CH714608B1

CH714608B1 - axial flow machine.

Info

Publication number: CH714608B1
Application number: CH00011/19A
Authority: CH
Inventors: Spengler Sebastian; Bartenschlager Gabriel; Kalchschmid Markus; Krammer Maria
Original assignee: Man Energy Solutions Se
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2022-06-30
Also published as: CH714608A2; JP2019132273A; KR20190090335A; DE102018101527A1; CN110067605A

Abstract

Axialströmungsmaschine, insbesondere Axialturbine, mit einem statorseitigen Gehäuse (1), welches einen Strömungskanal (2) definiert, mit einem rotorseiteigen Laufrad (3), welches Laufschaufeln (4) trägt, und mit einem statorseitigen Leitapparat (5), welcher verstellbare Leitschaufeln (6) aufweist, wobei radial äußere Zapfen (6a) der Leitschaufeln (6) in einem Leitschaufelträger (7) gelagert sind, wobei an den Zapfen (6a) der Leitschaufeln (6) Anlenkhebel (8) angreifen, die mit einem Stellring (9) gekoppelt sind, und wobei an dem Stellring (9) eine Betätigungseinrichtung (10) angreift, über welche der Stellring (9) und über den Stellring (9) die Leitschaufeln (6) verdrehbar sind. Die Betätigungseinrichtung (10) weist mindestens eine durch eine Ausnehmung im Gehäuse hindurch erstreckende Betätigungsstange (11) auf, deren Längsachse und deren sich in Richtung der Längsachse erstreckende Betätigungsrichtung sich in Umfangsrichtung oder tangential zur Umfangsrichtung des Stellrings (9) erstreckt, wobei zur Verlagerung des Stellrings (9) ausschliesslich eine eindimensionale, lineare Stellbewegung ausführbar ist.Axial flow machine, in particular axial turbine, with a housing (1) on the stator side, which defines a flow channel (2), with an impeller (3) on the rotor side, which carries moving blades (4), and with a diffuser (5) on the stator side, which has adjustable guide blades (6 ), wherein radially outer journals (6a) of the guide vanes (6) are mounted in a guide vane carrier (7), with linkage levers (8) acting on the journals (6a) of the guide vanes (6) which are coupled to an adjusting ring (9). and wherein an actuating device (10) acts on the adjusting ring (9), via which the adjusting ring (9) and via the adjusting ring (9) the guide vanes (6) can be rotated. The actuating device (10) has at least one actuating rod (11) which extends through a recess in the housing, the longitudinal axis of which and the actuating direction of which extends in the direction of the longitudinal axis in the circumferential direction or tangentially to the circumferential direction of the adjusting ring (9), with the displacement of the Adjusting ring (9) only a one-dimensional, linear adjusting movement can be executed.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Axialströmungsmaschine, insbesondere eine Axialturbine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an axial flow machine, in particular an axial turbine, according to the preamble of claim 1.

[0002] Aus der DE 100 16 745 B4 ist eine Axialströmungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. So verfügt die aus diesem Stand der Technik bekannte Axialströmungsmaschine über ein statorseitiges Gehäuse, welches einen Strömungskanal für ein Fluid definiert. Die Axialströmungsmaschine verfügt weiterhin über ein rotorseitiges Laufrad, welches Laufschaufeln trägt, die im Strömungskanal positioniert sind. Ferner verfügt die Axialströmungsmaschine über einen statorseitigen Leitapparat, welcher verstellbare Leitschaufeln aufweist. Radial äußere Zapfen der Leitschaufeln des Leitapparats sind in einem Leitschaufelträger gelagert. An den radial äußeren Zapfen der Leitschaufel greifen Anlenkhebel an. Die Anlenkhebel sind mit einem Stellring gekoppelt, wobei an dem Stellring eine Betätigungseinrichtung angreift, über die der Stellring verlagerbar ist, um so über die Verlagerung des Stellrings die Leitschaufeln des Leitapparats zu verlagern bzw. zu verstellen. From DE 100 16 745 B4 an axial flow machine according to the preamble of claim 1 is known. The axial flow machine known from this prior art has a housing on the stator side, which defines a flow channel for a fluid. The axial flow machine also has an impeller on the rotor side, which carries impeller blades that are positioned in the flow channel. Furthermore, the axial flow machine has a stator-side diffuser which has adjustable guide vanes. Radially outer journals of the guide vanes of the nozzle are mounted in a guide vane carrier. Pivot levers act on the radially outer journals of the guide vane. The linkage levers are coupled to an adjusting ring, with an actuating device acting on the adjusting ring, via which the adjusting ring can be displaced, in order to displace or adjust the guide vanes of the diffuser by moving the adjusting ring.

