EP1918528A1 - Vane actuation system - Google Patents

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Publication number
EP1918528A1
EP1918528A1 EP06023070A EP06023070A EP1918528A1 EP 1918528 A1 EP1918528 A1 EP 1918528A1 EP 06023070 A EP06023070 A EP 06023070A EP 06023070 A EP06023070 A EP 06023070A EP 1918528 A1 EP1918528 A1 EP 1918528A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
adjusting ring
adjusting
adjusting device
push rods
turbine
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Withdrawn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
EP06023070A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Joachim Braun
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 EP06023070A priority Critical patent/EP1918528A1/en
Publication of EP1918528A1 publication Critical patent/EP1918528A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position
    • 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
    • F05D2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05D2260/79—Bearing, support or actuation arrangements therefor

Definitions

  • the invention relates to a guide vane adjusting device for a thermal turbomachine, in particular a gas or steam turbine, with an outside of a guide vane coaxially to this circumferentially movably arranged adjusting ring for the employment of a number of vanes via associated link rods and / or lever this is connected. It further relates to a gas turbine with such a vane adjusting device.
  • Thermal turbomachines such as turbines, in particular gas turbines, are used in many areas to drive generators or work machines.
  • the energy content of a fuel is used to generate a rotational movement of a turbine shaft.
  • the fuel is burned in a combustion chamber, compressed air being supplied by an air compressor.
  • the working medium produced in the combustion chamber by the combustion of the fuel, under high pressure and at high temperature, is guided via a turbine unit arranged downstream of the combustion chamber, where it relaxes to perform work.
  • a number of rotor blades which are usually combined into groups of blades or rows of blades, are arranged thereon and drive the turbine shaft via a momentum transfer from the working medium.
  • the blades serve to drive the turbine shaft by momentum transfer from a working medium flowing through the turbine.
  • the vanes On the other hand, serve to guide the flow of the working medium between two each seen in the flow direction of the working medium consecutive blade rows or blade rings.
  • the achievable efficiency and the achievable turbine performance are a primary design goal.
  • a particularly targeted flow guidance of the working medium in the compressor and / or turbine unit of the gas turbine is provided.
  • the vanes arranged between the blade rows are usually suitably dimensioned and designed, wherein in particular also the orientation angle of the blade of the vanes can play a special role.
  • some or all of the guide vanes or the guide vane rows of the respective turbine or in particular so-called pilot vanes of the precursor wheel of the compressor can be made adjustable.
  • the flow guidance of the working medium can be changed dynamically in the affected spatial area by appropriate adjustment of the respective guide vanes and, for example, adapted to varying load conditions of the turbine.
  • the respective guide vanes can be selected by a suitable employment of the respective vanes in the low load range, a different flow than in the full load range, so that in each case a particularly effective momentum transfer can be achieved in the respective operating state on the subsequent blade row.
  • guide vane adjusting devices For setting guide vanes and for adapting their orientation to the respective operating state of the turbine, it is possible, in particular, to provide guide vane adjusting devices of the type mentioned above.
  • the fact is taken into account that usually one in the circumferential direction symmetrical arrival or adjustment of the guide vanes should be made as seen in the respective guide blade row in order to reliably avoid asymmetries in the flow guidance and concomitant impairment of the operating behavior of the gas turbine.
  • a so-called adjusting ring is provided in conventional guide vane adjusting devices, which is arranged coaxially to the main axis of the turbine and the turbine rotor outside of the guide vane carrier.
  • This adjusting ring is rotatably mounted about the central axis of the turbine, wherein it is connected to the individual vanes via suitable joint or lever mechanisms.
  • An externally induced circumferential movement of the adjusting ring results in a largely synchronous employment of the coupled guide vanes, so that the symmetry in the flow guidance is maintained even during the adjustment of the guide vanes.
  • Such an eccentric position of the adjusting ring then in turn causes, seen in dependence on the size of this eccentricity over the circumference of the adjusting ring different angles of the vanes to adjust.
  • springs of particularly high spring rigidity are usually selected in the resilient mounting of the support rollers, but these insufficiently compensate for the temperature differences that occur and nevertheless can only insufficiently prevent the eccentric position of the adjusting ring.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a guide vane adjusting device of the type mentioned above, with which a particularly reliable and uniform control of the coupled vanes is ensured even with different operating conditions of the gas turbine and thus occurring temperature differences.
  • This object is achieved by the adjusting ring over a plurality of, in particular two, push rods is adjustable.
