DE3318163A1 - Verstelleinrichtung fuer laufschaufeln von kreiselmaschinen - Google Patents

Verstelleinrichtung fuer laufschaufeln von kreiselmaschinen

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DE3318163A1 DE19833318163 DE3318163A DE3318163A1 DE 3318163 A1 DE3318163 A1 DE 3318163A1 DE 19833318163 DE19833318163 DE 19833318163 DE 3318163 A DE3318163 A DE 3318163A DE 3318163 A1 DE3318163 A1 DE 3318163A1
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Description

bu-gr ^
M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft
Nürnberg, 05. Mai 1983
Verstelleinrichtung für Laufschaufeln von Kreiselmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstelleinrichtung für Laufschaufeln von Kreisel- <* maschinen, insbesondere solcher axialer Bauart, bei welcher die drehbar in einer Laufradnabe gelagerten Laufschaufeln über eine axial bewegliche, aber gegenüber der Laufradnabe unverdrehbare Kulissenführung und in dieser geführten Drehhebel verstellbar sind.
Zur Anpassung an unterschiedliche Förderbedingungen und nicht zuletzt'aus Gründen der Energieeinsparung wurde vorgeschlagen, die Laufschaufeln von Kreiselmaschinen, insbesondere von Propellerpumpen durch einen Verstellrnechanismus zu verdrehen. Zu diesem Zweck wird eine zentral in einer Propellernabe gelegene Verstellspindel durch einen hydraulischen Drehkolben in Drehung versetzt, wobei die Verstellspindel über eine axial bewegliche, aber gegen Drehung gesicherte Verstellmutter einen Verstellmechanismus betätigt, der die Laufschaufeln zu einer Drehung veranlaßt. Die Hydraulikflüssigkeit für den Drehkolbenantrieb wird über eine Bohrung der Verstellspindel von außen zugeführt. Der Verstellmechanismus kann aus einer Kulissenführung mit Hebeln bestehen (DE-AS 12 72 726).
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, die bekannte Verstelleinrichtung so weiterzuentwicklen, daß der Antrieb für die Laufschaufelverstellung in einer feststehenden Fußlagerung untergebracht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zum einen dadurch gelöst, daß der Antrieb der Kulissenführung von einem Motor, eventuell mit einer Bremse kombiniert wellenseitig der Laufradnabe erfolgt, wobei eine gegen axiale Bewegung gesicherte Verstellspindel und eine in diese eingreifende und gegen Verdrehung gesicherte Verstellmutter unter Zwischenschaltung der Kulissenführung die Laufschaufeln verdreht, und daß die Übertragung eines Motordrehmomentes eines Motors, bzw. eines Bremsmomentes einer Bremse über eine Welle und ein zweistufiges erstes und zweites Planetenradgetriebe erfolgt, daß dabei die Welle an ihrem oberen Ende ein ersten Sonnenrad trägt, welches mit ersten Planetenräder kämmt und diese sich auf einer Innenseite eines ersten Außenrades abwälzen, welches drehfest mit der Verstellspindel verbunden ist, daß ferner das zweite Planetenradgetriebe über einen gemeinsamen Planetenträger und in diesem über den Umfang gleichmäßig verteilten Verbindungswellen mit dem ersten Planetenradgetriebe verbunden ist, wobei die Verbindungswellen auf ihrer Oberseite die ersten Planetenräder und-auf ihrer Unterseite zweite Planetenräder tragen, wobei die zweiten Planetenräder in ihrem Zentrum in ein zweites, mit einem unter der Laufradnabe befindlichen Fußlager fest verbundenes Sonnenrad eingreifen und sich auf einer Innenseite eines zweiten Außenrades abwälzen, und daß das zweite Außenrad drehfest mit der Laufradnabe verbunden ist.
