DE1121885B

DE1121885B - Leitschaufel-Verstellvorrichtung fuer Stroemungsmaschinen, insbesondere Gasturbinen

Info

Publication number: DE1121885B
Application number: DED33556A
Authority: DE
Inventors: Richard Ehrhardt
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1960-06-14
Filing date: 1960-06-14
Publication date: 1962-01-11
Also published as: GB907373A

Description

Leitschaufel -Verstellvorrichtung für Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinen Die Lagerung des Verstellringes von Verstellvorrich#tungen für schwenkbar gelagerte Leitschaufeln von Gasturbinentriebwerken bereitet durch die hohen Betriebstemperaturen und die damit verbundenen großen Wärmespannungen und Ausdehnungen große Schwierigkeiten. Der um die Gasführungskanäle angeordnete, koaxial zum Turbinenlaufrad gelagerte Verstellring, an dessen Außenumfang die Verstellhebel für die einzelnen Leitschaufeln angelenkt sind, ist nach einer bekannten Ausführung außen auf Rollen gelagert, von denen die auf einer Umfangshälfte angebrachten Rollen federnd angeordnet sind, um die Wärmeausdehnungen des Verstellringes ohne Schaden für diesen aufzunehmen.
Diese bekannte Lagerung des Verstellringes, der durch einen Hebel an seinem Außenumfang um seine Achse verdreht wird, ist in ihrem Aufbau verwickelt und durch die große Anzahl der erforderlichen einzelnen Glieder, wie Rollen, Hebel und Federn, störungsanfällig. Außerdem benötigt diese Anordnung eine verhältnismäßig große Antriebskraft.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine einfache und leichtgängige Aufhängung des Verstellringes zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, den Verstellring über ein Gelenkviereck oder eine diesem kinematisch gleichwertige Dreh-, Schub- oder Kurvengelenkverbindung im Maschinengehäuse in seiner Ringebene beweglich aufzuhängen.
In Ausgestaltung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, die Aufhängung des Verstellringes über zwei in seiner Ringebene liegende Lenker vorzunehmen, deren verlängerte Längsachse zusammen einen Winkel von etwa 60 bis 120' einschließen. Mit Rücksicht auf die während der Verstellbewegung zwangläufig erfolgende exzentrische Verschiebung des Verstellringes gegenüber seinem Ausgangspunkt erweist sich ein Winkel von 90' zwischen den verlängerten Längsachsen der beiden Lenker als am günstigsten, d. h., bei 903 ist der Leitschaufelverstellfehler am geringsten. Unter Leitschaufelverstellfehler ist der Winkelbetrag bezeichnet, um den die Schaufeln untereinander (bei einer beliebigen Verstellung) abweichen.
Um den auf Grund der vorgeschlagenen Aufhängung unvermeidlich und zwangläufig sich ergebenden Leitschaufelverstellfehler noch zu halbieren, so daß er praktisch durch seine minimale Größe - es handelt sich hierbei nur mehr um Bogenminuten - nicht mehr spürbar ist, wird weiter vorgeschlagen, den Verstellring in bezug auf den Mittelpunkt des Turbinenlaufrades exzentrisch anzuordnen bzw. zu versetzen. Vorzugsweise ist die Anordnung erfindungsgemäß dann so getroffen, daß sich die verlängerten Längsachsen der beiden Lenker im Verstellringmittelpunkt vorzugsweise unter 90' schneiden und der Angriffspunkt für die Verstellkraft in entgegengesetzter Richtung zu den beiden Lenkem auf der Winkelhalbierenden liegt. Dabei wird die Exzentrizität des Verstellringmittelpunktes in bezug auf den Turbinenlaufradmittelpunkt so groß vorgewählt, daß dadurch ein negativer Leitschaufelverstellfehler nach der der eigentlichen Verstellrichtung der Leitschaufeln entgegengesetzten Richtung entsteht, und zwar halb so groß wie der bei der nachfolgenden Verstellbewegung sich ergebende gesamte Leitschaufelverstellfehler.
Einzelheiten der Erfindung und deren Wirkungsweise gehen aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung hervor.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Gasturbine, Fig. 2 den Leitschaufelverstellring mit seiner Aufhängung allein und Fig. 3 ein Schaubild, das die Abhängigkeit des Verstellfehlers vom Leitschaufelverstellwinkel zeigt. Die Verstellvorrichtung für die am Gasführungskanal 11 schwenkbar angeordneten Leitschaufeln 12 besteht im wesentlichen aus einem Winkelhebel 13, an dem das Betätigungsgestänge 14 angreift, aus einem Verstellring 15, an dem über einen Zapfen 16 das andere Ende des Winkelhebels 13 angelenkt ist, und aus den einzelnen Verstellhebeln 17, die einerseits mit dem Verstellring 15 drehbar verbunden und andererseits an den Leitschaufeln 12 starr befestigt sind. Mit 18 ist das Turbinenlaufrad bezeichnet. Der Verstellring 15 ist im Maschinengehäuse A über zwei gleich lange Lenker 19 und 20 aufgehängt (Fig. 2), deren verlängerte Längsachsen 19' und 20' sich im Verstelhingmittelpunkt 21 schneiden und zusammen einen Winkel 22 von 90' bilden. Der Mittelpunkt 23 des Turbinenlaufrades 18 liegt auf der Winkelhalbierenden in Richtung zu den beiden Lenkern 19 und 20 hin um den Betrag 24 versetzt, dessen Größe in der Zeichnung wesentlich übertrieben dargestellt ist.
Wird der Verstellring 15 bei 16 z. B. in Pfeilrichtung X geschwenkt, so schwenken die Lenker 19 und 20 in Pfeilrichtung X'. Dies bewirkt eine Verlagerung des Verstellringmittelpunktes 21 angenähert in Pfeilrichtung Z. Dadurch werden insbesondere die in den Bereichen e und 1 liegenden Verstellhebel 17 bzw. Leitschaufeln 12 im Gegensatz zu den Leitschaufeln 12 in den Bereichen g und h um einen bestimmten Betrag über den gewünschten Verstellwinkel hinaus zusätzlich »fehlgestellt«.
Durch die von vornherein vorgesehene Exzentrizität 24 des MitteIpunktes 21 des VersteHringes 15 gegenüber dem Mittelpunkt 23 des Turbinenlaufrades 18 wird insbesondere für die in den Bereichen e und f befindlichen Leitschaufeln ein negativer Verstellfehler m im voraus eingestellt (Fig. 3). Während des Verstellvorganges in Pfeilrichtung X wird der negative Verstellfehler m zuerst verkleinert. Er wird Null, nachdem die Hälfte des größtmöglichen Verstellwinkels überfahren ist, und wächst dann schließlich auf den positiven Betrag m' an, so daß nach Beendigung des Verstellvorganges nur der halbe Verstellfehler auftritt. In der Fig. 3 ist auf der Abszisse der Verstellwinkel X und auf der Ordinate der Verstellfehler m bzw. m' aufgetragen.
Aus der Fig. 2 ist zu ersehen, daß beim Schwenken des VersteHringes 15 bzw. der Lenker 19 und 20 in Pfeilrichtung X und Y bzw. X' und Y' der Verstellring 15 eine zusätzliche »Fehlbewegung« nach links ausführt. Dies geht aus den nach links verlagerten Schnittpunkten q und r gegenüber dem Schnittpunkt u der jeweiligen Verbindungslinie zwischen den beiden Lenkern 19 und 20 mit der Winkelhalbierenden hervor.

