DE4016195C1

DE4016195C1 -

Info

Publication number: DE4016195C1
Application number: DE4016195A
Authority: DE
Inventors: Andy East Kilbride Gb Halleron; Bernhard Dr. 8035 Gauting De Woehrl
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1990-05-19
Filing date: 1990-05-19
Publication date: 1991-05-23
Anticipated expiration: 2010-05-20
Also published as: EP0458142A1; JPH04231700A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung der Vor schaufeln eines Radialdiffusors, bei der Haltebolzen der Schaufeln über Verstellhebel an einem in Umfangsrichtung verdrehbaren Stell ring angelenkt sind.The invention relates to a device for adjusting the front blades of a radial diffuser, holding bolts of the blades via adjusting lever at a position rotatable in the circumferential direction ring are articulated.

Ein Radialdiffusor wird normalerweise einem Radialverdichterrad nach geordnet, und hat die Aufgabe, die dem Gasstrom durch das Ver dichterrad zugeführte Strömungsgeschwindigkeit zu reduzieren und dessen kinetische Energie in statischen Druck umzuwandeln. Da Trieb werke mit unterschiedlichen Leistungen und somit unterschiedlichen Gasdurchsätzen betrieben werden können, ist es erforderlich, derar tige Diffusoren an die unterschiedlichen Gasdurchsätze anzupassen, um unter allen Betriebsbedingungen einen optimalen Wirkungsgrad der Energieumwandlung zu erzielen. Die Druckdurchsatzcharakteristik hängt bei einem Durchsatz von der Lage und der Geometrie der sog. Diffusor engfläche ab. Diese Diffusorengflächen sind definiert als die klein ste Fläche normal zur Strömungsrichtung zwischen je zwei benachbarten Diffusorschaufeln. Bei geringem Gasdurchsatz sollen die Diffusoreng flächen möglichst gering sein, bei maximalem Durchsatz entsprechend größer. Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Diffusorschaufeln auf verschiedene Weise verstellbar zu machen, um die besagten Diffusor engflächen variieren zu können.A radial diffuser is usually after a radial compressor wheel ordered, and has the task of the gas flow through the Ver to reduce the flow velocity supplied to the denser wheel and convert its kinetic energy into static pressure. Because instinct works with different performances and therefore different Gas flow rates can be operated, it is necessary to adapt the diffusers to the different gas throughputs optimum efficiency under all operating conditions To achieve energy conversion. The print throughput characteristics depend with a throughput of the position and the geometry the so-called diffuser narrow area. These diffuser narrow surfaces are defined as small Most area normal to the direction of flow between two neighboring ones Diffuser blades. With a low gas throughput, the diffusers should be narrow areas should be as small as possible, with maximum throughput accordingly greater. For this purpose it is known to apply the diffuser blades to make different ways to adjust the said diffuser to be able to vary narrow areas.

Beispielsweise ist aus der CH-PS 4 92 130 eine Anordnung mit Haupt schaufeln und Vorschaufeln bekannt geworden, bei denen die einzelnen Schaufeln um separate Schwenkachsen verschwenkt werden können, um auf diese Weise die Diffusorengflächen zu verändern.For example, from CH-PS 4 92 130 is an arrangement with a main shovels and shovels have become known where the individual Buckets can be pivoted around on separate pivot axes this way to change the diffuser narrow surfaces.

Die im modernen Gasturbinenbau verwendeten Radialdiffusoren weisen üblicherweise starre Hauptschaufeln auf, denen verschwenkbare Vor schaufeln vorgeordnet sind. Die Vorschaufeln sind hierzu schwenkbar im Gehäuse angeordnet, und mit Verstellhebeln verbunden, die an einem in Umfangsrichtung verdrehbaren Stellring angelenkt sind.The radial diffusers used in modern gas turbine construction show Usually rigid main blades on which pivotable front shovels are arranged. For this purpose, the blades are pivotable arranged in the housing, and connected with adjusting levers on a are rotated in the circumferential direction adjustable ring.

Eine aus der DE-OS 15 03 527 vorbekannte Konstruktion dieser Art sieht vor, daß die Verstellhebel als Bolzen ausgebildet sind und schwenkbar sowie axial verschiebbar an einem Stellring angelenkt sind, der seinerseits drehbar auf einen zylindrischen Ring des Diffu sorgehäuses gelagert ist.A construction of this type known from DE-OS 15 03 527 provides that the adjusting levers are designed as bolts and pivotable and axially displaceable articulated on a collar are, in turn, rotatable on a cylindrical ring of the Diffu care housing is stored.

