DE1108988B - Verstellbarer Leitschaufelkranz fuer Turbinen, insbesondere Gasturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Leitapparat von Turbinen, insbesondere Gasturbinen, bei denen der Anstellwinkel der Leitschaufeln verändert werden kann, bei denen also die Leitschaufeln um eine Längsachse drehbar sind, die sich im wesentlichen radial 5 zur Drehachse der Turbine erstreckt. Die Erfindung läßt sich ebensogut auch bei einem Leitapparat anwenden, bei dem die Drehachsen der einzelnen Schaufeln gegen die radiale Richtung etwas geneigt sind.

Ziel der Erfindung ist es, eine einfache, betriebssichere Einrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, die Schaufeln in jeder gewünschten Winkelstellung festzuklemmen und sie wieder zu lösen, wenn eine weitere Verstellung durchgeführt werden soll.

Eine Einrichtung zum mechanischen Festklemmen des Gestänges für die Verstellung der Schaufeln eines Laufrades ist bereits bekannt.

Ferner ist ein Leitapparat für Gasturbinen bekannt, bei dem die Drehzapfen für die verstellbaren Leitschaufeln in die Leitkanäle innen und außen begrenzenden Ringe gelagert sind und diese Ringe mit ihrer Rückseite eine ringförmige Kammer begrenzen, die von Kühlluft durchströmt wird, um die Abmessungen und Toleranzen zwischen den Schaufelstirnflächen und den Ringen sowie die Lagerspiele bei allen Betriebstemperaturen etwa konstant zu halten.

Bei dem Leitapparat gemäß der Erfindung sind die Abmessung und die Toleranz mindestens einer der Flächen des einen Ringes, die an einer Fläche der Schaufel oder eines mit dieser fest verbundenen Teils anliegt, derart gewählt, daß die gegenüberliegenden Flächen bei Betriebstemperatur aufeinandergepreßt sind, sich bei entsprechender Änderung der Temperatur des Ringes gegen die Schaufeltemperatur aber voneinander lösen. Ferner ist die Einrichtung für den Wärmeaustausch ein- und ausschaltbar und dient zum Lösen der thermischen Verklemmung mittels Kühlung bzw. Heizung des Klemmringes, indem bei eingeschalteter Wärmeaustauscheinrichtung in die an den innen liegenden Klemmring angrenzende Kammer Kühlmittel eingelassen wird, so daß der Klemmring sich zusammenzieht bzw. in die an den außen liegenden Klemmring angrenzende Kammer ein Heizmittel eingelassen wird, so daß der Klemmring sich dehnt und die Verklemmung der Leitschaufel gelöst wird.

Für das thermische Verklemmen der Leitschaufeln kann der innen oder der außen liegende Ring verwendet werden. Vorteilhafterweise wird zum thermischen Verklemmen der innen liegende Ring verwendet und als Klemmfläche die an den Stirnflächen der Leitschaufeln anliegende Umfangsfläche des Ringes gewählt, wobei als Wärmeaustaüschmittel zum Lösen Verstellbarer Leitschaufelkranz
für Turbinen, insbesondere Gasturbinen

Anmelder:
D. Napier & Son Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Ronald Albert Gilbert,
Rosslyn Crescent, North Wembley, Middlesex

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

der thermischen Verklemmung ein Kühlmittel dient.

Damit die bei der thermischen Verklemmung zusammenwirkenden Flächen bei jeder Stellung der Schaufeln auf die ganze Schaufelbreite aneinander anliegen, sind diese Flächen zweckmäßigerweise als Kugelflächen ausgebildet, deren Mittelpunkt auf der Turbinenlängsachse liegt.

Das Absperrorgan in der Wärmeaustauschmittelzuleitung, mit welchem die Wärmeaustauscheinrichtung eingeschaltet und die Verklemmung gelöst wird, sperrt in seiner Mittelstellung die Wärmeaustauschmittelzufuhr zum Klemmring ab. Wird das Absperrorgan in der einen oder in der anderen Richtung verstellt, dann gibt es die Wärmeaustauschmittelzufuhr frei. Das Absperrorgan ist mit der Leitschaufelverstellvorrichtung derart gekoppelt, daß, wenn die Leitschaufeln verstellt werden sollen, zunächst nur das Absperrorgan verstellt wird. Dadurch wird das Strömungsmittel in die auf der Rückseite des Klemmringes vorgesehene Kammer geleitet und Federn im Absperrorgan vorgespannt. Sobald die thermische Verklemmung gelöst ist, drehen die Federn die Leitschaufeln in die gewünschte Stellung. Durch diese Bewegung wird das Absperrorgan wieder in die Mittelstellung zurückgestellt, in der es die Wärmeaustauschmittelzufuhr absperrt, so daß die Schaufeln thermisch verklemmt werden. Zu diesem Zwecke sind die Betätigungsstange für das Absperrorgan und die Leitschaufelverstellvorrichtung an den beiden Enden eines zweiarmigen Hebels angelenkt, dessen Drehpunkt

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Claims (4)