  • the invention is based on the consideration that, as a boundary condition for the design of the adjusting device, the temperature differences to be considered for the different operating states of the thermal fluid machine should in each case be suitably compensated. Accordingly, the resilient mounting should be designed with a suitably chosen for this purpose design spring constant of the individual spring elements. In order to avoid the occurrence of said eccentricities while adhering to this fundamental boundary condition, and thus to ensure uniform control of the guide vanes, the employment of the adjusting ring should be suitably designed. To make this possible, it is provided to make the adjustment so symmetrical that on the force side, a pure rotational movement of the adjusting ring is generated with the best possible avoidance of the initiation of displacement forces of the center point of the adjusting ring. Departing from the usual control systems is therefore present in the Employment of the adjusting ring provided over a plurality of circumferentially suitably placed push rods.
  • the push rods thereby engage in the circumferential direction of the adjusting ring symmetrically on this.
  • the push rods are advantageously with respect.
  • two push rods for driving the adjusting ring are advantageously provided, which are in turn connected in pairs on the control side via a drive rocker.
  • the guide vane adjusting device is basically suitable for thermal turbomachines of any type in which the adjustment of guide vanes is interpretatively of interest. Particularly advantageously, however, the guide vane adjusting device is used in a gas turbine, in particular for the employment of compressor pilot vanes of the pilot vane.
  • the adjustment can be initiated by the control of the adjusting ring via a plurality of suitably symmetrical to this attacking push rods such that a pure rotational movement of the adjusting ring can be generated without translational movement of its center.
  • FIG. 1 shows schematically a vane adjusting device for a thermal turbomachine.
  • the vane adjusting device 1 according to the FIG is part of a thermal turbomachine not shown in detail.
  • This may be a thermal turbomachine of any kind.
  • a thermal turbomachine of any kind.
  • provided in the exemplary embodiment is a stationary gas turbine as a thermal turbomachine.
  • the guide vane adjusting device 1 is assigned to a compressor unit of the gas turbine, with the vane adjusting device 1 being used to effect, as required, the compressor pilot vanes of the pilot wheel of the gas turbine.
  • the guide vane adjusting device 1 can also be used to set other vane rows or groups.
  • the vane adjusting device 1 comprises an adjusting ring 2, which is arranged coaxially to this outside of a guide vane carrier of the gas turbine, not shown.
  • the adjusting ring 2 is arranged movable in its circumferential direction relative to the inner vane carrier.
  • the adjusting ring 2 is supported on support rollers 4, which in turn are supported on the guide vane carrier.
  • the support of the adjusting ring 2 is resiliently provided on the guide vanes via the support rollers 4, wherein the support springs with regard to their dimensioning parameters, in particular with regard to their spring constant, are chosen so suitable that the occurring position changes can be reliably compensated.
  • the adjusting ring 2 is suitably connected via associated connecting rods and / or adjusting levers with the guide vanes to be controlled so that an induced rotational or circumferential movement of the adjusting ring 2 results in a corresponding adjustment of the coupled guide vanes and a resulting change in their orientation about their longitudinal axis.
  • Design goal for the vane adjusting device 1 is that, despite the appropriate compensation occurring temperature differences in a position of the vanes on the adjusting ring 2 seen over the circumference symmetrical employment of the guide vanes and thus a circumferentially symmetrical and uniform guidance of the flow medium in the gas turbine is ensured in any case.
  • the control of the adjusting ring 2 is designed such that when driving an adjusting force pair is formed, which is in equilibrium and causes a pure rotational movement of the adjusting ring 2.
  • the adjusting ring 2 in turn can be adjusted over a plurality of, in the exemplary embodiment two, push rods 6. These are seen in the circumferential direction of the adjusting ring 2 distributed so that they engage symmetrically on the adjusting ring 2.
  • the attack points 8 of the push rods 6 on the adjusting ring 2 positioned directly opposite each other.
  • the push rods 6 with respect to their employment of the adjusting ring 2 are coupled together and connected on the control side via a drive rocker 10. This is so centrally stored in a bearing 12, that a tilting of the Anêtwippe 10 opposing, equal in amplitude amplitude control movements of the push rods 6 causes that ensure the desired symmetrical force introduction into the adjusting ring 2.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

The device (1) has an adjusting ring (2) that is arranged outside of a guide blade carrier and movable coaxial to the blade carrier in a circumferential direction. The adjusting ring is connected with guide blades by using joint rods and/or adjusting lever for adjusting the guide blades. The adjusting ring is adjusted on its part by two connecting rods (6) that are coupled with one another and arranged in a circumferential direction of the adjusting ring.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitschaufel-Verstelleinrichtung für eine thermische Strömungsmaschine, insbesondere eine Gas- oder Dampfturbine, mit einem außerhalb eines Leitschaufelträgers koaxial zu diesem in Umfangsrichtung bewegbar angeordneten Stellring, der zur Anstellung einer Anzahl von Leitschaufeln über zugeordnete Gelenkstangen und/oder Stellhebel mit diesen verbunden ist. Sie betrifft weiter eine Gasturbine mit einer derartigen Leitschaufel-Verstelleinrichtung.The invention relates to a guide vane adjusting device for a thermal turbomachine, in particular a gas or steam turbine, with an outside of a guide vane coaxially to this circumferentially movably arranged adjusting ring for the employment of a number of vanes via associated link rods and / or lever this is connected. It further relates to a gas turbine with such a vane adjusting device.

