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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen von Leitschaufeln
eines Turbotriebwerks, insbesondere einer Gasturbine, nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Gasturbinen
bestehen aus mehreren Baugruppen, so zum Beispiel aus einem Lüfter (Fan),
einer Brennkammer, vorzugsweise mehreren Verdichtern sowie mehreren
Turbinen. Die Baugruppen der Gasturbine sind von einem feststehenden
Gehäuse umgegeben.
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In
einer Turbine sowie in einem Verdichter der Gasturbine sind mehrere
feststehende Leitschaufeln sowie mehrere rotierende Laufschaufeln angeordnet.
Die Leitschaufeln sind gegenüber
dem Gehäuse
feststehend ausgebildet. Die Laufschaufeln sind mindestens einem
Rotor zugeordnet und rotieren gegenüber den feststehenden Leitschaufeln
sowie dem feststehenden Gehäuse.
Verfügt
die Turbine bzw. der Verdichter über
mehrere Stufen, so sind in Durchströmungsrichtung der Gasturbine
hintereinander abwechselnd Leitschaufeln und Laufschaufeln angeordnet,
wobei entlang des Umfangs des Rotors bzw. des Gehäuses ebenfalls
mehrere Laufschaufeln bzw. Leitschaufeln angeordnet sind, die sogenannte Leitschaufelkränze oder
Laufschaufelkränze
bilden.
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Die
feststehenden Leitschaufeln können
um eine Achse-verstellbar bzw. schwenkbar ausgebildet sein. So offenbart
die
DE 39 13 102 C1 eine
Vorrichtung zur Verstellung von Leitschaufeln, bei der Leitschaufeln
eines Leitschaufelkranzes außerhalb
eines Gehäuses
des Turbotriebwerks über
Stellhebel mit einem Stellring schwenkbar verbunden sind, wobei der
oder jeder Stellhebel mit einem ersten Ende an dem Stellring und
mit einem dem ersten Ende gegenüberliegenden
zweiten Ende an einem Ende eines Schafts der jeweiligen Leitschaufel
angreift.
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Eine
weitere Vorrichtung zum Verstellen von Leitschaufeln ist aus der
DE 41 02 188 C2 bekannt. Die
DE 39 13 102 C1 zeigt
einen Verdichter und die
DE
41 02 188 C2 zeigt eine Turbine eines Gasturbinentriebwerks
mit einer Vorrichtung zur Verstellung von Leitschaufeln.
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Ein
Stellhebel ist mit seinem zweiten Ende über eine Befestigungsschraube
an dem Schaft der jeweiligen Leitschaufel fixiert. Im Betrieb der
Gasturbine kann es aufgrund der hohen mechanischen Belastungen zu
einem Bruch der Befestigungsschraube kommen. Bei den aus dem Stand
der Technik bekannten Vorrichtungen zum Verstellen von Leitschaufeln
besteht das Problem, dass bei einem Bruch der Befestigungsschraube
die Verbindung von Leitschaufel und Stellhebel unterbrochen werden kann,
indem sich der Stellhebel vollständig
von der Leitschaufel löst.
Die Leitschaufel kann dann eine beliebige Winkelposition in einem
Strömungskanal
der Gasturbine einnehmen. Hierdurch kann die gesamte Gasturbine
beschädigt
werden.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde,
eine neuartige Vorrichtung zum Verstellen von Leitschaufeln eines Turbotriebwerks,
insbesondere einer Gasturbine, zu schaffen.
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Dieses
Problem wird dadurch gelöst,
dass die eingangs genannte Vorrichtung durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist in
das zweite Ende des oder jeden Stellhebels eine Ausnehmung einbracht, wobei
in diese Ausnehmung das Ende des Schafts der jeweiligen Leitschaufel
greift, wobei das Ende des Schafts einen Vorsprung aufweist, und
wobei der Vorsprung in Montageposition der Leitschaufel über einen
Rand dieser Ausnehmung vorsteht. Mithilfe der Erfindung wird vermieden,
dass bei einem Bruch der Befestigungsschraube, die der Fixierung
eines Stellhebels an einer Leitschaufel dient, sich der Stellhebel komplett
von der Leitschaufel lösen
kann. Mithilfe der Erfindung wird demnach sichergestellt, dass auch
bei einem Bruch dieser Befestigungsschraube die entsprechende Leitschaufel
ihre Winkelposition hält.
