EP1757775A2 - Dichtvorrichtung für eine verstellbare Statorschaufel - Google Patents

Dichtvorrichtung für eine verstellbare Statorschaufel Download PDF

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EP1757775A2
EP1757775A2 EP06013281A EP06013281A EP1757775A2 EP 1757775 A2 EP1757775 A2 EP 1757775A2 EP 06013281 A EP06013281 A EP 06013281A EP 06013281 A EP06013281 A EP 06013281A EP 1757775 A2 EP1757775 A2 EP 1757775A2
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EP
European Patent Office
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machine axis
radius
rotor
blade
sphere
Prior art date
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Withdrawn
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EP06013281A
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English (en)
French (fr)
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EP1757775A3 (de
Inventor
Ingo Jahns
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Publication date
Application filed by Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Publication of EP1757775A2 publication Critical patent/EP1757775A2/de
Publication of EP1757775A3 publication Critical patent/EP1757775A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/56—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/563—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/24—Three-dimensional ellipsoidal
    • F05D2250/241—Three-dimensional ellipsoidal spherical

Definitions

  • the invention relates to a gap control device for a gas turbine.
  • the GB 2 235 730 A plans to perform the gap control on the housing via an adjustable outer shroud.
  • the adjustment of the respective shroud segment is ensured by a mounted on the housing adjustment mechanism.
  • the housing and the inner cover strip thus form the interfaces for the gas flow.
  • the DE 42 137 16 A1 provides for the inner blade tip end of the adjustable stator blade and the opposite wall to form spherical, wherein the axis of the adjusting blades is perpendicular to the machine axis.
  • the US 2002/0061249 A1 has local spherical recesses in the housing for each adjustment vane.
  • the adjustable Statorschaufelachsen are there inclined to the machine axis to make the local corrugations aerodynamic.
  • the compression of the air by the compressor rotor blades makes it necessary to make the gas channel more and more narrow, and thus the housing and / or to provide the inner cover tapes with a slope that can be very large, especially in the front steps.
  • the front stator blades of the compressor are mostly adjustable. Due to this rotation, however, the gap between the housing and the variable stator blade changes as well as the gap between the inner shroud and the variable stator blade in conventional design. This gap formation proves to be disadvantageous and leads to aerodynamic losses.
  • the invention has for its object to provide a gap control device of the type mentioned, which allows a simple design and simple, cost manufacturability minimizing the gap and minimizes aerodynamic losses while allowing an aerodynamic optimized design of the gas channel.
  • the radial difference in height of the annular space is achieved by a spherical segment, wherein the spherical segment before / or. is cut behind the equator.
  • the axis of rotation of the adjustable stator blades passes through the center of the sphere and is inclined at an angle ( ⁇ ) to the machine axis.
  • the radius of the ball segment (R ball ) results from the radial distance of the blade tip at the intersection of the stator blade axis of rotation (R ma ) to the machine axis of rotation divided by sin ( ⁇ ).
  • the angle ( ⁇ ) is inventively chosen so that the desired narrowing of the flow channel is formed.
  • the angle of the axis of rotation is set so that the front edge of the radially outer end of the adjustable stator blade is covered by the rotary spindle.
  • the gap between the trailing edge of the radially outer end of the stator blade and the housing can be minimized by the opposite inclination of the annular space in the axial direction and the inclination of the annular channel in the circumferential direction upon rotation of the adjustable stator blade.
  • the spherically shaped region of the inner cover tape is followed by the gas channel geometry of the next rotor disk. The fact that the ball segment is not in the region of the equator of the ball, there is no turning point in the gas channel.
  • the gas-flow area adjoining the blade row is formed substantially in the form of a spherical surface ring.
  • this specially shaped gas-flowed region either on the housing, on the inner cover strip or on the rotor (one-sided mounting of the variable stator blade). The invention is thus applicable both to the radially inner region of the blade and to the radially outer region of the blade.
