CS259684B1

CS259684B1 - Stator for multi-stage axial turbocompressor

Info

Publication number: CS259684B1
Application number: CS87155A
Authority: CS
Inventors: Zbynek Janc; Karel Belohoubek; Vratislav Andera; Dusan Misarek; Jan Vocadlo
Original assignee: Zbynek Janc; Karel Belohoubek; Vratislav Andera; Dusan Misarek; Jan Vocadlo
Priority date: 1987-01-07
Filing date: 1987-01-07
Publication date: 1988-10-14
Also published as: CS15587A1

Abstract

Řešení ae týká problematiky současného použití natáčivých statorových lopatek u turbokompresorů s možností současného měření tlaků a teplot uvnitř lopatkování. Řešení spočívá v tom, že v nosných prstencích statorových lopatek je nad alespoň jednou mezerou mezi řadami statorových a rotorových lopatek vytvořena kruhová obvodová drážka, ve které ^e uložen v obvodovém směru přestavitelny nosný kroužek nosiče měřicích čidel. Na nosný kroužek je připevněn dílec ovládacího ústrojí, který’ je volně pohyblivý v segmentových průchodech, vvtvořených v nosném prstenci. Přípojný dílec je svým druhým koncem napojen ozubeným převodem na pastorkový segment hřídelíku ovládacího ústrojí, který je souose s osou stroje uložen v dutině skříně turbokompresoru. Na hřídelíku jsou s výhodou nejméně dva pastorkové segmentv, jejichž převodový poměr je různý. Příčný průřez nosného kroužku je s výhodou tvaru "T" či čtyřúhelníka' se zaoblenými rohy. Styčné plochy nosného kroužku v obvodové drážce jsou s výhodou opatřeny vrstvou samomazného materiálu, nebo kuličkami.The solution and concerns current issues using swiveling stator blades for turbochargers with simultaneous option measuring pressures and temperatures inside blading. The solution lies in the fact that in the carrier rings of stator blades is over at least one space between rows stator and rotor blades a circular circumferential groove in which placed in the circumferential direction adjustable measuring sensor carrier ring. On the support ring is attached to the control panel a device that is freely moving in segment passages created in carrying ring. The connecting piece is its own connected by a gear in the second end to the pinion segment of the control shaft device that is coaxial with the machine axis housed in the housing cavity of the turbocharger. Preferably the shaft is at least two pinion segments whose transmission the ratio is different. Carrier cross section the ring is preferably " T " with rounded corners. Contact surfaces support ring in the circumferential groove they are preferably provided with a self-lubricating layer material or balls.

Description

Vynález se týká statoru vícestupňového axiálního turbokompresoru,děleného v horizontální rovině, který je opatřen statorovými lopatkami natáčenými za provozu, které jsou uchyceny v nosných prstencích, uložených*souose za sebou v dutině statorové skříně.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a multi-stage axial turbo-compressor stator divided in a horizontal plane and equipped with stator blades rotated in operation, which are mounted in support rings mounted coaxially in the cavity of the stator housing.

U axiálních turbokompresorů, které se vyznačuji poměrně strmou charakteristikou, jsou s výhodou používány za provozu natáčené statorové lopatky, které jsou svými válcovými cepy otočné uchyceny ve. vlastním nosném prstenci. Nosné prstence jsou uloženy ve vybráni horizontálně dělené skříně statoru tak, že na sebe v axiálním směru dosedají a vytvářejí svým vnitřním povrchem průtočnou část turbokompresoru v rozsahu lopatkování. V dutině mezi válcovou stěnou nosných prstenců a stěnou skříně statoru je pak umístěn mechanismus, pomocí něhož jsou statorové lopatky natáčeny. Uvedené provedení se jeví jako nejvýhodnějsi jak z konstrukčního, tak i z provozního hlediska, je vsak naopak naprosto nevyhovující v takovém případě, kdy je nutno provést aerodynamická měření uvnitř průtočné části turbokompresoru. Takový požadavek se vyskytuje často nejen u výzkumných experimentálních strojů, ale také při vývoji axiálních turbokompresorů, které mají pracovat při extrémních podmínkách a podobně. Podrobná aerodynamická měření je pak nutno provést bučí u vlastních strojů, nebo na zmenšených modelech, což znamená zabudovat do lopatkování v několika rovinách sondy celkového a statického tlaku a celkové teploty. Tyto sondy musí být řešeny tak, aby mohly být obvodově posouvány minimálně o celou roztec lopatek statorové mříže, aby bylo možno proměřit podrobný tlakový a teplotní profil, případně další parametry.In the case of axial turbo-compressors, which are characterized by a relatively steep characteristic curve, stator blades which are rotated in operation are preferably used, which are rotatably mounted in cylindrical pins. with its own carrier ring. The support rings are mounted in the recess of the horizontally divided stator housing so that they bear in the axial direction and form the flow part of the turbocompressor with their inner surface in the blade range. In the cavity between the cylindrical wall of the support rings and the wall of the stator housing there is a mechanism by which the stator blades are rotated. Said embodiment appears to be the most advantageous both from the constructional and operational point of view, but on the contrary it is absolutely unsatisfactory in the case when it is necessary to make aerodynamic measurements inside the flow part of the turbocharger. Such a requirement often occurs not only in research experimental machines, but also in the development of axial turbochargers to be operated under extreme conditions and the like. Detailed aerodynamic measurements must then be carried out either on own machines or on reduced models, which means to incorporate total and static pressure and total temperature into the blades in several planes. These probes must be designed so that they can be circumferentially shifted by at least the entire pitch of the blades of the stator lattice in order to measure the detailed pressure and temperature profile, or other parameters.

