzte Richtungen zu verdrehen. Demgemäss kann der Winkel der verstellbaren Leitschaufeln 110 mit dem Steuermechanismus 100 für verstellbare Leitschaufeln eingestellt werden.

[0034] Wie oben beschrieben, sind die erste Richtung 106 und die zweite Richtung 118 relativ zueinander. Demgemäss können die erste Richtung 106 und die zweite Richtung 118 eine beliebige Richtung rings um das Gehäuse 108 sein. Ausserdem kann die bewegbare Betätigungsstange 102 mit dem ersten Verstellring 104, dem zweiten Verstellring 106 oder dem Umlenkhebelmechanismus 114 in Wirkverbindung stehen.

[0035] In manchen Ausführungsformen kann der Umlenkhebelmechanismus 114 wenigstens teilweise an dem Gehäuse 108 des Verdichters gesichert sein. In anderen Ausführungsformen kann die bewegbare Betätigungsstange 102 wenigstens teilweise an dem Gehäuse 108 des Verdichters gesichert sein. Es wird jedoch erkannt, dass der Umlenkhebelmechanismus 114 und die bewegbare Betätigungsstange 102 wenigstens teilweise an einer beliebigen Stelle auf oder an der Gasturbine gesichert sein können.

[0036] Eine relative Bewegung zwischen dem ersten Verstellring 104 und dem zweiten Verstellring 116 und der Winkel der verstellbaren Leitschaufeln 110 können durch Veränderung der Abmessungen der Gelenkverbindung 12, der ersten Spannschraube 122 und der zweiten Spannschraube 124 eingestellt werden. Ausserdem kann der Winkel der verstellbaren Leitschaufeln 110 durch Veränderung der Länge der Hebel 112 variiert werden.

[0037] In einer Ausführungsform, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, kann der Steuermechanismus 100 für verstellbare Leitschaufeln die Übertragung einer Bewegung von einem Verstellring zu einem anderen unter Verwendung lediglich eines einzigen Aktuators ermöglichen. In dieser Ausführungsform können sich jedoch der erste Verstellring und der zweite Verstellring in die gleiche Richtung drehen. Zum Beispiel kann der Umlenkhebelmechanismus 114 eine Gelenkverbindung 120, eine erste Spannschraube 122 und eine zweite Spannschraube 124 enthalten. Die erste Spannschraube 122 verbindet den ersten Verstellring 104 wirkungsmässig mit der Gelenkverbindung 120. Ähnlich verbindet die zweite Spannschraube 124 den zweiten Verstellring 116 wirkungsmässig mit der Gelenkverbindung 120. Die erste Spannschraube 122 und die zweite Spannschraube 124 können an der Gelenkverbindung 120 derart angebracht sein, dass eine Drehung der Gelenkverbindung 120 die erste Spannschraube 122 und die zweite Spannschraube 124 in die gleiche Richtung antreibt. Demgemäss betätigt die bewegbare Betätigungsstange im Betrieb den ersten Verstellring 104, wodurch der erste Verstellring 104 in eine erste Richtung 106 um das Gehäuse 108 verdreht wird. Während der erste Verstellring 104 sich an dem Gehäuse 108 in die erste Richtung 106 dreht, treibt er die erste Spannschraube 122 an. Die erste Spannschraube 122 übt dann eine Schwenkkraft auf die Gelenkverbindung 120 aus. Die Schwenkung der Gelenkverbindung 120 veranlasst die zweite Spannschraube 124, den zweiten Verstellring 116 anzutreiben, wodurch der zweite Verstellring 116 veranlasst wird, sich in die erste Richtung um das Gehäuse 108 zu verdrehen. Die Drehbewegung des ersten Verstellrings 108 und des zweiten Verstellrings 116 veranlasst die jeweiligen verstellbaren Leitschaufeln 110, die an jedem Verstellring angebracht sind, sich aufgrund der Bewegung der Hebel 112 in die gleiche Richtung zu drehen.