Thermische Strömungsmaschinen wie beispielsweise Turbinen, insbesondere Gasturbinen, werden in vielen Bereichen zum Antrieb von Generatoren oder von Arbeitsmaschinen eingesetzt. Dabei wird der Energieinhalt eines Brennstoffs zur Erzeugung einer Rotationsbewegung einer Turbinenwelle genutzt. Der Brennstoff wird dazu in einer Brennkammer verbrannt, wobei von einem Luftverdichter verdichtete Luft zugeführt wird. Das in der Brennkammer durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugte, unter hohem Druck und unter hoher Temperatur stehende Arbeitsmedium wird dabei über eine der Brennkammer nachgeschaltete Turbineneinheit geführt, wo es sich arbeitsleistend entspannt.Thermal turbomachines such as turbines, in particular gas turbines, are used in many areas to drive generators or work machines. In this case, the energy content of a fuel is used to generate a rotational movement of a turbine shaft. For this purpose, the fuel is burned in a combustion chamber, compressed air being supplied by an air compressor. The working medium produced in the combustion chamber by the combustion of the fuel, under high pressure and at high temperature, is guided via a turbine unit arranged downstream of the combustion chamber, where it relaxes to perform work.

Zur Erzeugung der Rotationsbewegung der Turbinenwelle sind dabei an diese eine Anzahl von üblicherweise zu Schaufelgruppen oder Schaufelreihen zusammengefassten Laufschaufeln angeordnet, die über einen Impulsübertrag aus dem Arbeitsmedium die Turbinenwelle antreiben. Zur Führung des Arbeitsmediums in der Turbineneinheit sind zudem üblicherweise zwischen benachbarten Laufschaufelreihen mit dem Turbinengehäuse verbundene Leitschaufelreihen angeordnet. Die Laufschaufeln dienen dabei zum Antrieb der Turbinenwelle durch Impulsübertrag von einem die Turbine durchströmenden Arbeitsmedium. Die Leitschaufeln dienen hingegen zur Strömungsführung des Arbeitsmediums zwischen jeweils zwei in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen aufeinander folgenden Laufschaufelreihen oder Laufschaufelkränzen.To generate the rotational movement of the turbine shaft, a number of rotor blades, which are usually combined into groups of blades or rows of blades, are arranged thereon and drive the turbine shaft via a momentum transfer from the working medium. To guide the working fluid in the turbine unit also usually connected between adjacent blade rows are connected to the turbine housing Leitschaufelreihen. The blades serve to drive the turbine shaft by momentum transfer from a working medium flowing through the turbine. The vanes On the other hand, serve to guide the flow of the working medium between two each seen in the flow direction of the working medium consecutive blade rows or blade rings.

