DE2307656C3 - Vorrichtung zur Verstellung der Gebläselaufschaufeln eines Laufrades für Turbinenstrahltriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verstellung der Gebläseschaufeln eines für den Durchsatz verschiedener konzentrischer Massenströme ausgelegten Laufrads eines Turbinenstrahltriebwerks, wobei ein Teil der Verstellvorrichtung in einem die Lagerung der verstellbaren Gebläseschaufeln des Sekundärkreises enthaltenden koaxialen Zwischenraum zwischen diesen und einer weiteren dem Primärkreis zugeordneten Beschaufelung des Laufrads angeordnet ist.

Eine derartige Vorrichtung ist durch die US-PS 198 bekannt.

Bei dieser bekannten Vorrichtung erfolgt die Verstellung der äußeren Geblaseschaufeln des Laufrads über ein im nabenseitigen Bereich des Laufrads angeordnetes Verstellgetriebe, von dem mehrere söge* nannte »Steckwellen« abzweigen, die sich ihrerseits jeweils in den koaxialen Zwischenraum - zwischen der äußeren Gebläsebeschaufelung für dert Sekundär» kreis Und der Weiteren GebiäsebeschäUfelüng für den

Primärkreis - erstrecken.

Die »Steckwellen« sind hierbei durch die feste Gebläsebeschaufelung des Primärkreises hindurchgefuhrt und korrespondieren abtriebsseitig mit einem sich in besagtem Zwischenraum zwischen den beiden verschiedenen Beschaufelungen in Umfangsrichtung erstreckenden Zahnradwellen-Verteiler-Getriebe, welches mit sämtlichen äußeren Gebläselaufschaufeln zwecks deren gleichzeitiger Verstellmöglichkeit kraftschlüssig gekoppelt sein soll.

Neben der getriebeseitigen Kompliziertheit wird ein weiterer Nachteil bei der bekannten Vorrichtung darin gesehen, daß infolge des verhältnismäßig weitreichenden Übertraglingsweges für das Gebläse- * schaufelverstellmoment sowie weiter infolge des gecriebeseitig bedingten Zahnspiels eine direkte und insbesondere gleichmäßige Übertragung des erforderlichen Schaufelverstellmomentes nicht bzw. kaum gewährleistet werden kann.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung (DE-OS 1428075) zur Verstellung der äußeren Gebläseschaufein eines lediglich einfluiig ausgebildeten Axialgebläserads für Strömungsmaschinen soll das zur Gebläseschaufelverstellung erforderliche Verstellmoment über einen zentral in das jeweilige Laufradgehäuse hineinragendes Verstellglied (Verstellbolzen bzw. Verstellhülse), welches über ein Kugellager mit einer Verstellscheibe kraftschlüssig verbunden ist, übertragbar sein, wobei in eine äußere Führungsnut der Verstellscheibe Kulissensteine von mit den jeweiligen Gebläseschaufeln gekoppelten Winkelhebeln eingreifen.

Das Gebläseschaufelverstellmoment soll im vorliegenden bekannten Fall von außen entweder über eine Gelenkwelle, Spindeln, Kugelmuttern und mit den letzteren gekoppelte Winkelhebel oder über ein auf eine Kurbel- bzw. Exzentwelle wirkendes Hebelgestänge auf das jeweilige Verstellglied übertragen werden können.

Nachteile dieser bekannten Verrichtung dürften zum einen in dem verhältnismäßig komplizierten Gesamtaufbau der Vorrichtung - (Übertragung des erforderlichen Verstellmoments aus dem achsseitigen Bereich nach außen) - sowie zum anderen in der verhältnismäßig großen Anzahl für die Schaufelverstellverstellung zu bewegender Teile zu sehen sein mit der Folge verhältnismäßig großer Reibkräfte sowie einer negativen Beeinflussung der Verstellgenauigkeit und des Störanfälligkeitsgrades.