[0038] Die Ausführungsformen, wie sie in den Fig. 3 – 5 dargestellt sind, können einen oder mehrere zusätzliche Verstellringe in Wirkverbindung mit dem Umlenkhebelmechanismus enthalten, so dass eine Bewegung des ersten Verstellrings in die erste Richtung den einen oder die mehreren zusätzlichen Verstellringe in die erste bzw. zweite Richtung antreibt.

[0039] Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Steuermechanismus 200 für verstellbare Leitschaufeln. Der Steuermechanismus 200 für verstellbare Leitschaufeln ermöglicht die Übertragung einer Bewegung von einem Verstellring zu einem anderen unter Verwendung lediglich eines einzigen Aktuators. Der Steuermechanismus 200 für verstellbare Leitschaufeln kann eine bewegbare Betätigungsstange 202 in Wirkverbindung mit einem ersten Verstellring 204 enthalten. Die bewegbare Betätigungsstange 202 kann den ersten Verstellring 204 betätigen. Der Steuermechanismus 200 für verstellbare Leitschaufeln kann ferner eine Koppelverbindung 206 in Wirkverbindung mit dem ersten Verstellring 204 und einem zweiten Verstellring 208 enthalten, so dass eine Bewegung des ersten Verstellrings 204 den zweiten Verstellring 208 antreibt. Diese Ausführungsform ist den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit der Ausnahme ähnlich, dass sie keinen Umlenkhebelmechanismus enthält. Stattdessen stellt diese Ausführungsform eine direkte Koppelverbindung 206 zwischen den Verstellringen 204 und 208 bereit. Demgemäss setzt die Koppelverbindung 206 in dieser Ausgangsform eine Bewegung von dem betätigten ersten Verstellring 204 auf den zweiten Verstellring 208 in die gleiche Richtung um. In manchen Aspekten kann die Koppelverbindung 206 den zweiten Verstellring 208 ziehen. In anderen Aspekten kann die Koppelverbindung 206 den zweiten Verstellring 208 schieben.

[0040] Weiterhin Bezug nehmend auf Fig. 6 ist die bewegbare Betätigungsstange 202 im Betrieb an dem Gehäuse 210 angebracht, und sie betätigt den ersten Verstellring 204, wodurch der erste Verstellring 204 um das Gehäuse 210 verdreht wird. Während sich der erste Verstellring 204 an dem Gehäuse 210 dreht, treibt er die Koppelverbindung 206 an. Die Koppelverbindung 206 kann eine Spannschraube sein. Die Koppelverbindung 206 übt dann eine Kraft auf den zweiten Verstellring 208 aus, wodurch der zweite Verstellring 208 veranlasst wird, sich um das Gehäuse 210 zu verdrehen. In dieser Ausführungsform drehen sich der erste Verstellring 204 und der zweite Verstellring 206 in die gleiche Richtung um das Gehäuse 210. Die Drehbewegung des ersten Verstellrings 204 und des zweiten Verstellrings 206 veranlasst die jeweiligen verstellbaren Leitschaufeln, die an jeden Verstellring mittels der jeweiligen Hebel 212 angebracht sind, sich zu drehen. Demgemäss kann der Winkel der verstellbaren Leitschaufeln mit dem Steuermechanismus 200 für verstellbare Leitschaufeln eingestellt werden.

[0041] Die Ausführungsform, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, kann einen oder mehrere zusätzliche Verstellringe in Werkverbindung mit einer oder mehreren zusätzlichen Koppelverbindungen enthalten, so dass eine Bewegung des ersten Verstellrings in die erste Richtung den einen bzw. die mehreren zusätzlichen Verstellringe antreibt.

