DE3320699A1

DE3320699A1 - Vorrichtung zum veraendern des leitschaufelwinkels bei axialen stroemungsmaschinen

Info

Publication number: DE3320699A1
Application number: DE3320699A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Abe; Haruo Miura; Takashi Nagaoka; Souji Ibaraki Sakata
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-07-07
Filing date: 1983-06-08
Publication date: 1984-01-12
Also published as: JPS597708A; CH665257A5; DE3320699C2; US4618311A; JPS62322B2

Description

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Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels bei axialen Strömungsmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine axiale Strömungsmaschine, wie einen Axialkompressor, eine Axialturbine oder dergleichen, und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels, mit welcher der Halterungswinkel der stationären Leitschaufeln verändert wird, um dadurch Teillastbetriebscharakteristika zu verbessern oder den Arbeitsbereich einer axialen Strömungsmaschine zu erweitern.

Im folgenden wird die Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelnwinkels anhand eines Axialkompressors als Beispiel für eine herkömmliche axiale Strömungsmaschine erläutert.

Zur Verbesserung von Teillastbetriebscharakteristika oder zum Vergrößern des Arbeitsbereichs, eines Axialkompressors ist es eine allgemein übliche Maßnahme, eine Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels vorzusehen. Die Vorrichtung zum Ändern des Leitschaufelwinkeis nimmt eine fluiddynamische Kraft, die von dem in der Maschine während des Betriebs strömenden Fluid auf die stationären Leitschaufeln ausgeübt wird, sowie eine äußere Kraft auf, die beispielsweise von einem Arbeitszylinder erzeugt wird, um die ortsfesten Leitschaufeln zu drehen, um die fluiddynamische Kraft zu überwinden. Die Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels ist erforder]ich, damit, wenn solche Kräfte anliegen, der Betrieb genau eingehalten werden

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Ändern des Leitschäüfelwinkels bekannt (JP-GM 11 17 47/1968), welche stationäre Leitschaufelarme aufweist, die an ihren einen Enden an Schäften der stationären Leitschaufeln, auf die im folgenden als stationärer Leitschaufelschaft Bezug genommen.wird, und an ihren anderen Enden an einem Ring um ein inneres Gehäuse herum oder an einem Zwischenzylinder befestigt sind. Während des Betriebs wird der Ring oder Zwischenzylinder in Umfangsrichtung gedreht oder alternativ in Axialrichtung bewegt, um die stationären Leitschaufelarme anzutreiben und um dadurch die stationären Leitschaufeln zu drehen (US-PS 3 860 355, JP-PS 22 445/1977). Bei der Anordnung, bei welcher der Ring oder der Zwischenzylinder axial bewegt wird, sind die stationären Leitschaufelarme rechtwinklig zur Rotorachse angeordnet, während bei der Anordnung, bei welcher der Ring in ümfangsrichtung gedreht wird, die. stationären Leitschaufelarme in Axialrichtung des Rotors angeordnet sind.

Bei der erstgenannten Anordnung mit axial bewegtem Ring oder Zwischenzylinder ist es erforderlich, axial treibende Arbeitszylinder um den Ring oder den Zwischenzylinder herum an Stellungen vorzusehen, die einander quer über die Rotorachse gegenüberliegen, um eine glatte axiale Gleitbewegung des Rings oder des Zwischenzylinders zu erhalten. Die herkömmliche Anordnung erfordert somit wenigstens zwei Arbeitszylinder. Dabei ist wesentlich, daß diese Arbeitszylinder die gleiche Treibkraft ausüben, da sonst aufgrund eines 0 lokalen Kontakts zwischen,den Gleitteilen eine glatte Gleitbewegung nicht stattfinden kann. Bei dieser Anordnung müssen die Arbeitszylinder zum Drehen des

stationären Arms eine Kraft gleicher Größe ausüben. Das axiale treibende System erfordert somit eine größere Treibkraft als das treibende Rotationssystem, bei welchem der Ring oder der Zwischenzylinder gedreht wird, so daß die Ausgangskosten und die laufenden Kosten größer sind.

Bei dem treibenden Rotationssystem kann hingegen ein glatter Antrieb mit nur einem Zylinder erreicht werden. Da der radiale Abstand zwischen der Angriffsstelle der vom Arbeitszylinder erzeugten Kraft und der Drehachse so gewählt werden kann, daß er größer als der Abstand zwischen den stationären Leitschaufelarmen und der Drehachse ist, ist es außerdem möglich, die stationären Leitschaufeln mit einer vom Arbeitszylinder ausgeübten reduzierten Kraft zu drehen. Das treibende Rotationssystem ist deshalb dem treibenden axialen System überlegen, hat jedoch die nachstehend erwähnten Nachteile.

Bei einer Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels mit einem treibenden Rotationssystem ist es üblich, den am Außengehäuse sitzenden Arbeitszylinder mit dem Zwischenzylinder mit einem Gestänge zu verbinden (JP-GM 11 174/1968).

