DE1728269A1

DE1728269A1 - Gestaenge fuer Statorschaufeln fuer Axialverdichter

Info

Publication number: DE1728269A1
Application number: DE19681728269
Authority: DE
Inventors: Koff Bernard Louis
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-09-22
Filing date: 1968-09-19
Publication date: 1972-03-30
Also published as: BE721089A; SE339282B; FR1580062A; US3502260A; GB1216920A

Description

Dr. Horst Schüier f* $_ep Patentanwalt '

6 Frankfurt/Main! Niddastr. 52

91O-13D-46O4

General Electric Company

1 River Road Scheneotady, N.Y. / USA

QESTXNOE PUR STATORSCHAUFELH PUR AXIALVERDICHTER

Die Erfindung bezieht sich auf Axialverdichter mit verstellbaren Statorschaufeln und insbesondere auf eine verbesserte Verbindung zwischen den Statorachaufeln und deren Steuergestänge.

2098U/0288

Bei Axi&lVerdichtern mit variabler Geometrie sind bestimmte, auf dem Umfang angeordnete Reihen von Statorschaufeln schwenkbar gelagert und um Achsen verstellbar, die radial zu dem Verdichter verlaufen, damit der Luftstrom und sein Ansetellwinkel verändert werden können. Auf diese Weise erhält man den höchsten Wirkungsgrad der Strömung, wobei gleichzeitig ein "Pumpen" (Stall) in dem Verdichter vermieden oder auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird. Die Vorrichtung zum Verstellen der Winkel der Statorschaufeln muß genau arbeiten, bei einem Mindestmaß an Wartung,eine lange Lebensdauer und ein geringes Gewicht haben, um den Erfordernissen von Gasturbinentriebwerken zum Antrieb von Luftfahrzeugen zu entsprechen. Außerdem soll die Vorrichtung zum Verstellen der Statorschaufeln einfach, wirtschaftlich herzustellen und im Hinblick auf Reparaturen der Vorrichtung selbst oder der Statorschaufeln leicht zugänglich sein, die während normaler Wartungs- und Überholungsarbeiten des Triebwerks möglicherweise erforderlich sind.

Eine der Hauptschwierigkeiten bei derartigen Vorrichtungen besteht darin, eine Verbindung zwischen Hebelarmen, die an den Statorschaufeln befestigt sind, und einem Ring zu schaffen, der die gleichzeitige Verstellung einer jeden Schaufel einer gegebenen Schaufelreihe sichert. Diese Schwenkverbindung bietet als solche schon Schwierigkeiten wegen der dreidimensionalen relativen Bewegung; denn der Hebelarm bewegt sich in einer Ebene, die tangential zum Verdiohtergehäuse verttuft, während der Ring konzentrisch zum Gehäuse schwingt.

209814/0288

Zahlreiche Vorschläge zur Befestigung von Ringen an Schaufelhebelarmen sind bekannt; sie sind in den US-Patentschriften 2. 842.305, 2.858.062, 2.933.23*, 2.936.108, 2.955.744, 3.237.918 und 3-314.595 beschrieben. Die vorgeschlagenen Verbindungen waren zwar mechanisch einwandfrei, aber alle hatten auf die eine oder andere Art Nachteile in Bezug auf die Wartung, Leistungsfähigkeit und Verschleißfestigkeit, oder sie waren unzulässig schwer oder im Aufbau zu kompliziert.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Nachteile und Beschränkungen von Verbindungen zwischen einem Ring und den Hebelarmen von veränderbaren Schaufeln in Axialverdichtern zu beseitigen oder auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

Die Erfindung, die sich auf einen Axialverdichter bezieht, weist einen Drehzapfen auf, der zur Verbindung der Schaufelhebelarme mit einem Ring benutzt wird. Jeder Drehzapfen weist eine Kugel und ein Lager auf; einer dieser beiden Teile wird an der Außenfläche des Ringes befestigt, so daß, wenn der Ring um die Verdichterachse gedreht wird, auf alle Hebel und Schaufeln gleichzeitig eine Schwenkbewegung übertragen wird, wobei die Relativbewegungen zwischen den Hebeln und den Ringen von den Drehzapfen und durch Biegung der Hebelarme aufgenommen werden. Vorzugsweise erstrecken sich Schrauben durch die Kugeln der Drehzapfen hindurch und drücken die Kugeln gegen Buchsen, die durch den Ring hindurchreichen und an den Innen- und Außen-

2098 U/0788

-H-flächen des Ringes befestigt sind.