Der Verstellring muß dabei um einen gewissen Winkelbereich von ca. +/- 10° in Umfangsrichtung verdreht werden, wobei dessen Lagerung jedoch sehr wenig Spiel aufweisen darf, da jedes Spiel zu Winkel fehlern der verstellbaren Schaufeln und somit zu Strömungsverlusten führt. Üblicherweise sind hierzu am Außenumfang der Stellringe über dem Umfang verteilt eine Anzahl in einer gehäuseseitigen Laufbahn rollende Laufrollen angebracht. Um das Spiel möglichst gering zu halten, sind zwischen den Rollenträgern und dem Verstellring Unter legbleche einlegbar, die eine möglichst genaue Justierung des Stell ringes ermöglichen sollen. Der Verstellring selber wird von einer oder mehreren Antriebsstangen in Umfangsrichtung bewegt.The adjustment ring must be within a certain angular range of approx. +/- 10 ° can be rotated in the circumferential direction, whereby its storage However, there must be very little play, since every game is too angle the adjustable blades and thus loss of flow leads. This is usually done on the outer circumference of the collars the circumference distributes a number in a housing-side career rolling casters attached. To minimize the game hold, are between the roller carriers and the adjustment ring under Laying plates can be inserted, which ensure the most accurate adjustment of the position should enable ringes. The adjustment ring itself is made by one or several drive rods moved in the circumferential direction.

Ein Problem bei den bekannten Anordnungen besteht darin, daß sich die von heißen Gasen durchströmten Gehäuse infolge hohen Wärmeüber gangs des heißen Gases stärker ausdehnen als die Stellringe, die nur über die Punktberührung der Rollen, bzw. Kugellager oder Spur kranzlager Kontakt zu den strömungsführenden Gehäusen haben. Die unterschiedlichen Wärmedehnungen von Diffusorgehäuse und Stell ring führen zu einem für den zulässigen Winkelfehler zu großen Spiel zwischen Stellring und Gehäuse oder umgekehrt zum Klemmen und einer daraus resultierenden sehr hohen Verstellkraft. Ferner ist die bekannte Anordnung baulich aufwendig, und erfordert bei der Montage hohe Präzision bzw. großen Aufwand durch das Einbringen der Feinabstimmbleche zwischen Rollenträger und Verstellring.A problem with the known arrangements is that the housing through which hot gases flow due to high heat transfer stretch of the hot gas more than the collars only via the point contact of the rollers, ball bearings or track the crown bearings have contact with the current-carrying housings. The different thermal expansions of diffuser housing and Stell ring lead to a too large for the permissible angular error Play between collar and housing or vice versa for clamping and the resulting very high adjustment force. Further the known arrangement is structurally complex, and requires the Assembly high precision or great effort by introducing the Fine-tuning plates between roller carrier and adjustment ring.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Verstellung der Vorschaufeln eines Radialdiffusors anzugeben, der unter allen Betriebsbedingungen, d. h. im gesamten Temperaturbereich einwandfrei und mit geringer Verstell kraft arbeitet. Ferner soll die Anordnung baulich so einfach wie möglich ausgeführt sein.Proceeding from this, it is an object of the present invention to: Generic device for adjusting the blades of a Specify radial diffuser that under all operating conditions, d. H. perfect in the entire temperature range and with little adjustment force works. Furthermore, the arrangement should be structurally as simple as possible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 enthalten.According to the invention the object is achieved by the in claim 1 specified features solved. Advantageous further developments are in the Subclaims 2 to 5 included.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht dar in, daß der Stellring keinen direkten Kontakt zum Gehäuse mehr aufweist, und somit Thermodehnungsunterschiede zwischen beiden Bau teilen keine Auswirkungen haben. Die Verstellhebel und der auf den Verstellhebeln gelagerte Stellring sind unmittelbar nebeneinander angeordnet und weisen so im wesentlichen die gleiche Temperatur auf.The main advantage of the arrangement according to the invention is in that the collar is no longer in direct contact with the housing has, and thus thermal expansion differences between the two construction share have no effect. The adjustment lever and the on the Adjusting levers mounted on the adjusting ring are directly next to each other arranged and thus have essentially the same temperature.

