EP2261466A1 - Verstelleinrichtung für Leitschaufeln einer Turbine - Google Patents

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EP2261466A1
EP2261466A1 EP09007624A EP09007624A EP2261466A1 EP 2261466 A1 EP2261466 A1 EP 2261466A1 EP 09007624 A EP09007624 A EP 09007624A EP 09007624 A EP09007624 A EP 09007624A EP 2261466 A1 EP2261466 A1 EP 2261466A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
adjusting
turbine
guide vanes
vanes
adjusting device
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Withdrawn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
EP09007624A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roderich Bryk
Björn Buchholz
Jens Sander
Vadim Shevchenko
Stephan Sonnen
Oliver Dr. Strohmeier
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 EP09007624A priority Critical patent/EP2261466A1/de
Publication of EP2261466A1 publication Critical patent/EP2261466A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/56—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/563—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual 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
    • F05D2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position
    • F05D2260/52—Kinematic linkage, i.e. transmission of position involving springs

Definitions

  • the invention relates to an adjusting device for guide vanes of a turbine, in particular an adjusting device for guide vanes of the compressor part of a gas turbine.
  • a turbine in particular a gas turbine, is divided in the axial direction usually into a compressor part (in which the fluid flowing through the turbine is compressed) and a turbine part (in which the fluid is expanded with the development of mechanical energy).
  • turbine is used below generally for both the compressor part of a turbine (or gas turbine), as well as for the "actual” turbine part of the gas or steam turbine.
  • the turbine normally comprises a housing.
  • a rotatable rotor is accommodated, on whose circumference in each case a plurality of turbine blades (blades) are arranged in several rows.
  • a row of guide vanes is usually arranged in each case between two rows of blades. The vanes are - fixed in place on the housing - in contrast to the blades.
  • the vanes serve to direct the flowing gas directed at the blades.
  • the vanes are usually pivotable about their longitudinal axis.
  • an adjusting device is provided which comprises a housing enclosing, rotatable adjusting ring, which has a Lever all vanes of a row of vanes uniformly pivoted according to its own rotation.
  • the adjusting ring is usually rotated by means of an adjusting drive.
  • the vanes remain either rigidly in the last occupied position or pivot due to external forces in an undefined position. As a result, the turbine operation can be significantly disturbed.
  • the invention has for its object to provide an adjustment for vanes of a turbine, which allows a particularly safe operation of the same.
  • the adjusting device comprises an adjusting mechanism coupled to the guide vanes for the reversible pivoting of the guide vanes about their respective axis.
  • the adjusting device further comprises an adjusting drive, which acts on the adjustment mechanism for actuating the latter.
  • the adjusting device comprises at least one - indirectly or directly - acting on the or each vane spring element that transfers the or each vane in case of deactivation or failure of the respective associated adjustment drive in a defined default position.
  • the adjusting mechanism coupled to the guide vanes is transferred into a defined rest position.
  • the adjusting device according to the invention advantageously allows the use of a merely unidirectionally operating adjusting drive or only unidirectionally force-transmitting components of the adjusting mechanism (for example Bowden cables), since the return of the guide vanes to the failure position is effected by the or each spring element.
  • the adjusting drive is formed by a hydraulic drive, alternatively by a pneumatic drive.
  • a substantially rigid adjustment mechanism which acts on all vanes of a row of vanes, so that they are always pivoted simultaneously and together.
  • This adjusting mechanism is preferably formed essentially by an adjusting ring, the -. B. via a lever device - is coupled to the vanes of the vane row, and by the - in particular a single - adjustment is rotatable.
  • several adjusting drives are each coupled via the associated adjusting mechanism with a single vane or with a group of vanes.
  • the adjusting mechanism has at least one damping element for non-abrupt, but only gradual pivoting of the guide vanes in their default position.
  • the damping element prevents a sudden twisting of the adjusting ring. This is to avoid that the adjustable vanes are abruptly - within a very short time - swung into your default position.
  • the fuel supply can be tracked and adapted to the changing gas mass flow without the gas turbine during which reaches harmful operating conditions.
  • a rigid, in particular annular adjustment mechanism which is - in particular a single - spring element preferably between the adjustment - in particular the adjusting - and a stationary turbine part - in particular a turbine housing - spanned.