Die treibende Kraft F kann in eine Kraft F , welche so wirkt, daß sie den Zwischenzylinder in Tangentialrichtung drückt oder zieht, und eine Kraft F zerlegt werden, die den Zwischenzylinder in eine Richtung senkrecht zur Richtung der Kraft F₁ drückt oder zieht, wobei beide Kräfte am Angriffspunkt am Zwischenzylinder angreifen. Die am Zwischenzylinder angreifesnde senkrechte Kraft F_ beträgt mehrere Tausend N, wenn der Kompressor ein Mehrstufenkompressor mit fünf bis sechs Stufen ist. Diese große Kraf +- beeinträchtigt die glatte

Arbeitsweise der Einrichtungen zum Absorbieren der thermischen Expansion in unerwünschter Weise, beispielsweise den Zylinderhaltering. Die senkrechte Kraft übt auch eine seitliche Kraft auf die Stange des Arbeits-Zylinders aus, wodurch ein lokaler Kontakt zwischen der Stange des ArbeitsZylinders und dem Zylinder hervorgerufen wird, was die einwandfreie Arbeitsweise des Arbeitszylinders erschwert. Die auf den Arbeitszylinder wirkende seitliche Kraft wird bei der bekannten Vorrichtung auch aus den nachstehenden Gründen erzeugt. Die Lage des Verbindungspunkts zwischen dem Gestängeende und dem Zwischenzylinder bezogen auf die Lage des Arbeitszylinders wird in Axialrichtung aufgrund der thermischen Verwindung während des Betriebs verändert.

Deshalb nimmt die Stange des Arbeitszylinders nicht nur den seitlichen Druck, der von der 'senkrechten Komponente F₁ der vom Arbeitszylinder erzeugten treibenden Kraft F,sondern auch den seitlichen Druck auf, der von der Differenz der thermischen Expansion zwischen dem Zwischenzylinder und dem Außengehäuse erzeugt wird, was zu einer nicht mehr glatten Arbeitsweise des Arbeits zylinders führt. Ein weiteres Problem besteht darin, daß bei einer Teilung des Außengehäuses in zwei Hälften in der Horizontalebene der Arbeitszylinder an der unteren Hälfte des Außengehäuses angebracht werden muß, da bei einer Anbringung an der oberen Hälfte es nicht möglich wäre, den Zwischenzylinder mit dem Arbeitszylinder zu verbinden, so daß eine solche Anordnung physikalisch nicht möglich ist. Weiterhin ist erforderlieh, den Arbeitszylinder so nahe wie möglich an der geteilten Fläche des Außengehäuses anzubringen, um die Verbindung des Arbeitszylinders mit dem Zwischenzylinder zu vereinfachen. Dadurch wird in unerwünschter Weise der Verbindungspunkt zwischen dem Zwischenzylinder und dem Gestänge von der Mitte des Rotors weg verlegt, so daß der Arbeitszylinder eine größere Kraft ausüben muß.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels für eine axiale Strömungsmaschine zu schaffen, bei der das Angreifen eines seitlichen Drucks an einer Betätigungseinrichtung, wie einem Arbeitszylinder, zum Drehen des Zwischenzylinders oder des Rings vermieden wird, um so eine glatte Arbeitsweise der Betätigungseinrichtung zu gewährleisten. Dabei soll jeder seitliche Druck vermieden werden, der auf die thermische Verwindung des Zwischenzylinders zurückzuführen ist, außerdem soll die Halterung des Betätigungseinrichtung an der oberen Hälfte des Außengehäuses möglich sein, welches in einer horizontalen Ebene in eine obere Hälfte und eine untere Hälfte geteilt ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der Vorrichtung zur Veränderung des Leitschaufelwinkels der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Arm oder Arme an den Zwischenzylinder oder an einer Vielzahl von Ringen befestigt sind, die drehbar an den Zwischenzylinder festgelegt sind. Der Arm oder die Arme erstrecken sich zum Außengehäuse hin. Für eine Hin- und Herbewegung in Achsrichtung des Rotors der axialen Strömungsmaschine ist ein Block vorgesehen, der von einer Führungseinrichtung an der Innenfläche des Außengehäuses geführt wird. Um den Block von einer Betätigungseinrichtung antreiben zu können, sind der Block und das Ende oder die Enden des Arms bzw. der Arme über ein Eingriffsteil verbunden, das die Kraft der Betätigungseinrichtung auf den Arm oder die Arme in Richtung senkrecht zur Rotorachse übertragen kann, wobei Eingriffsenden in den Eingriffsabschnitt in radialer Richtung des Rotors einführbar sind, so daß sie am Eingriffsabschnitt in der zur Rotorachse senkrechten Richtung angreifen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung im Axialschnitt,

Fig. 2 den Schnitt II-II von Fig. 1,

Fig. 3 in einer Einzelheit im Schnitt den Eingriff zwischen Block und Arm,

Fig. 4 den Schnitt IV-IV von Fig. 3 und

Fig. 5 in einer Ansicht wie Fig. 1 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung.

