DE10250063A1

DE10250063A1 - Vorrichtung zur Verstellung von Kompressorschaufeln einer Gasturbine

Info

Publication number: DE10250063A1
Application number: DE10250063A
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: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2004-05-06

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verstellung von Kompressorschaufeln einer Gasturbine mit einem Verstellring 1, an welchem eine Vielzahl von Hebeln 2 gelagert sind, welche jeweils mit einer Schaufelspindel 3 gekoppelt sind, wobei die Schaufelspindeln 3 jeweils drehbar in einer Buchse 4 eines Gehäuselagers 5 gelagert sind, gegen deren Stirnfläche der Hebel 2 in Anlage bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse 4 aus einem plastisch verformbaren Werkstoff gefertigt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verstellung von Kompressorschaufeln einer Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Verstellung von Kompressorschaufeln einer Gasturbine mit einem Verstellring, an welchem eine Vielzahl von Hebeln gelagert ist, welche jeweils mit einer Schaufelspindel gekoppelt sind, wobei die Schaufelspindeln jeweils drehbar in einer Buchse eines Gehäuselagers gelagert sind, gegen deren Stirnfläche der Hebel in Anlage bringbar ist.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Kompressorschaufeln in der beschriebenen Art verstellbar auszubilden, so dass diese um die Mittelachse der Schaufelspindel drehbar sind. Der Hebel dient dabei zusammen mit dem Verstellring dazu, die einzelnen Kompressorschaufeln synchron zueinander zu verstellen oder zu verschwenken.

Ein diesbezüglicher Stand der Technik ist aus der US 6 209 198 B1 bekannt.

Um die Drehbewegung der Statorschaufeln sicherstellen zu können, ist es erforderlich, zwischen dem Verstellhebel und dem Gehäuse ein Spiel einzustellen. Ansonsten würden die Kompressorschaufeln mit ihren Schaufelspindeln in dem Gehäuse klemmen. Das Spiel wird, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, so eingestellt, dass die Kompressorschaufeln (Statorschaufeln) im Gehäuse eingebaut und anschließend probeweise verschiedene Unterlegscheiben ausgemessen und zusammen mit dem Verstellhebel montiert werden. Dies ist sehr arbeits- und zeitaufwendig.

Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass eine exakte Zuordnung der Verstellhebel, der Unterlegscheibe(n) der Statorschaufel (Kompressorschaufel) und der Gehäusespindel erforderlich ist, da ansonsten das eingestellte Spiel nicht stimmt. Insbesondere bei Montage- und Demontagearbeiten erweist sich dies als ausgesprochen ungünstig.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch die Unterlegscheiben zusätzliche Reib- und Verschleißstellen in das System eingebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebssicherer Anwendbarkeit die Einstellung des Spiels und die Montage sowohl der Kompressorschaufeln als auch der Hebel erleichtert.

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

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Buchse aus einem plastisch verformbaren Werkstoff gefertigt ist.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass sich das Spiel zwischen dem Gehäuse und dem Hebel durch die plastische Verformbarkeit des Werkstoffes der Buchse selbst einstellt.

Der Hebel wird fertigungsmäßig so hergestellt, dass er, wenn er mit der Schaufelspindel montiert ist, gegen die Buchse, die in dem Gehäuselager sitzt und die Schaufelspindel lagert, drückt. Durch diese Pressung ergeben sich bei einem zu kleinen Spiel bzw. für den Fall, dass kein Spiel vorliegt, Spannungs spitzen. Diese wiederum führen, bedingt durch die auftretende Oberflächenpressung, dazu, dass der Werkstoff der Buchse beginnt, zu fließen bzw. sich plastisch zu verformen. Durch diese plastische Verformung ergibt sich eine Zunahme der Kontaktfläche zwischen der Buchse und dem Hebel. Dies wiederum führt zu einer geringer werdenden Oberflächenpressung. Sobald diese einen bestimmten Wert unterschreitet, wird sich das plastisch verformbare Material der Buchse nicht weiter verformen, so dass die Buchse formstabil bleibt. Das Resultat besteht darin, dass nunmehr ein ausreichendes Spiel vorliegt, welches eine ungestörte Drehbewegung der Kompressorschaufel ermöglicht.