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   willkürlich verschiebbar ist. Wird der Hebeldreh- zieht und die Schaufeln freigibt, so daß ihre Winkelpunkt verschoben, dann muß sich der Hebel um das stellung verändert werden kann. Die Außenfläche des Ende drehen, an dem die Leitschaufelverstellung an- Halteringes und die Innenkanten der Schaufeln liegelenkt ist, weil die Schaufeln verklemmt sind, so daß gen auf einer Kugelfläche, deren Mittelpunkt auf der zunächst das Wärmeaustauschmittel-Absperrorgan 5 Drehachse der Turbine liegt. Die aneinander anlieverstellt wird und die thermische Verklemmung ge- genden Flächen der Schaufeln und des Mantelringes löst wird. Sobald die Verklemmung gelöst ist, können 13 liegen ebenfalls auf einer Kugelfläche,
   die vorgespannten Federn den Hebel um den mitt- Die Einrichtung zum Steuern der Zufuhr des Kühlleren Drehpunkt schwenken, so daß die Leitschaufeln mittels zu der ringförmigen Kammer ist vorzugsweise verstellt werden. ■ ■ -. io derart mit der Leitschaufelverstellvorrichtung verbun-

   Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeich- den, daß sich eine vollautomatische Arbeitsweise er-

   nungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. gibt. Bei der aus Fig. 2 ersichtlichen Anordnung ist

   Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Teil eines ein Kühlluftabsperrorgan 26 vorgesehen, das einen

   Gasturbinentriebwerks und zeigt die Anordnung der Steuerzylinder mit einem Steuerschieber 27 umfaßt,

   Eintrittsleitschaufeln; 15 welcher durch eine sich durch eine Stirnwand des

   Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Ver- Zylinders erstreckende Stange 28 betätigt wird. Fer-

   stell- und Festklemmvorrichtung für die Leitschaufeln. ner sind in beiden Enden der Zylinderkammer Druck-

   Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel federn 29 und 30 angeordnet, die den Steuerschieber ist die Erfindung bei dem verstellbaren Eintritts- in seiner Mittellage halten. Eine Kühlluft-Zuführungsleitschaufelkranz angewendet. Der Anstellwinkel der 20 leitung 31, die mit dem Luftverdichter verbunden ist, Schaufeln wird hauptsächlich deshalb veränderbar ge- ist an eine Öffnung des Absperrorgans in der Mitte macht, damit man die Durchtrittsquerschnitte zwi- der Kammer derart angeschlossen, daß die Leitung sehen benachbarten Schaufeln verändern kann. Die durch den Steuerschieber verschlossen wird, wenn der einzelnen Schaufeln 10 des Schaufelkranzes weisen Schieber seine Mittelstellung einnimmt. An den entam Fuß einen Drehzapfen 12 und am Kopf einen 25 gegengesetzten Enden des Steuerzylinders sind Aus-Drehzapfen 11 auf, wobei diese Drehzapfen gleich- laßkanäle 32 und 33 vorgesehen, die beide mit einer achsig angeordnet sind. Die Drehzapfen sind in Boh- zu der ringförmigen Kammer 24 führenden Kühlmitrungen gelagert, die in einem die äußeren Enden der tel-Zuführungsleitung 34 verbunden sind. Ein Kühl-Schaufeln in einem geringen Abstand umgebenden mittel-Austrittskanal 35 führt von der Kammer 24 Mantelring 13 bzw. in einem innerhalb des Schaufel- 3° zum Auslaßkanal der Gasturbine. Wenn sich der kranzes angeordneten feststehenden ringförmigen Schieber 27 aus seiner Mittelstellung in die eine oder Tragglied 14 angeordnet sind. Die Fußdrehzapfen 12 die andere Richtung bewegt, wird das Kühlmittel der der Schaufeln erstrecken sich durch die Bohrungen ringförmigen Kammer 24 zugeführt, so daß die Verin dem Tragglied 14 nach innen und sind starr mit klemmung gelöst und die Schaufehl 10 freigegeben den Stellhebeln 15 verbunden, die ihrerseits an einem 35 werden.

   gemeinsamen Verstellring 16 angelenkt sind, der Die Betätigungsstange 28 des Schiebers 26 ist mit

   durch eine mit einer Welle 18 verbundenen Kurbel 17 dem einen Ende eines fliegend angeordneten Hebels

   betätigt wird. Durch die Drehbewegung des Ringes 16 38 verbunden, dessen anderes Ende an dem Verstell-

   um die Drehachse der Turbine werden somit samt- ring 16 angelenkt ist, mit dem die Winkelstellung der

   liehe einzelnen Schaufeln 10 um ihre Drehachsen 40 Schaufehl verändert werden kann. Ein zwischen den