Der in Figur 1 bis 4 gezeigte Axialkompressor hat einen Rotor 1, der Laufschaufeln 2 trägt, die die von einem nicht gezeigten Antrieb dem Rotor 1 erteilte Rotationsenergie in einen Drehimpuls umsetzt und diesen an ein Fluid abgibt, das zwischen den Laufschaufeln 2 und Leitschaufeln 3 komprimiert wird, die drehbar an dem Innengehäuse 4 gehalten sind, um einen hohen statischen Druck des Fluids einzustellen. Das Fluid strömt durch einen zwischen der äußeren Umfangsflache des Rotors 1 und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 4 gebildeten Kanal von dem axialen Ende A zum axialen Ende B in Fig. 1. Die stationären Leitschaufeln 3 sind verdrehbar jeweils an stationären Leitschaufelschäften 5 gehalten, mit denen stationäre Leitschaufelarme 6 an ihren Basisenden verbunden sind. Die Außenenden der stationären Leitschaufelarme 6 greifen in Nuten 8 an der Innenseite eines

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Zwischenzylinders 7 ein und erstrecken sich in Axialrichtung des Rotors. Der Zwischenzylinder 7 ist drehbar an der Außenseite des Innengehäuses 4 so gehalten, daß jegliche Beeinflussung durch thermische Expansion des Innengehäuses 4 vermieden wird. Die Saugseite des Zwischenzylinders 7 wird direkt von dem Innengehäuse 4 getragen, wobei ein kleiner Spalt dazwischen verbleibt, während die Vorderseite des Zwischenzylinders in der nachstehenden Weise gehalten ist. Um die Differenz der thermischen Expansion zwischen dem Zwischenzylinder 7 und dem Innengehäuse 4 absorbieren zu können, wird der Zwischenzylinder 7 von einem Haltering 11 getragen, der radiale Vorsprünge 12 hat, die in radialen Nuten 13 im Innengehäuse 4 aufgenommen sind.

Der Zwischenzylinder 7 ist in Axialrichtung in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt, die über Ringe 15 durch beispielsweise Bolzen zu einem Teil zusammengefaßt sind» Die axialen Nuten 8, die die Enden der stationären Leitschaufel arme 6 zum Drehen der stationären Leitschaufeln 3 aufnehmen, sind an den Innenflächen dieser Ring 15 ausgebildet. Die stationären Leitschaufelarme 6 sind an ihren inneren Enden mit Verbindungen 16 versehen, die gleitend verschiebbar in den Nuten 8 aufgenommen sind. Für ein Verdrehen der Nuten 8 in Umfangsrichtung ist ein Arm 17 vorgesehen. Bei der gezeigten Ausführungsform, bei welcher die Nuten 8 sich als Einheit mit dem Zwischenzylinder 7 drehen, ist der Arm 17 an der Außenfläche des Zwischenzylinders 7 befestigt und dreht diesen zusammen mit den Nuten 8. Der Arm 17 erstreckt sich zum Außengehäuse 9 und trägt an seinem Ende ein drehbares Teil Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Zwischenzylinder 7 dadurch zu drehen, daß auf das Ende des Arms 17 eine Kraft senkrecht zur Rotorachse, d.h. eine Tangentialkraft, ausgeübt wird, wodurch die stationären Leitschaufelarme 6 längs der Nuten 8 unter der Wirkung

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der Ringe 15 so bewegt werden, daß die stationären Leitschaufelschäfte 5 gedreht werden, wodurch der Winkel der stationären Leitschaufeln 3 im gewünschten Maß geändert wird. Im folgenden wird die Maßnahme, eine Tangentialkraft am Ende des Arms 17 anzulegen, näher erläutert. Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, ist das Außengehäuse 9 auf seiner Innenseite mit einer Führungseinrichtung versehen, die von einer Führungsstange 19b, die an ihren beiden Enden von zwei Lagern 19a gehalten ist, und einer Führungsplatte 19c gebildet werden, die zwischen der Führungsstange 19b und dem Außengehäuse 9 angeordnet ist. Ein hin- und herbewegbarer Block 20 wird von der Führungseinrichtung 19 geführt. Der Block 20 ist mit einer Betätigungseinrichtung verbunden, beispielsweise mit der Stange 10a dos Arbeitszylinders 10, die an dem Außengehäuse 9 festgelegt ist und von dem Arbeitszylinder 10 getrieben wird. Der Block 20 ist an seinem Abschnitt angrenzend an den Zwischenzylinder 7 mit einem Eingriffsabschnitt zum Übertragen der Kraft von dem Arbeitszylinder 10 in AxJLalrichtung des Rotors 1 versehen, beispielsweise einer' Nut 21, die sich in Axialrichtung des Rotors erstreckt. Die Nut 21 nimmt das drehbare Teil 18 auf, das am Ende des Arms 17 befestigt ist. Die Führungsstange 19b der Führungseinrichtung 19 erstreckt sich durch den Block 20. Da der Block 20 an seinem oberen Abschnitt von der Führungsplatte 19c geführt wird, kann der Block 20 eine Linearbewegung nur in Axialrichtung des Arbeitszylinders 10 ausführen. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Linien, längs der eine Last am Block 20 der Arbeitszylinderstange 10a angelegt wird, im wesentlichen mit der Mitte des drehbaren Teils 18 am Ende des Arms 17 zusammenfällt, um die glatte Hin- und Herbewegung des Blocks 20 weiter zu gewährleisten.

