EP2006495A1 - Positionsregelung für Vordrall-Leitvorrichtung - Google Patents

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EP2006495A1
EP2006495A1 EP07110648A EP07110648A EP2006495A1 EP 2006495 A1 EP2006495 A1 EP 2006495A1 EP 07110648 A EP07110648 A EP 07110648A EP 07110648 A EP07110648 A EP 07110648A EP 2006495 A1 EP2006495 A1 EP 2006495A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
position control
guide
control according
actuator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07110648A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Bättig
Matthias Richner
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.)
Accelleron Industries AG
Original Assignee
ABB Turbo Systems 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 ABB Turbo Systems AG filed Critical ABB Turbo Systems AG
Priority to EP07110648A priority Critical patent/EP2006495A1/de
Priority to PCT/EP2008/057841 priority patent/WO2008155402A1/de
Publication of EP2006495A1 publication Critical patent/EP2006495A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/462—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially 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
    • 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
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/4213—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps suction ports
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • 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
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/51—Inlet

Definitions

  • the invention relates to the field of turbomachines subjected to exhaust gases of internal combustion engines.
  • It relates to a position control of a Vordrall guide for generating a Vordralls in the intake of a compressor and an exhaust gas turbocharger with such a Vordrall guide.
  • Exhaust gas turbochargers are used to increase the performance of internal combustion engines (reciprocating engines). In modern internal combustion engines, the adaptation of the exhaust gas turbocharger to variable operating conditions will become more difficult.
  • a widely used option is the so-called variable turbine and / or compressor geometry.
  • the stator vanes are aligned more or less steeply with the flow upstream of the turbine wheel in accordance with turbine power requirements.
  • the vanes in the diffuser downstream of the compressor wheel are aligned more or less steeply to the flow.
  • Vordrall guiding devices are approximately from the DE 36 13 857 A1 , or the European patent application of 31 March 2006 with the application number 06405137.8 , the contents of which are incorporated by reference into this application.
  • These pre-whirl baffles include a plurality of vanes aligned radially with respect to the compressor axis.
  • Each of the guide vanes in addition to the projecting into the flow channel blade profile a blade shank with which the blade profile is rotatably mounted in a housing.
  • the blade profile can be rotated about the axis of the blade shank via an adjusting lever.
  • an adjusting ring is provided, which is arranged concentrically to the axis of the compressor.
  • the position detection of the guide vanes of the pre-whirl guide device takes place as an absolute value and serves directly as a manipulated variable for the drive.
  • Commercially available actuators with so-called absolute encoders are very expensive and always need a homing to a limit switch.
  • the position of the vane can only be determined indirectly via the armature rotation.
  • the present invention enables accurate, robust and cost-effective detection of the angular position of the vanes of the pre-whirl deflector and the feedback in a closed loop.
  • a simple and very robust rotary potentiometer (optional in hollow shaft design) as a sensor, the angular position of the guide vanes is measured directly.
  • contactless, magnetic or optical angle measuring systems can be used as sensors for detecting the angular position of the guide vanes of the pre-whirl guide.
  • the measurement is made potentiometrically, so that a specific angular position can be determined directly on the basis of a measured current or voltage value.
  • the actuator is actuated as long and thus the adjusting ring or the guide vanes moves until the actual position of the vane coincides with the desired value.
  • a linear actuator (stepper motor with threaded spindle) can be used.
  • These actuators are relatively inexpensive and build very compact. In addition, it is quite robust in terms of vibration and temperature loads.
  • the rotary potentiometer is optionally arranged on the outside of the housing.
  • Another advantage of this arrangement is the simple wiring of the electric motor and the angle sensor. In addition, everything can be accommodated under a common cover.
  • Fig. 1 shows a Vordrall guide in the intake of a compressor.
  • the compressor comprises a compressor housing, which comprises the compressor wheel and forms the flow channel of the medium to be compressed.
  • the radially outer housing 13 comprises in the illustrated embodiment a housing extension 14 and a cover 15 for covering the arranged in the housing extension drive for the pre-whirling guide.
  • the guide device comprises a plurality of guide vanes 20 arranged aligned with respect to the compressor axis in the radial direction.
  • the guide vanes are rotatably mounted in an inner housing 10.
  • a central housing body 12 is arranged in the central region of the guide device, in which the tips of the plurality of guide vanes come together.
  • This central body is concentric with the axis of the compressor.
  • the central body is part of the inner housing, which forms the flow channel of the medium to be compressed in the region of the guide device.
  • the central body 12 can be positioned and retained via one or more radially extending retaining ribs 11. In order not to affect the flow in the flow channel with such ribs, the central body can also be positioned and held on the vane tips.
  • a sensor 60 for detecting the current angular position of the vanes.
  • This sensor which is designed as a rotary potentiometer in the illustrated embodiment, as well as the actuator by means of the fastening means 58 and 65 screwed firmly to the housing.