  • the spring element thus acts only indirectly, namely on the adjusting mechanism, on the vanes.
  • a single spring element in particular directly, acts on each of the guide vanes.
  • the or each spring element can also be effectively attached to a drive part of the adjustment drive that actuates the adjustment mechanism.
  • the spring element is formed by a screw, a leaf or a leg spring.
  • a damping element for example, a shock absorber is provided.
  • a "closed” or “open” vane position may preferably be selected depending on the nature of the turbine and its location as a default position in which the vanes are reset under the action of the or each spring element defined.
  • the closed position is that position in which the vane, or its vane blade, is substantially transverse to the axial direction of the turbine. If all the guide vanes are in this position, in particular an operating point is set here, which corresponds to a minimum gas mass flow flowing through the row of guide vanes.
  • the closed position for example, in a so-called "Peaker machine", which is briefly used only for peak load cover, preferably be selected as a default position, but this is not mandatory.
  • the opened position is correspondingly the position in which the vane, or its vane blade, is substantially longitudinal to the axial direction of the turbine. If all the guide vanes are in this failure position, an operating point corresponding to a maximum gas mass flow is correspondingly set here.
  • the open position for example, in a so-called base load machine preferably be selected as a default position, but this is not mandatory here.
  • the failure position may be dependent on further different boundary conditions, such as, for example, the location of the gas turbine and / or existing climatic conditions on the site.
  • boundary conditions such as, for example, the location of the gas turbine and / or existing climatic conditions on the site.
  • Other boundary conditions are still conceivable.
  • a vane position lying between the closed and the open position can also be selected as the default position.
  • FIG. 1 shows a partial longitudinal section through a compressor 1 of a gas turbine 2.
  • Gas turbine 2 and the compressor 1 is oriented substantially horizontally in the illustration.
  • the compressor 1 comprises a roughly cylindrical housing 4, which accommodates a (not shown here) rotor with a plurality of axially in the axial direction 3 series of blades.
  • Each blade row comprises a plurality of rotor blades uniformly distributed over the circumference of the rotor (also not shown here).
  • the rotor blades essentially serve to compress the gas 6 intended to flow in the direction of flow 5 through the compressor 1.
  • a stationary guide blade row 7 is arranged in each case between two (rotatable) blade rows.
  • the present presentation is restricted to the area of a single row of guide vanes 7.
  • Each guide vane row 7 in turn comprises a plurality of vanes 8 uniformly distributed over the inner circumference of the housing 4.
  • Each vane 8 is aligned with its axis 9 essentially in the radial direction of the compressor 1.
  • Each guide blade 8 comprises an airfoil 10, on which radially on the inside a shaft 11, and radially outside a spindle 12 is mounted.
  • each vane 8 Radially inside each vane 8 is supported with its shaft 11 in each case in a corresponding bushing 13 of an inner ring 14 mounted on the rotor.
  • each lever 18 belonging to a lever 18 is mounted substantially rigidly at the same at this rigid.
  • Each lever 18 in turn is connected in each case via a bearing 19 hingedly connected to an adjusting ring 20.
  • the adjusting ring 20, as well as the lever device 17 are parts of a assembly referred to here as adjustment 21.
  • the adjusting mechanism 21 is in turn part of an adjusting device 22.
  • the adjusting ring 20 is rotatably mounted radially on the outside with bearing elements 23 on the housing 4, wherein its axis of rotation is substantially concentric with the axis of the gas turbine 2 and the compressor 1 is aligned.
  • a rotation of the adjusting ring 20 via the lever device 17 causes a uniform simultaneous pivoting of all vanes 8 about their respective axis.
  • the guide vanes 8 can in principle be adjusted to any desired position.
  • the first, referred to as "closed" end position is reached when the blades 10 of all vanes 8 are placed with their respective blade surface substantially transverse to the flow direction 5, that is, if the free flow area in the region of the guide blade row 7 is reduced to a minimum.
  • the second, referred to as "open" end position is accordingly reached when the blades 10 of all vanes 8 are placed with their respective blade surface substantially parallel to the flow direction 5, so if the free flow area in the region of the guide blade row 7 is maximum.