[0042] Fig. 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform eines Steuermechanismus 300 für verstellbare Leitschaufeln. Der Steuermechanismus 300 für verstellbare Leitschaufeln ermöglicht die Betätigung mehrerer Verstellringe unter Verwendung lediglich eines einzigen Aktuators. Der Steuermechanismus 300 für verstellbare Leitschaufeln kann eine bewegbare Betätigungsstange 302 enthalten. Die bewegbare Betätigungsstange 302 kann mit einer Drehmomentwelle 304 derart in Werkverbindung stehen, dass die bewegbare Betätigungsstange 302 die Drehmomentwelle 304 verdreht. Ein erster Verstellring 306 kann mit der Drehmomentwelle 304 über eine Spannschraube 305 in Wirkverbindung stehen, so dass eine Drehbewegung der Drehmomentwelle 304 den ersten Verstellring 306 in eine erste Richtung 308 um eine Mittelachse des Gehäuses 310 herum antreibt. Eine Drehung des ersten Verstellrings 306 bewirkt eine Drehung jeder verstellbaren Leitschaufel 312, die mit dem ersten Verstellring 306 durch die Hebel 314 verbunden ist. In ähnlicher Weise kann ein zweiter Verstellring 316 mit der Drehmomentwelle 304 über eine Spannschraube 307 derart in Wirkverbindung stehen, dass eine Drehbewegung der Drehmomentwelle 304 den zweiten Verstellring 316 in eine zweite Richtung 318 rings um die Mittelachse des Gehäuses 310 antreibt. Eine Drehbewegung des zweiten Verstellrings 316 bewirkt eine Verdrehung aller verstellbaren Leitschaufeln 312, die durch die Hebel 314 mit dem zweiten Verstellring 316 verbunden sind.

[0043] Wie vorstehend beschrieben, sind die erste Richtung 308 und die zweite Richtung 318 relativ. Die erste Richtung 308 und die zweite Richtung 318 können die gleiche Richtung oder unterschiedliche Richtungen um das Gehäuse 310 herum sein. Zum Beispiel können in Ausführungsformen, in denen die erste Richtung und die zweite Richtung gleich sind, die Spannschrauben 305 und 307 an der gleichen Seite der Drehmomentwelle angebracht sein. Umgekehrt können in Ausführungsformen, in denen die erste Richtung und die zweite Richtung sich unterscheiden, die Spannschrauben 305 und 307 an gegenüberliegenden Seiten der Drehmomentwelle angebracht sein. Die erste Richtung 308 und die zweite Richtung 318 können eine beliebige Richtung um das Gehäuse 310 sein. Ausserdem kann die bewegbare Betätigungsstange 302 mit dem ersten Verstellring 306, dem zweiten Verstellring 316 oder der Drehmomentwelle 304 in Wirkverbindung stehen.

[0044] Im Betrieb ist die bewegbare Betätigungsstange 302 an dem Gehäuse 310 angebracht, und sie betätigt die Drehmomentwelle 304, wodurch die Drehmomentwelle 304 verdreht wird. Die Spannschraube 305 verbindet den ersten Verstellring 306 mit der Drehmomentwelle 304, und die Spannschraube 307 verbindet der zweiten Verstellring 316 mit der Drehmomentwelle 304. Während sich die Drehmomentwelle 304 dreht, treiben die Spannschrauben 305 und 307 den ersten Verstellring 306 und den zweiten Verstellring 318 um das Verdichtergehäuse 310 herum. Die Drehbewegung des ersten Verstellrings 306 und des zweiten Verstellrings 316 veranlasst die jeweiligen verstellbaren Leitschaufeln, die an jedem Verstellring durch die jeweiligen Hebel 314 angebracht sind, sich zu drehen. Demgemäss kann der Winkel der verstellbaren Leitschaufeln mit dem Steuermechanismus 304 für verstellbare Leitschaufeln eingestellt werden. Es wird erkannt, dass ein oder mehrere zusätzliche Verstellringe mit der Drehmomentwelle über eine oder mehrere jeweilige Spannschrauben in Verbindung stehen können.

[0045] In manchen Ausführungsformen kann die bewegbare Betätigungsstange 302 wenigstens teilweise an dem Gehäuse 310 des Verdichters gesichert sein. Es wird jedoch erkannt, dass die bewegbare Betätigungsstange 302 wenigstens teilweise an jeder beliebigen Stelle auf oder an der Gasturbine gesichert sein kann. Ausserdem kann die Drehmomentwelle 304 an dem Gehäuse 310 des Verdichters durch eine Tragstruktur 320 drehbare gehaltert sein. Die Tragstruktur 320 kann eine beliebige Konfiguration sein, die eine Drehung der Drehmomentwelle um das Verdichtergehäuse 310 ermöglicht.