  • the supply lines for the supply of electrical energy, or the control cables are indicated with the connecting cables 57 for the actuator, and 64 for the sensor.
  • a control unit for driving the actuator which allows the control or regulation with position feedback due to the measured angular positions of the vanes.
  • This control unit may optionally be part of the engine control of the internal combustion engine connected to the exhaust gas turbocharger.
  • the control lines from and to the actuator or sensor can be wired or wireless.
  • Fig. 3 allows a view into the interior of the outer housing, in particular to the drive and the components of the inventive position control for the pre-whirling guide and Fig. 4 shows in detail the individual components of the position control in disassembled state.
  • Each of the guide vanes of the guide device comprises in addition to the projecting into the flow channel blade profile 21 a blade shank 22, with which the blade profile is rotatably mounted in the housing, not shown.
  • the blade profile can rotate about the axis of the blade shank.
  • an adjusting ring 30 is provided, which is arranged concentrically to the axis of the compressor.
  • the torque is transmitted from the adjusting ring 30 on the blade shank 22 via a arranged at the free end of the adjusting lever 23 ball 24.
  • the ball head 24 is guided in a groove 31 of the adjusting ring with two walls running parallel to each other. In the groove of the ball head has the translational and rotational freedom of movement, which are necessary to implement the torque transfer.
  • the ball head is arranged in a translationally displaceable sliding shoe 25. If the adjusting ring 30 is rotated for adjusting the guide vanes, the sliding shoe 25 is displaced by the ball head 24 in the groove 31 in the plane of the groove walls. If the adjusting ring is turned away, the position of the adjusting lever changes relative to the adjusting ring.
  • the translational displacement of the center of rotation of the ball head is made possible by sliding the sliding wall along the groove walls, while for the rotation of the ball head in the ball socket formed by the sliding shoe can rotate arbitrarily in any direction.
  • the shoe may also be formed in two parts by a ball socket half is arranged with a flat, sliding back on each side of the groove in the adjusting ring.
  • the torque transmission from the adjusting ring to the blade shank can also take place via a cylindrical pin arranged at the free end of the adjusting lever.
  • the pin engages in a bore of an adjusting ring also mounted in a bore, cylindrical sliding element.
  • the sliding cylinder settles in Turn the hole around its own axis and move along its own axis.
  • the bore in the sliding cylinder which is provided for receiving the pin, is perpendicular to the axis of the sliding cylinder.
  • the pin can be rotated in this hole around its own axis and move along its own axis.
  • the pin can be fixed in the sliding cylinder and mounted for sliding in a corresponding hole in the free end of the adjusting lever of the guide vane.
  • Blade profile 21, blade shank 22 and the adjusting lever 23 together with the necessary for torque transfer essay can be formed one or more parts.
  • an actuator device 50 To rotate the adjusting ring 30, it requires an actuator device 50.
  • This coupling comprises, for example, a dip tube 54, which can be translationally displaced by means of a rotatable threaded spindles 52.
  • the dip tube moves driven by the spindle and guided, in the tangential direction along the adjusting ring back and forth.
  • the dip tube has a parallel-walled groove which is provided for receiving a sliding pin 41.
  • the sliding pin is additionally connected to the adjusting ring 30 by being rotatably disposed in a bore in radially outwardly projecting tabs 33 of the adjusting ring 30.
  • the actuator is optionally designed as an electric stepper motor, in which the desired rotation direction can be set via the control connection 57.
  • the dip tube is laterally tapered.
  • the threaded spindle can interact directly with teeth arranged on the adjusting ring.
  • the rotational movement of the spindle is converted directly into a rotational movement of the adjusting ring.
  • the inventive position control is based on the accurate detection of the angular position of the vanes 20 of the pre-whirling guide.
  • a rotary potentiometer 61 which comprises a rotatable part, directly or - as in the illustrated embodiment - connected via a connecting pin 70 with the shaft of a vane.
  • a fixed part of the rotary potentiometer is fastened to the housing with fastening means 65, which are arranged in bores 63 in the fastening tabs 62.
  • fastening means 65 which are arranged in bores 63 in the fastening tabs 62.
  • a second sensor may be arranged on the same or another vane.
  • a rotary potentiometer also non-contact magnetic sensors or optical absolute angle measuring systems can be used.
  • connection to the guide vane 20 in the illustrated embodiment via the connecting pin 70.
  • This is arranged in a bore through the housing wall, wherein the bore opening is optionally sealed by means of sealing ring 74, so that no gas exchange between the flow channel and the outside world.
  • the connecting pin 70 is inserted with a defined shaped plug portion 73 in a correspondingly shaped insertion opening 26 in the blade shaft 22, coaxial with the axis of rotation of the guide shaft.
  • the rotary potentiometer is plugged with a likewise defined shaped plug opening 61 on the correspondingly shaped plug portion 71 of the connecting pin to the stop 72.
