DE1221071B

DE1221071B - Arrangement for the self-adjustment of blade grids in flow machines

Info

Publication number: DE1221071B
Application number: DEE24358A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Voelker
Original assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Current assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Priority date: 1963-02-18
Filing date: 1963-02-18
Publication date: 1966-07-14
Also published as: AT243590B

Description

Anordnung zur Selbstanstellung von Schaufelgittern in Strömungsmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf Schaufelgitter von Strömungsmaschinen. insbesondere solche von Föttinger-Kraftübertragungen, deren Anströmrichtung zeitlich nicht konstant ist. Nur in einer bestimmten Anströmrichtung, nämlich beim Betriebszustand des Auslegungspunktes, trifft die Strömung stoß- und damit verlustfrei auf die Schaufeleintrittskanten. Bei abweichenden Betriebszuständen entstehen dagegen Stoßverluste wechselnder Größe.Arrangement for self-adjustment of blade grids in turbomachines The invention relates to blade grids of turbomachines. in particular those from Föttinger power transmissions whose direction of flow is not constant over time is. Only in a certain direction of flow, namely in the operating state of the design point, the flow hits the blade leading edges without jolts and thus without losses. In the case of deviating operating conditions, on the other hand, shock losses of varying sizes occur.

Um solche Stoßverluste schon bei geringfügigen Abweichungen vom Auslegungspunkt zu vermeiden, wurden bereits die Schaufeln schwenkbar ausgebildet, so daß sie durch Veränderung ihres Anstellwinkels jedem Strömungszustand angepaßt werden können.About such shock losses even with minor deviations from the design point To avoid this, the blades have already been designed to be pivotable so that they can go through Change their angle of attack can be adapted to each flow condition.

Bei einigen Ausführungsformen sind die Schaufeln als Ganzes schwenkbar. So ist es bekannt, eine starre Hauptschaufel durch eine Vorschaufel zu verstellen, wobei beide durch einen starren Lenker miteinander verbunden sind. Es sind ferner druckabhängig arbeitende Verstellvorrichtungen bekannt, die die starren Schaufeln in Anströmrichtung einstellen. Die Verstellung der Schaufeln während des Betriebes erfolgt dabei entweder durch Handbetätigung oder mittels eines Servomotors.In some embodiments the paddles are pivotable as a whole. It is known to adjust a rigid main blade by means of a front blade, both of which are connected to one another by a rigid handlebar. There are also Pressure-dependent adjusting devices are known that the rigid blades Set in the direction of flow. Adjustment of the blades during operation takes place either by manual operation or by means of a servo motor.

Es sind auch Schaufeln aus elastischem Material, wie Stahlblech, Gummi oder Kunststoff, bekannt. Bei solchen Schaufeln kann die Schaufelkrümmung in weiten Grenzen stetig verändert werden. Die Verstellung der Schaufeln erfolgt entweder durch Handbetätigung oder durch den Strömungsdruck, der gegen eine Federspannung wirkt oder durch die Zentrifugalkraft von Fliehgewichten, die ebenfalls gegen Federdruck arbeiten müssen.There are also blades made of elastic material, such as sheet steel, rubber or plastic, known. In the case of such blades, the blade curvature can be wide Boundaries are constantly changing. The blades can be adjusted either by manual operation or by the flow pressure, which is applied against a spring tension acts or by the centrifugal force of flyweights, which also work against spring pressure have to work.

Die Verstellung von Hand ist bei ständig wechselnden Strömungsrichtungen und dem Fehlen jeden Anhaltspunktes für den Strömungszustand nur sehr ungenau durchzuführen. Die Fliehkraft wiederum ist nur eine indirekte Hilfsgröße, die lediglich eine ungefähre Verstellung der Schaufeln in die Strömungsrichtung erlaubt. Die Verstellung der Schaufeln durch den Strömungsdruck selbst, entgegen einer Federspannung, erfordert einen erheblichen Staudruck der Strömung gegen die Schaufelflächen, so daß die Schaufeln sich nur sehr träge und dann auch erst bei größerem Abstand des jeweiligen Betriebszustandes vom Auslegungspunkt in Strömungsrichtung stellen. Infolgedessen ergeben sich bei solchen Anordnungen erhebliche Einstellverluste.The adjustment by hand is with constantly changing flow directions and the lack of any indication of the state of the flow can only be carried out very imprecisely. The centrifugal force, in turn, is only an indirect auxiliary variable that is only an approximate one Adjustment of the blades in the direction of flow allowed. The adjustment of the Shoveling by the flow pressure itself, against a spring tension, requires a considerable back pressure of the flow against the blade surfaces, so that the blades only very sluggishly and then only when there is a greater gap between the respective operating status from the design point in the direction of flow. As a result, at such arrangements considerable adjustment losses.