[0003] Aus der DE 100 16 745 B4 ist bekannt, dass die Betätigungseinrichtung eine Betätigungsstange aufweist, die sich in Axialrichtung erstreckt, und in einer Ausnehmung des Gehäuses geführt ist. Diese Ausnehmung des Gehäuses, durch die sich die Betätigungsstange der Betätigungseinrichtung hindurch erstreckt, ist bogenförmig ausgeführt, um eine entsprechende Verstellung des Stellrings in Umfangsrichtung zu ermöglichen. Aufgrund einer derartigen kreisbogenförmigen Ausnehmung bereitet es Schwierigkeiten, den Durchtrittbereich der Betätigungsstange durch das Gehäuse abzudichten. It is known from DE 100 16 745 B4 that the actuating device has an actuating rod which extends in the axial direction and is guided in a recess in the housing. This recess in the housing, through which the actuating rod of the actuating device extends, is curved in order to enable a corresponding adjustment of the adjusting ring in the circumferential direction. Because of such an arcuate recess, it is difficult to seal the passage area of the actuating rod through the housing.

[0004] Es besteht Bedarf an einer neuartigen Axialströmungsmaschine, bei welcher der Durchtrittbereich der Betätigungseinrichtung durch das Gehäuse, die am Stellring angreift, besser abgedichtet werden kann. There is a need for a new type of axial flow machine in which the passage area of the actuating device through the housing, which acts on the adjusting ring, can be better sealed.

[0005] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Axialströmungsmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Axialströmungsmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Proceeding from this, the object of the present invention is to create a novel axial flow machine. This object is achieved by an axial flow machine according to claim 1.

[0006] Erfindungsgemäß weist die Betätigungseinrichtung mindestens eine Betätigungsstange auf, deren Längsachse und deren sich in Richtung der Längsachse erstreckende Betätigungsrichtung sich in Umfangsrichtung oder tangential zur Umfangsrichtung des Stellrings erstreckt. According to the invention, the actuating device has at least one actuating rod, the longitudinal axis of which and the actuating direction extending in the direction of the longitudinal axis extend in the circumferential direction or tangentially to the circumferential direction of the adjusting ring.

[0007] Die jeweilige Betätigungsstange führt ausschließlich eine eindimensionale, lineare Stellbewegung aus. The respective actuating rod exclusively performs a one-dimensional, linear actuating movement.

[0008] Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass sich die oder jede Betätigungsstange der Betätigungseinrichtung in Umfangsrichtung oder tangential zur Umfangsrichtung des Stellrings durch das Gehäuse erstreckt. Zur Verlagerung des Stellrings führt die Betätigungsstange lediglich eine eindimensionale Bewegung, nämlich Hubbewegung, in Richtung der Längsachse der jeweiligen Betätigungsstange aus. Daher kann die jeweilige Betätigungsstange vorteilhaft gegenüber dem Gehäuse abgedichtet werden. With the present invention it is proposed that the or each actuating rod of the actuating device extends in the circumferential direction or tangentially to the circumferential direction of the adjusting ring through the housing. To move the adjusting ring, the actuating rod only performs a one-dimensional movement, namely a lifting movement, in the direction of the longitudinal axis of the respective actuating rod. The respective actuating rod can therefore advantageously be sealed off from the housing.