Der Aufbau für den gegenseitigen Eingriff zwischen dem

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Ende des Arms 17 und dem Block 20 wird anhand der Figuren 3 und 4 erläutert. Das drehbare Teil 18, das eine im wesentlichen rechteckige Form hat, ist am Ende des Arms 17 über ein Halteelement 22, einen Zapfen 23 und ein Kugelelenient 24 verbunden. Das bewegliche Teil 18 kann sich in jeder gewünschten Richtung längs des Kugelsitzes des kugeligen Teils 24 um den Zapfen 23 drehen. Wie aus Figur 3 zu ersehen ist, sind an dem Endabschnitt des beweglichen Teils 18 und am Einlaßabschnitt der Nut 21, die im Block 20 ausgeführt ist, jeweils Abschrägungen 18a bzw. 21a ausgeführt, um das Einführen des beweglichen Teils 18 in die Nut 21 zu erleichtern. Die Lage des Schwerpunkts des beweglichen Teils 18 ist zur unteren Seite hin versetzt, d.h. zur Achse des Rotors, so daß das bewegliche Teil 18 parallel zur Nut 21 während des Einführend in die Nut 21 gehalten wird. Es ist deshalb möglich, den Eingriff zwischen dem Arm 17 und dem Block 20 einfach dadurch herzustellen, daß das Außengehäuse 9 von der Oberseite aufgepaßt wird. Der gegenseitige Eingriff zwischen dem Arbeitszylinder 10 und dem Zwischenzylinder 7 kann ohne Verwendung eines Verbindungszapfens einfach durch Aufpassen bzw. Befestigen des Äußengehäuses 9 erreicht werden. Bei der tatsächlichen Montage des Axialkompressors werden die Bauteile, wie der Arbeitszylinder 10, die Führungseinrichtung 19, der Block 20 usw. vorher an der Innenfläche der oberen Hälfte des Außengehäuses 9 befestigt, so daß sich der Block 20 in einer Position befindet, die dem Ende des Arms 17 entspricht.

Nach der Montage des Rotors 1, des Innengehäuses 4, des Zwischenzylinders 7 usw., wird die obere Hälfte des Außengehäuses 9 aufgesetzt, wordurch die Montage des Axialkompressors abgeschlossen ist. Die beschriebene Ausführungsforn arbeitet folgendermaßen: An jeder stationären Leitschaufel 3 wirkt eine Sogkraft, wenn sie den statischen Druck des Fluids erhöht. Dies hat

zur Folge, daß ein Drehmoment in dem stationären schaufelschaft 5 erzeugt wird, da der Angriffspunkt der Sogkraft zur Achse des stationären Leitschaufelschafts 5 versetzt ist. Dieses Drehmoment tritt während des Betriebs als die auf den Zwischenzylinder 7 wirkende Tangentialkraft auf, so daß es nötig ist, eine Gegenkraft aufzubringen, welche diese Tangentialkraft an den Zwischenzylinder 7 ausgleicht, und zwar mit Hilfe des Arbeitszylinders 10, wodurch die stationären Leitschaufeln 3 in jeder gewünschten Winkelstellung gehalten werden. Figur 2 zeigt den Kompressor in einem bestimmten Betriebszustand. Zum Ändern des Winkels der stationären Leitschaufeln 3 von dem in Figur 2 gezeigten Zustand aus wird die von dem Arbeitszylinder 10 auf den Zwisehenzylinder 7 ausgeübte Kraft erhöht, um den Zwischenzylinder 7 um einen gewünschten Winkel zu verdrehen. Die Bewegung des Arbeitszylinders 10 wird auf den Block über die Arbeitszylinderstange 10a übertragen, so daß der Block 20 sich in der zur Achse des Rotors 1 senkrechten Richtung bewegt, während er von der Führungseinrichtung 19 geführt wird, die am Außengehäuse 9 festgelegt ist. Die Bewegung des Blocks 20 verursacht eine Drehung des damit in Eingriff stehenden Arms 17 in Bewegungsrichtung des Blocks 20, so daß der Zwischenzylinder 7, der bezüglich des Innengehäuses 4 drehbar ist, zusammen mit dem Arm 17 drehbar ist. Deshalb werden die stationären Leitschaufeln 3 um einen gewünschten Winkel während des Zusammenwirkens von Nut 8, stationären Leitschaufelarmen 6 und stationären Leitschaufelschäften 5 gedreht.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist das bewegliche Teil 18 am Ende des Arms gleitend verschiebbar bezüglich der Nut 21 im Block 20, und zwar sowohl in Vertikalrichtung als auch in Axialrichtung, so daß die 5 Differenz der thermischen Expansion zwischen dem Außen-

gehäuse 9 und dem Zwischenzylinder 7 absorbiert wird. Der Block 20 wird von der Führungseinrichtung 19 am Außengehäuse 9 nur in der Richtung senkrecht zur Achse des Rotors 1 geführt. Deshalb wirkt kein seitlicher Druck auf die Arbeitszylinderstange 10a ein, was eine glatte Arbeitsweise des Arbeitszylinders 10 gewährleistet und somit auch einen zuverlässigen Betrieb der Vorrichtung zum Ändern des Leitschaufelwinkels. 3ei der erf indungsgemäße.n Vorrichtung zur änderung des Leitschaufelwinkels nimmt das Ende des Arms 17 sennit nur die Kraft für den Antrieb des Zwischenzylinders 7 in der zur Achse des Rotors 1 senkrechten Richtung auf, wodurch eine glatte Gleitbewegung des Zwischenzylinders 7 gewährleistet ist, auch wenn ein Unterschied in der thermischen Expansion zwischen dem Zwischenzylinder 7 und dem Anßengehäuse 9 vorliegt oder wenn die Achse des Zwischenzylinders 7 zur Achse des Rotors 1 versetzt oder dazu geneigt ist.

