DE3201009C2

DE3201009C2 - Verstelleinrichtung zur Verstellung des Abblaseventils und der Leitschaufeln eines Gasturbinenkompressors

Info

Publication number: DE3201009C2
Application number: DE3201009A
Authority: DE
Inventors: Robert E. Stepney Conn. Johnson; Frederick J. Trunbull Conn. Pekari
Original assignee: Avco Corp
Current assignee: Avco Corp
Priority date: 1981-03-23
Filing date: 1982-01-12
Publication date: 1987-01-29
Also published as: SE8107799L; FR2502247A1; FR2502247B1; US4403912A; GB2095341B; CA1162748A; IT8220333A0; GB2095341A; IT1151515B; DE3201009A1; BR8201674A; JPS57193800A

Abstract

Es wird ein Verbindungssystem für das Betätigen der verstellbaren Schaufeln und des Luftabblasventils eines Gasturbinen-Kompressors geschaffen und weist eine einzige Betätigungsvorrichtung und einen Verbindungsmechanismus auf. Der Letztere wird gebildet durch ein erstes, der Betätigung dienendes Verbindungsteil, das sich zu dem Abblasventil hin erstreckt und ein zweites, der Betätigung dienendes Verbindungsteil erstreckt sich zu den verstellbaren Leitschaufeln, und ein zwischengeordneter Kurbelmechanismus ist mit den ersten und zweiten Verbindungsteilen und ebenfalls der einzigen Betätigungsvorrichtung verbunden. Das Verbindungssystem arbeitet dergestalt, daß die lineare Bewegung ausgehend von der einzigen Betätigungsvorrichtung in eine in mehreren Ebenen erfolgende, intermittierende Drehbewegung der Verbindungsteile übersetzt wird, die sich zu den verstellbaren Schaufeln und dem Abblasventil des Kompressors hin erstrecken. Bei einer abgewandelten Ausführungsform in Militärflugzeugen ist die einzige Betätigungsvorrichtung vorzugsweise über dem Kompressorgehäuse angeordnet, so daß dieselbe gegenüber eigentlichen Bodenbeschuß weniger verletzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung zur Verstellung des Abblaseventils und der Leitschaufeln eines Gasturbinenkompressors, das auf der Außenseite des Kompressorgehäuses angeordnet ist und mit dem über eine erste Verstellvorrichtung das Abblaseventil und über eine zweite Verstellvorrichtung die Leitschaufeln verstellt werden, wobei beide Verstellvorrichtungen durch eine Betätigungsvorrichtung über einen Hebelmechanismus betätigt werden.
Anhand der GB-PS 7 13 436 ist eine einschlägige Vorrichtung bekannt, um mit einer einzigen Betätigungsvorrichtung das Abblaseventil gleichzeitig mit den Leitschaufeln eines Gasturbinenkompressors zu verstellen. Nachteilig ist dabei, daß die Verstellung des Abblaseventils und der Leitschaufeln über einen Hebelmechanismus gleichzeitig erfolgt.
