EP2696043A1 - Guide vane assembly and turbo engine - Google Patents
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- EP2696043A1 EP2696043A1 EP12179987.8A EP12179987A EP2696043A1 EP 2696043 A1 EP2696043 A1 EP 2696043A1 EP 12179987 A EP12179987 A EP 12179987A EP 2696043 A1 EP2696043 A1 EP 2696043A1
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- EP
- European Patent Office
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- bearing
- guide
- vane ring
- radially
- ring
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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
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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
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/30—Retaining components in desired mutual position
Definitions
- the invention relates to a guide vane ring according to the preamble of patent claim 1 and a turbomachine.
- Turbomachines such as aircraft engines and stationary gas turbines regularly have at least one compressor-side adjustable guide vane row with a large number of guide vanes which can be pivoted around their vertical axis or main axis in order to set optimum operating conditions.
- the adjustable or variable guide vane row forms a guide vane ring with an inner ring surrounding a rotor section.
- the inner ring is used for internal stabilization and storage of the guide vanes and has a plurality of radial bearing bores for receiving in each case a blade-side bearing journal. Since the thermal expansions of the vanes and the inner ring behave differently, gaps between the airfoils and the inner ring must be adjusted to avoid collisions between the vanes of the vanes and the inner ring.
- a conventional type of connection provides to introduce in the bearing journal each have a circumferential groove and to engage in this an axial pin which is secured to the inner ring.
- a disadvantage of this type of connection is that the introduction of force into the guide vanes is not centered, whereby additional moments burden the vanes.
- a vane ring in which the guide vanes are fastened to the inner ring by means of a U-shaped bracket.
- the U-shaped bracket has two legs, with which it engages in an annular groove of the bearing pin.
- the object of the invention is to provide a guide vane ring for a turbomachine, which eliminates the aforementioned disadvantages and allows a symmetrical and torque-free or virtually torque-free force introduction into the guide vanes.
- An inventive vane ring for a turbomachine has a plurality of rotatable vanes, each having an inner blade plate and a journal.
- the journal extends radially inwardly from the inner paddle and has an annular groove in a portion remote from the inner paddle.
- the vane ring has an inner ring for radially inner stabilization of the guide vanes, which has a plurality of radial bearing bores.
- the vane ring has a plurality of bearing bushes which are arranged in the bearing bores and in which the bearing pins are guided.
- the vane ring connecting elements for releasably fixing at least individual vanes on the inner ring in the radial direction.
- the bearing bushes are arranged between the inner blade plates and the annular grooves and the connecting elements are spring rings which are inserted in a form-fitting manner into at least individual annular grooves.
- the annular grooves preferably have a conical groove wall and a groove wall pointing in the direction of the inner blade plate, wherein the connecting elements are provided with a conical bearing surface which is substantially complementary to the conical groove wall and with a contact surface which is complementary to the groove wall.
- the groove walls are connected to each other via a rounding, so that notch stresses in the region of the annular grooves are prevented or greatly reduced.
- the bushings may each have a radially expanded collar, with which they rest against a radially inner shoulder surface of the openings.
- a radially expanded collar By means of the collar, an installation position of the bearing bushes in the openings can be precisely defined.
- the inner blade plates may be arranged between these and the bushings each have a washer which rests against a radially outer shoulder surface remote from the radially inner shoulder surface of the bearing bores.
- Preferred washers and / or bushings are made of a metallic material or a metallic alloy and their guide or sliding surfaces are provided with a lubricant or lubricant. Due to the metal material, the washers and / or bushings are resistant to abrasion and thus low maintenance. By the lubricant, the guide or storage is friction, so that the blades are adjusted accordingly smoothly.
- a preferred lubricant is graphite or graphite-based.
- the washers and / or bushings may consist of a temperature-resistant, mechanically highly resilient and chemically resistant plastic.
- a turbomachine according to the invention has at least one guide vane ring according to the invention. Due to optimally set flag columns, such a turbomachine a higher efficiency and a higher surge limit than a turbomachine with a conventional vane ring on.
- an inventive vane ring 1 a turbomachine such as an aircraft engine, a plurality of vanes 2, an inner ring 4, a seal carrier 6, a plurality of bearing bushes 8, a plurality of fasteners 10 and a plurality of washers 12.
- the vane ring 1 is the stator side in the compressor Turbomachine arranged and surrounds a rotor portion, not shown, of a rotor which extends around a flow direction x of a main flow and in FIG. 2 sketched machine axis M rotates.