Da der gegenseitige Eingriff zwischen dem Block 20 und dem Arm 17 durch den Eingriff zwischen der Nut 21 im Block 20 und dem beweglichen Teil 18 am Ende des Arms 17 erreicht wird, ist es nicht erforderlich, einen Zapfen für die Verbindung des Zwischenzylinders 7 mit dem Außengehäuse 9 zu verwenden. Es ist deshalb möglich, daß sich das Ende des Arms 17 in eine Stellung in der Nähe des Außengehäuses 9 erstreckt. Somit reicht der genügend lange Arm 17 in eine Position in der Nähe des Außcngthäuses 9, was bedingt, daß der Angriffspunkt der Tangentialkraft zur Drehung des Zwischenzylinders 7 einen ausreichenden Abstand dazu hat. Die für die Drehung des Zwischenzylinders 7 erforderliche Tangentialkraft ist umgekehrt proportional zum Abstand zwischen dem ■Angriffspunkt der Tangentialkraft und der Rotorachse. Bei der bekannten Vorrichtung, bei welcher der Zwischenzylinder mit dem Arbeitszylinder mit Hilfe eines Ver-

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bindungsgestänges und eines Zapfens verbunden war, liegt der Angriffspunkt der Tangentialkraft zum Drehen des Zwischenzylinders an einer Stelle in der Nähe des Außenumfangs des Zwischenzylinders. Erf indungsgomaß ist es deshalb möglich, die Kraft des ArbeitszylInders 10 bzw. der Betätigungseinrichtung, die für das Drehen des Zwischenzylinders 7 erforderlich ist, verglichen mit der herkömmlichen Vorrichtung,zu verringern. Bei einem Axialkompressor ist es beispielsweise möglich, die Kraft des Zylinders auf zwei Drittel bis drei Viertel der Kraft der herkömmlichen Einrichtung zu beschränken, so daß nicht nur die Produktionskosten sondern auch die Betriebskosten sinken.

Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform die Einrichtung zum Drehen des Zwischenzylanders 7, d.h. der Arbeitszylinder 10, an der oberen Hälfte des AuBengehäuses 9 angebracht ist, kann der Arbeitszylinder auch an der unteren Hälfte des Außengehäuses 9 angebracht werden. Wenn die genannte Einrichtung an der unteren Hälfte des Außengehäuses 9 angebracht wird, ist es möglich, den Eingriff zwischen dem beweglichen Teil 18 und dem Block 20 auf einfache Weise zu erhalten, und zwar durch Versetzen der Position des Schwerpunkts des drehenden Teils 12 zur unteren Seite der Achse des Zapfens 23, d.h. zu der Unterseite des Gehäuses. Das bewegliche Teil 18 hat dabei eine im wesentlichen rechteckige Form, so daß es mit der Nut 21 in Oberflächenkontakt steht. Das bewegliche Teil 18 kann jedoch auch eine zylindrische Form haben. In diesem Fall kann der Eingriff zwischen dem beweglichen Teil 18 und der Nut 21 leichter erreicht werden, aufgrund des Linienkontakts zwischen dem beweglichen Teil 18 und der Nut 21 steigt jedoch die Hertzsche Pressung, so daß das bewegliche Teil 18 und der Block 20 verschleißen oder beschädigt werden, was die Betriebssicherheit beeinträchtigt.

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Bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform werden die ortsfesten Leitschaufeln der verschiedenen Stufen auf verschiedene Winkel eingestellt. Dabei ist wie bei der Ausführungsform der Figuren 1 bis 4 der Zwischenzylinder 7 an der Außenseite des Innengehäuses 4 befestigt, um den Unterschied in der thermischen Expansion dazwischen zu absorbieren. An der Innenseite des Zwischenrings 7 sind an Stellen, die den Stufen der stationären Leitschaufeln 3 entsprechen, in Umfangsrichtung drehbare Ringe angeordnet. An den inneren Umfangsflachen des Rings 15 sind axiale Nuten 8 für die Aufnahme der Enden der stationären Leitschaufelarme

6 zuin Drehen der stationären Leatschaufeln der jeweiligen Stufen ausgebildet. Die Hinge 15 sind an den jeweiligen axialen Segmenten des Zwischenzylinders 7 vorgesehen. Die axialen Segmente des Zwischenzylinders

7 sind durch Bolzen oder dergleichen miteinander verbunden. Zwei der axialen Segmente des Zwischenzylinders 7 angrenzend an die Saugseite des Kompressors 2 sind mit bestimmten Räumen versehen, während zwei diesen Segmenten zugeordnete Ringe 15 mit Armen 17 verbunden sind, die sich zu dem Außengehäuse 9 durch diese Räume erstrecken. Weitere Ringe 15, d.h. drei Ringe 15 angrenzend an die Förderseite des Kompressors, sind an einem Abschnitt des Zwischenzylinders 7 befestigt, mit dem ein Arm 17 verbunden ist, der sich zum Außengehäuse 9 erstreckt. Von den Armen 17 hat der, der sich zur Saugseite des Kompressors am nächsten befindet, die geringste Lange, während der der Förderseite des Komprc-Ksors am nächsten liegende die' größte Länge hat.