  • FIG. 2 the adjusting device 22 is shown in a schematic schematic diagram.
  • the adjusting device 22 comprises the adjusting mechanism 21, with the adjusting ring 20, which acts on the guide vanes 8 via the lever device 17 (not shown here).
  • the adjusting device 22 further comprises an adjusting drive 30.
  • the adjusting drive 30 is formed by a hydraulic unit, which comprises a piston 32 movably received in a cylinder 31.
  • the punch 32 is connected to the rotation of the adjusting ring 20 via a boom 33 with this.
  • the adjustment may be deviating also formed by a pneumatic unit.
  • a spring element 35 (here in the form of a helical compression spring) with its first end 36 is attached.
  • a transversal movement of the punch 32 causes a rotational movement of the adjusting ring 20, also indicated by an arrow 41, whereby a restoring force F (directed essentially tangentially to the adjusting ring 20) of the spring element 35 is overcome.
  • the adjusting ring 20 is rotated from a rest position into a - shown by dashed lines - working position.
  • the spring element 35 is transferred from a relaxed rest position into a tensioned working position (not shown for clarity).
  • the spring element 35 relaxes back to its rest position, wherein the adjusting ring 20 by the arm 34 acting on the restoring force F also back is gradually and not abruptly transferred to its rest position. The gradual return is accomplished by a corresponding, not shown damper element.
  • the gas turbine 2 is used for base load coverage.
  • the rest position of the adjusting ring 20 is in this case selected such that it corresponds to the previously described open failure position of the guide vanes 8.

Landscapes

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

Abstract

Eine Verstelleinrichtung (22) für Leitschaufeln (8) einer Turbine (2) wird angegeben, die einen besonders sicheren Betrieb derselben ermöglicht. Danach umfasst die Verstelleinrichtung (22) eine mit den Leitschaufeln (8) gekoppelte Verstellmechanik (21) zur reversiblen Verschwenkung der Leitschaufeln (8) um ihre jeweilige Achse. Die Verstelleinrichtung (22) umfasst weiterhin einen Verstellantrieb (30), der zur Betätigung der Verstellmechanik (21) auf diese einwirkt. Zusätzlich umfasst die Verstelleinrichtung (22) mindestens ein auf die oder jede Leitschaufel (8) einwirkendes Federelement (35), das die oder jede Leitschaufel (8) bei Deaktivierung des jeweils zugeordneten Verstellantriebs (30) in eine definierte Ausfallposition überführt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstelleinrichtung für Leitschaufeln einer Turbine, insbesondere auf eine Verstelleinrichtung für Leitschaufeln des Verdichterteils einer Gasturbine.
  • Eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine, ist in Axialrichtung meist in einen Verdichterteil (in welchem das die Turbine durchströmende Fluid komprimiert wird) und einen Turbinenteil (in welchem das Fluid unter Entwicklung von mechanischer Energie entspannt wird) unterteilt. Der Begriff "Turbine" wird im Folgenden allgemein sowohl für den Verdichterteil einer Turbine (oder Gasturbine), als auch für den "eigentlichen" Turbinenteil der Gas- oder auch Dampfturbine verwendet.
  • Sowohl im Verdichterteil als auch im Turbinenteil umfasst die Turbine normalerweise ein Gehäuse. In dem Gehäuse ist ein rotierbarer Läufer aufgenommen, an dessen Umfang in mehreren Reihen jeweils eine Vielzahl von Turbinenschaufeln (Laufschaufeln) angeordnet sind. In Axialrichtung der Turbine ist üblicherweise jeweils zwischen zwei Laufschaufelreihen jeweils eine Leitschaufelreihe angeordnet. Die Leitschaufeln sind - im Gegensatz zu den Laufschaufeln ortsfest am Gehäuse angebracht.
  • Die Leitschaufeln dienen dazu, das strömende Gas gerichtet auf die Laufschaufeln zu leiten. Um dabei unterschiedlichen Betriebsbedingungen gerecht zu werden, sind die Leitschaufeln üblicherweise um ihre Längsachse verschwenkbar. In einer herkömmlichen Bauform, wie sie beispielsweise aus der DE 103 51 202 A1 oder der DE 102 43 103 A1 bekannt ist, ist hierzu eine Verstelleinrichtung vorgesehen, die einen das Gehäuse umschließenden, rotierbaren Verstellring umfasst, der über eine Hebelvorrichtung alle Leitschaufeln einer Leitschaufelreihe gleichförmig entsprechend seiner eigenen Verdrehung verschwenkt.