Bei der Auslegung einer derartigen Gasturbine sind üblicherweise der erreichbare Wirkungsgrad und die erreichbare Turbinenleistung ein primäres Auslegungsziel. Um dies geeignet zu ermöglichen, ist neben vielen anderen Parametern eine besonders gezielte Strömungsführung des Arbeitsmediums in der Verdichter- und/oder Turbineneinheit der Gasturbine vorgesehen. Dazu sind die zwischen den Laufschaufelreihen angeordneten Leitschaufeln üblicherweise geeignet dimensioniert und ausgelegt, wobei insbesondere auch der Orientierungswinkel des Schaufelblatts der Leitschaufeln eine besondere Rolle spielen kann. Um die Strömungsführung des Arbeitsmediums darüber hinausgehend insbesondere im Bereich des Verdichters, aber noch weiter zu verbessern, können einige oder alle der Leitschaufeln oder der Leitschaufelreihen der jeweiligen Turbine oder auch insbesondere so genannte Vorleitschaufeln des Vorleitrades des Verdichters verstellbar ausgebildet sein. Dabei ist vorgesehen, durch geeignete Anstellung der jeweiligen Leitschaufeln die Strömungsführung des Arbeitsmediums im betroffenen Raumbereich dynamisch verändern und beispielsweise an variierende Lastzustände der Turbine anpassen zu können. Insbesondere kann dabei durch eine geeignete Anstellung der jeweiligen Leitschaufeln im Schwachlastbereich eine andere Strömungsführung als im Volllastbereich gewählt werden, so dass im jeweiligen Betriebszustand in jedem Fall ein besonders wirksamer Impulsübertrag auf die nachfolgende Schaufelreihe erreicht werden kann.In the design of such a gas turbine usually the achievable efficiency and the achievable turbine performance are a primary design goal. In order to make this possible, in addition to many other parameters, a particularly targeted flow guidance of the working medium in the compressor and / or turbine unit of the gas turbine is provided. For this purpose, the vanes arranged between the blade rows are usually suitably dimensioned and designed, wherein in particular also the orientation angle of the blade of the vanes can play a special role. In order to further improve the flow guidance of the working medium, in particular in the region of the compressor, some or all of the guide vanes or the guide vane rows of the respective turbine or in particular so-called pilot vanes of the precursor wheel of the compressor can be made adjustable. In this case, it is provided that the flow guidance of the working medium can be changed dynamically in the affected spatial area by appropriate adjustment of the respective guide vanes and, for example, adapted to varying load conditions of the turbine. In particular, can be selected by a suitable employment of the respective vanes in the low load range, a different flow than in the full load range, so that in each case a particularly effective momentum transfer can be achieved in the respective operating state on the subsequent blade row.

Zur Einstellung von Leitschaufeln und zur Anpassung ihrer Orientierung an den jeweiligen Betriebszustand der Turbine können insbesondere Leitschaufel-Verstelleinrichtungen der oben genannten Art vorgesehen sein. Dabei ist insbesondere dem Umstand Rechnung getragen, dass üblicherweise eine in Umfangsrichtung der jeweiligen Leitschaufelreihe gesehen symmetrische An- oder Einstellung der Leitschaufeln erfolgen sollte, um Asymmetrien in der Strömungsführung und damit einhergehende Beeinträchtigungen des Betriebsverhaltens der Gasturbine sicher zu vermeiden. Um dies zu ermöglichen, ist bei üblichen Leitschaufel-Verstelleinrichtungen ein so genannter Stellring vorgesehen, der koaxial zur Hauptachse der Turbine und zum Turbinenläufer außerhalb des Leitschaufelträgers angeordnet ist. Dieser Stellring ist um die Zentralachse der Turbine drehbar gelagert, wobei er mit den einzelnen Leitschaufeln über geeignete Gelenk- oder Hebelmechanismen verbunden ist. Eine von außen induzierte Umfangsbewegung des Stellrings resultiert dabei in einer weitgehend synchronen Anstellung der angekoppelten Leitschaufeln, so dass die Symmetrie in der Strömungsführung auch bei der Verstellung der Leitschaufeln erhalten bleibt.For setting guide vanes and for adapting their orientation to the respective operating state of the turbine, it is possible, in particular, to provide guide vane adjusting devices of the type mentioned above. In particular, the fact is taken into account that usually one in the circumferential direction symmetrical arrival or adjustment of the guide vanes should be made as seen in the respective guide blade row in order to reliably avoid asymmetries in the flow guidance and concomitant impairment of the operating behavior of the gas turbine. To make this possible, a so-called adjusting ring is provided in conventional guide vane adjusting devices, which is arranged coaxially to the main axis of the turbine and the turbine rotor outside of the guide vane carrier. This adjusting ring is rotatably mounted about the central axis of the turbine, wherein it is connected to the individual vanes via suitable joint or lever mechanisms. An externally induced circumferential movement of the adjusting ring results in a largely synchronous employment of the coupled guide vanes, so that the symmetry in the flow guidance is maintained even during the adjustment of the guide vanes.