Der Block 20, der sich in Axialrichtung des Rotors erstreckt, hat eine in Axialrichtung des Rotors 1 verlaufende Nut 21 und kann sich in der zur Richtung der Achse des Rotors 1 senkrechten Richtung hin und her bev.'egen. Die Nut 21 im Block 20 nimmt die Enden der Arme 17 auf. Da der der Saugsaite des Kompressors am

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nächsten liegende Arm 17 die geringste Länge bat, während der Arm 17 in der Nähe der Förderseite des Kompressors die größte Länge hat, ist die Nut 21 am Endabschnitt des Blocks 20 angrenzend an die Saugseite des Kompressors am größten und am Endabschnitt in der Nähe -3er Förderseite des Kompressors am kl ein st on, so äaß das drehbare Teil 18 am jeweiligen Arm- 17 .in rl ie Nut 21 optimal eingreifen kann. Alternativ hat die Nut 21 eine konstante Tiefe, ist jedoch über der T.ünge des Blocks 20 entsprechend den LängserStreckungen der Arrne 17 geneigt, da die Nut 21 nur für den Eingriff :rit o^n Er :en der Arme 17 der jeweiligen Stufen diolen soll. Der 3.1 ock 20 kann sich in der zur Achse des Rotors 1 senkrechten Richtung hin- und herbowegen, wähn.-nd er von der Führungseinrichtung geführt wird, wie dies anhand von Figur 2 erläutert wurde. Da sich b^i der gezeigten Ausführungsform der Block 20 in Axial richtung des Rotors 1 erstreckt, werden zwei Führungsstangen 19b zur Bildung der Führungseinrichtung vorgescbt-n, am den 3lock 20 stabil zu führen.

Bei der vorhergehenden Ausführungsform wird der Block 20 von einem einzigen Arbeitszylinder angetrieben, der am oberen Halbteil des Außengehäuses 9 festgelegt ist.

Die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform hat zusätzlich den Vorteil, daß die Nut 21 im Block 20 sich in AxialrichtJng des Rotors erstreckt und die Enden dor Arme 17 aufni~nt, die eine andere Länge haben, so ::aß die stationären Leitschaufeln 3 der diesen Armen zugeordneten Stufen auf unterschied!iche optimale Kinkel gleichzeitig ein-jp stellt werden, wodurch die Kcrcressorleist^:;rig •.veiter verbessert w.i ->-q .

Die üer dritten bis fünften siaticii-iien ",eitp^-^'if-ln 3 bei dieser Ausf üh n.nqsf orni entsprechenden K ' nqe 15

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sind an dem Zwischenzylinder 7 so befestigt, daß sich drei Ringe 15 als Einheit drehen. Eine solche Anordnung dient lediglich der Erläuterung und schließt Anordnungen nicht aus, bei denen die Ringe entsprechend allen Stufen für eine unabhängige Drehung angeordnet sind, um eine unabhängige Steuerung der jeweiligen Stufen der stationären Leitschaufeln 3 zu ermöglichen.

Bei den beiden beschriebenen Ausführungsforrnen wird die Verbindung zwischen dem Block 20 und don Armen durch gegenseitigen Eingriff von Nut 21 im Block 20 und den Enden der Arme 17 erreicht, die in der Nut 21 aufgenommen werden. Der gleiche Vorteil ist durch eine Anordnung erreichbar, bei der Eingriffsabschnitte, wie •vuten in den Enden der Arme 17 ausgebildet sind, wMhrend der Block 20 Vorsprünge oder dergleichen aufweist, die in diesen Nuten aufgenommen werden können. Der Eingriffsabschnitt braucht nicht immer eine Nut zu sein. Als Eingriffseinrichtung können auch andere Aufbauten, beispielsweise eine rechteckige Form, verwendet werden, vorausgesetzt, daß das Ende des zugeordneten Teils durch eine Bewegung in Radialrichtung des Rotors eingeführt werden kann, um die Verbindung zwischen dem Eingriffsabschnitt und dem Ende des zugehörigen Teils in der zur Richtung der Achse des Rotors senkrechten Richtung erreichen zu können. Auch der beschriebene Aufbau der Führungseinrichtung 19 ist nicht bindend. Die Führungseinrichtung kann jeden Abschnitt der Stange 10a führen, vorausgesetzt, daß der Block 20 am Ende der Arbeitszylinderstange 10a ein Stück damit bildend befestigt ist. Als Betätigungseinrichtung für den hin- und hergehenden Antrieb des Blocks 20 in der zur Rotorachse senkrechten Richtung kann auch jede geeignete Betätigungseinrichtung verwendet werden, beispielsweise eine Kombination einer Drehbetätigungseinrichtung, beispielsweise eines Motors