Eine alternative Lösung der Laufschaufelverstellung zeichnet sich zum anderen dadurch aus, daß
die Kulissenführung fest mit einem Hydraulikkolben verbunden ist, welcher zentrisch in oberen und unteren Hydraulikzylindern gleitend in der Laufradnabe angeordnet ist, daß der Hydraulikkolben eine zentrale Bohrung aufweist, über welche mittels eines ersten Ölzufuhrrohres von einer über Flur angeordneten Hydraulikpumpe Drucköl einem ersten Druckraum zugeführt wird, wobei das erste Ölzufuhrrohr im unteren Bereich des Hydraulikkolbens in einer zur zentralen Bohrung zentrischen zweiten Bohrung gleitend aber dichtend geführt ist, daß ein zweiter Druckraum unterhalb des Hydraulikkolbens vorgesehen ist, welcher über ein zweites Ölzufuhrrohr mit der Hydraulikpumpe über Flur verbindbar ist, wobei das zweite Ölzufuhrrohr das erste Ölzufuhrrohr umfaßt und drehbar, aber dichtend im unteren Hydraulikzylinder gehalten ist, daß ferner der Hydraulikkolben an seiner Oberfläche in Längsrichtung verlaufende Nuten aufweist, über welche ein Hüllrohr geschoben ist, welches"zugleich die eigentliche Kolbenoberfläche, bildet , und die Nuten am oberen und unteren Ende des Hydraulikkolbens durch O-ringförmige Rückschlagventile mit Sperrwirkung gegen Durchströmung von Kolbenmitte in Richtung der Druckräume absperrt, und daß im Mittelbereich des Hydraulikkolbens in dem Hüllrohr über den Umfang verteilt Entlastungsbohrungen angeordnet sind, welche die ersten und zweiten Druckräume über die Rückschlagventile und die Nuten mit einem dritten Druckraum verbinden, welcher von einem Bremskolben und einem Flansch einer unteren Hälfte des Hydraulikzylinders dichtend umschlossen ist und dabei
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der Bremskolben auf einen Konus einer Konusbremse einwirkt.
Vorteilhafte Ausbildungen der Konstruktionen nach den Anrpüchen 1 und 2 können den Unteransprüchen 3 bis .5 entnommen werden.
Ausführungsbeispiele der Laufschaufelverstellung sind in Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Längsschnitt durch eine Laufradnabe mit Planetenradgetrieben zur Schaufelverstellung
Fig. 2 Längsschnitt durch eine unterhalb der rotierenden Laufradnabe angeordnete luftgekapselte Fußlagerung mit Motor Bremse
Fig. 3 Längsschnitt durch eine Laufradnabe mit Schaufelverstellung durch Hydraulikkolben
Fig. 4 Längsschnitt durch eine unterhalb der rotierenden Laufradnabe angeordnete luftgekapselte Fußlagerung mit Ölzuführleitungen
Fig. 1 zeigt eine Verstelleinrichtung für Laufschaufeln 1, welche drehbar über Lagerzapfen in einer rotierenden Laufradnabe 3 angeordnet sind. Die Verdrehung der Laufschaufeln 1 erfolgt über Hebel 4.· welcher drehfest mit dem Lagerzapfen 2 verbunden ist und welcher in eine Kulissenführung 5 eingreift, welche bei axialer Bewegung über eine schräge Führungsnut 6 eine Drehbewegung des Lagerzapfens 2 einleitet. Die Ku- > lissenführung 5 ist über ein Vielnutprofil 7 gegen Verdrehung gegenüber der Laufradnabe 3 gesichert, jedoch axial frei beweglich. Dabei
wird die axiale Bewegung der Kulissenführung 5 durch eine mit ihr fest verbundene Verstellmutter
8 bewerkstelligt, welche in eine Verstellspindel
9 eingreift, die ihrerseits über ein zweistufiges erstes und zweites Planetenradgetriebe 10, 11 von einem Motor 12 (siehe Fig. 2) antreibbar oder mittels einer Bremse 13 arretierbar ist, wobei Motor 12 und Bremse 13 in einem Fußlager 14 angeordnet sind. Das Motordrehmoment des Motors
12 wird aus dem Bereich des Fußlagers 14 eine Welle 15 auf ein erstes Sonnenrad 16 des ersten "■""· Planetengetriebes 10 und von diesem über erste
. Planetenräder 17 auf ein erstes Außenrad 18 übertragen, welches drehfest mit der Verstellspindel 9 verbunden ist. Über erste und zweite Lager 19 und 20 wird die Verstellspindel 9 axial unverschiebbar und radial geführt.