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Vorzugsweise
fluchtet in Montageposition der jeweiligen Leitschaufel die dem
zweiten Ende des Stellhebels zugeordnete Ausnehmung mit einer dem Schaft
der jeweiligen Leitschaufel zugeordneten Ausnehmung, derart, dass
eine Befestigungsschraube diese Ausnehmungen durchdringt. In einer
gegenüber
der Montageposition um in etwa 180° verdrehten Position (Fehlposition)
der jeweiligen Leitschaufel verläuft
die dem zweiten Ende des Stellhebels zugeordnete Ausnehmung exzentrisch
zu der dem Schaft zugeordneten Ausnehmung. Eine Befestigung des Stellhebels
an einer Leitschaufel in Fehlposition wird hierdurch vermieden.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der oder jede
Stellhebel an dem ersten Ende eine Ausnehmung auf, in die in Montageposition
der Leitschaufel ein bolzenartiges Element zur Fixierung des Stellhebels
am Stellring eingreift. In Montageposition der jeweiligen Leitschaufel
fluchtet die dem ersten Ende des Stellhebels zugeordnete Ausnehmung
mit mindestens einer dem Stellring zugeordneten Ausnehmung, derart,
dass das bolzenförmige
Element diese Ausnehmungen durchdringt. In einer gegenüber der
Montageposition um in etwa 180° verdrehten
Position (Fehlposition) der jeweiligen Leitschaufel ist die dem
ersten Ende des Stellhebels zugeordnete Ausnehmung exzentrisch zu
den dem Stellring zugeordneten Ausnehmungen angeordnet. Eine Befestigung
des Stellhebels am Stellring bei einer Leitschaufel in Fehlposition
wird hierdurch vermieden.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt:
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1:
einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen
von Leitschaufeln mit einer Leitschaufel in Einbauposition bzw.
Montageposition in schematisierter, perspektivischer Seitenansicht;
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2:
die Anordnung gemäß 1 in
schematisierter Seitenansicht;
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3:
einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen
von Leitschaufeln mit einer Leitschaufel in Fehlposition in schematisierter,
perspektivischer Seitenansicht; und
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4:
die Anordnung gemäß 3 in
schematisierter Draufsicht.
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 4 in
größerem Detail
beschrieben. 1 und 2 zeigen
die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Verstellen von Leitschaufeln mit einer Leitschaufel in Einbauposition
bzw. Montageposition und 3 und 4 zeigen
die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit einer Leitschaufeln in Fehlposition.
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1 und 2 zeigen
einen Ausschnitt einer Leitschaufel 10 eines Leitschaufelkranzes.
Mit einem äußeren Schaft 11 durchdringt
die Leitschaufel 10 ein nicht-dargestelltes Gehäuse eines
Turbotriebwerks, nämlich
einer Gasturbine. Der Schaft 11 grenzt an ein Schaufelblatt 12 der
Leitschaufel 10 an. An einem äußeren Ende 13 des
Schafts 11 der Leitschaufel 10 greift ein Stellhebel 14 an. Über den Stellhebel 14 ist
die Leitschaufel 10 mit einem Stellring 15 verbunden.
Es sei angemerkt, dass alle Leitschaufeln 10 eines Leitschaufelkranzes über jeweils einen
Stellhebel 14 mit dem Stellring 15 verbunden sind.
Hierdurch ist sichergestellt, dass bei Verstellung des Stellrings 15 gegenüber dem
Gehäuse
der Gasturbine alle Leitschaufeln 10 eines Leitschaufelkranzes
gleichförmig
verstellt werden.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Stellring 15 im Querschnitt U-förmig ausgebildet. Der Stellring 15 verfügt demnach über zwei
parallel zueinander verlaufende Schenkel 16, 17,
die durch einen Schenkel 18 miteinander verbunden sind.
Der Stellhebel 14 greift mit einem ersten Ende 19 am Stellring 15 an.
Mit einem dem ersten Ende 19 gegenüberliegenden zweiten Ende 20 greift
der Stellhebel 14 am Schaft 11 der Leitschaufel 10 an.
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In
das zweite Ende 20 des Stellhebels 14 ist eine
Ausnehmung 21 eingebracht. Das Ende 13 des Schafts 11 der
Leitschaufel 10 durchdringt in Montageposition der Leitschaufel 10 die
Ausnehmung 21 (siehe 1 und 2).
