EP3283732B1 - Leitschaufelverstellvorrichtung und strömungsmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a guide vane adjustment device for a turbomachine and a turbomachine with such a guide vane adjustment device.
- Turbomachines known from practice have a rotor and a stator.
- the rotor of a turbomachine comprises a shaft and a plurality of rotor blades rotating together with the shaft, the rotor blades forming at least one rotor blade ring.
- the stator of a turbomachine comprises a housing and a plurality of stationary guide vanes, the guide vanes forming at least one guide vane ring.
- Guide vane adjustment devices known from practice have a drive shaft to which a drive motor can be coupled and which can be driven via the drive motor.
- the rotation of the drive shaft is transmitted via the drive motor with the aid of a control ring to all guide vanes of a guide vane ring, so that all guide vanes of a guide vane ring are adjusted or rotated indirectly with the control ring interposed starting from the drive shaft.
- the control ring of guide vane adjustment devices known from practice can be rotated in the circumferential direction, but cannot be displaced in the axial direction and radial direction.
- the object of the invention is to create a novel guide vane adjustment device for a turbomachine and a turbomachine with such a guide vane adjustment device.
- the drive shaft is directly coupled to one of the guide vanes of the guide vane ring in such a way that this guide vane of the guide vane ring can be rotated directly starting from the drive shaft without the control ring being interposed.
- the drive shaft or the guide vane which can be driven directly by the drive shaft is articulated to the control ring via a transmission lever.
- the drive shaft is indirectly coupled to the other guide vanes of the guide vane ring, in such a way that the other guide vanes of the guide vane ring can be rotated indirectly starting from the drive shaft with the control ring interposed.
- the guide vanes, which can be driven indirectly by the drive shaft are articulated to the control ring via further transmission levers.
- the control ring can be displaced in the circumferential direction and in the axial direction, so that forces at coupling points between the control ring and the transmission levers articulated to the control ring run perpendicular to the transmission levers.
- One of the guide vanes of a guide vane ring can be rotated directly by the drive shaft without the control ring being interposed.
- the other guide vanes of the guide vane ring can be rotated indirectly starting from the drive shaft with the interposition of the control ring.
- the guide vane which can be rotated directly or is coupled directly to the drive shaft, is articulated to the control ring via a transmission lever.
- the indirectly rotatable or indirectly coupled to the drive shaft guide vanes of the guide vane ring are articulated to the control ring via transmission lever.
- the control ring can be displaced in the circumferential direction and in the axial direction and can only be displaced in the radial direction. This can ultimately ensure that forces at the coupling points between the control ring and the transmission levers articulated to the control ring always run perpendicular to the transmission levers, so that bearings of the guide vanes are not loaded by parasitic force components.
- a guide vane adjustment device can be dimensioned smaller, so that it requires less installation space.
- the drive shaft or the guide vane which can be driven directly by the drive shaft is articulated to the control ring via a multi-part transmission lever, a first segment of the multi-part transmission lever being rigidly coupled to the drive shaft or to the guide vane which can be driven directly by the drive shaft, and wherein a second segment of the multipart transmission lever is articulated to the control ring.
- the first segment of the multi-part transmission lever is articulated to the second segment of the multi-part transmission lever to form a two-part transmission lever. This allows a particularly advantageous coupling of the drive shaft or the guide vane which can be driven directly by the drive shaft to the control ring.
- the guide vanes which can be driven indirectly by the drive shaft are articulated to the control ring by means of one-piece, elastically deformable transmission levers.
- the guide vanes which can be driven indirectly by the drive shaft are articulated to the control ring via multi-part transmission levers, a first segment of each of these multi-part transmission levers being rigidly coupled to the respective guide vane, and a second segment of each of these multi-part transmission levers being articulated is coupled to the control ring.
- the first segment of the respective multi-part transmission lever is then preferably articulated to the second segment of the respective multi-part transmission lever to form a two-part transmission lever.
- the two variants allow advantageous coupling of the indirectly rotatable guide vanes with the control ring.
- the first variant with the one-piece transmission levers between the control ring and the guide vanes which can be driven indirectly by the drive shaft is structurally simpler than the second variant with the multi-part transmission levers.
- the second variant with the multi-part transmission levers is more compact.
- the turbomachine is defined in claim 7.
- the present invention relates to a guide vane adjustment device for a turbomachine and a turbomachine with at least one such vane adjustment device.
- a turbomachine comprises a rotor with rotor-side blades and a stator with stator-side guide blades.
- the rotor blades of the rotor form at least one rotor blade ring, the or each rotor blade ring rotating together with a shaft of the rotor.
- the stator blades of the stator form at least one stator blade ring which is connected to a stator-side housing.
- Fig. 1 shows a section of a turbomachine in the area of a guide vane ring 20 comprising a plurality of guide vanes 21.
- Each of the guide vanes 21 has a blade root or blade pin 22 and a blade leaf 23, the blade pin 22 of the respective guide blade 21 being positioned radially on the outside and on a housing structure 24 the turbomachine attacks.
- the present invention relates here to a guide vane adjustment device for the guide vanes 21 of such a guide vane ring 20, with the aid of which the guide vanes 21 can be rotated about guide vane axes 25 of the guide vanes 20 extending in the radial direction of the rotor of the turbomachine, not shown.
