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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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In der Druckschrift
US 6 019 574 A wird ebenfalls eine Vorrichtung zum Verstellen von Leitschaufeln beschrieben. Die Leitschaufeln sind über einen Stellhebel verschwenkbar. Die Leitschaufeln sind dazu mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Schaft an einem Triebwerksgehäuse schwenkbar gelagert. An dem Schaft ist von einem Ende ausgehend zunächst ein Gewinde und dann ein rechteckförmiger Querschnittsbereich vorgesehen, der in einer Montageposition von einer Ausnehmung des Stellhebels umringt ist. Um den Stellhebel gegen ein Verrutschen in axialer Richtung des Schafts zu sichern, ist eine auf dem Gewinde aufgeschraubte Mutter vorgesehen.
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Auch in der
DE 195 377 84 A1 wird eine weitere Vorrichtung zum Verstellen von Leiterschaufeln beschrieben, deren Stellhebel auf dem Schaft der verschwenkbaren Leitschaufeln ebenfalls durch eine Mutter befestigt ist.
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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 steht der Vorsprung in Montageposition der Leitschaufel über einen Rand der Ausnehmung vor, so dass der Vorsprung einen Anschlag bildet, der den Stellhebel an dem Schaft hält. 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 erwähnt, 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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Bezugszeichenliste
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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