  • the gas-circulated surface is inclined in the axial direction to the horizontal plane which encompasses the axis of rotation of the gas turbine.
  • the spherical surface ring is thus not arranged in the equator of the ball, but laterally offset. Thus, a taper or narrowing of the flow cross-section of the compressor is possible. Since the axis of rotation of the adjustable stator blade extends through the ball center, thus the axis of rotation is inclined axially forward.
  • the gap control device thus makes it possible to carry out an exact gap check.
  • the gap remains constant over the entire adjustment range of the blade. This results in smaller gaps in the operating point of the compressor, whereby the efficiency is increased and the aerodynamic losses are reduced.
  • the shape of a spherical surface can also be left slightly, so that deviates slightly from the ideal shape. This is covered by the invention.
  • the gap control device comprises a housing 1 of a gas turbine known from the prior art which is by means of a spindle 10 and a not further explained in detail, since known from the prior art adjusting a blade 2 is mounted. This is part of a compressor (compressor), as is also known from the prior art.
  • FIG. 1 also shows the representation of a rotation axis 7 of the blade 2 and the gaps 8 or distances 8 which result between the ends of the blade 2.
  • a gasumströmte surface 4 (see, for example, Fig. 2) of the housing 1 and / or the inner shroud 3 have an inclination to the engine rotational axis in the axial direction, so that narrows the gas channel during the compression of the air (see Fig. 1).
  • the radially inner end of the adjustable stator blade and the gas-flowed surface (4) of the inner cover strip (3) is designed spherically.
  • the radius of the ball (R ball) for intersecting the Statorschaufelspitze is inventively equal to the radial distance from the machine axis to Schaufelspizte at the node of Statorschaufelmosachse (R ma) divided by the sine of the inclination angle of Statorschauelwindachse 7 to the machine axis ( ⁇ ).
  • the inclination of the axis of rotation 7 is inventively chosen so that the required height difference between the inlet and outlet edge of the axially cut inner shroud is formed (3).
  • a spindle 9 of the blade 2 is blended according to the invention in a favorable development with the shape of a ball and thus is no longer in the gas stream.
  • the region 6 of the rotor is also spherical in shape in accordance with the above-mentioned criteria, so that a uniform running gap is created with the spherical radially inner end of the stator blade.
  • the region 6 corresponds at least to the maximum axial extent of the adjustable stator blade in its torsion region.
  • Gasumströmten surfaces in a section transverse to the engine axis are annular or circular, as shown by the reference numeral 5 of FIG. 4.
  • the axis of rotation 7 of the variable stator blade (blade 2) is arranged such that it lies perpendicular to the surface of the inner cover tape 3.
  • the axis of rotation 7 of the blade 2 is thus, depending on the required inclination of the gasumströmten surface 4, axially inclined forward.
  • the gasumströmte surface 4 is inventively designed so that it has the same curvature (reference numeral 6 in Fig. 3), as in the circumferential direction (reference numeral 5 of the circular shape of FIG. 4).
  • the gasumströmte surface 4 thus forms a section of a ball or a spherical surface ring, as is clear from the representation of a ball 9 in Fig. 7.
  • the blade 2 (stator blade) is arranged at a distance (gap 8) to the inner shroud 3 is formed so that the end of the blade 2 also forms part of a spherical surface.
  • the distance or gap 8 is therefore only dependent from the manufacturing tolerances and thermal expansions. Incidentally, the distance remains constant with each rotation or adjustment of the blade 2, since two spherical surface parts are moved relative to each other.
  • the adjustable stator screen is mounted on one side (FIG. 12).
  • the stator blade has no inner spindle.
  • the radially inner region of the adjustable stator blade runs against the rotor drum 11.