- the vanes 2 are adjustable about their main axis H extending radially to the machine axis M and each have an airfoil 14, an inner blade plate 16 and a
- the vanes 2 each have an outer blade plate, not shown, and a radially outwardly extending from the outer blade plate adjusting pin, which cooperates with a housing-side adjusting device.
- the inner blade plates 16 are, as in FIG. 2 to recognize and for the sake of clarity in FIG. 3 numbered, each arranged in a radial outer countersunk portion 20 of the inner ring 4 radially passing through bearing bore 22. They have a radially inner side and an underside 24 extending along a machine axis M and an upper side 26 opposite the underside 24.
- the upper side 26 is arranged obliquely to the machine axis M, wherein it extends radially from inside to outside in the flow direction x. It forms with a penetrated by the bearing bore 22 inner ring surface 28 a stepless or nearly stepless radially inner side wall portion of a flowed through by the main flow in FIG. 1 shown annulus 30.
- the bearing pins 18 each have an annular groove 32 for receiving one of the connecting elements 10 in a section remote from the inner blade plates 16.
- the bearing pins 18 have a plate-like end portion 34.
- the annular grooves 32 each have a radially tapered from the inner paddles 16 and thus tapered groove wall 36 and the inner blade plates 16 facing and extending transversely to the main axis H groove wall 38th Die Groove walls 36, 38 are each connected to each other via an unnumbered groove base, which is rounded to avoid stress concentrations.
- the inner ring 4 serves for the radially inner stabilization or support of the guide vanes 2. It has the bearing bores 22 and the inner ring surface 28 and is spaced from the rotor section via a radial gap. It consists of two half rings each having an arc section of 180 °, which are assembled in the region of a horizontal housing separating plane of the turbomachine to the inner ring 4. Of course, a stronger segmentation of the inner ring 4, for example in four ring segments possible.
- the bearing bores 22 pass through the inner ring 4 in the radial direction. They have a sleeve portion 40 with a constant inner diameter, the countersunk portion 20 and an end portion 42.
- the sleeve portion 40 is disposed between the countersunk portion 20 and the end portion 42 and has a constant inner diameter.
- the countersunk portion 20 is disposed radially outward of the bushing portion 40. It is radially widened in relation to the bushing section 40 and has thereby and an outer shoulder surface 44.
- the end section 42 is arranged radially inwards to the bushing section 40. It is radially widened in relation to the bushing section 40 and, as a result, likewise has an inner shoulder surface 46.
- the shoulder surfaces 44, 46 are oriented opposite to one another or facing away from one another and are of annular design. Preferably, they have a same constant inner diameter.
- the inner ring surface 28 extends downstream of the bearing bores 22 via a rear and obliquely to the machine axis x radially from inside to outside salient axial projection 48 of the inner ring 4. Between the axial projection 48 and the blades 14 is formed in each case a radial so-called flag gap 50, the Achieving a high efficiency of the turbomachine and a high surge limit is minimized.
- the inner ring 4 For receiving the seal carrier 6, the inner ring 4 has a front end-side annular recess 52 and a rear axial annular projection 54, which is arranged radially inwardly of the inner annular surface 28.
- the seal carrier 6 is used for positioning of inlet linings 56, 58 for sealing the radial gap between the rotor and the inner ring 4. It is, as in FIG. 2 shown radially inwardly disposed on the inner ring 4. Analogously to the inner ring 4, it preferably has two semicircular carrier segments, which are pushed in the circumferential direction onto the respective half-ring.
- a carrier segment each consists of a base body 59, on the inner peripheral surfaces of which Einlaufbeläge56, 58 are mounted for engagement of rotor-side sealing webs or sealing fins.
- the inlet linings 56, 58 are honeycomb seals, for example.
- the base body 59 each have a front hook projection 60 and a rear annular recess 62.
- the front hook projection 60 of the seal carrier 6 dips into the front annular recess 62 of the inner ring 4 on.
- the rear annular recess 62 serves to guide on the rear annular projection 54 of the inner ring 4.
- the seal carrier 6 completely covers the inner ring 4 on the inner peripheral side, so that a connecting element 10, for example accidentally broken and fallen from the bearing journal 18, does not penetrate into the annular space 30 and thus not sucked into the turbomachine.
- the bushings 8 are, as in FIG. 3 clearly visible, used in the bearing bores 22. They have a T-shaped cross section, each having a guide portion 64 and a relative to the guide portion 64 radially enlarged collar 66.
- the bearing bushes 8 are with their guide portion 64th arranged in the sleeve portions 40 of the bearing bores 22 and lie with its collar 66 on the radially inner shoulder surface 46 at.