  • Der Verstellring wird üblicherweise mittels eines Verstellantriebs verdreht. Bei Ausfall dieses Verstellantriebs bleiben die Leitschaufeln entweder starr in der zuletzt eingenommenen Position stehen oder schwenken aufgrund äußerer Kräfte in eine undefinierte Position. Hierdurch kann der Turbinenbetrieb erheblich gestört werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstelleinrichtung für Leitschaufeln einer Turbine anzugeben, die einen besonders sicheren Betrieb derselben ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach ist eine Verstelleinrichtung für Leitschaufeln einer Turbine - insbesondere für Leitschaufeln des Verdichterteils einer Gasturbine - vorgesehen. Die Verstelleinrichtung umfasst eine mit den Leitschaufeln gekoppelte Verstellmechanik zur reversiblen Verschwenkung der Leitschaufeln um ihre jeweilige Achse. Die Verstelleinrichtung umfasst weiterhin einen Verstellantrieb, der zur Betätigung der Verstellmechanik auf diese einwirkt. Zusätzlich umfasst die Verstelleinrichtung mindestens ein - mittelbar oder unmittelbar - auf die oder jede Leitschaufel einwirkendes Federelement, das die oder jede Leitschaufel bei Deaktivierung oder Ausfall des jeweils zugeordneten Verstellantriebs in eine definierte Ausfallposition überführt. Vorzugsweise wird dabei jeweils auch die mit den Leitschaufeln gekoppelte Verstellmechanik in eine definierte Ruheposition überführt.
  • Durch das oder jedes Federelement wird also bei Ausfall des Verstellantriebs eine automatische Rückstellung der Leitschaufeln in die definierte Ausfallposition bewirkt, so dass unkontrollierbare Turbinenzustände sicher ausgeschlossen sind.
  • Ferner lässt die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung als Option vorteilhafterweise den Einsatz eines lediglich unidirektional arbeitenden Verstellantriebs oder lediglich unidirektional kraftübertragender Komponenten der Verstellmechanik (z.B. Bowdenzüge) zu, da die Rückstellung der Leitschaufeln in die Ausfallposition durch das oder jedes Federelement bewirkt wird.
  • In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Verstellantrieb durch einen Hydraulikantrieb, alternativ dazu durch einen Pneumatikantrieb gebildet.
  • In einfacher und effektiver Ausführung ist eine in sich im Wesentlichen starre Verstellmechanik vorgesehen, die auf alle Leitschaufeln einer Leitschaufelreihe wirkt, so dass diese stets zeitgleich und gemeinsam verschwenkt werden. Diese Verstellmechanik ist vorzugsweise im Wesentlichen durch einen Verstellring gebildet, der - z. B. über eine Hebelvorrichtung - mit den Leitschaufeln der Leitschaufelreihe gekoppelt ist, und der durch den - insbesondere einen einzelnen - Verstellantrieb verdrehbar ist. Alternativ dazu ist auch denkbar, dass mehrere Verstellantriebe jeweils über die zugeordnete Verstellmechanik mit einer einzelnen Leitschaufel oder mit einer Gruppe von Leitschaufeln gekoppelt sind.
  • Bevorzugt weist die Verstellmechanik zumindest ein Dämpfungselement zum nicht schlagartigen, sondern nur allmählichen Schwenken der Leitschaufeln in ihre Ausfallposition auf. Vorzugsweise verhindert das Dämpfungselement ein schlagartiges Verdrehen des Verstellrings. Hierdurch soll vermieden werden, dass die verstellbaren Leitschaufeln schlagartig - innerhalb kürzester Zeit - in Ihre Ausfallposition geschwenkt werden. Durch ein nur allmähliches Schwenken der Leitschaufeln in ihre Ausfallposition kann dann beispielsweise die Brennstoffzufuhr nachgeführt und an den sich ändernden Gasmassenstrom angepasst werden, ohne dass die Gasturbine währenddessen schädliche Betriebszustände erreicht.
