DE3145689C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leitschaufelanordnung für Turbomaschinen.

Es ist bereits eine Leitschaufelanordnung bekannt (US-PS 32 43 159), bei der die Leitschaufeln an ihren Achsen einstückig mit bogenförmigen Schuhen versehen sind, die in bogenförmigen Schlitzen gleiten können. Zum Verstellen werden die Achsen längs der Schlitze verschoben, wobei die Schuhe dann die Änderung ihrer Winkelstellung bewirken. Bei derartigen Verstelleinrichtungen ist eine sehr hohe Präzision bei der Herstellung der Schuhe und der Schlitze erforderlich.

Entsprechende Anordnungen sind bekannt, bei denen jeder Halterungszapfen innerhalb der Steuerkammer mit einem Ritzel versehen ist, das mit einem gezahnten Rad eines Steuerrades kämmt, das drehbar innerhalb der Steuerkammer angeordnet ist und durch Einstelleinrichtungen außerhalb der Kammer gedreht werden kann. Ein derartiges Gerät erfordert eine sehr exakte Montage jedes betroffenen Teiles, da es von außerordentlicher Wichtigkeit ist, daß nach jeder Einstellung alle Schaufeln die gleiche relative Winkelstellung einnehmen. Darüber hinaus müssen die äußeren Einrichtungen zur Einstellung außerhalb der Rückwand angeordnet sein. Infolgedessen erfordert eine derartige Anordnung einen großen Platzbedarf.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung dieser Art (CH-PS 4 37 615) verlaufen die Arme an den Halterungszapfen etwa radial und ihre Zapfen greifen in Schlitzen in einer Ringscheibe ein, die drehbar innerhalb der Steuerkammer ange­ ordnet und mit einer Einstelleinrichtung außerhalb der Kammer verbunden ist, mit deren Hilfe sie in eine begrenzte Drehung versetzt werden kann, die zu einem gleichförmigen Verschwenken aller Arme und daher aller Leitschaufeln führt. Bei einer derartigen Anordnung hängt eine exakte gleich­ mäßige Einstellung der Winkelstellung jeder Leitschaufel hauptsächlich von der Präzision bei der Herstellung ab und ist leichter zu gewährleisten als mit Hilfe von Zahnrädern. Jedoch erfordert auch eine derartige Anordnung, daß die äußeren Einstelleinrichtungen an der Außenseite der Rück­ wand angeordnet sind, und sie erfordert ebenfalls spezielle Halterungseinrichtungen für das Steuerelement, so daß auch eine derartige Anordnung relativ viel Platz benötigt und es erschwert, genug derartigen Raum zu erhalten, wenn die An­ ordnung in einer kompakteren Maschine verwendet werden soll, beispielsweise bei mehrstufigen Kompressoren und mit einem Antriebsgerät kombinierten Kompressoren, bei denen das Gebläserad fliegend angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leitschaufel­ anordnung zu schaffen, die außerordentlich einfach und den­ noch in der Lage ist, eine sehr gleichmäßige Einstellung der Leitschaufeln zu gewährleisten, die nur sehr geringen Platz­ bedarf aufweist und von der Außenseite der äußeren Ringwand der Steuerkammer betätigt werden kann, so daß es keinen Be­ darf für einen speziellen Raum zwischen der Außenseite der Rückwand der Steuerkammer und einem benachbarten Maschinen­ teil gibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Anord­ nung nach dem Anspruch 1 vor.

Bei einer derartigen Anordnung sind keine platzbeanspruchen­ den Halterungseinrichtungen für das Steuerelement innerhalb der Steuerkammer erforderlich, und wenn der Steuerring mit Hilfe des Einstellelementes verlagert wird, vorzugsweise in einer etwa senkrecht zu den Armen verlaufenden Richtung, so wird diesem eine rein translatorische Bewegung gegeben, bei der jeder Punkt des Ringes einem Kreisbogen folgt, dessen Radius parallel zu den Armen verläuft und die gleiche Länge wie diese besitzt. Weiterhin werden durch eine derartige translatorische Bewegung des Steuerrings alle Arme und daher alle Leitschaufeln gezwungen, sich um genau den gleichen Winkel zu verschwenken.

Wenn der relativ kleine Winkelbereich berücksichtigt wird, durch den die Schaufeln eingestellt werden müssen, so ist weiterhin diese translatorische Bewegung einer geradlinigen Bewegung sehr ähnlich, so daß sich die Einstellung des Steuerringes durch Einstelleinrichtungen erreichen läßt, die durch die äußere Ringwand der Steuerkammer hindurch in die Steuerkammer verlaufen, so daß nicht einmal die Ein­ stelleinrichtungen außerhalb der Rückwand der Steuerkammer Platz benötigen.