- the guide portions 64 have a same or nearly the same axial length as the bushing portions 40 of the bearing bores 22, so that the bearing bushes 8 do not project beyond the outer shoulder surface 44 with their sleeve portion side annular end surface 68 remote from the collar 66.
- the bearing bushes 8 consist in particular of a metallic material or a metal alloy and are coated for friction-free guidance of the bearing pins 18 on their inner peripheral side and fully closed guide surface 70 with a lubricating agent such as graphite.
- the connecting elements 10 are, as in the FIGS. 4, 5 and 6 shown, each designed as a spring ring or snap ring and thus self-fixing. They each have a circular opening 72 and are for assembly and disassembly in the respective annular groove 32 along a in FIG. 5 shown dividing plane 74 slotted.
- the connecting elements 10 engage in a form-fitting manner in the annular grooves 32 and for this purpose have a conical or funnel-shaped contact surface 76 and a contact surface 78 extending transversely to the separating plane 74 opposite the conical contact surface 76.
- the surfaces 76, 78 are complementary or substantially complementary formed to the groove walls 36, 38. As in FIG. 6 shown, the conical bearing surface 76 may be rounded.
- the connecting elements 10 have a constant thickness and an outer diameter which corresponds approximately to the inner diameter of the bearing bush 8. They have a thickness such that they press the collars 66 against the shoulder surface 46 of the respective end portion 42, so that they are respectively clamped between the shoulder surface 46 and the plate-like end portion 34.
- a spreading pliers these each have a lying on the parting plane 74 bore-like tool engagement 80 for attaching the tool.
- the connecting elements 10 on both sides of the parting plane 74 viewed from the tool engagement 80 have two oppositely oriented concave outer peripheral sections 82, 84.
- the connecting elements 10 each consist of a metallic material or a metal alloy.
- the shims 12 have, as in FIG. 3 shown, a bore 86 and a constant thickness. They are thus annular and have an inner diameter which is slightly larger than the outer diameter of the bearing journal 18. Their outer diameter is equal to the diameter of the outer shoulder surface 44. They each have a flat support surface 88 and a sliding surface 90 opposite to this. They are arranged individually in the countersunk sections 20 of the bearing bores 22. They are in each case with their support surface 88 on the outer shoulder surface 44 and extend based on the main axis H radially over the annular end face 68 of the bushings 18. They are thus arranged between the bushings 18 and the inner paddles 16, on the sliding surfaces 90th are guided.
- the sliding discs 12 each consist of a metallic material or a metal alloy and their sliding surfaces 90 are coated with a lubricant such as graphite.
- the vane ring 1 is thereby mounted per housing half and closed only by the assembly of the two housing halves into a ring.
- the guide vanes 2 used by means of their adjusting pin in corresponding housing-side bearings of the housing halves.
- the vanes 2 are now oriented like a spoke to each other.
- the washers 12 are pushed onto the trunnions 18 with their sliding surfaces 90 facing the bottoms 24 of the inner paddles 16.
- the inner ring 4 or the respective half-ring of the inner ring 4 is positioned on the bearing pin 18.
- the half rings are arranged with their bearing bores 22 on the bearing pin 18.
- the half rings are virtually rolled over the bearing pin 18.
- the connecting elements 10 are inserted into the annular grooves 32.
- the connecting elements 10 are added self-fixing due to their spring action in the annular grooves 32 and engage around the bearing pin 18 in full. They are clamped with their contact and contact surfaces 76, 78 between the Nutwandungen 36, 38.
- the guide vanes 2 are now arranged rotatably about their main axis H in the bearing bores 22 and coupled in the radial direction of the vane ring 1 mechanically with the half-rings. Finally, the carrier segments of the seal carrier 6 are pushed onto one of the half rings in the circumferential direction.
- the connecting elements 10 are not provided on all the guide vanes 2, but are positioned at regular intervals only on a few vanes 2.
- the guide vanes 2 ', on which the connecting elements 10 are not provided, are preferably formed without a corresponding annular groove 32 and thus have a bearing pin 18', which is axially shortened about the plate-like end portion 34.
