DE2643607B1

DE2643607B1 - Vorrichtung zur uebertragung und ermittlung des wahren schaufelanstellwinkels verstellbarer leitschaufeln einer turbomaschine, insbesondere eines gasturbinentriebwerks

Info

Publication number: DE2643607B1
Application number: DE19762643607
Authority: DE
Inventors: Richard Essing
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1976-09-28
Filing date: 1976-09-28
Publication date: 1977-09-29
Also published as: DE2643607C2

Description

Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besteht in deren
verhältnismäßig leichter Montage am bereits fertig montierten Triebwerk. Etwaige von der Vorrichtung selbst z.B. durch Verschleiß verursachte Meßfehlerquellen erzwingen demnach keinerlei Zerlegungen von Triebwerksbaugruppen oder gar Demontagearbeiten am Leitschaufelverstellmechanismus.
Infolge ihres Aufbaus und ihrer Möglichkeit der Anordnung eignet sich die Vorrichtung vorteilhafter Weise für den Einsatz bei Gasturbinentriebwerken mit konstruktionsbedingt gedrungen zueinander angeordneten Triebwerksbaugruppen, wie z. B. bei Kleingasturbinentriebwerken für Fahrzeugen oder bei Hubstrahltriebwerken in Flachbauweise.
Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen weiter erläutert, es zeigt F i g. 1 einen ersten, teilweise als Mittellängsschnitt dargestellten oberen Abschnitt der ins Triebwerksgehäuse eingesetzten Vorrichtung und F i g. 2 einen teilweise als Mittellängsschnitt dargestellten unteren Abschnitt der Vorrichtung nach F i g. 1 in der Zuordnung zum verstellbaren Leitschaufelkranz der Nutzleistungsturbine eines Gasturbinentriebwerks.
Gemäß F i g. 2 weist eine der verstellbaren Leitschaufeln 1 eines Leitschaufelkranzes einer Nutzleistungsturbine 2 eines Gasturbinentriebwerks einen verlängerten Drehzapfen 3 auf, der mit einer Hohlwelle 4 der Vorrichtung verbindbar ist, welche Hohlwelle 4 innerhalb eines von außen über eine Öffnung 5 (F i g. 1) des Triebwerksgehäuses 6 einführbaren und darin festlegbaren hülsenartigen Körpers 7 verdrehbar gelagert ist. Ein an dem hülsenartigen Körper 7 befestigter induktiver Signalgeber 8 tangiert mittels eines federbelasteten Stößels 9 eine mit der Hohlwelle 4 bzw. mit deren oberer Verlängerung 10 verbundene Kurvenscheibe 11. Der federbelastete Stößel 9 soll im Interesse eines exakten Meßergebnisses die durch die Drehbewegung der Kurvenscheibe 11 entstehenden Querkräfte kompensieren.
Zwischen der Hohlwelle 4 und deren oberer Verlängerung 10 ist eine Membrankupplung 12 zwecks Dämpfung etwaiger thermisch bedingter Relativbewegungen der Leitschaufel 1 vorgesehen. Die Membrankupplung kann aus je einem oberen sowie einem unteren an einem Ring axial-elastisch angeordneten Bauteil aufgebaut sein.
Der hülsenartige Körper 7 weist ferner auf der dem Drehzapfen 3 abgewandten Seite einen rotationssymmetrisch aufgeweiteten Gehäuseaufsatz 13 auf, in welchem die Membrankupplung 12 sowie die Lagerung der oberen Verlängerung 10 der Hohlwelle 4 und der Kurvenscheibe 11 untergebracht sind. Der Signalgeber 8 ist auf der der Kurvenscheibe 11 zugewandten Seite mit dem Gehäuseaufsatz 13 des hülsenartigen Körpers 7 verschraubt.
Wie aus F i g. 1 weiter hervorgeht, ist die Kurvenscheibe 11 drehfest mit einem mit der oberen Verlängerung 10 der Hohlwelle 4 und mit dem oberen Bauteil der Membrankupplung 12 verbundenen, hülsenartigen Tragkörper 20 für die Außenringe 21, 22 zweier Kugellager verschraubt. Die Innenringe 23, 24 der beiden Kugellager sind an einem koaxial zur Verlängerung 10 der Hohlwelle 4 angeordneten hülsenartigen Vorsprung 25 des lösbaren oberen Gehäusedeckels des Gehäuseaufsatzes 13 befestigt Anstelle der erwähnten und dargestellten Kugellager können auch Gleitlager vorgesehen sein.
Wie weiter aus F i g. 1 entnehmbar, ist die Vorrichtung mit einer Rohrverschraubung 26 in der Öffnung 5 des Triebwerksgehäuses 6 festlegbar.