Hierdurch läßt sich ein weiterer Vorteil erreichen, wenn nämlich die Einstelleinrichtung einen stangenartigen Ab­ schnitt aufweist, der mit Hilfe einer Stopfbüchse gleitend in der äußeren Ringwand angeordnet ist, so daß er von außer­ halb der Ringwand betätigbar und innerhalb dieser mit dem Steuerring mit Hilfe einer Verbindung verbunden ist. Voraus­ gesetzt, daß die Wände der Steuerkammer luftdicht miteinan­ der verbunden sind, ist es ohne Nachteil möglich, daß die Steuerkammer den relativ hohen Druck der Leit­ schaufelkammer aufnimmt, so daß infolgedessen für die Schau­ felhalterungszapfen innerhalb der Rückwand des Schaufel­ durchganges, durch die die Zapfen in die Steuerkammer verlaufen, keine Abdichteinrichtungen nötig sind.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung er­ geben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt

Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt längs der Ebene der Linien I-I in Fig. 2, durch eine Leitschaufelan­ ordnung eines Kompres­ sors und

Fig. 2 einen teilweisen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 1 etwa längs der Linie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 und 2 ist ein Kompressor mit einem Gebläserad 10 dargestellt, das überhängend an einer Antriebswelle 12 be­ festigt ist. Das Gebläserad 10 bläst in einen Diffusor 14, der einen ringförmigen mit Schaufeln versehenen Diffusorab­ schnitt 16 aufweist, der in einen Spiraldiffusor 18 führt.

Der Diffusorabschnitt 16 enthält einen Durchgang 20, in dem die Leitschaufeln 22 angeordnet sind. Der Durchgang 20 wird von einer äußeren Seitenwand 24 und einer inneren Seitenwand 26 begrenzt. Diese innere Sei­ tenwand 26 begrenzt ebenfalls eine ringförmige Steuerkammer 28 an der äußeren Seite der Innenwand 26, wobei diese Steuerkammer 28 des weiteren durch eine der Innenwand 26 entgegengesetzte Rückwand 30, eine ringförmige Außenwand 32 und eine ringförmige Innenwand 34 begrenzt ist. Die Wände 26, 30, 32 und 34 sind in einer nicht dargestellten Art der­ art miteinander verbunden, daß die Verbindungen zwischen je zweien dieser Wände luftdicht sind.

Jede Leitschaufel 22 ist mit einem Halterungszapfen 36 ver­ sehen, der drehbar in der inneren Seitenwand 26 angeordnet ist und sich durch diese hindurcherstreckt. Die innere Sei­ tenwand 26 ist an ihrer Rückseite für jeden Halterungs­ zapfen 36 mit einer Büchse 37 ausgebildet, die in die Steuerkammer 28 hineinverläuft und gewährleistet, daß je­ der Halterungszapfen 36 starr von der Seitenwand 26 gehal­ tert wird. Die Achsen 38 der Zapfen 36 sind parallel und verlaufen längs einer gedachten Kreiszylinderfläche 46, siehe Fig. 1, die koaxial zu der Welle 12 verläuft.

Innerhalb der Steuerkammer 28 ist jeder Zapfen 36 an den freien Enden der Büchsen 37 mit einem Arm 40 versehen, der an seinem freien Ende mit einem Zapfen 42 versehen ist, des­ sen Achse 44 parallel zu den Achsen 38 der Zapfen 36 ver­ läuft. Alle Arme 40 sind parallel, d. h., die Ebenen durch die Achsen 38 und 44 der Arme sind parallel. Darüber hinaus ist die Länge aller Arme 40 identisch, gemessen als Abstand zwischen den zugehörigen Achsen 38 und 44.

Alle Zapfen 42 sind drehbar in einem gemeinsamen Ringelement oder Steuerring 45 befestigt, der dadurch von den Zapfen 42 getragen wird und der eine theoretische Kreiszylinderfläche 39 durch die Achsen 44 der Zapfen 42 zeigt. Die Zylinder­ fläche besitzt den gleichen Durchmesser wie die oben genann­ te Kreiszylinderfläche 46, jedoch ist ihre Mittelachse 48 von der Achse der Welle 12 um einen Abstand, der der Länge der Arme 40 wie oben beschrieben gemessen entspricht, und in Richtung dieser Arme entfernt angeordnet.

Wenn eine der Leitschaufeln 22 und dadurch der entsprechende Arm 40 um einen bestimmten Winkel um ihre Drehachse 38 ver­ schwenkt wird, wird dem Steuerring 45 insgesamt eine derarti­ ge translatorische Bewegung gegeben, daß jeder Punkt des Ringes 45 sich längs eines Kreisbogens bewegt, dessen Radius der Länge der Arme 40 gleich ist und der einen festen Mit­ telpunkt besitzt, der in jeder Stellung in dem Abstand des Radius in einer Richtung parallel zu den Armen und weg von diesem Punkt angeordnet ist. Wenn der Steuerring also eine derartige translatorische Bewegung ausführt, drehen sich infolgedessen alle Schaufeln 22 gleichzeitig und über den gleichen Winkel.