  • Bei einer starren, insbesondere ringförmigen Verstellmechanik, ist das - insbesondere ein einzelnes - Federelement vorzugsweise zwischen der Verstellmechanik - insbesondere dem Verstellring - und einem ortsfesten Turbinenteil - insbesondere einem Turbinengehäuse - aufgespannt. Das Federelement wirkt so nur mittelbar, nämlich über die Verstellmechanik, auf die Leitschaufeln.
  • Alternativ ist im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, dass an jeder der Leitschaufeln ein einzelnes Federelement, insbesondere unmittelbar, angreift. In einer weiteren Alternative kann das oder jedes Federelement jeweils auch an einem die Verstellmechanik betätigenden Antriebsteil des Verstellantriebs wirksam angebracht sein.
  • Vorzugsweise ist das Federelement durch eine Schrauben-, eine Blatt- oder eine Schenkelfeder gebildet. Andere Bauformen des Federelements sind jedoch auch möglich. Als Dämpfungselement ist beispielsweise ein Stoßdämpfer vorgesehen.
  • Beispielsweise kann je nach Art der Turbine und Ort ihrer Aufstellung als Ausfallposition, in die die Leitschaufeln unter Wirkung des oder jeden Federelements definiert rückgestellt werden, eine "geschlossene" oder "geöffnete" Leitschaufelstellung bevorzugt gewählt sein.
  • Als geschlossene Stellung wird diejenige Position bezeichnet, in der die Leitschaufel, bzw. deren Leitschaufelblatt, im Wesentlichen quer zur Axialrichtung der Turbine steht. Befinden sich alle Leitschaufeln in dieser Position, ist hier insbesondere ein Betriebspunkt eingestellt, der mit einem minimalen durch die Leitschaufelreihe strömenden Gasmassenstrom korrespondiert. Die geschlossene Stellung kann beispielsweise bei einer sogenannten "Peaker-Maschine", die nur zur Spitzenlastabdeckung kurzzeitig eingesetzt wird, bevorzugt als Ausfallposition ausgewählt sein, was aber nicht zwingend ist. Als geöffnete Stellung wird entsprechend diejenige Position bezeichnet, in der die Leitschaufel, bzw. deren Leitschaufelblatt, im Wesentlichen längs zur Axialrichtung der Turbine steht. Befinden sich alle Leitschaufeln in dieser Ausfallposition, ist hier entsprechend ein mit einem maximalen Gasmassenstrom korrespondierender Betriebspunkt eingestellt. Die geöffnete Stellung kann beispielsweise bei einer sogenannten Grundlastmaschine bevorzugt als Ausfallposition ausgewählt sein, was aber auch hier nicht zwingend ist.
  • In der Praxis kann die Ausfallposition von weiteren unterschiedlichen Randbedingungen, wie beispielsweise vom Standort der Gasturbine und/oder von am Standort vorhandenen klimatischen Bedingungen abhängig sein. Andere Randbedingungen sich weiter denkbar.
  • In speziellen Anwendungsfällen kann aber auch eine zwischen der geschlossenen und der offenen Stellung liegende Leitschaufelstellung als Ausfallposition gewählt sein.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Darin zeigen:
    • FIG 1
    in einer schematischen Schnittdarstellung eine ver- stellbare Leitschaufel, sowie einen Verstellring einer zugehörigen Verstelleinrichtung, und
    FIG 2
    in einer Prinzipskizze die Verstelleinrichtung aus FIG 1.
  • Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • FIG 1 zeigt einen ausschnittweisen Längsschnitt durch einen Verdichter 1 einer Gasturbine 2. Eine Axialrichtung 3 der
  • Gasturbine 2 bzw. des Verdichters 1 ist dabei in der Darstellung im Wesentlichen horizontal ausgerichtet.
  • Der Verdichter 1 umfasst ein in groben Zügen zylinderförmiges Gehäuse 4, welches einen (hier nicht dargestellten) Rotor mit einer Vielzahl von in Axialrichtung 3 hintereinandergeschalteten Laufschaufelreihen aufnimmt.