  • the connecting pin can optionally be part of the blade shank, so that the potentiometer can be plugged directly onto the shank.
  • the pre-twist guide device After switching on or after a fault, the pre-twist guide device does not need to be moved to a specific starting position.
  • the actuator is actuated (in one or the other direction) and thus the adjusting ring or the guide vanes are moved accordingly until the actual position of the guide vanes coincide with the desired value.

Abstract

Die Positionsregelung einer Vordrall-Leitvorrichtung zum Erzeugen eines Vordralls im Ansaugbereich eines Verdichters umfasst einen Aktuator (50) zum Bewegen von Leitelementen (20) der Vordrall-Leitvorrichtung sowie einen Sensor (60), welcher die aktuelle Winkelstellung mindestens eines Leitelementes (20) erfasst. Dies ermöglicht eine exakte, robuste sowie kostengünstige Erkennung der Winkelstellung der Leitschaufeln der Vordrall-Leitvorrichtung und die Rückführung in einem geschlossenen Regelkreis.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der mit Abgasen von Brennkraftmaschinen beaufschlagten Strömungsmaschinen.
  • Sie betrifft eine Positionsregelung einer Vordrall-Leitvorrichtung zum Erzeugen eines Vordralls im Ansaugbereich eines Verdichters sowie einen Abgasturbolader mit einer solchen Vordrall-Leitvorrichtung.
    • Stand der Technik
  • Abgasturbolader werden zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen (Hubkolbenmotoren) eingesetzt. Bei modernen Brennkraftmaschinen wird die Anpassung der Abgasturbolader an variable Betriebsbedingungen zunehmen schwieriger. Eine weit verbreitete Möglichkeit dazu bietet die so genannte variable Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie. Bei der variablen Turbinengeometrie werden die Leitschaufeln des Leitapparates stromauf des Turbinenrades entsprechend dem Leistungsbedarf der Turbine mehr oder weniger steil zur Strömung ausgerichtet. Bei der variablen Verdichtergeometrie werden die Leitschaufeln im Diffusor stromab des Verdichterrades mehr oder weniger steil zur Strömung ausgerichtet.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Anpassung des Abgasturboladers an die variablen Betriebsbedingungen bieten Vordrall-Leitvorrichtungen, welche im Luftansaugebereich des Verdichters in der angesaugten Luft einen bestimmten Vordrall erzeugen, je nach Betriebspunkt mehr oder weniger ausgeprägt mit- oder gegenläufig zur Drehrichtung des Verdichterrades.
  • Solche Vordrall-Leitvorrichtungen, sind etwa aus der DE 36 13 857 A1 , oder der europäische Patentanmeldung vom 31. März 2006 mit der Anmeldenummer 06405137.8 , deren Inhalt in diese Anmeldung durch Verweis einbezogen wird, bekannt.
  • Diese Vordrall-Leitvorrichtungen umfassen mehrere, bezüglich der Verdichterachse in radialer Richtung ausgerichtet angeordnete Leitschaufeln. Jede der Leitschaufeln umfasst neben dem in den Strömungskanal hineinragenden Schaufelprofil einen Schaufelschaft, mit welchem das Schaufelprofil drehbar in einem Gehäuse gelagert ist. Über einen Verstellhebel lässt sich das Schaufelprofil um die Achse des Schaufelschaftes drehen. Zum Antrieb des Verstellhebels, und somit zum Verstellen des Schaufelprofils, ist ein Verstellring vorgesehen, welcher konzentrisch zur Achse des Verdichters angeordnet ist. Durch Drehen des Verstellrings, werden alle Schaufeln gleichzeitig um die jeweiligen Achsen ihrer Schaufelschäfte verstellt, wodurch die zum Verdichterrad geführte Strömung mit einem Mit- oder Gegendrall (bezüglich der Drehrichtung des Verdichterrades) beaufschlagt wird. Der Antrieb des Verstellrings erfolgt bei herkömmlichen Vordrall-Leitvorrichtungen durch einen Aktuator ausserhalb des Gehäuses.
  • Idealerweise erfolgt die Positionserkennung der Leitschaufeln der Vordrall-Leitvorrichtung als Absolutwert und dient direkt als Stellgrösse für den Antrieb. Im Handel erhältliche Aktuatoren mit so genannten Absolut-Encodern sind sehr teuer und brauchen immer auch eine Referenzfahrt auf einen Endschalter. Zudem kann mit einem solchen System die Stellung der Leitschaufel nur indirekt über die Ankerumdrehung ermittelt werden.
    • Kurze Darstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine exakte, robuste sowie kostengünstige Erkennung der Winkelstellung der Leitschaufeln der Vordrall-Leitvorrichtung und die Rückführung in einem geschlossenen Regelkreis (closed loop).
