DE1011671B - Radialturbomaschine mit einstellbarem Leitapparat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Radialturbomaschinen für den Betrieb mit gasförmigen Strömungsmitteln, beispielsweise Turbinen oder Kompressoren. Unter Radialturbomaschinen werden hierbei Maschinen mit sowohl reinem Radialstrom als auch mehr oder minder diagonalem Durchströmen verstanden.

Manchmal ist es erwünscht, solche Turbomaschinen mit Ständerleitschaufeln auszustatten, beispielsweise Düsenleitschaufeln im Falle eines Kompressors, welche einstellbar sind, um den Winkel oder die Querschnittsfläche der Gaskanäle, die von den Leitschaufeln gebildet werden, zu verändern.

Es ist früher vorgeschlagen worden, einzeln drehbare Leitschaufeln und Vorrichtungen, mit denen sie gleichzeitig gedreht werden können, anzuwenden. Solche Bauweisen haben einen möglichen Nachteil, daß nämlich ein Teil des gasförmigen Strömungsmittels zum Läufer der Turbomaschine um die Seiten der drehbar angebrachten Leitschaufeln herum in den Spielraum zwischen Leitschaufeln und dem zugehörigen Gehäuse fließt, wodurch tatsächlich die Leitschaufeln umströmt werden und die Leistung vermindert wird. Ein Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Turbomaschine mit einstellbaren Ständerleitschaufeln, bei der die Möglichkeit des Strömungsmittelverlustes vermindert ist.

Es sind bereits Radialturbomaschinen bekannt, die aus einem mit Schaufeln versehenen Läufer und einer einstellbaren Ständerleitschaufel-Baueinheit bestehen, von denen die letztere wenigstens zwei Ringe oder Kränze mit Leitschaufeln enthält, wobei die Kränze zwischen den Leitschaufeln Durchlässe oder Kanäle von verschiedener Gestalt und Abmessung aufweisen, und aus Einrichtungen, um wahlweise den einen oder den anderen Leitkranz in den Strömungsweg zu schieben.

Die Erfindung geht von einer Einrichtung an Radialturbomaschinen mit einem einstellbaren Leitapparat aus, der aus wenigstens vier ringförmigen, mit axialem Abstand voneinander angeordneten Wandteilen besteht, zwischen denen Leitschaufelkränze angeordnet sind, wobei Abmessung und/oder Gestalt der Leitschaufelkanäle von Kranz zu Kranz verschieden sind, ferner mit einer Einrichtung zur axialen Verstellung des Leitapparates. Die Erfindung *5 besteht nun darin, daß die Verstelleinrichtung aus einem zylindrischen Ansatz am Leitapparat mit einem schraubenförmigen Schlitz im Ansatz, aus einem am Maschinengehäuse befestigten und in den Schlitz eingreifenden Stift und aus einer Vorrichtung zum Drehen des Leitapparates um die Maschinenachse besteht.

Vorzugsweise sind Einrastvorrichtungen für die verschiedenen Leitapparatstellungen vorgesehen.

Radialturbomaschine mit einstellbarem
Leitapparat

Anmelder:

Power Jets (Research & Development)
Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen (Westf.), Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 24. April 1953

John Charles Barr, Ascot, Berkshire (Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die ringförmigen Wandbauteile radiale Schlitze auf und sind damit in Umfangsrichtung unterbrochen.

Ein Erfindungsmerkmal besteht noch darin, daß im Maschinengehäuse im Axialabstand der Wandbauteile aufgeschnittene federnde Ringe zum Abdichten des im Strömungsweg befindlichen Leitkranzes gegen die benachbarten, außerhalb des Strömungsweges liegenden Leitkränze angeordnet sind.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben werden, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt senkrecht zur Achse einer erfindungsgemäßen Radialturbomaschine,

Fig. 2 eine Teildarstellung in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 eine Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Abänderung einer Radialturbomaschine, während

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3 wiedergibt.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Einstufen-Radialeinwärtsstromturbine wird das Arbeitsmittel in

