DE4213716A1

DE4213716A1 - Turbine with direct axial flow - has guide blades, which are axially movable in adjusting axis

Info

Publication number: DE4213716A1
Application number: DE19924213716
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Mueller
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1992-04-25
Filing date: 1992-04-25
Publication date: 1993-10-28

Abstract

The turbine is e.g. for an exhaust turbocharger. It has at least one row of individually adjustable guide blades (8) and at least one row of rotor blades (5). The guide blades are movable in their longitudinal axis. The blade tips are pressed via spring elements (11a) to the flow-limiting wall of the hub (2). The spring elements are formed by a pivot lever (11) shaped as a leaf spring. The lever acts on the adjusting shaft (9) of the guide blades. Guide blade tips and the opposite hub wall, are spherical. The radius of the curvature corresponds to the radial distance (A) between blade tips and machine axis. USE/ADVANTAGE - Turbine with direct axial flow has reduced gap losses.

Description

Technical field

Die Erfindung betrifft eine axialdurchströmte Turbine mit mindestens einer Reihe einzeln verstellbarer Leitschaufeln und mindestens einer Reihe Laufschaufeln.The invention relates to an axially flow-through turbine at least one row of individually adjustable guide vanes and at least one row of blades.

State of the art

Derartige Turbinen sind beispielsweise bei Abgasturboladern hinlänglich bekannt. Neben der Leitschaufelverstellung am Verdichter ist als Regeleingriff zur Verbesserung der Beschleunigung und des Drehmomentenverhaltens auch die Leit schaufelverstellung an der Turbine eine mögliche Maßnahme. Ein Beispiel hierfür liefert die EP 2 53 234 A1. Mit den ver stellbaren Turbinenleitschaufeln soll für einen gegebenen Durchsatz ein größeres Gefälle erzeugt werden. Dadurch erhöht sich die Turbinenleistung, die Turbinendrehzahl und schließlich der Ladedruck. Damit die Verstellschaufeln während des "heißen" Betriebes nicht klemmen, müssen sie in der Regel mit angemessenem Spiel eingebaut werden. Besonders im zugedrehten Zustand kann sich die Spaltströmung am Kopf und am Fuß der Schaufeln sehr störend auf die Hauptströmung im Kanal auswirken. Da überdies auf die Verstellschaufeln große Fluidkräfte in Axial- und in Umfangsrichtung einwir ken, müssen des öfteren die Schaufeln sowohl am Kopf als auch am Fuß eingespannt werden, um die Verstellwelle zu entlasten.Such turbines are, for example, in exhaust gas turbochargers well known. In addition to the guide vane adjustment on Compressor is used as a control measure to improve the Acceleration and the torque behavior also the guide Blade adjustment on the turbine is a possible measure. An example of this is provided by EP 2 53 234 A1. With the ver adjustable turbine guide vanes are designed for a given Throughput a larger gradient can be generated. Thereby increases the turbine power, the turbine speed and finally the boost pressure. So that the adjustable blades do not jam during "hot" operation, they must be in usually be installed with adequate play. Especially in the closed state, the gap flow at the head and at the foot of the blades very disturbing to the main flow impact in the channel. Since also on the adjustable blades large fluid forces in the axial and circumferential direction the blades often have to be on the head as well can also be clamped on the foot to close the adjustment shaft relieve.

Presentation of the invention

Diese Nachteile will die Erfindung vermeiden. Ihr liegt besonders die Aufgabe zugrunde, bei axial durchströmten Turbinen der eingangs genannten Art eine Maßnahme zu schaffen, mit welcher die Spaltverluste reduziert werden können.The invention aims to avoid these disadvantages. You lie especially based on the task with axial flow Turbines of the type mentioned in the introduction create with which the gap losses are reduced can.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Leit schaufeln in ihrer Verstellachse axial beweglich gelagert sind und daß ihre Schaufelspitzen über Federmittel an die strömungsbegrenzende Wand der Nabe andrückbar sind.According to the invention this is achieved in that the guide blades are axially movable in their adjustment axis are and that their blade tips via spring means to the flow-limiting wall of the hub can be pressed.

Diese Lösung weist unter andern den Vorteil auf, daß je nach vorherrschender Anpreßkraft auf eine zusätzliche Maß nahme zur Entlastung der Verstellwelle verzichtet werden kann. Mit den an die Wand angedrückten Leitschaufeln können zudem Vibrationen vermieden oder zumindest stark gedämpft werden. Dadurch, daß die Leitschaufeln in ihrer Längsachse beweglich sind, kann ein Klemmen der während des Betriebes heiß werdenden und sich verformenden Elemente vermieden werden.This solution has the advantage, among other things, that each according to the prevailing contact pressure to an additional dimension to relieve the pressure on the adjusting shaft can. With the guide vanes pressed against the wall also avoided vibrations or at least strongly dampened will. The fact that the guide vanes in their longitudinal axis are movable, a jamming of the during operation hot and deforming elements avoided will.