Um eine derartige translatorische Bewegung des Steuerrings 45 zu ermöglichen, ist dieser an einer Stelle, wo sein Ra­ dius etwa senkrecht zu einem Arm 40 verläuft, wenn die Schaufeln 22 eine mittlere Position zwischen zwei möglichen Endstellungen einnehmen, mit einem Schenkel 50 versehen, der an seinem freien Ende mit einem Zapfen 52 versehen ist. Dieser Zapfen 52 ist drehbar an dem inneren Ende eines Ge­ stänges 54 befestigt, dessen äußeres Ende mit Hilfe eines Zapfens 56 drehbar in einem Joch 58 befestigt ist. Dieses Joch 58 ist an dem unteren Ende einer Einstellstange 60 befestigt, die sich in axialer Richtung bewegbar durch eine Stopfbüchse 62 in der äußeren Ringwand 32 erstreckt. Diese Einstellstange 60 kann außerhalb der Wand 62 mit einer an sich bekannten Einrichtung verbunden sein, mit deren Hilfe sie in ihrer axialen Richtung zur Einstellung der Position des Steuerringes 45 und dadurch gleichzeitig der Winkel­ stellung aller Schaufeln 22 bewegt werden kann.

Daher kann, wie gezeigt, die Einstellungsstange 60 an ihrem oberen Ende mit dem Kolben eines Hydraulikzylinders 64 ver­ bunden werden, der von einem Pfosten 66 an der Oberseite der Ringwand 32 gehaltert ist und in einer nicht dargestellten Art einen Teil eines hydraulischen Servosystems bildet, das die Einstellung der Leitschaufeln 22 beispielsweise in Ab­ hängigkeit von dem Sauerstoffgehalt in einer mit Hilfe des Kompressors belüfteten Abwasseranlage übernimmt.

Claims (3)

1. Leitschaufelanordnung für Turbomaschinen mit einem von einer Außenwand (24) und einer Innenwand (26) begrenzten ringförmigen Durchgang (20), einem in dem Durchgang (20) angeordneten Ring von in ihrer Winkelstellung einstellbaren Leitschaufeln (22), wobei die Innenwand (26) an ihrer dem Durchgang (20) entgegengesetzten Seite eine Steuerkammer (28) begrenzt, die des weiteren von einer ringför­ migen Innenwand (34), einer ringförmigen Außenwand (32) sowie von einer Rückwand (30) begrenzt ist, und wobei jede Leitschaufel (22) mit einem Halterungszapfen (36) versehen ist, der drehbar in der Innenwand (26) angeordnet ist und sich durch diese in die Steuerkammer (28) erstreckt, wobei die Halterungszapfen (36) parallel zueinander und längs einer theoretischen Kreiszylinderfläche (39) verlaufende Achsen (38) aufweisen und jeder Halterungszapfen (36) in der Steuerkammer (28) mit einem Arm (40) versehen ist, dessen freies Ende schwenkbar mit einem allen Armen (40) gemeinsamen Steuerelement mit Hilfe eines Zapfens (42) verbunden ist, dessen Achse parallel zu den Achsen (38) der Halterungszapfen (36) verläuft, wobei die durch die Achsen (38, 44) der Halterungszapfen (36) und Zapfen (42) verlaufenden senkrechten Verbin­ dungslinie an allen Armen (40) parallel zueinander stehen und die gleiche Länge, gemessen als Abstand zwischen der Achse (38) des jeweiligen Halterungs­ zapfens (36) und der Achse (44) des jeweiligen Zapfens (42), aufweisen und das Steuerelement von einem Steuerring (45) gebildet ist, der mit Hilfe der Zapfen (42) von den Armen (40) getragen wird und der mit einem Einstellelement verbunden ist, das derart ausgebildet ist, daß es eine translatorische Bewegung des Steuerrings (45) bewirkt.

2. Leitschaufelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Einstellelement axial bewegbar ausge­ bildet und mit dem Steuerring (45) mit Hilfe einer Ver­ bindung (54) verbunden ist, während das Einstellelement durch die ringförmige Außenwand (32) gehaltert ist.

3. Leitschaufelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Einstellelement ein stangenarti­ ges Element (60) aufweist, das sich aus der Steuerkammer (28) durch eine in der ringförmigen Außenwand (32) ange­ ordnete Stopfbüchse (62) nach außen erstreckt.