  • Jede Laufschaufelreihe umfasst eine Vielzahl von über den Umfang des Rotors gleichmäßig verteilten Laufschaufeln (hier ebenfalls nicht dargestellt). Die Laufschaufeln dienen im Wesentlichen zur Verdichtung des bestimmungsgemäß in Strömungsrichtung 5 durch den Verdichter 1 strömenden Gases 6.
  • In Axialrichtung 3 ist jeweils zwischen zwei (rotierbaren) Laufschaufelreihen eine ortsfeste Leitschaufelreihe 7 angeordnet. Die vorliegende Darstellung beschränkt sich dabei auf den Bereich einer einzigen Leitschaufelreihe 7.
  • Jede Leitschaufelreihe 7 umfasst wiederum eine Vielzahl von über den Innenumfang des Gehäuses 4 gleichmäßig verteilten Leitschaufeln 8. Jede Leitschaufel 8 ist dabei mit ihrer Achse 9 im Wesentlichen in Radialrichtung des Verdichters 1 ausgerichtet.
  • Jede Leitschaufel 8 umfasst ein Schaufelblatt 10, an welchem radial innenseitig ein Schaft 11, und radial außenseitig eine Spindel 12 angebracht ist.
  • Radial innenseitig ist jede Leitschaufel 8 mit ihrem Schaft 11 jeweils in einer korrespondierenden Buchse 13 eines auf dem Rotor gelagerten Innenrings 14 gehaltert.
  • Radial außenseitig ist die Spindel 12 jeder Leitschaufel 8 jeweils durch eine Durchführung 15 aus dem Gehäuse 4 herausgeführt.
  • Am radial außenliegenden Ende 16 jeder Spindel 12 ist ein zu einer Hebelvorrichtung 17 gehöriger Hebel 18 im Wesentlichen rechtwinklig zu derselben an dieser starr befestigt. Jeder Hebel 18 wiederum ist jeweils über ein Lager 19 gelenkig mit einem Verstellring 20 verbunden. Der Verstellring 20, sowie die Hebelvorrichtung 17 sind Teile einer hier als Verstellmechanik 21 bezeichneten Baugruppe. Die Verstellmechanik 21 ist wiederum Teil einer Verstelleinrichtung 22.
  • Der Verstellring 20 ist radial außenseitig mit Lagerelementen 23 auf dem Gehäuse 4 rotierbar gelagert, wobei seine Rotationsachse im Wesentlichen konzentrisch zur Achse der Gasturbine 2 bzw. des Verdichters 1 ausgerichtet ist.
  • Eine Rotation des Verstellrings 20 bewirkt über die Hebelvorrichtung 17 eine gleichförmige gleichzeitige Verschwenkung aller Leitschaufeln 8 um ihre jeweilige Achse 9.
  • Dabei können die Leitschaufeln 8 je nach Rotationswinkel des Verstellrings 20 zwischen zwei Endpositionen grundsätzlich in jede beliebige Position verstellt werden.
  • Die erste, als "geschlossen" bezeichnete Endposition ist erreicht, wenn die Schaufelblätter 10 aller Leitschaufeln 8 mit ihrer jeweiligen Schaufelfläche im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung 5 gestellt sind, wenn also die im Bereich der Leitschaufelreihe 7 freie durchströmte Fläche auf ein Minimum reduziert ist.
  • Die zweite, als "geöffnet" bezeichnete Endposition ist dementsprechend dann erreicht, wenn die Schaufelblätter 10 aller Leitschaufeln 8 mit ihrer jeweiligen Schaufelfläche im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung 5 gestellt sind, wenn also die freie durchströmte Fläche im Bereich der Leitschaufelreihe 7 maximal ist.
  • In FIG 2 ist die Verstelleinrichtung 22 in einer schematischen Prinzipskizze gezeigt.
  • Die Verstelleinrichtung 22 umfasst die Verstellmechanik 21, mit dem Verstellring 20, der über die Hebelvorrichtung 17 (hier nicht dargestellt) an den Leitschaufeln 8 angreift.