Hierdurch wirken sich Thermodehnungsunterschiede gering aus, und der Temperaturausgleich zwischen diesen Bauteilen erfolgt schneller. Ein wesentlicher Vorteil hierbei ist insbesondere, daß der Stell ring nur über die Stellhebel, bzw. über die Stirnflächen deren freien Enden mit den heißgasführenden Teilen verbunden sind. Hieraus resultiert sowohl ein geringeres Spiel bzw. geringere Fehler bei der Schaufelverstellung, als auch eine einfachere Montage der Verstell vorrichtung.As a result, thermal expansion differences have little effect, and the Temperature compensation between these components is faster. A major advantage here is in particular that the position ring only over the control levers, or over the end faces thereof free ends are connected to the hot gas-carrying parts. Out of this both results in less play or fewer errors in the Bucket adjustment, as well as easier assembly of the adjuster contraption.

Insgesamt weist die Anordnung weniger Bauteile als die vorbekannten Anordnungen auf, was auch in Bezug auf Wartung erhebliche Vorteile bringt.Overall, the arrangement has fewer components than the known ones Arrangements on what are also significant benefits in terms of maintenance brings.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die Stirnflächen der freien Verstellhebelenden eindimensional gekrümmt, wobei der Krümmungsradius dem Abstand zur Schaufelschwenkachse entspricht. Diese Anordnung ermöglicht eine praktisch spielfreie Verdrehung des Stellringes in Umfangsrichtung auch um größere Winkel.In an advantageous development of the invention, the end faces of the free lever ends one-dimensionally curved, the Radius of curvature corresponds to the distance to the blade pivot axis. This arrangement enables a virtually play-free rotation of the Collet in the circumferential direction also by larger angles.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß die Verstellhebel am Verstellring mittels Bolzen angelenkt sind, welche in Hebellängsrichtung im Verstellhebel eingelassenen sind und mit einer Aussparung eines im Stellring drehbar gelagerten Zylinderele mentes im Eingriff steht. Dabei liegt vorzugsweise die Drehachse eines Zylinderelementes in der vom Krümmungsradius aufgespannten Zylindermantelfläche.Another advantageous embodiment of the invention provides that the Adjusting levers are articulated on the adjusting ring by means of bolts, which in the longitudinal direction of the lever in the adjustment lever and with a recess of a cylinder element rotatably mounted in the collar mentes is engaged. The axis of rotation is preferably located of a cylinder element in the spanned by the radius of curvature Cylinder surface.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. Dabei zeigt:The invention is described below with reference to the accompanying drawing explained further. It shows:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Ansicht eines Radialdiffusors; FIG. 1 is a section of a view of a radial diffuser;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Vorschaufelverstelleinrichtung in Triebwerksaxialrichtung; Figure 2 is a section through a Vorschaufelverstelleinrichtung in Triebwerksaxialrichtung.

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Schnittes gemäß Fig. 2; Fig. 3 shows an enlarged detail of the section of FIG. 2;

Fig. 4 den Verstellhebel einer Vorschaufel; Fig. 4 is a the adjustment lever Vorschaufel;

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt der Ansicht gemäß Fig. 4. Fig. 5 shows an enlarged detail of the view according to Fig. 4.

In Fig. 1 ist eine axiale Ansicht eines Radialdiffusors 1 darge stellt, der radial außerhalb eines Radialverdichters 2 angeordnet ist. Dieser Radialdiffusor 1 weist eine Anzahl fester keilförmiger Diffusorschaufeln 3 auf, wobei jeder Diffusorschaufel 3 eine ver schwenkbare Vorschaufel 4 zugeordnet ist, wobei durch Verschwenken der Vorschaufeln 4 eine Diffusorengfläche q veränderbar ist. An den Vorschaufeln 4 sind Schaufelteller 5 angeformt.In Fig. 1, an axial view of a radial diffuser 1 is Darge, which is arranged radially outside of a radial compressor 2 . This radial diffuser 1 has a number of fixed wedge-shaped diffuser blades 3 , wherein each diffuser blade 3 is assigned a ver pivotable vane 4 , whereby a diffuser narrow surface q can be changed by pivoting the vane blades 4 . Shovel plate 5 are formed on the Vorschaufeln fourth