- a vane ring for a turbomachine whose rotatable vanes are mechanically coupled by means of a spring ring to an inner ring in the radial direction of the vane ring, each guide vane is associated with a bearing bush and the Bearings have a circumferentially closed inner peripheral side guide surface, as well as a turbomachine.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Leitschaufelkranz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Strömungsmaschine.The invention relates to a guide vane ring according to the preamble of
Strömungsmaschinen wie Flugzeugtriebwerke und stationäre Gasturbinen haben zur Einstellung optimaler Betriebsbedingungen regelmäßig zumindest eine verdichterseitige verstellbare Leitschaufelreihe mit einer Vielzahl von um ihre Hochachse bzw. Hauptachse verschwenkbaren Leitschaufeln. Die verstellbare bzw. variable Leitschaufelreihe bildet mit einem einen Rotorabschnitt umgreifenden Innenring einen Leitschaufelkranz. Der Innenring dient zur inneren Stabilisierung und Lagerung der Leitschaufeln und weist eine Vielzahl von radialen Lagerbohrungen zur Aufnahme jeweils eines schaufelseitigen Lagerzapfens auf. Da sich die thermischen Dehnungen der Leitschaufeln und des Innenrings unterschiedlich verhalten, müssen Spalte zwischen den Schaufelblättern und dem Innenring eingestellt werden, um Kollisionen zwischen den Schaufelblättern der Leitschaufeln und dem Innenring zu vermeiden. Diese sogenannten Fahnenspalte verringern jedoch den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine und verschieben deren Pumpgrenze nachteilig. Zur Verringerung der Fahnenspalte ist es daher üblich, zumindest einige Leitschaufeln mit dem Innenring in radialer Richtung mechanisch zu koppeln. Eine herkömmliche Verbindungsart sieht vor, in die Lagerzapfen jeweils eine Umfangsnut einzubringen und in dieser einen axialen Stift eingreifen zu lassen, der an dem Innenring gesichert ist. Nachteilig an dieser Verbindungsart ist jedoch, dass die Krafteinleitung in die Leitschaufeln nicht mittig erfolgt, wodurch zusätzliche Momente die Leitschaufeln belasten.Turbomachines such as aircraft engines and stationary gas turbines regularly have at least one compressor-side adjustable guide vane row with a large number of guide vanes which can be pivoted around their vertical axis or main axis in order to set optimum operating conditions. The adjustable or variable guide vane row forms a guide vane ring with an inner ring surrounding a rotor section. The inner ring is used for internal stabilization and storage of the guide vanes and has a plurality of radial bearing bores for receiving in each case a blade-side bearing journal. Since the thermal expansions of the vanes and the inner ring behave differently, gaps between the airfoils and the inner ring must be adjusted to avoid collisions between the vanes of the vanes and the inner ring. However, these so-called flag gaps reduce the efficiency of the turbomachine and shift their pumping limit adversely. To reduce the flag gaps, it is therefore customary to mechanically couple at least some vanes with the inner ring in the radial direction. A conventional type of connection provides to introduce in the bearing journal each have a circumferential groove and to engage in this an axial pin which is secured to the inner ring. A disadvantage of this type of connection, however, is that the introduction of force into the guide vanes is not centered, whereby additional moments burden the vanes.
In der europäischen Patentanmeldung
In dem US-amerikanischen Patent
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leitschaufelkranz für eine Strömungsmaschine zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile beseitig und eine symmetrische und momentenfreie bzw. nahezu momentenfreie Krafteinleitung in die Leitschaufeln ermöglicht. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Strömungsmaschine mit einem hohen Wirkungsgrad und einer hohen Pumpgrenze zu schaffen.The object of the invention is to provide a guide vane ring for a turbomachine, which eliminates the aforementioned disadvantages and allows a symmetrical and torque-free or virtually torque-free force introduction into the guide vanes. In addition, it is an object of the invention to provide a turbomachine with a high efficiency and a high surge limit.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Leitschaufelkranz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.This object is achieved by a guide vane ring with the features of
Ein erfindungsgemäßer Leitschaufelkranz für eine Strömungsmaschine hat eine Vielzahl von verdrehbaren Leitschaufeln, die jeweils einen inneren Schaufelteller und einen Lagerzapfen haben. Der Lagerzapfen erstreckt sich von dem inneren Schaufelteller radial nach innen und weist in einem vom inneren Schaufelteller entfernten Abschnitt eine Ringnut auf. Zudem hat der Leitschaufelkranz einen Innenring zur radial inneren Stabilisierung der Leitschaufeln, der eine Vielzahl von radialen Lagerbohrungen hat. Ferner hat der Leitschaufelkranz eine Vielzahl von Lagerbuchsen, die in den Lagerbohrungen angeordnet sind und in denen die Lagerzapfen geführt sind. Ferner hat der Leitschaufelkranz Verbindungselemente zur lösbaren Fixierung zumindest einzelner Leitschaufeln an dem Innenring in radialer Richtung. Erfindungsgemäß sind die Lagerbuchsen zwischen den inneren Schaufeltellern und den Ringnuten angeordnet und die Verbindungselemente sind Federringe, die formschlüssig in zumindest einzelne Ringnuten eingesetzt sind.An inventive vane ring for a turbomachine has a plurality of rotatable vanes, each having an inner blade plate and a journal. The journal extends radially inwardly from the inner paddle and has an annular groove in a portion remote from the inner paddle. In addition, the vane ring has an inner ring for radially inner stabilization of the guide vanes, which has a plurality of radial bearing bores. Further, the vane ring has a plurality of bearing bushes which are arranged in the bearing bores and in which the bearing pins are guided. Furthermore, the vane ring connecting elements for releasably fixing at least individual vanes on the inner ring in the radial direction. According to the invention, the bearing bushes are arranged between the inner blade plates and the annular grooves and the connecting elements are spring rings which are inserted in a form-fitting manner into at least individual annular grooves.