Um eine derartige Umfangsbewegung des Stellrings zu ermöglichen, ist dieser üblicherweise über Abstützrollen auf dem Leitschaufelträger abgestützt. Bei einer derartigen Lagerung des Stellrings ist jedoch zu berücksichtigen, dass es insbesondere beim An- oder Abfahren der Gasturbine zu Temperaturunterschieden zwischen dem Verstellring und dem Leitschaufelträger kommen kann. Um diese Temperaturunterschiede und daraus resultierende Materialänderungen, beispielsweise Längenänderungen, insbesondere radiale Längenänderungen, aufgrund thermischer Dehnung geeignet auszugleichen, sind die für den jeweiligen Verstellring vorgesehenen Abstützrollen üblicherweise in radialer Richtung auf Federn gelagert. Diese federnde Lagerung kann jedoch in Verbindung mit der externen Ansteuerung des Stellrings, bei der in diesen Kräfte in Umfangsrichtung eingeleitet werden, zu einer Verschiebung des Mittelpunkts des Stellrings aus dem Zentrum der Turbinenachse herausführen. Eine derartige exzentrische Lage des Stellrings führt sodann wiederum dazu, dass sich in Abhängigkeit von der Größe dieser Exzentrizität über den Umfang des Stellrings gesehen unterschiedliche Stellwinkel der Leitschaufeln einstellen. Um dem entgegenzuwirken, werden üblicherweise bei der federnden Lagerung der Abstützrollen Federn besonders hoher Federsteifigkeit gewählt, die jedoch die auftretenden Temperaturunterschiede nur unzureichend kompensieren und dennoch die exzentrische Lage des Stellrings nur unzureichend verhindern können.To allow such circumferential movement of the adjusting ring, this is usually supported by support rollers on the guide vane. In such a bearing of the adjusting ring, however, it should be taken into account that temperature differences between the adjusting ring and the guide blade carrier may occur, in particular when starting or stopping the gas turbine. In order to compensate for these temperature differences and resulting material changes, for example length changes, in particular radial length changes, due to thermal expansion, the support rollers provided for the respective adjusting ring are usually mounted in the radial direction on springs. However, this resilient mounting can lead in conjunction with the external control of the adjusting ring, in which these forces are introduced in the circumferential direction, to a shift of the center point of the adjusting ring from the center of the turbine axis. Such an eccentric position of the adjusting ring then in turn causes, seen in dependence on the size of this eccentricity over the circumference of the adjusting ring different angles of the vanes to adjust. In order to counteract this, springs of particularly high spring rigidity are usually selected in the resilient mounting of the support rollers, but these insufficiently compensate for the temperature differences that occur and nevertheless can only insufficiently prevent the eccentric position of the adjusting ring.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Leitschaufel-Verstelleinrichtung der oben genannten Art anzugeben, mit der eine besonders zuverlässige und gleichmäßige Ansteuerung der angekoppelten Leitschaufeln auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen der Gasturbine und damit bei auftretenden Temperaturunterschieden gewährleistet ist.The invention is therefore based on the object of specifying a guide vane adjusting device of the type mentioned above, with which a particularly reliable and uniform control of the coupled vanes is ensured even with different operating conditions of the gas turbine and thus occurring temperature differences.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Stellring über eine Mehrzahl von, insbesondere zwei, Schubstangen anstellbar ist.This object is achieved by the adjusting ring over a plurality of, in particular two, push rods is adjustable.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass als Randbedingung für die Auslegung der Verstelleinrichtung die für die unterschiedlichen Betriebszustände der thermischen Strömungsmaschine zu berücksichtigenden Temperaturunterschiede in jedem Fall geeignet kompensierbar sein sollten. Entsprechend sollte die federnde Lagerung mit einer auf diesen Auslegungszweck hin geeignet gewählten Federkonstante der einzelnen Federelemente geeignet ausgelegt werden. Um unter Einhaltung dieser grundsätzlichen Randbedingung das Auftreten der genannten Exzentrizitäten aber dennoch vermeiden und damit eine gleichmäßige Ansteuerung der Leitschaufeln gewährleisten zu können, sollte die Anstellung des Stellrings geeignet ausgelegt sein. Um dies zu ermöglichen, ist vorgesehen, die Anstellung derart symmetrisch vorzunehmen, dass kraftseitig eine reine Rotationsbewegung des Stellrings unter bestmöglicher Vermeidung der Einleitung von Verschiebungskräften des Mittelpunkts des Stellrings erzeugt wird. Unter Abkehr von üblichen Stellsystemen ist daher vorliegend die Anstellung des Stellrings über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung gesehen geeignet plazierten Schubstangen vorgesehen.The invention is based on the consideration that, as a boundary condition for the design of the adjusting device, the temperature differences to be considered for the different operating states of the thermal fluid machine should in each case be suitably compensated. Accordingly, the resilient mounting should be designed with a suitably chosen for this purpose design spring constant of the individual spring elements. In order to avoid the occurrence of said eccentricities while adhering to this fundamental boundary condition, and thus to ensure uniform control of the guide vanes, the employment of the adjusting ring should be suitably designed. To make this possible, it is provided to make the adjustment so symmetrical that on the force side, a pure rotational movement of the adjusting ring is generated with the best possible avoidance of the initiation of displacement forces of the center point of the adjusting ring. Departing from the usual control systems is therefore present in the Employment of the adjusting ring provided over a plurality of circumferentially suitably placed push rods.