  • Mit einem einfachen und sehr robusten Dreh-Potentiometer (optional in Hohlschaft-Ausführung) als Sensor wird direkt die Winkelstellung der Leitschaufeln gemessen. Alternativ können als Sensoren zur Erkennung der Winkelstellung der Leitschaufeln der Vordrall-Leitvorrichtung kontaktlose, magnetische oder optische Winkelmesssysteme verwendet werden.
  • Diese Potentiometerlösung ist sehr kostengünstig und zudem sehr genau. Durch die optional direkte Anordnung des Winkelgebers auf dem Schaft der Leitschaufel brauchen für die Regelung keine Spiel- und Temperatureinflüsse berücksichtig zu werden.
  • Die Messung erfolgt potentiometrisch, sodass aufgrund eines gemessenen Strom- oder Spannungswertes direkt eine bestimmte Winkelstellung festgestellt werden kann.
  • Hierfür braucht es keine Referenzierung nach dem Einschalten bzw. nach einer Störung, d.h. ein Anfahren einer bestimmten Ausgangsposition ist nicht notwendig. Der Aktuator wird solange betätigt und damit der Verstellring bzw. die Leitschaufeln bewegt, bis die Ist-Position der Leitschaufel mit dem Sollwert übereinstimmt.
  • Als Aktuator kann optional ein Linearaktuator (Schrittmotor mit Gewindespindel) verwendet werden. Diese Aktuatoren sind relativ kostengünstig und bauen sehr kompakt. Zudem ist er recht robust in Bezug auf Vibrationen und Temperaturbelastungen.
  • Um eine einwandfreie Abdichtung zu ermöglichen ist das Drehpotentiometer optional auf der Gehäuseaussenseite angeordnet. Die Verbindung zwischen der Leitschaufel und dem Drehpotentiometer erfolgt über einen Verbindungsstift welcher mit einem Kolbendichtring abgedichtet wird. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist die einfache Verkabelung des Elektromotors und des Winkelgebers. Zudem lässt sich so alles unter einer gemeinsamen Abdeckung unterbringen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen detailliert erläutert. Hierbei zeigt
    • Fig. 1
    einen isometrische Ansicht auf eine im Verdichtergehäuse angeordnete Vordrall-Leitvorrichtung mit einem zugedeckten Gehäusefortsatz,
    Fig. 2
    eine Detailansicht des abgedeckten Gehäusefortsatzes nach Fig. 1 mit einem Aktuator und einem Positionssensor,
    Fig. 3
    eine isometrische Detailansicht des Antriebs und des Positionssensors der Vordrall-Leitvorrichtung nach Fig. 2, und
    Fig.3
    die einzelnen Komponenten des Positionssensors der Vordrall-Leitvorrichtung nach Fig. 2.
    Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt eine Vordrall-Leitvorrichtung im Ansaugbereich eines Verdichters. Solche Verdichter werden, wie eingangs beschrieben, in Abgasturboladern zum Steigern der Leistung von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Der Verdichter umfasst ein Verdichtergehäuse, welches das Verdichterrad umfasst und den Strömungskanal des zu verdichtenden Mediums bildet. Das radial äussere Gehäuse 13 umfasst in der dargestellten Ausführungsform einen Gehäusefortsatz 14 sowie eine Deckel 15 zum Abdecken des im Gehäusefortsatz angeordneten Antriebs für die Vordrall-Leitvorrichtung.
  • Die Leitvorrichtung umfasst mehrere, bezüglich der Verdichterachse in radialer Richtung ausgerichtet angeordnete Leitschaufeln 20. Die Leitschaufeln sind in einem inneren Gehäuse 10 drehbar gelagert. Im zentralen Bereich der Leitvorrichtung, in welchem die Spitzen der mehreren Leitschaufeln zusammen kommen, ist ein zentraler Gehäusekörper 12 angeordnet. Dieser Zentralkörper liegt konzentrisch auf der Achse des Verdichters. Der Zentralkörper ist Teil des inneren Gehäuses, welches im Bereich der Leitvorrichtung den Strömungskanal des zu verdichtenden Mediums bildet.
  • Wie dargestellt, kann der Zentralkörper 12 über eine oder mehrere radial verlaufende Halterippen 11 positioniert und festgehalten sein. Um die Strömung im Strömungskanal nicht mit solchen Rippen beeinträchtigen zu müssen, kann der Zentralkörper auch über die Leitschaufelspitzen positioniert und festgehalten werden.