Darüber hinaus dürfte sich die bekannte Vorrichtung nicht für den praktischen Einsatz bei einem Laufrad für Turbinenstrahltriebwerke eignen können, velches dür den Durchsatz verschiedener konzentrischer Massenströme auszulegen wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach der eingangs genannten Art gegenüber Bekanntem so zu verbessern, daß unter Berücksichtigung einer mehrflutigen Laufradkonzeption für Turbinenstrahltriebwerke in Mehrstrom-Bauweise eine verhältnismäßig einfache, direkte Übertragung des benötigten Verstellmoments von den Antriebseinrichtungen auf die verstellbaren Gebläseschaufeln gewährleistet ist,

Ausgehend von einer Einrichtung nach der ein^

gangs genannten Gattung ist die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet:
a) innerhalb eines dem Laufrad vor- oder nachge-

schalteten, zwischen Strömungsführungskanälen des Primär- und Sekundärkreises liegenden Ringraums ist ein koaxial zur Verlängerung der Laufradfachse angeordnetes Wälzlager an einem gehäusefesten, ringförmigen Führungselement axial verschiebbar gehaltert;

b) mittels innerhalb des Ringraums angeordneter Verstelleinrichtungen ist die zur Gebläseschaufelverstellung erforderliche Verstellkraft über den Außenring auf das Wälzlager übertragbar; IQ

c) der Innenring des Wälzlagers ist mit einem koaxial angeordneten Ringkörper verbunden, der In den zwischen den Gebläseschaufeln und der weiteren Beschaufelung des Laufrads liegenden Zwischenraum hineinragt und dort mit Verstellhebeln an den Schaufelfüßen der Gebläseschaufeln gekoppelt ist.

Nebe.n der direkten sowie einer gleichmäßigen Ubertragungsmöglichkeit des Verstellmoments für alle zu wählenden Endstellungen der Gebläseschaufein - bei im Betrieb rotierendem Laufrad - wird ein weiterer Vorteil der Vorrichtung in einer raumsparenden Ausführungs- und Anordnungsmöglichkeit am Triebwerk gesehen.

Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes wird auf die Unteransprüche verwiesen.

An Hand der Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen teilweisen Axialschnitt de; Vorrich- so tung an einem Laufradabschnitt sowie zwischen diesem nachgeschalteten Partien eines Primär- sowie Sekundärstromkanals eines Turbinenstrahltriebwerks,

Fig. 2 die Vorderansicht von Einzelheiten der Vorrichtung unter Zuordnung eines verstellbaren Gebläseschaufelpaares an einem abgebrochen dargestellten Teil des Laufrads nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Draufsicht von Einzelheiten der Vorrichtung an einem Laufradabschnitt nach Fig. 1 und 2.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Laufrads für ein in Mehrstrombauweise ausgeführtes Turbinenstrahltriebwerk. Das Laufrad 1 weist einen inneren Satz koaxial zur Laufradachse angeordneter Verdichterlaufschaufeln 2 auf, welche verdichtete Luft in einen Strömungsführungskanal 3 des Primärkreises der Grundtriebwerkseinheit fördern. Außen ist das Laufrad 1 mit einer Anzahl gleichförmig am Umfang verteilt angeordneter, verstellbarer Gebläseschaufeln 4 versehen, weiche verdichtete Luft in einen koaxial zur Verlängerung der Laufradachse bzw. Triebwerkslängsachse angeordneten Strömungsführungskanal 5 des Sekundärkreises fördern.

Der Abschnitt 6 des Laufrads kennzeichnet u. a. die Lagerung und Halterung der Gebläseschaufeln 4.

Innerhalb eines dem Laufrad 1 nachgeschalteten, zwischen den Strömungsführungskanälen 3.5 des Primär- und Sekundärkreises liegenden Ringraums 7 ist die Vorrichtung zur Verstellung der Gebläseschaufeln 4 hauptsächlich angeordnet.

Als Verstelleinrichtungen für die üebläseschaufeln 4 schließt dabei die Vorrichtung mehrere mit gleichmäßigen Abständen zueinander sowie konzentrisch innerhalb des Ringraums 7 angeordnete Verstellzylinder 8 ein mit axial darin verschiebbaren, hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Verstellkol· ben.

Die Verstellzylinder 8 sind an einem festen Gehäuseabschnitt 9 angeordnet.

An Stelle der Verstellzylinder mit Verstellkolben können Huch elektromagnetisch betätigbare Verstelleinrichtungen vorgesehen sein.

Mit den Verstellkolben verbundene, aus den Verstellzylindern 8 herausgeführte Kolbenstangen 10 sind über Ringelemente 11,12,13 mit dem Außenring 14 eines koaxial zur Verlängerung der Laufradachse bzw. Triebwerkslängsachse sowie axial verschiebbar angeordneten Wälzlagers 15 verbunden.

Ein am Gehäuseabschnitt 9 fest angeordnetes ringförmiges Führungselement 16 umgreift einerseits mit einem in Achsrichtung verlaufenden äußeren Abschnitt 17 einen ebenfalls in. Achsrichtung verlaufenden Abschnitt des Ringelements 11. Andererseits umgreift das ringförmige Führungselement 16 mit einem in Achsrichtung verlaufenden inneren Abschnitt

18 den Innenring 19 des Wälzlagers 15. An dem ringförmigen Führungselement 16 sind ferner Axialnutenführuiigen 20 für den Eingriff von Zähnen 21 de;, mit dem Außenring 14 des Wäb .gers 15 verbundenen Ringelements 13 vorgesehen.

