DE10243103A1

DE10243103A1 - Vorrichtung zur Verstellung von Kompressorschaufeln einer Gasturbine

Info

Publication number: DE10243103A1
Application number: DE2002143103
Authority: DE
Inventors: Ingo Jahns
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2004-03-25

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verstellung von Kompressorschaufeln 1 einer Gasturbine, mit einem Verstellring 2, an welchem eine Vielzahl von Hebeln 3 gelagert ist, welche jeweils mit einer Schaufelspindel 4 gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel 3 abgewinkelt ausgebildet ist und im Bereich seiner Lagerung an dem Verstellring 2 und der Schaufelspindel 4 einen Kreisquerschnitt aufweist, dass die Schaufelspindel 4 eine Ausnehmung 5 zur Aufnahme eines ersten Endbereichs 6 des Hebels 3 mit Spiel aufweist, und dass ein zweiter Endbereich 7 des Hebels 3 mit Spiel in einer Bohrung 8 des Verstellrings 2 gelagert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verstellen von Kompressorschaufeln einer Gasturbine, mit einem Verstellring, an welchem eine Vielzahl von Hebeln gelagert ist, welche jeweils mit einer Schaufelspindel gekoppelt sind.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Kompressorschaufeln in der beschriebenen Art verstellbar auszubilden und einen entsprechenden Verstellmechanismus vorzusehen. Hierzu wird beispielsweise auf die US-Patente 6,209,198 und 5,593,275 verwiesen.

Die bekannten Konstruktionen zeigen jeweils Hebel, die an ihrem einen Endbereich fest mit der Schaufelspindel verbunden sind, während der andere Endbereich schwenkbar in einer Lagerung des Verstellrings geführt ist.

Aus dem Stand der Technik ergeben sich grundsätzlich zwei Problemkreise. Der eine Problemkreis liegt darin, dass die Hebel hinsichtlich ihres Freiheitsgrades unbestimmt sind, so dass die Hebel bei der Verstellung der Kompressorschaufeln verformt werden. Derartige Verformungen können zu Beschädigungen führen, welche wiederum die Lebensdauer beschränken und zu Versagen führen können. Der Schwenkwinkel ist deshalb auf den Bereich der elastischen Materialverformung beschränkt.

Der andere Problemkreis besteht hinsichtlich der sehr aufwendigen Montage. Es ist nämlich erforderlich, die einzelnen Hebel in einer vorgegebenen Positionierung mit den Schaufelspindeln zu verschrauben. Hierbei muss zur Vermeidung von Klemmpassungen darauf geachtet werden, das Toleranzen der Schaufelspindellänge, der Gehäuseabmessungen und des Verstellhebels durch Unterlegscheiben oder ähnliches ausgeglichen werden. Somit ist es erforderlich, manuell jeden Hebel an der jeweiligen Schaufelspindel zu montieren und das erforderliche Spiel zwischen Gehäuse und dem Verstellhebel einzustellen. Ähnlich kompliziert gestaltet sich die Lagerung an dem Verstellring.

Weitere Nachteile ergeben sich aus der sehr aufwendigen Konstruktion und den damit verbundenen Herstellungskosten des Hebels selbst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und kostengünstiger Herstellbarkeit unter Vermeidung des Standes der Technik einfach montierbar ist und eine hohe Lebensdauer aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der Hebel abgewinkelt ausgebildet ist und im Bereich seiner Lagerung an dem Verstellring und an der Schaufelspindel einen Kreisquerschnitt aufweist, dass die Schaufelspindel eine Ausnehmung zur Aufnahme eines ersten Endbereichs des Hebels mit Spiel aufweist und dass ein zweiter Endbereich des Hebels mit Spiel in einer Bohrung des Verstellrings gelagert ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.

