EP1803903A1 - Antriebsvorrichtung zum Drehen von verstellbaren Schaufeln einer Turbomaschine - Google Patents

Antriebsvorrichtung zum Drehen von verstellbaren Schaufeln einer Turbomaschine Download PDF

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EP1803903A1
EP1803903A1 EP06000028A EP06000028A EP1803903A1 EP 1803903 A1 EP1803903 A1 EP 1803903A1 EP 06000028 A EP06000028 A EP 06000028A EP 06000028 A EP06000028 A EP 06000028A EP 1803903 A1 EP1803903 A1 EP 1803903A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade carrier
adjusting ring
lever
drive device
turbomachine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06000028A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Braun
Martin Hartmann
Alexandra Küpper
Walter Loch
Vadim Shevchenko
Joachim Simmchen
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP06000028A priority Critical patent/EP1803903A1/de
Publication of EP1803903A1 publication Critical patent/EP1803903A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • 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
    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/34—Arrangement of components translated
    • 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
    • F05D2250/40—Movement of components
    • F05D2250/41—Movement of components with one degree of freedom
    • 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position

Definitions

  • the invention relates to a drive device for rotating adjustable blades of a turbomachine, comprising a ring-shaped flow channel enclosed by a blade carrier, which extends along the central axis of the blade carrier and are provided in the radiated to form a ring blades, each with its longitudinal axis rotatable blade with is connected to a radially extending through the blade carrier pin, on the outside of the blade carrier in each case a pivotable about the longitudinal axis lever is fixed, and wherein each lever is coupled at its end opposite the pin to a blade carrier engaging around the adjusting ring.
  • a device of such type is for example from the US 5,549,448 out.
  • a collar concentric with the center axis of the compressor surrounds its inner casing.
  • Each about its longitudinal axis rotatable vane of the vane ring is connected in each case via a pivot lever with the adjusting ring, which is rotatable in the circumferential direction.
  • the rotation of the adjusting ring in the circumferential direction causes via the pivot lever, a rotation of the guide vanes about the respective longitudinal axis.
  • the adjusting ring is moved by a drive device in the circumferential direction, which also supports the adjusting ring.
  • the object of the present invention to provide a wear-free drive device for temperature-independent adjustment of the radially extending in an annular channel, about their respective longitudinal axis rotatable blades.
  • the invention turns away from the adjustable in the circumferential direction adjusting ring and proposes to solve the task that for rotation of the blades about their longitudinal axes of the adjusting ring along the central axis of the blade carrier is displaceable.
  • This has the advantage that no special requirements for the coaxiality between collar and blade carrier must be met.
  • the previously very complicated adjustment of the angle of attack of each blade during assembly is eliminated because the blade is adjusted by the novel coupling of the adjusting ring to the respective lever.
  • the deviation of the angle of attack of the individual blades of the blade ring with each other is minimized, so that an improved because even flow in the flow channel can be achieved.
  • Operational influences which previously led to the adjustment of angles of attack of individual blades of a blade ring, are without consequences by the use of the invention, so that the efficiency of the turbomachine for this reason does not deteriorate.
  • each lever to the adjusting ring comprises in each case one means arranged at the end of each lever, which means engages in each case in an annular groove running around in the peripheral surface of the adjusting ring.
  • the annular groove is preferably provided on the inner peripheral surface of the adjusting ring.
  • each lever guide block As a means may be on the one hand rotatably mounted at the end of each lever guide block or a rotatably arranged at this point bolt.
  • the actual coupling of the lever to the adjusting ring can be achieved by the slidably guided in the annular groove, but rotatable on the lever guide block on the one hand or by the slidably guided in the annular groove bolts.
  • the bolt In order to avoid unnecessarily large play, the bolt has a diameter which substantially corresponds to the width of the annular groove. For an identical reason, when using guide blocks, these each have an edge length which corresponds to the width of the annular groove. If each guide block is square in cross-section, its mounting position in the annular groove may be arbitrary.
  • a displacement of the adjusting ring in the circumferential direction causes in the proposed coupling in addition to the rotation of each guide block at the lever end and its displacement within the annular groove and the desired rotation of the lever about the respective axis of rotation, which coincide with the axis of rotation of the pin and the blades respectively.
  • the blades which are firmly connected via the pins to the levers are also rotated about their longitudinal axis.