Vorteilhafterweise greifen die Schubstangen dabei in Umfangsrichtung des Stellrings gesehen symmetrisch an diesem an.Advantageously, the push rods thereby engage in the circumferential direction of the adjusting ring symmetrically on this.

Um in der Art einer selbststabilisierenden Anstellung eine symmetrische Anstellung in dem Sinne zu garantieren, dass selbsttätig und ohne regelnden Eingriff von außen die vorgesehene Kompensation von Mittelpunktskräften gewährleistet ist, sind die Schubstangen vorteilhafterweise bzgl. ihrer Anstellung des Stellrings miteinander verkoppelt. Dabei sind vorteilhafterweise insbesondere zwei Schubstangen zur Ansteuerung des Stellrings vorgesehen, die ihrerseits paarweise ansteuerseitig über eine Ansteuerwippe miteinander verbunden sind.In order to guarantee in the manner of a self-stabilizing employment a symmetrical employment in the sense that automatically and without regulatory intervention from the outside, the intended compensation of center forces is ensured, the push rods are advantageously with respect. Their employment of the adjusting ring coupled together. In this case, in particular two push rods for driving the adjusting ring are advantageously provided, which are in turn connected in pairs on the control side via a drive rocker.

Die Leitschaufel-Verstelleinrichtung eignet sich grundsätzlich für thermische Strömungsmaschinen beliebiger Art, bei der die Verstellung von Leitschaufeln auslegungsbedingt von Interesse ist. Besonders vorteilhafterweise wird die Leitschaufel-Verstelleinrichtung aber in einer Gasturbine, insbesondere zur Anstellung von Verdichtervorleitschaufeln des Vorleitrades, eingesetzt.The guide vane adjusting device is basically suitable for thermal turbomachines of any type in which the adjustment of guide vanes is interpretatively of interest. Particularly advantageously, however, the guide vane adjusting device is used in a gas turbine, in particular for the employment of compressor pilot vanes of the pilot vane.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Ansteuerung des Stellrings über eine Mehrzahl von geeignet symmetrisch an diesem angreifenden Schubstangen die Verstellkräfte derart eingeleitet werden können, dass eine reine Rotationsbewegung des Verstellrings ohne Translatationsbewegung seines Mittelpunkts erzeugt werden kann. Insbesondere bildet sich durch die Verwendung zweier symmetrisch angeordneter Schubstangen ein Verstell-Kräftepaar, das für sich im Gleichgewicht steht und die reine Rotationsbewegung des Stellrings bewirkt. Damit sind unterschiedliche Stellwinkel der Leitschaufeln bei der Anstellung über den Stellring weitgehend vermieden, wobei der Stellring dennoch zur Kompensation thermischer Effekte oder Spannungen geeignet federnd gelagert sein kann.The advantages achieved by the invention are in particular that the adjustment can be initiated by the control of the adjusting ring via a plurality of suitably symmetrical to this attacking push rods such that a pure rotational movement of the adjusting ring can be generated without translational movement of its center. In particular, forms by the use of two symmetrically arranged push rods an adjusting force pair, which is in equilibrium and causes the pure rotational movement of the adjusting ring. This different angles of the vanes are largely avoided when hiring the collar, the collar still suitable for the compensation of thermal effects or voltages can be resiliently mounted.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur schematisch eine Leitschaufel-Verstelleinrichtung für eine thermische Strömungsmaschine.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Therein, the figure shows schematically a vane adjusting device for a thermal turbomachine.

Die Leitschaufel-Verstelleinrichtung 1 gemäß der FIG ist Teil einer nicht näher dargestellten thermischen Strömungsmaschine. Dabei kann es sich um eine thermische Strömungsmaschine beliebiger Art handeln. Bevorzugt und im Ausführungsbeispiel vorgesehen ist aber eine stationäre Gasturbine als thermische Strömungsmaschine. Die Leitschaufel-Verstelleinrichtung 1 ist dabei im Ausführungsbeispiel einer Verdichtereinheit der Gasturbine zugeordnet, wobei über die Leitschaufel-Verstelleinrichtung 1 eine bedarfsweise Anstellung der Verdichtervorleitschaufeln des Vorleitrades der Gasturbine erfolgen soll. Grundsätzlich kann die Leitschaufel-Verstelleinrichtung 1 aber auch zur Anstellung anderer Leitschaufelreihen oder -gruppen eingesetzt sein.The vane adjusting device 1 according to the FIG is part of a thermal turbomachine not shown in detail. This may be a thermal turbomachine of any kind. Preferably, however, provided in the exemplary embodiment is a stationary gas turbine as a thermal turbomachine. In the exemplary embodiment, the guide vane adjusting device 1 is assigned to a compressor unit of the gas turbine, with the vane adjusting device 1 being used to effect, as required, the compressor pilot vanes of the pilot wheel of the gas turbine. In principle, however, the guide vane adjusting device 1 can also be used to set other vane rows or groups.