Bei dem Inbetriebsetzen des Gasturbinenkompressors ist das Abblaseventil voll geöffnet, und die Leitschaufeln müssen eine bestimmte Winkelstellung haben. Bei der Beschleunigung wird das Abblaseventil progressiv in die vollständig geschlossene Lage überführt, und sodann werden die Leitschaufeln in eine derartige Stellung gebracht, daß dieselben unter den jeweils vorliegenden Arbeitsbedingungen einen optimalen Betrieb des Kompressors ermöglichen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verstelleinrichtung der bekannten Art zu schaffen, mit der eine den Betriebszustand des Kompressors besser angepaßte Verstellung des Abblaseventils und der Leitschaufeln durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hebelmechanismus zwei auf einer Achse parallel zur Gehäuseachse drehbar gelagerte Naben und mit Kurbelarmen zur Betätigung eines Verbindungsgliedes zu einem Kurbelarm des Abblaseventils und zur Betätigung eines Verbindungsgliedes zur Leitschaufelverstellvorrichtung aufweist, und daß der Kurbelarm mit dem Verbindungsglied über eine in einem Langloch des Verbindungsgliedes geführte Stiftverbindung gelenkig verbunden ist, wobei die Nabe mit dem Kurbelarm durch die in Richtung B wirkende Betätigungsvorrichtung über einen mit Abstand von der Nabe an dieser angeordneten Kurbelstift gedreht wird, wodurch das Abblaseventil aus der Stellung A-A in die Stellung C-C bewegt wird und die Stiftverbindung sich anschließend gegen die Kraft einer Feder im Langloch bewegt, wobei der Kurbelstift nach einer bestimmten Drehung in Eingriff mit einer Ausnehmung eines Hebelarms der Nabe kommt und so die Leitschaufelverstellvorrichtung gegen die Kraft einer Feder betätigt.
Der erfindungsgemäß erzielte Vorteil ist im wesentlichen darin zu sehen, daß die hier geschaffene Verstelleinrichtung höchst zuverlässig arbeitet, relativ preiswert in der Herstellung ist und durch die besser angepaßte Verstellung des Abblaseventils und der Leitschaufeln einen höheren Wirkungsgrad bedingt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Vorderriß der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung, bei dem das Abblaseventil voll betätigt worden ist, ohne eine Betätigung der Leitschaufeln;
Fig. 2 einen Seitenriß der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung;
Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, die jedoch die Lage der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung zeigt, in der sowohl das Abblaseventil als auch die Leitschaufeln betätigt worden sind;
Fig. 4 eine teilweise im Schnitt ausgeführte Einzelheiten wiedergebende Ansicht der zwischengeordneten Kurbelanordnung, die einen Teil der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung bildet.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung allgemein durch 10 wiedergegeben und findet Anwendung bei einer Gasturbine 12 mit einem Kompressorabschnitt 14. Der Kompressor 14 weist herkömmliche Bauart auf und besitzt eine Leitschaufelverstelleinrichtung 16 und einen Steuermechanismus 18 für das Abblaseventil. Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung 10 ist funktionsfähig dahingehend, daß intermittierend das Arbeiten der Leitschaufelverstelleinrichtung 16 und des Steuermechanismus 18 für das Abblaseventil gesteuert wird und weist im wesentlichen eine einzige Betätigungsvorrichtung 20 mit einer Kolbenstange 22, einem zwischengeordneten Hebelmechanismus 24 und erste und zweite Verbindungsteile 28 bzw. 26 auf, die sich zu dem Steuermechanismus 18 für das Abblaseventil und die Leitschaufelverstelleinrichtung 16 erstrecken. Bei Einbau in ein Militärflugzeug liegt die Betätigungsvorrichtung 20 an dem oberen Teil des Kompressors vor, wodurch dasselbe weniger einer Beschädigung bedingt durch Bodenfeuer ausgesetzt ist.
Bei einem Betrieb des Kompressors 14 während des Anfangsbetriebes der Gasturbine ist das Abblaseventil zunächst voll geöffnet, und die Leitschaufeln befinden sich in einer bestimmten Lage. Bei Beschleunigen der Gasturbine wird das Abblaseventil progressiv bis in die vollständig geschlossene Lage betätigt und sodann wird die Leitschaufelverstelleinrichtung dergestalt betätigt, daß die Schaufeln sich in einer derartigen Lage befinden, daß ein maximaler Betrieb des Kompressors ermöglicht wird. In dem Kompressor 14 ist der Steuermechanismus 18 für das Abblaseventil normalerweise an dem unteren Teil des Kompressors angeordnet, und zwar in einer allgemein diametral gegenüberliegenden Lage, um den Umfang des Gehäuses des Kompressors 14 relativ zu der einzigen Betätigungsvorrichtung 20. Andererseits ist die Leitschaufelverstelleinrichtung 16 an einer dritten Lage um den Umfang des Kompressorgehäuses 14 herum angeordnet, und somit ist es erforderlich, daß der Erfindungsgegenstand die lineare Bewegung der Betätigungsvorrichtung 20 dergestalt umwandeln kann, daß sich intermittierende Drehkräfte ergeben, um nacheinander den Steuermechanismus 18 für das Abblaseventil und sodann die Leitschaufelverstelleinrichtung 16 zu betätigen.