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1 Oil

ein Einströmgehäuse 5 und dann auf den Umfang des Läufers 6 geleitet, und zwar über einen Kranz mit Düsenleitschaufeln 7, 8 oder 9. Bei der dargestellten Einstellung sind die Leitschaufeln 7 auf den Strömungsweg geschoben. Die Düsenleitschaufeln 7, 8 und 9 werden an ihren Seitenkanten von ringförmigen Wänden 11 gehalten, so daß die Leitschaufeln und die Wände zusammen eine Ständerleitschaufel einheit bilden. Diese Einheit kann sowohl aus einem Stück, beispielsweise durch Gießen entstanden, bestehen, oder sie kann alternativ aus getrennten Wänden 11 und Leitschaufeln hergestellt werden, wobei die Einzelteile dann durch Schweißen oder auf eine andere Art fest miteinander verbunden werden. Die ringförmigen AVände 11 sind bei 20 aufgeschnitten und somit in Umf angsrichtung unterbrochen. Die Schlitze 20 lassen ein öffnen oder Schließen der Wände 11 und damit des ganzen Ringes zu, um Verformungen infolge von Temperaturschwankungen, die möglicherweise im Turbinengehäuse auftreten, umfangsmäßig ausgleichen zu können. Wenn die Wände 11 nicht aufgeschnitten wären, würde jede auftretende Verformung dieDüsenschaufelkränze zur Aufgabe ihrer genauen Kreisform veranlassen; sie würden auf diese Art eine Änderung der Anordnung der Leitschaufeln zueinander verur-Sachen. Die Verformung könnte sogar zur Folge haben, daß sich die Ringe im Maschinengehäuse festfressen und so die nachfolgend beschriebene Bewegung verhindern. Die Düsenleitschaufeln 7, 8 und 9 sind rund am Umfang der Kränze angeordnet bzw. in verschiedenen Winkelstellungen oder mit verschiedenen Abständen in Umfangsrichtung oder in einer Kombination von beiden. Das Ersetzen eines Düsenleitschauf elkranzes durch einen anderen ändert die Strömungsbedingungen des vom Einströmgehäuse zum Läufer hindurchströmenden Gases. Der Ersatz eines Düsenkranzes durch einen anderen wird durch im ganzen erfolgendes Bewegen der Düsenleitschaufeleinheit axial zum Läufer bewirkt, und zwar bis einer der anderen Kränze in den zum Läufer führenden Strömungsweg hineingeschoben ist. Entsprechend ist die Düsenleitscliaufeleinheit in einer ringförmigen Kammer 23 im Gehäuse 24 untergebracht und für axiale Bewegung eingerichtet.

Nach den Fig. 3 und 4 weist die erfindungsgemäße Ausführungsform eine Zahnstangen-Ritzel-Einrichtung zum Bewegen der Düsenleitschaufelkränze in axialer Richtung auf. An, der Düsenleitschaufeleinheit ist ein ringförmiger Flansch 26 angeordnet, der von einer der Außenwände 11 axial ausgeht. Dieser Flansch 26 hält eine innere ringförmige Zahnstange 27, in die ein Ritzel 28 eingreift, das von einer Welle 29 angetrieben wird. Diese Welle 29 dringt durch eine Wand der ringförmigen Kammer 23 und dreht sich in einer Büchse 30. Die Welle 29 wird von außerhalb der Kammer 23 mit Hilfe eines Handrades 31 gedreht. Der sich axial ausdehnende Ringflansch 26 weist einen schraubenförmigen Schlitz 32 auf, in den ein Zapfen oder Stift 33, der mit dem Gehäuse der Ringkammer verbunden ist, eingreift. Eine Wandung des Schlitzes 32 weist Ausbuchtungen 34 zur Aufnahme des Stiftes 33 auf, wobei jede der Ausbuchtungen 34 einer Stellung der Düsenleitschauf elbaueinheit, bei der einer der Kränze 7 auf den Läufer 6 ausgerichtet ist, entspricht.