Hlavni potíž při řešeni tohoto problému je dána tím, že natáčecí mechanismus a ostatní faktory brání konvenčnímu řešení. Zasunutí sond z venku a jejich obvodové posouvání v tomto případe není možné a pro proměření tlaků a teplot uvnitř lopatkování by bylo nutno volit některé nouzové a časově a finančně náročné řešení.The main difficulty in solving this problem is due to the fact that the pivoting mechanism and other factors hinder the conventional solution. Insertion of the probes from outside and their circumferential displacement is not possible in this case and some emergency and time-consuming and cost-intensive solutions would have to be chosen to measure the pressures and temperatures inside the blades.

Problematiku současného použití natáčivých statorových lopatek se současným plynulým měřením tlaků a teplot uvnitř lopatkování řeší provedení statoru vícestupňového axiáního turbokompresoru podle vynálezu. Podstata řešení spočívá v tom, že v nosných prstencích je nad alespoň jednou mezerou mezi řadami statorových lopatek a rotorových lopatek vytvořena kruhová obvodová dražka, ve které je uložen v obvodovém směru přestavitelný nosný kroužek nosiče měřicích čidel. Na nosný kroužek je upevněn jedením koncem přípojný dílec ovládacího ústrojí, jehož druhý konec je opatřen převodovým elementem, např. ozubeným segmentem, zapadajícím do ozubení pastorkového segmentu, naklínovaného na ovládacím hřídelíku ovládacího ústrojí. Hřídelík je souosý s osou stroje a je uložen v dutině skříně. Přípojný dílec stejně jako vývody impulsu od měřicích čidel jsou vyvedeny segmentovými průchody, vytvořenými v nosném prstenci, do dutiny Statorové skříně.The problem of simultaneous use of rotating stator blades with simultaneous continuous measurement of pressures and temperatures inside the blading is solved by the stator design of a multi-stage axial turbocharger according to the invention. The principle of the solution consists in that in the carrier rings a circular circumferential groove is formed above at least one gap between the rows of stator blades and rotor blades, in which an adjustable carrier ring of the measuring sensor carrier is mounted in the circumferential direction. The connecting part of the control device is fastened to the carrier ring by one end, the other end of which is provided with a transmission element, e.g. a toothed segment, which fits into the teeth of the pinion segment wedged on the control shaft of the control device. The shaft is coaxial with the machine axis and is housed in the housing cavity. The connection element as well as the pulse terminals from the measuring sensors are led through segment passages formed in the carrier ring into the cavity of the stator housing.

Na ovládacím hřídelíku jsou s výhodou naklínovány nejméně dva « , pastorkové segmenty.At least two pinion segments are preferably keyed on the control shaft.

Převodový poměr ozubení ozubeného segmentu a pastorkového segmentu u jednotlivých nosných kroužků je rozdílný.The gear ratio of the toothed segment and the pinion segment of the individual support rings is different.

Stykové plochy mezi nosným prstencem a nosným kroužkem-jsou opatřeny valivými elementy, např. kuličkami, případně antifrikčnf vrstvou ze samomazného materiálu.The contact surfaces between the support ring and the support ring are provided with rolling elements such as balls or an anti-friction layer of self-lubricating material.

Příčný průřez kruhové drážky a v ní uloženého nosného kroužku má tvar písmene ”T.The cross-section of the circular groove and the bearing ring housed in it has the shape of a “T”.

Příčný průřez kruhové drážky a v ní uloženého kroužku má tvar čtyřúhelníka, který je v rozích případně zaoblen.The cross-section of the circular groove and the ring accommodated therein has the shape of a quadrilateral, possibly rounded at the corners.