  • Die Ansicht nach Fig. 2 auf das äussere Gehäuse 13 mit dem Gehäusefortsatz 14 zeigt neben dem Aktuator 51 für den Antrieb der Vordrall-Leitvorrichtung auch ein Sensor 60 zur Erfassung der aktuellen Winkelstellung der Leitschaufeln. Dieser Sensor, in der dargestellten Ausführungsform als Drehpotentiometer ausgebildet, ist ebenso wie der Aktuator mittels der Befestigungsmittel 58 bzw. 65 fest mit dem Gehäuse verschraubt. Die Zuleitungen für die Versorgung mit elektrischer Energie, bzw. die Steuerkabel sind mit den Anschlusskabeln 57 für den Aktuator, bzw. 64 für den Sensor angedeutet. Nicht dargestellt ist eine Steuereinheit zum Ansteuern des Aktuators, welche aufgrund der gemessenen Winkelstellungen der Leitschaufeln die Steuerung bzw. die Regelung mit Positionsrückmeldung ermöglicht. Diese Steuereinheit kann optional Teil der Motorsteuerung der mit dem Abgasturbolader verbundenen Brennkraftmaschine sein. Die Steuerleitungen von und zu dem Aktuator bzw. Sensor können kabelgebunden oder kabellos ausgebildet sein.
  • Fig. 3 erlaubt einen Blick ins Innere des äusseren Gehäuses, insbesondere auf den Antrieb sowie die Bestandteile der erfindungsgemässen Positionsregelung für die Vordrall-Leitvorrichtung und Fig. 4 zeigt im Detail die einzelnen Bestandteile der Positionsregelung in demontiertem Zustand.
  • Jede der Leitschaufeln der Leitvorrichtung umfasst neben dem in den Strömungskanal hineinragenden Schaufelprofil 21 einen Schaufelschaft 22, mit welchem das Schaufelprofil drehbar in dem nicht dargestellten Gehäuse gelagert ist. Über einen Verstellhebel 23 lässt sich das Schaufelprofil um die Achse des Schaufelschaftes drehen. Zum Antrieb des Verstellhebels, und somit zum Verstellen des Schaufelprofils, ist ein Verstellring 30 vorgesehen, welcher konzentrisch zur Achse des Verdichters angeordnet ist.
  • In der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Drehmomentübertragung vom Verstellring 30 auf den Schaufelschaft 22 über einen am freien Ende des Verstellhebels 23 angeordneten Kugelkopf 24. Der Kugelkopf 24 wird in einer Nut 31 des Verstellrings mit zwei parallel zueinander verlaufenden Wänden geführt. In der Nut hat der Kugelkopf die translatorischen und rotatorischen Bewegungsfreiheiten, welche zur Umsetzung der Momentübertragung notwendig sind. Der Kugelkopf ist in einem translatorisch verschiebbar angeordneten Gleitschuh 25 angeordnet. Wird der Verstellring 30 zum Verstellen der Leitschaufeln gedreht, so wird der Gleitschuh 25 von dem Kugelkopf 24 in der Nut 31 in der Ebene der Nutwände verschoben. Wird der Stellring weggedreht, so verändert sich die Lage des Verstellhebels relativ zum Verstellring. Neben der translatorischen Verschiebung des Rotationszentrums des Kugelkopfes innerhalb der Nut, kommt es zu einer Verdrehung des Verstellhebels bezüglich des Verstellrings. Die translatorische Verschiebung des Rotationszentrums des Kugelkopfes wird durch den, den Nutwänden entlang gleitenden Gleitschuh ermöglicht, während sich für die Verdrehung der Kugelkopf in der durch den Gleitschuh geformten Kugelpfanne beliebig in jede Richtung verdrehen kann. Der Gleitschuh kann auch zweiteilig ausgebildet sein, indem auf jeder Seite der Nut im Verstellring eine Kugelpfannenhälfte mit einer flachen, gleitfähigen Rückseite angeordnet ist.
  • Alternativ kann die Drehmomentübertragung vom Verstellring auf den Schaufelschaft auch über einen am freien Ende des Verstellhebels angeordneten, zylinderförmigen Stift erfolgen. Der Stift greift in eine Bohrung eines im Verstellring ebenfalls in einer Bohrung gelagerten, zylinderförmigen Gleitelements ein. Der Gleitzylinder lässt sich in der Bohrung um die eigene Achse drehen und entlang der eigenen Achse verschieben. Die Bohrung im Gleitzylinder, welche zur Aufnahme des Stifts vorgesehen ist, steht senkrecht zur Achse des Gleitzylinders. Der Stift lässt sich in dieser Bohrung um seine eigene Achse drehen und entlang seiner eigenen Achse verschieben. Somit sind wiederum die für die Umsetzung der Momentübertragung notwendigen Bewegungsfreiheiten, je zwei translatorische und rotatorische, gegeben. Optional kann der Stift, im Gleitzylinder fixiert und dafür in einer entsprechenden Bohrung im freien Ende des Verstellhebels der Leitschaufel gleitend gelagert sein.
  • Anstelle der dargestellten und detailliert beschriebenen sind weitere Ausführungsformen zur Momentübertragung denkbar, etwa mit einem als Zahnradsegment ausgebildeten Verstellhebel, welcher in dem mit einem Zahnkranz versehenen Verstellring eingreift.
