DE1601673C - Betätigungsvorrichtung fur die schwenkbaren Leitschaufeln eines Gas turbinentnebwerks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für die mittels eines außerhalb des Triebwerksgehäuses angeordneten gemeinsamen Stellrings und je eines Lenkers schwenkbaren Leitschaufeln eines Kranzes in einem Gasturbinentriebwerk mit Mantelstrom, mit einer am Stellring angelenkten, den Turbinenmantel durchdringenden Zugstange, die an einen beidseitig beaufschlagbaren hydraulischen Stellmotor angeschlossen ist.

Bei Betätigungsvorrichtungen dieser Art besteht ein Problem immer darin, die den Turbinenmantel durchdringende Zugstange gegenüber diesem abzudichten. Einerseits muß die Zugstange mit einem bestimmten Spiel in einer im Turbinenmantel vorgesehenen Öffnung verlaufen. Dieses Spiel ist schon deshalb notwendig, um unterschiedliche Wärmedehnungen aufzufangen. Auf der anderen Seite muß die Zugstange auch abgedichtet in dieser Öffnung liegen, da auf der Innenseite des Turbinenmantels ein hoher Druck und auf der Außenseite ein geringer Druck, nämlich Atmosphärendruck, herrscht. Ein nicht oder ungenügend abgedichteter Durchtritt der Zugstange durch den Turbinenmantel würde zu Leckverlusten führen, was den Wirkungsgrad des Triebwerkes herabsetzt. Die Anordnung von Dichtungen an der Durchtrittsstelle der Zugstange durch den Turbinenmantel bringt keinen Erfolg, da die Dichtungen der auftretenden mechanischen und thermischen Belastung nicht standhalten.

Eine Anordnung des Stellmotors auf der Innenseite des Turbinenmantels beseitig zwar das Abdichtproblem. Diese Lage des Stellmotors beeinträchtigt aber dessen Zugänglichkeit, die für Wartung und Inspektion gegeben sein muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die an der Durchtrittsstelle der Zugstange durch den Turbinenmantel auftretenden Leckverluste zu vermeiden und gleichzeitig den Stellmotor so anzuordnen, daß er leicht zugänglich bleibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Stellmotor als dichtender Abschluß einer ein Bewegüngsspiel für die Zugstange zulassenden Öffnung im Triebwerksmantel außen an diesem befestigt ist und daß die Zugstange an den beidseitig beaufschlagbaren Kolben des Stellmotors mittels einer zweiarmigen Kurbel angeschlossen ist, die an jedem Ende einer Welle einen Arm trägt und zwischen diesen eine Wellendichtung aufweist, die dem Strömungsdruck innerhalb des Triebwerksmantels bzw. dem Abflußdruck am Stellmotor ausgesetzt ist.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung des Stellmotors auf der Außenseite des Triebwerksmantels ist dieser leicht zugänglich. Gleichzeitig liegt die die Abdichtung bewirkende Wellendichtung an einer Stelle, an der die thermischen Belastungen gering sind. Auch mechanisch wird die Wellendichtung wenig beansprucht, da die Welle nur geringe Winkelbewegungen durchführt, die eine Wellendichtung ohne weiteres aushält und die nicht mit den relativ größeren Hüben der Zugstange vergleichbar sind. Sollte die Wellendichtung trotzdem einmal unbrauchbar werden, besteht keine Gefahr, daß das zum Antrieb des Stellmotors verwandte hydraulische Druckmittel, z. B. Treibstoff, in das Triebwerk gelangt. Der auf der einen Seite der Wellendichtung herrschende Strömungsdruck innerhalb des Triebwerksmantels ist immer höher als der Abflußdruck des hydraulischen Druckmittels auf der anderen Seite der Wellendichtung. Es können daher nur geringe Mengen Triebwerksgase in das hydraulische Druckmittel bzw. in den Treibstoff eindringen, was im Gegensatz zu einem Durchlecken von hydraulischem Druckmittel bzw. Treibstoff in den Mantelstrom des Triebwerkes ungefährlich ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel im folgenden beschrieben. In der Zeichnung ist

ίο Fig. 1 ein Schnitt durch ein Mantelstromtriebwerk, an dem eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung angeordnet ist,

Fig. 2 ein Teilschnitt durch diejenige Stelle des Niederdruckkompressors des Triebwerkes gemäß Fig. 1, in der der Kranz der schwenkbaren Leitschaufeln angeordnet ist,

F i g. 3 ein Schnitt durch diejenige Stelle des Turbinenmantels und Triebwerksmantels, an der die Zugstange und der Stellmotor angeordnet sind,

F i g. 4 ein Schnitt durch den Stellmotor entlang der Schnittlinie 4-4 in F i g. 5 und

Fig. 5 ein Schnitt entlang der Schnittlinie 5-5 in s Fig.4. ^

Fig. 1 zeigt das Triebwerk 20 mit einem Niederdruckkompressor 22, einem Hochdruckkompressor 24, Brennkammern 26, einer Turbine 28 und einem Auslaß 30. Der Mantelstromkanal 32 ist zwischen dem Triebwerksmantel 34 und dem Turbinenmantel 36 ausgebildet.