Das erste Planetenradgetriebe 10 arbeitet funktionell mit dem zweiten Planetenradgetriebe 11 zusammen, wobei beide über einen gemeinsamen Planetenträger 21 und" über Verbindungswellen 22 verbunden sind. Die gleichmäßig über den Umfang des Planetenträgers 21 verteilten Verbindungswellen 22 tragen die ersten und zweiten Planetenräder 17 bzw. 23. Dabei kämmen die zweiten Planetenräder mit einem zweiten Außenrad 24 und einem zweiten Sonnenrad 16a, welches drehfest mit dem darunter liegenden Fußlager 14 verbunden ist (Fig. 2). Das zweite Außenrad 24 hingegen ist Bestandteil der rotierenden Laufradnabe 3.
Die Funktion der Verstelleinrichtung ist nun so, daß bei blockierter Welle 15 die ersten und zweiten Planetenradgetriebe 10,11 so zusammenarbeiten, daß die Verstellspindel 9 synchron mit der Kulissenführung 5 und der damit drehfest
T\T\ 4 <*» ry *->
~ /ίο·
verbundenen Verstellmutter 8 umläuft, so daß eine Relativbewegung zwischen Verstellspxndel 9 und Verstellmutter 8 unterbleibt. Bei Drehung der Welle 15 dagegen findet eine Relativbewegung statt, so daß sich die Verstellspxndel 9 gegenüber der verdrehsicher gehaltenen Verstellmutter 8 dreht und die Kulissenführung 5 axial bewegt, worauf wie eingangs bereits beschreiben, eine Drehung der Laufschaufeln 1 stattfindet.
Im Fußlager 14 ist gemäß Darstellung nach Figur auch der Motor 12 und eine Bremse 13 angeordnet, welche über eine elastische Lagerung'26 an einen Lagerkörper 27 des Fußlagers 14 drehfest aber axial federnd befestigt sind.
Das Fußlager 14 weist einen, mit der Laufradnabe 3 zentrisch verbundenen konischen Lagerzapfen
28 auf, welcher in einer konischen Lagerschale
29 geführt ist, die über Zwischenstücke im Lagerkörper 27 steckt. Zur Abdichtung des im Förderstrom liegenden Lagers wird der ruhende Lagerkörper 27 von einem rotierenden Schutzrohr 30 mit Luftspalt 31 umgeben.
Bei ruhender Pumpe wird der Luftspalt 31 durch einen in einer Ringnut 32 des Lagerkörpers 27 gelegenen endlosen Ringschlauch 33 gegen eindringendes Fördermedium verschlossen. Der Ringschlauch 33 wird zu diesem Zweck über eine erste
Leitung 34 mit einer über Flur angeordneten Druckluftquelle verbunden.
Im Betrieb wird das Eindringen von Fördermedium durch Druckluft vermieden, welche von der über Flur angeordneten Druckluf{quelle über eine zweite Leitung 35 dem Luftspalt 31 zugeführt wird. Der Luftdruck wird dabei so reguliert, daß er dem statischen Druck des Fördermediums die Waage hält. Zur Durckregulierung sind ein erster und zweiter elektrischer Kontaktgeber 36, 37 im Luftspalt 31 angeordnet, die die Aufgabe haben, ein hier nicht gezeichnetes Steuerventil zu öffnen, wenn das eindringende Fördermedium den zweiten Kontaktgeber 37 erreicht und wieder abzuschalten, wenn der Pegel auf den ersten Kontaktgeber 36 angesunken ist.
Das Fußlager 14 kann an Stelle von Fettschmierung vorzugsweise mit Ölschmierung betrieben werden. Das Öl wird über eine Schmierleitung 38 im Lagerdeckel 39 zugeführt.
Eine alternative Ausführung zur Schaufelverstellung über die Planetenradgetriebe 10, 11 ist als hydraulische Verstellung in den Figuren 3,4 dargestellt.
