CN102762818A - 用于枢转涡轮机的能调节叶片的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于枢转涡轮机的能调节的叶片（19）的驱动装置（21），所述驱动装置具有由叶片承载件（22）环绕的环形流动通道部段（23），所述流动通道部段沿着叶片承载件（22）的中轴线（24）延伸并且在所述流动通道部段中放射状地设有一圈叶片（19），其中叶片（19）能够分别围绕其纵轴线（31）枢转并且分别具有至少延伸到叶片承载件（22）中的栓（26），所述栓耦联在至少一个包围叶片承载件（22）的调节环（28）处，所述调节环能够通过至少一个马达驱动。为了提供尤其低摩擦的并且可靠的驱动而提出，一个或多个马达的驱动轴与一个或多个调节环（28）经由齿轮传动机构耦联。

Description

用于枢转涡轮机的能调节叶片的驱动装置

技术领域

本发明涉及一种用于枢转涡轮机的能调节叶片的驱动装置，所述驱动装置具有由叶片承载件环绕的环形流动通道部段，所述流动通道部段沿着叶片承载件的中轴线延伸，并且在所述流动通道部段中放射状地设有一圈叶片，其中叶片能够分别围绕其纵轴线枢转并且分别具有至少延伸到叶片承载件中的栓，所述栓耦联到可在周向方向上转动的调节环处。

背景技术

这种类型的装置例如出自US 5,549,448中。为了调节压缩机的叶片环的径向延伸的叶片，同心于压缩机的中轴线的调节环围绕所述压缩机的内壳体。叶片环的每个可围绕叶片的纵轴线转动的叶片具有穿过叶片承载件延伸的栓，所述栓在壳体之外分别通过枢转杆与调节环连接。调节环能够在周向方向上转动。通过调节环的转动使枢转杆运动，由此叶片围绕其相应的纵向轴线枢转。调节环通过驱动器在轴向方向上运动，所述驱动器同时还支撑调节环。

同样从EP 1 524 413A2中已知用于调节一圈叶片的可在周向方向上转动的调节环。

从GB 1 466 613和GB 1 505 858中还已知的是，在能调节的叶片和调节环之间的啮合的耦联机构可代替枢转杆耦联机构。在此，在GB 1466 613中经由推杆进行调节环的调节，所述推杆将液压产生的驱动力切向地导入到调节环中。在GB 1 505 868中，经由杠杆机构进行将力导入到调节环中。此外，EP 2 053 204A2提出，借助于马达驱动调节环，所述调节环经由齿部与全部能调节的叶片耦联。

在此，从US 5,549,448和EP 1 524 413A2中已知的驱动器在构造方面是耗费的，因为需要并且必须设计大量构件。大量的构件导致在制造时的耗费的装配，此外，所述装配由于单个叶片的转动角度的所需要的位置精度还仍然是时间耗费的。

如果在固定的燃气轮机中使用这种驱动装置，那么调节环此外是非常坚固的。因此，在运行中，调节环和叶片承载件之间的温度差还影响到在流动通道中的压缩机叶片的冲角。所述温度差能够导致叶片环的叶片的不均匀调节的冲角，使得总是需要注意，同轴于或者同心于共同的中轴线地安装调节环和叶片承载件。此外，经由推杆进行的切向的力导入还能够引起调节环的同样不利的偏心。

已知的调节环的安装还可能是易受污染和干扰影响的，这限制了可靠的和安全的运行。特别地，在根据GB 1 46 6613的扩展方案中能够在齿部区域中出现异物，或者在根据US 5,549,448或者EP 1 524 413A2中的扩展方案中，在最差情况下，在杠杆的区域中出现驱动装置的卡住，因此，这显著地限制了涡轮机的运行范围。