- the blade feet 22 of the guide blades 21 are accordingly rotatably mounted in the housing structure 24, namely in such a way that each of the guide blades 21 can be rotated about the respective guide blade axis 25 which extends in the radial direction.
- the guide vane adjustment device for rotating the guide vanes 21 of the guide vane ring 20 about their guide vane axes 25 which extend in the radial direction comprises a drive shaft 26 which can be coupled to a drive motor (not shown) and which can be driven from the drive motor.
- the drive shaft 26 is directly coupled to one of the guide vanes 21 of the guide vane ring 20, namely in such a way that this guide vane 21 of the guide vane ring 20 can be rotated directly starting from the drive shaft 26.
- the drive shaft 26 preferably runs coaxially to the blade journal 22 of this directly rotatable guide blade 21 or coaxially to the blade axis 25 of this directly rotatable guide blade 21.
- the guide vane adjustment device further comprises a control ring 27.
- the drive shaft 26 or the guide vane 21 which can be driven directly by the drive shaft 26 is articulated to the control ring 27 via a transmission lever 28.
- the drive shaft 26 is indirectly coupled to the other guide vanes 21 of the guide vane ring 20 via the control ring 27, so that the other guide vanes 21 of the guide vane ring 20 can be rotated indirectly from the drive shaft 26, namely by interposing the control ring 27, which prevents the drive shaft 26 from rotating transmits the remaining guide vanes 21 of the guide vane ring 20.
- These guide vanes 21, which can be driven or rotated indirectly by the drive shaft 26, of the guide vane ring 20 are articulated to the control ring 27 via further transmission levers 29.
- the control ring 27, to which, on the one hand, the guide vane 21, which is directly adjustable from the drive shaft 26, is connected via the transmission lever 28 and, on the other hand, the guide vanes 21 which can be rotated indirectly from the drive shaft 26 via the transmission lever 29, can be displaced in the circumferential direction U and in the axial direction A.
- This multi-part transmission lever 28 has at least a first segment 31 which is rigidly coupled to the drive shaft 26 or to the guide vane 11 which can be driven directly by the drive shaft 26, and a second segment 32 which is articulated to the control ring 27.
- This transmission lever 28, which serves to couple the directly rotatable guide vane 21 or the drive shaft 26 to the control ring 27, is preferably designed as a two-part transmission lever, the first segment 31 and the second segment 32 then being articulated.
- two spherical spherical plain bearings 33 are formed between the first segment 31 of the two-part transmission lever 28 and the second segment 32 thereof. Furthermore, a further spherical joint bearing 34 is formed between the second segment 32 of this transmission lever 28 and the control ring 27.
- Exemplary embodiments of the guide vane adjusting device shown are coupled to the guide vanes 21, which can be driven indirectly from the drive shaft 26, with the control ring 27 via the transmission lever 29, which in the exemplary embodiments of FIG 1 to 9 are also designed as a multi-part transmission lever 29.
- Each of these transmission levers 29 has a first segment 35, which is rigidly coupled to the respective guide vane 21, and a second segment 36, which is articulated to the control ring 27, in the exemplary embodiments of the 1 to 9 these transmission levers 29 as well as the transmission lever 28 are designed as two-part transmission levers 29.
- the first segment 35 of the respective transmission lever 29 is connected in an articulated manner to the second segment 36 thereof, wherein according to the exemplary embodiments shown the 1 to 9
- Two spherical spherical plain bearings 37 are formed between the first segment 35 of the respective transmission lever 29 and the respective second segment 36 thereof, and a spherical spherical plain bearing 38 is formed between the second segment 36 of the respective transmission lever 29 and the control ring 27.
- control ring 27 can be displaced in the circumferential direction and the axial direction relative to the housing structure 24 and is only guided or fixed in the radial direction.
- Fig. 10 and 11 show such a control ring 27 alone, an inner race 39 of the control ring 27 of the Fig. 10 is preferably coated with lubricating varnish or a PTFE fabric in order to reduce the friction thereon.
- Fig. 11 shows an alternative embodiment of the control ring 27, in contrast to Fig. 10 is not in one piece, but rather is formed in several parts and comprises a plurality of so-called sliding pads 40 which are connected to a base body 41 of the control ring 27 Fig. 11 are releasably connected.
- the slide pads 40 prevent the control ring 27 from tilting when it moves in the axial and circumferential directions and allow the control ring 27 to be mounted on the housing structure 24 without play.
- the slide pads 40 are interchangeable and are preferably made from a material with good sliding properties and accordingly low friction values.
- the slide pads 40 are connected to the base body 41 in an articulated manner via slide pad holders, such that they are each rotatably mounted about an axis which is tangential to the circumference and perpendicular to the axis of rotation of the control ring 27.
- the transmission levers 29, which serve to couple the guide vanes 21, which are indirectly driven by the drive shaft 26, to the control ring 27, are designed as one-piece, flexurally deformable transmission levers 29. So in the embodiments of the 12 to 13 the one-piece, elastically deformable transmission lever 29 is fixedly coupled at one end to the respective guide vane 21 and at an opposite end via a spherical joint bearing 42 to the control ring 27.
- transition section 43 between these two ends of the respective transmission lever 29, the same is resiliently deformable in order to compensate for a height offset or radial offset changing during the circumferential displacement and axial displacement of the control ring 27 between the control ring 27 and the indirectly displaceable guide vanes 21.