  • the rotation of the blades of the ring whose pitch are changed synchronously, which has the desired effect on the medium or gas flowing through the flow channel. Since the guide blocks or the bolts in the annular groove are also guided tolerance-tolerant, the influence of temperature differences between collar and blade carrier has no effect on the angle of attack of the blades.
  • the axial displacement of the adjusting ring is effected by a plurality of distributed over the circumference of the blade carrier actuators, which allow as hydraulically or electrically driven actuators simultaneously also the radial support of the adjusting ring partially or completely.
  • the actuators and / or the radial support for the adjusting ring are provided on the bearing housing of a rotor of the turbomachine or on the blade carrier of the turbomachine, the attachment of the complete adjustment to the so-called fuselage turbine can already be carried out during assembly and adjustment in the manufacturing plant without additional extensive work on the construction site or at the later site where the turbomachine is built, are necessary.
  • each of these rings each have an actuator according to the invention or these rings have a common actuator which couples via coupling elements, the individual, necessary for adjustment collars with each other.
  • FIG. 1 shows a turbomachine designed as a gas turbine 1 in a longitudinal partial section. It has inside a rotatably mounted about a rotation axis 2 rotor 3, which is also referred to as a turbine runner. Along the rotor 3 successive an intake 4, a compressor 5, a toroidal annular combustion chamber 6 with a plurality of rotationally symmetrical to each other arranged burners 7, a turbine unit 8 and an exhaust housing 9.
  • the annular combustion chamber 6 forms a combustion chamber 17, which communicates with an annular hot gas channel 18.
  • There four successive turbine stages 10 form the turbine unit 8. Each turbine stage 10 is formed of two blade rings.
  • adjustable inlet blades 19 are provided at the intake housing side entrance of the compressor 5 .
  • the inlet blades 19 are arranged radially in the annular flow channel of the compressor 5 and can be rotated about their respective longitudinal axis by a drive device 21, for example, to adjust the gas flow flowing through the gas turbine 1 mass flow.
  • a particularly large or a small mass flow can flow through the gas turbine 1 as needed.
  • all the inlet blades 19 are adjusted synchronously while maintaining the same angle of attack.
  • the drive device 21 is provided outside the flow channel and will be described in detail in the following figures.
  • FIG. 2 shows the perspective view of a guide vane carrier 22, which is encompassed by an adjusting ring 26, which is shown only schematically in FIG.
  • a plurality of distributed over the circumference actuators 32 are also provided which are electrically or hydraulically driven.
  • the actuators 32 each have with the adjusting ring 26 fixedly connected push rods 40 which can be extended and retracted for axial displacement of the adjusting ring 26 of a control or control unit.
  • each inlet vane 19 In the vane support 22 distributed over the circumference, lying on a circle and extending in the radial direction pin 25 are provided which are each rotatable about its own longitudinal axis 23.
  • the inner end of each pin 25 is rigidly secured to one of the inlet blades 19 (not shown in FIG. 2).
  • Each inlet vane 19 also has a longitudinal axis coincident with the longitudinal axis 23 of the pin 25 secured to the respective inlet vane.
  • the airfoil of each inlet blade 19 of the compressor 5 is Accordingly, synchronous with its associated pin 25 rotatable about its common longitudinal axis 23.
  • FIG 3 shows the detail X of FIG 2 in a perspective view.
  • the adjusting ring necessary for the adjustment and the inlet blades are hidden in FIG.
  • each extending in the radial direction pins 25 are arranged, each having a lever 27 at its radially outer end.
  • the longitudinal axis 23, about which each pin 25 and each inlet blade attachable thereto, is rotatable may coincide with the radial direction of the annular flow channel.
  • the outside of the pin 25 fixed end 28 of the lever 27 is rigidly connected to this and the pin 25 opposite end 30 of the lever 27 has, according to a first embodiment shown in FIG 3, a rotatably mounted at this end 30 guide block 34 as a means for coupling the lever 27 on the adjusting ring 26.
  • the guide block 34 is formed substantially in cross section square with identical edge length.
  • round bolt may be provided as a means for coupling.
  • FIG. 4 shows, from a similar perspective view as FIG. 3, the drive device 21 for adjusting the blades with the adjusting ring 26.
  • this has an annular groove 38 running around on its inner side 36 for receiving and guiding the guide blocks 34 or the bolt on.