特别地，由于网络要求，固定的燃气轮机的压缩机的进气导向叶片能够平均地在几分之一秒内以相对小的角度值调节。然而，这借助传统的、已知的系统是不可能的。杠杆系统在一侧基于调节环和杠杆的坚固的构造而进行支承。借助小的调节距离引起的快速的变化导致在调节环中的巨大的负荷，所述调节环能够危害驱动装置的可靠性和完整性。另一方面，杠杆系统在杠杆式铰链中具有由公差引起的间隙，使得因此不能够实施微量的调节。

发明内容

相应地，本发明的目的是提供一种无摩擦的、可靠的、适合于快速较小量调节的驱动装置，以用于与温度无关地调节在环形通道中径向延伸的、可围绕叶片的相应的纵向轴线转动的叶片。

该目的借助一种用于枢转涡轮机的能调节的叶片的驱动装置实现，所述涡轮机根据权利要求1的特征来配置。

此类用于枢转涡轮机的能调节叶片的驱动装置包括叶片承载件，所述叶片承载件包围环形的流体通道部段。流体通道部段沿着叶片承载件的中线延伸。在所述流体通道部段中，关于机器轴线放射状地设有一圈叶片，所述叶片能够分别围绕其纵轴线枢转以用于调节。叶片分别具有至少延伸到叶片承载件中的栓，所述栓分别耦联到至少一个可在周向方向上转动的调节环处，所述调节环能够通过至少一个马达驱动。根据本发明提出，一个或多个马达的驱动轴与一个或多个调节环经由齿轮传动机构耦联。

本发明弃用了至今为止的通过切向接合的推杆实现调节环的转动的构造。用于转动调节环的力导入现在根据本发明经由至少一个齿轮传动机构实现，以代替经由推杆实现。在此，齿轮传动机构优选构成为冠状齿轮传动机构或者锥齿轮传动机构，其中马达的驱动轴同时构成为齿轮传动机构的驱动轴并且调节环构成为齿轮传动机构的从动轴。由此可获得用于转动调节环的大大改进的力导入，所述力导入降低了调节环的不期望的偏心。为了提供用于转动调节环的足够大的力，与出于冗余原因而需要的相比更大数量的马达分布在调节环的环周之上，所述马达分别经由在此全部构成为相同的齿轮传动机构耦联到调节环处。更大量的马达的使用实现用于调节叶片的、分布在环周上的力导入。使用的马达越多，要由这些马达分别导入的力就越小，这实现更小的齿轮传动机构或者齿部。同样地，因此能够避免齿轮的使用，这是节约空间和节约重量的。此外，与经由杠杆铰接到叶片的栓处的或者仅由马达或者液压缸驱动的、现有技术中的调节环相比，实现相当细的调节环的应用。为了进行调节，显然总是同步地控制马达。

根据本发明，栓是驱动轴的一部分，使得驱动轴的转动轴线与所涉及的栓的转动轴线一致。或者，驱动轴和栓能够刚性地彼此连接。那么在这两种情况下，还能够直接地由所涉及的马达驱动属于所涉及的栓的叶片。为了调节，这些马达共同地直接驱动调节环并且分别单独地直接驱动与所述马达的驱动轴连接的叶片。因此，没有被直接驱动的（其余的）叶片借助于调节环枢转到期望的位置中。

除了由于使用较大量的马达而致使紧凑的和轻质的实施形式之外，另一优点在于现在首次由该驱动装置实现的更大的调节速度。无间隙地进行从马达到直接被驱动的叶片的力传输或者接近无间隙地进行到其余叶片的力传输。结合紧凑的实施形式和相对低的、待运动的质量还能够以相对小的角度值在相对较短的时间内调节叶片。相反地，已知的齿轮传动机构总是提出，全部叶片间接地经由调节环驱动。本发明不同于此，因为已经认识到，如果一些马达分别直接地驱动叶片之一，那么能够实现更加紧凑的结构。