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Verstelleinrichtung zur ge meinsamen Verstellung aller Vorschaufeln 4 gezeigt. An jeder Vor schaufel 4 ist der Schaufelfußteller 5 und ein Schwenkschaft 6 ange formt, der im Diffusorgehäuse 7 gelagert ist, so daß die Vorschaufel 4 um die Schaufelschwenkachse a schwenkbar ist. Am Schwenkschaft 6 ist mittels einer Mutter 8 ein Verstellhebel 9 befestigt, der sich bezogen auf die Schwenkachse a, etwa in radialer Richtung erstreckt.In Fig. 2 is a section through the adjustment device for GE common adjustment of all blades 4 is shown. Prior to each blade 4 of the blade foot plate 5 and a pivot shaft 6 is integrally formed, which is mounted in the diffuser housing 7, so that the Vorschaufel 4 is pivotable about the blade pivot axis a. On the swivel shaft 6 , an adjusting lever 9 is fastened by means of a nut 8 , which extends with respect to the swivel axis a, approximately in the radial direction.

Ein Stellring 10 zur gemeinsamen Verstellung aller Vorschaufeln 4 über deren Verstellhebel 9 ist auf den bauchig ausgebildeten Stirn flächen 11 der Verstellhebel 9 gelagert. Der Stellring 10 wird über nicht dargestellte Einrichtungen, üblicherweise über eine Schubstange in Umfangsrichtung verdreht. Die durch die Verdrehung des Stellringes 10 in Umfangsrichtung erzeugte Verstellkraft wird in die Verstellhe bel 9 mittels von Bolzen 14 übertragen. Jeder Bolzen 14 ist in einer radial ausgerichteten Bohrung 13 im Verstellhebel 9 eingelassenen und steht mit einer Aussparung eines Zylinderelementes 15 im Eingriff das in Axialrichtung ausgerichtet im Stellring 10 drehbar gelagert ist. Mittels des Sicherungsringes 16 wird das Zylinderelement 15 in Posi tion gehalten.An adjusting ring 10 for the common adjustment of all the blades 4 via the adjusting lever 9 is on the bulbous end faces 11 of the adjusting lever 9 is mounted. The adjusting ring 10 is rotated in the circumferential direction by means not shown, usually via a push rod. The adjusting force generated by the rotation of the adjusting ring 10 in the circumferential direction is transmitted to the adjusting lever 9 by means of bolts 14 . Each bolt 14 is embedded in a radially aligned bore 13 in the adjusting lever 9 and is in engagement with a recess in a cylinder element 15 which is rotatably mounted in the adjusting ring 10 in the axial direction. By means of the locking ring 16 , the cylinder element 15 is held in position.

In Fig. 3 ist die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform vergrößert dar gestellt. Dabei ist zu erkennen, daß der Verstellhebel 9 einen Absatz 17 aufweist, wobei die radial ausgerichtete Bohrung 13 in diesem Absatz 17 eingelassen ist. Der Stellring 10 liegt auf der Stirnfläche 11 des Verstellhebels 9 auf, wobei diese Stirnfläche 11 eine Wälz fläche definiert. Dabei liegt die Drehachse d des mit dem Bolzen 14 im Eingriff stehenden Zylinderelementes 15 in der Stirnfläche 11, bzw. in der von dieser Stirnfläche 11 definierten Zylindermantel fläche. Hierdurch wird erreicht, daß auch bei größeren Verstellwin keln eine optimale Kraftübertragung ohne Klemmen und ohne Spiel mög lich wird. Zur Aufnahme des Zylinderelementes 15 ist der Stellring 10 dabei im Querschnitt etwa L-förmig ausgebildet, und weist eine axial ausgerichtete Führungsbohrung 18 für jedes Zylinderelement 15 auf.In Fig. 3, the embodiment shown in Fig. 2 is shown enlarged. It can be seen that the adjusting lever 9 has a shoulder 17 , the radially aligned bore 13 being let into this shoulder 17 . The adjusting ring 10 rests on the end face 11 of the adjusting lever 9 , this end face 11 defining a rolling surface. The axis of rotation d of the cylinder element 15 engaged with the bolt 14 lies in the end face 11 , or in the cylinder jacket surface defined by this end face 11 . This ensures that even with larger Verstellwin angles optimal power transmission is possible without clamps and without play. In order to receive the cylinder element 15 , the adjusting ring 10 is approximately L-shaped in cross section and has an axially aligned guide bore 18 for each cylinder element 15 .