Durch die Ausbildung der Verbindungselemente als Federringe erfolgt eine symmetrische und momentenfreie Krafteinleitung in die Leitschaufeln. Dadurch, dass für jeden Lagerzapfen eine einzelne Lagerbuchse vorgesehen ist, wird deren Fertigung vereinfacht und Bauteil- sowie Montagetoleranzen des Leitschaufelkranzes können ausgeglichen werden.Due to the design of the connecting elements as spring rings, a symmetrical and torque-free force is introduced into the guide vanes. The fact that a single bearing bush is provided for each journal, their production is simplified and component and mounting tolerances of the vane ring can be compensated.
Bevorzugterweise haben die Ringnuten eine kegelförmige Nutwandung und eine in Richtung der inneren Schaufelteller weisende Nutwandung, wobei die Verbindungselemente mit einer zur kegelförmigen Nutwandung im Wesentlichen komplementären kegelförmigen Anlagefläche und mit einer zur Nutwandung komplementären Kontaktfläche versehen sind. Vorzugsweise sind die Nutwandungen über eine Verrundung miteinander verbunden, so dass Kerbspannungen im Bereich der Ringnuten verhindert werden bzw. stark reduziert sind.The annular grooves preferably have a conical groove wall and a groove wall pointing in the direction of the inner blade plate, wherein the connecting elements are provided with a conical bearing surface which is substantially complementary to the conical groove wall and with a contact surface which is complementary to the groove wall. Preferably, the groove walls are connected to each other via a rounding, so that notch stresses in the region of the annular grooves are prevented or greatly reduced.
Die Lagerbuchsen können jeweils einen radial erweiterten Kragen haben, mit dem sie an einer radial inneren Schulterfläche der Öffnungen anliegen. Mittels des Kragens kann eine Einbauposition der Lagerbuchsen in den Öffnungen genau definiert werden.The bushings may each have a radially expanded collar, with which they rest against a radially inner shoulder surface of the openings. By means of the collar, an installation position of the bearing bushes in the openings can be precisely defined.
Zur Schaffung einer großflächigen und ebenen Gleitfläche für die inneren Schaufelteller kann zwischen diesen und den Lagerbuchsen jeweils eine Unterlegscheibe angeordnet sein, die an einer von der radial inneren Schulterfläche abgewandten radial äußeren Schulterfläche der Lagerbohrungen anliegt.To create a large-area and flat sliding surface for the inner blade plates may be arranged between these and the bushings each have a washer which rests against a radially outer shoulder surface remote from the radially inner shoulder surface of the bearing bores.
Bevorzugte Unterlegscheiben und/oder Lagerbuchsen bestehen aus einem metallischen Werkstoff bzw. einer metallischen Legierung und deren Führungs- bzw. Gleitflächen sind mit einem Schmiermittel bzw. Gleitmittel versehen. Durch den Metallwerkstoff sind die Unterlegscheiben und/oder Lagerbuchsen abriebfest und somit wartungsarm. Durch das Schmiermittel erfolgt die Führung bzw. Lagerung reibungsarm, so dass die Laufschaufeln entsprechend leichtgängig zu verstellen sind. Ein bevorzugtes Schmiermittel ist Graphit bzw. graphitbasiert. Alternativ können die Unterlegscheiben und/oder Lagerbuchsen aus einem temperaturfesten, mechanisch hoch belastbaren und chemisch unempfindlichen Kunststoff bestehen.Preferred washers and / or bushings are made of a metallic material or a metallic alloy and their guide or sliding surfaces are provided with a lubricant or lubricant. Due to the metal material, the washers and / or bushings are resistant to abrasion and thus low maintenance. By the lubricant, the guide or storage is friction, so that the blades are adjusted accordingly smoothly. A preferred lubricant is graphite or graphite-based. Alternatively, the washers and / or bushings may consist of a temperature-resistant, mechanically highly resilient and chemically resistant plastic.
Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine weist zumindest einen erfindungsgemäßen Leitschaufelkranz auf. Aufgrund von optimal eingestellten Fahnenspalten weist eine derartige Strömungsmaschine einen höheren Wirkungsgrad und eine erhöhte Pumpgrenze als eine Strömungsmaschine mit einem herkömmlichen Leitschaufelkranz auf.A turbomachine according to the invention has at least one guide vane ring according to the invention. Due to optimally set flag columns, such a turbomachine a higher efficiency and a higher surge limit than a turbomachine with a conventional vane ring on.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous embodiments of the invention are the subject of further subclaims.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand stark vereinfachter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1- einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Leitschaufelkranzes,
Figur 2- einen Schnitt durch den Leitschaufelkranz entlang der Linie A-A in
,Figur 1 - Figur 3
- eine Detaildarstellung aus
,Figur 2 Figur 4- eine dreidimensionale Darstellung eines bevorzugten Verbindungselement,
- Figur 5
- eine zweidimensionale Darstellung des Verbindungselement aus
, undFigur 4 Figur 6- einen Schnitt durch das Verbindungselement entlang der Linie B-B in
Figur 5 .
- FIG. 1
- a cross section through a portion of a guide vane ring according to the invention,
- FIG. 2
- a section through the vane ring along the line AA in
FIG. 1 . - FIG. 3
- a detailed view
FIG. 2 . - FIG. 4
- a three-dimensional representation of a preferred connecting element,
- FIG. 5
- a two-dimensional representation of the connecting element
FIG. 4 , and - FIG. 6
- a section through the connecting element along the line BB in
FIG. 5 ,
Gemäß der Darstellung in
Die Leitschaufeln 2 sind um ihre sich radial zur Maschinenachse M erstreckende Hauptachse H verstellbar und haben jeweils ein Schaufelblatt 14, einen inneren Schaufelteller 16 und einen sich von dem Schaufelteller 16 radial nach innen erstreckenden Lagerzapfen 18. Zudem haben die Leitschaufeln 2 jeweils einen nicht gezeigten äußeren Schaufelteller sowie einen sich radial nach außen von dem äußeren Schaufelteller erstreckenden Verstellzapfen, der mit einer gehäuseseitigen Verstelleinrichtung zusammenwirkt.The
Die inneren Schaufelteller 16 sind, wie in
Wie ebenfalls in
Der Innenring 4 dient zur radial inneren Stabilisierung bzw. Stützung der Leitschaufeln 2. Er weist die Lagerbohrungen 22 und die Innenringfläche 28 auf und ist über einen Radialspalt von dem Rotorabschnitt beabstandet. Er besteht aus zwei Halbringen mit jeweils einem Bogenabschnitt von 180°, die im Bereich einer horizontalen Gehäusetrennebene der Strömungsmaschine zum Innenring 4 zusammengesetzt sind. Selbstverständlich ist auch eine stärkere Segmentierung des Innenrings 4 beispielsweise in vier Ringsegmente möglich.The
Die Lagerbohrungen 22 durchsetzen den Innenring 4 in radialer Richtung. Sie haben einen Buchsenabschnitt 40 mit einem konstanten Innendurchmesser, den Senkabschnitt 20 und einen Endabschnitt 42. Der Buchsenabschnitt 40 ist zwischen dem Senkabschnitt 20 und dem Endabschnitt 42 angeordnet und hat einen konstanten Innendurchmesser. Der Senkabschnitt 20 ist radial außen zum Buchsenabschnitt 40 angeordnet. Er ist gegenüber dem Buchsenabschnitt 40 radial erweitert und hat hierdurch und eine äußere Schulterfläche 44. Der Endabschnitt 42 ist radial innen zum Buchsenabschnitt 40 angeordnet. Er ist gegenüber dem Buchsenabschnitt 40 radial erweitert und hat hierdurch ebenfalls eine innere Schulterfläche 46. Die Schulterflächen 44, 46 sind entgegengesetzt zueinander orientiert bzw. voneinander abgewandt und ringförmig ausgebildet. Vorzugsweise haben sie einen gleichen konstanten Innendurchmesser.The bearing bores 22 pass through the
Wie in
Zur Aufnahme des Dichtungsträgers 6 hat der Innenring 4 eine vordere stirnseitige Ringvertiefung 52 sowie einen hinteren axialen Ringvorsprung 54, die bzw. der radial innenliegend zur Innenringfläche 28 angeordnet ist.For receiving the