Die Leitschaufel-Verstelleinrichtung 1 umfasst einen Stellring 2, der außerhalb eines nicht näher dargestellten Leitschaufelträgers der Gasturbine koaxial zu diesem angeordnet ist. Der Stellring 2 ist dabei in seiner Umfangsrichtung relativ zum innen liegenden Leitschaufelträger bewegbar angeordnet. Dazu ist der Stellring 2 auf Stützrollen 4 abgestützt, die ihrerseits auf dem Leitschaufelträger abgestützt sind. Um dabei beim An- oder Abfahren der Gasturbine auftretende Temperaturschwankungen und -unterschiede und dadurch induzierte Positionsänderungen der Bauteile und dergleichen geeignet kompensieren zu können, ist die Abstützung des Stellrings 2 über die Abstützrollen 4 auf dem Leitschaufelträger federnd vorgesehen, wobei die Abstützfedern hinsichtlich ihrer Dimensionierungsparameter, insbesondere hinsichtlich ihrer Federkonstante, derart geeignet gewählt sind, dass die auftretenden Positionsänderungen zuverlässig kompensiert werden können.The vane adjusting device 1 comprises an adjusting ring 2, which is arranged coaxially to this outside of a guide vane carrier of the gas turbine, not shown. The adjusting ring 2 is arranged movable in its circumferential direction relative to the inner vane carrier. For this purpose, the adjusting ring 2 is supported on support rollers 4, which in turn are supported on the guide vane carrier. In order to be able to compensate for temperature fluctuations and differences and thereby induced changes in position of the components and the like, which occur when starting or stopping the gas turbine, the support of the adjusting ring 2 is resiliently provided on the guide vanes via the support rollers 4, wherein the support springs with regard to their dimensioning parameters, in particular with regard to their spring constant, are chosen so suitable that the occurring position changes can be reliably compensated.

Der Stellring 2 ist über zugeordnete Gelenkstangen und/oder Stellhebel geeignet mit den anzusteuernden Leitschaufeln verbunden, so dass eine induzierte Rotations- oder Umfangsbewegung des Stellrings 2 in einer entsprechenden Anstellung der angekoppelten Leitschaufeln und eine resultierenden Änderung ihrer Orientierung um ihre Längsachse resultiert. Auslegungsziel für die Leitschaufel-Verstelleinrichtung 1 ist dabei, dass trotz der geeigneten Kompensierung auftretender Temperaturunterschiede bei einer Anstellung der Leitschaufeln über den Stellring 2 eine über den Umfang gesehen symmetrische Anstellung der Leitschaufeln und somit eine in Umfangsrichtung gesehen symmetrische und gleichmäßige Führung des Strömungsmediums in der Gasturbine in jedem Fall sichergestellt ist.The adjusting ring 2 is suitably connected via associated connecting rods and / or adjusting levers with the guide vanes to be controlled so that an induced rotational or circumferential movement of the adjusting ring 2 results in a corresponding adjustment of the coupled guide vanes and a resulting change in their orientation about their longitudinal axis. Design goal for the vane adjusting device 1 is that, despite the appropriate compensation occurring temperature differences in a position of the vanes on the adjusting ring 2 seen over the circumference symmetrical employment of the guide vanes and thus a circumferentially symmetrical and uniform guidance of the flow medium in the gas turbine is ensured in any case.

Um dies selbst bei der Wahl geeignet dimensionierter Federelemente zuverlässig gewährleisten zu können, ist die Anstellung des Stellrings 2 in der Leitschaufel-Verstelleinrichtung 1 ihrerseits derart symmetrisch ausgelegt, dass die in den Stellring 2 eingeleiteten Kräfte weitestgehend lediglich in Umfangsrichtung wirken, wobei resultierende Kraftkomponenten, die den Mittelpunkt des Stellrings 2 aus seiner hinsichtlich des Turbinenläufers oder der Turbinenzentralachse mittigen Lage verschieben könnten, weitgehend vermieden sein sollen. Dazu ist die Ansteuerung des Stellrings 2 derart ausgelegt, dass sich bei der Ansteuerung ein Verstell-Kräftepaar bildet, das für sich im Gleichgewicht steht und eine reine Rotationsbewegung des Stellrings 2 bewirkt.To be able to reliably ensure this even when choosing suitably dimensioned spring elements, the employment of the adjusting ring 2 in the vane adjusting device 1 in turn designed so symmetrical that the introduced into the collar 2 forces act largely only in the circumferential direction, resulting force components that could shift the center of the adjusting ring 2 from its central position with respect to the turbine rotor or the central turbine axis, should be largely avoided. For this purpose, the control of the adjusting ring 2 is designed such that when driving an adjusting force pair is formed, which is in equilibrium and causes a pure rotational movement of the adjusting ring 2.