  • the opposite surfaces of the variable displacement vane (12) and the rotor (11) are spherical as described above.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spindelkontrollvorrichtung für eine Gasturbine mit zumindest einer Reihe von verstellbaren Schaufeln 2 sowie mit einer an eine Schaufelreihe angrenzenden, gasumströmten Fläche 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche 4 im Wesentlichen in Form eines Kugelflächenrings ausgebildet ist und gleichzeitig eine Verengung des Gaskanals mit einer aerodynamisch günstigen Form des Ringraumes erreicht wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Spaltkontrollvorrichtung für eine Gasturbine.
  • Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Lösungen vorbekannt, um eine Spaltkontrolle bei verstellbaren Statorschaufeln eines Verdichters einer Gasturbine zu ermöglichen.
  • Die GB 2 235 730 A sieht vor, die Spaltkontrolle am Gehäuse über ein verstellbares äußeres Deckband vorzunehmen. Die Verstellung des jeweiligen Deckbandsegments wird dabei über einen am Gehäuse montierten Verstellmechanismus gewährleistet. Das Gehäuse und das Innendeckband bilden somit die Grenzflächen für den Gasstrom.
  • Die DE 42 137 16 A1 sieht vor, das innere Schaufelspitzenende der verstellbaren Statorschaufel und die gegenüberliegende Wandung kugelförmig auszugestalten, wobei die Achse der Verstellschaufeln senkrecht zur Maschinenachse steht.
  • Die US 2002/0061249 A1 hat für jede Verstellschaufel lokale kugelförmige Aussparungen im Gehäuse. Die verstellbaren Statorschaufelachsen sind dort zur Maschinenachse geneigt, um die lokalen Sicken strömungsgünstiger zu gestalten.
  • Neben einen geringen Spalt zwischen den verstellbaren Statorschaufeln und den Gehäusen bzw. Innendeckband ist es auch wichtig Vorsprünge, Wendungen und Unstetigkeiten im Gaskanal zu vermeiden, da diese zu Strömungsverlusten und - ablösungen führen können.
  • Allgemein ist es bekannt, dass die Verdichtung der Luft durch die Verdichterrotorschaufeln es erforderlich macht, den Gaskanal immer enger auszugestalten und somit das Gehäuse und/oder die Innendeckbänder mit einer Neigung zu versehen, die besonders in den vorderen Stufen sehr groß sein kann. Die vorderen Statorreihenschaufeln des Verdichters sind meistens verstellbar. Bedingt durch diese Drehung ändert sich jedoch bei herkömmlicher Bauart der Spalt zwischen dem Gehäuse und der variablen Statorschaufel ebenso, wie der Spalt zwischen dem Innendeckband und der variablen Statorschaufel. Diese Spaltbildung erweist sich als nachteilig und führt zu aerodynamischen Verlusten.
  • Die DE 42 137 16 A1 und US 2002/006-1249 A1 lösen dieses Problem. Der Nachteil dieser Gestaltungsvarianten liegen in der Gaskanalgeometrie, die wie oben beschrieben frei von Vorsprüngen und Wendungen und Unstetigkeiten sein sollen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spaltkontrollvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine Minimierung des Spalts ermöglicht und aerodynamische Verluste minimiert und gleichzeitig eine aerodynmaisch optimierte Gestaltung des Gaskanals ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der radiale Höhenunterschied des Ringraumes durch ein Kugelsegment erreicht wird, wobei das Kugelsegment vor/bzw. hinter dem Äquator geschnitten wird. Die Drehachse der verstellbaren Statorschaufeln geht durch den Kugelmittelpunkt und ist mit einem Winkel (α) zur Maschinenachse geneigt. Der Radius des Kugelsegmentes(R kugel) ergibt sich aus dem radialen Abstand der Schaufelspitze im Schnittpunkt der Statorschaufeldrehachse (Rma) zur Maschinendrehachse geteilt durch sin (α). Der Winkel (α) wird erfindungsgemäß so gewählt, dass die gewünschte Einengung des Strömungskanals entsteht.
