EP3327257A1

EP3327257A1 - Stator vane assembly with compensation

Info

Publication number: EP3327257A1
Application number: EP17202362.4A
Authority: EP
Inventors: Sabrina Schmidtke
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2018-05-30
Also published as: US10495107B2; US20180142705A1; DE102016122639A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitschaufelbaugruppe (L), mit wenigstens einer Leitschaufelreihe (13a - 13c) und einem sich entlang einer Umfangsrichtung (U) um eine Mittelachse (M) erstreckenden Gehäuse (1) für die wenigstens eine Leitschaufelreihe (13a - 13c), wobei die wenigstens eine Leitschaufelreihe (13a - 13c) mehrere Leitschaufeln (11) umfasst, die jeweils mittels einer Verstelleinrichtung (3) der Leitschaufelbaugruppe (L) verstellbar an dem Gehäuse (1) gelagert sind, und wobei - die Verstelleinrichtung (3) mindestens ein Verstellelement (30) zur Verstellung der Leitschaufeln (11) umfasst, das zu einer Außenseite des Gehäuses (1), bezüglich der Mittelachse (M), radial beabstandet ist, und - eine Ausgleichseinrichtung (4) vorgesehen ist, über die ein radialer Abstand (a) des Verstellelements (30) zu der Außenseite des Gehäuses (1) vorgegeben ist und die unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Verstellelements (30) einerseits und des Gehäuses (1) andererseits zumindest teilweise kompensiert, Erfindungsgemäß weist die Ausgleichseinrichtung (4) ein zwischen dem Verstellelement (30) und der Außenseite des Gehäuses (1) angeordnetes Ausgleichselement (40) auf, welches über wenigstens ein an dem Verstellelement (30) angelenktes Verbindungselement (41 - 44) der Ausgleichseinrichtung (4) mit dem Verstellelement (30) verbunden ist, wobei das wenigstens eine Verbindungselement (41 - 44) an dem Ausgleichselement (40) angelenkt ist.The present invention relates to a stator vane assembly (L) comprising at least one vane row (13a-13c) and a housing (1) extending along a circumferential direction (U) about a central axis (M) for the at least one vane row (13a - 13c), wherein the at least one row of guide vanes (13a - 13c) comprises a plurality of guide vanes (11), each by means of an adjusting device (3) of the vane assembly (L) adjustably mounted on the housing (1), and wherein - The adjusting device (3) comprises at least one adjusting element (30) for adjusting the guide vanes (11) which is radially spaced from an outer side of the housing (1), with respect to the central axis (M), and - A compensating device (4) is provided, via which a radial distance (a) of the adjusting element (30) to the outside of the housing (1) is predetermined and the different thermal expansions of the adjusting element (30) on the one hand and the housing (1) on the other at least According to the invention, the compensating device (4) has a compensating element (40) arranged between the adjusting element (30) and the outside of the housing (1), which has at least one connecting element (41-44) articulated to the adjusting element (30) Compensation device (4) with the adjusting element (30) is connected, wherein the at least one connecting element (41 - 44) is articulated on the compensating element (40).

Description

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Leitschaufelbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention particularly relates to a stator blade assembly according to the preamble of claim 1.

Es ist allgemein bekannt, in Triebwerken, zum Beispiel Turbomaschinen und insbesondere Gasturbinentriebwerken verstellbare Leitschaufeln für die Beeinflussung der Strömung in Abhängigkeit von der Drehzahl rotierender Laufschaufeln vorzusehen. Insbesondere bei Gasturbinentriebwerken werden üblicherweise verstellbare Leitschaufeln im Bereich des Verdichters eingesetzt, wobei die Leitschaufeln in Abhängigkeit der Verdichterdrehzahl verstellt werden. Die verstellbaren Leitschaufeln werden hierbei in der englischen Fachsprache als variable stator vanes kurz "VSV" bezeichnet.It is well known to provide adjustable vanes in turbines, for example turbomachinery and, in particular, gas turbine engines for influencing the flow as a function of the rotational speed of rotating blades. In gas turbine engines in particular adjustable guide vanes are usually used in the region of the compressor, wherein the guide vanes are adjusted in dependence on the compressor speed. The adjustable vanes are referred to here in the English jargon as variable stator vanes short "VSV".

