DE60317119T2

DE60317119T2 - Steuereinrichtung für Statorschaufel

Info

Publication number: DE60317119T2
Application number: DE60317119T
Authority: DE
Inventors: Michel Bouru
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2023-01-11
Also published as: ES2292916T3; FR2835294A1; FR2835294B1; EP1331402A1; US6796767B2; DE60317119D1; CA2418233C; UA79734C2; US20030143066A1; CA2418233A1; JP4073794B2; JP2003227494A; RU2295655C2; EP1331402B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung von Schaufeln mit variablem Einstellwinkel, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert. Eine solche Vorrichtung ist aus dem Dokument US-A-5 024 580 bekannt. Eine besondere Anwendung findet die vorliegende Erfindung auf dem Gebiet der Luftfahrt, insbesondere für die Steuerung der Winkelstellungen von Lufteintrittsleitschaufeln in Verdichtern von Turbomaschinen, wie Flugzeugturbomaschinen.
Die bekannten Vorrichtungen zur Steuerung von Schaufeln mit variabler Einstellung in einer Turbomaschine umfassen normalerweise ein Steuerorgan in Form eines ein Gehäuse der Turbomaschine umgebenden Rings sowie eine Vielzahl von Hebeln oder Schwingarmen, wobei jeder Schwingarm ein mit dem Verstellring durch ein Gelenk verbundenes erstes Ende und ein an dem Drehgelenk einer jeweiligen Schaufel angebrachtes zweites Ende umfaßt.
Die synchronisierte Änderung der Winkelstellung der Schaufeln erfolgt durch Drehen des Rings um die Achse der Turbomaschine. Um der Drehbewegung des Rings folgen zu können, weist die Verbindung zwischen jedem Schwingarm und dem Ring wenigstens einen Drehfreiheitsgrad um eine im wesentlichen radial zum Ring ausgerichtete Achse auf. Da jedoch der Schwingarm an dem Drehgelenk der entsprechenden Schaufel starr angebracht ist, bewirkt die Drehung des Rings weitere Relativbewegungen zwischen dem Ring und dem am Drehgelenk der Schaufel angebrachten Teil des Schwingarms. Um sich diesen zusätzlichen Bewegungen, oder wenigstens einem Teil dieser anzupassen, ist wohl bekannt, die Verbindung in Form eines Kugelgelenks oder eines ähnlichen Teils auszubilden, das neben der Drehung um eine zum Ring im wesentlichen radiale Achse eine Drehung um eine Achse zuläßt, die zum Ring im wesentlichen eine Umfangsrichtung hat. Es wurde auch vorgeschlagen, eine Verbindung auszubilden, die einen zusätzlichen Verschiebefreiheitsgrad in einer zum Ring im wesentlichen radialen Richtung bietet. Es kann u.a. auf die Dokumente FR-A-2 608 678 oder FR-A-2 746 141 Bezug genommen werden.
Es ist auch das Patent US 6,019,574 bekannt, das vorschlägt, das mechanische Gelenk zwischen dem Drehgelenk der Schaufel und dem an diesem angebrachten Ende des Schwingarms mittels eines Zapfen- und Lochsystems auszubilden: Der Drehzapfen der Schaufel umfaßt ein Gewindeende, das eine in dem Steuerschwingarm ausgebildete Öffnung durchgreift. Eine auf dem Gewindeende des Drehzapfens festgezogene Mutter ermöglicht, all diese Teile drehfest zu verbinden. Ebenso beschreibt die europäische Patentanmeldung EP 1 010 862 ein Gelenk, das durch Antriebsstifte erhalten wird, die mit dem Drehgelenk der Schaufel fest verbunden sind und die Einschnitte durchgreifen, die an dem am Drehgelenk angebrachten Ende des Schwingarms ausgebildet sind. Das Ganze wird ebenfalls durch eine auf ein Gewindeende des Drehzapfens der Schaufel aufgeschraubte Mutter drehfest gehalten.
Die US 5,024,580 beschreibt eine Steuervorrichtung, die einen abgestumpften Schaufeldrehzapfen mit der Form eines umgedrehten V, einen Schwingarm mit entsprechender Form sowie eine auf den Schwingarm einen punktuellen Kontakt ausübende Klemmkappe aufweist.