[0046] Fig. 9 und 10 zeigen eine Ausführungsform eines Steuermechanismus 400 für verstellbare Leitschaufeln. Der Steuermechanismus 400 für verstellbare Leitschaufeln ermöglicht die Betätigung von zwei Stufen verstellbarer Leitschaufeln unter Verwendung lediglich eines einzigen Aktuators und eines Getriebesystems. Der Aktuator steht mit dem Getriebesystem in Eingriff, das mit den beiden Stufen verstellbarer Leitschaufeln in Eingriff steht, wodurch die verstellbaren Leitschaufeln verstellt werden.

[0047] Der Steuermechanismus 400 für verstellbare Leitschaufeln kann eine bewegbare Betätigungsstange 402 enthalten. Die bewegbare Betätigungsstange 402 kann an dem Gehäuse 404 oder einer beliebigen sonstigen Stelle auf oder an der Gasturbine angebracht sein. Die bewegbare Betätigungsstange 402 kann ferner an einem Zahnkranz 406 angebracht sein. Der Zahnkranz 406 kann an dem Verdichtergehäuse 404 derart angeordnet sein, dass sich der Zahnkranz 406 rings um das Verdichtergehäuse 404 dreht, wenn er durch die bewegbare Betätigungsstange 402 betätigt wird. Zwischen dem Gehäuse 404 und dem Zahnkranz 406 kann ein Reibblock 408 angeordnet sein, um eine sanfte Drehung des Zahnkranzes 406 an dem Gehäuse 404 zu ermöglichen.

[0048] Eine Anzahl von verstellbaren Leitschaufeln kann an einer ersten Seite 412 und einer zweiten Seite 414 des Zahnkranzes 406 angeordnet sein. Die verstellbaren Leitschaufeln 410 bilden einer erste Verdichterstufe bzw. eine zweite Verdichterstufe auf jede Seite des Zahnkranzes 406. Die verstellbaren Leitschaufeln 410 können Zahnradschäfte 416 enthalten. Die Zahnradschäfte 416 können mit dem Zahnkranz 406 in Wirkverbindung stehen.

[0049] Im Betrieb ist die bewegbare Betätigungsstange 402 an dem Gehäuse 404 angeschlossen und betätigt den Zahnkranz 406, wodurch der Zahnkranz 406 rings um das Gehäuse 404 verdreht wird. Die Zahnradschäfte 416 der verstellbaren Leitschaufeln 410 stehen mit dem Zahnkranz 406 derart in Wirkverbindung, dass bei einer Verdrehung des Zahnkranzes 406 um das Gehäuse 404 die Zahnradschäfte 416 der verstellbaren Leitschaufeln 410 gedreht werden. Die Drehung der Zahnradschäfte 416 stellt den Winkel der verstellbaren Leitschaufeln 410 ein.

[0050] In manchen Ausführungsformen kann die Drehung der verstellbaren Leitschaufeln 410 durch die Hinzufügung von Zahnrädern oder Rädergetriebemechanismen, die betriebsmässig zwischen den Zahnradschäften und dem Zahnkranz angeordnet sind, gesteuert werden. Zum Beispiel sind, wie in den Fig. 9 und 10 dargestellt, zusätzliche Zahnräder 418 betriebsmässig zwischen dem Zahnkranz 406 und den jeweiligen Zahnradschäften 416 der ersten Verdichterstufe angeordnet. Die Hinzunahme weiterer Zahnräder 418 ermöglicht der ersten Verdichterstufe von verstellbaren Leitschaufeln und der zweiten Verdichterstufe von verstellbaren Leitschaufeln, sich in die gleiche Richtung zu drehen. Im Gegensatz hierzu würden in dem Fall, dass die Zahnradschäfte 416 der verstellbaren Leitschaufeln 410 in direkter Verbindung mit dem Zahnkranz 406 stehen würden, die verstellbaren Leitschaufeln 410 sich in entgegengesetzte Richtung drehen.