Das Ende 13 des Schafts 11 wird dabei von zwei
stegartigen Elementen 22, 23 gebildet. Die beiden
stegartigen Elemente 22 und 23 erstrecken sich
in axialer Richtung des Schafts 11, wobei diese axiale
Richtung in 1 und 2 durch
die Linie 24a dargestellt ist. Die stegartigen Elemente 22 und 23 sind
in radialer Richtung des Schafts 11 voneinander beabstandet,
wobei diese radiale Richtung in 2 durch
die Linie 24b visualisiert ist. Die beiden stegartigen
Elemente 22 und 23 sind unterschiedlich ausgeführt. Ein
erstes stegartiges Element 22 verfügt über einen Vorsprung 25.
Der Vorsprung 25 erstreckt sich in Montageposition der Leitschaufel 10 über einen
die Ausnehmung 21 begrenzenden Rand 26 hinweg.
In Montageposition der Leitschaufel 10 wird der Stellhebel 14 am
Schaft 11 der Leitschaufel 10 durch eine Befestigungsschraube 27 fixiert,
wobei ein Gewindeschaft 33 der Befestigungsschraube 27 sich
zwischen den beiden stegartigen Elementen 22 und 23 erstreckt
und ein Kopf 34 der Befestigungsschraube 27 auf
einer Druckhülse 28 aufliegt.
Die oben beschriebene, dahingehende Ausgestaltung des Endes 13 des
Schafts 11, dass einem stegartigen Element 22 ein
Vorsprung 25 zugeordnet ist, der sich in Montageposition
der Leitschaufel 10 über
den die Ausnehmung 21 begrenzenden Rand 26 hinaus
erstreckt, wird sichergestellt, dass sich bei einem Bruch der Befestigungsschraube 27 der
Stellhebel 14 nicht komplett von dem Schaft 11 der
Leitschaufel 10 lösen
kann. Vielmehr bildet der Vorsprung 25 einen Anschlag,
der den Stellhebel 14 in seiner Position am Schaft 14 hält. Hierdurch
ist sichergestellt, dass auch bei einem Bruch der Befestigungsschraube 27 der
Stellhebel 14 in Wirkeingriff der Leitschaufel 10 bleibt.
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Neben
der Ausnehmung 21 im Bereich des zweiten Endes 20 verfügt der Stellhebel 14 ebenfalls über eine
Ausnehmung 29 (siehe 4) im Bereich des
ersten Endes 19. In Montageposition der Leitschaufel 10 wird
das erste Ende 19 des Stellhebels 14 über ein
bolzenartiges Element 30 am Stellring 15 befestigt.
Das bolzenartige Element 30 erstreckt sich in etwa parallel
zum Schenkel 18 des Stellrings 15 und durchdringt
Ausnehmungen 35, 36 im Bereich der Schenkel 16 und 17.
In Montageposition durchdringt demnach das bolzenartige Element 30 die Ausnehmungen 35, 36 im
Bereich der Schenkel 16 und 17 des Stellrings 15 sowie
die Ausnehmung 29 im Bereich des ersten Endes 19 des
Stellhebels 14.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Verstellen von Leitschaufeln des Turbotriebwerks verhindert
nicht nur das Lösen
des Stellhebels 14 vom Schaft 11 der Schaufel 10 bei
einem Bruch der Befestigungsschraube 27, sondern vielmehr
wird auch eine Montage mit einer Leitschaufel 10 in Fehlposition
vermieden. Wie bereits oben er wähnt,
ist die Vorrichtung zum Verstellen von Leitschaufeln außerhalb eines
Gehäuses
der Gasturbine positioniert, die Schaufelblätter 12 der Leitschaufeln 10 erstrecken sich
innerhalb des Gehäuses
der Gasturbine und die Leitschaufel 10 durchdringt das
Gehäuse
lediglich mit dem Schaft 11. Bei Befestigung der Stellhebel 14 am
Schaft 11 der Leitschaufel 10 sowie am Stellring 25 ist
demnach von außen
nicht ersichtlich, ob sich die Leitschaufel 10 in Montageposition
befindet. Um eine Befestigung der Leitschaufel 10 an der
Vorrichtung zum Verstellen der Leitschaufeln in Fehlposition zu
vermeiden, verfügt
das erste stegartige Element 22 gegenüber dem zweiten stegartigen