- the embodiment of the Fig. 14 differs from the embodiment of Fig. 12 and 13 through the specific design of the transmission levers 28 and 29.
- a guide vane 21 of the guide vane ring 20 can be driven directly from a drive shaft 26.
- the drive shaft 26 or the directly driven guide blade 21 is coupled to a control ring 27.
- This coupling is preferably carried out via a two-part pivot lever 28 with preferably three spherical spherical bearings.
- All other guide blades 21 of the guide blade ring 20 can be driven indirectly from the drive shaft 26 via the control ring 27, these guide blades 21 being coupled to the control ring 27 via further transmission levers 29.
- the control ring 27 is mounted coaxially to the axis of rotation of a rotor, not shown, and can execute an axial linear movement and a rotational movement in the circumferential direction superimposed.
- the transmission lever 29, which serves to couple the indirectly adjustable guide vanes to the control ring 27, can, like the transmission lever 28, which serves to connect the directly adjustable guide vane 21 to the control ring 27, be made in several parts or alternatively in one part.
- the use of spherical spherical bearings in the area of the transmission levers 28, 29 is preferred, but hinge joints can also be used.
- the guide vane adjustment device With the guide vane adjustment device according to the invention, it is possible to optimally adjust guide vanes of a guide vane ring, while ensuring a low overall friction and a low torsional load while avoiding parasitic forces.
- the guide vane adjustment device of the present invention provides efficient kinematics for the displacement of the guide vanes of a guide vane ring at low component loads, so that high suction pressures can be used in a turbomachine that uses the guide vane adjustment device.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Leitschaufelverstellvorrichtung für eine Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine mit einer solchen Leitschaufelverstellvorrichtung.
- Aus der Praxis bekannte Strömungsmaschinen verfügen über einen Rotor und einen Stator. Der Rotor einer Strömungsmaschine umfasst eine Welle sowie mehrere zusammen mit der Welle rotierende Laufschaufeln, wobei die Laufschaufeln zumindest einen Laufschaufelkranz ausbilden. Der Stator einer Strömungsmaschine umfasst ein Gehäuse sowie mehrere feststehende Leitschaufeln, wobei die Leitschaufeln mindestens einen Leitschaufelkranz ausbilden.
- Aus der Praxis ist es bereits bekannt, die Leitschaufeln eines Laueitschaufelkranzes einer Strömungsmaschine über eine Leitschaufelverstellvorrichtung derart zu verstellen, dass die Leitschaufeln um eine sich in radialer Richtung des Rotors erstreckende Leitschaufelachse drehbar sind.
- Aus der Praxis bekannte Leitschaufelverstellvorrichtungen verfügen dabei über eine Antriebswelle, an die ein Antriebsmotor koppelbar ist und die über den Antriebsmotor antreibbar ist. Bei aus der Praxis bekannten Leitschaufelverstellvorrichtungen wird die Verdrehung der Antriebswelle über den Antriebsmotor mit Hilfe eines Steuerrings auf alle Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes übertragen, sodass demnach alle Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes indirekt unter Zwischenschaltung des Steuerrings ausgehend von der Antriebswelle verstellt bzw. verdreht werden. Dabei ist der Steuerring von aus der Praxis bekannten Leitschaufelverstellvorrichtungen in Umfangsrichtung verdrehbar, jedoch in Axialrichtung und Radialrichtung nicht verlagerbar.
- Aus der Praxis bekannte Leitschaufelverstellvorrichtungen verfügen über den Nachteil, dass an denselben relativ viel Reibung anfällt. Ferner sind dieselben einer hohen Torsionsbelastung ausgelegt. Daher müssen aus der Praxis bekannte Leitschaufelverstellvorrichtungen entsprechend groß dimensioniert werden. Dies ist jedoch im Hinblick auf den limitierten Bauraum, der an Strömungsmaschinen zur Verfügung steht, von Nachteil.
- Aus der
US 2012/263586 A1 ist eine Leitschaufelverstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. DieDE 690 10 519 T2 offenbart eine Leitschaufelverstellvorrichtung mit einer translatorisch verlagerbaren Stellgliedstange. DieDE 26 18 727 A1 offenbart weiteren Stand der Technik. - Hievon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Leitschaufelverstellvorrichtung für eine für eine Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine mit einer solchen Leitschaufelverstellvorrichtung zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird durch eine Leitschaufelverstellvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Antriebswelle ist mit einer der Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes direkt gekoppelt, derart, dass diese Leitschaufel des Leitschaufelkranzes ausgehend von der Antriebswelle ohne Zwischenschaltung des Steuerrings direkt verdrehbar ist. Die Antriebswelle oder die direkt von der Antriebswelleantreibbare Leitschaufel ist mit dem Steuerring über einen Übertragungshebel gelenkig gekoppelt. Die Antriebswelle ist mit den anderen Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes indirekt gekoppelt, derart, dass die anderen Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes ausgehend von der Antriebswelle unter Zwischenschaltung des Steuerrings indirekt verdrehbar sind. Die indirekt von der Antriebswelle antreibbaren Leitschaufeln sind mit dem Steuerring über weitere Übertragungshebel gelenkig gekoppelt. Der Steuerring ist in Umfangsrichtung und in Axialrichtung verlagerbar, sodass Kräfte an Kopplungspunkten zwischen dem Steuerring und den gelenkig mit dem Steuerring gekoppelten Übertragungshebeln senkrecht zu den Übertragungshebeln verlaufen.