Da es erfindungsgemäß möglich ist, den Hebel aus einem Rundmaterial zu fertigen, ist dieser sehr kostengünstig herstellbar. Es ist lediglich erforderlich, die Abwinkelung vorzunehmen und gegebenenfalls die Endbereiche maßgenau zu fertigen.

Ein weiterer, wesentlicher Vorteil besteht in der Art der Lagerung des Endbereichs an der Schaufelspindel. Da der Hebel lediglich in ein Loch (Bohrung) der Schaufelspindel eingesteckt wird, weist der Hebel hinsichtlich seiner Längsachse einen zusätzlichen Freiheitsgrad auf. Durch das Spiel zwischen dem Außendurchmesser des Hebels und der Ausnehmung der Schaufelspindel wird ein Verklemmen oder Ähnliches verhindert. Somit kann der Verstellring über einen ausreichend großen Winkelbetrag gedreht werden, ohne dass der Hebel verformt wird oder klemmt.

Ein weiterer, wesentlicher Vorteil liegt in der vereinfachten Lagerung des Hebels an der Schaufelspindel. Es ist nicht erforderlich, den Hebel mittels zusätzlicher Befestigungsmittel zu fixieren. Eine entsprechende Spielanpassung oder Ähnliches, so wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann vollständig entfallen. Aus diesem Grunde ist es auch möglich, die Schaufelspindeln vorzumontieren, bevor der Hebel in die Ausnehmung eingeführt wird. Dabei ist es möglich, die Kompressorschaufeln mit den daran befestigten Schaufelspindeln in dem Lagergehäuse mittels einer Mutter, die auf ein Außengewinde der Schaufelspindel aufgeschraubt wird, zu fixieren. Dabei stützt sich die Mutter auf einer Schulter auf der Schaufelspindel. Durch die Zwischenlegung einer Unterlegscheibe können eventuelle Lasten die sich im Betrieb des Triebwerkes ergeben auf das Gehäuse besser verteilt werden. Die Schulter ist auf der Schaufelspindel so positioniert, dass sich nachdem die Mutter/Unterlegscheibe montiert ist, ein Spiel zwischen Gehäuse und Mutter/Unterlegscheibe ergibt und so die Verstellbarkeit und die axiale Position der Statorschaufel sicherstellt. Diese Montagemaßnahmen der Kompressorschaufel bzw. der Schaufelspindel sind gänzlich unabhängig von der nachfolgend durchzuführenden Montage des Hebels.

Der Hebel selbst kann an dem Verstellring vormontiert werden, er braucht anschließend lediglich in die Ausnehmung der Schaufelspindel eingesteckt werden. Nachfolgend ist es bei dieser Vorgehensweise möglich, den Verstellring in üblicher Weise an seinen Betätigungsmechanismus anzuschließen bzw. diesen restlich einzubauen.

In einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hebel rechtwinklig gebogen ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich bei einer Verschwenkung des Hebels in dem Verstellring eine klemmungsfreie Betätigung der Schaufelspindel.