Erfindungsgemäß ist, siehe insbesondere die Fig. 2 und 4, die Kolbenstange 22 der Betätigungsvorrichtung 20 vermittels eines Verbindungsgliedes 30 mit dem Hebelmechanismus 24 verbunden. Der letztere weist eine Halterungsanordnung 32 für das Tragen einer Achse 34 auf, die sich allgemein parallel zu und im Abstandsverhältnis von dem zylinderförmigen Kompressor 14 erstreckt. Um die Achse 34 ist eine Nabe 36 des Abblaseventils und eine verstellbare Nabe 38 erstreckt sich ein Hebelarm 44, der eine Ausnehmung 46 besitzt, die dem Querschnitt des Kurbelstiftes 42 entspricht. Wie insbesondere in der Fig. 4 gezeigt, erstreckt sich das linke Ende 42 A des Kurbelstiftes 42 über das Ende der Nabe 36 ausreichend hinaus, dergestalt, daß dasselbe mit der Ausnehmung 46 in dem vorspringenden Hebelarm 44 in Eingriff kommen kann, wie weiter unten im einzelnen erläutert.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 3 und 4 erstrecken sich von der Nabe 36 aus ein Kurbelarm 50 für das Verbinden des zwischengeordneten Hebelmechanismus 24 über das zweite Betätigungsglied 28 zu dem Steuermechanismus 18 des Abblaseventils. Insbesondere weist das zweite Betätigungsglied 28 ein einstellbares Verbindungsglied 52 auf, das aus den Verbindungsteilen 54 und 56 gebildet wird, die längliche Schlitze 58 bzw. 60 aufweisen. Die Verbindungsteile 54 und 56 sind miteinander verbunden zwecks Einstellung längs der längsseitigen Achse derselben vermittels Bolzen 62, die sich durch die ausgerichteten Schlitze 58 und 60 erstrecken. Das Verbindungsteil 54 weist an dem gegenüberliegenden Ende desselben ein Langloch 64 auf, das gleitend eine Stiftverbindung 66 aufnimmt zwecks Ausbilden einer Verbindung zwischen dem Verbindungsteil 54 und dem Kurbelarm 50.
Eine Halterung 68 ist ortsfest an dem Verbindungsteil 56 mittig zu der Länge desselben befestigt, und es sind Federn 70 und 72 mit der Halterung 68 und dem Kurbelarm 50 verbunden und erstrecken sich zwischen denselben. Aufgrund dieser Anordnung arbeiten die Federn 70 und 72 dergestalt, daß kontinuierlich der Kurbelarm 50 in einer derartigen Richtung gedrückt wird, daß sich eine Vorspannkraft in Uhrzeigerrichtung auf die Nabe 36 ergibt, siehe die Fig. 1 und 3. Das gegenüberliegende Ende des Verbindungsteils 56 ist schwenkbar z. B. bei 74 an dem Kurbelarm 76 des Steuermechanismus für das Abblaseventil angelenkt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 4 erstreckt sich von der Nabe 38 aus ein verstellbarer Kurbelarm 80 und eine Federkurbel 82. Der verstellbare Kurbelarm 80 steht über das Verbindungsteil 84 in Arbeitsverbindung mit einem ersten Kniehebel 86 an der Schwenkverbindung 88. Der erste Kniehebel 86 ist schwenkbar z. B. bei 90 an dem Mechanismus, nicht gezeigt, im Inneren des Kompressors 14 angelenkt, durch den die Lage der Leitschaufel verändert wird. Ein einstellbares Verbindungsteil 92 ist schwenkbar an einem Ende durch eine Schwenkverbindung 94 an dem ersten Kniehebel 86 und an ihrem gegenüberliegenden Ende an der Schwenkverbindung 96 an einem zweiten Kniehebel 98 angelenkt, der seinerseits schwenkbar z. B. bei 100 angelenkt ist und in Arbeitsverbindung mit dem Mechanismus, nicht gezeigt, steht, durch den die Lage der zweiten Leitschaufel des Kompressors 14 verändert wird. Bei Drehbetätigung der Nabe 38 führt somit der Verbindungsmechanismus 84 bis 100 zu einer Betätigung der ersten und zweiten Stufen der Leitschaufel im Inneren des Kompressors 14.
Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, ist die Federkurbel 82 mit dem Kompressor durch die Feder 102 verbunden, die dergestalt arbeitet, daß eine konstante Vorspannkraft auf die Nabe 38 entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung beaufschlagt wird.
Bei dem Betrieb der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung 10 ist während der Anfangsphase des Arbeitens der Gasturbine das Abblaseventil voll geöffnet und die Leitschaufeln befinden sich in einer spezifischen Lage in Abhängigkeit von den Arbeitscharakteristika der Gasturbine. Zu diesem Zeitpunkt ist die Betätigungsvorrichtung 20 voll ausgefahren, dergestalt, daß die über das Verbindungsglied 30 wirkende Kolbenstange 22 die Nabe 36 in ihre größte Lage in Uhrzeigerrichtung dergestalt anordnet, daß der Kurbelstift 42 sich im Abstand zu dem vorspringenden Hebelarm 44 befindet. Somit wird der Kurbelarm 50 in seine größte Lage in Uhrzeigerrichtung dergestalt gedreht, daß das zweite Betätigungsteil 28 in seine Lage gebracht wird, dergestalt, daß der Kurbelarm 76 längs der Linie A-A liegt und das Abblaseventil sich in der vollständig geöffneten Lage befindet, nicht gezeigt.
Die Betätigungsvorrichtung 20 ist dem Steuermechanismus, nicht gezeigt, zugeordnet, der sich zu der Brennstoffsteuerung der Gasturbine 12 erstreckt, und bei Beschleunigen der Gasturbine wird die Kolbenstange 22 der Betätigungsvorrichtung zurückgezogen, wodurch sich eine Drehung entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung der Nabe 36 und gleichzeitiges Drehen in Uhrzeigerrichtung des Kurbelarms 50 ergibt. Bei Drehen des letzteren entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung verschiebt derselbe das zweite Betätigungsglied 28, so daß sich eine Drehung des Kurbelarms 76 aus der Stellung ausgerichtet zu der Achse A-A (siehe die Fig. 1, in der das Abblaseventil voll geöffnet ist) in eine Stellung ausgerichtet längs der Achse C-C siehe Fig. 3, in der das Abblaseventil vollständig geschlossen ist, ergibt. Aufgrund der Federn 70 und 72 wird der Kurbelarm 50 und insbesondere die Stiftverbindung 66 an dem linken Ende des Schlitzes 64 in dem Verbindungsteil 54 gehalten, siehe Fig. 1. Die Fig. 1 zeigt die Lage der Bestandteile der Verstelleinrichtung 10, nachdem die Betätigungsvorrichtung 20 und insbesondere die Kolbenstange 22 ausreichend zurückgezogen worden ist, dergestalt, daß sich eine Drehung von etwa 30° entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung des Kurbelstiftes 42 ergibt, und zu diesem Zeitpunkt ist das Abblaseventil vollständig verschlossen. Während dieser anfänglichen Bewegung der Betätigungsvorrichtung 20 liegt keine entsprechende Bewegung des Verbindungsmechanismus 26 vor, der sich zu der Leitschaufelverstelleinrichtung erstreckt.