Eine Innensechskantschraube 27 (F i g. 2) ermöglicht weiter eine von außen leicht lösbare Verbindung zwischen der Hohlwelle 4 und dem verlängerten Drehzapfen 3 der Leitschaufel 1.
Im übrigen kann die Hohlwelle 4 über eine konische Nut-Feder-Verbindung mit dem verlängerten Drehzapfen 3 der Leitschaufel 1 verbunden sein.
In F i g. 2 bezeichnet 28 einen mit dem Drehzapfen 3 der verstellbaren Leitschaufel 1 gekoppelten Verstellhebel, der in einen Zahnkranz 29 eines ringförmigen Verstellgliedes 30 eingreift, welches über einen oder mehrere Schwenkhebel 31 einer umfangsseitigen, motorisch verursachten Drehbewegung für die Leitschaufelverstellung unterworfen wird.
Im Interesse eines exakten Meßergebnisses wirken sich die spielfreie Lagerung der Kurvenscheibe, die spielfreie Verschraubung des Signalgebers mit dem Gehäuseaufsatz und die präzise Halterung und Zentrierung der Vorrichtung am Triebwerksgehäuse bzw.
Turbinenaußengehäuse äußerst vorteilhaft aus.
Im übrigen sind bei der Vorrichtung die Kurvenscheibe und der induktive Signalgeber durch einen Drehpotentiometer ersetzbar, der am Gehäuseaufsatz festgelegt und von der Verlängerung der Hohlwelle angetrieben werden könnte.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Übertragung und Ermittlung des wahren Schaufelanstellwinkels verstellbarer Leitschaufeln einer Turbomaschine, insbesondere eines Gasturbinentriebwerks, wobei eine verstellbare Leitschaufel eines Leitschaufelkranzes einen verlängerten Drehzapfen aufweist, welcher mit einem Signalgeber zusammenwirkt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der verlängerte Drehzapfen mit einer Hohlwelle (4) verbindbar ist, welche innerhalb eines von außen über eine Öffnung (5) des Triebwerksgehäuses (6) einführbaren und darin festlegbaren hülsenartigen Körpers (7) verdrehbar gelagert ist, an dem auch der Signalgeber (8) befestigt ist, der - als induktiver Signalgeber ausgebildet - mittels eines federbelasteten Stößels (9) eine mit der Hohlwelle bzw. mit deren oberer Verlängerung (10) verbundene Kurvenscheibe (11) tangiert, wobei zwischen der Hohlwelle (4) und deren oberer Verlängerung (10) eine Membrankupplung (12) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenartige Körper (7) auf der dem Drehzapfen (3) abgewandten Seite einen rotationssymmetrisch aufgeweiteten Gehäuseaufsatz (13) aufweist, in welchem die Membrankupplung (12), die Lagerung der oberen Verlängerung (10) der Hohlwelle (4) und der Kurvenscheibe (11) untergebracht sind, wobei der Signalgeber (8) auf der der Kurvenscheibe (11) zugewandten Seite am Gehäuseaufsatz (13) festlegbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (11) drehfest an einem mit der oberen Verlängerung (10) der Hohlwelle (4) und/oder mit dem oberen Bauteil der Membrankupplung (12) verbundenen, hülsenartigen Tragkörper (20) für die Außenringe (21, 22) zweier Kugellager angeordnet ist, deren Innenringe (23, 24) an einem koaxial zur Verlängerung (10) der Hohlwelle angeordneten hülsenartigen Vorsprung (25) des lösbaren oberen Gehäusedeckels des Gehäuseaufsatzes (13) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Rohrverschraubung (26) in der Öffnung (5) des Triebwerksgehäuses (6) festlegbar ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (4) über eine konische Nut-Feder-Verbindung mit dem verlängerten Drehzapfen (3) der Leitschaufel (1)-verbunden ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Kurvenscheibe und des induktiven Signalgebers ein von der Verlängerung der Hohlwelle antreibbarer Drehpotentiometer am Gehäuseaufsatz festlegbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung und Ermittlung des wahren Schaufelanstellwinkels verstellbarer Leitschaufeln einer Turbomaschine, insbesondere eines Gasturbinentriebwerks, wobei eine verstellbare Leitschaufel eines Leitschaufelkranzes einen verlängerten Drehzapfen aufweist, welcher mit einem Signalgeber zusammenwirkt.