Die verstellbaren Leitschaufeln sind hier üblicherweise Bestandteil einer Leitschaufelreihe und innerhalb eines Gehäuses angeordnet, in dem auch die rotierenden Laufschaufeln angeordnet sind. Die einzelnen Leitschaufeln sind dabei in der Praxis jeweils über einen Lagerzapfen verstellbar an dem Gehäuse gelagert. Innerhalb des Gehäuses ist üblicherweise eine drehbare Lagerung einer Leitschaufel an einer Nabe, z.B. eines Verdichters, vorgesehen. An dem Gehäuse ist jeder Lagerzapfen drehbar in einer zugehörigen Lageröffnung in der Wandung des Gehäuses gelagert. Dabei durchgreift der Lagerzapfen diese Lageröffnung entlang einer Erstreckungsrichtung des Lagerzapfens, sodass ein Ende des Lagerzapfens an einer Außenseite des Gehäuses zugänglich ist, um durch Drehung des Lagerzapfens die entsprechende Leitschaufel verstellen zu können.The adjustable guide vanes are usually part of a row of vanes and arranged within a housing in which the rotating blades are arranged. The individual vanes are mounted in practice in each case via a bearing pin adjustable on the housing. Within the housing is usually a rotatable mounting of a vane on a hub, such as a compressor, is provided. On the housing each bearing pin is rotatably mounted in an associated bearing opening in the wall of the housing. In this case, the bearing pin passes through this bearing opening along an extension direction of the journal, so that one end of the journal is accessible on an outer side of the housing in order to adjust by rotation of the journal, the corresponding guide vane can.

Hierbei greift üblicherweise jeweils ein Hebel an einem Zapfenende an, der an einem Verstellelement in Form eines Verstellrings eines Verstellmechanismus befestigt ist, um durch Verstellung des Verstellelements und mehrerer hieran angelenkter Hebel gleichzeitig mehrere Leitschaufeln zu verstellen. Eine solche, gattungsgemäße Leitschaufelbaugruppe mit verstellbaren Leitschaufeln für einen Verdichter eines Gasturbinentriebwerks zeigt beispielsweise die US 9,309,778 B2 . Die Lagerzapfen der Leitschaufeln, die häufig auch als Spindeln bezeichnet werden, sind in der Praxis in radial vorstehenden, hülsenförmigen Lagerfortsätzen des Gehäuses vorgesehen. Diese Lagerfortsätze sind an einer Wandung des Gehäuses ausgeformt und stellen die drehbare Lagerung und Abstützung der Lagerzapfen sicher.In this case, usually each lever engages a pin end, which is attached to an adjusting element in the form of an adjusting ring of an adjusting mechanism in order to simultaneously adjust a plurality of guide vanes by adjusting the adjusting element and a plurality of lever hinged thereto. Such a generic vane assembly with adjustable vanes for a compressor of a gas turbine engine shows, for example, the US 9,309,778 B2 , The journals of the vanes, which are often referred to as spindles, are provided in practice in radially projecting, sleeve-shaped bearing extensions of the housing. These bearing extensions are formed on a wall of the housing and ensure the rotatable mounting and support of the journals.