[0009] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Betätigungseinrichtung zwei Betätigungsstangen auf, die zwei Betätigungsstangen vorzugsweise um 180° versetzt am Stellring angreifen, und wobei eine erste Betätigungsstangen als Schubstange und eine zweite Betätigungsstangen als Zugstange wirkt. Hiermit ist eine besonders vorteilhafte Verlagerung des Stellrings möglich. According to an advantageous development, the actuating device has two actuating rods, the two actuating rods preferably offset by 180 ° attack on the adjusting ring, and wherein a first actuating rod acts as a push rod and a second actuating rod as a pull rod. A particularly advantageous displacement of the adjusting ring is hereby possible.

[0010] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die jeweilige Betätigungsstange in einer Führung linear verlagerbar geführt, wobei sich ein Führungsgehäuse der Führung durch eine Ausnehmung im Gehäuse und die Betätigungsstange durch das Führungsgehäuse erstreckt. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte Verlagerung der jeweiligen Betätigungsstange sowie Abdichtung des Durchtrittbereichs der Betätigungseinrichtung durch das Gehäuse. According to an advantageous development, the respective actuating rod is guided in a linearly displaceable guide, with a guide housing of the guide extending through a recess in the housing and the actuating rod through the guide housing. This enables a particularly advantageous displacement of the respective actuating rod and sealing of the passage area of the actuating device through the housing.

[0011] Vorzugsweise liegt ein Vorsprung des jeweiligen Führungsgehäuses an einer Außenwand des Gehäuses der Axialströmungsmaschine an und bildet eine Dichtfläche aus, die sich senkrecht zur Längsachse der jeweiligen Betätigungsstange erstreckt, um das jeweilige Führungsgehäuse gegenüber dem Gehäuse abzudichten. Das jeweilige Führungsgehäuse nimmt vorzugsweise eine Dichtung auf, welche die jeweilige Betätigungsstange im jeweiligen Führungsgehäuse abdichtet. Diese Merkmale dienen der besonders bevorzugten Abdichtung der Führung gegenüber dem Gehäuse der Axialströmungsmaschine sowie der jeweiligen Betätigungsstange gegenüber dem Führungsgehäuse der Führung und damit gegenüber dem Gehäuse der Axialströmungsmaschine. A projection of the respective guide housing preferably rests against an outer wall of the housing of the axial flow machine and forms a sealing surface which extends perpendicularly to the longitudinal axis of the respective actuating rod in order to seal the respective guide housing with respect to the housing. The respective guide housing preferably accommodates a seal which seals the respective actuating rod in the respective guide housing. These features are used for the particularly preferred sealing of the guide against the housing of the axial flow machine and the respective actuating rod against the guide housing of the guide and thus against the housing of the axial flow machine.

[0012] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 einen ausschnittsweisen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialströmungsmaschine; Fig. 2 einen ausschnittsweisen Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialströmungsmaschine in Schnittrichtung II-II; und Fig. 3 das Detail III.Preferred developments of the invention result from the dependent claims and the following description. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing, without being limited thereto. 1 shows a detail of an axial section through an axial flow machine according to the invention; 2 shows a partial radial section through an axial flow machine according to the invention in section direction II-II; and Fig. 3 the detail III.

[0013] Die Erfindung betrifft eine Axialströmungsmaschine, insbesondere eine Axialturbine. The invention relates to an axial flow machine, in particular an axial turbine.

[0014] Fig. 1 und 2 zeigen im Ausschnitt zwei unterschiedliche Querschnitte durch eine erfindungsgemäße Axialströmungsmaschine, die als Axialturbine ausgeführt ist. Fig. 3 zeigt das Detail III der Fig. 2. 1 and 2 show in detail two different cross sections through an axial flow machine according to the invention, which is designed as an axial turbine. Fig. 3 shows detail III of Fig. 2.

