EP3000984B1 - Leitschaufelverstellvorrichtung einer gasturbine - Google Patents

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EP3000984B1
EP3000984B1 EP15186174.7A EP15186174A EP3000984B1 EP 3000984 B1 EP3000984 B1 EP 3000984B1 EP 15186174 A EP15186174 A EP 15186174A EP 3000984 B1 EP3000984 B1 EP 3000984B1
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EP
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guide vane
vane adjustment
bushing
spacer
housing
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Dr. Thomas KLAUKE
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to a guide vane adjusting device for a compressor or a turbine of a gas turbine according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a Leitschaufelverstellvorraum for a compressor or a turbine having a plurality of each pivotable about a radial axis guide vanes, which are arranged in at least one radial plane.
  • the guide vanes thus form a disk-shaped arrangement, wherein upstream and downstream rotor blades are arranged in the flow direction, as is known from the prior art.
  • a Leitschaufelverstellring is provided, which is rotatable in the circumferential direction.
  • the vane adjusting ring is coupled to the respective vane via a lever mechanism such that upon rotation of the vane adjusting ring, the vanes are pivoted about their radial axes.
  • the vane adjusting ring is coupled to a suitable actuator.
  • the Leitschaufelverstellring which is rotatable for precise adjustment of the vanes by means of a drive mechanism in the circumferential direction relative to a housing is supported according to the prior art by means of spacers, which are arranged uniformly distributed around its circumference, against the housing and centered to this.
  • the housing heats up more than the Leitschaufelverstellring. This reduces the radial distance between the housing and the spacers connected to the vane adjusting ring.
  • a game or Provided cold gap which is present in the cold operating condition of the components.
  • both radial and tangential misalignments of the vane adjusting ring relative to the housing occur under certain operating conditions. This in turn leads to misalignment of the stator blades or vanes over the circumference of the vane assembly. This results in an incorrect setting of the vanes. Furthermore, the blade misalignment can lead to increased aerodynamic excitations of adjacent rotor and / or stator blades.
  • the actuating device By means of the actuating device, it is thus possible to adapt the angle of attack of the respective guide vane to the operating conditions of the compressor or of the turbine.
  • the disadvantage may arise that the adjustment of the guide vanes becomes imprecise due to thermal effects.
  • the GB 2 206 381 A shows a Leitschaufelverstellvorraum, wherein a housing member is arranged with a recess on the inner circumference of the Leitschaufelverstellrings. In the recess, an insert is used, which is made of polyimide. There is thus disclosed a fixedly installed plastic spacer which, when heated, reduces the gap between the vane adjusting ring and the housing when the vane adjusting ring heats up more than the housing.
  • US 4,925,364 A an adjustable spacer screw for a spacer.
  • two concentric with the shaft of the spacer arranged threaded bushes cooperate so that the spacer is adjustable in the radial direction.
  • the antirotation described in this document does not compensate for thermal expansion or contractions.
  • An adjustable support of a Leitschaufelverstellrings shows the GB 2 273 744 A ,
  • a support shoe is mounted by means of a shoe holder so that a radial adjustability is ensured.
  • the EP 2 481 892 A2 discloses a stop element of a synchronizing ring, which is mounted by means of a holder.
  • the invention has for its object to provide a Leitschaufelverstellvorraum for a compressor or a turbine of a gas turbine of the type mentioned above, which avoids the disadvantages of the prior art with a simple structure and simple, cost manufacturability and precise adjustment of the vanes, even with different thermal Expansions allows.
  • a sleeve made of a plastic is attached, on which the spacer is mounted.
  • the bush is made of a plastic material having a high thermal expansion coefficient. Due to the high thermal expansion, the spacer (centraliser) is moved radially outward by a greater amount during heating than the surrounding vane adjustment ring (unison ring). According to the invention, therefore, the radial expansion of the housing, which is stronger in comparison to the adjusting ring, can be compensated for during heating of the housing during operation by the spacer being moved radially outwards in accordance with this thermal expansion of the housing.
  • the amount of thermal expansion of the sleeve and thus the radial movement of the spacer can be adjusted according to the invention over the length of the socket, on the socket material and on the material of the spacer.
  • the solution according to the invention thus has the advantage that misalignments of the guide vanes or stator blades can be reduced or completely avoided. This leads to a more precise flow of both the vanes and the blades and thus to a lower fuel consumption. Furthermore, both the aerodynamic excitation of adjacent rotor and / or stator blades is reduced, and also reduces the adjustment of the adjustment by avoiding the jamming of the spacers on the housing.