Um Verschleiß zu minimieren, kann es günstig sein, den Endbereich des Hebels entweder mit einer Gleitbeschichtung zu versehen oder mittels Gleitbuchsen zu lagern. Dies kann sowohl die Lagerung im Bereich der Schaufelspindel als auch im Bereich des Verstellrings betreffen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Teil-Schnittansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsbeispiels,
2 eine schematische Seiten-Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
3 eines stirnseitige Teil-Ansicht der in 2 gezeigten Anordnung,
4 eine perspektivische, vereinfachte Darstellung der in den 2 und 3 gezeigten Situation, und
5 eine Draufsicht zweier Hebel gemäß dem in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel.
Die 1 zeigt eine Abbildung aus dem Stand der Technik. Es ist dabei in der Schnittansicht zunächst ein kastenförmiger Verstellring 2 dargestellt, welcher eine Ausnehmung aufweist, in welche eine Buchse 13 eingesetzt ist, die einen Bolzen 12 führt. Dieser ist an seinem freien Ende mit einem Hebel 3 verbunden. Das andere Ende des Hebels 3 ist mittels einer Schraube 14 mit einer Schaufelspindel 4 fest verschraubt. Zur Lagerung und Abstandshaltung dient eine Buchse 15 sowie eine Scheibe 16. Aus der gezeigten Darstellung ist ersichtlich, dass die Montage des Hebels 3 aufwendig und arbeitsintensiv ist. Weiterhin ist der Hebel bezüglich der beiden Drehachsen des Bolzens 12 sowie der Schaufelspindel 4 festgelegt, so dass sich Verformungen am Verstellhebel bei dessen Verschwenkung ergeben.
Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In eine Bohrung 8 des kastenförmigen Verstellrings 2 ist ein zweiter Endbereich 7 des aus einem Rundmaterial gefertigten Hebels 3 eingesteckt. Der Hebel ist als rechtwinklig gebogener Hebel ausgebildet. Sein erster Endbereich 6 ist in eine Ausnehmung 5 der Schaufelspindel 4 eingesteckt. Sowohl die Ausnehmung 5 als auch die Ausnehmung 8 weisen jeweils ein Spiel zu dem ersten bzw. zu dem zweiten Endbereich 6 bzw. 7 auf. Hierdurch können beide Endbereiche bei einer Verdrehung des Verstellringes in den entsprechenden Ausnehmungen gleiten.
Der Bereich der Schaufelspindel 4 unterhalb der Ausnehmung 5 ist mit einem Außengewinde 10 versehen, auf welches eine Mutter 11 aufgeschraubt ist. Die Mutter 11 ist unter Zwischenlegung einer Scheibe 7 gegen einen Absatz 18 der Schaufelspindel 4 verschraubt. Hierdurch erfolgt eine axiale Fixierung der Schaufelspindel 4 in einem Lagergehäuse 9.
Die 2 zeigt weiterhin am unteren Ende der Schaufelspindel 4 einen Teilbereich einer Kompressorschaufel 1.
Die 4 zeigt eine vereinfachte perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, aus welcher sich die Zuordnung des Hebels 3 zu dem Stellring 2 und der Schaufelspindel 4 ergibt.
Die 5 zeigt eine Draufsicht auf zwei nebeneinander angeordnete erfindungsgemäß ausgestaltete Hebel.

1: Kompressorschaufel
2: Verstellring
3: Hebel
4: Schaufelspindel
5: Ausnehmung
6: erster Endbereich
7: zweiter Endbereich
8: Bohrung
9: Lagergehäuse
10: Außengewinde
11: Mutter
12: Bolzen
13: Buchse
14: Schraube
15: Buchse
16: Scheibe
17: Scheibe
18: Absatz

Claims

Vorrichtung zur Verstellung von Kompressorschaufeln (1) einer Gasturbine, mit einem Verstellring (2), an welchem eine Vielzahl von Hebeln (3) gelagert ist, welche jeweils mit einer Schaufelspindel (4) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (3) abgewinkelt ausgebildet ist und im Bereich seiner Lagerung an dem Verstellring (2) und der Schaufelspindel (4) einen Kreisquerschnitt aufweist, dass die Schaufelspindel (4) eine Ausnehmung (5) zur Aufnahme eines ersten Endbereichs (6) des Hebels (3) mit Spiel aufweist, und dass ein zweiter Endbereich (7) des Hebels (3) mit Spiel in einer Bohrung (8) des Verstellrings (2) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (3) rechtwinklig gebogen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (3) an seinen Endbereichen (6, 7) mit einer Gleitbeschichtung versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel an seinen Endbereichen (6, 7) mittels Gleitbuchsen gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspindel (4) in einem Lagergehäuse (9) vormontiert gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspindel (4) unterhalb der Ausnehmung (5) mit einem Außengewinde (10) zum Aufschrauben einer Mutter (11) versehen ist.