  • Schaufelprofil 21, Schaufelschaft 22 und der Verstellhebel 23 mitsamt dem für die Momentübertragung notwendigen Aufsatz können ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.
  • Zum Verdrehen des Verstellringes 30 braucht es eine Aktuator-Vorrichtung 50. Diese umfasst einen Aktuator 51, also den eigentlichen Antrieb, und eine Kupplung zum Verstellring 30 gekuppelt ist. Diese Kupplung umfasst beispielsweise ein Tauchrohr 54, welches mittels einer drehbaren Gewindespindeln 52 translatorisch verschoben werden kann. Je nach Drehsinn der Spindel bewegt sich das Tauchrohr von der Spindel angetrieben und geführt, in tangentialer Richtung entlang dem Verstellring hin und zurück. Am freien Ende weist das Tauchrohr eine parallelwandige Nut auf, welche zur Aufnahme eines Gleitstifts 41 vorgesehen ist. Der Gleitstift ist zusätzlich mit dem Verstellring 30 verbunden, indem er drehbar in einer Bohrung in radial nach aussen abstehenden Laschen 33 des Verstellrings 30 angeordnet ist. Der Aktuator ist optional als elektrischer Schrittmotor ausgebildet, bei welchem über den Steueranschluss 57 die gewünschte Rotationsrichtung eingestellt werden kann. Im Bereich der Laschen ist das Tauchrohr seitlich verjüngt.
  • Alternativ kann die Gewindespindel direkt mit auf dem Verstellring angeordneten Zähnen zusammenwirken. In diesem Fall wird die Rotationsbewegung der Spindel direkt in eine Rotationsbewegung des Verstellrings gewandelt.
  • Die erfindungsgemässe Positionsregelung beruht auf der genauen Erfassung der Winkelstellung der Leitschaufeln 20 der Vordrall-Leitvorrichtung. Dabei wird ein Drehpotentiometer 61, welches einen drehbaren Teil umfasst, direkt oder - wie in der dargestellten Ausführungsform - über ein Verbindungsstift 70 mit dem Schaft einer Leitschaufel verbunden. Ein feststehender Teil des Dreh-Potentiometers wird mit Befestigungsmitteln 65, welche in Bohrungen 63 in den Befestigungslaschen 62 angeordnet sind, am Gehäuse befestigt. Ändert sich die Winkellage der Leitschaufel, führt dies dazu, dass der drehbare Teil des Potentiometers relativ zum feststehenden Teil des Potentiometers verdreht wird, so dass sich der über den Anschlusskabeln anliegende elektrische Widerstand ändert. Aufgrund der messbaren elektrischen Kenngrösse kann auf diese Weise präzis die genaue Winkellage der Leitschaufel bestimmt werden. Um die Genauigkeit zu erhöhen, oder um den Ausfall eines Sensors kompensieren zu können, kann optional ein zweiter Sensor auf der gleichen oder einer anderen Leitschaufel angeordnet sein. Anstelle eines Dreh-Potentiometers können auch kontaktlose magnetische Sensoren oder optische Absolutwinkelmesssysteme eingesetzt werden.
  • Die Verbindung zur Leitschaufel 20 erfolgt in der dargestellten Ausführungsform über den Verbindungsstift 70. Dieser ist in einer Bohrung durch die Gehäusewand angeordnet, wobei die Bohröffnung optional mittels Dichtring 74 abgedichtet ist, so dass keinerlei Gasaustausch zwischen dem Strömungskanal und der Aussenwelt erfolgt.
  • Der Verbindungsstift 70 wird mit einem definiert geformten Steckbereich 73 in eine entsprechend geformte Stecköffnung 26 in der Schaufelwelle 22 gesteckt, und zwar koaxial zur Drehachse der Leitschaufelwelle. Das Dreh-Potentiometer wird mit einem ebenfalls definiert geformten Stecköffnung 61 auf den entsprechend geformten Steckbereich 71 des Verbindungsstiftes bis zum Anschlag 72 aufgesteckt.
  • Der Verbindungsstift kann optional Teil des Schaufelschafts sein, so dass das Potentiometer direkt auf den Schaft aufgesteckt werden kann.