'259684'259684

Výhodou provedeni statoru vícestupňového axiálního turbokompresoru podle vynálezu je, ze umožňuje zabudování natáčivých lopatek za provozu současné se zabudováním všech sond potřebných k podrobnému a plynulému proměření tlakového a teplotního profilu za každou statorovou mříží. Další velká přednost statoru vícestupňového axiálního kompresoru podle vynálezu spočívá v tom, že kompletní statorové mříže včetně měřicího zařízení je možno smontovat v předmontáži mimo vlastní stroj a takto smontované pak vložit do stroje. Provedení podle vynálezu také umožňuje zachovat těsnost mezi jednotlivými řadami, a tak zamezit přefukování komprimovaného média natáčecím a přestavovacím mechanismem.An advantage of the stator of the multi-stage axial turbo compressor according to the invention is that it allows the installation of the swivel blades in operation simultaneously with the installation of all probes needed to measure the pressure and temperature profiles in detail and continuously behind each stator grille. A further great advantage of the stator of the multi-stage axial compressor according to the invention is that the complete stator grilles, including the measuring device, can be assembled in the pre-assembly outside the machine itself and then assembled into the machine. The embodiment according to the invention also makes it possible to maintain the tightness between the rows and thus to prevent the compressed medium from overflowing with the rotating and adjusting mechanism.

Příklad provedení statoru vícestupňového axiálního turbokompresoru podle vynálezu je znázorněn na připojených schematických výkresech. Na obr. 1 je nakreslen podélný řez částí statoru a rotoru v místě uložení mechanismu na přestavování nosného kroužku s měřicími sondami. Na obr. 2 je znázorněn příčný řez částí statoru v rovině A-A z obr. 1. V levé polovině obrázku je nakreslen pohled na tu část nosného prstence, v níž je uložen nosič měřicích čidel, v pravé polovině ta část nosného prstence^ v níž je k nosnému kroužku přišroubován přípojný dílec ovládacího ústrojí. Na obr. 3 je podélný řez jedním stupněm v místě uchycení měřicí sondy a na obr. 4, 5, 6 jsou znázorněny v příčném řezu alternativní tvary drážek a v nich umístěných nosných kroužku v nosném prstenci.An exemplary embodiment of a multi-stage axial turbo compressor stator according to the invention is shown in the accompanying schematic drawings. FIG. 1 is a longitudinal section through a portion of the stator and rotor at the location of the support ring adjusting mechanism with the measuring probes. FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of the stator in plane AA of FIG. 1. In the left half of the figure, there is shown a portion of the carrier ring which holds the sensor carrier; the connecting part of the control device is screwed to the support ring. Fig. 3 is a longitudinal section through one step at the attachment point of the measuring probe; and Figs. 4, 5, 6 are cross-sectional views of alternative groove shapes and support rings disposed therein in the support ring.

Axiální turbokompresor, jehož část je znázorněna na obr. 1^ sestává v podstatě z vlastního rotoru £ na kterém jsou uchyceny rotorové lopatky 2, dále pak ze statorové skříně 3^νθ které jsou uloženy jednotlivé nosné prstence 4,v nichž jsou otočně uchyceny válcové čepy £ statorových lopatek £. Mez-i vnitřní válcovou částí 7 nosného prstence 4 a stěnou skříně £ je umístěn regulační prstenec 8,v jehož dutině je otočně uložen válcový otočný kámen 9. Do vidlicovitě uspořádaného konce otočného kamene £ je zalícován regulační kolík, který je uchycen druhou stranou v otvoru válcového čepu £ statorové lopatky 6. V nosném prstenci 4 je nad mezerou ££ mezi statorovými lopatkami £ a rotorovými lopatkami 2 vytvořena kruhová obvodová drážka 12, do které je suvně uložen přestavitelný nosný .kroužek 1 3 · Na nosném kroužku 13 jsou uchyceny nosiče 14 měřicích čidel 15 (obr. 3-6). V místě, na kterém je na nosném kroužku 13 uchycen nosič 14^ jsou na vnější části nosného prstence 4 vytvořeny obvodové segmentové průchody 16. Na nosný kroužek 13 je šrouby 17 připojen jedním koncem dílec 18 ovládacího ústrojjehož druhý konec je opatřen ozubeným segmentem 19 zapadajícím do ozubení 20 pastorkového segmentu 21 naklínovaného na ovládacím hřídelíku 22. Ovládací hřídelík 22 nezakresleného mechanismu má osu rovnoběžnou s osou stroje a je uložen v dutině skříně 2· Přípojný dílec-, 18 stejně jako vývody 23 impulsu od měřicích čidel 15 jsou vyvedeny segmentovými průchody 16 do dutiny statorové skříně 3· Nosný kroužek 13 dle obr. 4 má v příčném řezu tvar obdélníka, který je na styčné ploše s nosným prstencem £ opatřen kuličkami 24. Nosný kroužek 13 dle obr. 5 má v příčném řezu tvar písmene T_z přičemž styčná plocha mezi nosným prstencem 4 a nosným kroužkem 13 je opatřena samomaznou vrstvou 23 (směs PTPE + Pb naválcovaná do pórovitého cínového bronzu). Nosný kroužek 13 dle obr. € má v příčném řezu tvar lichoběžníka se zaoblenými rohy. Rovinné styčné plochy s nosným prstencem 4 jsou opět opatřeny samomaznou vrstvou 23♦The axial turbo-compressor, a part of which is shown in FIG. 1, consists essentially of the rotor itself, on which the rotor blades 2 are mounted, and of a stator housing 3, which is supported by individual support rings 4 in which the cylindrical pins £ stator blades £. A regulating ring 8 is located between the inner cylindrical part 7 of the support ring 4 and the wall of the housing 8, in the cavity of which the cylindrical rotary stone 9 is rotatably mounted. In the support ring 4, a circular circumferential groove 12 is formed above the gap between the stator blades 4 and the rotor blades 2, into which the adjustable support ring 13 is slidably mounted. The supports 14 are mounted on the support ring 13. measuring sensors 15 (Figs. 3-6). At the point where the carrier 14 is mounted on the carrier ring 13, circumferential segmental passages 16 are formed on the outer part of the carrier ring 4. On the carrier ring 13, one end of the actuator panel 18 is attached by screws 17 to the other end. The toothing 20 of the pinion segment 21 wedged on the control shaft 22. The control shaft 22 of the not illustrated mechanism has an axis parallel to the machine axis and is housed in the housing cavity 2. stator housing cavity 3 · the support ring 13 of FIG. 4 has a rectangular cross section which is at the interface with the support ring provided £ 24th bead support ring 13 of Fig. 5 has a cross sectional shape _of T _from the contact surface between the support ring 4 and the support ring 13 is provided self-lubricating layer 23 (PTPE + Pb mixture rolled into porous tin bronze). The support ring 13 of FIG. 6 has a trapezoidal shape with rounded corners in cross section. The planar contact surfaces with the bearing ring 4 are again provided with a self-lubricating layer 23 ♦