Für den Betrieb wird die Welle 29 mittels Handrad 31 gedreht und dreht dabei das Ritzel 28 und die Zahnstange 27. Der Schlitz 32 bewegt sich dann am Stift 33 entlang, bis eine der Ausbuchtungen 34 in einer Ausrichtung, mit dem Stift 33 liegt. In die Ausbuchtung 34 rastet sodann der Stift 33 ein, und zwar unter der Wirkung einer für diesen Zweck vorgesehenen, aber nicht dargestellten Feder. Der Düsenkranz 7, welcher der gewählten Ausbuchtung 34 entspricht, wird sich dann in einer auf den Läufer 6 ausgerichteten Stellung befinden. Um einen anderen Kranz 7 auf den Läufer 6 auszurichten, wird die Zahnstangen-Ritzel-Vorrichtung gedreht, bis eine der anderen Ausbuchtungen 34 mit dem Stift 33 in Eingriff kommt.

Anstatt Ausbuchtungen 34 in der Wandung des Schlitzes 32 vorzusehen, können auch Anschläge, die jeweils den drei geforderten Stellungen entsprechen, auf der Welle 29 oder auf dem Flansch 26 angeordnet werden. Um ein möglichst schnelles Bewegen des Düsenkranzes 7 von einer in die andere Stellung vornehmen zu können, kann eine Federeinrichtung (nicht gezeigt) am Flansch 26 angeordnet werden, wodurch eine schnelle Drehbewegung für den Flansch 26 zwischen den Stellungen der Schlitze 32 hervorgerufen wird.

Der in Betrieb befindliche Leitschaufelkranz muß gegen die übrigen Kränze wirksam abgedichtet sein. Für diesen Zweck sind die aufgeschnittenen Ringe 18 und 19 in Nuten 18' und 19' angeordnet; sie legen sich gegen die Wände 11 beiderseits der in Betrieb befindlichen Leitschaufeln und als weitere Vorsichtsmaßregel auch gegen die anderen Wände 11, und zwar in der Form von Kolbenringen (s. Fig. 2). Alternativ können Labyrinth- oder andere Dichtungen zwischen den Wänden 11 und dem Gehäuse vorgesehen werden.

Eine erfindungsgemäß gebaute Turbomaschine arbeitet ähnlich wie eine Maschine mit Drehschaufeln, doch hat sie den Vorzug, daß die Möglichkeit dies Verlustes von Arbeits- oder Betriebsströmungsmittel um die Ständerleitschaufeln herum beträchtlich geringer ist.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung an Radialturbomaschinen mit einem einstellbaren Leitapparat, der aus wenigstens vier ringförmigen, mit axialem Abstand voneinander angeordneten Wandbauteilen besteht, zwischen denen Leitschaufelkränze angeordnet sind, wobei Abmessung und/oder Gestalt der Leitschaufelkanäle· von Kranz zu Kranz verschieden sind, ferner mit einer Einrichtung zur axialen Verstellung des Leitapparates, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung aus einem zylindrischen Ansatz (26) am Leitapparat (7, 8, 9,11) mit einem schraubenförmigen Schlitz (32) im Ansatz, aus einem am Maschinengehäuse (23) befestigten und in den Schlitz eingreifenden Stift (33) und aus einer Vorrichtung (28, 29, 31) zum Drehen des Leitapparates um die Maschinenachse besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrastvorrichtungen (34) für die verschiedenen Leitapparatstellungen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Wandbauteile (11) radiale Schlitze aufweisen und damit in Umfangsrichtung unterbrochen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch im Maschinengehäuse (23) im Axialstand der Wandbauteile (11) in Nuten (18', 19') an-

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geordnete aufgeschnittene federnde Ringe (18., 19) zum Abdichten des im Strömungsweg befindlichen Leitkranzes gegen die benachbarten, außerhalb des Strömungsweges liegenden Leitkränze.

In Betracht gezogene Druckschriften: Belgische Patentschrift Nr. 501 076; niederländische Patentschrift Nr. 58 839; britische Patentschrift Nr. 305 214; USA.-Patentschrift Nr. 2 421 445.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen