DE3347955C2 - Verstelleinrichtung für Laufschaufeln von Strömungsarbeitsmaschinen axialer Bauart mit senkrecht stehender Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstelleinrichtung für Laufschaufeln von Strömungsarbeitsmaschinen

ίο axialer Bauart mit senkrecht stehender Welle, bei welcher die Laufschaufeln um einen Lagerzapfen drehbar in einer Laufradnabe gelagert und durch Hebel mit einem axial beweglichen Hydraulikkolben verbunden sind, wobei der Hydraulikkolben eine zentrische Bohrung aufweist, in der ein erstes ölzuführrohr gleitend geführt ist und das erste ölzuführrohr über ein Fußlager mit Drucköl von einer Hydraulikpumpe über Flur versorgt wird und das c-ste Ölzuführrohr mit einem ersten Druckraum des Hydraulikkolbens in Verbindung steht.

Es ist aus der DE-PS 8 68 945 bekannt, die in einer Laufradnabe drehbar gelagerten Laufschaufeln über Hebel und eine mit diesen axial beweglich verbundenen Scheibe zu verstellen. Die Scheibe wird von einem koaxial zu einer Pumpenwelle in der Laufradnabe angeordneten Hydraulikkolben angetrieben. Das Drucköl wird dem Hydraulikkolben dabei von auß^n über eine fest in einer Statornabe angeordnete Hydraulikleitung zugeführt und von dort über eine durch Stoffbuchsen abgedicntete Ventilspindel auf die Ober- bzw. Unterseite des Hydraulikkolbens geleitet, um diesen auf oder abzubewegen, und um über die Scheibe und die mit dieser verbundenen Hebel die Laufschaufeln zu verdrehen. Die Ventilspindel, die der Steuerung des Drucköls dient, ist im Hydraulikkolben axial verschiebbar gelagert und weist verschiedene Steuerungsbohrungen auf, die mit Steuerbohrungen in der die Ventilspindel aufnehmenden Kolbenstange korrespondieren. Die Bewegung der Ventilspindel erfolgt durch einen Stellmotor, der über Flur gesteuert werden kann. Eine solche Verstelleinrichtung weist als Folge ihres komplizierten Aufbaues eine hohe Zahl von Verschleißteilen auf, die intensiver Wartung bedürften. Die Ventilspindel steht in der Regel still, so daß gegenüber den sie umgebenden rotierenden Teilen starker Verschleiß auftritt. Außerdem ist das Eindringen von Wasser in die Laufradnabe unvermeidbar, da die vorgesehenen Dichtmittel über längere Sicht gesehen Leck werden. Darüber hinaus ist es nicht zuverlässig möglich, die Stellung der Laufschaufeln über Flur mit der gebotenen Präzision nachzuprüfen, da Lässigkeitsverluste der Stellorgane zu einer ungewollten Schaufelverstellung führen.

Aus der AT-PS 1 82 185 ist es bekannt, zur Umwandlung der Axialbewegung einer Verstellvorrichtung in eine drehende Bewegung von Laufschaufeln eines Gebiases eine axial bewegliche Verstellscheibe an ihrem Umfang mit Nuten zu versehen, in denen mit den Laufschaufeln drehfest verbundene Hebel gleitend geführt sind. Die Verstelleinrichtung wird dabei aus einer Schraubspindel gebildet, die von außen über eine Schnecke und ein Schneckenrad mit Mutter axial verschoben werden kann und die ihre Axialverschiebung der Verstellscheibe vermittelt. Eine solche Vorrichtung kann nur bei Stillstand der Laufschaufeln betätigt werden und ist nur für solche Anwendungsfälle geeignet, die keine Abdichtung gegen ein Fördermedium benötigen, wie z. B. Ventilatoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstelleinrichtung so weiterzubilden, daß die Verstellein-

richtung dauerhaft dicht gegen das Eindringen von Fördermedium ist und der Verschleiß minimiert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Dadurch, daß der Kolben mit der Laufracnabe mitrotiert, tritt praktisch kein Verschleiß auf, da eine Relativbewegung nur während der kurzen Ver-Jtellpause stattfindet, wenn der Kolben eine axiale Bewegung ausführt Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die auf den Kolben einwirkende Konusbremse außerhalb der Verstellphase keaie Schaufelverstellung zu befürchten ist

Vorteilhafte Weiterbildungen können den Unteransprüchen 2 und 3 entnommen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Zeichnungen dargestellt Es zeigt

F i g. 1 Längsschnitt durch eine Laufradnabe mit Schaufelverstellung durch einen Hydraulikkolben,

F i g. 2 Längsschnitt durch eine unterhalb der rotierenden Laufradnabe angeordnete luftgekapselte Fußlagerung mit ölzufuhrleitungen.

F i g. 1 zeigt die Laufradnabe 1 mit Laufschaufeln 2 und zugehörigem Hebel 3 mit Kulissenführung 4. Die Kulissenführung 4 ist fest mit einem Hydraulikkolben 5 verbunden, der an seiner Oberfläche von einem Hüllrohr 6 umgeben ist, welches einerseits der Führung und andererseits der Abdeckung und Abdichtung von Nuten 7 dient, welche gleichmäßig über den Umfang des Hydraulikkolbens 5 verteilt sind und achsparallel der Länge nach verlaufend eingefräst sind. Ober das Hüllrohr 6 gleitet der Hydraulikkolben 5 in einem oberen und unteren Hydraulikzylinder 8a bzw. 8b. Diese Hydraulikzylinder 8a bzw. Sb bilden zusammen mit dem Hydraulikkolben 5 einen ersten und zweiten Druckraum 9a, 9b. Dabei ist der erste Druckraum 9a über eine im Hydraulikkolben 5 zentrale Bohrung 10 und ein erstes ölzuführrohr 11 mit einer über Flur angeordneten nicht näher dargestellten Hyddraulikpumpe verbunden. Der zweite Druckraum 9b wird über ein zweites Ölzuführrohr 12 ebenfalls mit der Hydraulikpumpe verbunden. Die ölzuführrohre 11,12 sind aus mehreren Teilen aufgebaut, welche drehfest aber ansonsten biegeweich untereinander verbunden sind. Zur Bewegung des Hydraulikkolbens 5 wird Druckflüssigkeit von der über Flur angeordneten Hydraulikpumpe über das erste ölzuführrohr 11 und die zentrale Bohrung 10 dem ersten Druckraum 9a bzw. nach Umschalten eines nicht dargestellten Steuerventils über ein zweites Ölzuführrohr 12 dem zweiten Druckraum 9b zugeführt, je nach dem der Hydraulikkolben 5 nach unten oder oben bewegt werden soll. Mit dem Hydraulikkolben 5 starr verbunden ist eine Schiebehülse 5a, die durch ein Nutprofil 5b gegen Drehung gesichert ist, jedoch in axialer Richtung beweglich ist und die über eine an ihrer Außenseite befindliche Kulissenführung 4, sowie Hebel 3 und Lagerzapfen 13 die Verdrehung der Laufschaufeln 2 bewirkt.

Um konstanten Anstellwinkel der Laufschaufeln 2 zu garantieren, ist jedoch eine Arretiervorrichtung vorgesehen, welche an dem Hydraulikkolben 5 angreift und als Konusbremse 14 ausgeführt ist. Diese vvird in Arbeitsstellung mittels Tellerfeder 15 an den Hydraulikkolben 5 angepreßt. Die Bremse selbst ist aus konusförmig nach unten zulaufenden Segmenten 16 aufgebaut, welche durch einen Konus 17 und die Federkraft gegen den Hydraulikzylinders gepreßt werden.

Dem Lösen der Bremse während eines Verstellvorganges dient ein Bremskolben 18. Dieser wird über Entlastungsbohrungen 19, die gleichmäßig über den Umfang des Hüllrohres 6 verteilt sind, mit Druckflüssigkeit beaufschlagt Dieses wird bei Beaufschlagung des Hydraulikkolbens 5 während des Verstellvorganges aus dem ersten oder zweiten Druckraum Sa bzv/. 96 über die Nuten 7 den Entlastungsbohrungen 19 zugeführt Um eine Verbindung der Druckräume 9a und 9b zuverlässig zu vermeiden, wird im oberen und unteren Bereich des Hydraulikkolbens 5 am Eintritt in die Nuten 7 je ein O-ringförmiges Rückschlagventil 20a, 206 vorgesehen, welche Sperrwirkung in Richtung der Druckräume 9a und 9b aufweisen, jedoch das Einströmen von Druckflüssigkeit über die Nuten 7 und Entlastungsbohrungen 19 zu einem dritten Druckraum 21 mit Wirkung auf den Bremskolben 18 nicht behindert.

Durch diese Schaltung ist zwangsläufig sichergestellt, daß bei Wirkung von Druckflüssigkeit auf den Hydraulikkoiben 5 zum Zweck der Schaufelverstellung gleichzeitig über den Bremskolben 18 die Konusbremse 14 gegen die Rückstellkraft der Tellerfeder 15 angehoben und damit gelöst wird.

Bei eingefallener Bremse hingegen wird sichergestellt, daß keine Schaufelverstellung als Folge von Lekkagen des Hydraulikkolbens 5 auftreten kann. Ansonsten würde durch die aus dem Verdrehmoment der Laufschaufeln 2 über die Kulissenführung 4 in den Hydraulikkolben 5 eingeleitete Kraft zu einem ständigen Überdruck in einem der Druckräume 9a, 9b führen und der Kolben könnte bei Übertritt von Druckflüssigkeit vom Druckraum 9a in den Druckraum 9b bzw. umgekehrt sich verschieben und die Schaufeln verdrehen. Die Konusbremse 14 vermeidet dies zuverlässig.

Um die gesamte Verstelleinrichtung gegen das umgebende Medium abzudichten, ist nach Fig.2 ein besonderes Fußlager 22 vorgesehen. Das Fußlager 22 weist einen, mit der Laufradnabe 1 zentrisch verbundenen konischen Lagerzapfen 23 auf, welcher in einer konischen Lagerschale 24 geführt ist, die über Zwischenstükke im Lagerkörper 25 steckt Zur Abdichtung des im Förderstrom liegenden Lagers wird der ruhende Lagerkörper 25 von einem rotierenden Schutzrohr 26 mit Luftspalt 27 umgeben.

Bei ruhender Pumpe wird der Luftspalt 27 durch einen in einer Ringnut 28 des Lagerkörpers 25 gelegenen endlosen Ringschlauch 29 gegen eindringendes Fördermedium verschlossen. Der Ringschlauch 29 wird zu diesem Zweck über eine erste Leitung 30 mit einer über Flur angeordneten Druckluftquelle verbunden.

Das Hydrauliköl wird dem Hydraulikkolben 5 (F i g. I) über elastische Ölzuführrohre 34,35 zugeführt. Das erste Ölzuführrohr 34 ist teleskopartig aufgebaut, wobei der erste Abschnitt 35a fest mit einem Deckelflansch 36 verbunden ist und über einen biegeweichen, aber torsionssteifen Schlauch 37 mit einem dritten Abschnitt 35c dichtend verbunden ist.
Das zweite Ölzuführrohr 35 ist in drei Abschnitte gegeliedert, wovon der untere und obere Abschnitt 38a und 38£> mit einem mittleren Abschnitt 38c über biegeweiche, aber torsionssteife Kupplungen 39a, 39Z? verbunden ist.
Im Betrieb wird das Eindringen von Fördermedium durch Druckluft vermieden, welche von der über Flur angeordneten Druckluftquelle über eine zweite Leitung 31 dem Luftspalt 27 zugeführt wird. Der Luftdruck wird dabei so reguliert, daß er dem statischen Druck des Fördermediums die Waage hält. Zur Druckregulierung sind ein erster und zweiter elektrischer Kontaktgeber 32, 33 im Luftspalt 27 angeordnet, die die Aufgabe haben, ein hier nicht gezeichnetes Steuerventil zu öffnen, wenn das eindringende Fördermedium den zweiten

Kontaktgeber 33 erreicht und wieder abzuschalten,
wenn der Pegel auf den ersten Kontaktgeber 32 abgesunken ist.