Erfindungsgemäß wird ein Axialverdichter mit wenigstens einer auf dem Umfang angeordneten Reihe Statorsohaufeln geschaffen, die um radial zu dem Axialverdichter verlaufende Achsen schwenkbar gelagert sind und deren Anstellwinkel durch einen Verbindungsmechanismus einstellbar ist, an den Schaufeln Hebelarme sowie ein unter diesen Hebelarmen liegender Ring befestigt sind, wobei ein Drehzapfen mit jedem Hebel und der Außenfläche des Ringes verbunden ist, der Drehzapfen eine Kugel sowie ein Lager aufweist, so daß der Ring um die Verdichterache e drehbar und dadurch eine Schwenkbewegung gleichzeitig auf alle Hebel und die Schaufeln übertragbar ist, indem die Relativbewegungen zwischen den Hebeln und dem Ring von den zwischen ihnen angeordneten Drehzapfen und von der Durchbiegung der Hebelarme aufgenommen werden.

Nachstehend soll die Erfindung anhand der Beschreibung und der Zeichnungen näher beschrieben werden:

Fig. 1 zeigt die Ansicht eines Gasturbinentriebwerkes mit

Axialverdichter und einem Verbindungemechanismus zum Verstellen der Winkel der Statorschaufeln;

Fig. 2 iet eine teilweise im Sohnitt gezeichnete Längsansioht des Verdichtergehäuses, und zeigt die Verbindung einer Statorschaufel mit einem Ring;

2098U/0788

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III - III in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein typisches Gasturbinentriebwerk 10, das an einem Ende einen Einlaß 12 zu einem Axialverdichter 14 aufweist. Dieser verdichtet Luft zur Erzeugung eines heißen Gasstroms, der durch eine Düse 16 ausgestoßen wird und eine Vortriebskraft entwickelt, wenn der Antrieb als Triebwerk für ein Luftfahrzeug dient.

Der Verdichter 14 ist ein sog. Verdichter mit variabler Geometrie, bei dem bestimmte Schaufelreihen am Umfang um Achsen verstellbar angeordnet sind, die radial zum Kompressor verlaufen. Dadurch wird der Betrieb des Triebwerks unter den verschiedenen Betriebsbedingungen optimiert. Die Vorrichtung zur Verstellung der Statorschaufeln ist in Fig. 1 angedeutet. Die Schaufeln einer jeden verstellbaren Reihe sind durch Hebel 18 mit Hingen 20 (unison rings) zur einheitlichen Verstellung der Schaufeln verbunden. Die Ringe 20 sind wiederum über Glieder 22 mit einem Hebelarm 24 verbunden, der bei 26 an dem Verdichtergehäuse drehbar angelenkt ist. Ein Betätigungsglied 28 ist mit dem anderen Ende des Hebelarms 24 verbunden, so daß es eine Drehbewegung auf den Hebelarm 24 übertragen kann, die Ringe 20 sich um die Verdichterachse bewegen und die Statorschaufeln sich um Achsen drehen, die radial zu dem Verdichter verlaufen. Weitere Einzelheiten dieser Verstellvorrichtung sind in der US-Patentschrift 3.314.595 näher beschrieben.

2098U/0288

172^269

Die Figuren 2 und 3 zeigen Einzelheiten über die Verbindung zwischen einer einseinen Statorschaufel 30 und dem Ring 20. Ein Zapfen 32 auf dem Verdiohtergehäuse 34 gewährleistet« daß die Schaufel 30 um eine Achse gedreht werden kann, die radial zu dem Verdichter verläuft* Der Hebel 18 ist mit einer Schraube 36 an einem Wellenstumpf 38 befestigt, der sich von der Schaufel 30 aus durch den Zapfen 3 2 hindurch erstreckt. * diese Weise ist der Hebel 18 fest mit der Schaufel 30 verbunden. Am äußeren Ende des Hebels 18 ist ein Drehzapfen 40 angeordnet, der ein Lager 42 aufweist, das in einer Öffnung am Ende des Hebels 20 festgesteckt, eingeschmiedet oder auf andere Weise befestigt ist.

Der Drehzapfen 40 weiet ferner eine Kugel 44 auf, die in dem Lager 42 ruht und darin festgehalten wird.