  • Weiterhin ist es günstig, wenn der Winkel der Drehachse so gelegt wird, dass die Vorderkante des radial äußeren Endes der verstellbaren Statorschaufel durch die Drehspindel abgedeckt wird. Der Spalt zwischen der Hinterkante des radialen äußeren Endes der Statorschaufel und dem Gehäuse kann durch die gegenläufige Neigung des Ringraumes in axialer Richtung und der Neigung des Ringkanals in Umfangsrichtung bei Drehung der verstellbaren Statorschaufel minimiert werden. Dem kugelförmig ausgebildeten Bereich des Innendeckbandes folgt die Gaskanalgeometrie der nächsten Rotorscheibe. Dadurch, dass das Kugelsegment nicht im Bereich des Äquators der Kugel liegt, kommt es zu keinem Wendepunkt im Gaskanal. An dem Schnittpunkt des Rinkanalsegmentes des benachbarten Rotors kann es zu einer Krümmungsunstetigkeitstelle kommen. Diese wird so gelegt, dass sie in dem erforderlichen Laufspalt zwischen dem statischen Innendeckband und dem Rotor liegt. Das ist bei einseitig gelagerten verstellbaren Statorschaufeln nicht machbar, da es dort diesen Laufspalt nicht gibt.
  • Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die jeweils an die Schaufelreihe angrenzende, gasumströmte Fläche im Wesentlichen in Form eines Kugelflächenrings ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist es dabei möglich, diesen speziell ausgeformten gasumströmten Bereich entweder am Gehäuse, am Innendeckband oder an dem Rotor (einseitige Lagerung der variablen Statorschaufel) vorzusehen. Die Erfindung ist somit sowohl auf den radial innenliegenden Bereich der Schaufel als auch auf den radial außenliegenden Bereich der Schaufel anwendbar.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehene Form eines Kugelflächenrings definiert sich aus der Oberfläche einer flachen Scheibe, die aus einer Kugeloberfläche ausgeschnitten wird. Es liegt somit in Axialrichtung eine gleichmäßige Wölbung dieser Fläche vor.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Drehachsen der verstellbaren Statorschaufeln senkrecht zur Oberfläche der gasumströmten Fläche angeordnet sind. Es ist somit sichergestellt, dass die Drehachse stets durch den Kugelmittelpunkt verläuft. Die Flächen der variablen Statorschaufeln, die mit dem kugeligen Bereich der gasumströmten Flächen in Kontakt stehen, werden mit einer leicht größeren Kugel verschnitten. Somit ergibt sich in jeder Verdrehstellung der Schaufel ein konstanter Spalt zwischen dem Gehäuse bzw. dem Innendeckband/Rotor und dem jeweiligen axial äußeren oder axial inneren Ende der Schaufel.
  • Besonders günstig ist es, wenn die gasumströmte Fläche zur horizontalen, die Drehachse der Gasturbine umfassenden Ebene in axialer Richtung geneigt ist. Der Kugelflächenring wird somit nicht im Äquator der Kugel angeordnet, sondern seitlich versetzt. Somit ist eine Verjüngung oder Verengung des Strömungsquerschnitts des Verdichters möglich. Da die Drehachse der verstellbaren Statorschaufel durch den Kugelmittelpunkt verläuft, ist somit die Drehachse axial nach vorne geneigt.
  • Durch die erfindungsgemäße Spaltkontrollvorrichtung ist es somit möglich, eine exakte Spaltkontrolle vorzunehmen. Der Spalt bleibt dabei über den gesamten Verstellbereich der Schaufel konstant. Es ergeben sich somit kleinere Spalte im Betriebspunkt des Kompressors, wodurch der Wirkungsgrad erhöht und die aerodynamischen Verluste verringert werden.