  • Nach dem Einschalten bzw. nach einer Störung braucht die Vordrall-Leitvorrichtung nicht in eine bestimmte Ausgangsposition gefahren werden. Der Aktuator wird solange betätigt (in die eine oder andere Richtung) und damit der Verstellring bzw. die Leitschaufeln entsprechend bewegt, bis die Ist-Position der Leitschaufeln mit dem Sollwert übereinstimmen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Inneres Gehäuseteil
    11
    Halterippe
    12
    Zentralkörper
    13
    Äusseres Gehäuseteil
    14
    Gehäusefortsatz
    15
    Gehäusedeckel
    20
    Leitschaufel
    21
    Schaufelprofil
    22
    Schaufelschaft
    23
    Verstellhebel zum Bewegen der Leitschaufeln
    24
    Kugelkopf
    25
    Gleitschuh
    26
    Stecköffnung
    30
    Verstellring zum Bewegen der Leitschaufeln über die Verstellhebel
    31
    Nut zur Aufnahme von Gleitschuh
    32
    Ringbohrung zur Aufnahme von Gleitstift
    33
    Laschen
    41
    Gleitstift
    50
    Aktuator-Vorrichtung
    51
    Aktuator, Linearmotor
    52
    Spindel
    54
    Tauchrohr
    57
    Anschlusskabel
    58
    Befestigungsmittel
    60
    Winkelgeber, Potentiometer
    61
    Stecköffnung
    62
    Befestigungslaschen
    63
    Befestigungsbohrungen
    64
    Anschlusskabel
    65
    Befestigungsmittel
    70
    Verbindungsstift
    71, 73
    Steckbereich
    72
    Anschlag
    74
    Dichtring

Claims (10)

  1. Positionsregelung einer Vordrall-Leitvorrichtung zum Erzeugen eines Vordralls im Ansaugbereich eines Verdichters, umfassend einen Aktuator (50) zum Bewegen von Leitelementen (20) der Vordrall-Leitvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Sensor (60), welcher die aktuelle Winkelstellung mindestens eines Leitelementes (20) erfasst.
  2. Positionsregelung nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Drehpotentiometer (60) umfasst.
  3. Positionsregelung nach Anspruch 1, wobei der Sensor als kontaktloser, magnetischer Sensor ausgebildet ist.
  4. Positionsregelung nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein optisches Absolutwinkelmesssystem umfasst.
  5. Positionsregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sensor (60) über ein drehbares Verbindungsstück (70) mit einem Leitelement (20) verbunden ist.
  6. Positionsregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sensor (60) einen rotierbaren Teil umfasst, und der rotierbare Teil koaxial zu einem drehbaren Schaft (22) des Leitelements angeordnet ist.
  7. Positionsregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Kontrolleinheit über ein Anschlusskabel (64) mit dem Sensor (60) und über ein Anschlusskabel (57) mit dem Aktuator (50) verbunden ist, und die Kontrolleinheit Mittel zum Steuern des Aktuators (50) in Abhängigkeit der vom Sensor (60) erfassten Winkelstellung umfasst.
  8. Positionsregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend mindestens einen weiteren Sensor zum erfassen der aktuellen Winkelstellung des Leitelementes.
  9. Positionsregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend mindestens einen weiteren Sensor zum erfassen der aktuellen Winkelstellung mindestens eines weiteren Leitelementes.
  10. Abgasturbolader, umfassend einen Verdichter mit einer Vordrall-Leitvorrichtung und mit einer Positionsregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2472066A1 (de) * 2010-12-30 2012-07-04 Rolls-Royce Corporation Verstellbare Statorbeschaufelung für Gasturbinentriebwerk, sowie zugehöriges Gasturbinentriebwerk
EP2966268A1 (de) * 2014-07-10 2016-01-13 Hamilton Sundstrand Corporation Winkelmessung für schaufel in heissumgebung
GB2531891A (en) * 2014-10-31 2016-05-04 Hamilton Sundstrand Corp Vane position sensor installation within a turbine case
EP3059398A1 (de) * 2015-02-12 2016-08-24 Hamilton Sundstrand Corporation Steuerungssystem für bewegliche leitschaufel
EP3078816A1 (de) * 2015-04-07 2016-10-12 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur drehwinkelerfassung einstellbarer leitschaufeln
EP3553322A1 (de) 2018-04-10 2019-10-16 Safran Aero Boosters SA Einheit für ein axiales turbotriebwerk mit einem zweiteiligen aussenring
EP3564491A1 (de) * 2018-05-01 2019-11-06 United Technologies Corporation Aktuationssystem für eine verstellbare leitschaufel mit eingebetteter direkter schaufelwinkelmesswelle
BE1029455B1 (fr) * 2021-06-04 2023-01-09 Safran Aero Boosters Ensemble de turbomachine d’aéronef, compresseur, turbomachine et procédé de détermination du calage angulaire d’aubes

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009041964A1 (de) * 2009-09-17 2011-06-09 Mahle International Gmbh Stellvorrichtung