Element 23 in radialer Richtung (Linie 24b) über eine
verringerte Dicke. Würde
demnach ein Monteur den Stellhebel 14 mit der Ausnehmung 21 bei
einer um 180° in
die Fehlposition verdrehten Leitschaufel 10 über das durch
die stegartigen Elemente 22 und 23 gebildete Ende 13 des
Schafts 11 positionieren, so würde sich die in 4 gezeigte
exzentrische Position des Stellhebels 14 relativ zum Schaft 11 sowie
Stellring 15 ergeben. In dieser Fehlposition ist die dem
ersten Ende 19 des Stellhebels 14 zugeordnete
Ausnehmung 29 exzentrisch zu den den Schenkeln 16 und 17 zugeordneten
Ausnehmungen 35 und 36 angeordnet. Andererseits
ist in dieser Fehlposition die dem zweiten Ende 20 des
Stellhebels 14 zugeordnete Ausnehmung 26 exzentrisch
zu einer dem Schaft 11 zugeordneten, als Gewindebohrung
ausgeführten
Ausnehmung 31 angeordnet, wobei in die Ausnehmung 31 in
Montageposition der Leitschaufel 10 die Befestigungsschraube 27 mit
ihrem Gewindeschaft hineinragt. Es wird demnach verhindert, dass
in Fehlposition der Leitschaufel 10 einerseits das bolzenförmige Element 30 in
die Ausnehmung 29 im Bereich des ersten Endes 19 des
Stellhebels 14 und andererseits die Befestigungsschraube 27 in
die Ausnehmung 31 im Bereich des Schafts 11 eingeführt werden
kann. Diese oben beschriebene Exzentrität zwischen den unterschiedlichen
Ausnehmungen wird durch die unterschiedliche radiale Dicke der Stege 22 und 23 verursacht.
Es wird demnach verhindert, dass eine Leitschaufel 10 in
Fehlposition an die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verstellen
von Leitschaufeln montiert bzw. befestigt werden kann.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Verstellen von Leitschaufeln wird bei einem Bruch der Befestigungsschraube 27,
die der Befestigung des Stellhebels 14 an der Leitschaufeln 10 dient,
verhindert, dass sich der Stellhebel 14 vom Schaft 11 der Leitschaufel 10 lösen kann.
Weiterhin wird mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Montage mit
einer Leitschaufel 10 in Fehlposition vermieden. Daher
werden Beschädigungen,
die sich bei einer Fehlmontage der Leitschaufel 10 bzw.
bei einem unkontrollierten Bewegen der Leitschaufel 10 innerhalb des
Strömungskanals
der Gasturbine ergeben können,
sicher vermieden.
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Der
Stellhebel 14 ist mit dem ersten Ende 19 an dem
bolzenförmigen
Element 30 über
ein Lager 32 befestigt. Das Lager 32 ermöglicht eine
Verschiebung des ersten Endes 19 des Stellhebels 14 relativ zum
bolzenförmigen
Element 30. Das Lager 32 ist als sphärisches
Lager ausgebildet. Ein Innenring des sphärischen Lagers ist dem bolzenförmigen Element 30 zugeordnet
und ein Außenring
des sphärischen Lagers
ist dem ersten Ende 19 des Stellhebels 14 zugeordnet.
Der Außenring
des sphärischen
Lagers ist dabei direkt an das erste Ende 19 des Hebels 14 gebördelt.
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- 10
- Leitschaufel
- 11
- Schaft
- 12
- Schaufelblatt
- 13
- Ende
- 14
- Stellhebel
- 15
- Stellring
- 16
- Schenkel
- 17
- Schenkel
- 18
- Schenkel
- 19
- Ende
- 20
- Ende
- 21
- Ausnehmung
- 22
- stegartiges
Element
- 23
- stegartiges
Element
- 24a
- Linie
- 24b
- Linie
- 25
- Vorsprung
- 26
- Rand
- 27
- Befestigungsschraube
- 28
- Druckhülse
- 29
- Ausnehmung
- 30
- bolzenartiges
Element
- 31
- Ausnehmung
- 32
- Lager
- 33
- Gewindeschaft
- 34
- Kopf
- 35
- Ausnehmung
- 36
- Ausnehmung