  • the drive device 21 comprises the adjusting ring 26, guided in the inner annular groove 38 guide pads 34 (or bolts) and the lever 27 and the pin 25th
  • each inlet blades 19 of the compressor 5 can be adjusted synchronously, evenly, and above all, however, independently of the temperature of the adjusting ring 26 and of the guide blade carrier 22 and their expansions.
  • the Inlet blades 19 are about the co-rotating pin 25 and the respectively arranged thereon levers 27 in dependence on the axial position of the adjusting ring 26 about its longitudinal axis 23 rotatable. If the adjusting ring 26 is displaced in the axial direction, this causes a pivoting of the lever 27 about the longitudinal axis 23 of the pin 25, whereby the angle of attack of the inlet blades 19 rotating with the pins 25 can be adjusted.
  • guide vanes 12 of the compressor 5 or a steam turbine can be adjusted and rotated with such a drive device 21 to adapt the respective turbomachine to the current operating conditions and load needs.
  • a turbomachine for example the compressor 5, has a plurality of rings of adjustable guide vanes 12, each of which has such a drive device 21.
  • each drive device 21 may have its own actuator 32 or several or all drive devices 21 a common actuator 32 for moving the adjusting rings 26 in the axial direction.
  • the proposed design allows a reliable setting of identical angles of attack of all blades of the ring, even if the coaxiality between collar and blade carrier is not given due to different thermal expansions.
  • a turbomachine equipped therewith can avoid flow losses and maintain their efficiency during long-lived operation.
  • the variety of parts can be reduced, resulting in a cost reduction.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (21) zum Drehen von verstellbaren Leitschaufeln einer Turbomaschine, mit einem von einem Schaufelträger (22) umschlossenen ringförmigen Strömungskanal, der sich entlang der Mittelachse (24) des Schaufelträgers (22) erstreckt und in dem strahlenartig unter Bildung eines Kranzes Schaufeln vorgesehen sind, wobei jede um ihre Längsachse (23) drehbare Schaufel einen sich radial durch den Schaufelträger (22) erstreckenden Zapfen (25) aufweist, an dem außerhalb des Schaufelträgers (22) jeweils ein um die Längsachse (23) schwenkbarer Hebel (27) befestigt ist, und bei dem jeder Hebel (27) an seinem dem Zapfen (25) gegenüberliegenden Ende (30) an einen den Schaufelträger (22) umgreifenden Stellring (26) angekoppelt ist. Um einen besonders verschleißarmen und zuverlässigen Antrieb bereitzustellen, wird vorgeschlagen, dass zur Drehung der Schaufeln um ihre Längsachsen (23) der Stellring (26) entlang der Mittelachse (24) des Schaufelträgers (22) verschiebbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Drehen von verstellbaren Schaufeln einer Turbomaschine, mit einem von einem Schaufelträger umschlossenen ringförmigen Strömungskanal, der sich entlang der Mittelachse des Schaufelträgers erstreckt und in dem strahlenartig unter Bildung eines Kranzes Schaufeln vorgesehen sind, wobei jede um ihre Längsachse drehbare Schaufel mit einem sich radial durch den Schaufelträger erstreckenden Zapfen verbunden ist, an dem außerhalb des Schaufelträgers jeweils ein um die Längsachse schwenkbarer Hebel befestigt ist, und bei dem jeder Hebel an seinem dem Zapfen gegenüberliegenden Ende an einen den Schaufelträger umgreifenden Stellring angekoppelt ist.
  • Eine Vorrichtung derartiger Gattung geht beispielsweise aus der US 5,549,448 hervor. Um die sich radial erstreckenden Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes eines Verdichters zu verstellen, umgreift ein zur Mittelachse des Verdichters konzentrischer Stellring dessen Innengehäuse. Jede um ihre Längsachse drehbare Leitschaufel des Leitschaufelkranzes ist jeweils über einen Schwenkhebel mit dem Stellring verbunden, welcher in Umfangsrichtung drehbar ist. Die Drehung des Stellrings in Umfangsrichtung bewirkt über die Schwenkhebel eine Drehung der Leitschaufeln um die jeweilige Längsachse. Der Stellring wird über eine Antriebsvorrichtung in Umfangsrichtung bewegt, die gleichzeitig den Stellring abstützt.
  • Ebenso ist aus der EP 1 524 413 A2 ein in Umfangsrichtung drehbarer Stellring zum Verstellen der Leitschaufeln eines Kranzes bekannt.