  • Die Verstelleinrichtung 22 umfasst weiterhin einen Verstellantrieb 30. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Verstellantrieb 30 durch eine Hydraulikeinheit gebildet, die einen in einem Zylinder 31 beweglich aufgenommenen Stempel 32 umfasst. Der Stempel 32 ist zur Verdrehung des Verstellrings 20 über einen Ausleger 33 mit diesem verbunden. Der Verstellantrieb kann abweichend davon auch durch eine Pneumatikeinheit gebildet sein.
  • An einem weiteren Ausleger 34 des Verstellrings 20 ist ein Federelement 35 (hier in Form einer Wendeldruckfeder) mit seinem ersten Ende 36 angebracht.
  • Mit seinem von dem Ausleger 34 abgewandten zweiten Ende 37 ist das Federelement 35 am Gehäuse 4 der Gasturbine 2 befestigt.
  • Eine durch einen Pfeil 40 dargestellte Transversalbewegung des Stempels 32 bewirkt eine - ebenfalls durch einen Pfeil 41 gekennzeichnete - Rotationsbewegung des Verstellrings 20, wobei eine (im Wesentlichen tangential zum Verstellring 20 ausgerichtete) Rückstellkraft F des Federelements 35 überwunden wird. Hierbei wird der Verstellring 20 aus einer Ruheposition in eine - gestrichelt dargestellte - Arbeitsposition verdreht. Zudem wird das Federelement 35 aus einer entspannten Ruhelage in eine - der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte - gespannte Arbeitslage überführt.
  • Bei einem Ausfall des Verstellantriebs 30 (aber auch bei einem bewussten, beispielsweise betriebsbedingten, Abschalten des Verstellantriebs 30) entspannt sich das Federelement 35 zurück in seine Ruhelage, wobei der Verstellring 20 durch die am Ausleger 34 angreifende Rückstellkraft F ebenfalls zurück in seine Ruheposition allmählich und nicht schlagartig überführt wird. Die allmähliche Rückführung wird dabei durch ein entsprechendes, nicht gezeigtes Dämpferelement bewerkstelligt.
  • In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Gasturbine 2 zur Grundlastabdeckung eingesetzt. Die Ruheposition des Verstellrings 20 ist hierbei derart gewählt, dass sie mit der zuvor beschriebenen offenen Ausfallposition der Leitschaufeln 8 korrespondiert.

Claims (8)

  1. Verstelleinrichtung (22) für Leitschaufeln (8) einer Turbine (2), insbesondere für Leitschaufeln eines Gasturbinenverdichters (1),
    - mit einer mit den Leitschaufeln (8) gekoppelten Verstellmechanik (21) zur reversiblen Verschwenkung der Leitschaufeln (8) um ihre jeweilige Achse (9),
    - mit mindestens einem auf die Verstellmechanik (21) wirkenden Verstellantrieb (30), sowie
    - mit mindestens einem auf die oder jede Leitschaufel (8) einwirkenden Federelement (35), das die oder jede Leitschaufel (8) bei Deaktivierung oder Ausfall des jeweils zugeordneten Verstellantriebs (30) in eine definierte Ausfallposition überführt.
  2. Verstelleinrichtung (22) nach Anspruch 1,
    wobei die Verstellmechanik (21) einen mit allen Leitschaufeln (8) einer Leitschaufelreihe (7) gekoppelten rotierbaren Verstellring (20) umfasst.
  3. Verstelleinrichtung (22) nach Anspruch 2,
    wobei das oder jedes Federelement (35) zwischen dem Verstellring (20) und einem ortsfesten Turbinenteil, insbesondere einem Turbinengehäuse (4), aufgespannt ist.
  4. Verstelleinrichtung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verstellmechanik (21) ein Dämpfungselement zum allmählichen Schwenken der Leitschaufeln (8) in ihre Ausfallposition aufweist.
  5. Verstelleinrichtung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das oder jedes Federelement (35) durch eine Schrauben-, Blatt-, oder Schenkelfeder gebildet ist.
  6. Verstelleinrichtung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die oder jede Leitschaufel (8) in der Ausfallposition im Wesentlichen geschlossen ist.
  7. Verstelleinrichtung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die oder jede Leitschaufel (8) in der Ausfallposition im Wesentlichen geöffnet ist.
  8. Verstelleinrichtung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verstellantrieb (30) durch einen Hydraulikantrieb gebildet ist.
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