DE69926100T2

DE69926100T2 - Drehvorrichtung zum Verdrehen eines Ringes

Info

Publication number: DE69926100T2
Application number: DE69926100T
Authority: DE
Inventors: Taku Ichiryu; Tadao Yashiki
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2019-05-21
Also published as: DE69926100D1; EP0961010A1; JPH11336564A; EP0961010B1; US6179469B1; JP3600438B2; CA2272967C; CA2272967A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Drehmechanismus, der für eine Verbindung zu einem Kreisring sorgt und diesen dadurch dreht, wie einen solchen, der dazu verwendet wird, die Schaufeln bei einem Drehmechanismus zum Verdrehen der einstellbaren Schaufeln einer Gasturbine anzutreiben.
Beschreibung der Erfindung
Eine Drehvorrichtung zum Variieren des Winkels der stationären Schaufeln in einer Gasturbine, und um diese zu verdrehen, ist in der 1 dargestellt. (Diese Figur ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und kein Beispiel zum Stand der Technik.) Drehachsen 2a (stationärer) Rippen 2, die drehbar in einer Kammer 1 montiert sind, sind über Hebel 3 mit einem Drehring 4 verbunden. Wenn der Drehring 4 gedreht wird, drehen sich die Schaufeln 2 so, wie es durch die Pfeile in der 1 dargestellt ist.
Der Drehring 4 verfügt über eine Anzahl von Haltern 6 an ihm, die durch Unterlegscheiben 5 an der Fläche der Kammer 1 gehalten werden, wenn sich der Ring dreht.
Obwohl in der 1 nur eine einzelne Schaufel 2 dargestellt ist, verfügt die tatsächliche Gasturbine über eine Anzahl derartiger Schaufeln mit regelmäßigen Intervallen um den Umfang der Kammer 1 herum. Wenn sich der Drehring 4 dreht, drehen sich alle Schaufeln 2 gleichzeitig.
Ein Beispiel eines Drehmechanismus zum Verdrehen des Rings, der die Schaufeln in einer Gasturbine antreibt, ist eine Einzelverbindung 10, die den Drehring 4 verdreht, wie in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Showa 59-7708 angegeben. Bei dieser Konstruktion steht die den Drehring 4 verdrehende Kraft im Gleichgewicht mit einer Gegenkraft auf die Halter 6 am Drehring 4. Jedoch stehen bei diesem Drehmechanismus der Radius der Dreh achse 2a der Schaufel 2, die in der Kammer 1 gelagert ist, und der Wirkungspunkt der Kraft im Verhältnis von nahezu 1:1. So ist das Mitnahmedrehmoment durch Reibung beträchtlich.
Ferner ist der Radius des Drehrings 4 größer als der der Kammer 1, und demgemäß ist der Ring für Verwinden anfälliger. Alle oben angegebenen Faktoren haben einen nachteiligen Effekt auf den gleichmäßigen Betrieb des den Drehring 4 verdrehenden Drehmechanismus.
Die Drehvorrichtungen, die im Stand der Technik vorhanden sind, um die oben erörterten Probleme zu lösen, sind die in den 9, 10 und 11 dargestellten Drehmechanismen, die den Drehring 4 über eine Verbindung antreiben.
Die 9 und 10 zeigen einen bekannten Drehmechanismus zum Verdrehen des Rings, der das Verdrehen der Schaufeln antreibt.
In den 9 und 10 ist 4 der Drehring, der die Schaufeln 2, wie in der 1 dargestellt, verdreht.
Stifte 51 und 52 sind in Durchgangslöcher an entgegengesetzten Seiten des Außenrands des Drehrings 4 eingesetzt. Ein Ende jeder von Mitnehmerverbindungen 10 und 11 ist drehbar am Stift 51 bzw. 52 montiert.
Ein Betätigungshebel 17 ist über eine Betätigungsachse 18 drehbar an einer Schelle 43 montiert, die an der Oberseite eines Tischs 40 befestigt ist (sh. die 1).
Durch ein Ende des Hebels 17 ist ein Stift 200 eingesetzt. Ein Ende jeder der Verbindungen 14 und 15 ist drehbar im Stift 200 montiert, wie es in der 10 dargestellt ist.
An der linken und der rechten Seite der Schelle 43 befinden sich Schellen 41 und 42, die beide ebenfalls am Tisch 40 befestigt sind. L-förmige Hebel 12 und 13, die in entgegengesetzte Richtungen zeigen, sind über Hebelachsen 56 bzw. 55 drehbar an den Schellen 41 bzw. 42 montiert.
Das andere Ende der Verbindung 14 ist über einen Stift 58, auf solche Weise, dass sich die Verbindung frei drehen kann, mit einem Ende eines L-förmigen Hebels 12 verbunden, nämlich den Hebel auf der rechten Seite des Drehmechanismus. Das andere Ende der Verbindung 15 ist über einen Stift 57, auf solche Weise, dass sich die Verbindung frei drehen kann, mit einem Ende des Hebels 13 verbunden, d.h. dem Hebel auf der linken Seite des Drehmechanismus.
Das andere Seite des L-förmigen Hebels 12 ist über einen Stift 53 mit dem freien Ende der Mitnehmerverbindung verbunden. Das andere Ende des L-förmigen Hebels 13 ist über den Stift 54 mit dem freien Ende der Mitnehmerverbindung 11 verbunden.
Bei dieser Art eines Drehmechanismus für den Drehring verdreht eine Antriebseinrichtung, wie ein hydraulischer Servozylinder (nicht dargestellt), den Betätigungshebel 17 mittels der Betätigungsachse 18 in der durch den Pfeil Z1 in der 9 dargestellten Richtung. Wenn dies auftritt, bewegen sich die Verbindungen 14 und 15 horizontal nach rechts, wie es durch den Pfeil Z2 dargestellt ist. Der L-förmige Hebel 12 dreht sich in der Gegenuhrzeigerrichtung auf der Achse 56, wie es durch den Pfeil Z3 dargestellt ist. Der L-förmige Hebel 13 dreht sich auch in der Gegenuhrzeigerrichtung auf seiner Hebelachse 55, wie es durch den Pfeil Z4 dargestellt ist. Die Verbindung 10 an der rechten Seite bewegt sich nach oben, wie es durch den Pfeil Z5 dargestellt ist; die Verbindung 11 auf der linken Seite bewegt sich nach unten, wie es durch den Pfeil Z6 dargestellt ist.
Demgemäß bilden die Verbindungen 10 und 11 eine Kopplung für den Drehring 4, der sich in der Gegenuhrzeigerrichtung dreht, wie es durch den Pfeil Z7 dargestellt ist. Wenn sich der Drehring 4 dreht, drehen sich die Schaufeln 2 in der spezifizierten Richtung.
Bei der in den 9 und 10 dargestellten bekannten Konstruktion sind die Verbindungen 10 und 11, die den Drehring 4 antreiben, mit entgegengesetzten Seiten desselben verbunden. Die auf den Drehring 4 wirkenden Kräfte bilden Paare. Da die auf einen einzelnen Punkt konzentrierte Last verringert ist, nähert sich die auf den Halter 6 wirkende resultierende Kraft dem Wert Null. Daher existiert weniger Verwindung und Reibung, der Drehmechanismus arbeitet gleichmäßig, und die Betätigungskraft selbst nimmt ab.
Bei der in den 9 und 10 dargestellten bekannten Konstruktion sind jedoch die Verbindungen 14 und 15 direkt mit einem einzelnen Stift 200 verbunden, der an einem Ende des Betätigungshebels 17 montiert ist, so dass sie sich nach links und rechts bewegen. So haben die Verbindungen 14 und 15 sehr geringe Freiheit, und sie müssen sich mit einer übermäßigen Geschwindigkeit bewegen, was zu erhöhter Reibungsmitnahme führen kann. Auch ist eine große Betätigungskraft erforderlich, um den Drehring 4 über die Verbindungen 14 und 15 anzutreiben. Die Konfiguration erschwert es, die Effekte einer Verwindung aufgrund der Belastung an den Verbindungen 14 und 15 und den mit ihnen verbundenen Hebeln, oder aufgrund einer Wärmeausdehnung dieser Komponenten, zu beseitigen, was wiederum zu einer übermäßigen Betätigungskraft oder fehlerhaftem Betrieb führen kann.
GB-A-1 430 609 offenbart einen Versuch zum Verringern der thermischen Belastungen bei der Konfiguration, die sich aus einer gleichzeitigen Wärmeexpansion oder -kontraktion der Mitnehmerverbindungen ergeben, und zwar durch Anbringen eines Gleitlagers zum Lagern eines die Betätigungshebel antreibenden Hebels.
Die in der 11 dargestellte bekannte Vorrichtung ist ein Drehmechanismus zum Antreiben der Drehung des Drehrings 4 unter Verwendung eines Antriebsmechanismus wie eines hydraulischen Servozylinders.
Bei dieser Konstruktion sind zwei Zylinder, d.h. ein hydraulischer Servo-Ölzylinder 60 und ein Hilfszylinder 61, um 180° getrennt symmetrisch angeordnet und durch Leitungen 64 und 65 verbunden. Das freie Ende der Kolbenstange 66 des hydraulischen Servo-Ölzylinders 60 ist mit einem Stift 51 am Außenrand des Drehrings 4 verbunden. Das freie Ende der Kolbenstange 67 des Hilfszylinders 61 ist mit einem Stift 52 verbunden, der 180- entgegengesetzt zum Stift 51 am Außenrand des Drehrings 4 ist.
Wenn der Kolben 62 des Zylinders 60 hydraulisch angetrieben wird, bewegt sich die Kolbenstange 66 in der durch den Pfeil Y₁ gekennzeichneten Richtung, und die Kolbenstange 67 des Hilfszylinders 61 bewegt sich in der durch den Pfeil Y₂ gekennzeichneten Richtung. Die auf diese Weise erzeugte Kopplung dreht den Drehring 4 in der durch den Pfeil Y₃ gekennzeichneten Richtung.
Wenn eine Turbine über mehrere Reihen anzutreibender Schaufeln verfügt, benötigt ein Drehmechanismus unter Verwendung eines hydraulischen Servozylinders, wie bei der in der 11 dargestellten bekannten Vorrichtung, eine Gruppe hydraulischer Antriebskomponenten einschließlich eines hydraulischen Servozylinders 60 und eines Hilfszylinders 61 für jede Reihe. Dies treibt die Anzahl der Teile hoch und erhöht die Kosten der Vorrichtung.
Ferner können die Relativkräfte zwischen dem mit einem Kontrollrelais versehenen Zylinder (hydraulischer Servozylinder 60) und dem Hilfszylinder 61 nicht ausgeglichen sein, so dass es unmöglich wird, die benötigte Betätigungskraft zu erzielen.
US-4,003,675 offenbart eine Konfiguration mit nur einem Hydraulikzylinder pro Paar von Mitnehmerverbindungen. Bei dieser Konfiguration sind die Mitnehmerverbindungen jeweils mit L-förmigen Hebeln verbunden, die durch einen Hydraulikzylinder miteinander verbunden sind, um in entgegengesetzten Richtungen angetrieben zu werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Mechanismus zum Drehen eines Kreisrings anzugeben, der einfach und wirtschaftlich ist und zuverlässig betrieben werden kann, ohne dass eine übermäßige Kraft erforderlich wäre.
Diese Aufgabe ist durch einen Mechanismus gemäß dem Anspruch 1 oder 2 gelöst. Die Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Durch Ausführungsformen der Erfindung ist ein Drehmechanismus zum Drehen eines Drehrings mit den folgenden Merkmalen geschaffen: die Anzahl benötigter Teile ist so weit wie möglich verringert; seine Konfiguration ist einfach und wirtschaftlich herstellbar; die Betätigungshemmung des Rings ist gering; jegliche Verformung, die sich aus der Belastung oder einer Wärmeexpansion ergibt, wird zuverlässig aufgefangen; außerdem dreht sich der Ring zuverlässig bei kleiner Betätigungskraft.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung, die zum Lösen dieser Probleme entwickelt wurde, ist ein Drehmechanismus zum Drehen eines kreisförmigen Drehrings, bei dem zwei Mitnehmerverbindungen auf solche Weise mit dem Umfang des Drehrings verbunden sind, dass sie sich frei drehen können. Die Mitnehmerverbindungen wirken so, dass sie für paarige Kräfte zum Drehen des Drehrings sorgen. Der zentrale Teil eines Antriebshebels ist durch einen Betätigungsstift am Ende eines Betätigungshebels, der sich auf einer Betätigungsachse dreht, drehbar montiert.
Die zwei Antriebsverbindungen, die jeweils an einem Ende mit einer der Mitnehmerverbindungen verbunden sind, sind durch Stifte an einem Ende des An triebshebels auf solche Weise verbunden, dass sie sich frei drehen können. Wenn der Betätigungshebel gedreht wird, wird die Kraft über den Antriebshebel und die Antriebsverbindungen an die Mitnehmerverbindungen übertragen, die sich gleichzeitig bewegen, um ein Paar zu bilden. Diese Merkmale bilden die Attribute, die diesen Drehmechanismus zum Drehen eines Rings auszeichnen.
Bei dieser Ausführungsform bewegt sich, wenn der Betätigungshebel betätigt wird, der Antriebshebel gemeinsam mit seinem Betätigungsstift. Dadurch wirken gepaarte Kräfte in Form der zwei Antriebsverbindungen, die über Stifte mit jedem Ende des Antriebshebels verbunden sind, auf den Drehring, wodurch dafür gesorgt wird, dass sich dieser dreht. Wenn dies auftritt, wird jegliche Verwindung aufgrund einer Verformung, wie sie durch die Last an den Verbindungen, die mit den Antriebskomponenten am Drehring verbunden sind, oder aufgrund einer Wärmeexpansion der Verbindungen, verursacht wird, durch die Drehung des Antriebshebels, der über einen einzelnen Freiheitsgrad verfügt, auf dessen Betätigungsstift aufgefangen.
Diese Konstruktion verhindert eine übermäßige Bindung des Drehrings im Antriebssystem, und es verhindert auch eine dadurch erzeugte statisch unbestimmte Gegenkraft. Dies ermöglicht es, die Betätigungskraft auf beiden Seiten des Drehrings gleichmäßig auf das Antriebssystem zu verteilen.
Eine bevorzugte zweite Ausführungsform der Erfindung ist ein Drehmechanismus zum Drehen eines kreisförmigen Drehrings, bei dem zwei Mitnehmerverbindungen mit dem Umfang des Drehrings auf solche Weise verbunden sind, dass sie sich frei drehen können. Die Mitnehmerverbindungen wirken so, dass sie paarige Kräfte zum Drehen des Drehrings liefern. Die zwei Antriebsverbindungen, die jeweils an einem Ende mit einer der Mitnehmerverbindungen verbunden sind, sind über eine Kugelverbindung auf solche Weise, dass sie sich frei drehen können, mit dem Ende eines Betätigungshebels verbunden.
Wenn der Betätigungshebel gedreht wird, wird die Kraft über die Kugelverbindungen und die Antriebsverbindungen gleichzeitig an die zwei Mitnehmerverbindungen übertragen, um ein Kräftepaar zu erzeugen. Dies sind die Merkmale, die diese Drehvorrichtung zum Drehen eines Rings kennzeichnen.
Bei dieser Ausführungsform wird jegliches Verwinden des Verbindungssystems zwischen dem Betätigungshebel und dem Drehring durch die Kugelverbindungen aufgefangen. Die Verbindung führt zu keiner statisch unbestimmten Gegen kraft, und es ist eine kleine Betätigungskraft zum Verdrehen des Rings selbst dann erforderlich, wenn der Drehring horizontal ausgerichtet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Vorderansicht eines Drehmechanismus zum Drehen des Drehrings, der die einstellbaren stationären Schaufeln einer Gasturbine antreibt, wobei es sich um eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt,
2 ist ein Schnitt entlang einer Linie A-A in der 1.
3 ist ein Schnitt entlang einer Linie B-B in der 2.
4 ist eine Schrägansicht in der Richtung des Pfeils Z in der 1.
5 ist eine der 1 entsprechende Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
6 ist eine der 1 entsprechende Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
7 ist eine Vorderansicht nahe dem Betätigungshebel, wobei es sich um eine vierte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt.
8 ist ein Schnitt entlang einer Linie C-C in der 7.
9 ist eine der 1 entsprechende Ansicht eines ersten bekannten Mechanismus.
10 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie D-D in der 9.
11 ist eine der 1 entsprechende Ansicht eines zweiten bekannten Mechanismus.
Die Bezeichnungen in den Zeichnungen sind die Folgenden:
1: Kammer, 2: Schaufel, 4: Drehring, 5: Unterlegscheibe, 6: Halter, 10, 11: Mitnehmerverbindungen, 12, 13: L-förmiger Hebel, 18: Achse (Betätigungsachse), 19, 20: Stifte, 21: Stift (Betätigungsstift), 30, 31, 32: kugelförmige Lagerschalen, 41, 42, 43: Schelle, 51, 52: Stifte (für den Drehring), 53, 54: Stifte, 55, 56: Hebelachsen, 57, 58: Stifte, 60: kugelförmige Lagerschalen (stiftseitig), 210: Stift.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
In diesem Abschnitt erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren eine detaillierte Erläuterung der Erfindung. In dem Umfang, in dem Abmessungen, Materialien, Formen und Relativpositionen der bei diesen Ausführungsformen beschriebenen Komponenten nicht definitiv festgelegt sind, ist der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen, die lediglich als Beispiel dienen sollen, eingeschränkt.
Die 1 ist eine Vorderansicht eines Drehmechanismus zum Drehen eines Rings, der die einstellbaren stationären Schaufeln einer Gasturbine dreht, wobei es sich um eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt. Die 2 ist ein Schnitt entlang einer Linie A-A in der 1. Die 3 ist ein Schnitt entlang einer Linie B-B in der 2. Die 4 ist eine Vergrößerung der Ansicht ausgehend vom Pfeil Z in der 1.
In den 1 bis 4 ist 1 die Kammer, 2 ist eine einer Anzahl einstellbarer stationärer Schaufeln (nachfolgend einfach als "Schaufeln" bezeichnet), die mit regelmäßigen Intervallen am Umfang der Kammer angeordnet sind, 2a ist die Drehachse der Schaufel 2, und 4 ist der Drehring, der die Schaufel 2 dreht.
Der Drehring 4 verfügt über eine Anzahl von Haltern 6, die durch an der Kammer 1 vorhandene Unterlegscheiben 5 so gelagert sind, dass sich der Drehring in Bezug auf die Kammer drehen kann.
Die Drehachse 2a der Schaufel 2 ist über einen Hebel 3 mit dem Drehring 4 verbunden. Wenn sich der Drehring 4 dreht, dreht sich die Schaufel, wie es durch den Pfeil S in der 1 gekennzeichnet ist.
40 ist der Tisch. 43 ist eine im Zentrum des Tischs 40 befestigte Schelle. Der Betätigungshebel 17 ist durch eine Betätigungsachse 18, deren beide Enden durch die Schelle 43 gelagert sind, drehbar an dieser montiert. Die Betätigungsachse 18 ist mit einer Antriebsquelle wie einem hydraulischen Servozylinder verbunden.
Der Betätigungsstift 21 ist am Ende des Betätigungshebels 17 eingesetzt.
Wie es aus den 2 und 3 erkennbar ist, ist das Zentrum des Antriebshebels 16, dessen Endabschnitte über einen Querschnitt verfügen, der dem eckigen Buchstaben "C" ähnlich ist, drehbar am Betätigungsstift 21 montiert.
Wie es aus der 2 erkennbar ist, verläuft der Stift 19 durch eines der C-förmigen Enden des Antriebshebels 16. Ein Ende der horizontalen Antriebsverbindung 14 ist drehbar am Stift 19 montiert. Der Stift 20 verläuft durch das andere C-förmige Ende des Antriebshebels 16. Ein Ende der horizontalen Antriebsverbindung 15 ist drehbar am Stift 20 montiert.
Links und rechts von der Schelle 43 sind Schellen 41 bzw. 42 am Tisch 40 befestigt. L-förmige Hebel 12 und 13, die in entgegengesetzten Richtungen zeigen, sind durch Achsen 56 bzw. 55 drehbar an den Schellen 41 bzw. 42 montiert.
Das freie Ende der Antriebsverbindung 14 ist, über den Stift 58, mit einem Ende des L-förmigen Hebels 12 an der rechten Seite des Drehmechanismus verbunden. Das freie Ende der Antriebsverbindung 15 ist über den Stift 57 mit einem Ende des L-förmigen Hebels 13 an der linken Seite des Drehmechanismus verbunden.
Das andere Ende des L-förmigen Hebels 12 ist über den Stift 53 mit einem Ende der Mitnehmerverbindung 10 verbunden. Das andere Ende des L-förmigen Hebels 13 ist über den Stift 54 mit einem Ende der Mitnehmerverbindung 11 verbunden. Beim obigen Beispiel wird der Drehmechanismus dazu verwendet, die Schaufel 2 in einzelnen Reihe von Schaufeln zu verdrehen. Um eine Anzahl von Reihen von Schaufeln gleichzeitig zu verdrehen würde die entsprechende Anzahl von Drehmechanismen, wie dem oben angegebenen, verwendet werden.
Bei einem Drehmechanismus zum Drehen eines Drehrings mit dieser Art von Konfiguration verstellt eine Antriebseinrichtung wie ein hydraulischer Servozylinder (nicht dargestellt) den Betätigungshebel 17 über die Betätigungsachse 18 in der durch den Pfeil X₁ in der 1 gekennzeichneten Richtung. (2 in der 3 zeigt den Drehbereich des Hebels 17.) Der Betätigungsstift 21 sorgt dafür, dass der Antriebshebel 16 in der durch den Pfeil X₂ in der 3 gekennzeichneten Richtung weggeschoben wird. Die Antriebsverbindungen 14 und 15 beweglichen sich in der durch den Pfeil X₃ in der 3 gekennzeichneten Richtung.
Dies sorgt dafür, dass sich der L-förmige Hebel 12 auf der Hebelachse 56 in der Uhrzeigerrichtung dreht und sich der L-förmige Hebel 13 auf der Hebelachse 55 in der Uhrzeigerrichtung dreht, wie es durch die Pfeile X₄ und X₅ dargestellt ist.
Die Mitnehmerverbindung 10 an der rechten Seite des Drehmechanismus bewegt sich nach unten, wie es durch den Pfeil X6 gekennzeichnet ist, und die Mitnehmerverbindung 11 an der linken Seite des Drehmechanismus bewegt sich nach oben, wie es durch den Pfeil X₇ gekennzeichnet ist.
Die Mitnehmerverbindungen 10 und 11 üben paarige Kräfte auf den Drehring 4 aus. Der Drehring 4 dreht sich in der Uhrzeigerrichtung, wie es durch den Pfeil X₈ gekennzeichnet ist. Wenn sich der Drehring 4 dreht, verdreht sich die Schaufel 2 gemeinsam mit ihm in der spezifizierten Richtung.
Wenn in Zusammenhang mit der Antriebsverbindung 14 irgendein Spiel (Zwischenraum) existiert und der Drehmechanismus auf die oben beschriebene Weise arbeitet, bewegt sich die Antriebsverbindung 15 in der Richtung X3, und es wird eine Gegenkraft in der entgegengesetzten Richtung erzeugt. Da jedoch die Mitnahmekraft auf die Verbindung 14 sehr gering ist, bis das Spiel verschwunden ist, verbleibt die Verbindung 15 in Ruhe, während alleine an der Verbindung 14 gezogen wird. Der Antriebshebel 16 dreht sich auf dem Betätigungsstift 21 in der Gegenuhrzeigerrichtung, und er bewegt sich mit der Drehung des Betätigungshebels 17 insgesamt nach links (Pfeil X₃).
Der Antriebshebel 16 dreht sich weiter, bis das Spiel in Zusammenhang mit der Antriebsverbindung 14 beseitigt ist und eine Mitnahmekraft erzeugt wird. Wenn der Antriebshebel 16 aufgehört hat, sich zu drehen, und sich der Drehring 4 immer noch dreht, sind die Momente der auf den Antriebshebel 16 um den Betätigungsstift 21 wirkenden Gegenkraft im Gleichgewicht. Da die Länge 11 vom Zentrum des Betätigungsstifts 21 zum Zentrum des Stifts 19 der 3 der Länge 12 vom Zentrum des Betätigungsstifts 21 zum Zentrum des Stifts 20 entspricht, sind auch die auf die Antriebsverbindungen 14 und 15 wirkenden Kräfte gleich.
Wenn sich das Verhältnis der auf die Antriebsverbindungen 14 und 15 wirkenden Kräfte ändern sollte, ändert sich die Position des Betätigungsstifts 21, und es ändert sich das Verhältnis der Längen 11 und 12.
Wenn sich bei dieser Art eines Drehmechanismus die Verbindungen aufgrund der den Drehring 4 antreibenden Kraft (d.h. der Belastung) verwinden sollten oder eine Wärmeexpansion erfahren sollten, verformen sie sich. Jedoch wird der kumulative Wert dieser Verformung aufgefangen, da der Antriebshebel 16 einen einzelnen Freiheitsgrad aufweist und er sich nur zwischen den Linien Z₁ und Z₂ in der 3 auf dem Betätigungsstift 21 drehen kann.
Dann wird bei dieser Ausführungsform jegliche Verformung der Verbindungen aufgrund der dem Antreiben des Drehrings 4 zugehörigen Kraft (Belastung) oder aufgrund einer Wärmeexpansion aufgefangen, wenn sich der Antriebshebel 16 in der 3 zwischen den Linien Z₁ und Z₂ dreht, wodurch eine statisch bestimmte Struktur geschaffen ist. Dies verhindert eine übermäßige Bindung im Verbindungssystem, das den Drehring 4 antreibt, und auch eine statisch unbestimmte Gegenkraft, wie sie durch eine solche Bindung erzeugt würde. Dies gewährleistet, dass auf die Mitnehmerverbindungen 10 und 11 dieselbe Betätigungskraft wirkt.
Die 5 ist eine der 1 entsprechende Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform sind die L-förmigen Hebel 12 und 13 an der linken und rechten Seite des Drehmechanismus vertikal genau entgegengesetzt zur Art ausgerichtet, gemäß der sie bei der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform ausgerichtet sind.
Hierbei sind die Höhen der Schelle 43, die den Betätigungshebel 17 lagert, und der Schellen 41 und 42, die die L-förmigen Hebel 12 und 13 lagern, nicht so groß wie diejenigen der entsprechenden Komponenten bei der ersten Ausführungsform. Dies ermöglicht es, alle drei Schellen 43, 42 und 41 auf derselben Fläche zu montieren, was den Mechanismus vereinfacht.
Die 6 ist eine der 1 entsprechende Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform sind die Positionen der Stifte 51 und 52, deren Kopplungen die Kraft zum Drehen des Drehrings 4 liefern, etwas unter das Zentrum 4b des Drehrings 4 verschoben.
Im Ergebnis sind die Mitnehmerverbindungen 10 und 11 bei dieser Ausführungsform nach unten ausgerichtet und leicht nach innen geneigt. Die Formen der L-förmigen Hebel 12 und 13, die mit den Mitnehmerverbindungen 10 und 11 verbunden sind, bilden spitze Winkel in Bezug auf die Hebelachse 56.
Um einen Drehring 4 in einem auf die oben erörterte Weise konfigurierten Drehmechanismus anzutreiben, bei dem die Positionen der Stifte 51 und 52, die Kopplungen, die den Drehring antreiben, etwas gegenüber dem Zentrum des Rings nach unten verschoben sind, ist zwischen die Antriebsverbindungen 14 und 15 und den Betätigungshebel 17 ein Antriebshebel 16 eingefügt. Dies bildet ein System mit einem einzelnen Freiheitsgrad, das jegliche Verformung des Verbindungssystems auffangen kann. Eine derartige Konfiguration verhindert die Erzeugung einer statisch unbestimmten Gegenkraft im Verbindungssystem, und es wird ein Kräftepaar erzeugt, das den Ring mit nur geringem Widerstand antreiben kann.
Die 7 und 8 zeigen eine vierte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform sind Antriebsverbindungen 14 und 15 in derselben horizontalen Ebene angeordnet. In den 7 und 8 ist 210 der Stift, der durch das Ende des Betätigungshebels 17 verläuft.
Im Zentrum des Stifts 210 befindet sich eine Gelenkverbindung für den Betätigungshebel 17. An jedem Ende des Stifts 210 befinden sich Gelenkverbindungen für die Antriebsverbindungen 14 und 15.
60 ist eine kugelförmige Lagerschale, die an den Außenumfang des Stifts 210 gedrückt wird. An drei Stellen dieses Außenumfangs sind Kugelflächen (die in Kurzem erörtert werden) so ausgebildet, dass sie mit den kugelförmigen Lagerschalen 32, 30 und 31 in Eingriff stehen.
32 ist eine kugelförmige Lagerschale, die am Innenumfang des Betätigungshebels 17 angebracht ist. 30 und 31 sind kugelförmige Lagerschalen, die an den Innenumfängen der Antriebsverbindungen 14 und 15 angebracht sind. Wenn alle drei Lagerschalen 32, 30 und 31 mit den kugelförmigen Lagerschalen 60 am Stift 210 in Eingriff stehen, bilden sie ein Kugelgelenk.
Dann wird bei dieser Ausführungsform jegliche Verformung, die sich aus einer Biegung oder einem Durchhängen des horizontalen Verbindungssystems ergibt, durch das Kugelgelenk aufgefangen. Eine derartige Konfiguration verhindert die Erzeugung einer statisch unbestimmten Gegenkraft, und sie er möglicht es, den Drehring 4 mit einer sehr geringen Betätigungskraft zu drehen.
Wie hier erörtert, ist bei der Erfindung ein Antriebshebel oder ein Kugelgelenk zwischen dem Betätigungshebel und dem System von Verbindungen zum Antreiben des Drehrings platziert. Bei diesem sehr einfachen System wird jegliche Verformung zwischen dem Betätigungshebel und den Antriebskomponenten, die sich aus der Belastung auf das Verbindungssystem oder einer Wärmeexpansion ergibt, zuverlässig aufgefangen.
Diese Konstruktion verhindert eine übermäßige Bindung im Verbindungssystem und verhindert so die dadurch erzeugte statisch erzeugte unbestimmte Gegenkraft. Sie ermöglicht es, die Drehung des Rings auf zuverlässige Weise unter Verwendung einer sehr kleinen Betätigungskraft anzutreiben.

Claims

Drehmechanismus zum Drehen eines ringförmigen Drehrings (4), aufweisend: ein Paar Mitnehmerverbindungen (10, 11), die jeweils an einem Ende drehbar mit dem Umfang des Drehrings (4) verbunden sind, ein Paar Antriebsverbindungen (14, 15), die jeweils mit dem anderen Ende einer der Mitnehmerverbindungen (10, 11) gekoppelt sind; und ein Betätigungshebel (17), der sich auf einer Betätigungswelle (18) dreht, wobei der Betätigungshebel (17) mit den Antriebsverbindungen (14, 15) über einen Antriebshebel (16) verbunden ist, der in seinem Mittelbereich mittels eines Betätigungsstifts (21) drehbar an einem Ende des Betätigungshebels (17) befestigt ist und dessen Enden durch Stifte (19, 20) mit entsprechenden Enden der Antriebsverbindungen (14, 15) verbunden sind, so daß dann, wenn der Betätigungshebel gedreht wird, die Drehkraft über den Antriebshebel (16) und das Paar Antriebsverbindungen (14, 15) auf das Paar Mitnehmerverbindungen (10, 11) übertragen wird, die sich unter Ausübung einer gemeinsamen Kraft zum Drehen des Drehrings (4) gleichzeitig bewegen.
Drehmechanismus zum Drehen eines ringförmigen Drehrings (4), aufweisend: ein Paar Mitnehmerverbindungen (10, 11), die jeweils an einem Ende drehbar mit dem Umfang des Drehrings (4) verbunden sind, ein Paar Antriebsverbindungen (14, 15), die jeweils mit dem anderen Ende einer der Mitnehmerverbindungen (10, 11) gekoppelt sind, und ein Betätigungshebel (17), der sich auf einer Betätigungswelle dreht, wobei der Betätigungshebel (17) mittels Kugelgelenken (30, 31, 32, 60, 210) mit entsprechenden Enden der Antriebsverbindungen (14, 15) verbunden ist, so daß dann, wenn der Betätigungshebel gedreht wird, die Drehkraft über die Kugelgelenke (30, 31, 32, 60, 210) und das Paar Antriebsverbindungen (14, 15) auf das Paar Mitnehmerverbindungen übertragen wird, die sich unter Ausübung einer gemeinsamen Kraft zum Drehen des Drehrings gleichzeitig bewegen.
Drehmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drehring (4) zur Drehung des Winkels stationärer Schaufeln (2) im Gehäuse einer Gasturbine durch Drehung des Drehrings vorgesehen ist.
Drehmechanismus nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Mitnehmerverbindungen (10, 11) jeweils mittels eines Stifts (51, 52) an einem Ende mit dem Umfang des Drehrings (4) verbunden sind und die Antriebsverbindungen (14, 15) mit den Mitnehmerverbindungen (10, 11) mittels eines Paars L-förmiger Hebel (12, 13) gekoppelt sind, die jeweils an einem Ende mittels eines Stifts (53, 54) mit dem anderen Ende einer entsprechenden Mitnehmerverbindung (10, 11) so verbunden sind, daß sich die L-förmigen Hebel frei drehen können, und am anderen Ende mittels eines Stifts (57, 58) mit einem Ende einer entsprechenden Antriebsverbindung (14, 15) so verbunden sind, daß dann, wenn der Betätigungshebel (17) gedreht wird, die Drehkraft über das Paar Antriebsverbindungen (14, 15) und das Paar L-förmiger Hebel (12, 13) auf das Paar Mitnehmerverbindungen (10, 11) übertragen wird.