  • Erfindungsgemäß versteht es sich, dass die Form einer Kugelfläche auch geringfügig verlassen werden kann, so dass von der Idealform geringfügig abgewichen wird. Dies ist durch die Erfindung mit abgedeckt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Seiten-Teil-Schnittansicht einer verstellbaren, variablen Verdichterschaufel,
    Fig. 2
    eine perspektivische Teilansicht einer Schaufelreihe mit Gehäuse und Innendeckband,
    Fig. 3
    eine schematische Seitenansicht des Innendeckbands sowie der Schaufel,
    Fig. 4
    eine perspektivische Ansicht der Darstellung der Fig. 3,
    Fig. 5
    eine vergrößerte Teilansicht, analog der Darstellung der Fig. 3,
    Fig. 6
    eine weitere vergrößerte Teilansicht der erfindungsgemäßen Anordnung,
    Fig. 7
    eine perspektivische Ansicht zur Erklärung des Kugelflächenrings,
    Fig. 8
    eine vergrößerte Teildarstellung der erfindungsgemäßen Schaufel mit Spindel,
    Fig. 9
    eine schematische Seiten-Teil-Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, und
    Fig. 10
    eine vergrößerte Teilansicht des Ausführungsbeispiels in Fig. 9.
  • Die erfindungsgemäße Spaltkontrollvorrichtung umfasst ein aus dem Stand der Technik bekanntes Gehäuse 1 einer Gasturbine, an welchem mittels einer Spindel 10 und eines im Einzelnen nicht weiter zu erläuternden, da aus dem Stand der Technik bekannten Verstellmechanismus eine Schaufel 2 gelagert ist. Diese ist Teil eines Verdichters (Kompressors), so wie dies aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt ist.
  • Der radial innenliegende Bereich der Schaufel 2 kann, wie in Fig.3 gezeigt, an einem Innendeckband 3 gelagert sein oder, wie in Fig. 1 gezeigt, gegen eine Rotortrommel laufen. Die Fig. 1 zeigt weiterhin die Darstellung einer Drehachse 7 der Schaufel 2 sowie die sich zwischen den Enden der Schaufel 2 ergebenden Spalte 8 oder Abstände 8.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass, aus aerodynamischen Gründen, eine gasumströmte Fläche 4 (siehe beispielsweise Fig. 2) des Gehäuses 1 und/oder des Innendeckbandes 3 eine Neigung zur Triebwerksdrehachse in axialer Richtung aufweisen, so dass sich der Gaskanal während der Verdichtung der Luft verengt (siehe Fig. 1).
  • Erfindungsgemäß wird das radial innere Ende der verstellbaren Statorschaufel und die gasumströmte Fläche (4) des Innendeckbandes (3) kugelförmig ausgestaltet ist. Der Radius der Kugel (R kugel) zum Verschneiden der Statorschaufelspitze ist erfindungsgemäß gleich dem radialen Abstand von der Maschinenachse zur Schaufelspizte am Knotenpunkt der Statorschaufeldrehachse (R ma) dividiert durch dem Sinus des Neigungswinkel der Statorschaueldrehachse 7 zur Maschinenachse (α). Die Neigung der Drehachse 7 wird erfindungsgemäß so gewählt, dass der geforderte Höhenunterschied zwischen der Eintritts- und Austrittskante am axial geschnittenen Innendeckband entsteht (3).
  • Das in den Figuren dargestellte Beispiel geht von einem ansteigenden Gaskanal aus. Eine entsprechende Gestaltung ist auch mit einem fallenden Gaskanal möglich.
  • Auch der im Gasstrom liegende Teil 5 einer Spindel 9 der Schaufel 2 wird erfindungsgemäß in günstiger Weiterbildung mit der Form einer Kugel verschnitten und steht somit nicht mehr im Gasstrom.
  • In einer günstigen Weiterentwicklung ist bei einer einseitig gelagerten Statorschaufel 12 auch der Bereich 6 des Rotors entsprechend den oben genannten Kriterien kugelförmig gestaltet, so dass mit dem kugelförmigen radial inneren Ende der Statorschaufel ein gleichmäßiger Laufspalt entsteht. Der Bereich 6 entspricht mindestens der maximalen axialen Ausdehnung der verstellbaren Statorschaufel in ihrem Verdrehbereich.