  • Außerdem haben Temperaturdifferenzen zwischen dem Stellring und dem Leitschaufelträger Einfluss auf den Anstellwinkel der Verdichterschaufeln im Strömungskanal. Diese Temperaturdifferenzen können zu ungleichmäßig eingestellten Anstellwinkeln der Leitschaufeln des Schaufelkranzes führen, so dass beim Stand der Technik stets darauf zu achten ist, dass der Stellring und der Leitschaufelträger koaxial bzw. konzentrisch zu einer gemeinsamen Mittelachse gelagert sind. Ansonsten kann dies zu unterschiedlichen Anstellwinkeln führen.
  • Dementsprechend ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung einer verschleißfreien Antriebsvorrichtung zur temperaturunabhängigen Verstellung der sich radial in einem Ringkanal erstreckenden, um ihre jeweilige Längsachse drehbaren Schaufeln.
  • Die Erfindung wendet sich von dem in Umfangsrichtung verstellbaren Stellring ab und schlägt zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, dass zur Drehung der Schaufeln um ihre Längsachsen der Stellring entlang der Mittelachse des Schaufelträgers verschiebbar ist. Dies hat den Vorteil, dass keine besonderen Anforderungen an die Koaxialität zwischen Stellring und Schaufelträger erfüllt werden müssen. Auch die bisher sehr aufwändige Einstellung des Anstellwinkels jeder Schaufel während der Montage entfällt, da durch die neuartige Ankoppelung des Stellrings an den jeweiligen Hebel die Schaufel eingestellt wird. Die Abweichung der Anstellwinkel der einzelnen Schaufeln des Schaufelkranzes untereinander wird minimiert, so dass eine verbesserte weil gleichmäßigere Strömung im Strömungskanal erreicht werden kann. Betriebsbedingte Einflüsse, welche bisher zur Verstellung von Anstellwinkel einzelner Schaufeln eines Schaufelkranzes führten, sind durch den Einsatz der Erfindung folgenlos, so dass der Wirkungsgrad der Turbomaschine sich aus diesem Grund heraus nicht verschlechtert.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Um die Drehung der Schaufeln um ihre Längsachsen durch eine Verschiebung des Stellrings entlang der Mittelachse herbeizuführen, umfasst die Ankopplung jedes Hebels an den Stellring jeweils ein am Ende jedes Hebels angeordnetes Mittel, welches Mittel jeweils in eine in der Umfangsfläche des Stellrings umlaufende Ringnut eingreift. Dabei ist die Ringnut vorzugsweise an der inneren Umfangsfläche des Stellrings vorgesehen. Diese Ankoppelung ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung und Montage des Stellringes.
  • Als Mittel kann einerseits ein am Ende jedes Hebels drehgelagert angeordneter Führungsklotz oder ein an dieser Stelle drehfest angeordneter Bolzen sein. Die tatsächliche Ankopplung des Hebels an den Verstellring kann durch den in der Ringnut verschiebbar geführten, jedoch am Hebel drehbaren Führungsklotz einerseits oder durch den in der Ringnut verschiebbar geführten Bolzen erreicht werden. Um unnötig großes Spiel zu vermeiden, weist der Bolzen einen Durchmesser auf, der im Wesentlichen der Breite der Ringnut entspricht. Aus identischem Grund weisen bei Verwendung von Führungsklötzen diese jeweils eine Kantenlänge auf, die der Breite der Ringnut entspricht. Wenn jeder Führungsklotz im Querschnitt quadratisch ausgebildet ist, kann seine Einbaulage in der Ringnut beliebig sein. Eine Verschiebung des Stellrings in Umfangsrichtung bewirkt bei der vorgeschlagenen Ankopplung neben der Drehung jedes Führungsklotzes am Hebelende und deren Verschiebung innerhalb der Ringnut auch die gewünschte Drehung der Hebel um deren jeweilige Drehachse, welche mit der Drehachse des Zapfens und der Schaufeln jeweils zusammenfallen. Dadurch werden die über die Zapfen mit den Hebeln fest verbundenen Schaufeln jeweils um ihre Längsachse mitgedreht. Durch die Drehung der Schaufeln des Kranzes werden deren Anstellwinkel synchron verändert, was den gewünschten Einfluss auf das den Strömungskanal durchströmende Medium oder Gas hat. Da die Führungsklötze bzw. die Bolzen in der Ringnut zudem dehnungstolerant geführt werden, hat der Einfluss von Temperaturdifferenzen zwischen Stellring und Schaufelträger keinen Einfluss auf die Anstellwinkel der Schaufeln. Ebenso ist es nicht erforderlich, dass die Führungsklötze bzw. die Bolzen am Nutgrund der Ringnut anliegen. Zwar könnte dies zu einer radialen Stützung des Stellrings genutzt werden, was aber auf Kosten der Toleranz für die wärmebedingte Dehnung von Stellring und Schaufelträger geht.