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nächsten liegende Arm 17 die geringste Länge hat, während der Arm 17 in der Nähe der Förderseite des Kompressors die größte Länge hat, ist die Nut 21 am Endabschnitt des Blocks 20 angrenzend an die Saugseite des Kompressors am größten und am Endabschnitt in der Nähe der Förderseite des Kompressors am kleinst on., so daß das drehbare Teil 18 am jeweiligen Arm 17 .in die Nut 21 optimal eingreifen kann. Alternativ hat die Nut 21 eine konstante Tiefe, ist jedoch über der Länge des Blocks 20 entsprechend den LängserStreckungen der Arme 17 geneigt, da die Nut 21 nur für den Birgriff :ri t den Er ;en c-?r Arme 17 der jeweiligen Stufen dicT.-n soll. Der Block 20 kann sich in der zur Achse des Rotors 1 senkrechten Richtung hin- und herbewegen, während er von der Führungseinrichtung geführt wird, wie dies anhand von Figur 2 erläutert wurde. Da sich b^i der gezeigten Ausführungsform der Block 20 in .Axialrichtung des Rotors 1 erstreckt, werden zwei Führungεstangen 19b zur Bildung der Führungseinrichtung vorgesehen, am den Block 20 stabil zu führen.

Die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform hat ?.usätzlich den Vorteil, daß die Nut 21 im Block 20 sich in AxialrichtJing des Rotors erstreckt und die Enden der Arme 17 aufnimmt, die eine andere Länge haben, so ::aß die stationären Leitschaufeln 3 der diesen Armen zugeordneten Stufen auf unterschiedliche optimale Kinkel gleichzeitig eingestellt werden, wodurch die Kcrrressorlei:-t-j.ng weiter verbessert wj i'ö .

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Bei den beiden beschriebenen Ausführungsforrnen wird die Verbindung zwischen dem Block 20 und den Armen

TO cu'ch gegenseitigen Eingriff von Nut 21 im Block 20 und de-n Enden der Arme 17 erreicht, die in der Nut 21 aufgenerellen werden. Der gleiche Vorteil ist durch eine Anordnung erreichbar, bei der Eingriffsabschnitte, wie Nuten in den Enden der Arme 17 ausgebildet sind, während der Block 20 Vorsprünge oder dergleichen aufweist, die in diesen Nuten aufgenommen werden können. Der Eingriffsabschnitt braucht nicht immer eine Nut zu sein. Als Eingriffseinrichtung können auch andere Aufbauten, beispielsweise eine rechteckige Form, verwendet werden, vorausgesetzt, daß das Ende des zugeordneten Teils durch eine Bewegung in Radialrichtung des Rotors eingeführt werden kann, um die Verbindung zwischen dem Eingriffsabschnitt und dem Ende des zugehörigen Teils in der zur Richtung der Achse des Rotors senkrechten Richtung erreichen zu können. Auch der beschriebene Aufbau der Führungseinrichtung 19 ist nicht bindend. Die Führungseinrichtung kann jeden Abschnitt der Stange 10a führen, vorausgesetzt, daß der Block 20 am Ende der Arbaitszylinderstange 10a ein Stück damit bildend befestigt ist. Als Betätigungseinrichtung für den hin- und hergehenden Antrieb des Blacks 20 in der zur Rotorachse senkrechten Richtung kann auch jede geeignete Betätigungseinrichtung ver-* wendet werden, beispielsweise eine Kombination einer Drehbetätigungs·- inrichtung, beispielsweise eines Motors

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und eines Schneckengetriebes, anstelle des Arbeitszylinders 10.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Veränderung des Leitschaufelwinkels bei einer axialen Strömungsmaschine J st es möglich, das Angreifen eines seitlichen Drucks an der Betätigungseinrichtung zur Erzeugung der Kraft zum Drehen der stationären Leitschaufeln vollständig zu vermeiden, so daß die Betätigungseinrichtung stabil und glatt arbeiten kann, was eine hohe Betriebssicherheit der Vorrichtung gewährleistet.

Claims

v.FüNER EBBINGHAUS FtNCK

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MARIAHILFPLATZ 2 A 3. MÖNCHEN SO POSTADRESSE: POSTFACH 95 OI 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95

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8. Juni 1983

Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels bei axialen Strömungsmaschinen