Besonders günstig ist es, wenn die Oberfläche des Hebels, welche der Buchse zugewandt ist, so ausgestaltet ist, dass die Kontaktfläche zur Buchse größer wird, wenn sich der Hebel stärker in die Buchse einarbeitet.

Erfindungsgemäß ist die Buchse bevorzugter Weise aus Kunststoff gefertigt.

Besonders günstig ist es, wenn die gegen die Stirnfläche der Buchse anliegende Fläche des Hebels profiliert ausgebildet ist. Diese kann beispielsweise kegelförmig ausgestaltet sein. Zusätzlich kann es auch möglich sein, eine Schneide oder eine Nase oder Ähnliches an dieser Fläche auszubilden, um einen Abtrag oder eine Fließbewegung der Buchse zu verstärken. Durch letztere Maßnahme kann ein gewollter Verschleiß hervorgerufen werden, bis das Gesamtsystem (Hebel, Gehäuselager, Schaufelspindel) mit dem gewünschten Spiel eingestellt ist. Um die sich hierbei möglicherweise ergebenden Abrieb-Partikel in geeigneter Weise aus der Buchse zu entfernen, können beispielsweise am Außenflansch der Buchse auf den Umfang verteilt Rillen eingebracht werden, die die abgeriebenen Partikel aufnehmen und aus dem Bereich der Buchse entfernen.

Die Kontaktfläche des Hebels kann in der profilierten Ausgestaltung, wie erwähnt, kegelförmig oder auch konisch ausgebildet sein. Hierdurch wird eine Zunahme der Kontaktfläche bei fortschreitender plastischer Verformung der Buchse hervorgerufen, um die Spiel-Einstellung zu vereinfachen.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sich die Montage- und Einbauzeit ganz erheblich reduziert, da es nicht, wie beim Stand der Technik, erforderlich ist, Unterlegscheiben oder Ähnliches anzupassen und den Hebel mehrfach auf der Schaufelspindel zu montieren bzw. wieder zu demontieren. Weiterhin wird die Fehlermöglichkeit bei der Montage ganz erheblich reduziert, da die Spieleinstellung automatisch erfolgt. Durch die geringere Zahl verwendeter Bauteile ist ebenfalls eine Kostensenkung gewährleistet.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 einen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Teil-Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorrichtung,
3 eine vergrößerte Darstellung, analog 2, und
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung analog dem Ausführungsbeispiel der 2.
Die 1 zeigt in der Schnittansicht einen Teil eines Gehäuses 1, an welchem eine nur vereinfacht und im Teil-Schnitt ge zeigte Kompressorschaufel 8 gelagert ist, welche um ihre zentrische Achse 10 drehbar oder schwenkbar ist. Die Kompressorschaufel 8 ist einstückig mit einer Schaufelspindel 3 versehen, welche mit einer Gewindeausnehmung 11 versehen ist, in welche eine Schraube 12 einschraubbar ist. Die 1 zeigt weiterhin eine der Kompressorschaufel 8 zugewandte Lagerbuchse 13, welche zur Lagerung der Schaufelspindel 3 in einem Gehäuselager 5 dient, welches einstückig mit dem Gehäuse 9 verbunden ist.
Am freien Ende des Gehäuselagers 5 ist eine Buchse 4 eingesetzt, welche mit einem Kragen oder Flansch versehen ist, der sowohl auf der Stirnfläche des Gehäuselagers 5 als auch gegen eine Unterlegscheibe 14 anliegt. Auf der Unterlegscheibe 14 stützt sich ein Lagerring 15 ab, der mit einem Hebel 2 verbunden ist.
Das andere, freie Ende des Hebels 2 ist fest mit einem Lagerzapfen 16 verbunden, der mittels einer Buchse 17 in einer Ausnehmung eines Verstellrings 1 drehbar ist.
Durch Verstellung des Verstellrings 1 in Umfangsrichtung der Gasturbine erfolgt eine Verschwenkung der Hebel 2 und somit eine Drehung der Schaufelspindeln 3 bzw. der Kompressorschaufeln 8. Dies ist aus dem Stand der Technik bekannt, so dass auf weitere Erläuterungen verzichtet werden kann.
Zum Einstellen des Spiels zwischen dem Hebel 2 bzw. dessen Lagerring 15 und dem Gehäuselager 5 werden unterschiedliche dicke Unterlegscheiben 14 eingesetzt. Dies ist aus dem Stand der Technik ebenfalls vorbekannt.
Die 2 bis 4 zeigen erfindungsgemäße Ausgestaltungen. Aus der 2 ist ersichtlich, dass die Buchse 4 bzw. deren nach außen gewandter Flansch gegen eine Fläche 6 des Hebels 2 bzw. des Lagerrings 15 anliegt. Hierdurch ergibt sich eine Flächenpressung beim Einschrauben der Schraube 12 in die Gewindeausnehmung 11 der Schaufelspindel 3. Diese Flächenpressung führt zu einem Schließen bzw. zu einer plastischen Verformung der Buchse 4 bzw. des kragenförmigen Flansches der Buchse 4, welcher rechtwinklig zur Achse 10 nach außen ragt.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Fläche 6 kegelig oder konisch ausgebildet, so dass sich unterschiedliche Kontaktbereiche ergeben. Dies ist in 3 verdeutlicht. Die Buchse 4 kann an ihrem Außenbereich (ihres nach außen weisenden Kragens oder Flansches) ebenfalls abgeschrägt oder konisch/kegelig ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich der in 3 gezeigte Ausgangszustand, bei dem der schwarz gezeichnete Bereich des Hebels 2 bzw. des Lagerrings 15 die Kontaktfläche darstellt. Die Buchse 4 kann auch mit einem scheibenförmigen Flansch versehen sein. Dann wäre der schwarze Bereich in 3 der bereits verdrängte Bereich. Bei einer weiteren Pressung gegen die Buchse 4 wird weiteres Material plastisch verformt und verdrängt, so dass sich eine größere Flächenpressung ergibt. Ab einem bestimmten Betrag der Flächenpressung endet die plastische Verformung, so dass sich das Gesamtsystem klemmfrei bewegen kann.
Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Fläche 6 des Hebels 2 bzw. des mit diesem verbundenen Lagerrings 15 profiliert und ähnlich einer Schneide 7 ausgebildet. Hierdurch wird die Flächenpressung erhöht, so dass der beschriebene Fließvorgang bzw. das plastische Verformen der Buchse gesteigert werden können.