Es sind ferner Schaufeln mit flexiblen Vorderkanten bekannt, bei denen sich jedoch diese flexiblen Vorderkanten entgegen dem Strömungsdruck einstellen müssen. Aufgabe der Erfindung ist eine Verbreiterung der Wirkungsgradkurve und damit die Erhöhung des wirtschaftlichen Drehzahlregelverhältnisses dadurch, daß die Stoßverluste an den Schaufelgittern von Strömungsmaschinen verringert werden.There are also blades with flexible leading edges are known in which however, these flexible leading edges adjust against the flow pressure have to. The object of the invention is to broaden the efficiency curve and thus the increase in the economic speed control ratio in that the shock losses be reduced on the blade grids of turbomachines.

Die Erfindung schlägt daher eine Anordnung zur Selbstanstellung von Schaufelgittern in wechselnde Strömungsrichtungen der Strömungsmaschinen, insbesondere Föttinger-Wandlern, deren Schaufeln flexible Anströmköpfe haben, vor, daß vor dem verstellbaren Schaufelgitter eines Leitrades ein oder mehrere, um in Strömungsrichtung vorn liegende Achsen schwenkbar gelagerte Steuerflügel in an sich bekannter Weise angeordnet sind, mit denen die Winkellagenänderung der Strömung leistungsarm meßbar ist und eine Verstellung der Anströmköpfe der Leitradschaufeln in Strömungsrichtung mittels Verstärker erzielt wird, während die bei der Auslegung des Wandlers eingestellte Winkellage der Abströmkanten beibehalten ist. Wegen der Anstellung der Ausströmköpfe in Strömungsrichtung und dem Konstanthalten der Vordrallverhältnisse vor dem Pumpeneintritt durch die stets festen Abströmkanten wird eine Verbreiterung der Wirkungsgradkurve erreicht, wie es mit den bekannten Vorrichtungen nicht möglich ist. Darüber hinaus ist die Anordnung überaus empfindlich, feinfühlig und verursacht nur sehr geringe Verluste im Kreislauf. Zur Verstellung der Anströmköpfe der Leitradschaufeln ist zwischen Steuerflügeln und Leitradschaufeln ein wegproportional arbeitender Verstärker angeordnet.The invention therefore proposes an arrangement for self-employment of Blade grids in alternating directions of flow of the turbomachines, in particular Föttinger converters, the blades of which have flexible inflow heads, before that before adjustable vane grille of a stator one or more to move in the direction of flow Axles lying in front are pivotably mounted control vanes in a manner known per se are arranged, with which the angular position change of the flow can be measured with little power and an adjustment of the flow heads of the stator blades in the direction of flow is achieved by means of an amplifier, while the one set in the design of the converter Angular position of the trailing edges is retained. Because of the position of the discharge heads in the direction of flow and keeping the pre-swirl conditions constant before the pump inlet Due to the always fixed trailing edges, the efficiency curve is broadened achieved in a way that is not possible with the known devices. Furthermore the arrangement is extremely sensitive, sensitive and only causes very little Losses in the cycle. For adjusting the flow heads of the stator blades is a travel proportional working between control vanes and stator vanes Amplifier arranged.

Vorteilhaft ist es, an Stelle einer Anzahl zu einem Steuergitter zusammengefaßter Steuerflügel lediglich einen kleinen Steuerflügel leicht schwenkbar im Zulauf zum Schaufelgitter anzubringen. Dieser kleine Steuerflügel fühlt die Strömungsrichtung ab und gibt ein entsprechendes Anstellkommando über eine Verstärkereinrichtung zu einem elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Verstelimotor, der seinerseits eine entsprechende Verstellung des Schaufelgitters bewirkt. Als Stellantrieb wird man beim Föttinger- Wandler vorzugsweise einen hydraulischen verwenden, da Druckflüssigkeit für die Wandlerfüllung ohnehin zur Verfügung steht.It is advantageous to combine them to form a control grid instead of a number Control wing only a small control wing that can be easily swiveled in the inlet to the To attach shovel grille. This little control vane feels the direction of the flow and gives a corresponding adjustment command via an amplifier device an electric, pneumatic or hydraulic adjustment motor, which in turn causes a corresponding adjustment of the blade grille. As an actuator it is preferable to use a hydraulic one with the Föttinger converter, as it is pressure fluid for the transformer filling is available anyway.

Auf diese Weise ist es möglich, die Anordnung so feinfühlig und empfindlich auszubilden, daß sie auch auf kleine Änderungen der Strömungsrichtung reagiert. Gleichzeitig werden damit die Einstellverluste auf ein Minimum herabgesetzt.In this way it is possible to make the arrangement so delicate and sensitive to train that it reacts to small changes in the direction of flow. At the same time, the setting losses are reduced to a minimum.