Das wenigstens eine Verstellelement der für die Verstellung der Leitschaufeln vorgesehenen Verstelleinrichtung stützt sich üblicherweise an einer Außenseite des Gehäuses ab und ist relativ hierzu in Umfangsrichtung verstellbar, um eine Drehung der Leitschaufeln um ihre jeweilige Drehachse zu bewirken. Um das Verstellelement dabei in einem definierten radialen Abstand zur Außenseite des Gehäuses zu halten, ist es bekannt, eine oder mehrere Ausgleichseinrichtungen vorzusehen. Eine Ausgleichseinrichtung ist hierbei vor allem dazu vorgesehen, um beim Betrieb eines Triebwerks, in dem sich das Gehäuse, in Abhängigkeit des Zyklus, stärker als das Verstellelement erwärmt, zu vermeiden, dass das Gehäuse das Verstellelement radial nach außen verlagert und hierdurch die Verstellgenauigkeit des Verstellelements reduziert wird oder sogar ein Verformen oder ein Verklemmen des Verstellelements auftritt. Über eine Ausgleichseinrichtung ist ein radialer Abstand des Verstellelements zu der Außenseite des Gehäuses vorgegeben und es werden unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Verstellelements einerseits und des Gehäuses andererseits kompensiert, um das Verstellelement in einer definierten Lage relativ zu dem Gehäuse zu halten, z.B. ein ringförmiges Verstellelement bezüglich des Gehäuses zentriert zu halten. Hierfür sind Beispielsweise sind mehrere Ausgleichseinrichtungen entlang der Umfangsrichtung verteilt angeordnet, um das Verstellelement an unterschiedlichen Stellen gegen das Gehäuse abzustützen und zu diesem zu zentrieren.The at least one adjusting element of the adjusting device provided for the adjustment of the vanes is usually supported on an outer side of the housing and is relative thereto circumferentially adjustable to cause rotation of the vanes about their respective axis of rotation. In order to keep the adjusting element in a defined radial distance to the outside of the housing, it is known to provide one or more compensation devices. A compensation device is in this case provided primarily to avoid the operation of an engine in which the housing, depending on the cycle, heated more than the adjustment, to avoid that the housing displaces the adjustment radially outward and thereby the Verstellgenauigkeit the adjustment is reduced or even a deformation or jamming of the adjustment occurs. Via a compensating device, a radial distance of the adjusting element to the outside of the housing is predetermined and different thermal expansions of the adjusting element on the one hand and of the housing on the other hand are compensated in order to hold the adjusting element in a defined position relative to the housing, e.g. to keep centered an annular adjustment with respect to the housing. For this purpose, for example, a plurality of compensation devices are arranged distributed along the circumferential direction in order to support the adjustment element at different locations against the housing and to center it.

Aus der DE 10 2014 219 552 A1 ist beispielsweise eine Ausgleichseinrichtung mit einem Abstandshalter bekannt, der in einem Ausgleichselement in Form einer Buchse gehalten ist. Diese Buchse weist einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als das Verstellelement und deren Abstandshalter, über den sich das Verstellelement an einer Außenseite des Gehäuses abstützen kann. Im Betrieb des Triebwerks erwärmen sich sowohl das Gehäuse der Leitschaufelbaugruppe als auch die als Ausgleichselement fungierende Buchse und das Verstellelement. Die Wärmeausdehnung der Buchse führt hierbei zu einer Verlagerung des hieran befestigten Abstandshalter radial nach außen, während die Wärmeausdehnung des Verstellelements und des Abstandshalters zu einer Verlagerung radial nach innen führen. Durch den höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten der Buchse erfolgt im Ergebnis eine temperaturbedingte radiale Verlagerung des Abstandshalters nach außen, die im Wesentlichen mit der temperaturbedingt auftretenden radialen Dehnung des Gehäuses korrespondiert. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Gehäuses und des Verstellelements werden dementsprechend im Wesentlichen ausgeglichen und ein radialer Abstand zwischen dem Abstandshalter und der Außenseite des Gehäuses wird im Wesentlichen konstant gehalten. Auf diese Weise kann auch eine Zentrierung des Verstellelements zu dem Gehäuse im Betrieb des Triebwerks aufrechterhalten werden.From the DE 10 2014 219 552 A1 For example, a compensating device with a spacer is known, which is held in a compensating element in the form of a socket. This socket has a higher coefficient of thermal expansion than the adjusting element and its spacer over which the adjusting element can be supported on an outer side of the housing. During operation of the engine, both the housing of the vane assembly and the heat as a compensation element acting socket and the adjusting element. The thermal expansion of the sleeve in this case leads to a displacement of the spacer attached thereto radially outward, while the thermal expansion of the adjusting element and the spacer lead to a displacement radially inward. As a result of the higher thermal expansion coefficient of the bush, a temperature-related radial displacement of the spacer takes place outwardly, which essentially corresponds to the radial expansion of the housing occurring due to temperature. Accordingly, the different thermal expansions of the housing and the adjusting element are substantially equalized and a radial distance between the spacer and the outside of the housing is kept substantially constant. In this way, a centering of the adjusting element to the housing during operation of the engine can be maintained.

Bei der aus der DE 10 2014 219 552 A1 bekannten Leitschaufelbaugruppe ist jedoch die Montage der Ausgleichseinrichtung vergleichsweise aufwendig. Insbesondere muss der Abstandshalter relativ zu der Buchse und dem Verstellelement nahezu exakt positioniert werden, um die gewünschte Kompensation zu erreichen. Zudem ist die Buchse in eine Durchgangsbohrung des Verstellelements eingesetzt, sodass bei der Auslegung der einzelnen Komponenten der Ausgleichseinrichtung insbesondere aufwendig berücksichtigt werden muss, welche Wärmeübertragung sich zwischen dem Verstellelement und der hierin platzierten Buchse ergibt.At the time of the DE 10 2014 219 552 A1 However, known guide vane assembly, the assembly of the balancing device is relatively expensive. In particular, the spacer has to be positioned almost exactly relative to the bushing and the adjusting element in order to achieve the desired compensation. In addition, the bush is inserted into a through hole of the adjusting element, so that in the design of the individual components of the compensating device must be considered in particular consuming, which heat transfer results between the adjustment and the socket placed therein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik eine verbesserte Leitschaufelbaugruppe bereitzustellen.The invention is therefore based on the object, starting from the aforementioned prior art to provide an improved guide vane assembly.

Diese Aufgabe wird mit einer Leitschaufelbaugruppe des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with a stator blade assembly of claim 1.

Erfindungsgemäß weist die Ausgleichseinrichtung der Leitschaufelbaugruppe hierbei ein zwischen dem Verstellelement und der Außenseite des Gehäuses angeordnetes Ausgleichselement auf, welches über wenigstens ein an dem Verstellelement angelenktes Verbindungselement der Ausgleichseinrichtung mit dem Verstellelement verbunden ist. Das Ausgleichselement, das eine Anlagefläche für die Anlage an der Außenseite des Gehäuses definiert, ist dabei in einer Ausführungsvariante über das Verbindungselement derart an dem Verstellelement gelagert, dass bei einer Wärmeausdehnung des Ausgleichselements eine radiale Verlagerung der Anlagefläche bezüglich des Verstellelements auftritt. Diese temperaturbedingt auftretende radiale Verlagerung kann eine gegenüber dem Verstellelement größere, temperaturbedingte radiale Ausdehnung des Gehäuses kompensieren, also bewirken, dass ein radialer Abstand des Ausgleichselements zu der Außenseite des Gehäuses im Wesentlichen beibehalten wird und sich auch bei Erwärmung der Leitschaufelbaugruppe ein definierter (veränderter) radialer Abstand zwischen dem Verstellelement und dem Gehäuse einstellt, über den eine vorgegebene Relativlage des Verstellelements zu dem Gehäuse aufrechterhalten wird - z.B. das Verstellelement zu dem Gehäuse zentriert bleibt.According to the invention, the compensation device of the guide vane assembly hereby has a compensation element arranged between the adjustment element and the outside of the housing, which compensation element is connected to the adjustment element via at least one connection element of the compensation device articulated on the adjustment element. The compensating element, which defines a contact surface for the system on the outside of the housing, is mounted in such an embodiment on the connecting element on the adjusting element that upon thermal expansion of the compensating element, a radial displacement of the contact surface with respect to the adjusting element occurs. This temperature-dependent occurring radial displacement can be compared to the adjusting larger, temperature-related radial expansion compensate, so cause a radial distance of the compensating element to the outside of the housing is substantially maintained and even when heating the vane assembly a defined (modified) radial distance between the adjusting element and the housing via which a predetermined relative position of Adjustment is maintained to the housing - for example, the adjustment remains centered to the housing.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung führt somit eine Temperaturerhöhung somit zu einer stärkeren Ausdehnung des Ausgleichselements als des Verbindungselements, über das das Ausgleichselement mit dem Verstellelement verbunden ist. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass das Ausgleichselement einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das wenigstens eine Verbindungselement. Insbesondere wenn das Verbindungselement und das Ausgleichselement aus einem Material mit (weitestgehend) identischen Wärmeausdehnungskoeffizienten oder aus demselben Material gefertigt sind, kann in einer Variante vorgesehen sein, dass das mindestens eine Ausgleichselement aufgrund seiner Abmessungen und Anordnung nahe des Gehäuses (im Vergleich zu dem Verbindungselement) im Betrieb des Triebwerks eine gegenüber dem Verbindungselement stärkere temperaturbedingte Erwärmung erfährt als das Verbindungselement. Beispielsweise ist das Verbindungselement kürzer und/oder schmaler ausgebildet als das Ausgleichselement, sodass eine Temperaturänderung in der Umgebung des Gehäuses auf das Verbindungselement hinsichtlich einer sich ändernden Ausdehnung weniger Einfluss hat als auf das Ausgleichselement.In the solution according to the invention thus an increase in temperature thus leads to a greater expansion of the compensating element than the connecting element, via which the compensating element is connected to the adjusting element. This can e.g. be achieved in that the compensation element has a higher thermal expansion coefficient than the at least one connecting element. In particular, if the connecting element and the compensating element are made of a material with (largely) identical coefficients of thermal expansion or of the same material, it can be provided in a variant that the at least one compensating element, due to its dimensions and arrangement close to the housing (in comparison to the connecting element) during operation of the engine experiences a relation to the connecting element stronger temperature-induced heating than the connecting element. For example, the connecting element is shorter and / or narrower than the compensating element, so that a temperature change in the environment of the housing on the connecting element has less influence with respect to a changing extent than on the compensating element.

Für die Verlagerbarkeit des Ausgleichselements relativ zu dem Verstellelement bei einer Erwärmung oder Abkühlung des Ausgleichselements ist das wenigstens eine Verbindungselement ebenfalls an dem Ausgleichselement angelenkt. Das wenigstens eine Verbindungselement kann hebelartig ausgestaltet und mit einem Hebelende an dem Verstellelement angelenkt sein. Bei einer hebelartigen Ausgestaltung des wenigstens einen Verbindungselements kann ein Hebelende des Verbindungselements an dem Verstellelement angelenkt sein und ein anderes Hebelelement des Verbindungselements an dem Ausgleichselement angelenkt sein.For the displaceability of the compensating element relative to the adjusting element during heating or cooling of the compensating element, the at least one connecting element is likewise articulated on the compensating element. The at least one connecting element may be designed like a lever and hinged to the adjusting element with a lever end. In a lever-like configuration of the at least one connecting element, a lever end of the connecting element may be articulated on the adjusting element and another lever element of the connecting element may be articulated on the compensating element.

Beispielsweise ist das Ausgleichselement derart mit dem wenigstens einen Verbindungselement gekoppelt und hierüber mit dem Verstellelement verbunden, dass sich bei einer temperaturbedingten Dehnung des Ausgleichselements entlang der Umfangsrichtung ein radialer Abstand zwischen dem Ausgleichselement und dem Verstellelement ändert. Beispielsweise kann sich bei einer Dehnung des Ausgleichselements (thermische Expansion) der radiale Abstand verkleinern und bei einer temperaturbedingten Schrumpfung (thermische Kontraktion) der radiale Abstand vergrößern.For example, the compensating element is coupled to the at least one connecting element and connected thereto with the adjusting element that changes in a temperature-induced expansion of the compensating element along the circumferential direction, a radial distance between the compensating element and the adjusting element. For example, at an elongation of the Compensating elements (thermal expansion) reduce the radial distance and at a temperature-induced shrinkage (thermal contraction) increase the radial distance.

Grundsätzlich kann das Ausgleichselement geometrisch unterschiedlich ausgestaltet sein. In einer Ausführungsvariante ist es längserstreckt ausgebildet und weist eine Längserstreckung entlang der Umfangsrichtung auf. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Ausgleichselement stabförmig ist.In principle, the compensating element can be configured geometrically differently. In one embodiment, it is elongated and has a longitudinal extent along the circumferential direction. In this context, for example, be provided that the compensation element is rod-shaped.

Grundsätzlich kann das Ausgleichselement über ein einzelnes Verbindungselement, das an dem Verstellelement angelenkt ist, mit dem Verstellelement verbunden sein, während es zum Beispiel an einer weiteren Stelle starr an dem Verstellelement fixiert ist, gegebenenfalls über eine weitere Komponente. In einem Ausführungsbeispiel werden jedoch demgegenüber mindestens zwei Verbindungselemente für die Verbindung des Ausgleichselements mit dem Verstellelement vorgesehen, die an entlang der Umfangsrichtung zueinander beabstandeten Stellen an dem Verstellelement angelenkt sind. Das Ausgleichselement ist hier dementsprechend über mindestens zwei Verbindungselemente an dem Verstellelement der Verstelleinrichtung gelagert, sodass durch eine Wärmeausdehnung des Ausgleichselements Schwenkbewegungen der Verbindungselemente verursacht werden, die wiederum zu einer radialen Verlagerung des Ausgleichselements führen. Die Anlenkung der beiden Verbindungselemente und ihre Verbindung mit dem Ausgleichselement ist hierbei beispielsweise derart, dass bei einer Wärmeausdehnung des Ausgleichselements die zwei Verbindungselemente um verschiedene Schwenkachse an dem Verstellelement verschwenkt werden, und zwar in zueinander entgegengesetzte Schwenkrichtungen (bei vorzugsweise im Wesentlichen parallelem Verlauf der beiden Schwenkachsen).In principle, the compensating element can be connected to the adjusting element via a single connecting element, which is articulated on the adjusting element, while it is fixed rigidly to the adjusting element, for example via a further component, at another point. In one embodiment, however, at least two connecting elements for the connection of the compensating element with the adjusting element are provided on the other hand, which are hinged to along the circumferential direction spaced locations on the adjusting element. The compensating element is accordingly mounted here via at least two connecting elements on the adjusting element of the adjusting device, so that pivotal movements of the connecting elements are caused by a thermal expansion of the compensating element, which in turn lead to a radial displacement of the compensating element. The articulation of the two connecting elements and their connection to the compensating element is in this case, for example, such that upon thermal expansion of the compensating element, the two connecting elements are pivoted about different pivot axis on the adjusting element, in mutually opposite pivot directions (preferably substantially parallel course of the two pivot axes ).