Der Dichtungsträger 6 dient zur Positionierung von Einlaufbelägen 56,58 zur Abdichtung des Radialspaltes zwischen dem Rotor und dem Innenring 4. Er ist, wie in
Zur Fixierung des Dichtungsträgers 6 an dem Innenring 4 weisen dessen Grundkörper 59 jeweils einen vorderen Hakenvorsprung 60 und eine hintere Ringvertiefung 62 auf. Mit dem vorderen Hakenvorsprung 60 taucht der Dichtungsträger 6 in die vordere Ringvertiefung 62 des Innenrings 4 ein. Die hintere Ringvertiefung 62 dient zur Führung an dem hinteren Ringvorsprungs 54 des Innenrings 4. Im montierten Zustand bedeckt der Dichtungsträger 6 den Innenring 4 innenumfangsseitig vollständig, so dass ein beispielsweise versehentlich gebrochenes und vom Lagerzapfen 18 gefallenes Verbindungselement 10 nicht in den Ringraum 30 eindringt und somit nicht in die Strömungsmaschine eingesaugt wird.For fixing the
Die Lagerbuchsen 8 sind, wie in
Die Lagerbuchsen 8 bestehen insbesondere aus einem metallischen Werkstoff bzw. einer Metalllegierung und sind zur reibarmen Führung der Lagerzapfen 18 an ihrer innenumfangseitigen und vollumfänglich geschlossenen Führungsfläche 70 mit einem Schmier- bzw. Gleitmittel wie Graphit beschichtet.The bearing
Die Verbindungselemente 10 sind, wie in den
Die Verbindungselemente 10 haben eine konstante Dicke und einen Außendurchmesser, der etwa dem Innendurchmesser der Lagerbuchse 8 entspricht. Sie haben eine derartige Dicke, dass sie die Kragen 66 gegen die Schulterfläche 46 des jeweiligen Endabschnitts 42 drücken, so dass diese jeweils zwischen der Schulterfläche 46 und dem tellerartigen Endabschnitt 34 eingespannt sind.The connecting
Zum Öffnen der Verbindungselemente 10 mittels eines Werkzeugs, bspw. einer Spreizzange, haben diese jeweils einen auf der Trennebene 74 liegenden bohrungsartigen Werkzeugeingriff 80 zum Ansetzen des Werkzeugs. Optional haben die Verbindungselemente 10 beidseits der Trennebene 74 von dem Werkzeugeingriff 80 aus betrachtet zwei entgegengesetzt zueinander orientierte konkave Außenumfangsabschnitte 82, 84.To open the connecting
Bevorzugterweise bestehen die Verbindungselemente 10 jeweils aus einem metallischen Werkstoff bzw. einer Metalllegierung.Preferably, the connecting
Die Unterleg- bzw. Gleitscheiben 12 haben, wie in
Bevorzugterweise bestehen die Gleitscheiben 12 jeweils aus einem metallischen Werkstoff bzw. einer Metalllegierung und ihre Gleitflächen 90 sind mit einem Schmiermittel wie Graphit beschichtet.Preferably, the sliding
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Verfahren zur Montage des Leitschaufelkranzes 1 erläutert: Der Leitschaufelkranz 1 wird dabei pro Gehäusehälfte montiert und erst durch das Zusammensetzen der beiden Gehäusehälften zu einem Ring geschlossen. Zuerst werden die Leitschaufeln 2 mittels ihres Verstellzapfens in entsprechende gehäuseseitige Lagerungen der Gehäusehälften eingesetzt. Die Leitschaufeln 2 sind nun speichenartig zueinander orientiert. Dann werden die Unterlegscheiben 12 auf die Lagerzapfen 18 geschoben, wobei ihre Gleitflächen 90 den Unterseiten 24 der inneren Schaufeltellern 16 zugewandt sind. Danach wird der Innenring 4 bzw. der jeweilige Halbring des Innenrings 4 auf den Lagerzapfen 18 positioniert. Hierzu werden die Halbringe mit ihren Lagerbohrungen 22 auf den Lagerzapfen 18 angeordnet. Die Halbringe werden quasi über den Lagerzapfen 18 abgerollt. Dann werden die Verbindungselemente 10 in die Ringnuten 32 eingesetzt. Die Verbindungselemente 10 sind aufgrund ihrer Federwirkung selbstfixierend in den Ringnuten 32 aufgenommen und umgreifen die Lagerzapfen 18 vollumfänglich. Sie sind mit ihren Anlage- und Kontaktflächen 76, 78 zwischen den Nutwandungen 36, 38 eingespannt. Die Leitschaufeln 2 sind nun um ihre Hauptachse H drehbar in den Lagerbohrungen 22 angeordnet und in Radialrichtung des Leitschaufelkranzes 1 mechanisch mit den Halbringen gekoppelt. Abschließend werden die Trägersegmente des Dichtungsträgers 6 auf jeweils einen der Halbringe in Umfangsrichtung aufgeschoben.In the following, a preferred method for mounting the
