DE2329022A1

DE2329022A1 - Einrichtung zur verstellung der leitschaufeln einer gasturbine

Info

Publication number: DE2329022A1
Application number: DE19732329022
Authority: DE
Inventors: Miklos Talloczy
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1973-06-07
Filing date: 1973-06-07
Publication date: 1975-02-20

Description

VOLKSWAGENVEHK Aktiengesellschaft

318 Volfsl>-T- ς
Unsere Zeichens K I5O8
1702-Pt/We/Sf

6. 6. 73

Einrichtung zur Verstellung der Leitschaufeln einer Gasturbine

Sie Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verstellung der Leitschaufeln einer Gasturbine, insbesondere einer Fahrzeug-Gasturbine) wobei jede Leitschaufel von einem gemeinsamen, ringförmigen Verstellelement um eine durch Drehzapfen gebildete, in Schaufellängsrichtung liegende Drehachse verdrehbar ist.

Insbesondere bei Gasturbinentriebwerken zum Antrieb von Kraftfahrzeugen ist es bekannt, den Anstellwinkel der schwenkbar angeordneten Leitschaufeln in Abhängigkeit von verschiedenen Kriterien, wie beispielsweise der Verdichterdrehzahl, der Fahrgeschwindigkeit und der Gashebelstellung zu verändern, um dadurch im Teillastbereich einen höheren Wirkungsgrad und damit einen niedrigeren, spezifischen Brennstoffverbrauch der Anlage cu erreichen. Außerdem soll durch eine entsprechende Stellung der Leitschaufeln beim Bremsen des Fahrzeuges oder gegebenenfalls schon beim Zurücknehmen des Brennetoffhebels in die Leerlaufstellung eire Bremswirkung für das Fahrzeug vom Triebwerk her erzielt werden«

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Dazu werden die Leitschaufeln in eine solche Stellung versohvenkt, in der die Treibgase in einer dem Drehsinn der Turbine entgegengesetzten Richtung den Laufschaufelkranz beaufschlagen.

Bei einer derartigen bekannten Leitschaufelanordnung X GB-PS 737 472) sind die einzelnen ^ALeitschaufeln mit beiderseits angeordneten Drehzapfen gelagert, von denen der radial innas liegende Zapfen mit einem etwa in Umfangsriohtung angeordneten Hebelarm versehen ist, der in sich in Umfangerichtung erstreckende Schlitze eines>Steuergliedes eingreift, welches mittels eines Druckmittels in axialer Richtung verstellbar ist. Bei dieser Anordnung sind eine Vielzahl von Einselteile erforderlich, die einen erheblichen Aufwand an Kosten und Bauraum erfordern.

Die gleichen Yachteile ergeben sich bei anderen bekannten Leitsohaufel-Verstellvorrichtungen, bei denen beispielsweise die Leitschaufeln an ihren Füßen eine Stirnverzahnung aufweisen» in die ein ebenfalls mit einer Verzahnung versehenes Steuerglied lur Verstellung eingreift.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Leitsohaufel-Verstelleinrichtung der eingangs genannten Art BU schaffen, die gegenüber den bekannten Ausführungen einfach aufgebaut ist und weniger Bauraum erfordert.

Zur lösung dieser Aufgab· wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daft die Leitsohaufeln sit Abstand au den Drehzapfen angeordnete Betätigungszapfen aufweisen, die in axial verlaufende Schlitze des sur Verdrehung der Schaufeln in Umfangsrichtung antreibbaren, ringförmigen Verstellelementeβ eingreifen. Daduroh, daß gemäß der Erfindung da· ringförmige Verstellelement mit der Leitschaufel über einen direkt an ihr angebrachten Betätigungszapfen in Wirkverbindung steht, ergibt sich eine ver-

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haitniBBaBig einfache und kompakte Bauweise unter gleichzeitiger Gewährleistung einer sicheren und exakten Verstellung der Schaufeln.