[0015] Die Axialströmungsmaschine verfügt über ein statorseitiges Gehäuse 1. Vom statorseitigen Gehäuse 1 sind ein Turbinenzuströmgehäuse 1a und ein Turbinenabströmgehäuse 1b gezeigt. Das Gehäuse 1 definiert einen Strömungskanal 2 für ein Fluid. The axial flow machine has a stator-side housing 1. From the stator-side housing 1, a turbine inflow housing 1a and a turbine outflow housing 1b are shown. The housing 1 defines a flow channel 2 for a fluid.

[0016] Die Axialturbine verfügt weiterhin über ein rotorseitiges Laufrad 3, welches Laufschaufeln 4 trägt. Die Laufschaufeln 4 des Laufrads 3 werden von dem Fluid angeströmt, welches durch den Strömungskanal 2 strömt. The axial turbine also has an impeller 3 on the rotor side, which carries impeller blades 4 . The moving blades 4 of the impeller 3 are subjected to the flow of the fluid which flows through the flow channel 2 .

[0017] Die Axialturbine verfügt weiterhin über einen statorseitigen Leitapparat 5. Der statorseitige Leitapparat 5 weist Leitschaufeln 6 auf, die im Strömungskanal 2 positioniert sind. Die Leitschaufeln 6 sind verstellbar, nämlich drehbar. The axial turbine also has a stator-side diffuser 5. The stator-side diffuser 5 has guide vanes 6, which are positioned in the flow channel 2. The vanes 6 are adjustable, namely rotatable.

[0018] Radial äußere Zapfen 6a der Leitschaufeln 6 sind in einem Leitschaufelträger 7 geführt. An denjenigen Abschnitten der Zapfen 6a, die gegenüber dem Leitschaufelträger 7 radial außen vorstehen, greifen Anlenkhebel 8 an, die auch als Stellhebel bezeichnet werden. Radially outer pins 6a of the guide vanes 6 are guided in a guide vane carrier 7 . Linkage levers 8, which are also referred to as adjusting levers, act on those sections of the journals 6a which project radially outwards in relation to the guide vane carrier 7.

[0019] Die Stellhebel 8 greifen an einem Stellring 9 an, der in Umfangsrichtung verdreht werden kann, um über seine Verdrehbewegung die Anlenkhebel 8 und über die Anlenkhebel 8 die Leitschaufeln 6 des Leitapparats 5 zu verdrehen. The adjusting levers 8 engage an adjusting ring 9, which can be rotated in the circumferential direction in order to rotate the linkage levers 8 and the linkage levers 8, the guide vanes 6 of the diffuser 5 via its twisting movement.

[0020] In Fig. 2 sind lediglich einige Leitschaufeln 6 gezeigt. In Umfangsrichtung neben den gezeigten Leitschaufeln 6 sind weitere Leitschaufeln im Strömungskanal 2 positioniert. In Fig. 2 only a few vanes 6 are shown. Further guide vanes are positioned in the flow channel 2 in the circumferential direction next to the guide vanes 6 shown.

[0021] Um den Stellring 9 in Umfangsrichtung zu verlagern, greift am Stellring 9 eine Betätigungseinrichtung 10 an. Die Betätigungseinrichtung 10 umfasst mindestens eine Betätigungsstange 11, deren Längsachse und deren sich in Richtung der Längsachse erstreckende Betätigungsrichtung, die in Fig. 2 durch einen Doppelpfeil 12 visualisiert ist, sich in Umfangsrichtung oder tangential zur Umfangsrichtung des Stellrings 9 erstreckt. In order to shift the adjusting ring 9 in the circumferential direction, an actuating device 10 acts on the adjusting ring 9 . The actuating device 10 comprises at least one actuating rod 11, whose longitudinal axis and whose actuating direction, which extends in the direction of the longitudinal axis and is visualized by a double arrow 12 in FIG.