  • Die gasumströmten Flächen bei einem Schnitt quer zur Triebwerksachse sind ringförmig oder kreisförmig, so wie dies durch das Bezugszeichen 5 der Fig. 4 dargestellt ist.
  • Erfindungsgemäß ist die Drehachse 7 der variablen Statorschaufel (Schaufel 2) so angeordnet, dass sie senkrecht auf der Oberfläche des Innendeckbandes 3 liegt. Die Drehachse 7 der Schaufel 2 ist somit, abhängig von der geforderten Neigung der gasumströmten Fläche 4, axial nach vorne geneigt.
  • In axialer Richtung wird die gasumströmte Fläche 4 erfindungsgemäß so gestaltet, dass sie dieselbe Krümmung (Bezugszeichen 6 in Fig. 3) hat, wie in Umfangsrichtung (Bezugszeichen 5 der Kreisform gemäß Fig. 4). Die gasumströmte Fläche 4 bildet somit einen Ausschnitt aus einer Kugel oder einen Kugelflächenring, so wie sich dies aus der Darstellung einer Kugel 9 in Fig. 7 ergibt.
  • Die Schaufel 2 (Statorschaufel) wird mit einem Abstand (Spalt 8) zum Innendeckband 3 angeordnet ist so ausgebildet, dass das Ende der Schaufel 2 ebenfalls einen Teil einer Kugelfläche bildet. Der Abstand bzw. Spalt 8 ist somit lediglich abhängig von den Fertigungstoleranzen und den thermischen Ausdehnungen. Im Übrigen bleibt der Abstand bei jeder Drehung oder Verstellung der Schaufel 2 konstant, da zwei Kugeloberflächenteile relativ zueinander bewegt werden.
  • Die Fig. 5 zeigt die variable Statorschaufel im voll geöffneten Zustand, während in Fig. 6 die Statorschaufel im vollständig geschlossenen Zustand dargestellt ist. Es ergibt sich, dass in beiden diesen Betriebszuständen der Spalt 8 konstant bleibt.
  • Auch der im Gasstrom liegende Teil einer Spindel 10 der Schaufel 2 wird erfindungsgemäß in günstiger Weiterbildung mit der Form einer Kugel verschnitten und steht somit nicht mehr im Gasstrom.
  • Erfindungsgemäß ist es somit möglich, Anforderungen der Gaskanaloberfläche hinsichtlich Stetigkeit und Anströmwinkel in dem gasumströmten Bereich des Rotors zu realisieren.
  • Die vorstehenden Ausführungen haben sich auf das Innendeckband 3 bezogen. Es ist selbstverständlich, dass die radial innenliegende Fläche des Gehäuses 1 sowie der radial außenliegende Endbereich der Schaufel 2 ebenfalls in der beschriebenen Kugelform ausgebildet sein können.