Bei dieser Ausführung ist es besonders zweckmäßig, wenn die die Drehachse bildenden Drehzapfen im Bereich eines Profilendes der Leitschaufel und der Betätigungszapfen im Bereich des entgegengesetzten Profilendes angeordnet sind. Durch den verhältnismäßig großen Hebelarm sind nur verhältnismäßig geringe Verstellkräfte aufzubringen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sollen die Drehzapfen im Bereich des Profilendes der Leitschaufeln angeordnet sein, das den

in Strömungsrichtung gesehenen nachfolgenden Laufschaufeln zugewandt ist. Diese Ausführung zeigt den besonderen Vorteil, daß auch bei großen Verstellwinkeln der Leitschaufeln die Größe des Spaltes zwischen den Leit- und den in Ströoungsrichtung nachfolgenden Laufschaufeln und damit der dort entstehende Spaltverlust nur unwesentlich vergrößert wird. Ein weiterer Vorschlag der Erfindung geht dahin, den Betätigungszapfen an den radial äußeren Schaufelende anzuordnen und das ringförmige Verstellelement konzentrisch über dem äußeren, den Gasstrom begrenzenden Gehäueemantel zu führen, wobei es mit einem den sxialen Schlitz aufweisenden Absatz in einen umlaufenden Axialspalt d«a Gehäueeaantels eingreift. Dadurch werden die zur Verstellung der Leitaohaufeln erforderlichen Bauelemente aus dem radial inneren Bereich der Gasturbine, der thermisch verhältnismäßig hoch belastet ißt, entfernt und in einen Bereich verlegt, der wesentlich: günstiger zugänglich ist.

Weitere Vorteile und die wesentlischen Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen in schematischer Darstellungsweise

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Figur 1 einen Ausschnitt aus einer Gasturbine mit der Ansicht einer Leit- und einer Laufschaufel und

Figur 2 einen Schnitt gemäß den Schnittlinien H-II nach Figur 1.

In der Zeichnung ist mit 1 eine Leitschaufel und mit 2 eine Laufschaufel bezeichnet, von denen eine Vielzahl über den Umfang verteilt angeordnet sind. Während die Laufschaufeln 2 nun auf einem mit der hier nicht gezeigten Turbinenvelle verbundenen Scheibenrad 5 angeordnet sind, das sich beim Betrieb der Gasturbine in Richtung des Pfeiles I4 dreht, sind die Leitschaufeln 1 mittels Drehzapfen 6 zwischen einem äußeren Gehfiueemantel 3 und einem inneren Gehäusemantel 4 drehbar gehalten.

Zur Aufbringung einer definierten Verdrehung der Leitschaufeln 1 sind an den radial äußeren Schaufelenden Betätigungezapfen 7 vorgesehen, die in einen axialWerlaufenden Schlitz 9 eines in Umfangrichtung verdrehbaren Verstellringes 8 eingreifen. Dieser Verstellring 8 ist über dem äußeren Gehäusemantel 3 geführt und greift mit einem den axialen Schlitz 9 aufweisenden, radial nach innen vorspringenden Absatz 10 in einen umlaufenden Axialspalt 11 des Gehäusemantels 3 ein.

Die Strömungsrichtung des durch die von den Leitschaufeln 1 und den Laufschaufeln 2 gebildeten Strömungskanäle tretenden Arbeitsmittels ist in der Zeiohnung durchPfeile 12 angedeutet, während 13 den zwischen Le it schaufeln 1 und den Laufschaufeln 2 verbleibenden axialen Schaufelspalt bezeichnet.

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In der Figur 2 ist mit auegezogenen Linien eine mittlere Stellung der Leitschaufel 1 gezeigt. Daneben sind mit unterbrochenen Linien andere Stellungen angedeutet, die mit Hilfe der erfindungsgemäBen Verstelleinrichtung eingestellt werden können. Die Verstellung der Leitsohaufeln erfolgt dabei bekanntlich deshalb, weil die Schaufelkanäle zur , Wirkungsgradverbesserung den gerade bei Fahrzeuggasturbinenanlagen häufig wechselnden Betriebsdaten, wie Durchsatz und Drehzahl angepaßt werden sollen.