Das Fußlager 22 kann an Stelle von Fettschmierung
vorzugsweise mit Ölschmierung betrieben werden. 5

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verstelleinrichtung für Laufschaufeln von Strömungsarbeitsmaschinen axialer Bauart mit senkrecht stehender Welle, bei welcher die Laufschaufeln um einen Lagerzapfen drehbar in einer Laufradnabe gelagert und durch Hebel mit einem axial beweglichen Hydraulikkolben verbunden sind, wobei der Hydraulikkolben eine zentrische Bohrung aufweist, in der ein erstes Ölzuführrohr gleitend geführt ist und das erste Ölzuführrohr über ein Fußlager mit Drucköl von einer Hydraulikpumpe über Flur versorgt wird und das erste Ölzuführrohr mit einem ersten Druckraum des Hydraulikkolbens in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikkolben (5) süarr mit einer Schiebshülse (5s) verbunden ist, daß diese Schiebehülse (Sa) auf ihrer Innenseite ein Nutpirofil (5b) aufweist, welches drehfest jedoch in axialer Richtung beweglich mit der Laufradnabe (1) verbunden ist und auf ihrer Außenseite schräg verlaufende Kulissenführungen (4) aufweist, in welcher die Hebel (3) der Lagerzapfen (13) geführt sind, daß der Hydraulikkolben (5) an seinem unteren Ende ein zweites Ölzuführrohr (12) axial gleitend aufnimmt, daß das zweite ölzuführrohr (12) die Hydraulikpumpe mit einem weiteren Druckraum (9b) verbindet, daß das zweite Ölzuführrohr (12) das erste ölzuführrohr (11) umfaßt und drehbar, aber dichtend im unteren Hydraulikkolben (8b) gehalten ist, daß ferner der Hydraulikkolben (5) an seiner Oberfläche in Längsrichtung verlaufende Nuten (7) aufweist, über weiche ein Hüllrohr (6) geschoben ist, welches zugleich die eigentliche Kolbenoberfläche bildet, und die Nuten (7) am oberen und unteren Ende des Hydraulikkolbens (5) durch O-ringförmige Rückschlagventile (20£>, 20a) mit Sperrwirkung gegen Durchströmung von Kolbenmitte in Richtung der Druckräume (9a, 9b) absperrt, und daß im Mittelbereich des HydrauliKkolbens (5) in dem Hüllrohr (6) über den Umfang verteilt Entlastungsbohrungen (19) angeordnet sind, welche die ersten und zweiten Druckräume (9a, 9b) über die Rückschlagventile (20a, 206,) und die Nuten (6) mit einem dritten Druckraum (21) verbinden, welcher von einem Bremskolben (18) und einem Flansch einer unteren Hälfte des Hydraulikzylinders (8b) dichtend umschlossen ist und dabei der Bremskolben (18) auf einen Konus (17) einer Konusbremse (14) einwirkt.

2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste ölzuführrohr (11) teleskopartig ineinander verschiebbar, aber gegen Verdrehung gesichert ausgeführt ist, wobei ein erster Abschnitt (35a) fest mit einem Deckelflansch (36) eines Fußlagers (22) verbunden ist und der erste Abschnitt (35a) über einen biegeweichen, aber torsionssteifen Schlauch (37) mit einem zweiten und dritten Abschnitt (35b, 35c) des Ölzuführrohres (11) verbunden ist.

3. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ölzuführrohr (12) aus drei Teilen aufgebaut ist, daß ein unterer und erster Abschnitt (38a) fest: mit einem Bodenteil des Fußlagers (22) verbunden ist, daß ein zweiter mittlerer Abschnitt (38c) mit biegeweichen aber torsionssteifen Kupplungen (39a, $9b) sowohl mit dem unteren als auch dem oberen Abschnitt (38a, 38b) verbunden ist, und daß der erste Abschnitt (38b) drehbar aber dichtend im unteren Hydraulikkolben (8b) geführt ist