- Die obigen Merkmale ermöglichen es, in Kombination miteinander, den Anfall an Reibung sowie die Torsionsbelastung zu reduzieren. Eine der Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes ist direkt von der Antriebswelle ohne Zwischenschaltung des Steuerrings verdrehbar. Die anderen Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes sind unter Zwischenschaltung des Steuerrings indirekt ausgehend von der Antriebswelle verdrehbar. Die direkt verdrehbare bzw. direkt mit der Antriebswelle gekoppelte Leitschaufel ist mit dem Steuerring über einen Übertragungshebel gelenkig gekoppelt. Ferner sind die indirekt verdrehbaren bzw. indirekt mit der Antriebswelle gekoppelten Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes mit dem Steuerring über Übertragungshebel gelenkig gekoppelt. Der Steuerring ist dabei in Umfangsrichtung und in Axialrichtung verlagerbar und ausschließlich in Radialrichtung nicht verlagerbar geführt. Hierdurch kann letztendlich gewährleistet werden, dass Kräfte an den Kopplungspunkten zwischen dem Steuerring und den gelenkig mit dem Steuerring gekoppelten Übertragungshebeln stets senkrecht zu den Übertragungshebeln verlaufen, sodass Lager der Leitschaufeln nicht durch parasitäre Kraftkomponenten belastet werden. Letztendlich kann hierdurch eine Leitschaufelverstellvorrichtung geringer dimensioniert werden, sodass dieselbe einen geringeren Bauraumbedarf aufweist.
- Die Antriebswelle oder die direkt von der Antriebswelle antreibbare Leitschaufel ist mit dem Steuerring über einen mehrteiligen Übertragungshebel gelenkig gekoppelt, wobei ein erstes Segment des mehrteiligen Übertragungshebels starr mit der Antriebswelle oder mit der direkt von der Antriebswelle antreibbaren Leitschaufel gekoppelt ist, und wobei ein zweites Segment des mehrteiligen Übertragungshebels gelenkig mit dem Steuerring gekoppelt ist. Vorzugsweise ist das erstes Segment des mehrteiligen Übertragungshebels mit dem zweiten Segment des mehrteiligen Übertragungshebels unter Ausbildung eines zweiteiligen Übertragungshebels gelenkig gekoppelt. Dies erlaubt eine besonders vorteilhafte Kopplung der Antriebswelle oder der direkt von der Antriebswelle antreibbaren Leitschaufel mit dem Steuerring.
- Nach einer ersten Variante der Erfindung sind die indirekt von der Antriebswelle antreibbaren Leitschaufeln mit dem Steuerring über einteilige, elastisch verformbare Übertragungshebel gelenkig gekoppelt. Alternativ sind nach einer zweiten Variante der Erfindung die indirekt von der Antriebswelle antreibbaren Leitschaufeln mit dem Steuerring über mehrteilige Übertragungshebel gelenkig gekoppelt, wobei ein erstes Segment jedes dieser mehrteiligen Übertragungshebel starr mit der jeweiligen Leitschaufel gekoppelt ist, und wobei ein zweites Segment jedes dieser mehrteiligen Übertragungshebel gelenkig mit dem Steuerring gekoppelt ist. In der zweiten Variante ist dann vorzugsweise das erste Segment des jeweiligen mehrteiligen Übertragungshebels mit dem zweiten Segment des jeweiligen mehrteiligen Übertragungshebels unter Ausbildung eines zweiteiligen Übertragungshebels gelenkig gekoppelt. Diese beiden Varianten erlauben eine vorteilhafte Kopplung der indirekt verdrehbaren Leitschaufeln mit dem Steuerring. Die erste Variante mit den einteiligen Übertragungshebeln zwischen dem Steuerring und den indirekt von der Antriebswelle antreibbaren Leitschaufeln ist konstruktiv einfacher als die zweite Variante mit den mehrteiligen Übertragungshebeln. Die zweite Variante mit den mehrteiligen Übertragungshebeln baut jedoch kompakter.
- Die Strömungsmaschine ist in Anspruch 7 definiert.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- Fig. 1
- einen perspektivischen Ausschnitt aus einer Strömungsmaschine im Bereich eines Leitschaufelkranzes und einer Leitschaufelverstellvorrichtung für die Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes;
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf die Anordnung der
Fig. 1 in einem ersten Zustand; - Fig. 3
- eine ausschnittsweise Seitenansicht der
Fig. 2 ; - Fig. 4
- eine Draufsicht auf die Anordnung der
Fig. 1 in einem zweiten Zustand; - Fig. 5
- eine ausschnittsweise Seitenansicht der
Fig. 4 ; - Fig. 6
- einen teilweisen Querschnitt durch eine alternative Leitschaufelverstellvorrichtung;
- Fig. 7
- einen gegenüber
Fig. 1 um 90° versetzten teilweisen Querschnitt durch die Leitschaufelverstellvorrichtung derFig. 6 ; - Fig. 8
- die Anordnung der
Fig. 7 ohne Gehäuse in perspektivischer Ansicht; - Fig. 9
- ein Detail der
Fig. 8 ; - Fig. 10
- ein Detail der Leitschaufelverstellvorrichtungen;
- Fig. 11
- eine Alternative zum Detail der
Fig. 10 ; - Fig. 12
- eine Alternative zur Anordnung der
Fig. 8 ; - Fig. 13
- ein Detail der
Fig. 12 ; und - Fig. 14
- eine Alternative zum Detail der
Fig. 13 . - Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Leitschaufelverstellvorrichtung für eine Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine mit mindestens einer solchen Leitschaufelverstellvorrichtung.