Da die Lagerzapfen 18 von den Verbindungselementen 10 vollumfänglich umgriffen werden, erfolgt eine symmetrische und momentenfreie Krafteinleitung in die Leitschaufeln 2. Zudem können durch die mechanische Kopplung in Radialrichtung des Leitschaufelkranzes 1 die Fahnenspalte 50 zwischen dem Axialvorsprung 48 und den Schaufelblättern 14 reduziert werden, was zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades und zu einer Erhöhung der Pumpgrenze gegenüber herkömmlichen Strömungsmaschinen führt.Since the bearing pins 18 are fully encompassed by the connecting
Wie in
Offenbart ist ein Leitschaufelkranz für eine Strömungsmaschine, deren verdrehbare Leitschaufeln mittels eines Federringes an einem Innenring in radialer Richtung des Leitschaufelkranzes mechanisch gekoppelt sind, wobei jeder Leitschaufel eine Lagerbuchse zugeordnet ist und die Lagerbuchsen eine umfangsseitig geschlossene innenumfangsseitige Führungsfläche aufweisen, sowie eine Strömungsmaschine.Disclosed is a vane ring for a turbomachine whose rotatable vanes are mechanically coupled by means of a spring ring to an inner ring in the radial direction of the vane ring, each guide vane is associated with a bearing bush and the Bearings have a circumferentially closed inner peripheral side guide surface, as well as a turbomachine.
- 11
- Leitschaufelkranzvane ring
- 2, 2'2, 2 '
- Leitschaufelnvanes
- 44
- Innenringinner ring
- 66
- Dichtungsträgerseal carrier
- 88th
- Lagerbuchsenbushings
- 1010
- Verbindungselementconnecting element
- 1212
- Unterlegscheibewasher
- 1414
- Schaufelblattairfoil
- 1616
- innerer Schaufeltellerinner shovel plate
- 18, 18'18, 18 '
- Lagerzapfenpivot
- 2020
- Senkabschnittlowering section
- 2222
- Lagerbohrungbearing bore
- 2424
- Unterseitebottom
- 2626
- Oberseitetop
- 2828
- InnenringflächeInner ring surface
- 3030
- Ringraumannulus
- 3232
- Ringnutring groove
- 3434
- Endabschnittend
- 3636
- kegelige Nutwandungtapered groove wall
- 3838
- Nutwandunggroove wall
- 4040
- Buchsenabschnittbushing section
- 4242
- Endabschnittend
- 4444
- äußere Schulterflächeouter shoulder surface
- 4646
- innere Schulterflächeinner shoulder surface
- 4848
- Axialvorsprungaxial projection
- 5050
- Fahnenspaltflags gap
- 5252
- vordere Ringvertiefungfront ring recess
- 5454
- hinterer Ringvorsprungrear ring projection
- 5656
- Einlaufbelaginlet lining
- 5858
- Einlaufbelagrun-in coating
- 5959
- Grundkörperbody
- 6060
- vorderer Hakenvorsprungfront hook projection
- 6262
- hintere Ringvertiefungrear ring recess
- 6464
- Führungsabschnittguide section
- 6666
- Kragencollar
- 6868
- RingstirnflächeAnnular face
- 7070
- Führungsflächeguide surface
- 7272
- Öffnungopening
- 7474
- Trennebeneparting plane
- 7676
- Anlageflächecontact surface
- 7878
- Kontaktflächecontact area
- 8080
- Bohrungdrilling
- 8282
- konkaver Außenumfangsabschnittconcave outer peripheral portion
- 8484
- konkaver Außenumfangsabschnittconcave outer peripheral portion
- 8686
- Bohrungdrilling
- 8888
- Stützflächesupport surface
- 9090
- Gleitflächesliding surface
- HH
- Hauptachsemain axis
- xx
- Strömungsrichtungflow direction
- zz
- Radialrichtungradial direction
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP12179987.8A EP2696043A1 (en) | 2012-08-10 | 2012-08-10 | Guide vane assembly and turbo engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP12179987.8A EP2696043A1 (en) | 2012-08-10 | 2012-08-10 | Guide vane assembly and turbo engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP2696043A1 true EP2696043A1 (en) | 2014-02-12 |
Family
ID=46967924
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP12179987.8A Withdrawn EP2696043A1 (en) | 2012-08-10 | 2012-08-10 | Guide vane assembly and turbo engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2696043A1 (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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|
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Effective date: 20140813 |