  • Die Axialverschiebung des Stellrings wird durch mehrere, über den Umfang des Schaufelträgers verteilte Stellantriebe bewirkt, die als hydraulisch oder elektrisch antreibbare Stellantriebe gleichzeitig auch die radiale Abstützung des Stellrings teilweise oder vollständig ermöglichen.
  • Wenn die Stellantriebe und/oder die radiale Abstützung für den Stellring am Lagergehäuse eines Rotors der Turbomaschine oder am Schaufelträger der Turbomaschine vorgesehen sind, kann die Befestigung der kompletten Verstelleinrichtung an der so genannten Rumpfturbine bereits bei der Montage und Einstellung im Herstellungswerk erfolgen, ohne dass zusätzliche umfangreiche Arbeiten auf der Baustelle bzw. am späterem Einsatzort, an der die Turbomaschine aufgebaut wird, nötig sind.
  • Sollte die Turbomaschine mehrere Kränze aufweisen, deren Schaufeln im Anstellwinkel verstellbar sind, so kann jeder dieser Kränze jeweils einen erfindungsgemäßen Stellantrieb oder diese Kränze einen gemeinsamen Stellantrieb aufweisen, die über Koppelelemente die einzelnen, zur Verstellung nötigen Stellringe miteinander koppelt.
  • Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert.
  • Es zeigen:
    • FIG 1
    eine Gasturbine in einem Längsteilschnitt,
    FIG 2
    einen als Gehäuse ausgebildeten Schaufelträger, an dessen Außenseite ein in Axialrichtung verstellbarer Stellring vorgesehen ist,
    FIG 3
    die perspektivische Darstellung eines Schaufelträgers mit ausgeblendetem Verstellring und
    FIG 4
    die perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des Stellrings mit Leitschaufelträger und den Antriebsmitteln der Schaufeln.
  • FIG 1 zeigt eine als Gasturbine 1 ausgebildete Turbomaschine in einem Längsteilschnitt. Sie weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 2 drehgelagerten Rotor 3 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 3 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 4, ein Verdichter 5, eine torusartige Ringbrennkammer 6 mit mehreren rotationssymmetrisch zueinander angeordneten Brennern 7, eine Turbineneinheit 8 und ein Abgasgehäuse 9. Die Ringbrennkammer 6 bildet einen Verbrennungsraum 17, der mit einem ringförmigen Heißgaskanal 18 kommuniziert. Dort bilden vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 10 die Turbineneinheit 8. Jede Turbinenstufe 10 ist aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines in der Ringbrennkammer 6 erzeugten Heißgases 11 gesehen, folgt im Heißgaskanal 18 jeweils einer Leitschaufelreihe 13 eine aus Laufschaufeln 15 gebildete Reihe 14. Die Leitschaufeln 12 sind am Stator befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 15 einer Reihe 14 mittels einer Turbinenscheibe am Rotor 3 angebracht sind. An dem Rotor 3 ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) angekoppelt.
  • Am ansauggehäuseseitigen Eingang des Verdichters 5 sind verstellbare Einlassschaufeln 19 vorgesehen. Die Einlassschaufeln 19 sind strahlenförmig im ringförmigen Strömungskanal des Verdichters 5 angeordnet und können um ihre jeweilige Längsachse von einer Antriebsvorrichtung 21 gedreht werden, um beispielsweise den die Gasturbine 1 durchströmenden Massenstrom einzustellen. Je nach Anstellwinkel kann ein besonders großer oder ein kleiner Massenstrom die Gasturbine 1 bedarfsgerecht durchströmen. Um Strömungsverluste in der angesaugten Umgebungsluft zu reduzieren und um eine Schwingungsanregung von sich unmittelbar stromab der Einlassschaufeln 19 drehenden Laufschaufeln 15 zu verhindern, welche bei einer über den Umfang gesehen ungleichmäßigen Anströmung der Laufschaufeln 15 erfolgt, werden alle Einlassschaufeln 19 synchron unter stetiger Beibehaltung gleicher Anstellwinkel verstellt.