[0022] Vorzugsweise umfasst die Betätigungseinrichtung 10 zwei derartige Betätigungsstangen 11, die vorzugsweise um 180° versetzt am Stellring 9 angreifen, wobei dann eine erste Betätigungsstange 11 als Schubstange und eine zweite Betätigungsstange 11 als Zugstange wirkt, und zwar abhängig davon, in welcher Richtung der Stellring 9 zu verlagern ist, also abhängig davon, ob in Fig. 2 der Stellring 9 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zu verdrehen ist. The actuating device 10 preferably comprises two such actuating rods 11, which act on the adjusting ring 9, preferably offset by 180°, in which case a first actuating rod 11 acts as a push rod and a second actuating rod 11 acts as a pull rod, depending on the direction in which the Adjusting ring 9 is to be shifted, ie depending on whether the adjusting ring 9 is to be rotated clockwise or counterclockwise in FIG.

[0023] Die jeweilige Betätigungsstange 11 der Betätigungseinrichtung 10 führt ausschließlich eine eindimensionale, lineare Stellbewegung aus und erstreckt sich hierzu durch eine vorzugsweise als kreisrunde Bohrung ausgebildete Ausnehmung im Gehäuse 1. Wie Fig. 3 entnommen werden kann, ist die jeweilige Betätigungsstange 11 in einer Führung 12 linear geführt, wobei die Führung 12 ein Führungsgehäuse 13 und ein im Führungsgehäuse 13 aufgenommenes Führungselement 17 aufweist. Bei dem Führungselement 17 kann es sich zum Beispiel um einen Gleitstein handeln. The respective actuating rod 11 of the actuating device 10 exclusively executes a one-dimensional, linear actuating movement and extends for this purpose through a recess in the housing 1, preferably designed as a circular bore. As can be seen in FIG. 3, the respective actuating rod 11 is in a guide 12 is guided linearly, the guide 12 having a guide housing 13 and a guide element 17 accommodated in the guide housing 13 . The guide element 17 can be a sliding block, for example.

[0024] Das Führungsgehäuse 13 erstreckt sich durch die Ausnehmung im Gehäuse 1 hindurch, die Betätigungsstange 11 erstreckt sich durch die Führung 12 hindurch. Das Führungsgehäuse 13 weist einen Absatz 14 auf, der am Gehäuse 11 der Axialströmungsmaschine anliegt, nämlich an einer Außenwand des Gehäuses 1, wobei zwischen der Außenwand des Gehäuses 1 und dem Vorsprung 14 eine Dichtfläche 15 ausgebildet ist, die sich senkrecht zur Längsrichtung der jeweiligen Betätigungsstange 11 erstreckt. The guide housing 13 extends through the recess in the housing 1, the actuating rod 11 extends through the guide 12 therethrough. The guide housing 13 has a shoulder 14 which rests against the housing 11 of the axial flow machine, namely against an outer wall of the housing 1, with a sealing surface 15 being formed between the outer wall of the housing 1 and the projection 14, which is perpendicular to the longitudinal direction of the respective actuating rod 11 extends.

[0025] Zusätzlich zu dieser Abdichtung des Führungsgehäuses 13 gegenüber dem Gehäuse 1 ist eine Dichtung 16 vorhanden, welche der Abdichtung der Betätigungsstange 11 gegenüber dem Führungsgehäuse 13 dient, wobei diese Dichtung 16 zusammen mit dem Führungselement 17 im Führungsgehäuse 13 aufgenommen ist. In addition to this sealing of the guide housing 13 with respect to the housing 1, there is a seal 16 which serves to seal the actuating rod 11 with respect to the guide housing 13, this seal 16 being accommodated in the guide housing 13 together with the guide element 17.