- Der grundsätzliche Aufbau einer Strömungsmaschine ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig. Es sei an dieser Stelle der Vollständigkeit halber ausgeführt, dass eine Strömungsmaschine einen Rotor mit rotorseitigen Laufschaufeln und einen Stator mit statorseitigen Leitschaufeln umfasst.
- Die Laufschaufeln des Rotors bilden mindestens einen Laufschaufelkranz, wobei der oder jeder Laufschaufelkranz zusammen mit einer Welle des Rotors rotiert. Die Leitschaufeln des Stators bilden mindestens einen Leitschaufelkranz, der an einem statorseitigen Gehäuse angebunden ist.
-
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Strömungsmaschine im Bereich eines Leitschaufelkranzes 20 aus mehreren Leitschaufeln 21. Jede der Leitschaufeln 21 verfügt über einen Schaufelfuß bzw. Schaufelzapfen 22 und ein Schaufelblatt 23, wobei der Schaufelzapfen 22 der jeweiligen Leitschaufel 21 radial außen positioniert ist und an einer Gehäusestruktur 24 der Strömungsmaschine angreift. - Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun eine Leitschaufelverstellvorrichtung für die Leitschaufeln 21 eines solchen Leitschaufelkranzes 20, mit Hilfe derer die Leitschaufeln 21 um sich in radialer Richtung des nicht gezeigten Rotors der Strömungsmaschine erstreckende Leitschaufelachsen 25 der Leitschaufeln 20 verdreht werden können.
- Die Schaufelfüße 22 der Leitschaufeln 21 sind demnach verdrehbar in der Gehäusestruktur 24 gelagert, nämlich derart, dass jede der Leitschaufeln 21 um die jeweilige sich in radialer Richtung erstreckende Leitschaufelachse 25 verdreht werden kann.
- Die Leitschaufelverstellvorrichtung zur Verdrehung der Leitschaufeln 21 des Leitschaufelkranzes 20 um ihre sich in radialer Richtung erstreckenden Leitschaufelachsen 25 umfasst eine Antriebswelle 26, die an einen nicht gezeigten Antriebsmotor koppelbar ist und die vom Antriebsmotor aus antreibbar ist.
- Die Antriebswelle 26 ist mit einer der Leitschaufeln 21 des Leitschaufelkranzes 20 direkt gekoppelt, nämlich derart, dass diese Leitschaufel 21 des Leitschaufelkranzes 20, ausgehend von der Antriebswelle 26 direkt verdrehbar ist.
- Die Antriebswelle 26 verläuft vorzugsweise koaxial zum Schaufelzapfen 22 dieser direkt verdrehbaren Leitschaufel 21 bzw. koaxial zur Schaufelachse 25 dieser direkt verdrehbaren Leitschaufel 21.
- Die Leitschaufelverstellvorrichtung umfasst weiterhin einen Steuerring 27. Die Antriebswelle 26 oder die direkt von der Antriebswelle 26 antreibbare Leitschaufel 21 ist mit dem Steuerring 27 über einen Übertragungshebel 28 gelenkig gekoppelt.
- Die Antriebswelle 26 ist mit den anderen Leitschaufeln 21 des Leitschaufelkranzes 20 über den Steuerring 27 indirekt gekoppelt, sodass die übrigen Leitschaufeln 21 des Leitschaufelkranzes 20 von der Antriebswelle 26 aus indirekt verdrehbar sind, nämlich unter Zwischenschaltung des Steuerrings 27, der die Verdrehung der Antriebswelle 26 auf die übrigen Leitschaufeln 21 des Leitschaufelrings 20 überträgt. Diese indirekt von der Antriebswelle 26 aus antreibbaren bzw. verdrehbaren Leitschaufeln 21 des Leitschaufelrings 20 sind mit dem Steuerring 27 über weitere Übertragungshebel 29 gelenkig gekoppelt.
- Der Steuerring 27, an welchem einerseits die direkt von der Antriebswelle 26 aus verstellbare Leitschaufel 21 über den Übertragungshebel 28 und andererseits die indirekt von der Antriebswelle 26 aus verdrehbaren Leitschaufeln 21 über die Übertragungshebel 29 angebunden sind, ist in Umfangsrichtung U und in Axialrichtung A verlagerbar. Durch diese Verlagerbarkeit des Steuerrings 27 in Umfangsrichtung U und in Axialrichtung A sowie durch die gelenkige Anbindung der Übertragungshebel 28 und 29 an den Steuerring 27 verlaufen Kräfte, die während des Verdrehens der Leitschaufeln 21 an den Kopplungspunkten zwischen dem Steuerring 27 und den gelenkig mit dem Steuerring 27 gekoppelten Übertragungshebeln 28, 29 angreifen, stets senkrecht zu den Übertragungshebeln 27, 28.
- Durch die obigen Merkmale der Leitschaufelverstellvorrichtung wird eine Reibung an derselben reduziert, parasitäre Kraftkomponenten, die nach dem Stand der Technik auf die Übertragungshebel einwirken, werden vermieden. Hierdurch werden Lager 30 der Leitschaufeln, über welche dieselben in der Gehäusestruktur 24 drehbar gelagert sind, weniger stark belastet. Jede Leitschaufeln ist dabei gemäß
Fig. 6 durch zwei Lager 30 an zwei Stellen radial und axial gelagert. - Die Antriebswelle 26 oder die direkt von der Antriebswelle antreibbare Leitschaufel 21, insbesondere der Schaufelzapfen 22 derselben, ist mit dem Steuerring 27 über einen mehrteiligen Übertragungshebel 28 gelenkig gekoppelt. Diese mehrteilige Übertragungshebel 28 verfügt zumindest über ein erstes Segment 31, welches starr mit der Antriebswelle 26 oder mit der direkt von der Antriebswelle 26 antreibbaren Leitschaufel 11 gekoppelt ist, sowie ein zweites Segment 32, welches gelenkig mit dem Steuerring 27 gekoppelt ist. Vorzugsweise ist dieser Übertragungshebel 28, der der Kopplung der direkt verdrehbaren Leitschaufel 21 bzw. der Antriebswelle 26 mit dem Steuerring 27 dient, als zweiteiliger Übertragungshebel ausgebildet, wobei dann das erste Segment 31 und das zweite Segment 32 desselben gelenkig gekoppelt sind. Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zwischen dem ersten Segment 31 des zweiteiligen Übertragungshebels 28 und dem zweiten Segment 32 desselben zwei sphärische Gelenklager 33 ausgebildet. Ferner ist zwischen dem zweiten Segment 32 dieses Übertragungshebels 28 und dem Steuerring 27 ein weiteres sphärisches Gelenklager 34 ausgebildet.
- In den in
Fig. 1 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen der Leitschaufelverstellvorrichtung sind die indirekt von der Antriebswelle 26 aus antreibbaren Leitschaufeln 21 mit dem Steuerring 27 über die Übertragungshebel 29 gekoppelt, die in den Ausführungsbeispielen derFig. 1 bis 9 ebenfalls als mehrteilige Übertragungshebel 29 ausgeführt sind. Jeder dieser Übertragungshebel 29 verfügt über ein erstes Segment 35, welches mit der jeweiligen Leitschaufel 21 starr gekoppelt ist, sowie über ein zweites Segment 36, welches mit dem Steuerring 27 gelenkig gekoppelt ist, wobei in den Ausführungsbeispielen derFig. 1 bis 9 auch diese Übertragungshebel 29 ebenso wie der Übertragungshebel 28 als zweiteilige Übertragungshebel 29 ausgebildet sind. In diesem Fall ist dann das erste Segment 35 des jeweiligen Übertragungshebels 29 mit dem zweiten Segment 36 desselben gelenkig verbunden, wobei gemäß den gezeigten Ausführungsbeispielen derFig. 1 bis 9 zwischen dem ersten Segment 35 des jeweiligen Übertragungshebels 29 und dem jeweiligen zweiten Segment 36 desselben zwei sphärische Gelenklager 37 und zwischen dem zweiten Segment 36 des jeweiligen Übertragungshebels 29 und dem Steuerring 27 ein sphärisches Gelenklager 38 ausgebildet ist. - Wie bereits oben ausgeführt, ist der Steuerring 27 in Umfangsrichtung und Axialrichtung relativ zur Gehäusestruktur 24 verlagerbar und lediglich in Radialrichtung geführt bzw. fixiert.