F i g. 2 zeigt in größerem Detail, daß der Hochdruckompressor 24 mehrere axial auseinanderliegende Kränze von Statorschaufeln 40, 42 enthält, die abwechselnd mit den Rotorschaufeln 44, 46 um die Achse des Triebwerks gruppiert sind. Die Rotorschaufeln'44 und 46 sind auf der Turbinenwelle 50 befestigt (Fig. 1).

Ein Lenker 52 ist an dem Außenende jeder Statorschaufel 40 des vorderen Kranzes befestigt. Eine Winkelverstellung des Lenkers 52 führt zu einer entsprechenden Winkelverstellung einer Statorschaufel 40 selbst. Ein Stellring 54, der in F i g. 2 im Teilschnitt dargestellt ist, ist in Lagern 56 im Turbinenmantel 36 gelagert. Sämtliche Lenker 52 sind gelenkig mit dem Stellring 54 verbunden, so daß dessen Drehung eine gleichzeitige Winkelverstellung sämtlicher Lenker 52 und der zugehörigen Statorschaufeln 40 verursacht. Die Drehverstellung des Stellrings 54 erfolgt über eine Zugstange 58, die an irgendeinem Punkt auf dem Umfang des Stellrings 54 gelenkig mit diesem verbunden ist. Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, liegt die Zugstange 58 im Mantelstromkanal 32, das heißt in einer Hochdruckzone, und tritt durch den Triebwerksmantel 36 nach außen und ist dadurch zugänglich.

Auf dem Triebwerksmantel 34 ist der ferngesteuerte Stellmotor 60 angeordnet.

Gemäß F i g. 3 ist der Stellmotor 60 auf die Außenseite des Triebwerksmantels 34 an einer Stelle aufgeschraubt, an der die Zugstange 58 durch eine für diesen Zweck ausgebildete Öffnung 61 durchtritt. Der Stellmotor 60 weist einen Montageflansch 62 mit einem Bund 63 zum Einschieben in die Öffnung 61 auf, wodurch eine Dichtung entsteht.

Die Zugstange 58 ist an ihrem unteren Ende angebohrt und eine ösenschraube 64 ist in sie hineingedreht. Weiter weist der Stellmotor 60 einen Hohlraum 68 auf, der mit der Öffnung 61 in Verbindung steht. Das untere Ende der Zugstange 58 ragt in

diesen Hohlraum 68 hinein. Im Hohlraum 68 ist die ösenschraube 64 gelenkig mit dem freien Ende eines Kurbelarms 72 verbunden, der einen Teil einer Kurbel bildet; die auf einer Welle 74 sitzt.

Wie am deutlichsten aus F i g. 4 zu entnehmen ist, sitzt die Welle 74 in einer Hohlwelle 80. Ein zweiter Kurbelarm 82 ist auf das andere Ende der Hohlwelle 80 aufgesetzt wie der Kurbelarm 72. Zwischen den Kurbelarmen 72 und 82 bildet die Hohlwelle 80 einen Dichtungshalter und enthält hierzu einen Umfangsflansch 84 und eine Federhalterung 85 für eine als Labyrinthdichtung ausgebildete Wellendichtung 88. Diese liegt an der Wand einer Bohrung 86, die quer durch den Stellmotor 60 verläuft, an. Auf diese Weise wird das Innere des Stellmotors 60 in zwei getrennte gasdichte Hohlräume unterteilt, von denen der eine Hohlraum 68 bereits erwähnt wurde und den Kurbelarm 72 aufnimmt. Der andere Hohlraum 90 (F i g. 4 und 5) nimmt den Kurbelarm 82 auf.

Eine Schwenkbewegung der Kurbelarme 72 und 82 und der zugehörigen Welle 74 wird durch die Lager 92 und 94 ermöglicht, in denen die Welle 74 gelagert ist. Zugang für die Montage der Einzelteile und zum Auswechseln der Wellendichtung 88 ist über die Kappen 96 und 98 möglich. Die Kappen 96, 98 sind auf den Stellmotor 60 aufgeschraubt und bilden auf diesem' einen gasdichten Abschluß. Die Kappe 96 weist einen Nippel 100 auf, der über eine Innenbohrung 102 mit dem Hohlraum 90 in Verbindungsteht.