Nezakreslený vnější mechanismus natáčí, přes ovládací hřídelík 22 s·pastorkovým segmentem 21 a jeho ozubením 20 a přípojný dílec 18, nosným kroužkem 13 v nosném prstenci 4· Relativní natočení nosného kroužku 13 v nosném prstenci' 4 v obvodovém směru a odvedení vývodů 23 impulsů umožňují segmentové průchody 16, ¹ kteřými lze provést obvodový pohyb přípojného dílce 18 ovládacího ústrojí.The uncluttered outer mechanism pivots, via a control shaft 22 with a pinion segment 21 and its gearing 20 and a connecting member 18, a support ring 13 in the support ring 4. The relative rotation of the support ring 13 in the support ring 4 in circumferential direction and segmental passages 16, ¹ through which the peripheral movement of the connecting member 18 of the control device can be performed.

Claims

A multi-stage axial turbocompressor stator, split in a horizontal plane, provided for each stage with a circular array of stator blades rotated in operation and mounted, including a portion of the respective pivoting mechanism, in co-axially supported rings. in the cavity of the casing and forming the inner wall of the turbocharger flow space, characterized in that a circular circumferential groove is formed in the support rings (4) above at least one gap (11) between the row of stator blades (6) and rotor blades (2) (12) in which an adjustable support ring (13) of the measuring sensor carrier (14) is slidably mounted in a circumferential direction, the control member (18) of which the other end is attached to the support ring (13) at one end is provided with a transmission element, for example a toothed segment (19) fitting into the toothing (29) of a pinion segment (21) wedged on a control shaft (22) of the control device, which is arranged parallel to the machine axis in the housing cavity (3); the connecting element (18) as well as the pulse terminals (23) from the measuring sensors (15) are fed by segment passages (16) formed in the support ring (4), into the cavity of the stator housing (3).

2. A multi-stage axial turbocharger stator according to claim 1, characterized in that at least two pinion segments (21) are keyed on the control shaft (22).

3. The stator of the multistage axial turbokompesoru under points 1 and ¹ 2, characterized in that the transmission ratio of the gearing of the gear segment (19) and a pinion segment (21) in particular supporting rings (13) are different.

4. A multi-stage axial turbocharger stator according to claims 1 to 3, characterized in that the contact surfaces between the support ring (4) and the support ring (13) are provided with rolling elements, e.g. balls (24).

5. A multi-stage axial turbo compressor stator according to claims 1 to 3, characterized in that the contact surfaces between the support ring (4) and the support ring (13) are provided with an antifriction layer of self-lubricating material.

6. A multi-stage axial turbocharger stator according to any one of claims 1 to 5, wherein the cross-section of the annular groove (12) and the support ring (13) therein is " T "

7. A multi-stage axial turbocharger stator according to claim 1, 2, 3, 5t, characterized in that the cross-section of the annular groove (12) and the supporting ring (13) therein has a rectangular shape which is rounded at the corners.