Patentansprüche

/ 1.) Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels ^-""^ bei axialen Strömungsmaschinen mit einem außerhalb eines Innengehäuses angeordneten Außengehäuse, mit einem zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse angeordneten Zwischenzylinder, mit in der Innenseite des Zwischenzylinders ausgebildeten axialen Nuten für die Aufnahme der Enden von stationären Leitschaufelarmen zum Drehen der stationären Leitschaufeln der Strömungsmaschine und mit einer Betätigungseinrichtung zum Drehen des Zwischenzylinders in Umfangsrichtung, um so den Haltewinkel der stationären Leitschaufeln zu verändern, g e kennzeichnet durch

a) einen an seinem einen Ende mit dem äußeren Ende des Zwischenzylinders (7) verbundenen Arm (17), dessen anderes Ende sich zum Außengehäuse (9) erstreckt,

b) durch eine Führungseinrichtung (19), die mit der Betätigungseinrichtung (10) am Außengehäuse (9) angebracht ist,

c) durch einen Block (20) , der von der Betätigungseinrichtung (10) hin und her in einer zur Achse des Rotors (1) der Maschine, senkrechten Richtung bewegbar ist und von der Führungseinrichtung (19) geführt wird,

d) durch einen Eingriffsabschnitt (21), der entweder im Block (20) oder im anderen Ende des Arms (17) ausgebildet ist und die Kraft der Betätigungseinrichtung (10) auf den Arm (17) in 0 der zur Achse des Rotors (1) senkrechten Richtung überträgt, und

e) durch ein Eingriffsende (18), das entweder am anderen Ende des Arms (17) oder am Block (20) ausgebildet ist und in die Nut in Radialrichtung des Rotors (1) so einführbar ist, daß ein Eingriff mit dem Rotor (1) in der zur Achse des Rotors (1) senkrechten Richtung vorliegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung ein Arbeitszylinder (10) mit einer Stange (10a) ist, mit welcher der Block (20) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriffsabschnitt eine Nut (21) aufweist, die in dem Abschnitt des Blocks (20) angrenzend an den Zwischenzylinder (7) ausgebildet ist und die Enden des Arms (17) aufnimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriff zwischen dem Block (20) und dem Ende eines jeden Arms (17) durch ein im wesentlichen rechteckiges drehbares EIement (18) erreicht wird, das vom Ende des Arms (17) über ein Stützelement (22), einen Zapfen (23) und eine kugelige Fläche (24) getragen wird und in der Nut (21) im Block (20) aufgenommen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (19) eine Führungsstange (19b) aufweist, die an ihren beiden Enden von einer Vielzahl von

Haltern (19a) abgestützt ist, die an der Innenfläche des Außengehäuses (9) befestigt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (19) eine Führungsplatte (19c) aufweist, die zwischen der Führungsstange (19b) und dem Außengehäuse (9) angeordnet ist.

7. Vorrichtung zum Verändern des Leitschaufelwinkels bei axialen Strömungsmaschinen mit einem außerhalb eines Innengehäuses angeordneten Außengehäuse, mit einem zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse angeordneten Zwischenzylinder, mit Ringen, die für eine ümfangsdrehung mit dem Zwischenzylinder unabhängig für jede Stufe oder jede Gruppe einer Vielzahl von Stufen der stationären Leitschaufeln der Strömungsmaschine angebracht sind, mit in der Innenseite der Ringe ausgebildeten axialen Nuten für die Aufnahme der Enden der stationären Leitschaufelarme zum Drehen der stationären Leitschaufeln der Strömungsmaschine und mit einer Betätigungseinrichtung zum Drehen der Ringe in ümfangsrichtung, um dadurch den Haltewinkel der stationären Leitschaufeln zu verändern, gekennzeichnet durch a) Arme (17), die an ihren einen Enden mit den Ringen (15) verbunden sind und sich mit ihren anderen Enden zum Außengehäuse (9) erstrecken, b) durch eine Führungseinrichtung (19), die mit der Betätigungseinrichtung (10) am Außengehäuse (9) angebracht ist,

c) durch einen EZock (20), der von der Betätigungseinrichtung (Ii"* in der zur Achse des Rotors (1) der Maschine senkrechten Richtung hin und her bewegbar ist und von der Führungseinrichtung (19)

-A-

geführt wird, wobei sich der Block (20) in Axialrichtung des Rotors (1) über den Bereich erstreckt, in welchem die Arme (17) in Axialrichtung des Rotors (T) angeordnet sind,

d) durch einen Eingriffsabschnitt (21), der entweder im Block (20) oder im anderen Ende des Arms (17) ausgebildet ist und die Kraft der Betätigungseinrichtung (10) auf den Arm (17) in der zur Achse des Rotors (1) senkrechten Richtung überträgt, und

e) durch ein Eingriff sende (18) , das entweder am ■ anderen Ende des Arms (17) oder am Block (20) ausgebildet ist und in die Nut (21) in Radialrichtung des Rotors (1) eihführbar ist, so daß ein Eingriff mit dem Rotor (1) in der zur Achse des Rotors (1) senkrechten Richtung stattfindet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriffsabschnitt eine Nut (21) aufweist, die in dem Abschnitt des Blocks

(20) angrenzend an den Zwischenzylinder (7) ausgebildet ist und sich in Axialdichtung des Rotors (1) erstreckt, wobei die Enden der Arme (17) in der Nut

(21) aufgenommen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriff zwischen dem Block (20) und den Enden des Arms (17) über ein im wesentlichen rechteckiges drehbares Element (18), das am Ende eines jeden Armes (17) befestigt ist, über ein Stützelelement (22), einen Zapfen (23) und ein kugeliges Element (24) erreicht wird, wobei das Element (18) in der Nut (21) im Block (20) aufgenommen ist. '