Fig. 3 zeigt die Laufradnabe 3 mit Laufschaufeln und zugehörigem Hebel 4 mit Kulissenführung 5. Die Kulissenführung 5 ist fest mit einem Hydraulikkolben 40 verbunden, der an seiner Oberfläche von einem Hüllrohr 41 umgeben ist,welches einerseits der Führung und andererseits der Abdeckung und Abdichtung von Nuten 42 dient, welche gleichmäßig über dem Umfang des Hydraulikkolbens 40 verteilt sind und achxparallel der Länge nach verlaufend eingefräst sind. Über das Füllrohr 41 gleitet
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der Hydraulikkolben 40 in einem oberen und unteren Hydraulikzylinder 43a bzw. 43b. Diese Hydraulikzylinder 43a bzw. 43b bilden zusammen mit dem Hydraulikkolben 40 einen ersten und zweiten Druckraum 44a, 44b. Dabei ist der erste Druckraum 44a über eine im Hydraulikkolben 40 zentrale Bohrung 45 und ein erstes Ölzuführrohr 46 mit einer über Flur angeordneten nicht näher dargestellten Hydraulikpumpe verbunden. Der zweite Druckraum 44b wird über ein zweites Ölzuführrohr 47 ebenfalls mit der Hydraulikpumpe verbunden. Die Ölzuführrohre 46, 4 sind aus mehreren Teilen aufgebaut, welche drehfest aber ansonsten biegeweich untereinander verbunden sind. Zur Bewegung des Hydraulikkolben 40 wird Druckflüssigkeit von der über Flur angeordneten Hydraulikpumpe über das erste Ölzuführrohr 46 und die zentrale Bohrung 45 dem ersten Druckraum 44a bzw. nach Umschalten eines nicht dargestellten Steuerventils über ein zweites Ölzuführrohr 47 dem zweiten Druckraum 44b zugeführt, je nach dem der Hydraulikkolben 40 nach unten oder oben bewegt werden soll. Mit dem Hydraulikkolben 40 bewegt sich die Kulissenführung 5, welche über Hebel 4 und die Lagerzapfen 2 die Verdrehung der Laufschaufeln 1 bewirken.
Um konstanten Anstellwinkel der Laufschaufeln 1 zu garantieren, ist noch eine Arretiervorrichtung vorgesehen, welche an dem Hydraulikkolben 40 angreift und als Konusbremse 48 ausgeführt ist. Diese wird in Arbeitsstellung mittels Tellerfeder 49 an den Hydraulikkolben 40 angepreßt. Die Bremse selbst ist aus konusförmig nach unten zulaufenden Segmenten 50 aufgebaut, welche durch den Konus 51 und die Federkraft gegen den Hydraulikzylinder gepreßt werden.
Dem Lösen der Bremse während eines Verstellvorganges dient ein Bremskolben 52. Dieser wird über Entlastungsbohrungen 53, die gleichmäßig über den Umfang des Hüllrohres 41 verteilt sind, mit Druckflüssigkeit beaufschlagt. Dieses wird bei Beaufschlagung des Hydraulikkolbens 40 während des Verstellvorganges aus dem ersten oder zweiten Druckraum 44a bzw. 44b über die Nuten 42 den Entlastungsbohrungen 53 zugeführt. Um eine Verbindung der Druckwelle 44a und 44b zuverlässig zu vermeiden, wird im oberen und unteren Bereich des Hydraulikkolbens 40 am Eintritt in die Nuten 42 je ein O-ringförmiges Rückschlagventil 54a, 54b vorgesehen, welche Sperrwirkung in Richtung der Druckräume 44a und 44b aufweisen, jedoch das Einströmen von Druckflüssigkeit über die Nuten 41 und Entlastungenbohrungen 53 zu einem dritten Druckraum 55 mit Wirkung auf den Bremskolben 52 nicht behindert.