  • In einer günstigen Weiterentwicklung der Erfindung ist die verstellbare Statorschaulel einseitig gelagert (Fig. 12). Die Statorschaufel hat keine innere Spindel. Der radial innenliegende Bereich der verstellbaren Statorschaufel läuft gegen die Rotortrommel 11. Die gegenüberliegenden Flächen der variablen Verstellschaufel (12) und des Rotors (11) sind wie oben beschrieben kugelförmig ausgebildet.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gehäuse
    2
    Verstellbare Statorschaufel
    3
    Innendeckband
    4
    Gasumströmte Fläche
    5
    Kreisform
    6
    Krümmung
    7
    Drehachse
    8
    Spalt/Abstand
    9
    Kugel
    10
    Spindel
    11
    Rotor mit integrierten Schaufeln/konventioneller Rotor mit Umfangsnuten für Rotorschaufeln
    12
    Einseitig gelagerte verstellbare Statorschaufel

Claims (5)

  1. Spindelkontrollvorrichtung für eine Gasturbine mit zumindest einer Reihe von verstellbaren Statorschaufeln (2), die am radial äußeren Ende von einem Gehäuse (1) gehalten werden und am radial inneren Ende ein Innendeckband (3) lokalisieren, wobei das radial innere Ende der verstellbaren Statorschaufel und die gasumströmte Fläche (4) des Innendeckbandes (3) kugelförmig ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Radius der Kugel (R kugel) zum Verschneiden der Statorschaufelspitze gleich dem radialen Abstand von einer Maschinenachse zur Schaufelspitze am Knotenpunkt der Statorschaufeldrehachse (7) (Rma) dividiert durch den Sinus des Neigungswinkel der Statorschaueldrehachse zur Maschinenachse (α) ist,
    dass der Radius der Kugel zum Verschneiden des Innendeckbandes (3) kleiner als der zum Verschneiden der inneren Statorschaufelspitze ist, um Toleranzen oder Thermalbewegungen auszugleichen,
    dass der Neigungswinkel (α) so gewählt wird, dass ein aerodynamisch erforderlicher radialer Höhenunterschied zwischen der Eintritts- und Austrittskante am axial geschnittenen Innendeckband entsteht (3), und
    dass der Abstand aller Punkte am axial geschnittenen Innendeckband (3) zur Maschinenachse kleiner dem Kugelradius ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Krümmungsunstetigkeiten im Gaskanal in dem Spalt zwischen Innendeckband (3) und nachfolgender Rotorstufe gelegt werden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Gasstrom liegende Teil 5 einer Spindel 9 der Schaufel 2 mit der Form einer Kugel verschnitten wird und somit nicht mehr den Gasstrom behindert.
  4. Spindelkontrollvorrichtung für eine Gasturbine mit zumindest einer Reihe von einseitig gelagerten verstellbaren Schaufeln (11), die am radial äußeren Ende von einem Gehäuse (1) gehalten werden und am radialen inneren Ende gegen den Rotor (10) abdichten, wobei das radial innere Ende der variablen Verstellschaufel und der Bereich (6) des Rotors (9) kugelförmig ausgestaltet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Radius der Kugel zum Verschneiden einer Statorschaufelspitze gleich dem radialen Abstand von einer Maschinenachse zur Schaufelspizte am Knotenpunkt der Statorschaufeldrehachse dividiert duch den Sinus des Neigungswinkels (α) der Statorschaufeldrehachse (7) zur Maschinenachse ist,
    dass der Radius der Kugel zum Verschneiden des Rotors (10) im Bereich (6) kleiner als der zum Verschneiden der inneren Statorschaufelspitze ist, um Toleranzen oder Thermalbewegungen auszugleichen,
    dass der Neigungswinkel (α) so gewählt wird, dass ein aerodynamisch erforderlicher radialer Höhenunterschied im Bereich (6) des Rotors (10) entsteht, und
    dass der Abstand aller Punkte im Bereich (6) zur Maschinenachse kleiner dem Kugelradius ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass die optimale Kugelform im heißen Triebwerkszustand erreicht wird, und die bearbeitete hergestellte kalte Geometrie von der Idealform abweicht.
EP06013281A 2005-08-26 2006-06-27 Dichtvorrichtung für eine verstellbare Statorschaufel Withdrawn EP1757775A3 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005040574A DE102005040574A1 (de) 2005-08-26 2005-08-26 Spaltkontrollvorrichtung für eine Gasturbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1757775A2 true EP1757775A2 (de) 2007-02-28
EP1757775A3 EP1757775A3 (de) 2008-07-23

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ID=36968166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP06013281A Withdrawn EP1757775A3 (de) 2005-08-26 2006-06-27 Dichtvorrichtung für eine verstellbare Statorschaufel

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20070160463A1 (de)
EP (1) EP1757775A3 (de)
DE (1) DE102005040574A1 (de)

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