Jedoch schwankt bei diesen Dokumenten die Drehantriebsgenauigkeit des Steuerschwingarms gegenüber dem Drehgelenk der Schaufel in gängiger Praxis um 0,4° bis 0,6°. Diese geringe Genauigkeit rührt daher, daß zwischen den verschiedenen Teilen Spiele vorhanden sind, die durch die Montagetoleranzen der Steuervorrichtung bedingt sind. Ein Spiel stellt sich vor allem zwischen dem Drehgelenk und dem an diesem angebrachten Ende des Schwingarms ein. Hieraus ergibt sich eine Ungenauigkeit im Bereich des Antriebs des Schwingarms, die für das richtige Funktionieren des Ganzen besonders von Nachteil ist.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es folglich, derartige Nachteile dadurch zu beheben, daß sie eine Steuervorrichtung vorschlägt, die Mittel zum Befestigen des Schwingarms verwendet, welche ermöglichen, diesen an dem Drehgelenk der Schaufel spielfrei zu halten. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Ungenauigkeit beim Antrieb zu beseitigen.
Zu diesem Zweck ist eine Vorrichtung zum Steuern einer Schaufel mit variablem Einstellwinkel für den Leitapparat eines Turbomaschinenverdichters vorgesehen, mit einem Schwingarm, Verbindungsmitteln, die zwischen einem ersten Ende des Schwingarms und einem Verstellring ein Gelenk bilden, sowie Mitteln zum Befestigen eines zweiten Endes des Schwingarms an einem Drehgelenk einer zu steuernden Schaufel, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner folgendes umfaßt: eine radiale Ausnehmung, die in dem Drehgelenk der Schaufel ausgebildet und dazu bestimmt ist, das zweite Ende des Schwingarms aufzunehmen, wobei die Ausnehmung wenigstens eine plane Kante aufweist, die gegenüber einer Mittellängsebene der Ausnehmung geneigt ist und die mit einer entsprechenden geneigten Kante des zweiten Endes des Schwingarms zusammenwirkt, sowie eine Klemmkappe, die auf das zweite Ende des Schwingarms aufgesetzt ist und auf die die Befestigungsmittel wirken, wobei die Klemmkappe eine plane Innenfläche aufweist, die einen flächigen Kontakt mit der Außenfläche des zweiten Endes des Schwingarms, auf das die Klemmkappe aufgesetzt ist, sicherstellt, um das zweite Ende des Schwingarms an dem Drehgelenk der Schaufel durch Kontakt zwischen den geneigten Kanten spielfrei zu halten.
So wird das zweite Ende des Schwingarms dank der geneigten Ebenen, die im Bereich der radialen Ausnehmung und des zweiten Endes des Schwingarms ausgebildet sind, an dem Drehgelenk der Schaufel spielfrei positioniert. Das Festlegen des zweiten Endes des Schwingarms an dem Drehgelenk der Schaufel wird durch die Klemmkappe erreicht und seine Festlegung gegen ein Drehen durch die Befestigungsmittel. Auf diese Weise wird die Drehantriebsgenauigkeit zwischen dem Schwingarm und dem Drehgelenk der Schaufel verbessert.
Eine an der Innenfläche der Klemmkappe ausgebildete Nut, in die das zweite Ende des Schwingarms teilweise eingesteckt ist, ermöglicht, vorteilhafterweise eine Gegendrehung der Klemmkappe gegenüber den anderen Teilen zu gewährleisten.
Die in dem Drehgelenk der Schaufel ausgebildete radiale Ausnehmung weist vorteilhafterweise zwei geneigte plane Kanten auf, die in bezug auf eine Mittellängsebene der Ausnehmung symmetrisch sind, um eine symmetrische Blockierung des Schwingarms an dem Drehgelenk der Schaufel zu erhalten. Die zwei geneigten planen Kanten können auch asymmetrisch in bezug auf die Mittelebene der Ausnehmung sein, um eine Unverwechselbarkeit zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante des Schwingarms zu gewährleisten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen, die hiervon ein Ausführungsbeispiel ohne jeden einschränkenden Charakter zeigen, hervorgehen. In den Figuren zeigen:
1 eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
2 eine Schnittansicht entlang der Ebene II-II der 1; und
3 eine Ansicht in der Perspektive und im Schnitt der Steuervorrichtung der 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt sehr partiell einen Turbomaschinenteil, beispielsweise eines Flugzeugturbostrahltriebwerks, der mit Schaufeln 10 mit variablem Einstellwinkel ausgestattet ist. Diese Schaufeln sind beispielsweise Leitschaufeln am Eingang eines Turbomaschinenverdichters, die um die Achse der Turbomaschine herum verteilt sind. In dieser 1 ist lediglich eine Schaufel dargestellt.
In wohl bekannter Weise erfolgt Steuerung der Winkelstellungen der Schaufeln 10 über einen Verstellring 20, welcher ein Gehäuse 22 der Turbomaschine (das in 1 nur teilweise dargestellt ist) umgibt, sowie durch eine Vielzahl von Schwingarmen 30. Jeder Schwingarm 30 weist ein erstes Ende 32 auf, das über ein Gelenk bildende Verbindungsmittel mit dem Verstellring 20 verbunden ist. Beispielsweise ist dieses Gelenk durch eine Achse oder einen Finger 24 realisiert, der das erste Ende 32 des Schwingarms 30 durchgreift und in eine Aufnahme 26 des Verstellrings 20 eingesteckt ist.
Ein zweites Ende 34 des Schwingarms 30 ist durch Befestigungsmittel 40 an einem Drehgelenk 12 der Schaufel 10 angebracht. Die in 1 dargestellten Befestigungsmittel 40 sind herkömmlicherweise von einem Schraube-Mutter-System gebildet, das eine mit dem Drehgelenk 12 der Schaufel fest verbundene axiale Gewindestange 14 sowie eine Spannmutter 42 umfaßt. Die Befestigungsmittel können auch durch eine angesetzte Schraube und eine in dem Drehgelenk 12 der Schaufel angebrachte selbstbremsende Buchse (beide nicht dargestellt) realisiert sein, wenn die Höhe des Drehgelenks der Schaufel den Einbau einer solchen Buchse ermöglicht. In diesem Fall ist axial in dem Drehgelenk der Schaufel eine Öffnung für den Durchgang der angesetzten Schraube ausgebildet.
In den 2 und 3 ist eine Ausführungsform einer Verbindung zwischen Schwingarm und Schaufeldrehgelenk gemäß der Erfindung detaillierter dargestellt.
An der Oberseite 12a des Drehgelenks 12 der Schaufel 10, von der die Gewindestange 14 vorspringt, ist eine radiale Ausnehmung 16 ausgebildet, die durch plane Kanten 16a, 16b, welche gegenüber der Mittellängsebene P der Ausnehmung 16 und des Schwingarms 30 geneigt sind, seitlich begrenzt ist. Der Neigungswinkel liegt beispielsweise zwischen 35° und 55°.
Das zweite Ende 34 des Schwingarms 30, das mit einer Öffnung 35 für den Durchgang der Gewindestange 14 (oder der angesetzten Schraube) versehen ist, ist über einen Teil seiner Dicke, der durch zwei gegenüber der Mittellängsebene P des Schwingarms geneigte Seitenkanten 34a, 34b begrenzt ist, in die radiale Ausnehmung 16 eingesteckt. Die Neigungen der Kanten 34a, 34b entsprechen denjenigen der Kanten 16a, 16b der Ausnehmung 16, an denen sie anliegen.
Eine Kappe 44, die mit einer Bohrung 46 für den Durchgang der Gewindestange 14 (oder der angesetzten Schraube) versehen ist, liegt an einer planen Außenfläche 36 des zweiten Endes 34 des Schwingarms an. In dem dargestellten Beispiel ist diese Anlage mittels des ebenen Grunds 48a einer Nut 48 realisiert, die in der Kappe 44 radial ausgebildet ist und die Form des zweiten Endes 34 des Schwingarms in dem Teil dessen, welcher der Fläche 36 benachbart ist, annimmt.
Die axiale Klemmkraft, die durch die Mutter 42 (oder durch die angesetzte Schraube) auf die Kappe 44 ausgeübt wird und durch den flächigen Kontakt zwischen den ebenen Flächen 36, 48a übertragen wird, hält die geneigten Kanten 34a, 34b des Schwingarms 30 an den geneigten Kanten 16a, 16b der Ausnehmung 16, so daß eine spielfreie Drehverbindung zwischen dem Schwingarm 30 und dem Drehgelenk 12 der Schaufel hergestellt wird.
In dem dargestellten Beispiel sind die Kanten 34a, 34b, ebenso wie die Kanten 16a, 16b, in bezug auf die Mittellängsebene P symmetrisch geneigt. Es kann auch anders sein. Insbesondere können lediglich zwei in Kontakt befindliche Kanten, zum Beispiel 34a und 16a, geneigt sein, während es die anderen 34b, 16b nicht sind.
Darüber hinaus kann vorteilhafterweise eine Positionsasymmetrie der geneigten planen Kanten 16a, 16b in bezug auf die Mittelebene P der Ausnehmung 16 vorliegen, um eine Unverwechselbarkeit zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante des Schwingarms 30 zu gewährleisten. Unter Positionsasymmetrie wird verstanden, daß der Abstand D1 (2) zwischen einer der planen Kanten 16a, 16b und der Mittelebene P größer oder kleiner als der Abstand D2 zwischen der anderen planen Kante 16a, 16b und der Mittelebene P ist.
Man wird auch feststellen, daß der Schwingarm 30 im Bereich seines zweiten Endes 34 ein Teil aufweist, dessen Dicke größer ist als die eines Teils seines ersten Endes 32. Dieses Merkmal ermöglicht, einen besseren Sitz des zweiten Endes 34 des Schwingarms in der im Drehgelenk 12 der Schaufel ausgebildeten Ausnehmung 16 zu erhalten.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung kann auch eine Buchse 50 umfassen, die um das Drehgelenk 12 der Schaufel herum, zwischen der Klemmkappe 44 und dem Rand 52 einer Öffnung des Gehäuses 22 der Turbomaschine, in der die Schaufel 10 angebracht ist, angeordnet ist. Diese Buchse 50 ist dazu bestimmt, ein Zentrieren des Drehgelenks 12 der Schaufel mit einem zwischen der Öffnung des Gehäuses und dem Drehgelenk der Schaufel eingefügten Antifriktions- oder Lagermaterial zu ermöglichen. Eine Scheibe 54 zum Einstellen des Spiels, die zwischen der Klemmkappe 44 und der Buchse 50 eingefügt ist, kann dann vorteilhafterweise vorgesehen sein, um einem eventuellen axialen Spiel zwischen diesen Teilen Rechnung zu tragen. In diesem Fall liegt die Klemmkappe 44 auch an ihrem Umfang auf der Einstellscheibe 54 auf. Des weiteren kann zwischen dem Rand 52 der Öffnung des Gehäuses 22 und dem Fuß des Drehgelenks 12 der Schaufel eine Antifriktionsscheibe 56 eingefügt sein.

Claims

Vorrichtung zum Steuern einer Schaufel mit variablem Anstellwinkel für den Leitapparat eines Turbomaschinenverdichters, umfassend einen Schwingarm (30), Verbindungsmittel (24, 26), die zwischen einem ersten Ende (32) des Schwingarms und einem Verstellring (20) ein Gelenk bilden, sowie Mittel (40) zum Befestigen eines zweiten Endes (34) des Schwingarms an einem Drehgelenk (12) einer zu steuernden Schaufel (10), dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner umfaßt – eine radiale Ausnehmung (16), die in dem Drehgelenk der Schaufel ausgebildet und dazu bestimmt ist, das zweite Ende (34) des Schwingarms (30) aufzunehmen, wobei die genannte Ausnehmung wenigstens eine plane Kante (16a, 16b) aufweist, die gegenüber einer Mittellängsebene (P) der Ausnehmung (16) und des Schwingarms (30) geneigt ist und die mit einer entsprechenden geneigten Kante (34a, 34b) des zweiten Endes des Schwingarms zusammenwirkt, – sowie eine Klemmkappe (44), die auf das zweite Ende des Schwingarms aufgesetzt ist und auf die die Befestigungsmittel (40) wirken, wobei die Klemmkappe eine plane Innenfläche (48a) aufweist, die einen flächigen Kontakt mit der Außenfläche (36) des zweiten Endes des Schwingarms, auf das die genannte Klemmkappe aufgesetzt ist, sicherstellt, um das zweite Ende (34) des Schwingarms (30) an dem Drehgelenk (12) der Schaufel durch Kontakt zwischen den geneigten Kanten spielfrei zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Drehgelenk (12) der Schaufel ausgebildete radiale Ausnehmung (16) zwei geneigte plane Kanten (16a, 16b) aufweist, die in bezug auf die Mittellängsebene (P) der Ausnehmung symmetrisch sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Drehgelenk (12) der Schaufel ausgebildete radiale Ausnehmung (16) zwei geneigte plane Kanten (16a, 16b) aufweist, die in bezug auf die Mittellängsebene (P) der Ausnehmung asymmetrisch sind.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (48a) der Klemmkappe (44) eine Nut (48) aufweist, deren Form zur Außenfläche (36) des zweiten Endes (34) des Schwingarms (30), auf das die Klemmkappe aufgesetzt ist, komplementär ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingarm (30) im Bereich seines zweiten Endes (34) einen Teil aufweist, dessen Dicke größer als die seines ersten Endes (32) ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Buchse (50) aufweist, die um das Drehgelenk (12) der Schaufel herum angeordnet und dazu bestimmt ist, ein Zentrieren des Drehgelenks der Schaufel in einer Öffnung eines Gehäuses (22) zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Einstellscheibe (54) umfaßt, die zwischen der Klemmkappe (44) und der Buchse (50) eingefügt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkappe (44) auch an ihrem Umfang an der Einstellscheibe (54) anliegt.
Leitapparat eines Turbomaschinenverdichters, der eine Vielzahl von Vorrichtungen zum Steuern einer Schaufel mit variablem Anstellwinkel nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche umfaßt.
Turbomaschine, die wenigstens eine Vorrichtung zum Steuern einer Schaufel mit variablem Anstellwinkel nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche umfaßt.