DE3322192C1

DE3322192C1 - Verstelleinrichtung fuer die Leitschaufeln einer axial durchstroemten Stroemungsmaschine

Info

Publication number: DE3322192C1
Application number: DE3322192A
Authority: DE
Inventors: Jan Zürich Faltys
Original assignee: Sulzer Escher Wyss AG; Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1983-05-31
Filing date: 1983-06-21
Publication date: 1984-07-12
Also published as: ATE21435T1; US4558986A; JPS59231106A; JPH0312201B2; DE3460468D1; CH661772A5; EP0127219B1; EP0127219A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für die Leitschaufeln einer axial durchströmten Strömungsmaschine mit einer im Innenraum des Maschinengehäuses angeordneten konzentrischen Verstellhülse, durch deren axiale Verschiebung die Leitschaufeln verstellbar sind, wobei die axiale Verschiebung der Verstellhülse über eine im Zwischenraum zwischen Maschinengehäuse und Verstellhülse angeordnete Verstellgabel erfolgt, deren Schwenkachse im Maschinengehäuse und deren Arme in der Verstellhülse drehbar gelagert sind und wobei die Verstellhülse im Maschinengehäuse axial geführt ist.

Solche Verstelleinrichtungen sind beispielsweise aus FR 25 08 564 oder DE-OS 31 25 639 bekannt und dienen zur Verstellung der Leitschaufeln, zum Beispiel von Turboverdichtern, Turbinen oder Gasturbinen. Eine Verschiebung der Verstellhülse in axialer Richtung bewirkt hierbei eine Drehung der Leitschaufeln um ihre Achse. Wegen der unterschiedlichen Wärmedehnung der Verstellhülse und des Maschinengehäuses bereitet die Abstützung der Verstellhülse im Maschinengehäuse jedoch Schwierigkeiten. Die in DE-AS 22 35 154 beschriebene Abstützung der Verstellhülse mittels Führungsstangen, wobei auf einer Seite zwei längsfixierende Stangen und auf der Gegenseite ein horizontales Gleiten zulassende Abstützungen vorgesehen sind, bringt eine besonders für relativ lange Verstellhülsen brauchbare Lösung. Bei kürzeren Verstellhülsen treten jedoch zum Teil erhebliche Reibungskräfte auf, wenn die Verstellkraft nicht genau im Zentrum der Verstellhülse angreift, was in der Praxis immer mehr oder weniger der Fall ist. Die durch das entsprechende Kippmoment erzeugten Reibungskräfte in den Abstützungen werden nämlich umso größer, je kürzer der Längsabstand der Abstützungen der Verstellhülse ist. Hinzu kommt, daß beim Drehen der Leitschaufeln ein Torsionsmoment auf die Verstellhülse ausgeübt wird, welches bei einer Linearführung der bekannten Art zu einer erheblichen Gleitreibung führt. Diese Reibungskräfte sind vor allem bei Turbomaschinen, die mit heißen Gasen arbeiten, beträchtlich und können bis zur Selbsthemmung führen. Zufolge der hohen Temperaturen wird die Materialauswahl der aufeinandergleitenden Teile eingeschränkt und es muß mit einem Reibungskoeffizienten bis etwa zum Fünffachen des Normalwertes gerechnet werden. Besonders für Heißgasmaschinen, wie Turbinen ist es deshalb wünschenswert, Verstellhülsen-Abstützungen mit kleinem Reibungswiderstand zur Verfügung zu haben.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, eine Verstelleinrichtung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß die Verstellhülsen-Abstützung bei einer einfachen und kostengünstigen Konstruktion unabhängig von der Länge der Verstellhülse, unter Vermeidung einer Gleitführung, einen erheblich geringeren Reibungswiderstand aufweist und eine Selbsthemmung weitgehend vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Drehlagerung der Arme der Verstellgabel in der Verstellhülse unverschieblich ist und daß im axialen Abstand von den Armen und parallel zu diesen zwei Laschen angeordnet sind, die zwischen ihren Drehlagerungen im Maschinengehäuse und der Verstellhülse die gleiche Länge wie die Arme aufweisen.
Durch diese als Parallelogrammführung ausgebildete axiale Führung wird eine äußerst exakte translatorische Bewegung der Verstellhülse mit kleinstmöglicher Reibung erreicht, wobei ein Kippen der Verstellhülse weitgehend vermieden und eine Selbsthemmung verhindert wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Angriffspunkte der Verstellkraft, daß heißt die Drehpunkte der Verstellgabel-Arme und der Laschen in der Verstellhülse in der Höhe der Achse der Strömungsmaschine vorgesehen sind und das Kippmoment somit möglichst klein gehalten wird.

Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Axialschnitt eines Teiles eines Axialverdichters mit einer Verstelleinrichtung für eine Verstellhülse.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch den in F i g. 1 dargestellten Axialverdichter entlang der Ebene A '-A".

F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch den in F i g. 1 dargestellten Axialverdichter senkrecht zur Achse in der EbeneB'-B".

In einem Gehäuse 1 eines Axialverdichters ist zentral ein Rotor 2 angeordnet, der auf seiner Außenseite mit Laufschaufeln 3 versehen ist. Der Rotor 2 ist konzentrisch von einem feststehenden Leitschaufelträger 4 umgeben, in dem verstellbare, daß heißt um eine Verstellachse drehbar gelagerte Leitschaufeln 5 sowie weitere feste Leitschaufeln 5' eingesetzt sind.

Für Ihre Verstellung sind die Leitschaufeln 5 des äußeren Leitschaufelkranzes mit Stellhebeln 6 versehen,

es die in Ringnuten 7 einer axial verschiebbaren Verstellhülse 8 eingreifen. Bei einer Verschiebung dieser Verstellhülse 8 in axialer Richtung werden die Stellhebel 6 geschwenkt und die Leitschaufeln 5 entsprechend um

ihre Achse verdreht. Die weiteren Leitschaufein 5' können entweder fest oder auch in analoger Weise wie die Leitschaufeln 5 verstellbar sein.

Die dazu erforderliche axiale Verschiebung der Verstellhülse 8 erfolgt mittels einer schwenkbaren, über Schwenkachsen 10 drehbaren, im Gehäuse 1 gelagerten Verstellgabel 11. Die Arme 12 dieser Verstellgabel greifen in Drehpunkte 13 in der Verstellhülse 8 ein, so daß sich bei einer Schwenkung der Verstellgabel 11 um einen Winkel oc die Verstellhülse 8 um einen Weg S in axialer Richtung verschiebt.

Vorteilhaft ist es, wenn die Drehachse 13 der Verstellgabel-Arme so gewählt werden, daß sie etwa in Höhe der Achse A der Turbomaschine liegen, so daß die Verstellkraft im Zentrum des Verstellzylinders angreift und ein Kippmoment soweit als möglich vermieden wird.

Parallel zu den Armen 12 der Verstellgabel, jedoch in Achsenrichtung um eine bestimmte Strecke dazu verschoben, sind Laschen 14 vorgesehen, die im Maschinengehäuse 1 beidseitig in Drehpunkten einer Drehachse 15 drehbar gelagert sind. Die Laschen 14 weisen an ihrem anderen Ende beidseits weitere Drehpunkte 16 auf, die in die Verstellhülse 8 eingreifen. Die Abstände der Drehachsen 10 und 13 sowie 15 und 16 einerseits, und der Drehachsen 13 und 16 sowie 10 und 15 andererseits sind möglichst genau gleich groß gewählt, so daß eine möglichst exakte Parallelogrammführung gebildet wird, die eine genaue Führung der Verstellhülse 8 in axialer Richtung gewährleistet, und zwar mit einer besonders einfachen und kostengünstigen Konstruktion und geringstmöglichen Reibungskräften.

Zweckmäßig ist es, wenn die Drehachse 16 der Laschen etwa den gleichen Abstand von der Achse A hat wie die Drehachse 13 der Verstellgabel, bzw. wenn beide Drehachsen 13 und 16 in Achsenhöhe gewählt sind. In diesem Fall verlaufen die Parallelogramm-Längsseiten 13—16 und 10—15 parallel zur Achse A. Jedoch ist auch eine Lösung mit einem schrägen Parallelogramm möglich, bei der die Drehachse 13 und 16 bzw. 10 und 15 einen unterschiedlichen Achsen-Abstand besitzen, die Parallelogramm-Längsseiten 13—16 und 10—15 also schräg zur Achse A verlaufen.