  • the bushing is tube-like and that the spacer has a shaft which is fastened centrally in the bush.
  • the shaft can thus be stored at a suitable location in the socket, while the remaining length of the shaft in the socket in the radial direction (axial direction of the socket) can slide.
  • the shaft is attached to the radially outer portion of the sleeve, while the sleeve is preferably attached to a radially inner side of the Leitschaufelverstellrings to this or otherwise fixed.
  • the shaft is screwed to the socket. By a rotation of the shaft thus the gap between the spacer and the surface of the housing can be adjusted.
  • the thermal expansion coefficient of the sleeve is higher than a thermal expansion coefficient, the spacer and / or a thermal expansion coefficient of the housing.
  • the thermal expansion coefficient of the plastic bushing is at least twice as large as the thermal expansion coefficient of the vane adjusting ring and / or the spacer and / or the housing.
  • the bushing is preferably made of polyimide.
  • the gas turbine engine 10 is an example of a turbomachine to which the invention may find application. However, it will be understood from the following that the invention can be used with other turbomachinery as well.
  • the engine 10 is formed in a conventional manner and comprises in succession an air inlet 11, a fan 12 circulating in a housing, a medium pressure compressor 13, a high pressure compressor 14, combustion chambers 15, a high pressure turbine 16, a medium pressure turbine 17 and a low pressure turbine 18 and an exhaust nozzle 19, which are all arranged around a central engine axis 1.
  • the intermediate-pressure compressor 13 and the high-pressure compressor 14 each comprise a plurality of stages, each of which has a circumferentially extending array of fixed stationary vanes 20, commonly referred to as stator vanes, extending radially inward from the engine casing 21 in an annular flow passage through the compressors 13, 14 project.
  • the compressors further include an array of compressor blades 22 projecting radially outwardly from a rotatable drum or disc 26 coupled to hubs 27 of high pressure turbine 16 and mid pressure turbine 17, respectively.
  • the turbine sections 16, 17, 18 have similar stages, comprising an array of vanes 23 projecting radially inward from the housing 21 into the annular flow passage through the turbines 16, 17, 18, and a subsequent array of turbine blades 24 following projecting externally from a rotatable hub 27.
  • the compressor drum or compressor disk 26 and the vanes 22 disposed thereon and the turbine rotor hub 27 and the turbine blades 24 disposed thereon rotate about the engine axis 1 during operation.
  • the Fig. 2 shows a partial perspective view of a compressor with multiple rows of adjustable vanes 20, between each of which compressor blades 22 are arranged.
  • the individual vanes 20 are each pivotable about a radial axis 33. They are connected to a lever 34 which is rotatably coupled at its opposite end portion with a Leitschaufelverstellring 29. By a rotation of the Leitschaufelverstellrings 29 in the circumferential direction is a pivoting of the individual lever 34. This causes a rotation of the vanes 20 about the respective axis 33 causes.
  • An actuating device which is designed for example as a piston-cylinder unit is coupled via a coupling rod (not shown) with a crankshaft 36, as in Fig. 3 is shown.
  • the crankshaft 36 is supported by bearings 37.
  • the crankshaft 36 is further coupled by means of coupling rods 35 with the Leitschaufelverstellringen 29.
  • An actuation of the actuating device thus leads to a rotation or pivoting of the crankshaft 36, which in turn leads to a rotation of the respective Leitschaufelverstellrings 29, since the crankshaft 36 is connected via a coupling rod 35 with the Leitschaufelverstellring 29.
  • the Fig. 3 further shows a plurality of spacers 30 distributed around the circumference, which (see also the below-described FIGS Fig. 4 ) have a shaft 32 which is adjustably mounted on the Leitschaufelverstellring 29.
  • the spacer abuts the surface of the housing 38 and is moved together with the Leitschaufelverstellring 29 in the circumferential direction.
  • the spacer centers the vane adjusting ring 29 in the radial direction relative to the housing 38 Fig. 3 has the housing 38 at the areas where the spacer 30 abuts, suitable pedestals or contact surfaces or the like.
  • the Fig. 4 shows an embodiment of the inventive solution in detail in a sectional view of a radial plane.
  • the housing 38 is shown only schematically and has over the spacer 30 an oversized for the purpose of clarity on distance.
  • a made of a plastic material bushing 31 is mounted at the Leitschaufelverstellring 29 .
  • This bush is in the form of a sleeve and has a central recess in which the shaft 32 of the spacer 30 is mounted is.
  • the bearing of the shaft 32 takes place at a radially outer region of the bushing 31 by means of a thread 39. By rotation of the shaft 32, it is thus possible to adjust the radial position of the spacer 30.
  • the housing expands the example shown radially by 0.3 mm.
  • the Fig. 5 shows a further embodiment, wherein like parts are provided with the same reference numerals.
  • the shank 32 has a thread at its end and is adjustably secured by means of a nut 40, which is connected to the bush 31.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitschaufelverstellvorrichtung für einen Kompressor oder eine Turbine einer Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitschaufelverstellvorrichtung für einen Kompressor oder eine Turbine mit einer Vielzahl von jeweils um eine radiale Achse schwenkbaren Leitschaufeln, welche in zumindest einer Radialebene angeordnet sind. Die Leitschaufeln bilden somit eine scheibenförmige Anordnung, wobei in Strömungsrichtung stromauf und stromab Laufschaufeln angeordnet sind, so wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Zur Verstellung der Leitschaufeln jeder scheibenförmigen Anordnung von Leitschaufeln ist ein Leitschaufelverstellring vorgesehen, welcher in Umfangsrichtung verdrehbar ist. Der Leitschaufelverstellring ist mit der jeweiligen Leitschaufel über einen Hebelmechanismus gekoppelt, so dass bei einer Verdrehung des Leitschaufelverstellrings die Leitschaufeln um ihre radialen Achsen verschwenkt werden. Der Leitschaufelverstellring ist mit einer geeigneten Betätigungsvorrichtung gekoppelt.
  • Derartige Anordnungen sind beispielsweise aus der EP 2 258 926 A2 , der US 2009/0162192 A1 oder der US 2010/0278639 A1 vorbekannt.
  • Der Leitschaufelverstellring, welcher zur präzisen Verstellung der Leitschaufeln mittels eines Antriebsmechanismus in Umfangsrichtung relativ zu einem Gehäuse verdrehbar ist, wird gemäß dem Stand der Technik mittels Abstandshaltern, welche gleichmäßig um seinen Umfang verteilt angeordnet sind, gegen das Gehäuse abgestützt und zu diesem zentriert. Beim Betrieb der Gasturbine erwärmt sich das Gehäuse stärker als der Leitschaufelverstellring. Hierdurch wird der radiale Abstand zwischen dem Gehäuse und den, mit dem Leitschaufelverstellring verbundenen Abstandshaltern verringert. Um ein Verklemmen aufgrund unterschiedlicher Thermalausdehnungen im Betrieb zwischen den Abstandshaltern und dem Gehäuse zu vermeiden, wird gemäß dem Stand der Technik zwischen den Abstandshaltern und dem Gehäuse ein Spiel oder Kaltspalt vorgesehen, welcher im kalten Betriebszustand der Bauteile vorhanden ist. Bedingt durch diese Spalte oder Abstände der Abstandshalter zu der Oberfläche des Gehäuses treten bei bestimmten Betriebszuständen sowohl radiale als auch tangentiale Fehlstellungen des Leitschaufelverstellrings relativ zu dem Gehäuse auf. Dies wiederum führt zu Fehlstellungen der Statorschaufeln oder der Leitschaufeln über den Umfang der Leitschaufelanordnung. Hieraus resultiert eine nicht korrekte Einstellung der Leitschaufeln. Weiterhin kann die Schaufelfehlstellung zu erhöhten aerodynamischen Anregungen benachbarter Rotor- und/oder Statorschaufeln führen.
  • Mittels der Betätigungsvorrichtung ist es somit möglich, den Anstellwinkel der jeweiligen Leitschaufel den Betriebsbedingungen des Kompressors oder der Turbine anzupassen. Dabei kann sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen der Nachteil ergeben, dass, die Verstellung der Leitschaufeln durch thermale Effekte unpräzise wird.
  • Die GB 2 206 381 A zeigt eine Leitschaufelverstellvorrichtung, bei welcher ein Gehäusebauteil mit einer Ausnehmung am inneren Umfang des Leitschaufelverstellrings angeordnet ist. In die Ausnehmung ist ein Einsatzteil eingesetzt, welches aus Polyimid gefertigt ist. Es wird somit ein fest installierter Kunststoffabstandshalter offenbart, welcher bei Erwärmung den Spalt zwischen dem Leitschaufelverstellring und dem Gehäuse verringert, wenn der Leitschaufelverstellring sich stärker erwärmt, als das Gehäuse.
  • Eine weitere Leitschaufelverstellvorrichtung ist aus der EP 1 403 467 A2 bekannt. Dabei wird eine Verdrehsicherung des Abstandshalters gezeigt, welche mittels Unterlegscheiben radial einstellbar ist.
  • Weiterhin beschreibt die US 4 925 364 A eine einstellbare Distanzschraube für einen Abstandshalter. Dabei wirken zwei konzentrisch zum Schaft des Abstandshalters angeordnete, mit Gewinde versehen Buchsen so zusammen, dass der Abstandshalter in radialer Richtung einstellbar ist. Bei der in diesem Dokument beschriebenen Verdrehsicherung erfolgt keine Kompensation thermischer Ausdehnungen oder Kontraktionen.
  • Eine einstellbare Abstützung eines Leitschaufelverstellrings zeigt die GB 2 273 744 A . Dabei ist ein Abstütz-Schuh mittels eines Schuhalters so gelagert, dass eine radiale Verstellbarkeit gewährleistet ist.
  • Die EP 2 481 892 A2 offenbart ein Anschlagelement eines Synchronisierrings, welches mittels einer Halterung gelagert ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leitschaufelverstellvorrichtung für einen Kompressor oder eine Turbine einer Gasturbine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine präzise Verstellung der Leitschaufeln auch bei unterschiedlichen thermalen Ausdehnungen ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass an dem Leitschaufelverstellring für jeden Abstandshalter eine aus einem Kunststoff gefertigte Buchse befestigt ist, an welcher der Abstandshalter gelagert ist. Die Buchse ist aus einem Kunststoffmaterial mit einem hohen thermalen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt. Aufgrund der hohen thermalen Ausdehnung wird der Abstandshalter (Centraliser) während der Erwärmung um einen höheren Betrag radial nach außen bewegt, als der umgebende Leitschaufelverstellring (Unisonring). Erfindungsgemäß kann somit die im Vergleich zum Verstellring stärkere radiale Ausdehnung des Gehäuses bei einer Erwärmung des Gehäuses während des Betriebs dadurch kompensiert werden, dass der Abstandshalter entsprechend dieser thermalen Ausdehnung des Gehäuses radial nach außen bewegt wird. Diese
  • Radialbewegung wird durch die thermale Ausdehnung der Buchse bewirkt, welche sich stärker ausdehnt, als der Leitschaufelverstellring. Somit zieht die Buchse den Abstandshalter radial nach außen, angepasst an die thermale Ausdehnung des Gehäuses. Ein thermaler Ausdehnungskoeffizient der Buchse ist somit höher als ein thermaler Ausdehnungskoeffizient des Leitschaufelverstellrings. Somit ist es möglich, den Abstandshalter stets in Kontakt oder mit einem vorgegebenen Spaltmaß zu der Oberfläche des Gehäuses zu halten. Dabei wird vermieden, dass zu große Abstände oder Spaltmaße auftreten, welche zu Fehlstellungen des Leitschaufelverstellrings führen könnten. Ebenso wird verhindert, dass der Abstandshalter auf der Oberfläche des Gehäuses klemmt, was zu höheren Verstellkräften oder zum Blockieren des Verstellmechanismus führt.
  • Der Betrag der Thermaldehnung der Buchse und damit die Radialbewegung des Abstandshalters kann erfindungsgemäß über die Länge der Buchse, über das Buchsenmaterial als auch über das Material des Abstandshalters angepasst werden.
  • Die erfindungsgemäße Lösung bringt somit den Vorteil, dass Fehlstellungen der Leitschaufeln oder Statorschaufeln reduziert oder gänzlich vermieden werden können. Dies führt zu einer exakteren Anströmung sowohl der Leitschaufeln als auch der Laufschaufeln und damit zu einem geringeren Brennstoffverbrauch. Weiterhin wird sowohl die aerodynamische Anregung benachbarter Rotor- und/oder Statorschaufeln reduziert, als auch die Verstellkräfte des Verstellsystems durch das Vermeiden des Verklemmens der Abstandshalter auf dem Gehäuse reduziert.
  • In der Erfindung ist vorgesehen, dass die Buchse rohrartig ausgebildet ist und dass der Abstandshalter einen zentrisch in der Buchse befestigten Schaft aufweist. Der Schaft kann somit an geeigneter Stelle in der Buchse gelagert werden, während die restliche Länge des Schaftes in der Buchse in radialer Richtung (Axialrichtung der Buchse) gleiten kann. Bevorzugterweise ist der Schaft am radial äußeren Bereich der Buchse befestigt, während die Buchse bevorzugterweise an einer radial innenliegenden Seite des Leitschaufelverstellrings an diesem befestigt oder in anderer Weise fixiert ist.
  • Zur Einstellung des Abstands zwischen dem Abstandshalter und der Oberfläche des Gehäuses ist es günstig, wenn der Schaft mit der Buchse verschraubt ist. Durch eine Drehung des Schaftes kann somit das Spaltmaß zwischen dem Abstandshalter und der Oberfläche des Gehäuses eingestellt werden.
  • Weiter bevorzugt ist der thermale Ausdehnungskoeffizient der Buchse höher als ein thermaler Ausdehnungskoeffizient, des Abstandshalters und/oder ein thermaler Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses.
  • Vorzugsweise ist der thermale Ausdehnungskoeffizient der Kunststoffbuchse mindestens doppelt so groß wie der thermale Ausdehnungskoeffizient des Leitschaufelverstellrings und/oder des Abstandshalters und/oder des Gehäuses. Der Leitschaufelverstellring, der Abstandshalter und das Gehäuse sind bevorzugt aus dem gleichen Material hergestellt, insbesondere aus einer hochfesten Stahllegierung mit α = 10/13 x 10-6 mm/mmK oder aus einer Titanlegierung mit α = 8/10 x 10-6 mm/mmK. Die Buchse ist vorzugsweise aus Polyimid.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    zeigt eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 2
    eine perspektivische Teilansicht eines Kompressors mit verstellbaren Leitschaufeln und Leitschaufelverstellringen,
    Fig. 3
    eine Detailansicht, analog Fig. 2,
    Fig. 4
    ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagerung des Abstandshalters in einer Radialschnittebene, und
    Fig. 5
    ein weiteres Ausführungsbeispiel in perspektivischer Schnittansicht.
  • Das Gasturbinentriebwerk 10 gemäß Fig. 1 ist ein Beispiel einer Turbomaschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann. Aus dem Folgenden wird jedoch klar, dass die Erfindung auch bei anderen Turbomaschinen verwendet werden kann. Das Triebwerk 10 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlass 11, einen in einem Gehäuse umlaufenden Fan 12, einen Mitteldruckkompressor 13, einen Hochdruckkompressor 14, Brennkammern 15, eine Hochdruckturbine 16, eine Mitteldruckturbine 17 und eine Niederdruckturbine 18 sowie eine Abgasdüse 19, die sämtlich um eine zentrale Triebwerksachse 1 angeordnet sind.
  • Der Mitteldruckkompressor 13 und der Hochdruckkompressor 14 umfassen jeweils mehrere Stufen, von denen jede eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung fester stationärer Leitschaufeln 20 aufweist, die allgemein als Statorschaufeln bezeichnet werden und die radial nach innen vom Triebwerksgehäuse 21 in einem ringförmigen Strömungskanal durch die Kompressoren 13, 14 vorstehen. Die Kompressoren weisen weiter eine Anordnung von Kompressorlaufschaufeln 22 auf, die radial nach außen von einer drehbaren Trommel oder Scheibe 26 vorstehen, die mit Naben 27 der Hochdruckturbine 16 bzw. der Mitteldruckturbine 17 gekoppelt sind.
  • Die Turbinenabschnitte 16, 17, 18 weisen ähnliche Stufen auf, umfassend eine Anordnung von Leitschaufeln 23, die radial nach innen vom Gehäuse 21 in den ringförmigen Strömungskanal durch die Turbinen 16, 17, 18 vorstehen, und eine nachfolgende Anordnung von Turbinenschaufeln 24, die nach außen von einer drehbaren Nabe 27 vorstehen. Die Kompressortrommel oder Kompressorscheibe 26 und die darauf angeordneten Schaufeln 22 sowie die Turbinenrotornabe 27 und die darauf angeordneten Turbinenlaufschaufeln 24 drehen sich im Betrieb um die Triebwerksachse 1.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Kompressors beschrieben, sie ist jedoch auch für Leitschaufeln einer Turbine anwendbar.
  • Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Kompressors mit mehreren Reihen von verstellbaren Leitschaufeln 20, zwischen denen jeweils Kompressorlaufschaufeln 22 angeordnet sind. Die einzelnen Leitschaufeln 20 sind jeweils um eine radiale Achse 33 verschwenkbar. Sie sind mit einem Hebel 34 verbunden, welcher an seinem gegenüberliegenden Endbereich mit einem Leitschaufelverstellring 29 drehbar gekoppelt ist. Durch eine Verdrehung des Leitschaufelverstellrings 29 in Umfangsrichtung erfolgt eine Verschwenkung der einzelnen Hebel 34. Hierdurch wird eine Verdrehung der Leitschaufeln 20 um die jeweilige Achse 33 bewirkt.
  • Eine nicht dargestellte Betätigungsvorrichtung, welche beispielsweise als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist, ist über jeweils eine Koppelstange (nicht dargestellt) mit einer Kurbelwelle 36 gekoppelt, so wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Kurbelwelle 36 ist mittels Lagern 37 gelagert. Die Kurbelwelle 36 ist weiterhin mittels Koppelstangen 35 mit den Leitschaufelverstellringen 29 gekoppelt. Eine Betätigung der Betätigungsvorrichtung führt somit zu einer Verdrehung oder Verschwenkung der Kurbelwelle 36, welche wiederum zu einer Verdrehung des jeweiligen Leitschaufelverstellrings 29 führt, da die Kurbelwelle 36 über eine Koppelstange 35 mit dem Leitschaufelverstellring 29 verbunden ist.
  • Die Fig. 3 zeigt weiterhin mehrere um den Umfang verteilt angeordnete Abstandshalter 30, welche (s. auch die nachfolgend beschriebene Fig. 4) einen Schaft 32 aufweisen, der an dem Leitschaufelverstellring 29 einstellbar gelagert ist. Der Abstandshalter liegt an der Oberfläche des Gehäuses 38 an und wird zusammen mit dem Leitschaufelverstellring 29 in Umfangsrichtung bewegt. Der Abstandshalter zentriert den Leitschaufelverstellring 29 in Radialrichtung relativ zu dem Gehäuse 38. Bei der Darstellung der Fig. 3 weist das Gehäuse 38 an den Bereichen, an denen der Abstandshalter 30 anliegt, geeignete Sockel oder Anlageflächen oder ähnliches auf.
  • Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung im Detail in einer Schnittansicht einer Radialebene. Dabei ist das Gehäuse 38 nur schematisch dargestellt und weist gegenüber dem Abstandshalter 30 einen zum Zwecke der Verdeutlichung übergroß dargestellten Abstand auf.
  • An dem Leitschaufelverstellring 29 ist eine aus einem Kunststoffmaterial gefertigte Buchse 31 gelagert. Diese Buchse ist in Form einer Hülse ausgebildet und weist eine zentrische Ausnehmung auf, in welcher der Schaft 32 des Abstandshalters 30 gelagert ist. Die Lagerung des Schaftes 32 erfolgt an einem radial äußeren Bereich der Buchse 31 mittels eines Gewindes 39. Durch Drehung des Schaftes 32 ist es somit möglich, die radiale Position des Abstandshalters 30 einzujustieren.
  • Die Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der durch die Thermaldehnungen ausgeführten Radialbewegungen. Es wird dabei beispielsweise von einer Erwärmung mit einem Wert von ΔT = 70 K ausgegangen. Bei einer derartigen Erwärmung des Gehäuses 38 (in diesem Beispiel hochfeste Stahllegierung mit α = 10/13 x 10 -6 mm/mmK, alternativ ebenfalls Titanlegierungen möglich mit α = 8/10 x 10 -6 mm/mmK) dehnt sich das Gehäuse bei dem gezeigten Beispiel radial um 0,3 mm aus. Das Kunststoffmaterial der Buchse 31 mit α = 20/50 x 10 -6 mm/mmK würde sich dabei um einen Betrag von 0,42 mm ausdehnen. Der Schaft 32 und der Verstellring 29 erfahren eine Gesamtlängenänderung von 0,08 mm (Ausdehnungskoeffizient α = 10/13 x 10-6 mm/mmK). Dies führt zu einer Gesamt-Radialbewegung des Abstandshalters 30 nach außen von 0,34 mm. Dies bedeutet, dass der Abstand zwischen dem Abstandshalter 30 und der Oberfläche des Gehäuses 38 im Wesentlichen konstant bleibt, so dass auch bei dieser Erhöhung der Temperatur der Leitschaufelverstellring 29 präzise zentriert wird.
  • Die Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Der Schaft 32 weist an seinem Ende ein Gewinde auf und ist mittels einer Mutter 40 verstellbar gesichert, welche mit der Buchse 31 verbunden ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Triebwerksachse
    10
    Gasturbinentriebwerk
    11
    Lufteinlass
    12
    im Gehäuse umlaufender Fan
    13
    Mitteldruckkompressor
    14
    Hochdruckkompressor
    15
    Brennkammern
    16
    Hochdruckturbine
    17
    Mitteldruckturbine
    18
    Niederdruckturbine
    19
    Abgasdüse
    20
    Leitschaufeln
    21
    Triebwerksgehäuse
    22
    Kompressorlaufschaufeln
    23
    Leitschaufeln
    24
    Turbinenschaufeln
    26
    Kompressortrommel oder -scheibe
    27
    Turbinenrotornabe
    28
    Auslaufkonus
    29
    Leitschaufelverstellring
    30
    Abstandshalter
    31
    Buchse
    32
    Schaft
    33
    Achse
    34
    Hebel
    35
    Koppelstange
    36
    Kurbelwelle
    37
    Lager
    38
    Gehäuse
    39
    Gewinde
    40
    Mutter

Claims (10)

  1. Leitschaufelverstellvorrichtung einer Gasturbine mit einer Vielzahl von jeweils um eine radiale Achse (33) schwenkbaren Leitschaufeln (20), welche in zumindest einer Radialebene angeordnet sind, sowie mit zumindest einem Leitschaufelverstellring (29), welcher mit den jeweiligen Leitschaufeln (20) gekoppelt ist und mittels zumindest einer Betätigungsvorrichtung in Umfangsrichtung drehbar ist, wobei der Leitschaufelverstellring (29) mittels mehrerer um den Umfang verteilter und an dem Leitschaufelverstellring (29) gelagerter Abstandshalter (30) an einem zentrisch angeordneten Gehäuse (38) in Radialrichtung abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Leitschaufelverstellring (29) für jeden Abstandshalter (30) eine aus einem Kunststoff mit einem höheren thermalen Ausdehnungskoeffizienten als ein thermaler Ausdehnungskoeffizient des Leitschaufelverstellrings (29) gefertigte Buchse (31) befestigt ist, an welcher der Abstandshalter (30) gelagert ist, wobei die Buchse (31) rohrartig ausgebildet ist und wobei der Abstandshalter einen zentrisch in der Buchse (31) befestigten Schaft (32) aufweist.
  2. Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (32) am radial äußeren Bereich der Buchse (31) befestigt ist.
  3. Leitschaufelverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (32) mit der Buchse (31) verschraubt ist.
  4. Leitschaufelverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (31) an der radial innenliegenden Seite des Leitschaufelverstellrings (29) an diesem befestigt ist.
  5. Leitschaufelverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (32) relativ zur Buchse (31) in radialer Richtung einstellbar ist.
  6. Leitschaufelverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (32) aus einem metallischen Material mit einem ähnlichen oder gleichen thermalen Ausdehnungskoeffizienten wie das Gehäuse (38) und/oder der Leitschaufelverstellring (29) gefertigt ist.
  7. Leitschaufelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermale Ausdehnungskoeffizient der Buchse (31) größer ist als ein thermaler Ausdehnungskoeffizient des Abstandshalters (30) und/oder des Gehäuses (38).
  8. Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der thermale Ausdehnungskoeffizient der Buchse (31) mindestens doppelt so groß ist wie der thermale Ausdehnungskoeffizient des Leitschaufelverstellrings (29) und/oder des Abstandshalters (30) und/oder des Gehäuses (38).
  9. Leitschaufelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (31) aus Polyimid hergestellt ist.
  10. Leitschaufelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelverstellring (29) und der Abstandshalter (30) und das Gehäuse (38) aus einer hochfesten Stahllegierung oder einer Titanlegierung hergestellt sind.
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