优选地，对于一圈能调节的导向叶片设有至少四个马达。在此，马达的数量的上限相当于叶片数量的一半。

有利的扩展方案在从属权利要求中说明。

根据另一有利的扩展方案，每个驱动装置设有两个调节环，以便在没有横向力的情况下驱动栓。

根据另一有利的扩展方案，在叶片承载件中或在包围叶片承载件的壳体中在壳侧设有环周槽，栓终止在所述环周槽中并且调节环设置在所述环周槽中，其中通过覆盖件至少大部分地封闭环周槽以用于向外遮蔽栓、调节环和其耦联机构。因此，调节环和栓的耦联机构嵌入叶片承载件中或者沉入环周槽中，由此得出，在涡轮机的纵截面上观察，在两侧遮蔽。所述有利的扩展方案不同于如下现有技术，其中调节机构至今未支撑地设置在涡轮机壳体之外。现在提出，至少覆盖调节机构，否则甚至气密地进行密封，由此驱动器绝大部分地（即除用于马达的驱动轴的穿引部之外）转移到叶片承载件的壁中。这要求，所述叶片承载件在栓伸入到叶片承载件中的区域内具有至少一个如此大的壁厚度，使得在那里从外部例如通过机械切削的加工能够引入用于容纳栓端部和调节环的环周槽。在此，能够简单地实现通过多个覆盖元件来覆盖环周槽，其中能够借助如螺栓的常用的机构执行覆盖件或者覆盖元件的固定。以此，说明了简单的构造，所述构造能够相对简单地并且还低成本地实现。

优选地，在调节环和相应的栓之间的耦联机构分别构成为齿轮传动机构，其中齿轮传动机构优选构成为冠状齿轮传动机构。在该情况下，调节环为冠状齿轮，并且栓至少在其环周的一部分上啮合、否则甚至在其整个环周之上啮合。在此，冠状齿轮的齿部和栓的齿部彼此啮合，使得调节环在周向方向上的转动枢转叶片。借助冠状齿轮传动机构能够实现调节环和相应的栓的无摩擦的、与温度无关的耦联，所述耦联此外还能够可靠地传输用于调节所需要的大的力。如果将全部的叶片借助调节环枢转到期望的位置中，那么每个齿轮传动机构所需要的齿侧间隙是不显著的。那么，全部叶片以相同的量枢转。只要由马达直接地调节叶片中的一些并且借助于调节环调节其余的叶片并且经由齿轮传动机构实现耦联，那么在调节全部叶片以用于补偿可能存在的齿侧间隙之后，还能够以预设的旋转角度稍微将直接被驱动的叶片向回枢转，因此全部叶片具有相同的冲角。

当将所述调节环关于叶片承载件的中轴线在径向外部由环周槽的覆盖件引导并且在径向内部由环周槽的槽底引导时，能够实现调节环的尤其简单的以及可靠的安装。那么，覆盖件也用作为用于调节环的引导件，因为所述调节环可滑动地、然而无间隙地靠置在覆盖件和槽底处。这避免例如用于相对于机器轴线居中地安装调节环的支撑滚筒的其他结构元件的使用。该扩展方案还实现相对细的调节环，因为相比迄今为止的，所述调节环的固有刚度从现在开始能够更小。

覆盖件的其他优点为沿着整个环周引导调节环，因为所述调节环由至少两个区段组成。调节环的区段能由于所提出的外部的引导通过覆盖件以相对简单的方式彼此连接或者旋紧。由于在整个环周上进行引导，不可能避免原则上呈杆形的调节环。

为了避免齿部的彼此脱离，由环周槽的侧壁关于叶片承载件的中线轴向地引导调节环。替选或者补充于此能够提出，在侧壁中和/或在侧壁和调节环之间设有用于将调节环压紧到栓处的机构。为此，例如用于输送液压介质的通道通到侧壁中。还可能的是，在侧壁和调节环之间同样以在环周上均匀分布的方式设置有弹簧元件，所述弹簧元件将在轴向方向上作用的力施加到调节环上。通过齿部的使用，调节环能够与现有技术中的用于固定的燃气轮机的相对坚固的调节环相比更加细地构成。通过将调节环压紧到栓处还能够实现消除齿侧间隙，以便因此在涡轮机的运行期间将能调节的叶片无间隙地保持在其预设的位置中。必要时，能够在调节过程期间降低压紧力，这尤其在使用液压介质作为压紧机构的情况下是简单可行的。在该情况下，能够借助相对低的力引起调节过程。