Fig. 10 und11 zeigen einen derartigen Steuerring 27 in Alleindarstellung, wobei eine innere Lauffläche 39 des Steuerrings 27 derFig. 10 vorzugsweise mit Gleitlack oder einem PTFE-Gewebe beschichtet ist, um die Reibung an demselben zu reduzieren. -
Fig. 11 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Steuerrings 27, der im Unterschied zurFig. 10 nicht einteilig, sondern vielmehr mehrteilig ausgebildet ist und mehrere sogenannte Gleitpads 40 umfasst, die mit einem Grundkörper 41 des Steuerrings 27 derFig. 11 lösbar verbunden sind. Die Gleitpads 40 verhindern ein Verkanten des Steuerrings 27 bei der Bewegung desselben in Axialrichtung und Umfangsrichtung und erlauben eine spielfreie Montage des Steuerrings 27 auf der Gehäusestruktur 24. Die Gleitpads 40 sind austauschbar und vorzugsweise aus einem Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften und demnach geringen Reibwerten gefertigt. Die Gleitpads 40 sind über Gleitpad-Halter mit dem Grundkörper 41 gelenkig verbunden, derart, dass sie jeweils um eine Achse drehbar gelagert sind, welche tangential zum Umfang und senkrecht zur Rotationsachse des Steuerrings 27 liegen. - Wie oben bereits ausgeführt, sind in den in
Fig. 1 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen sämtliche Übertragungshebel 28, 29, also einerseits der Übertragungshebel 28, welcher die Antriebswelle 26 bzw. die direkt von der Antriebswelle 26 angetriebene Leitschaufel 21 mit dem Steuerring 27 koppelt, sowie die Übertragungshebel 29, welche den Steuerring 27 mit den indirekt von der Übertragungswelle 26 aus angetriebenen Leitschaufeln 21 koppeln, jeweils zweiteilig ausgeführt, wobei im Bereich jedes der Übertragungshebel 28, 29 jeweils drei sphärische Gelenklager ausgebildet sind, wodurch es, wie insbesondere einem Vergleich derFig. 3 und5 entnommen werden kann, möglich ist, einen sich bei der Verdrehung und axialen Verlagerung des Steuerrings 27 verändernden Höhenversatz bzw. Radialversatz zwischen dem jeweiligen Übertragungshebel 28, 29 und dem Steuerring 27 auszugleichen. -
Fig. 12 bis 14 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, in welcher die Übertragungshebel 29, die der Kopplung der indirekt von der Antriebswelle 26 angetriebenen Leitschaufeln 21 mit dem Steuerring 27 dienen, als einteilige, biegeelastisch verformbare Übertragungshebel 29 ausgebildet sind. So sind in den Ausführungsbeispielen derFig. 12 bis 13 die einteiligen, elastisch verformbaren Übertragungshebel 29 an einem Ende fest mit der jeweiligen Leitschaufel 21 und an einem gegenüberliegenden Ende über ein sphärisches Gelenklager 42 mit dem Steuerring 27 gekoppelt. In einem Übergangsabschnitt 43 zwischen diesen beiden Enden des jeweiligen Übertragungshebels 29 ist derselbe biegeelastisch verformbar, um einen sich bei der Umfangsverlagerung und Axialverlagerung des Steuerrings 27 zwischen dem Steuerring 27 und den indirekt verlagerbaren Leitschaufeln 21 verändernden Höhenversatz bzw. Radialversatz zu kompensieren. - Das Ausführungsbeispiel der
Fig. 14 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel derFig. 12 und13 durch die konkrete Ausführung der Übertragungshebel 28 und 29. - Sind beim Ausführungsbeispiel der
Fig. 12 und13 ebenso wie bei den Ausführungsbeispielen derFig. 1 bis 9 die Segmente 31 und 32 des Übertragungshebels 28 im Wesentlichen axial hintereinander positioniert, so sind in dem Ausführungsbeispiel derFig. 14 diese Segmente 31 und 32 des Übertragungshebels 28 im Wesentlichen in Radialrichtung übereinander positioniert. - Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der
Fig. 14 und dem Ausführungsbeispiel derFig. 2 und3 besteht in der geometrischen Konturierung der einteiligen Übertragungshebel 29, die in dem Übergangsabschnitt 43 zwischen den beiden Enden derselben biegeelastisch verformbar sind und daher in diesem Übergangsabschnitt 43 im Vergleich zu den anderen Abschnitten derselbe relativ dünnwandig ausgeführt sind. - Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass eine Leitschaufel 21 des Leitschaufelkranzes 20 direkt von einer Antriebswelle 26 aus antreibbar ist. Dabei ist die Antriebswelle 26 bzw. die direkt angetriebene Leitschaufel 21 mit einem Steuerring 27 gekoppelt. Diese Kopplung erfolgt vorzugsweise über einen zweiteiligen Schwenkhebel 28 mit vorzugsweise drei sphärischen Gelenklagern. Alle übrigen Leitschaufeln 21 des Leitschaufelrings 20 sind über den Steuerring 27 indirekt von der Antriebswelle 26 aus antreibbar, wobei diese Leitschaufeln 21 über weitere Übertragungshebel 29 mit dem Steuerring 27 gekoppelt sind. Der Steuerring 27 ist koaxial zur Drehachse eines nicht gezeigten Rotors radial gelagert und kann eine axiale Linearbewegung und eine Rotationsbewegung in Umfangsrichtung überlagert ausführen. Die Übertragungshebel 29, die der Kopplung der indirekt verstellbaren Leitschaufeln mit dem Steuerring 27 dienen, können ebenso wie der Übertragungshebel 28, welcher der Anbindung der direkt verstellbaren Leitschaufel 21 an den Steuerring 27 dient, mehrteilig oder alternativ einteilig ausgeführt sein. Die Verwendung von sphärischen Gelenklagern im Bereich der Übertragungshebel 28, 29 ist zwar bevorzugt, es können jedoch auch Scharniergelenke zum Einsatz kommen.
- In
Fig. 1 bis 5 greifen die Übertragungshebel 28, 29 außerhalb der Gehäusestruktur 24 an den radial äußeren Enden der Schaufelfüße an. InFig. 6 und7 greifen die Übertragungshebel 28, 29 zwischen den Lagerstelen 30 der Übertragungshebel 28, 29 an. - Mit der erfindungsgemäßen Leitschaufelverstellvorrichtung ist es möglich, Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes optimal zu verstellen, und zwar unter Gewährleistung einer geringen Gesamtreibung und einer geringen Torsionsbelastung unter Vermeidung parasitärer Kräfte. Die Leitschaufelverstellvorrichtung der hier vorliegenden Erfindung stellt eine effiziente Kinematik zur Verlagerung der Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes bei geringen Bauteilbelastungen bereit, wodurch in einer Strömungsmaschine, welche die Leitschaufelverstellvorrichtung nutzt, hohe Saugdrücke genutzt werden können.