Die Erfindung geht von einer durch die GB-PS 11 05 926 bekannten Vorrichtung aus; mittels dieser bekannten Vorrichtung soll eine unerwünschte Rotation des Rotorsystems eines ausgefallenen Gasturbinenstrahltriebwerks - bei intakten übrigen Triebwerken - infolge des beim angefallenen Triebwerks eintrittsseitig vorhandenen Staudrucks verhindert werden.

Hierzu sind bei der bekannten Vorrichtung die Leitschaufeln der letzten Stufe des Verdichters aus einer ersten Endstellung, in der die Durchströmquerschnitte zwischen den verstellbaren Leitschaufeln voll geöffnet sind, in eine zweite Endstellung verschwenkbar, in der der Luftdurchsatz durch das Triebwerk abgesperrt werden soll. In der zweiten Endstellung sollen die Leitschaufeln nach dem Triebwerksausfall gleichzeitig arretiert bleiben.

Mittels eines am verlängerten Drehzapfen mindestens einer dieser verstellbaren Leitschaufeln angeordneten Zeigers ist es bei dieser bekannten Vorrichtung lediglich durch örtliche In-Augenscheinnahme - also z. B. nach erfolgter Landung des Flugzeugs -feststellbar, ob sich die Leitschaufeln in der ersten oder in der zweiten Endstellung befinden; bei eventuell eingetretenem Triebwerksausfall wäre hierbei die Arretierung der Leitschaufeln zu lösen, um sie über die Leitschaufelverstelleinrichtung wieder in die erste Endstellung zurückschwenken zu können.

Bei der bekannten Vorrichtung ist es demnach weder vorgesehen, noch möglich, den tatsächlichen Anstellwinkel der verstellbaren Leitschaufeln über deren gesamten Verstellbereich während des Triebwerksbetriebes überwachen zu können.

Der tatsächliche Anstellwinkel verstellbarer Verdichter- oder Turbinenleitschaufeln ist aber ein wichtiger Parameter für eine optimale Strömungsmaschinen- bzw.

Gasturbinentriebwerksregelung, zunìal schon geringe Abweichungen der Leitschaufel - Ist-Stellung von der Soll-Stellung - zu sogenanntem Verdichterpumpen bzw. Übertemperaturen an Heißteilen, z. B. an der Brennkammer und an der Turbine, führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der der tatsächliche Schaufelansteliwinkel verstellbarer Leitschaufeln über deren gesamten Verstellbereich auf verhältnismäßig einfache Weise übertragen und ermittelt werden kann.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß der verlängerte Drehzapfen mit einer Hohlwelle verbindbar ist, welche innerhalb eines von außen über eine Öffnung des Triebwerksgehäuses einführbaren und darin festlegbaren hülsenartigen Körpers verdrehbar gelagert ist, an dem auch der Signalgeber befestigt ist, der - als induktiver Signalgeber ausgebildet - mittels eines federbelasteten Stößels eine mit der Hohlwelle bzw. mit deren oberer Verlängerung verbundene Kurvenscheibe tangiert, wobei zwischen der Hohlwelle und deren oberer Verlängerung eine Membrankupplung angeordnet ist.

Hierbei ist es vorteilhaft, daß das Leitschaufelstellungssignal direkt von der mit dem verlängerten Drehzapfen der Leitschaufel verbundenen Hohlwelle bzw. deren oberer Verlängerung angenommen werden kann, ohne daß die Genauigkeit des Stellungssignals infolge thermischer Einflüsse auf die Leitschaufelverstelleinrichtungen sowie auf die mit dem Drehzapfen versehene Leitschaufel in Mitleidenschaft gezogen werden soll.