   gleichzeitig verstellt. Enden des Hebels 38 liegender Punkt ist mit einem

   Ferner ist ein gemeinsamer Klemmring 20 vorge- Handbetätigungshebel 39 verbunden,
   sehen, der die inneren Stirnflächen sämtlicher Schau- Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung, fern berührt. In diesem Ring sind auf seinen Umfang d. h. wenn die Schaufeln durch den Ring 20 in ihrer verteilt Bohrungen 21 angeordnet, durch welche die 45 Lage festgehalten werden, führt jede Bewegung des Fußdrehzapfen 12 hmdurchragen. Auf seiner von den Handbetätigungshebels 39 in der einen oder anderen Schaufeln abgewandten Innenfläche trägt dieser Ring Richtung dazu, daß der Schieber 27 aus seiner Mittelzwei in einem Abstand voneinander verlaufende, nach stellung herausbewegt wird, so daß das Kühlmittel zu innen ragende Flansche oder Rippen 22 und 23, die der ringförmigen Kammer 24 strömen kann, und sich in eine nach außen offene Ringnut des Tragglie- 5° zwar so lange, bis sich der Klemmring 20 so weit zudes 14 hinein erstrecken, an deren Seiteninnenflächen sammengezogen hat, daß er die Schaufehl freigibt. Die sie mit Gleitsitz anliegen. Der Klemmring 20 mit den Druckfedern 29 und 30 suchen den Schieber 27 in die Rippen 22 und 23 bildet somit zusammen mit der Mittelstellung zu bewegen, und sobald die Schaufeln Ringnut eine im wesentlichen dicht abgeschlossene frei drehbar sind, wird der Hebel 38 eine Schwenkringförmige Kammer 24, in die ein Kühlmittel, vor- 55 bewegung ausführen, wodurch die Winkelstellung der zugsweise Kühlluft aus dem Luftverdichter des Gas- Schaufeln geändert und gleichzeitig der Schieber 27 turbinentriebwerks, eingeleitet wird. Die aus der Kam- in seine Mittelstellung zurückgeführt wird. Auf diese mer 24 abströmende Kühlluft kann gedrosselt werden. Weise wird die Zufuhr des Kühlmittels unterbrochen, Der Klemmring selbst ist so gestaltet und bemessen, und wenn sich die Temperatur des Halterings erneut daß seine Außenfläche 25 dann, wenn sich die Tür- 60 steigert, dehnt er sich wieder aus und tritt in enge bine in Betrieb befindet und sowohl die Schaufeln als Berührung mit den Schaufehl,
   auch der Haltering eine konstante Temperatur erreicht haben, gegen die Stirnflächen der Schaufehl PATENTANSPRÜCHE:
   gepreßt wird und dadurch die Schaufehl in ihrer Win- 1. Verstellbarer Leitschaufelkranz für Turbinen, kelstellung festklemmt. Wenn jedoch der ringförmigen 65 insbesondere Gasturbinen, mit um zur Turbinen-Kammer 24 ein Kühlmittel zugeführt wird, erfolgt eine achse im wesentlichen radiale Achsen verstell-Abkühlung des Halteringes, der sich infolgedessen baren und in der eingestellten Stellung festklemmvon den Innenkanten der Schaufehl weg zusammen- baren Leitschaufehl, deren Drehzapfen in den

   Leitkanal innen und außen begrenzenden Ringen gelagert sind, von denen wenigstens einer mit seiner Rückseite eine Kammer mit Ein- und Austrittsöffnungen für ein Wärmeaustauschmittel begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß einer der den Leitkanal begrenzenden Ringe (20) als Klemmring ausgebildet ist, der bei Betriebstemperatur die Leitschaufeln (10) an einer Stirnfläche festklemmt, und daß die Wärmeaustauscheinrichtung (24 bis 34) ein- und ausschaltbar sowie zum Lösen der thermischen Verklemmung mittels Kühlung bzw. Heizung des Klemmringes ausgebildet ist.
2. 2. Leitapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Leitkanal nach innen begrenzende Ring (20) als Klemmring ausgebildet ist, dessen an den Stirnflächen der Leitschaufeln (10) anliegende Umf angsfläche (25) als Klemmfläche dient, und zum Lösen der thermischen Verklemmung ein gegenüber dem Arbeitsmittel kühleres Strömungsmittel dient.
3. 3. Leitapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Leitkanal begrenzende Umf angsfläche (25) wenigstens des zum Festklemmen dienenden Ringes (20) und die anliegenden Stirnflächen der Schaufeln (10) als Kugelflächen ausgebildet sind, deren Kugelmittelpunkt auf der Turbinenlängsachse liegt.
4. 4. Leitapparat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wärmeaustauschmittelzuleitung (31 bis 34) ein Absperrorgan (26, 27) angeordnet ist, welches in seiner Mittelstellung die Wärmeaustauschmittelzufuhr absperrt und bei Verstellung sowohl in der einen wie auch in der anderen Richtung die Wärmeaustauschmittelzufuhr freigibt und daß die Betätigungsstange (28) für das Absperrorgan an dem einen Ende eines fliegend angeordneten zweiarmigen Hebels (38) angelenkt ist, dessen anderes Ende mit der Leitschaufelverstellvorrichtung (15 bis 18) verbunden ist, wobei der Hebeldrehpunkt mittels einer Stellstange (39) willkürlich verschiebbar ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Auslegeschrift Nr. 1019 046;
   französische Patentschrift Nr. 943 467.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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