Auf diese Weise ist das Wälzlager 15 axial verschiebbar sowie radialelastisch sich abstützend an dem ringförmigen Führungselement 16 gehaltert.

Zu- Übertragung der für die Verstellung der Gebläseschaufeln 4 benötigten Verstellkraft vom Wälzlager 15 über das bei Betrieb des Strahltriebwerks rotierende Laufrad 1 hinweg auf die Gebläseschaufeln 4 ist der mit diesem stets mitrotierende innere Lagerring

19 mit einem koaxial zur Laufradachse bzw. deren Verlängerung angeordneten Ringkörper 24 verbunden.

Gemäß der in einer waagerechten Ebene abgewikkelt dargestellten Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 3 weist der Ringkörper 24 in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnete Vorsprünge 25 auf. welche über Gelenklager 26 (Fig. 2) mit Verstellhebeln 27 der Gebläseschaufeln 4 verbunden sind.

An Hand mit ausgezogenen Linien oder strichpunktiert dargestellten Konturen erläutert Fig. 3 zwei jeweils unterschiedliche Stellungen der Gebläseschaufeln 4, resultierend aus einer Verstellbewegung des Ringkörpers 24 von links nach rechts mit sinngemäßer Veränderung der Lage der Vorsprünge 25.

Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Gebläseschaufeln 4 jeweils mit einem Schaft 28 innerhalb eines ringförmigen Lagerträgers 29 radial gelagert. Zur axialen Lagerung und Aufnahme der bei Rotation des Laufrads 1 auftretenden Schaufelfliehkräfte dient weiter ein zwischen einem rotationssymmetrischen Absatz 30 des jeweiligen Schaufelschaftes 28 und dem Lagerträger 29 angeordnetes Nadellager 31.

Pie Vorrichtung soll ferner bei Strahltriebwerkskonfigurationen eingesetzt werden können, bei denen die jeweilige Ldi'gsmittelachse des betieffenden Gebläselaufrads gegenüber der Längsmittelachse der Grundtriebwerkseinheit räumlich versezt angeordnet ist.

Die Vorrichtung kann weiter bei einem u. a. als Heckgebldse eines Strahltriebwerkes fungierenden Laufrad anwendbar sein, welches — mit einem inneren Satz konzentrisch zur Laufradachse angeordneter Turbinenlaufschaufeln versehen - vom Gasstrom der Grundtriebwerkseinheit angetrieben werden könnte.

Darüber hinaus wäre die Vorrichtung auch bei Axialgebläselaufrädern von Hubtriebwerken in Flach-Bauweise einsetzbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verstellung der Gebläseschaurein eines für den Durchsatz verschiedener konzentrischer Massenströme ausgelegten Laufrads eines Turbinenstrahltriebwerks, wobei ein Teil der Verstellvorrichtung in einem die Lagerung der verstellbaren Gebläseschaufeln des Sekundärkreises enthaltenden koaxialen Zwischenraum zwischen diesen und einer weiteren dem Primärkreis zugeordneten Beschaufelung des Laufrads angeordnet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Innerhalb eines dem Laufrad vor- oder nachgeschalteten, zwischen Strömungsführungskanälen (3, S) des Primär- und Sekundärkreises liegenden Ringraums (7) ist ein koaxial zur Verlängerung der Laufradachse angeordnetes Wälzlager (15) an einem gehäuseresten, ringförmigen Führungselement (16) axiai verschiebbar gehauen;
mittels innerhalb des Ringraums (7) angeordneter Verstelleinnchtungen ist die zur Gebläseschaufelverstellung erforderliche Verstellkraft über den Außenring (14) auf das Wälzlager (15) übertragbar;

c) der Innenring (19) des Wälzlagers (15) ist mit einem koaxial angeordneten Ringkörper (24) verbunden, der in den zwischen den Gebläseschaufeln (4) und der weiteren Beschauf·. lung des Laufrads (1) liegenden Zwischenraum hineinragt -nd dort mit Verstellhebeln (27) an den Schaufelfüßen der Gebläseschaufeln (4) gedoppelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellhebel (27) der Gebläseschaufeln (4) über Gelenklager (26) mit dem Ringkörper (24) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtungen hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch betätigbar sind.

b)