  • Die Antriebsvorrichtung 21 ist außerhalb des Strömungskanals vorgesehen und wird im Einzelnen in den nachfolgenden Figuren beschrieben.
  • FIG 2 zeigt die perspektivische Ansicht eines Leitschaufelträgers 22, der von einem, in FIG 1 lediglich schematisch dargestellten, Stellring 26 umgriffen wird.
  • Zur radialen Abstützung des Stellrings 26 sind drei über den Umfang verteilte Stützstangen 29 achsparallel zur Mittelachse 24 des Leitschaufelträgers 22 befestigt, die durch in Stützen 39 vorgesehene Bohrungen führbar sind. Alternative Abstützungen sind denkbar. Zum Verschieben des Stellrings 26 entlang der Mittelachse 24, d.h. in Axialrichtung der Gasturbine 1, sind ebenfalls mehrere, über den Umfang verteilte Stellantriebe 32 vorgesehen, die elektrisch oder hydraulisch antreibbar sind. Die Stellantriebe 32 weisen jeweils mit dem Stellring 26 fest verbundene Schubstangen 40 auf, die zur Axialverschiebung des Stellrings 26 von einer Regel- oder Steuereinheit ausgefahren und eingefahren werden können.
  • Im Leitschaufelträger 22 sind über den Umfang verteilte, auf einem Kreis liegende und sich in Radialrichtung erstreckende Zapfen 25 vorgesehen, die jeweils um ihre eigene Längsachse 23 drehbar sind. Das innere Ende jedes Zapfens 25 ist mit einer der Einlassschaufeln 19 (in FIG 2 nicht dargestellt) starr befestigt. Jede Einlassschaufel 19 weist ebenfalls eine Längsachse auf, die mit der Längsachse 23 der an der jeweiligen Einlassschaufel befestigtem Zapfen 25 zusammen fällt. Das Schaufelblatt jeder Einlassschaufel 19 des Verdichters 5 ist demnach synchron mit dem ihr zugeordneten Zapfen 25 um ihre gemeinsame Längsachse 23 drehbar.
  • FIG 3 zeigt das Detail X der FIG 2 in perspektivischer Darstellung. Der Klarheit halber sind der zur Verstellung nötige Stellring und die Einlassschaufeln in FIG 3 ausgeblendet. Im Leitschaufelträger 22 sind die über den Umfang verteilten, sich jeweils in Radialrichtung erstreckende Zapfen 25 angeordnet, die jeweils an ihrem radial äußeren Ende einen Hebel 27 aufweisen. Die Längsachse 23, um die jeder Zapfen 25 und jede daran befestigbare Einlassschaufel drehbar ist, kann mit der Radialrichtung des ringförmigen Strömungskanals zusammenfallen. Das außen am Zapfen 25 befestigte Ende 28 des Hebels 27 ist mit diesem starr verbunden und das dem Zapfen 25 gegenüberliegende Ende 30 des Hebels 27 weist gemäß einer ersten, in FIG 3 gezeigten Ausgestaltung, einen an diesem Ende 30 drehgelagerten Führungsklotz 34 als Mittel zum Ankoppeln der Hebel 27 am Stellring 26 auf. Der Führungsklotz 34 ist im Wesentlichen im Querschnitt quadratisch mit identischer Kantenlänge ausgebildet. Alternativ kann in einer zweiten Ausgestaltung anstelle der drehbar gelagerten Führungsklötze 34 jeweils ein am Ende 30 starr befestigter, runder Bolzen als Mittel zum Ankoppeln vorgesehen sein.
  • FIG 4 zeigt aus ähnlicher perspektivischer Sicht wie FIG 3 die Antriebvorrichtung 21 zum Verstellen der Schaufeln unter Einblendung des Stellrings 26. Zur Ankoppelung des Stellrings 26 an die Hebel 27 weist dieser eine an seiner Innenseite 36 endlos umlaufende Ringnut 38 zur Aufnahme und Führung der Führungsklötze 34 oder der Bolzen auf. Demnach umfasst die Antriebsvorrichtung 21 den Stellring 26, die in der inneren Ringnut 38 geführten Führungsklötze 34 (oder Bolzen) sowie die Hebel 27 und die Zapfen 25.