Die fortgesetzte Betätigung der Betätigungsvorrichtung 20 führt dazu, daß das Abblaseventil 18 in seiner vollständig geschlossenen Lage gehalten wird und eine Betätigung der Leitschaufelverstelleinrichtung 16 erfolgt. Insbesondere ergibt sich bei einem weiteren Zurückziehen der Kolbenstange 22 längs der durch den Pfeil B angegebenen Richtung ein Eingreifen des Kurbelstiftes 42 in der Ausnehmung 46 des Hebelarms 44, wodurch sich eine Drehung des Kurbelzylinders 38 entgegengesetzt zu der Vorspannkraft der Feder 102 ergibt. Zu diesem Zeitpunkt wird die verstellbare Leitschaufelkurbel 80 entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung gedreht, siehe die Fig. 3, und über die Verbindungsteile 84 bis 100 werden die ersten und zweiten Stufen der Leitschaufelverstelleinrichtung in dem Kompressor 14 auf die Lage eingestellt, die für den effizienten Betrieb der Gasturbine 12 erforderlich ist.
Gleichzeitig wird die Nabe 36 des Abblaseventils entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung zusammen mit dem Kurbelarm 50 gedreht. Da das Abblaseventil 18 in seine vollständig geschlossene Lage gegen den Anschlag 104 gebracht worden ist, führt das Drehen des Kurbelarms 50 entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung zu einer ausreichenden Kraft, die die Vorspannkraft der Federn 70 und 72 überwindet, wodurch diese Federn gedehnt werden, während sich die Stiftverbindung 66 nach rechts in dem Langloch 64 bewegt, siehe die Fig. 3.

Claims

Verstelleinrichtung zur Verstellung des Abblaseventils und der Leitschaufeln eines Gasturbinenkompressors, das auf der Außenseite des Kompressorgehäuses angeordnet ist und mit dem über eine erste Verstellvorrichtung das Abblaseventil und über eine zweite Verstellvorrichtung die Leitschaufeln verstellt werden, wobei beide Verstellvorrichtungen durch eine Betätigungsvorrichtung (20, 22, 30) über einen Hebelmechanismus betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelmechanismus (24) zwei auf einer Achse (34) parallel zur Gehäuseachse drehbar gelagerte Naben (36) und (38) mit Kurbelarmen (50) und (80) zur Betätigung eines Verbindungsgliedes (52) zu einem Kurbelarm (76) des Abblaseventils und zur Betätigung eines Verbindungsgliedes (84) zur Leitschaufelverstellvorrichtung aufweist, und daß der Kurbelarm (50) mit dem Verbindungsglied (52) zu einem Kurbelarm (76) des Abblaseventils und zur Betätigung eines Verbindungsgliedes (84) zur Leitschaufelverstellvorrichtung aufweist, und daß der Kurbelarm (50) mit dem Verbindungsglied (52) über eine in einem Langloch (64) des Verbindungsgliedes (52) geführte Stiftverbindung (66) gelenkig verbunden ist, wobei die Nabe (36) mit dem Kurbelarm (50) durch die in Richtung (B) wirkende Betätigungsvorrichtung (20, 22, 30) über einen mit Abstand von der Nabe ( 36) an dieser angeordneten Kurbelstift (42) gedreht wird, wodurch das Abblaseventil aus der Stellung (A-A) in die Stellung (C-C) bewegt wird und die Stiftverbindung (66) sich anschließend gegen die Kraft einer Feder (70, 72) im Langloch (64) bewegt, wobei der Kurbelstift (42) nach einer bestimmten Drehung in Eingriff mit einer Ausnehmung (46) eines Hebelarms (44) der Nabe (38) kommt und so die Leitschaufelverstellvorrichtung gegen die Kraft einer Feder (102) betätigt.