Bei der Drehbewegung der Laschen um den Drehpunkt 15 und der Arme 12 um den Drehpunkt 10 beschreiben die anderen Drehpunkte 16 und 13 des Ver-Stellzylinders 8 ein Stück eines Kreisbogens, wobei zur Leitschaufelverstellung nur die axiale Komponente dient. Die zur Achse vertikale Komponente, die bei den üblichen Verstellwegen nur relativ klein ist, kann durch ein ausreichendes radiales Spiel der Gleitsteine der Stellhebel 6 in den Ringnuten 7 ohne Schwierigkeiten aufgenommen werden.

Da beim Betrieb der beschriebenen Turbomaschine ein erheblicher Temperaturgradient zwischen Verstellhülse 8 und Maschinengehäuse 1 auftreten kann, ist es vorteilhaft, zum Ausgleich der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung ein gewisses radiales Spiel 21 der Verstellhülse 8 quer zur Achse A in den Drehachsen 13 und 16 vorzusehen, wobei zusätzliche Endanschläge zur Vermeidung einer schwimmenden Bewegung der Ver- eo stellhülse vorgesehen sein können.

Der Antrieb für die Verstellgabel 11 kann manuell oder motorisch über eine Steuer- oder Regeleinrichtung erfolgen und an einer geeigneten Stelle der Verstellgabel 11 angreifen. Im Beispiel von Fig.3 ist dazu ein Handrad 17 vorgesehen, daß über eine Schnecke 18 in einem Getriebskasten 19 auf einen Zahnkranz 20 wirkt, der fest auf dem verlängerten Ende der einen Schwenkachse 10 sitzt. Der Antrieb kann jedoch auch auf andere Weise erfolgen und an einer anderen Stelle der Verstellgabel 11 angreifen.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind noch weitere Abwandlungen möglich. So können die Verbindungspunkte der Verstellgabel mit dem Maschinengehäuse, anstatt zwischen dem Scheitel der Verstellgabel und den Verbindungspunkten mit der Verstellhülse, auch am äußeren Ende der Arme der Verstellgabel vorgesehen sein. Die äußeren Enden der Verstellgabel können zur Verbesserung der Stabilität und Steifigkeit auch miteinander verbunden sein, so daß die Gabel zu einem durchgehenden Ring wird. Auch die Laschen können an ihren Enden miteinander verbunden sein und somit ebenfalls eine Gabel oder einen Ring bilden. Statt des beschriebenen Verstell-Mechanismus für die Leitschaufeln mit Ringnuten und schwenkbaren Hebeln können auch andere Verstelleinrichtungen vorgesehen sein, die mit einer in axialer Richtung verschiebbaren Hülse beliebiger Form arbeiten. Die Verstellung der Gabel kann, statt an den Drehpunkten, beispielsweise auch an einem am Scheitel der Gabel vorgegebenen Fortsatz mittels eines linear wirkenden Stellmotors erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verstelleinrichtung für die Leitschaufeln einer axial durchströmten Strömungsmaschine mit einer im Innenraum des Maschinengehäuses angeordneten konzentrischen Verstellhülse, durch deren axiale Verschiebung die Leitschaufeln verstellbar sind, wobei die axiale Verschiebung der Verstellhülse über eine im Zwischenraum zwischen Maschinengehäuse und Verstellhülse angeordnete Verstellgabel erfolgt, deren Schwenkachse im Maschinengehäuse und deren Arme in der Verstellhülse drehbar gelagert sind und wobei die Verstellhülse im Maschinengehäuse axial geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlagerung (13) der Arme (12) der Verstellgabel (11) in der Verstellhülse (8) unverschieblich ist und daß im axialen Abstand von den Armen und parallel zu diesen zwei Laschen (14) angeordnet sind, die zwischen ihren Drehlagerungen (15) im Maschinengehäuse (1) und der Verstellhülse (8) die gleiche Länge wie die Arme aufweisen.

2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlagerung (13, 16) der Verstellgabel-Arme (12) und der Laschen (14) mit der Verstellhülse (8) wenigstens angenähert in der Höhe der Achse (A) der Strömungsmaschine vorgesehen ist.

3. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, daß an der Drehlagerung (13,16) der Arme (12) der Verstellgabel (11) und der Laschen (14) mit der Verstellhülse (8) Mittel (21) zum Aufnehmen von Bewegungen in radialer Richtung vorgesehen sind.