[0026] Bei der erfindungsgemäßen Axialströmungsmaschine kann demnach die Verstellbewegung des Stellrings 9, über welche letztendlich die Leitschaufeln 6 verlagert werden, über im Querschnitt runde Betätigungsstangen 11 initiiert werden, die in im Querschnitt runden Ausnehmungen des Gehäuses 1 geführt sind und lediglich eine eindimensionale, translatorische Hubbewegung ausführen. Hierdurch kann der Durchdringungsbereich der Betätigungsstangen 11 gegenüber dem Gehäuse 1 der Axialströmungsmaschine einfach und zuverlässig abgedichtet werden. Die Gefahr einer Leckage wird so reduziert. In the axial flow machine according to the invention, the adjusting movement of the adjusting ring 9, via which the guide vanes 6 are ultimately displaced, can therefore be initiated via actuating rods 11 with a round cross section, which are guided in recesses of the housing 1 with a round cross section and only a one-dimensional, translational movement carry out a lifting movement. As a result, the penetration area of the actuating rods 11 can be easily and reliably sealed off from the housing 1 of the axial flow machine. This reduces the risk of leakage.

BezugszeichenlisteReference List

[0027] 1 Gehäuse 1a Zuströmgehäuse 1b Abströmgehäuse 2 Strömungskanal 3 Laufrad 4 Laufschaufel 5 Leitapparat 6 Leitschaufel 6a Zapfen 7 Leitschaufelträger 8 Anlenkhebel 9 Stellring 10 Betätigungseinrichtung 11 Betätigungsstange 12 Führung 13 Führungsgehäuse 14 Anschlag 15 Dichtfläche 16 Dichtung 17 Führungselement 1 housing 1a inflow housing 1b outflow housing 2 flow duct 3 impeller 4 blade 5 diffuser 6 guide vane 6a pin 7 guide vane carrier 8 linkage lever 9 adjusting ring 10 actuating device 11 actuating rod 12 guide 13 guide housing 14 stop 15 sealing surface 16 seal 17 guide element

Claims

1. Axial flow machine, in particular axial turbine, with a housing (1) on the stator side, which defines a flow channel (2), with an impeller (3) on the rotor side, which carries impeller blades (4), with a stator-side diffuser (5) which has adjustable guide vanes (6) which are positioned in the flow channel (2), the radially outer journals (6a) of the guide vanes (6) being mounted in a guide vane carrier (7), the journals (6a) of the guide vanes (6) act on linkage levers (8) which are coupled to an adjusting ring (9), and an actuating device (10) acting on the adjusting ring (9), via which the adjusting ring (9) and via the adjusting ring (9) the guide vanes (6) can be rotated, characterized in that the actuating device (10) has at least one actuating rod (11) which extends through a recess in the housing (1), whose longitudinal axis and whose actuating direction extending in the direction of the longitudinal axis extend in the circumferential direction or tangentially to the circumferential direction of the adjusting ring (9) and which only performs a one-dimensional, linear adjustment movement to move the adjusting ring (9).

2. Axial flow machine according to claim 1, characterized in that the actuating device (10) has two actuating rods (11).

3. Axial flow machine according to claim 2, characterized in that the two actuating rods (11) offset by 180° act on the adjusting ring (9), a first actuating rod (11) acting as a push rod and a second actuating rod (11) acting as a pull rod.

4. Axial flow machine according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the respective actuating rod (11) is guided in a guide (12) in a linearly displaceable manner, a guide housing (13) of the guide (12) extending through the recess in the housing (1 ) and the actuating rod (11) extends through the guide housing (13).

5. Axial flow machine according to claim 4, characterized in that a projection (14) of the respective guide housing (13) rests against an outer wall of the housing (1) and forms a sealing surface (15) which extends perpendicularly to the longitudinal axis of the respective actuating rod (11). to seal the respective guide housing (13) relative to the housing (1).

6. The axial flow machine as claimed in claim 4 or 5, characterized in that a seal (16) is arranged in the respective guide housing (13) and seals the respective actuating rod (11) in the respective guide housing (13).