Durch diese Schaltung ist zwangsläufig sichergestellt, daß bei Wirkung von Druckflüssigkeit auf den Hydraulikkolben 40 zum Zweck der Schaufelverstellung gleichzeitig über den Bremskolben 52 die Konusbremse 48 gegen die Rückstellkraft der Tellerfeder 49 angehoben und damit gelöst wird
Bei eingefallener Bremse hingegen wird sichergestellt, daß keine Schaufelverstellung als Folge von Leckagen des Hydraulikkolbens 40 auftreten kann. Ansonsten würde durch die aus den Verdrehmoment der Laufschaufeln 1 über die Kulissenführung 5 in den Hydraulikkolben 40 eingeleitete Kraft zu einem ständigen Überdruck in einem der Druckräume 44a, 44b führen und der Kolben konnte bei Übertritt von Druckflüssigkeit vom Druckraum 44a in den Druckraum 44b bzw. umgekehrt sich verschieben und die Schaufel verdrehen. Die Konusbremse 48 vermeidet dies zuverlässig.
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Was das Fußlager 14 betrifft, so ist dieses mit Ausnahme der beiden Ölzuführrohre 46, 47 gleich aufgebaut wie bei der Verstellung mit Motor 12 und Verstellspindel 9. Anstelle des Motors 12 treten hier im Lagerbereich die elastischen Ölzuführrohre 46, 47, wovon das erste Ölzuführrohr 46 teleskopartig aufgebaut ist, so daß der erste Abschnitt 55a fest mit einem Deckelflansch 56 verbunden ist und über einen biegeweichen, aber torsionssteifen Schlauch 57 mit einem dritten Abschnitt 55c dichtend verbunden ist.
Das zweite Ölzuführrohr 47 ist in drei Abschnitte gegliedert, wovon der untere und obere Abschnitt 58a und 58b mit einem mittleren Abschnitt 58c über biegeweiche, aber torsionssteife Kupplungen 59a, 59b verbunden ist.
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Claims (1)

  1. bu-gr
    M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
    Aktiengesellschaft
    Nürnberg, 05. Mai 1983
    Patentansprüche
    ( 1.^Verstelleinrichtung für Laufschaufeln von Kreiselmaschinen-, insbesondere solcher axialer Bauart, bei welcher die drehbar in einer Laufradnabe gelagerten Laufschaufeln über eine axial bewegliche, aber gegen-■/~N'' über der Laufradnabe unverdrehbare Kulissenführung und
    in dieser geführten Drehhebel verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Kulissenführung (5) von einem Motor (12) eventuell mit einer Bremse (13) kombiniert, wellenabseitig der Laufradnabe (3) erfolgt, wobei eine gegen axiale Bewegung gesicherte Verstellspindel (9) und eine in diese eingreifende und gegen Verdrehung gesicherte Verstellmutter 8 unter Zwischenschaltung der Kulissenführung 5 die Laufschaufel (1) verdreht, und daß die Übertragung eines Motordrehmomentes, eines Motors (12) bzw. eines Bremsmomentes einer Bremse (13) über eine Welle (15) und ein zwei-. stufiges erstes und zweites Planetenradgetriebe (10 bzw. 11) erfolgt, daß dabei die Welle (15) an ihrem oberen Ende ein erstes Sonnenrad (16) trägt, welches mit ersten Planetenrädern (17) kämmt und diese sich auf einer Innenseite eines ersten Außenrades (18) abwälzen, welches drehfest mit der Verstellspindel (9) verbunden ist, daß ferner das zweite Planetenradgetriebe (11) über einen gemeinsamen Planetenträger (21) und in diesem über den Umfang gleichmäßig verteilten Verbindungswellen (22) mit dem ersten Planetenradgetriebe (12) verbunden ist, wobei die Verbindungswellen (22) auf ihrer Oberseite die ersten Planetenräder (17) und auf ihrer Unterseite zweite Planetenräder (23) tragen, wobei die zweiten Planetenräder (23) in ihrem Zentrum
    RP 12.8842
    in ein zweites, mit einem unter der Laufradnabe (3) befindlichen Fußlager fest verbundenes Sonnenrad (16a) eingreifen und sich auf einer Innenseite eines zweiten Außenrades (24) abwälzen, und daß das zweite Außenrad (24) drehfest mit der Laufradnabe (3) verbunden ist.