Auch kann durch eine entsprechende Verstellung der Leitsohaufeln, beispielsweise in die in der Zeichnung mit strichpunktiert angegebene Position, eine Bremswirkung erzielt werden, da dann im Gegensatz zu den anderen Stellungen der Leitschaufeln der Gasstrom auf den Eüoken der in Richtung der Pfeil· 14 sich bewegenden Laufschaufeln 2 geleitet wird.

Dadurch, daß gemäß der Erfindung die Verstellung mit einem einfachen, in Umfangsrichtung verdrehbaren Verstellring 8 erfolgt, der die Verstellbewegung auf den in einem axialen Spalt 9 gleitend geführten Betätigungszapfen 1 der Leitschaufel 1 überträgt, ist eine sowohl hinsichtlich des Bauaufwandes als auch des Bauraumes günstige Lösung erzielt worden. Um einen möglichst großen Hebelarm für die Verstellung der Leitschaufel 1 zur Verfügung zu haben, kann,wie in der Zeichnung gezeigt ist, die τοη den Drehzapfen 6 gebildete Drehaohse 15 an dem einen Profilende und der Betätigungszapfen an dem anderen Profilende der Leitschaufel angeordnet sein.

Schließlich geht auch aus der Figur 2 herror, daß bei einer Anordnung der Drehachs· 15 an dem Schaufelend·, das den in Strömungerichtung 12 nachfolgenden Laufschaufeln 2 zugewandt ist, auoh bei großen Verstellwinkeln dar Leitschaufel 1 kein« wesentlich· Vergrößerung d«s Schaufel«paltβ 13 f«etsust«ll«n ist, so dmfi auch di· in diesem Sohauf·!spalt «atstehendem V»r-

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luste verhältnismäßig gering bleiben. Diese Spaltverluste wurden dagegen um so größer werden, je mehr die Drehachse 15 von dem den Laufschaufeln 2 zugewandten Profilende der Leitschaufeln entfernt wird .

Insgesamt gesehen ergibt sich also durch die erfindungsgemäße Lösung eine sehr einfache und kostengünstige, aber auch bezüglich des Wirkungsgrades günstige Verstellung der Leitschaufeln, wobei das durch den Verstellring gebildete Verstellelement am radial äußeren Gehäusemantel angeordnet werden kann, wo es besser zugänglich *ist und auch thermisch nioht so sehr belastet ist, da sich hier bessere Kühlungsmöglichkeiten ergeben, die bei einer Anordnung der Verstelleinrichtung in dem als Wärmestaugebiet anzusehenden achsnahen Innenraum der Turbine weitgehend fehlen.

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Claims

ANSPRÜCHE

1·J Einrichtung zur Verstellung der Leitschaufeln einer ^v - Gasturbine, insbesondere einer Fahrzeuggasturbine, wobei Jede Leitschaufel von einem gemeinsamen, ringförmigen Verstellelement um eine durch Drehzapfen gebildete, in Schaufellängerichtung liegende Drehachse verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitsohaufeln (i)^jait Abstand zu den Drehzapfen (6) angeordnete Betätigungszapfen (7) aufweisen, die in axial verlaufende Schlitze (9) des zur Verdrehung der Schaufeln in Umfangsrichtung antreibbaren Verstellelementes (β) eingreifen.
2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Drehachse (15) bildenden Drehzapfen (6) im Bereich eines Profilendes der Leitschaufeln (1) und der Betätigungszapfen (7) im Bereioh des entgegengesetzten Profilendee angeordnet sind.

3· Verstelleinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzapfen (6) im Bereioh des Profilendes der Leitschaufeln (1) angeordnet sind, das den in Strömungsrichtung (12) nachfolgenden Lauf-

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schaufeln (2) zugewandt ist.

Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungszapfen (7) an dem radial äußeren Schaufelende angeordnet ist und daß das ringförmige Verstellelement (8) konzentrisch über dem äußeren, den Gasstrom begrenzenden Gehäusemantel (3) geführt ist und mit einem den axialen Schlitz (9) aufweisenden Absatz (10) in einen umlaufenden Axialspalt (11) des Gehäusemantels eingreift.

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