Die Anordnung zur Schaufelselbstanstellung eignet sich besonders für das Leitrad eines Föttinger-Wandlers, da dieses in den meisten Fällen gegenüber dem Gehäuse unverdrehbar gelagert ist. Allerdings ist es möglich, diese Methode auch an anderen Rädern von Föttinger-Wandlern und Schaufelgittern von Strömungsmaschinen anzuwenden.The arrangement for shovel self-adjustment is particularly suitable for the idler of a Föttinger converter, as this is opposite in most cases the housing is mounted non-rotatably. However, it is possible to use this method also on other wheels of Föttinger converters and blade grilles of turbomachines apply.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung am Leitrad eines dreikränzigen Föttinger-Wandlers erläutert: F i g. 1 zeigt die Vergrößerung des nutzbaren, wirtschaftlichen Drehzahlbereichs eines Föttinger-Wandlers an Hand einer Wirkungsgradkurve; F i g. 2 zeigt im Längsschnitt einen Föttinger-Wandler mit direkter Verstellung der Anströmköpfe der Leitradschaufeln; F i g. 3 zeigt einen Föttinger-Wandler gemäß F i g. 2 im Querschnitt; F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Verstärker.In the drawing, an embodiment of the invention is on the stator of a three-ring Föttinger converter explained: F i g. 1 shows the enlargement the usable, economical speed range of a Föttinger converter on hand an efficiency curve; F i g. 2 shows a Föttinger transducer in longitudinal section with direct adjustment of the flow heads of the stator blades; F i g. 3 shows one Föttinger converter according to FIG. 2 in cross section; F i g. 4 shows an embodiment of the invention with amplifier.