Eine Schraube 46 drückt die Kugel 44 auf die Außenfläche des Ringes 20. Genauer gesagt, reicht die Schraube 46 durch ein Loch in der Mitte der Kugel 44 und durch eine Buchse 48 mit Kopf hindurch, die durch die äußeren und inneren Wände des Ringes 20 hindurch verläuft. Eine Mutter 50 ist auf das innere Ende der Schraube 46 aufgesohraubt und angezogen, so daß die Kugel 44 gegen den Kopf der Buchse 48 gedrückt wird. Die Buchse 48 ist wiederum fest mit dem Ring 20 verbunden, beispielsweise ist ihr unteres Ende an den Ring 20 angeschmiedet.

2098U/0288

Fig. 3 zeigt, auf welche Weise die zusammengesetzte Bewegung zwischen dem Ring 20 und den Statorschaufeln von der erfindungsgemäßen Verbindung aufgenonmen wird. Wenn der Ring 20 im Uhrzeigersinn schwingt, bewegt sich der Hebelarm 18 um die Kugel 44 herum und dreht sich auch relativ zur Kugel 44. Die relative, radial nach innen gerichtete Bewegung des Verbindungspunktes auf das feste innere Ende des Hebels 18 hin, wird durch einfache Biegung des Hebelarmes aufgenommen» so daß der Drehzapfen nur sehr wenig belastet wird. Die erfindungsgemäße Verbindung weist also nur eine einzige Verschleißstelle an dem Drehzapfen auf; da aus anderen Teile der Verbindung fest miteinander verbunden sind. Die Stellung, die in Fig. 3 mit ausgezogenen Linien markiert ist, entspricht vorzugsweise der Mitte der Strecke, auf der sich der Ring 20 bewegt, so daß der Hebel 18 in den gegenüberliegenden Extremlagen der Schwingung um gleiche, sehr geringe Beträge durchgebogen wird.

Es sei ferner bemerkt, daß der Ring 20, der aus zwei zusammengefügten Schalen hergestellt werden kann, einen praktisch ununterbrochenen tragenden Querschnitt auf dem Umfang hat. Das bedeutet, daß die radialen Seitenwände des Ringes ununterbrochen sind und die Innen- und Außenwände baulich ununterbrochen sind, denn die Buchse 48 und die Schraube 46 füllen die öffnungen aus, die in dem Ring für das Einsetzen der Buchsen 48 vorgesehen sind. Die Buchsen 48 sind dafür vorgesehen, daß der Ring 20 nicht einknickt, wenn die Kugel 44 gegen ihn gepreßt wird. Die Buchsen 48 können aus gehärtetem

209814/0288

Stahl hergestellt eein; der Ring 20 kann jedoch aus verhältnismäßig leichtem Material, beispielsweise Aluminium oder Titan, bestehen, so daß eine hohe Genauigkeit der gansen Verstellvorrichtung bei geringstmöglichem Gewicht und der notwendigen Steifigkeit gewährleistet ist.

Ein Fachmann dürfte in der Lage sein, die beschriebene Ausfdhrungsform gemäß der Erfindung im Rahmen der Patentansprüche abzuwandeln.

2098U/n?88

Claims

ANSPRÜCHE;

1. Axialverdichter mit wenigstens einer auf dem umfang angeordneten Reihe Statorschaufeln, die um radial zu dem Axialverdichter verlaufende Achsen schwenkbar gelagert sind und deren Ansstellwinkel durch einen Verbindungsmeohanismus einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß an den Schaufeln (30) Hebelarme (18) sowie ein unter diesen Hebelarmen (18) liegender Ring (20) befestigt sind, wobei ein Drehzapfen (40) mit jede» Hebel und der Außenfläche des Ringes (20) verbunden ist, der Drehzapfen (40) eine Kugel (44) sowie ein Lager (42) aufweist, so daß der Ring (20) um die Verdiohterachse drehbar und dadurch eine Schwenkbewegung gleichseitig auf alle Hebel (18) und Schaufeln (30) übertragbar ist, indem die Relativbewegungen zwischen den Hebeln (18) und dem Ring (20) von den zwischen ihnen angeordneten Drehzapfen (40) und durch Biegung der Hebelarme (18) aufgenommen werden.

2. Axialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jedes kugelförmige Element (44) des Drehzapfen· (40) an der Außenfläche des Ringes (20) befestigt ist.

2098U/0288

Leerseite