US11852020B2 (en) * 2022-04-01 2023-12-26 General Electric Company Adjustable inlet guide vane angle monitoring device

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3799689A (en) * 1971-05-14 1974-03-26 Hitachi Ltd Operating apparatus for guide vanes of hydraulic machine
US4380893A (en) * 1981-02-19 1983-04-26 The Garrett Corporation Compressor bleed air control apparatus and method
US5025629A (en) * 1989-03-20 1991-06-25 Woollenweber William E High pressure ratio turbocharger
EP0886069A2 (de) * 1994-05-23 1998-12-23 Ebara Corporation Turbomaschine mit Leiteinrichtungen mit variablem Winkel
EP1036924A2 (de) * 1999-03-16 2000-09-20 General Electric Company Gasturbinenkraftzentrale mit Regelung der Reservekapazität
EP1063402A2 (de) * 1999-06-25 2000-12-27 General Electric Company Betriebsweise um eine Industriegasturbine mit optimaler Leistung zu betreiben
US6364602B1 (en) * 2000-01-06 2002-04-02 General Electric Company Method of air-flow measurement and active operating limit line management for compressor surge avoidance
JP2002130183A (ja) * 2000-10-25 2002-05-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 航空エンジン用入口案内翼装置とその制御方法
EP1274164A2 (de) * 2001-07-07 2003-01-08 Lucas Industries Limited Leitschaufel-Verstellantrieb
EP1349259A2 (de) * 2002-03-27 2003-10-01 Hitachi, Ltd. Elektronisch gesteuerter Antrieb

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3799689A (en) * 1971-05-14 1974-03-26 Hitachi Ltd Operating apparatus for guide vanes of hydraulic machine
US4380893A (en) * 1981-02-19 1983-04-26 The Garrett Corporation Compressor bleed air control apparatus and method
US5025629A (en) * 1989-03-20 1991-06-25 Woollenweber William E High pressure ratio turbocharger
EP0886069A2 (de) * 1994-05-23 1998-12-23 Ebara Corporation Turbomaschine mit Leiteinrichtungen mit variablem Winkel
EP1036924A2 (de) * 1999-03-16 2000-09-20 General Electric Company Gasturbinenkraftzentrale mit Regelung der Reservekapazität
EP1063402A2 (de) * 1999-06-25 2000-12-27 General Electric Company Betriebsweise um eine Industriegasturbine mit optimaler Leistung zu betreiben
US6364602B1 (en) * 2000-01-06 2002-04-02 General Electric Company Method of air-flow measurement and active operating limit line management for compressor surge avoidance
JP2002130183A (ja) * 2000-10-25 2002-05-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 航空エンジン用入口案内翼装置とその制御方法
EP1274164A2 (de) * 2001-07-07 2003-01-08 Lucas Industries Limited Leitschaufel-Verstellantrieb
EP1349259A2 (de) * 2002-03-27 2003-10-01 Hitachi, Ltd. Elektronisch gesteuerter Antrieb

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9033654B2 (en) 2010-12-30 2015-05-19 Rolls-Royce Corporation Variable geometry vane system for gas turbine engines
EP2472066A1 (de) * 2010-12-30 2012-07-04 Rolls-Royce Corporation Verstellbare Statorbeschaufelung für Gasturbinentriebwerk, sowie zugehöriges Gasturbinentriebwerk
EP2966268A1 (de) * 2014-07-10 2016-01-13 Hamilton Sundstrand Corporation Winkelmessung für schaufel in heissumgebung
US9732624B2 (en) 2014-07-10 2017-08-15 Hamilton Sundstrand Corporation Hot environment vane angle measurement
GB2531891A (en) * 2014-10-31 2016-05-04 Hamilton Sundstrand Corp Vane position sensor installation within a turbine case
GB2531891B (en) * 2014-10-31 2023-06-14 Hamilton Sundstrand Corp Vane position sensor installation within a turbine case
US9970315B2 (en) 2015-02-12 2018-05-15 Hamilton Sundstrand Corporation Movable vane control system
EP3059398A1 (de) * 2015-02-12 2016-08-24 Hamilton Sundstrand Corporation Steuerungssystem für bewegliche leitschaufel
WO2016162139A1 (de) * 2015-04-07 2016-10-13 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur drehwinkelerfassung einstellbarer leitschaufeln
EP3078816A1 (de) * 2015-04-07 2016-10-12 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur drehwinkelerfassung einstellbarer leitschaufeln
EP3553322A1 (de) 2018-04-10 2019-10-16 Safran Aero Boosters SA Einheit für ein axiales turbotriebwerk mit einem zweiteiligen aussenring
BE1026199B1 (fr) * 2018-04-10 2019-11-12 Safran Aero Boosters S.A. Virole exterieure en deux parties
EP3564491A1 (de) * 2018-05-01 2019-11-06 United Technologies Corporation Aktuationssystem für eine verstellbare leitschaufel mit eingebetteter direkter schaufelwinkelmesswelle
US10968767B2 (en) 2018-05-01 2021-04-06 Raytheon Technologies Corporation Nested direct vane angle measurement shaft
BE1029455B1 (fr) * 2021-06-04 2023-01-09 Safran Aero Boosters Ensemble de turbomachine d’aéronef, compresseur, turbomachine et procédé de détermination du calage angulaire d’aubes

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