  • Der Anstellwinkel jeder Einlassschaufeln 19 des Verdichters 5 lässt sich synchron, gleichmäßig, und vor allen Dingen aber unabhängig von der Temperatur des Verstellrings 26 und des Leitschaufelträgers 22 und deren Dehnungen verstellen. Die Einlassschaufeln 19 sind über die sich mitdrehenden Zapfen 25 und dem jeweils daran angeordneten Hebeln 27 in Abhängigkeit von der axialen Position des Stellrings 26 um ihre Längsachse 23 drehbar. Wird der Stellring 26 in Axialrichtung verschoben, bewirkt dies ein Schwenken der Hebel 27 um die Längsachse 23 der Zapfen 25, wodurch der Anstellwinkel der sich mit den Bolzen 25 mitdrehenden Einlassschaufeln 19 einstellbar ist. Gleichzeitig gleiten die Führungsklötze 34 (oder Bolzen) innerhalb der Ringnut 38 und ermöglichen so die Drehung bzw. das Schwenken der Hebel 27.
  • Anstelle von Einlassschaufeln 19 des Verdichters 5 können selbstverständlich auch Leitschaufeln 12 des Verdichters 5 oder die einer Dampfturbine mit einer derartigen Antriebsvorrichtung 21 verstellt und gedreht werden, um die jeweilige Turbomaschine an die aktuellen Betriebsbedingen und Lastbedürfnisse anzupassen. Auch ist denkbar, dass eine Turbomaschine, beispielsweise der Verdichter 5, mehrere Kränze von verstellbaren Leitschaufeln 12 aufweist, die jeweils eine derartige Antriebsvorrichtung 21 aufweisen. Dabei kann jede Antriebsvorrichtung 21 einen eigenen Stellantrieb 32 oder mehrere oder alle Antriebsvorrichtungen 21 einen gemeinsamen Stellantrieb 32 zum Verschieben der Stellringe 26 in Axialrichtung aufweisen.
  • Vorteil der Erfindung ist, dass die vorgeschlagene Ausgestaltung eine zuverlässige Einstellung identischer Anstellwinkel aller Schaufeln des Kranzes ermöglicht, selbst wenn die Koaxialität zwischen Stellring und Schaufelträger aufgrund unterschiedlicher thermischer Dehnungen nicht gegeben ist. Demnach kann eine damit ausgestattete Turbomaschine Strömungsverluste vermeiden und ihren Wirkungsgrad während des langlebigen Betriebs aufrechterhalten. Außerdem kann die Teilevielfalt reduziert werden, was zu einer Kostenreduktion führt.

Claims (9)

  1. Antriebsvorrichtung (21) zum Drehen von verstellbaren Leitschaufeln einer Turbomaschine,
    mit einem von einem Schaufelträger (22) umschlossenen ringförmigen Strömungskanal,
    der sich entlang der Mittelachse (24) des Schaufelträgers (22) erstreckt und
    in dem strahlenartig unter Bildung eines Kranzes Schaufeln vorgesehen sind,
    wobei jede um ihre Längsachse (23) drehbare Schaufel mit einem sich radial durch den Schaufelträger (22) erstreckenden Zapfen (25) verbunden ist,
    an dem außerhalb des Schaufelträgers (22) jeweils ein um die Längsachse (23) schwenkbarer Hebel (27) befestigt ist, und
    bei dem jeder Hebel (27) an seinem dem Zapfen (25) gegenüberliegenden Ende (30) an einen den Schaufelträger (22) umgreifenden Stellring (26) angekoppelt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Drehung der Schaufeln um ihre Längsachsen (23) der Stellring (26) entlang der Mittelachse (24) des Schaufelträgers (22) verschiebbar ist.
  2. Antriebsvorrichtung (21) nach Anspruch 1,
    bei der die Ankopplung jedes Hebels (27) an den Stellring (26) jeweils ein am Ende (30) jedes Hebels (27) angeordnetes Mittel umfasst, das jeweils in eine in der Umfangsfläche umlaufende Ringnut (38) eingreift.
  3. Antriebsvorrichtung (21) nach Anspruch 1 oder 2,
    bei der die Ringnut (38) in der inneren Umfangsfläche des Stellrings (26) vorgesehen ist.