Der Kurbelarm 82 wird von einem beidseitig beaufschlagbaren Kolben 118 angetrieben, der in zwei gegeneinander arbeitenden Zylindern 110 verschiebbar ist, die zu dem Stellmotor 60 gehören. Beide Zylinder 110 haben einen gemeinsamen Befestigungsflansch 116, mit dem sie auf den Stellmotor 60 aufgeschraubt sind.

Der Kolben 118 bewegt sich in den Zylindern 110 senkrecht zu der Welle 74 hin und her. Der Kolben 118 hat an jedem Ende einen Kopf 120, die durch ein Joch 122 miteinander verbunden sind: Jeder ■ Kolbenkopf weist noch einen Kolbenring auf. Im Joch 122 sitzt in einem Schlitz 124 eine Rolle 126, die drehbar auf dem freien Ende des Kurbelarms 82 sitzt. Die hin- und hergehende Bewegung des KoI-bens 118 wird damit durch die Anlage der Rolle 126 in dem Schlitz 124 in eine Schwenkbewegung des Kurbelzapfens 74 übertragen. Um eine Drehung des Kolbens 118 in den Zylindern 110 zu vermeiden und um eine zweckentsprechende Verbindung zwischen dem Joch und der Rolle 126 sicherzustellen, sitzt ein Führungsstift 128 in der Mitte des Jochs an dessen unterer Seite und ragt in einen Schlitz 130 im Gehäuse hinein.

Beide Zylinder 110 weisen an ihrem geschlossenen Ende je einen Ansatz 140 auf, die unter Bildung einer Bohrung 142 gebohrt sind. Jeder Ansatz 140 hat ein Außengewinde und trägt eine Schraubkappe 144. Diese dienen zum Anschluß von Druckleitungen 146. Damit wird über die Bohrungen 142 ein Druckmittel in die Zylinder 110 eingebracht, was die Hin- und Herbewegung des Kolbens 118 bewirkt.

In die Bohrungen 142 sind längsgebohrte Stellschrauben 148 eingeschraubt. Jede Schraube 148 hat einen Kopf 152, der einen einstellbaren Anschlag für den jeweiligen Kopf 120 des Kolbens 118 bildet. Die Schrauben 148 werden in axialer Richtung in ihren jeweiligen Zylindern eingestellt und dann mit einer Gegenmutter 154 gehalten.

Der vorstehend beschriebene Betätiger verwendet Hochdruck-Treibstoff als Antriebsmittel für den Kolben 118. Dieser unter Druck stehende Treibstoff wird über ein Wählventil dem einen oder dem anderen Zylinder 110 zugeführt, was von der vorzunehmenden Verstellung bei der Einstellung der Statorschaufeln 40 abhängt. Der andere Zylinder wird dann über das gleiche Ventil entlüftet, und der bereits in dem Zylinder 110 vorhandene Treibstoff entweicht auf diese Weise. Zur bestmöglichen· Vermeidung von Dicntungsproblemen ist der Hohlraum 90 über den Nippel 100 und eine dort angeschlossene Leitung ständig mit der Eingangsseite der Pumpe verbunden. Das heißt, daß jede am Umfangsflansch 84 und der Wellendichtung 88 auftretende Undichtigkeit in der Richtung vom Hochdruck-Hohlraum 68 zu dem Niederdruck-Hohlraum 90 und damit in der sicheren Richtung stattfindet.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   - Betätigungsvorrichtung für die mittels eines außerhalb des Triebwerksgehäuses angeordneten gemeinsamen Stellrings und je eines Lenkers schwenkbaren Leitschaufeln eines Kranzes in einem Gasturbinentriebwerk mit Mantelstrom, mit einer am Stellring angelenkten, den Turbinenmantel durchdringenden Zugstange, die an einen beidseitig beaufschlagbaren hydraulischen Stellmotor angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (60) als dichtender Abschluß einer ein Bewegungsspiel für die Zugstange (58) zulassenden öffnung (61) im Triebwerksmantel (34) außen an diesem befestigt ist und daß die Zugstange an den beidseitig beaufschlagbaren Kolben (118) des Stellmotors mittels einer zweiarmigen Kurbel angeschlossen ist, die an jedem Ende einer Welle (74) einen Arm (72 bzw. 82) trägt und zwischen diesen eine Wellendichtung (88) aufweist, die dem Strömungsdruck innerhalb des Triebwerksmantels (34) bzw. dem Abflußdruck am Stellmotor ausgesetzt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen