DE929667C - Turbomachine with adjustable guide vanes - Google Patents
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Description
AUSGEGEBEN AM 30. JUNI 1955ISSUED JUNE 30, 1955
N 78151a/ 14cN 78151a / 14c
Die Erfindung betrifft Axial-Turbomaschinen (Turbinen oder Verdichter) mit Leitschaufeln, die zwischen inneren und äußeren Ringen angeordnet und in ihnen um radiale Achsen schwenkbar gelagert sind.The invention relates to axial turbomachines (turbines or compressors) with guide vanes that arranged between inner and outer rings and mounted in them pivotable about radial axes are.
Bei manchen Maschinen kann der eine Ring nicht fest mit benachbarten Teilen der Maschine verbunden sein, entweder wegen der thermischen Ausdehnung oder deswegen, weil in seiner Nähe keine geeigneten festen, d. h. nicht umlaufenden Punkte vorhanden sind, an denen er sicher befestigt werden könnte. Trotzdem ist eine genaue Lagerung der beiden Ringe relativ zueinander erforderlich. Bei festen Leitschaufeln treten derartige Schwierigkeiten nicht auf, da diese Schaufeln eine durchaus brauchbare feste Verbindung zwischen den beiden Ringen darstellen. Sind die Schaufeln jedoch hinsichtlich ihres Anstellwinkels einstellbar, so müssen sie in den beiden Ringen mit soviel Spielraum schwenkbar angeordnet sein, daß ein Klemmen nicht auftreten kann. Dies bedeutet, daß der eine Ring von dem anderen nicht mittels der einstellbaren Schaufeln gehalten werden kann. Trotzdem ist eine genaue gegenseitige Lagerung der beiden Ringe sehr wichtig, z. B. weil die Zapfen der einstellbaren Leitschaufeln genau radial ausgerichtet sein müssen.With some machines, one ring cannot be firmly connected to neighboring parts of the machine either because of the thermal expansion or because there is none in its vicinity suitable solid, d. H. there are no circumferential points to which it can be securely attached could. Nonetheless, precise storage of the two rings relative to one another is necessary. at Fixed guide vanes do not occur such difficulties, since these vanes are a represent usable solid connection between the two rings. However, are the blades re their angle of attack can be adjusted, so they have to have so much leeway in the two rings be pivotably arranged so that jamming cannot occur. This means that the one ring cannot be held by the other by means of the adjustable blades. Still is one precise mutual storage of the two rings is very important, e.g. B. because the pin of the adjustable guide vanes must be precisely aligned radially.
Das Problem einer geeigneten nachgiebigen Lagerung der Ringe kann durch radiale Streben gelöst werden, die mit Zwischenräumen im Schaufelkranz angeordnet sind. Diese Lösung zeigt jedoch den Nachteil, daß die wirksame Durchlaßfläche des Schaufelkranzes hierbei in bemerkenswertem Maße verringert wird. Die Erfindung gibt eine bessere Lösung dieses Problems.The problem of a suitable flexible mounting of the rings can be solved by radial struts which are arranged with gaps in the blade ring. However, this solution shows that Disadvantage that the effective passage area of the blade ring here to a remarkable extent is decreased. The invention gives a better solution to this problem.
Die Erfindung betrifft also eine Axial-Turbomaschine mit einem Leitschaufelkranz, der ausThe invention thus relates to an axial turbomachine with a guide vane ring that consists of
einem inneren und aus einem äußeren Ring und aus verstellbaren Leitschaufeln besteht, die sich von dem einen zum anderen Ringe hin erstrecken und in ihnen um radiale Achsen schwenkbar gelagert sind. Die Erfindung besteht darin, daß feste, d. h. nicht verstellbare Leitschaufeln zwischen den verstellbaren Leitschaufeln eingefügt sind und die beiden Ringe so miteinander verbinden, daß die Lager jeder Leitschaufel stets miteinander radial fluchten.consists of an inner and an outer ring and adjustable guide vanes extending from the one to the other rings extend and are pivotably mounted in them about radial axes. The invention consists in that solid, i. H. non-adjustable guide vanes between the adjustable ones Guide vanes are inserted and the two rings connect so that the bearings each Always align the guide vanes radially with one another.
ίο Die festen Schaufeln können unter einem Anstellwinkel angeordnet werden, der für eine bestimmte Belastung der Turbomaschine berechnet ist. Bei dieser Belastung weisen sie ihre beste Wirkung auf, bei jeder anderen Belastung jedoch zeigen sie eine immer noch gute Wirkung und sind weniger störend als flache radiale Streben.ίο The fixed blades can be at an angle of attack be arranged, which is calculated for a specific load on the turbomachine. at They have their best effect under this load, but they show one under any other load still works well and is less obtrusive than flat radial struts.
Üblicherweise sind die Schaufelenden so geformt, daß Teile von ihnen, wenn die einstellbaren Schaufeln sich in ihrer Endlage befinden, an entsprechen-Usually the blade ends are shaped so that parts of them when the adjustable blades are in their end position, at the corresponding
ao den Teilen der benachbarten Schaufelenden zur Anlage kommen und so als Anschlag wirken.ao come into contact with the parts of the adjacent blade ends and thus act as a stop.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der äußere Ring am Maschinengehäuse befestigt, während der innere Ring lediglich durch die nicht einstellbaren Schaufeln gehalten wird. Bei dieser Ausführungsform, die sich beispielsweise für eine Flugzeug-Gasturbinenanlage eignet, kann der innere Ring mit einem sogenannten Ausgleichskolben ausgerüstet sein, der wenigstens einen Teil des Axialdrucks der heißen, auf die Leitschaufeln drückenden Gase dadurch aufnimmt, daß auf seine rückwärtige Oberfläche ein Gasdruck einwirkt, der diesen Teil des Axialdrucks und andere längs gerichtete Kräfte im wesentlichen ausgleicht. Handelt es sich um eine Gasturbinenanlage, so wird dieser Gasdruck üblicherweise vom Kompressor der Anlage geliefert. Die äußeren Enden der festen Leitschaufeln können mit dem äußeren Ring, beispielsweise mittels Gelenken oder Gleitstücken, derart verbunden sein, daß sie sich radial gegenüber dem äußeren Ring bewegen und sich damit ungehindert ausdehnen oder zusammenziehen, aber axial nicht verschieben können. Diese Schaufeln dienen auch zur Zentrierung des inneren-Ringes.In one embodiment of the invention, the outer ring is attached to the machine housing while the inner ring is only held by the non-adjustable blades. In this embodiment, which is suitable, for example, for an aircraft gas turbine system, the inner Ring be equipped with a so-called compensating piston, which at least part of the axial pressure the hot gases pressing on the guide vanes absorbs the fact that on its rear Surface a gas pressure acts, which this part of the axial pressure and other longitudinal forces essentially offsets. In the case of a gas turbine system, this gas pressure is usually supplied by the system's compressor. The outer ends of the fixed guide vanes can with the outer ring, for example by means of Joints or sliders, be connected in such a way that they move radially with respect to the outer ring and thus expand or contract unhindered, but not move axially can. These blades also serve to center the inner ring.
Eine für die Verwendung bei einem Flugzeug-Turbo-Düsen-Antrieb geeignete Ausführungsform der Erfindung wird beispielhaft an Hand der Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigtOne for use on an aircraft turbo jet engine A suitable embodiment of the invention is exemplified with reference to the drawings described, namely shows
Fig. ι eine Seitenansicht der Antriebsmaschine, Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie II-II in Fig. ι in einem größeren Maßstabe,Fig. Ι a side view of the drive machine, Fig. 2 shows a cross section along the line II-II in Fig. Ι on a larger scale,
Fig. 3 einen Teil eines Längsschnittes gemäß der Linie III-III in Fig. 2 in einem noch größeren Maß stäbe und3 shows part of a longitudinal section along the line III-III in FIG. 2 in an even larger one Standards and
Fig. 4 eine Teilansicht, die die Form der Schaufelenden der einstellbaren Schaufeln erkennen läßt. Die in Fig. 1 dargestellte Antriebsmaschine besitzt einen Luftkompressor 10 an ihrem vorderen Ende, der in eine ringförmige Verbrennungskammer oder eine Vielzahl einzelner Verbrennungskammern 11, die Seite an Seite um die Hauptachse der Maschinenanlage herum angeordnet sind, hineinbläst. Die heißen Gase aus der Verbrennungskammer oder den Verbrennungskammern 11 strömen durch einen Kranz von Leitschaufeln 12 und dann durch eine Turbine 13-, um schließlich durch eine Vortriebsdüse 14 in die Atmosphäre zu gelangen. Die Tifrbine 13 treibt den Kompressor 10 über eine hohle Welle 15 an, die sich mitten durch die Maschinenanlage hindurch erstreckt.4 is a partial view showing the shape of the blade ends of the adjustable blades. The prime mover shown in Fig. 1 has an air compressor 10 at its front End leading into an annular combustion chamber or a plurality of individual combustion chambers 11 arranged side by side around the main axis of the machinery. The hot gases from the combustion chamber or chambers 11 flow through a ring of guide vanes 12 and then through a turbine 13- to finally through a Propulsion nozzle 14 to get into the atmosphere. The Tifrbine 13 drives the compressor 10 via a hollow shaft 15 running through the middle of the machinery extends therethrough.
Die Erfindung befaßt sich mit dem Kranz von Leitschaufeln 12, der vor der Turbine 13 angeordnet ist. Der innere Ring des Leitschaufelkranzes stellt einen Ausgleichkolben 16 (s. Fig. 3) dar, der aus einer ringförmigen Platte 17 mit einem kurzen rückwärts gerichteten Flansch 18 am Innenrand und einem längeren rückwärts gerichteten Flansch 19 am Außenrand besteht. Auf der Turbinenwelle 15 befindet sich eine Scheibe 20, die mit dem Flansch 18 zusammen eine Dichtung bildet, indem sie nur einen ganz geringen Zwischenraum gegenüber dem Innenflansch 18 aufweist. Der Ausgleichkolben 16 ist auch mit einem Teil der Wandung oder der Wandungen 21 der Verbrennungskammer bzw. -kammern 11 verbunden, die eine erhebliche thermische Ausdehnung in axialer Richtung aufweist beziehungsweise aufweisen, wobei eine nicht dargestellte Gleitfuge eine derartige Ausdehnung zuläßt. Durch diese Gleitfuge wird außerdem bewirkt, daß die Wandung bzw. Wandungen 21 den Aus- 90· gleichkolben 16 bei dieser Axialbewegung nicht beeinträchtigen können.The invention relates to the ring of guide vanes 12, which is arranged in front of the turbine 13 is. The inner ring of the guide vane ring represents a compensating piston 16 (see FIG. 3), which consists of an annular plate 17 with a short backwards facing flange 18 on the inner edge and a longer rearward facing flange 19 exists on the outer edge. On the turbine shaft 15 there is a disk 20 with the flange 18 together form a seal in that they have only a very small gap between them and the Has inner flange 18. The compensating piston 16 is also with part of the wall or the Walls 21 of the combustion chamber or chambers 11 connected, which have a significant thermal Has or have expansion in the axial direction, one not shown Sliding joint allows such an expansion. This sliding joint also has the effect of that the wall or walls 21 do not impair the compensating piston 16 during this axial movement can.
Der Leitschaufelkranz muß dem Axialdruck widerstehen können, den die heißen Gase auf ihn ausüben, und um zu vermeiden, daß dieser ganze Druck von dem äußeren Ende der Schaufeln 12 aufgenommen werden muß, wird aus dem Kompressor 10 (Fig. 1) Druckluft durch die Hohlwelle.15 und Kanäle 22 und 23 der Rückseite des Ausgleichkolbens zugeführt. Hierdurch wird bewirkt, daß ein Teil des Drucks von dem inneren Ende der Schaufeln 12 bzw. dem Ausgleichkolben aufgenommen wird. Der Luftdruck wird auch so groß gewählt, daß er einen zusätzlichen Axialdruck ausgleicht, der beispielsweise von den Wandungen der Verbrennungskammer auf den Ausgleichkolben ausgeübt wird, wenn diese ihn berühren.The guide vane ring must be able to withstand the axial pressure that the hot gases exert on it exert, and to avoid that all this pressure from the outer end of the blades 12 is absorbed must be, is from the compressor 10 (Fig. 1) compressed air through the hollow shaft.15 and Channels 22 and 23 fed to the rear of the compensating piston. This causes a Part of the pressure is taken up by the inner end of the vanes 12 or the equalizing piston will. The air pressure is chosen so high that it compensates for an additional axial pressure that exerted on the equalizing piston, for example, by the walls of the combustion chamber when they touch him.
Der am Außenrand des Ausgleichkolbens vorgesene Flansch 19 trägt die inneren Enden der einzelnen Leitschaufeln 12 (s. Fig. 2). Die Mehrzahl dieser Leitschaufeln ist auf diesem Flansch schwenkbar befestigt, und jede dieser Schaufeln besitzt einen Drehzapfen 24, der sich in einer Bohrung des Flansches befindet. An jedem Drehzapfen ist eine Kurbel 25 befestigt, deren Bewegung die Schaufel um eine radiale Achse verschwenkt. Eine Möglichkeit für den Antrieb der Kurbeln besteht in der Verwendung eines ringförmigen Einstellgliedes 31.The flange 19 provided on the outer edge of the compensating piston carries the inner ends of the individual Guide vanes 12 (see Fig. 2). The majority of these guide vanes can be pivoted on this flange attached, and each of these blades has a pivot 24 which is in a bore of the Flange is located. Attached to each pivot is a crank 25, which moves the shovel pivoted about a radial axis. One way to drive the cranks is to use them an annular adjusting member 31.
In Abständen sind rund um den Außenflansch 19 des Ausgleichkolbens 16 herum feste Schaufeln 26 vorgesehen, die mit dem Flansch fest verbunden sind, beispielsweise mittels Bolzen 27, von denen wenigstens einer Schraubengewinde für die Aufnahme einer Mutter 28 besitzt.Fixed blades 26 are provided at intervals around the outer flange 19 of the compensating piston 16 and are firmly connected to the flange, for example by means of bolts 27, at least one of which has a screw thread for receiving a nut 28.
Um die äußeren Schaufelenden herum ist ein Deckring 29 vorgesehen, der gegebenenfalls ausA cover ring 29 is provided around the outer blade ends, which is optionally made of
einzelnen bogenförmigen Stücken bestehen kann. Die Hinterkante dieses Deckringes liegt gegen eine ringförmige Innenschulter des Gehäuses 30 und stellt eine Gasdichtung dar. Im Gehäuse 30 sind ferner Zapfen 32 (Fig. 2) gelagert, die an den äußeren Enden der einstellbaren Schaufeln 12 sitzen. Eine nicht dargestellte Zentriervorrichtung, die auf jeden Zapfen 32 einwirkt, sorgt für deren richtige radiale Lage gegenüber dem Deckring 29. Die Zapfen 32 können sich in ihren Lagern in radialer Richtung bewegen, sind jedoch hierbei gegen eine axiale Verschiebung und eine Drehung um die Maschinenachse gesichert. Die äußeren Enden der Schaufeln 26 besitzen Zapfen 33, die am Gehäuse 30 mit Gliedern 34 befestigt sind, die in einer senkrecht zur Hauptachse der Maschine liegenden Ebene derart angeordnet sind, daß die festen Schaufeln 26 sich radial ausdehnen und zusammenziehen, sich aber nicht axial gegenüber dem Gehäuse 30 verschieben können.may consist of individual arched pieces. The rear edge of this cover ring is against a annular inner shoulder of the housing 30 and represents a gas seal. In the housing 30 are also Journals 32 (FIG. 2), which are seated on the outer ends of the adjustable blades 12. One Centering device, not shown, which acts on each pin 32, ensures their correct radial Position opposite the cover ring 29. The pins 32 can be in their bearings in the radial direction move, but are against axial displacement and rotation around the machine axis secured. The outer ends of the blades 26 have pins 33 which are attached to the housing 30 with links 34 are attached, which are arranged in a plane lying perpendicular to the main axis of the machine are that the fixed blades 26 expand and contract radially, but not can move axially with respect to the housing 30.
Auf diese Weise ist der Ausgleichkolben 16 im Gehäuse 30 konzentrisch zur Turbinen welle 15 mittels der festen Schaufeln gelagert, und der Ausgleichkolben stellt gleichzeitig die Halterung für die inneren Enden aller Schaufeln dar, deren äußere Enden sieh frei ausdehnen und zusammenziehen können.In this way, the compensating piston 16 is in the housing 30 mounted concentrically to the turbine shaft 15 by means of the fixed blades, and the compensating piston at the same time represents the holder for the inner ends of all blades, their outer ends see being able to expand and contract freely.
Üblicherweise sind die Schaufelenden 35 (Fig. 4)Usually the blade ends 35 (Fig. 4)
mit Anschlägen 36 und 37 ausgerüstet, die in den Endlagen der einstellbaren Schaufeln sich gegen entsprechende Anschläge 38 und39 der benachbarten Schaufelenden legen und so eine Begrenzung für die Winkeleinstellung einer jeden Schaufel darstellen.equipped with stops 36 and 37, which are in the end positions of the adjustable blades against corresponding stops 38 and 39 of the adjacent blade ends and thus a limit for the Represent the angular setting of each blade.
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