在此，根据本发明的驱动机构不仅能够用于调节压缩机的进气导向叶片，还能够用于调节压缩机的导向叶片，所述导向叶片以与进气导向叶片类似的方式围绕其在机器轴线的径向方向上延伸的纵轴线可枢转地安装。

附图说明

根据在附图中示出的实施例进行本发明的进一步的阐明。详细地，示意性地示出：

图1示出燃气轮机的纵向部分截面图；

图2示出在第一实施变形形式中的出自根据图1的纵向部分截面中的细节X；

图3示出根据图2的细节X的俯视图；

图4示出马达在基座上的固定；

图5示出根据第三实施变形形式的细节X；和

图6示出根据第二实施变形形式的细节X。

具体实施方式

图1以纵向部分截面图示出构成为固定的燃气轮机1的涡轮机的纵向部分剖面图。燃气轮机1设置用于发电。所述燃气轮机在内部具有围绕旋转轴线2转动安装的转子3，所述转子还称作涡轮机转子。沿着转子3相继跟随有进气壳体4、压缩机5、具有多个彼此旋转对称设置的燃烧器7的圆环状的环形燃烧室6、涡轮机单元8和废气壳体9。环形燃烧室6形成与环形的热气通道18相连的燃烧腔17。在那里，四个相继连接的涡轮机级10形成涡轮机单元8。每个涡轮机级10由两个叶片环形成。以在环形燃烧室6中产生的热气11的流动方向上来看，在热气通道18中，每个叶片排13跟随有由转子叶片15形成的排14。导向叶片12固定在定子上，相反地，排14的转子叶片15借助于涡轮盘安装在转子3处。发电机或者做功机械（没有示出）耦联在转子3处。

在压缩机5的进气壳体侧的入口处设有能调节的进气叶片19。进气叶片19放射状地设置在压缩机5的环形的流动通道中，并且能够围绕所述进气叶片的相应的纵向轴线由驱动装置21转动，以便例如调节穿流过燃气轮机1的质量流。根据进气导向叶片的叶身的冲角，尤其大的或者小的质量流能够符合要求地穿流过燃气轮机1。为了降低在吸入的周围空气中的流动损失并且为了避免紧接在进气叶片19下游转动的转子叶片15的振动激励，在持续保持相同的冲角的情况下同步地调节全部进气叶片19，所述振动激励在转子叶片15在环周上看不均匀地入流的情况下出现。

驱动装置21设置在流动通道之外并且详细地在下面的附图中描述。

为此，图2示出在图1中以X表示的细节。首先示出叶片承载件22，所述叶片承载件在具体的扩展方案中还同时构造为燃气轮机1的压缩机5的壳体。叶片承载件22还称作导向叶片承载件。在压缩机5的用于吸入的空气的、入流侧的部段23中，导向叶片承载件22具有增大的壁厚度。在所述轴向部段23中，关于燃气轮机1的中轴线24设置有与能调节的叶片19相同数量的孔25，以用于容纳栓26，所述栓分别设置在能调节的叶片19处。此外，在部段23中在壳侧设有环形环绕的环周槽27，栓26终止在所述环周槽中。在此，孔25的轴向位置选择成，使得所述孔没有完全地通到环周槽27中，而是仅部分地通到所述环周槽中，使得仅孔25的小的圆形部段位于槽27中，以便确保充分的啮合（见图3）。需要用于将栓26可转动地安装在导向叶片承载件22中的轴承（没有示出）以已知的方式在径向内部相邻于环周槽27地设置。