    2. Verstelleinrichtung für Laufschaufeln von Kreiselmaschinen, insbesondere solcher axialer Bauart, bei welcher die drehbar in einer Laufradnabe gelagerten Laufschaufeln über eine axial bewegliche, aber gegenüber der Laufradnabe, unverdrehbare Kulissenführung und in dieser geführten Drehhebel verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulissenführung (5) fest mit einem Hydraulikkolben (40) verbunden ist, welcher zentrisch in oberen und unteren Hydraulikzylindern (43a, 43b) gleitend in der Laufradnabe (3) angeordnet ist, daß der Hydraulikkolben (40) eine zentrale Bohrung (45) aufweist, über welche mittels eines ersten Ölzufuhrrohres (46) von einer über Flur angeordneten Hydraulikpumpe Drucköl einem ersten Druckraum (44a) zugeführt wird, wobei das erste Ölzufuhrrohr (46) im unteren Bereich des Hydraulikkolbens (40) in einer zur zentralen Bohrung (45) zentrischen zweiten Bohrung gleitend aber dichtend geführt ist, daß ein zweiter Druckraum (44b) unterhalb des Hydraulikkolbens (40) vorgesehen ist, welcher über ein zweites Ölzufuhrrohr (47) mit der Hydraulikpumpe über Flur verbindbar ist, wobei das zweite Ölzufuhrrohr (47) das erste Ölzufuhrrohr (46) umfaßt und drehbar, aber dichtend im unteren Hydraulikzylinder (43b) gehalten ist, daß ferner der Hydraulikkolben (40) an seiner Oberfläche in Längsrichtung verlaufende Nuten (42) aufweist, über welche ein Hüllrohr (41) geschoben ist, welches zugleich die eigentliche Kolbenoberfläche bildet, und die Nuten (42) am oberen und unteren Ende des Hydraulikkolbens
    (40) durch 0-ringförmige Rückschlagventile (54b, 54a) mit Sperrwirkung gegen Durchströmung von Kolbenmitte in Richtung der Druckräume (44a, 44b) absperrt, und daß im Mittelbereich des Hydraulikkolbens (40) in dem Hüllrohr (41) über den Umfang verteilt Entlastungsbohrungen (43) angeordnet sind, welche die ersten und zweiten Druckräume (44a, 44b) über die Rückschlagventile (54a, 54b) und die Nuten (41) mit einem dritten Druckraum (55) verbinden, welcher von einem Bremskolben (52) und einem Flansch einer unteren Hälfte des Hydraulikzylinders (43b) dichtend umschlossen ist und dabei der Bremskolben (52) auf einem Konus (51) einer Konusbremse einwirkt.
    3. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Motor (12) und Bremse (13) über eine elastische Lagerung (26) mit einem Lagerkörper (27) verbunden sind, und daß der Motor (13) als Elektromotor, Ölmotor, oder Pneumatikmotor ausgeführt sein kann.
    4. Verstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ölzufuhrrohr (46) teleskopartig ineinander verschiebbar, aber gegen Verdrehung gesichert ausgeführt ist, wobei ein erster Abschnitt (55a) fest mit einem Deckelflansch (56) eines Fußlagers (14) verbunden ist und der erste Abschnitt (55a) über einen bieoeweichen, aber torsionssteifen Schlauch (57) mit einem zweiten und dritten Abschnitt (55b, 55c) des Ölzufuhrrohres (46) verbunden ist.
    5. Verstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ölzufuhr (47) aus drei Teilen aufgebaut ist, wovon ein unterer und erster Abschnitt (58a) fest mit einem Bodenteil des Fußlagers (14) verbunden ist, daß ein zweiter mittlerer Abschnitt (58c) mit biegeweichen aber torsionssteifen Kupplungen
    RP 12.8842
    -A-
    (59a, .59b) sowohl mit dem unteren, als auch dem oberen Abschnitt (58a, 58b) verbunden ist, und daß der erste Abschnitt (58b) drehbar aber dichtend im unteren Hydraulikkolben (43b) geführt ist.
    12.8842
DE3318163A 1983-05-19 1983-05-19 Verstelleinrichtung für Laufschaufeln von einer senkrecht angeordneten Strömungsarbeitsmaschine Expired DE3318163C2 (de)

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