Claims (7)
- Leitschaufelverstellvorrichtung für eine Strömungsmaschine, nämlich zur Verdrehung mehrerer zu einem Leitschaufelkranz gruppierter Leitschaufeln um sich in radialer Richtung eines Rotors der Strömungsmaschine erstreckende Leitschaufelachsen der Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes, miteiner Antriebswelle (26), an die ein Antriebsmotor koppelbar ist und die über den Antriebsmotor antreibbar ist;einem Steuerring (27), der eine Verdrehung der Antriebswelle (26) zur Verdrehung von Leitschaufeln (21) des Leitschaufelkranz (20) auf dieselben überträgt;die Antriebswelle (26) mit einer der Leitschaufeln (21) des Leitschaufelkranzes (20) direkt gekoppelt ist, derart, dass diese Leitschaufel des Leitschaufelkranzes ausgehend von der Antriebswelle (26) ohne Zwischenschaltung des Steuerrings (27) direkt verdrehbar ist;die Antriebswelle (26) mit den anderen Leitschaufeln (21) des Leitschaufelkranzes (20) indirekt gekoppelt ist, derart, dass die anderen Leitschaufel des Leitschaufelkranzes ausgehend von der Antriebswelle (26) unter Zwischenschaltung des Steuerrings (27) indirekt verdrehbar sind;die Antriebswelle (26) oder die direkt von der Antriebswelle (26) antreibbare Leitschaufel (21) mit dem Steuerring (27) über einen Übertragungshebel (28) gelenkig gekoppelt ist;die indirekt von der Antriebswelle (26) antreibbaren Leitschaufeln (21) mit dem Steuerring (27) über weitere Übertragungshebel (29) gelenkig gekoppelt sind;der Steuerring (27) in Umfangsrichtung und in Axialrichtung verlagerbar ist, sodass Kräfte an Kopplungspunkten zwischen dem Steuerring (27) und den gelenkig mit dem Steuerring (27) gekoppelten Übertragungshebeln (28, 29) senkrecht zu den Übertragungshebeln (28, 29) verlaufen;die Antriebswelle (26) oder die direkt von der Antriebswelle (26) antreibbare Leitschaufel (21) mit dem Steuerring (27) über einen mehrteiligen Übertragungshebel (28) gelenkig gekoppelt ist, wobei ein erstes Segment (31) des mehrteiligen Übertragungshebels starr mit der Antriebswelle (26) oder mit der direkt von der Antriebswelle (26) antreibbaren Leitschaufel (21) gekoppelt ist, und wobei ein zweites Segment (32) des mehrteiligen Übertragungshebels (28) gelenkig mit dem Steuerring (27) gekoppelt ist;zwischen dem zweiten Segment (32) des mehrteiligen Übertragungshebels (28) und dem Steuerring (27) ein einziges Gelenklager (34) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet dass zwischen dem ersten Segment (31) des mehrteiligen Übertragungshebels (28) und dem zweiten Segment (32) des mehrteiligen Übertragungshebels (28) zwei Gelenklager (33) ausgebildet sind.
- Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die indirekt von der Antriebswelle (26) antreibbaren Leitschaufeln (21) mit dem Steuerring (27) über einteilige, elastisch verformbare Übertragungshebel (29) gelenkig gekoppelt sind.
- Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen jedem der einteiligen Übertragungshebel (29) und dem Steuerring (27) ein Gelenklager (42) ausgebildet ist, und dass jeder der einteiligen Übertragungshebel (29) mit der jeweiligen Leitschaufel (21) starr gekoppelt ist. - Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruph 1, dadurch gekennzeichnet, dass die indirekt von der Antriebswelle (26) antreibbaren Leitschaufeln (21) mit dem Steuerring (27) über mehrteilige Übertragungshebel (29) gelenkig gekoppelt sind, wobei ein erstes Segment (35) jedes dieser mehrteiligen Übertragungshebel (29) starr mit der jeweiligen Leitschaufel (21) gekoppelt ist, und wobei ein zweites Segment (36) jedes dieser mehrteiligen Übertragungshebel (29) gelenkig mit dem Steuerring (27) gekoppelt ist.
- Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass das erstes Segment (35) jedes dieser mehrteiligen Übertragungshebel (29) mit dem zweiten Segment (36) des jeweiligen mehrteiligen Übertragungshebels (29) gelenkig gekoppelt ist. - Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Segment (35) des jeweiligen mehrteiligen Übertragungshebels (29) und dem zweiten Segment (36) des jeweiligen mehrteiligen Übertragungshebels (29) zwei Gelenklager (37) ausgebildet sind, und dass zwischen dem zweiten Segment (36) des jeweiligen mehrteiligen Übertragungshebels (29) und dem Steuerring (27) ein einziges Gelenklager (38) ausgebildet ist.
- Strömungsmaschine, mit einem Laufschaufeln aufweisenden Rotor und mit einem Leitschaufeln aufweisenden Stator, wobei die Leitschaufeln mindestens einen Leitschaufelkranz bilden, und wobei mindestens die Leitschaufeln mindestens eines Leitschaufelkranzes durch eine Leitschaufelverstellvorrichtung verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufelverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
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