Claims

PATENTANSPRUCHE: 1. Anordnung des Verstellringes von Verstellvorrichtungen für schwenkbar gelagerte Leitschaufeln von Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß der um seine Achse verdrehbare Verstellring über ein Gelenkviereck oder eine diesem kinematisch gleichwertige Drehgelenk-, Schubgelenk- oder Kurvengelenkverbindung im Maschinengehäuse in seiner Ringebene beweglich aufgehängt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Verstellring (15) im Maschinengehäuse (A) über zwei in seiner Ringebene schwenkbare Lenker (19 und 20) aufgehängt ist, deren verlängerte Längsachsen (19' und 20') zusammen einen Winkel (22) von etwa 60 bis 120' einschließen. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (22) zwischen den beiden verlängerten Längsachsen (19' und 20') der beiden Lenker (19 und 20) 90' beträgt. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die verlängerten Längsachsen (19' und 20') der beiden Lenker (19 und 20) im Mittelpunkt (21) des Verstellringes (15) schneiden. 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lenker (19 und 20) gleich lang sind und ihre Länge etwa ein Siebentel des VersteHringdurchmessers beträgt. 6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstelhing (1.5) in bezug auf das Turbinenlaufrad (18) versetzt ist, wobei sich der Mittelpunkt (23) des Turbinenlaufrades (18) auf der Winkelhalbierenden in Richtung zu den beiden Lenkern (19 und 20) hin befindet. 7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählte Exzentrizität (24) des Verstellringmittelpunktes (21) in bezug auf den Turbinenlaufradmittelpunkt (23) so groß ist, daß dadurch bereits ein negativer Leitschaufelverstellfehler (m) nach der der eigentlichen Verstellrichtung der Leitschaufeln entgegengesetzten Richtung entsteht, der halb so groß ist wie der Verstelffehler, der sich bei der nachfolgenden Verstellbewegung ohne die Exzentrizität ergeben würde. 8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anlenkung des Antriebshebels (13) am Verstellring (15) ein Kugelzapfen (16) vorgesehen ist, durch den die Winkelhalbierende verläuft.