  4. Antriebsvorrichtung (21) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    bei der jedes Mittel jeweils ein am Ende (30) jedes Hebels (27) drehgelagert angeordneter Führungsklotz (34) ist, der jeweils in die Ringnut (38) eingreift.
  5. Antriebsvorrichtung (21) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    bei der jedes Mittel jeweils ein am Ende (30) jedes Hebels (27) drehfest angeordneter Bolzen ist, der jeweils in die Ringnut (38) eingreift.
  6. Antriebsvorrichtung (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    bei der die Axialverschiebung des Stellrings (26) durch mehrere, über Umfang des Schaufelträgers (22) verteilte Stellantriebe (32) erfolgt.
  7. Antriebsvorrichtung (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    bei der die Stellantriebe (32) sich am Lagergehäuse eines Rotors der Turbomaschine oder am Schaufelträger (22) der Turbomaschine abstützen.
  8. Antriebsvorrichtung (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    bei der die radiale Abstützung des Stellrings (26) am Lagergehäuse eines Rotors der Turbomaschine oder am Schaufelträger (22) der Turbomaschine erfolgt.
  9. Turbomaschine mit einem Schaufelträger (22),
    das einen ringförmigen, sich entlang der Mittelachse (24) des Schaufelträgers (22) erstreckenden Strömungskanal umschließt und mit im Strömungskanal strahlenartig unter Bildung eines Kranzes angeordneten Schaufeln,
    wobei jede um ihre Längsachse (23) drehbare Schaufel einen sich radial durch den Schaufelträger (22) erstreckenden Zapfen (25) aufweist,
    an dem außerhalb des Schaufelträgers jeweils ein um die Längsachse (23) schwenkbarer Hebel (27) befestigt ist, und bei dem jeder Hebel (27) an seinem dem Zapfen (25) gegenüberliegenden Ende (30) ein Mittel zur Ankopplung eines das Schaufelträger (22) umgreifenden Stellrings (26) aufweist,
    der mit einer Antriebsvorrichtung (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche entlang der Mittelachse (24) verschiebbar ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2211026A2 (de) * 2009-01-26 2010-07-28 Rolls-Royce plc Variable Statorschaufelanordnung in einer Gasturbine
EP2657461A3 (de) * 2012-04-25 2013-12-04 General Electric Company Verdichter eines Gasturbinensystems

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1230393A (fr) * 1959-02-13 1960-09-15 Sulzer Ag Compresseur axial à aubes directrices pivotantes
US3508839A (en) * 1968-01-15 1970-04-28 Sulzer Ag Plural-stage axial compressor
US4252498A (en) * 1978-03-14 1981-02-24 Rolls-Royce Limited Control systems for multi-stage axial flow compressors
US5224820A (en) * 1991-09-25 1993-07-06 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation Operating mechanism for variably settable blades of a turbomachine
US5549448A (en) 1995-02-08 1996-08-27 United Technolgies Corporation Variable stator vane linkage system and method
EP1524413A2 (de) 2003-10-15 2005-04-20 United Technologies Corporation Lagerbuchse aus Elektrographit für eine verstellbare Leitschaufel

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1230393A (fr) * 1959-02-13 1960-09-15 Sulzer Ag Compresseur axial à aubes directrices pivotantes
US3508839A (en) * 1968-01-15 1970-04-28 Sulzer Ag Plural-stage axial compressor
US4252498A (en) * 1978-03-14 1981-02-24 Rolls-Royce Limited Control systems for multi-stage axial flow compressors
US5224820A (en) * 1991-09-25 1993-07-06 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation Operating mechanism for variably settable blades of a turbomachine
US5549448A (en) 1995-02-08 1996-08-27 United Technolgies Corporation Variable stator vane linkage system and method
EP1524413A2 (de) 2003-10-15 2005-04-20 United Technologies Corporation Lagerbuchse aus Elektrographit für eine verstellbare Leitschaufel

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2211026A2 (de) * 2009-01-26 2010-07-28 Rolls-Royce plc Variable Statorschaufelanordnung in einer Gasturbine
EP2211026B1 (de) * 2009-01-26 2015-12-23 Rolls-Royce plc Variable Statorschaufelanordnung in einer Gasturbine
EP2657461A3 (de) * 2012-04-25 2013-12-04 General Electric Company Verdichter eines Gasturbinensystems

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