Um dies zu ermöglichen, ist der Stellring 2 seinerseits über eine Mehrzahl von, nämlich im Ausführungsbeispiel zwei, Schubstangen 6 anstellbar. Diese sind in Umfangsrichtung des Stellrings 2 gesehen derart verteilt, dass sie symmetrisch am Stellring 2 angreifen. Im Ausführungsbeispiel sind die Angriffspunkte 8 der Schubstangen 6 am Stellring 2 einander direkt gegenüberliegend positioniert.To make this possible, the adjusting ring 2 in turn can be adjusted over a plurality of, in the exemplary embodiment two, push rods 6. These are seen in the circumferential direction of the adjusting ring 2 distributed so that they engage symmetrically on the adjusting ring 2. In the exemplary embodiment, the attack points 8 of the push rods 6 on the adjusting ring 2 positioned directly opposite each other.

Um dabei selbsttätig eine symmetrische und hinsichtlich der resultierenden Krafteinleitung geeignete Ansteuerung des Stellrings 2 zu gewährleisten, sind die Schubstangen 6 bzgl. ihrer Anstellung des Stellrings 2 miteinander verkoppelt und ansteuerseitig über eine Ansteuerwippe 10 miteinander verbunden. Diese ist in einem Lager 12 derart zentral gelagert, dass eine Verkippung der Ansteuerwippe 10 gegenläufige, in ihrer Amplitude gleiche Stellbewegungen der Schubstangen 6 bewirkt, die die gewünschte symmetrische Kräfteeinleitung in den Stellring 2 gewährleisten.In order to automatically ensure a symmetrical and with regard to the resulting application of force suitable control of the adjusting ring 2, the push rods 6 with respect to their employment of the adjusting ring 2 are coupled together and connected on the control side via a drive rocker 10. This is so centrally stored in a bearing 12, that a tilting of the Ansteuerwippe 10 opposing, equal in amplitude amplitude control movements of the push rods 6 causes that ensure the desired symmetrical force introduction into the adjusting ring 2.

Claims (5)

Leitschaufel-Verstelleinrichtung (1) für eine thermische Strömungsmaschine, insbesondere eine Gas- oder Dampfturbine oder einen Verdichter, mit einem außerhalb eines Leitschaufelträgers koaxial zu diesem in Umfangsrichtung bewegbar angeordneten Stellring (2), der zur Anstellung einer Anzahl von Leitschaufeln über zugeordnete Gelenkstangen und/oder Stellhebel mit diesen verbunden ist, wobei der Stellring (2) seinerseits über eine Mehrzahl von, vorzugsweise zwei, Schubstangen (6) anstellbar ist.Guide vane adjusting device (1) for a thermal turbomachine, in particular a gas or steam turbine or a compressor, with an outside of a vane carrier coaxially to this circumferentially movably arranged adjusting ring (2) for employment of a number of vanes via associated joint rods and / or adjusting lever is connected thereto, wherein the adjusting ring (2) in turn via a plurality of, preferably two, push rods (6) is adjustable. Leitschaufel-Verstelleinrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Schubstangen (6) in Umfangsrichtung des Stellrings (2) gesehen symmetrisch verteilt an diesem angreifen.Guide vane adjusting device (1) according to claim 1, wherein the push rods (6) in the circumferential direction of the adjusting ring (2) viewed symmetrically distributed attack on this. Leitschaufel-Verstelleinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
bei der die Schubstangen (6) bezüglich ihrer Anstellung des Stellrings (2) miteinander verkoppelt sind.Guide vane adjusting device (1) according to claim 1 or 2,
in which the push rods (6) with respect to their employment of the adjusting ring (2) are coupled together. Leitschaufel-Verstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei der jeweils zwei Schubstangen (6) paarweise ansteuerseitig über eine Ansteuerwippe (10) verbunden sind.Guide vane adjusting device (1) according to one of claims 1 to 3,
in each case two push rods (6) are connected in pairs on the control side via a drive rocker (10). Gasturbine mit einer Leitschaufel-Verstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.Gas turbine with a vane adjusting device (1) according to one of claims 1 to 4.
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