在槽27中，设置有由例如两个区段构成的调节环28。在涡轮机的纵截面中看，调节环28具有矩形的截面轮廓。每个栓26至少在其环周的一部分之上具有按照齿轮类型的齿部。以相应于此的方式，调节环28的端侧的壁啮合，其中根据冠状齿轮传动机构的类型的齿部彼此啮合。对于每个栓26，调节环28的侧壁齿部30沿着这样的弧长（图3）延伸，使得叶片19在整个调节角度区域上能够可靠地枢转。但是，与在冠状齿轮中一样，侧壁齿部30同样能够环形地设置在调节环28的环周之上。因此，调节环28与每个栓26形成冠状齿轮齿部，借助所述冠状齿轮齿部将调节环28的围绕机器轴线24的转动运动转换成叶片19的围绕其纵向轴线31的转动运动。

为了引导调节环28并且为了避免灰尘堆积在相应的冠状齿部中，通过覆盖件32遮蔽槽27。就此而言，齿轮传动机构和调节环28原则上不能够从燃气轮机1的外部达到。

为了将需要的调节力输送给调节环28而设有至少一个马达33。在此，马达33能够构成为液压马达，但是还能够构成为电马达或者构成为伺服马达。马达33的驱动轴35延伸穿过在覆盖件32中为之设计的开口37，并且与栓26之一刚性地连接。两者能够围绕共同的转动轴线旋转，所述转动轴线与纵向轴线31一致。马达33一方面用于驱动调节环28并且用于直接地驱动与其驱动轴35经由其栓26刚性连接的叶片19。多个在图2中示出的马达33还能够分布在调节环28的环周之上以用于使所述调节环转动。那么，一个或多个马达33经由没有进一步示出的保持件或者固定在导向叶片承载件处或者固定在燃气轮机的基座处。

在图4中简绘出马达33在基座40上的固定，其中在该附图中仅示意地表明在驱动轴35和栓26之间的刚性连接。为了可视性，还仅示出导向叶片环的直接由马达33驱动的叶片19和调节环28。

此外，在图2中在环周槽27的侧壁34中设有通道开口38，驱动装置21的液压介质可经由所述通道开口将调节环28压紧到栓26处。对此必需的连接管道在图2中没有示出。在此显然的是，用于液压介质的多个通道沿着环周分布，以便实现均匀的压紧。

图3示出在部段23中的、没有被覆盖的冠状齿部的俯视图，其中相同的特征设有相同的附图标记。

根据在图6中示出的、替选于图2的扩展方案，代替单侧设置的调节环28，还能够设有另一调节环28，使得在两个属于驱动装置的调节环28之间设置叶片19的栓26并且因此在两侧啮合。在该情况下，两个槽27设置在孔25的两侧，在所述孔中分别设置有两个调节环28中的一个。代替具有设置在两个环周槽之间的孔25的两个环周槽27，孔25并且因此还有栓26能够居中地设置在仅一个、因此更宽的环周槽中。为了旋转或者枢转叶片19，能够同时地反向转动属于驱动装置21的两个调节环28。

代替将调节环28以图2中已知的方式液压地压紧到栓26处，根据图6，在环周槽27的侧壁34和与之直接相邻的调节环28之间以在环周上均匀分布的方式设有例如为盘形弹簧的形式的弹簧元件36，所述弹簧元件引起持续的压紧力。

显然可能的是，图6中示出的弹簧元件即使在驱动装置21中也设有仅一个调节环28。相反地，正好可能的是，针对驱动装置21的每个调节环28施加液压的压紧，其中根据图6设有可反向旋转的两个调节环28。

图2和6示出本发明的优选的实施形式。在图5中示出基本的实施形式，根据所述实施形式，一个或多个叶片19的直接驱动不是强制必需的。因此，马达33单独地用于调节调节环28，所述调节环将其转动运动经由在所述调节环和叶片19的栓26之间的、在图2中描述的齿轮传动机构传输到所述叶片处，以便枢转全部叶片19。还能够在调节环28的数量和用于将调节环28压紧到栓26处的机构选择方面稍微改变在图5中示出的实施形式。