Die Linie a in F i g. 1 stellt die Wirkungsgradkurve eines dreikränzigen Föttinger-Wandlers mit festen Schaufeln dar. Im Gipfelpunkt dieser Linie bei findet entsprechend der Wandlerauslegung eine stoßfreie Anströmung von Pumpe, Turbine und Leitrad statt. Außerhalb dieses optimalen Betriebspunktes steigen die Stoßverluste erheblich an, so daß die Wirkungsgradkurve nach beiden Seiten schnell abfällt. Begrenzt man aus Gründen der Wirtschaftlichkeit diesen Abfall bis auf einen Mindestwirkungsgrad von ?m;", so steht für Dauervollastbetrieb ein Drehzahlbereich von etwa 1: 2 zwischen den Punkten b und c zur Verfügung. Die vorgesehene Konstruktion ermöglicht es nun, durch Beseitigung der Stoßverluste an einem oder mehreren Rädern, die Wirkungsgradkurve nach beiden Seiten zu verbreitern, wie es die Kurve d darstellt. Der wirtschaftlich nutzbare Drehzahlbereich zwischen den Punkten e und f ist also beispielsweise auf 1 : 3 vergrößert worden. Mit dem vorgesehenen Wandler ist es also unter Umständen möglich, ohne nachgeschaltete Gänge, aber zumindest mit einer geringeren Gangzahl auszukommen.The line a in FIG. 1 represents the efficiency curve of a three-ring Föttinger converter with fixed blades. At the summit of this line at finds According to the converter design, a bumpless flow to the pump, turbine and Idler instead. Outside of this optimal operating point, the surge losses increase considerably so that the efficiency curve drops rapidly on both sides. Limited for reasons of economy, this waste is reduced to a minimum degree of efficiency from? m; ", a speed range of about 1: 2 stands for continuous full load operation points b and c are available. The proposed construction now enables by eliminating the shock losses on one or more wheels, the efficiency curve to widen on both sides, as shown by curve d. The economical usable speed range between points e and f is for example on Enlarged 1: 3. So it may be with the intended converter possible without downstream gears, but at least with a lower number of gears get along.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Wandler wird eine Kreiselpumpe 2 von einer Welle 1 angetrieben. Diese Pumpe setzt die Antriebsleistung in Druck- und Strömungsenergie der den Wandler ausfüllenden Flüssigkeit um. In der nachfolgenden Turbine 3 wird die Druck- und Strömungsenergie wieder in mechanische Arbeit zurückverwandelt und der Abtriebswelle 4 zugeleitet. Die absolute Ausströmrichtung aus der Turbine ist je nach Turbinendrehzahl sehr unterschiedlich. Die Strömung besitzt beim Anfahren eine Richtung 5, beim Auslegepunkt eine Richtung 6 und im oberen Betriebspunkt eine Richtung 7, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. Diese je nach Betriebszustand wechselnde Strömung trifft auf Steuerflügel 8, die an den Achsen 9 schwenkbar gelagert sind und stellt sie in die Strömungsrichtung. Dabei verstellt sind, wie es hier in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, auf den Achsen 9 befestigte Zahnsegmente 10, die über Zwischenräder 11 Zahnsegmente 12 verstellen. Die Zahnsegmente 12 sitzen wiederum auf einer Anstellachse 13, die durch einen exzentrisch auf einer Verstellplatte 14 sitzenden Finger 15 die Schaufeln eines Leitradschaufelkranzes in die Strömungsrichtung stellen. Die Schaufeln selbst bestehen aus einer feststehenden metallischen hinteren Abströmkante 16 und aus einem Anströmkopf 17 aus elastischem Material, in den eine Metallzwinge 18 einvulkanisiert oder eingeklebt ist. Die Metallzwinge 18 und der Verstellfinger 15 haben ovalen oder rechteckigen Querschnitt, so daß der Anströmkopf 17 sicher geführt werden kann. Die feststehende Abströmkante 16 ist einerseits im Gehäuse 19 und andererseits im Kernring 20 fest gelagert.In the case of the one shown in FIG. In the converter shown in FIG. 2, a centrifugal pump 2 is driven by a shaft 1 . This pump converts the drive power into pressure and flow energy of the liquid filling the converter. In the following turbine 3, the pressure and flow energy is converted back into mechanical work and fed to the output shaft 4. The absolute direction of outflow from the turbine is very different depending on the turbine speed. When starting up, the flow has a direction 5, at the design point a direction 6 and at the upper operating point a direction 7, as shown in FIG. 3 is shown. This flow, which changes depending on the operating state, encounters control vanes 8, which are pivotably mounted on axes 9, and sets them in the direction of flow. As shown here in this exemplary embodiment, toothed segments 10 attached to axles 9, which adjust toothed segments 12 via intermediate gears 11, are adjusted. The toothed segments 12 are in turn seated on an adjustment axis 13 which, by means of a finger 15 seated eccentrically on an adjustment plate 14, set the blades of a stator blade ring in the direction of flow. The blades themselves consist of a fixed metallic rear trailing edge 16 and a flow head 17 made of elastic material into which a metal clamp 18 is vulcanized or glued. The metal clamp 18 and the adjusting finger 15 have an oval or rectangular cross-section, so that the flow head 17 can be safely guided. The stationary trailing edge 16 is fixedly mounted on the one hand in the housing 19 and on the other hand in the core ring 20.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 sitzt vor dem Schaufelgitter des Leitrades, bestehend aus den Leitradschaufeln 24, nur noch ein einziger Steuerflügel 8, der die jeweilige Strömungsrichtung abfühlt und ein entsprechendes Stellkommando über einen Verstärker 22 und einen Stellmotor 23 an die Leitradschaufeln 24 weitergibt. Ein Zahnkranz 21, der mit sämtlichen Zahnsegmenten 12 der Leitradschaufeln 24 im Eingriff steht, sorgt dafür, daß alle Leitradschaufeln die gleiche Steilbewegung ausführen. Der einzelne Steuerflügel 8 kann so leicht und klein gebaut sein, daß er den Strömungszustand nicht stört. Statt eines einfachen Flügels kann auch ein V-förmiger Doppelflügel verwendet werden, der noch empfindlicher auf Richtungsänderungen der Strömung reagiert.In the embodiment according to FIG. 4 sits in front of the shovel grille of the stator, consisting of the stator blades 24, only a single control vane 8, which senses the respective flow direction and a corresponding control command passes on to the stator blades 24 via an amplifier 22 and a servomotor 23. A ring gear 21, which with all tooth segments 12 of the stator blades 24 in Is engaged, ensures that all stator blades have the same steep movement carry out. The individual control wing 8 can be so light and small that it does not disturb the flow condition. Instead of a simple wing, a V-shaped double wings are used, which are even more sensitive to changes in direction the flow reacts.

Claims

Claims: 1. Arrangement for the self-adjustment of blade grids in alternating flow directions in turbomachines, in particular Föttinger converters, the blades of which have flexible inflow heads, characterized in that in front of the adjustable blade grille of a stator one or more axes (9) can be pivoted in front of the flow direction mounted control vanes (8) are arranged in a manner known per se, with which the angular position change of the flow can be measured with little power and an adjustment of the inflow heads (17) of the stator blades (24) in the direction of flow by means of amplifiers (22) is achieved, while the design of the converter set angular position of the trailing edges (16) is maintained.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that for adjusting the Flow heads (17) of the stator blades (24) between the control vanes (8) and the stator blades a path-proportional amplifier (22) is arranged.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the control wing (8) as Double wings are formed with a V-shape. Considered publications: USA: Patent Nos. 2,271,919, 2,327,647, 2,924,941, 2,933,236.