Es ist günstig, wenn die Schaufelspitze der Leitschaufeln und die der Schaufelspitze gegenüberliegende Wandung der Nabe und/oder die radial äußere Partie der Leitschaufeln und die dieser Partie gegenüberliegende Wandung des Schau felträgers kugelförmig ausgebildet sind.It is beneficial if the blade tip of the guide vanes and the wall of the blade opposite the blade tip Hub and / or the radially outer part of the guide vanes and the wall of the show opposite this section are of spherical shape.

Mit dieser Maßnahme hat man ein Mittel in der Hand, um bei nichtzylindrischen Kanalkonturen anläßlich der Schaufeldre hung einen gleichbleibenden Spalt zu erzielen.With this measure you have a means in hand to help with non-cylindrical channel contours on the occasion of the blade rotation hung to achieve a constant gap.

Brief description of the drawing

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer einstufigen Abgasturboladerturbine mit axial/radialem Austritt dargestellt.In the drawing, two embodiments of the Invention based on a single-stage exhaust gas turbocharger turbine shown with axial / radial exit.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt der Turbine; Fig. 1 shows a partial longitudinal section of the turbine;

Fig. 2 einen Teillängsschnitt einer Ausführungsvariante. Fig. 2 shows a partial longitudinal section of an embodiment.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise der Verdichterteil, die Gehäuse, der Rotor mitsamt Lagerung usw. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmit tels ist mit Pfeilen bezeichnet.It is only essential for understanding the invention Chen elements shown. The system is not shown for example the compressor part, the housing, the rotor including storage, etc. The direction of flow of the work tels is indicated by arrows.

Way of carrying out the invention

In der in Fig. 1 schematisch gezeigten Gasturbine sind die den durchströmten Kanal 1 begrenzenden Wandungen zum einen die innere Nabe 2 und zum andern der äußere Schaufelträger 3. Letzterer ist auf nicht dargestellte geeignete Art im Gehäuse 4 und in einem stromaufwärts angeordneten Zuströmge häuse eingehängt. Im Bereich der Laufschaufeln 5 wird der Kanal 1 innen begrenzt durch die Rotorscheibe 6 und außen durch die Abdeckung 7.In the gas turbine shown schematically in FIG. 1, the walls delimiting the flow-through channel 1 are, on the one hand, the inner hub 2 and, on the other hand, the outer blade carrier 3 . The latter is mounted in a suitable manner, not shown, in the housing 4 and in an upstream inflow housing. In the area of the blades 5 , the channel 1 is delimited on the inside by the rotor disk 6 and on the outside by the cover 7 .

Die verstellbaren Leitschaufeln 8 sind mit ihrer jeweiligen Verstellwelle 9 vorzugsweise einteilig ausgeführt, wobei ein Bund 17 die Welle 9 mit dem Schaufelblatt verbindet. Die Welle 9 ist in einer Buchse 10 gelagert, welche das Gehäuse 4 und teilweise den Schaufelträger 3 durchdringt. An ihrem aus der Buchse 10 herausragenden Ende ist die Welle mit einem Schwenkhebel 11 verbunden. Dieser Hebel ist über einen Bolzen 12 mit einem Verstellring 13 verbunden.The adjustable guide vanes 8 are made preferably in one piece with their respective adjusting shaft 9, a collar 17 connects the shaft 9 with the blade. The shaft 9 is supported in a bushing 10 which penetrates the housing 4 and partially the blade carrier 3 . At its end protruding from the socket 10 , the shaft is connected to a pivot lever 11 . This lever is connected to an adjusting ring 13 via a bolt 12 .

Die eigentliche Verstellung der Leitschaufeln 8 im Gitter erfolgt über das Hebelgestänge 9, 11, 12, 13 durch nicht darge stellte Betätigungsmittel, wie sie beispielsweise aus dem Verdichterbau bekannt sind. Die Verstellung erfolgt vorzugs weise automatisch in Funktion der Betriebsparameter wie Ladedruck, Drehzahl usw.The actual adjustment of the guide vanes 8 in the grid takes place via the lever linkage 9 , 11 , 12 , 13 by means of actuators not shown, as are known, for example, from compressor construction. The adjustment is preferably carried out automatically as a function of the operating parameters such as boost pressure, speed, etc.

Der Schwenkhebel 11 ist in seinem mittleren Teil 11a als Blattfeder ausgebildet. Nach der Montage ist diese Blattfe der vorgespannt und wirkt in Längsrichtung auf die Verstell welle 9. Diese wird dabei durch die Buchse 10 radial ein wärts bewegt, bis die Schaufelspitze der Leitschaufel am Anschlag mit der Nabe ist.The pivot lever 11 is formed in its central part 11 a as a leaf spring. After assembly, this Blattfe is the biased and acts in the longitudinal direction on the adjusting shaft 9th This is moved radially upward through the bushing 10 until the blade tip of the guide blade is at the stop with the hub.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante verlau fen die strömungsbegrenzenden Wandungen des Kanals im Bereich der verstellbaren Leitschaufeln nicht zylindrisch. Die Schaufelspitze 14 der Leitschaufeln 8 und die der Schau felspitze gegenüberliegende Wandung der Nabe 2 sind kugel förmig ausgebildet. Die Krümmungsradien der Schaufelspitze und der der Schaufelspitze gegenüberliegenden Wandung 18 der Nabe entsprechen dem radialen Abstand A zwischen Schau felspitze und Maschinenachse 15.In the embodiment variant shown in FIG. 2, the flow-limiting walls of the channel in the region of the adjustable guide vanes are not cylindrical. The blade tip 14 of the guide vanes 8 and the blade tip opposite the wall of the hub 2 are spherical. The radii of curvature of the blade tip and the wall 18 of the hub opposite the blade tip correspond to the radial distance A between the blade tip and the machine axis 15 .

Die gleiche Maßnahme ist am Schaufelfuß getroffen, wobei hier die radial äußere Partie 16 der Leitschaufel und die dieser Partie gegenüberliegende Wandung des Schaufelträgers 3 kugelformig ausgebildet sind. Als Krümmungsradien dieser kugelförmigen Partie 16 und der entsprechenden Wandung wird hier der radiale Abstand B zwischen Blattende und Maschinen achse 15 herangezogen.The same measure is taken on the blade root, with the radially outer portion 16 of the guide blade and the wall of the blade carrier 3 opposite this portion being spherical. As the radii of curvature of this spherical portion 16 and the corresponding wall, the radial distance B between the end of the blade and the machine axis 15 is used here.

BezugszeichenlisteReference list

1 Kanal
2 Nabe
3 Schaufelträger
4 Gehäuse
5 Laufschaufel
6 Rotorscheibe
7 Abdeckung
8 verstellbare Leitschaufel
9 Welle
10 Buchse
11 Schwenkhebel
11a Federmittel
12 Bolzen
13 Verstellring
14 Schaufelspitze
15 Maschinenachse
16 radial äußere Partie der Leitschaufeln
17 Bund
18 gekrümmte Wandung von 2 1 channel
2 hub
3 blade carriers
4 housing
5 moving blades
6 rotor disc
7 cover
8 adjustable guide vanes
9 wave
10 socket
11 swivel levers
11 a spring means
12 bolts
13 adjusting ring
14 blade tip
15 machine axis
16 radially outer part of the guide vanes
17 fret
18 curved wall of 2

Claims

1. Axial flow turbine with at least one row of individually adjustable guide vanes ( 8 ) and at least one row of rotor blades ( 5 ), characterized in that the guide vanes ( 8 ) are movably mounted in their longitudinal axis and that their blade tips via spring means ( 11 a) the flow-limiting wall of the hub ( 2 ) can be pressed.

2. Axial flow turbine according to claim 1, characterized in that the spring means ( 11 a) are formed by a leaf spring designed as a pivot lever ( 11 ), which acts on the adjusting shaft ( 9 ) of the guide vane ( 8 ).

3. Axial flow turbine according to claim l, characterized in that the blade tip ( 14 ) of the guide blades ( 8 ) and the blade tip opposite lying wall of the hub ( 2 ) are spherical.

4. Axial flow turbine according to claim 3, characterized in that the radii of curvature of the kugelför shaped blade tip ( 14 ) and the blade tip opposite wall ( 18 ) of the hub ( 2 ) the radial len distance (A) between blade tip and machine axis ( 15 ) correspond.

5. Axial flow turbine according to claim l, characterized in that the radially outer portion ( 16 ) of the adjustable guide vanes ( 8 ) and the opposite wall of the blade carrier ( 3 ) are spherical.

6. Axial flow turbine according to claim 5, characterized in that the radii of curvature of the kugelför-shaped radially outer portion ( 16 ) of the adjustable guide vanes ( 8 ) and this part of the opposite wall of the blade carrier the radial distance (B) between the radially outer portion of the guide vanes and correspond to the machine axis ( 15 ).