在此，在附图中示出的驱动装置不仅适合于调节压缩机5的进气导向叶片19，而且显然还适合于调节后续的压缩机级的导向叶片，所述压缩机级的导向叶片在现代燃气轮机中同样围绕其纵向轴线31可枢转地安装，其中所述纵向轴线与关于机器轴线24的径向方向一致。

整体上，本发明涉及一种用于枢转涡轮机的能调节的叶片19的驱动装置21，所述驱动装置具有由导向叶片承载件22环绕的环形流动通道部段23，所述流动通道部段沿着导向叶片承载件22的中轴线24延伸，并且在所述流动通道部段中放射状地设有一圈叶片19，其中叶片19能够分别围绕其纵轴线31枢转并且分别具有至少延伸到叶片承载件22中的栓26，所述栓耦联在至少一个包围导向叶片承载件22的调节环28处。为了提供尤其低摩擦的并且可靠的驱动而提出，一个或多个马达33的驱动轴35与一个或多个调节环28经由齿轮传动机构耦联。

Claims (10)

1.用于枢转涡轮机的能调节的叶片（19）的驱动装置（21），

所述驱动装置具有由叶片承载件（22）环绕的环形流动通道部段（23），所述流动通道部段沿着所述叶片承载件（22）的中轴线（24）延伸，并且在所述流动通道部段中放射状地设有一圈叶片（19），

其中为了进行调节，所述叶片（19）能够分别围绕其纵轴线（31）枢转，并且分别具有至少延伸到所述叶片承载件（22）中的栓（26），所述栓耦联到能够在环周方向上转动的至少一个调节环（28）处，所述至少一个调节环能够通过至少一个马达（33）驱动，其中所述马达（33）的驱动轴（35）与一个或多个所述调节环（28）经由齿轮传动机构耦联，

其特征在于，

设置多个马达，所述马达的相应的驱动轴（35）分别包含所述栓（26）之一或者与所述栓（26）之一刚性地连接，

其中所涉及的所述齿轮传动机构分别设置在所述叶片（19）的所述栓（26）处，所述叶片因而被直接驱动，并且使得其余的所述叶片（19）能够通过至少一个所述调节环（28）驱动。

2.根据权利要求1所述的驱动装置（21），其中两个调节环（28）耦联到所述栓（26）处并且能够由一个或多个所述马达（33）驱动。

3.根据权利要求1或2所述的驱动装置（21），其中在所述叶片承载件（22）中或在包围所述叶片承载件（22）的壳体中设有环周槽（27），所述栓（26）终止在所述环周槽中并且一个或多个所述调节环（28）设置在所述环周槽中，其中通过覆盖件（32）封闭所述环周槽（27）以用于向外遮蔽。

4.根据权利要求1、2或3之一所述的驱动装置（21），其中在调节环（28）和全部栓（26）之间的耦联机构分别构成为齿轮传动机构。

5.根据上述权利要求之一所述的驱动装置（21），其中所述齿轮传动机构构成为冠状齿轮传动机构。

6.根据上述权利要求之一所述的驱动装置（21），其中每个所述调节环（28）关于所述叶片承载件（22）的所述中轴线（24）径向在外部由所述环周槽（27）的所述覆盖件（32）引导并且径向在内部由所述环周槽（27）的槽底部引导。

7.根据上述权利要求之一所述的驱动装置（21），其中每个所述调节环（28）由所述环周槽（27）的侧壁（34）关于所述叶片承载件（22）的所述中轴线（24）轴向地进行引导。

8.根据权利要求7所述的驱动装置（21），其中在所述侧壁（34）中和/或在侧壁（34）和调节环（28）之间设有用于将所述调节环（28）压紧到所述栓（26）处的机构。

9.根据权利要求8所述的驱动装置（21），其中用于输送液压介质的通道通到所述侧壁（34）中。

10.根据权利要求8所述的驱动装置（21），其中在侧壁（34）和调节环（28）之间以在环周上均匀分布的方式设有弹簧元件（36）。

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