[0051] Es wird erkannt, dass eine beliebige Anzahl zusätzlicher Zahnräder oder Rädergetriebemechanismen zwischen dem Zahnkranz und den Zahnradschäften wirkungsmässig angeordnet sein kann, um eine gewünschte Drehung zu ermöglichen. Ausserdem können das Getriebeübersetzungsverhältnis und die Anzahl von Zahnradzähnen angepasst werden, um den Ablauf zwischen Stufen verstellbarer Leitschaufeln zu steuern.

[0052] Obwohl Ausführungsformen in einer Sprache beschrieben worden sind, die für strukturelle Merkmale und/oder methodischen Handlungen spezifisch ist, sollte verstanden werden, dass die Offenbarung nicht notwendigerweise auf die beschriebenen speziellen Merkmale oder Handlungen beschränkt ist. Vielmehr sind die speziellen Merkmale und Handlungen als veranschaulichende Formen der Umsetzung der Ausführungsformen offenbart.

[0053] Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung enthalten einen Steuermechanismus für verstellbare Leitschaufeln für eine Gasturbine. Der Steuermechanismus kann eine bewegbare Betätigungsstange in Wirkverbindung mit einer Drehmomentwelle enthalten, so dass eine Bewegung der Betätigungsstange die Drehmomentwelle verdreht. Der Steuermechanismus kann ferner einen ersten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle enthalten, so dass eine Drehbewegung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring antreibt. Ausserdem kann der Steuermechanismus einen zweiten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle enthalten, so dass eine Drehbewegung der Drehmomentwelle den zweiten Verstellring antreibt.

Claims (10)

1. Steuermechanismus für verstellbare Leitschaufeln für eine Gasturbine, der aufweist: – eine Drehmomentwelle; – eine bewegbare Betätigungsstange in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Bewegung der Betätigungsstange die Drehmomentwelle dreht; – einen ersten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring antreibt; und – einen zweiten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den zweiten Verstellring antreibt.

2. Steuermechanismus für feststellbare Leitschaufeln für eine Gasturbine, der aufweist: einen Verdichter mit einem Verdichtergehäuse; eine an dem Verdichtergehäuse angeordnete Drehmomentwelle; eine bewegbare Betätigungsstange in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Bewegung der Betätigungsstange die Drehmomentwelle verdreht; einen ersten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring um das Verdichtergehäuse antreibt; und einen zweiten Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den zweiten Verstellring um das Verdichtergehäuse antreibt.

3. Steuermechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Verstellring und der zweite Verstellring in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle stehen, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring und den zweiten Verstellring in entgegengesetzte Richtungen antreibt.

4. Steuermechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Verstellring und der zweite Verstellring mit der Drehmomentwelle derart in Wirkverbindung stehen, dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring und den zweiten Verstellring in gleiche Richtungen antreibt.

5. Steuermechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Verstellring mit mehreren verstellbaren Leitschaufeln in Wirkverbindung steht.

6. Steuermechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Verstellring mit mehreren verstellbaren Leitschaufeln in Wirkverbindung steht.

7. Steuermechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehmomentwelle wenigstens teilweise an einem Gehäuse eines Verdichters gesichert ist und/oder wobei die Drehmomentwelle an einem Gehäuse eines Verdichters mittels einer Tragstruktur angeordnet ist.

8. Steuermechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei die bewegbare Betätigungsstange wenigstens teilweise an einem Gehäuse eines Verdichters gesichert ist.

9. Steuermechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Verstellring und der zweite Verstellring mit der Drehmomentwelle derart in Wirkverbindung stehen, dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring und den zweiten Verstellring in entgegengesetzte oder in gleiche Richtungen um das Verdichtergehäuse antreibt.

10. Verfahren zur Steuerung verstellbarer Leitschaufeln in einer Gasturbine, das aufweist: Betätigen einer bewegbaren Betätigungsstange in Wirkverbindung mit einer Drehmomentwelle, so dass eine Bewegung der Betätigungsstange die Drehmomentwelle verdreht; Antreiben eines ersten Verstellrings in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den ersten Verstellring antreibt; und Antreiben eines zweiten Verstellrings in Wirkverbindung mit der Drehmomentwelle, so dass eine Drehung der Drehmomentwelle den zweiten Verstellring antreibt.