1: Verstellring
2: Hebel
3: Schaufelspindel
4: Buchse
5: Gehäuselager
6: Fläche
7: Schneide
8: Kompressorschaufeln
9: Gehäuse
10: Achse
11: Gewindeausnehmung
12: Schraube
13: Lagerbuchse
14: Unterlegscheibe
15: Lagerring
16: Lagerzapfen
17: Buchse

Claims

Vorrichtung zur Verstellung von Kompressorschaufeln einer Gasturbine mit einem Verstellring (1), an welchem eine Vielzahl von Hebeln (2) gelagert ist, welche jeweils mit einer Schaufelspindel (3) gekoppelt sind, wobei die Schaufelspindeln (3) jeweils drehbar in einer Buchse (4) eines Gehäuselagers (5) gelagert sind, gegen deren Stirnfläche der Hebel (2) in Anlage bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (4) aus einem plastisch verformbaren Werkstoff gefertigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (4) aus Kunststoff gefertigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegen die Stirnfläche der Buchse (4) anliegende Fläche des Hebels (2) profiliert ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gegen die Stirnfläche der Buchse (4) anliegende Fläche des Hebels (2) kegelförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gegen die Stirnfläche der Buchse (4) anliegende Fläche des Hebels (2) mit zumindest einer Schneide (7) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche der Buchse (4) profiliert ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche der Buchse (4) mit Rillen versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (4) zur Spieleinstellung zwischen dem Gehäuselager (5) und der montierten Einheit aus Hebel (2) und Schaufelspindel (3) durch die Vorspannkraft zwischen Hebel (2) und Schaufelspindel (3) plastisch verformbar ist.