In Fig. 4 ist ein Verstellhebel 9 und ein Ausschnitt des Stellringes 10 in einer axialen Ansicht gezeigt. Der Verstellhebel 9 ist in die in Fig. 2 dargestellte Achse a des Schwenkschaftes 6 schwenkbar an geordnet, wobei die Stirnfläche 11 des freien Hebelendes 19 bei der Schwenkbewegung die durch die Linie 20 angedeutete zylindermantel artige Wälzfläche definiert. Hierzu ist die Stirnfläche 11 eindimen sional gekrümmt, wobei der zugeordnete Krümmungsradius r im Abstand dieser Stirnfläche 11 von der Schaufelschwenkachse a entspricht.In FIG. 4 is a shift lever 9, and a cutout of the adjusting ring 10 in an axial view is shown. The adjusting lever 9 is pivotally arranged in the axis a of the pivot shaft 6 shown in FIG. 2, the end face 11 of the free lever end 19 defining the cylinder jacket-like rolling surface indicated by the line 20 during the pivoting movement. For this purpose, the end face 11 is curved one dimensionally, the assigned radius of curvature r corresponding to the distance of this end face 11 from the blade pivot axis a.

Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnittes der Ansicht gemäß Fig. 4, wobei insbesondere zu erkennen ist, daß die in Fig. 3 gezeigte Drehachse d in der durch die Linie 20 angedeuteten zylindermante lartigen Wälzfläche des Verstellhebels 9 des im Stellring 10 drehbar gelagerten Zylinderelementes 15 beim Verschwenken liegt. FIG. 5 shows an enlarged detail of the view according to FIG. 4, wherein it can be seen in particular that the axis of rotation d shown in FIG. 3 in the cylinder-like rolling surface of the adjusting lever 9 indicated by line 20 of the adjusting lever 9 of the cylinder element 15 rotatably mounted in the adjusting ring 10 when swiveling.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist folgende: Durch eine nicht gezeigte Krafterzeugungseinheit wird der Stellring 10 um einen vorgegebenen Winkel in Umfangsrichtung verdreht. Über die Bolzen 14 wird die Stellkraft in den Verstellhebel 9 eingeleitet, so daß sich dieser um den gleichen Winkel um dessen Schwenkachse a ver dreht. Gleichzeitig wälzt der Stellring 10 auf der Stirnfläche 11 jedes Verstellhebels 9 ab, so daß diese Stirnfläche 11 eine kosntruk tiv sehr einfache Lagerung geringen Spiels für den Stellring 10 dar stellt. Durch das Verschwenken aller am Stellring 10 angelenkter Verstellhebel 9 werden die zugeordneten Vorschaufeln 4 verstellt, so daß der Engquerschnitt q zwischen den Vorschaufeln 4 und den Diffu sorschaufeln 3 in Anpassung an den erforderlichen Gasdurchsatz verän dert werden kann.The mode of operation of the arrangement according to the invention is as follows: The setting ring 10 is rotated by a predetermined angle in the circumferential direction by a force generation unit, not shown. About the bolt 14 , the actuating force is introduced into the adjusting lever 9 so that it rotates a ver by the same angle about its pivot axis. At the same time, the collar 10 rolls on the end face 11 of each adjusting lever 9 , so that this end face 11 is a kosntruk tiv very simple storage little play for the collar 10 is. By pivoting all articulated on the adjusting ring 10 adjusting lever 9 , the associated blades 4 are adjusted so that the narrow cross section q between the blades 4 and the diffuser blades 3 can be changed in adaptation to the required gas throughput.

Claims

1. Apparatus for adjusting the blades of a radial diffuser, in the retaining bolts of the blades are guided via adjusting levers on a circumferentially rotatable adjusting ring, characterized in that the end faces ( 11 ) of the free adjusting lever ends ( 19 ) are designed as curved rolling surfaces , on which the collar ( 10 ) is mounted un indirectly.

2. Device according to claim 1, characterized in that the end faces ( 11 ) are one-dimensionally curved, the radius of curvature (r) corresponding to the distance to the blade pivot axis (a).

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the adjusting lever ( 9 ) on the adjusting ring ( 10 ) by means of bolts ( 14 ) are articulated, which are in the longitudinal direction of the adjusting lever ( 9 ) and with a recess in the adjusting ring ( 10 ) are rotatably mounted cylinder element ( 15 ) in engagement.

4. The device according to claim 3, characterized in that the axis of rotation (d) of a cylinder element ( 15 ) in the radius of curvature (r) spanned cylinder surface ( 20 ).

5. The device according to claim 1, characterized in that the end faces ( 11 ) of the adjusting lever ( 9 ) are provided with a hardening and / or friction-reducing coating.