Bei einer hierauf basierenden Ausführungsvariante ist beispielsweise vorgesehen, dass die mindestens zwei Verbindungselemente mit dem Verstellelement und dem Ausgleichselement derart verbunden sind, dass sich ein Abschnitt des Verstellelements, an dem zwei Verbindungselemente (der mindestens zwei Verbindungselemente) angelenkt sind, diese zwei Verbindungselemente und das Ausgleichselement entlang der Mittelachse betrachtet an Kanten einer virtuellen Trapezkontur entlang erstrecken. Die vorstehend genannten Abschnitte und Elemente sind somit in einer Ansicht entlang der Mittelachse betrachtet trapezförmig angeordnet. Hierbei erstreckt sich dann beispielsweise das Ausgleichselement entlang einer Basis der virtuellen Trapezkontur und die zwei Verbindungselemente erstrecken sich entlang zweier Schenkel der virtuellen Trapezkontur. Der Verstellelementabschnitt, an dem die zwei Verbindungselemente angelenkt sind, definiert wiederum die gegenüber der Basis kürzere Grundseite der virtuellen Trapezkontur, die parallel zu der Basis verläuft und die über die zwei hierzu abgewinkelt verlaufenden Schenkel mit der Basis verbunden ist. In dieser Konfiguration wird durch Anlenkung der Verbindungselemente an dem Verstellelement einerseits und an dem Ausgleichselement andererseits infolge einer Wärmeausdehnung des Ausgleichselements, das gegebenenfalls auf der Außenseite des Gehäuses aufliegt, die Trapezkontur gestaucht und folglich ein radialer Abstand des Ausgleichselements zu dem Verstellelement reduziert. Dieser veränderte radiale Abstand zwischen dem Verstellelement und dem Ausgleichselement kompensiert im Wesentlichen eine radiale Wärmeausdehnung des Gehäuses in Richtung des sich temperaturbedingt ebenfalls, jedoch geringer radial nach außen ausdehnenden Verstellelements, sodass die Relativlage des Ausgleichselements zu der Außenseite des Gehäuses im Wesentlichen unverändert bleibt, auch wenn sich temperaturbedingt das Gehäuse und das Verstellelement unterschiedlich stark ausdehnen.In an embodiment based thereon, it is provided, for example, that the at least two connecting elements are connected to the adjusting element and the compensating element such that a section of the adjusting element, on which two connecting elements (the at least two connecting elements) are articulated, these two connecting elements and the compensating element Viewed along the central axis, extending along edges of a virtual trapezoid contour. The abovementioned sections and elements are thus arranged trapezoidally in a view along the central axis. In this case, for example, the compensation element then extends along a base of the virtual trapezoid contour and the two connection elements extend along two legs of the virtual one Trapezoidal contour. The Verstellelementabschnitt on which the two connecting elements are articulated, in turn, defines the opposite to the base shorter base side of the virtual trapezoidal contour, which is parallel to the base and which is connected via the two legs extending thereto angled to the base. In this configuration, the trapezoid contour is compressed by articulation of the connecting elements on the adjusting element on the one hand and on the compensating element on the other hand due to thermal expansion of the compensating element, which optionally rests on the outside of the housing, and consequently reduces a radial distance of the compensating element to the adjusting element. This changed radial distance between the adjusting element and the compensating element essentially compensates for a radial thermal expansion of the housing in the direction of the temperature-related likewise, but less radially outwardly expanding adjusting element, so that the relative position of the compensating element remains substantially unchanged to the outside of the housing, even if due to temperature, the housing and the adjustment vary greatly.

Die virtuelle Trapezkontur, entlang der sich insbesondere die zwei Verbindungselemente und das Ausgleichselement in einer Ausführungsvariante erstrecken, kann der Kontur eines gleichschenkeligen Trapezes entsprechen. Die beiden Verbindungselemente erstrecken sich somit - als Schenkel der Trapezkontur - mit einer identischen wirksamen Länge zwischen zwei Verbindungsstellen an dem Verstellelement einerseits und dem Ausgleichselement andererseits und erstrecken sich zu dem Ausgleichselement unter identischen Innenwinkeln.The virtual trapezoidal contour along which, in particular, the two connecting elements and the compensating element extend in a variant embodiment may correspond to the contour of an isosceles trapezium. The two connecting elements thus extend - as legs of the trapezoid contour - with an identical effective length between two connection points on the adjusting element on the one hand and the compensating element on the other hand and extend to the compensating element under identical inner angles.

In einer Ausführungsvariante ist das Ausgleichselement über vier Verbindungselemente mit dem Verstellelement verbunden, die jeweils an dem Verstellelement angelenkt sind und paarweise einander gegenüberliegend an zwei Seiten des Verstellelements angeordnet sind, die bezogen auf die Mittelachse voneinander abgewandt sind. Beispielsweise befindet sich ein erstes Paar Verbindungselemente an einem ersten Ende des Ausgleichselements, während sich ein weiteres, zweites Paar von Verbindungselementen an einem entlang der Umfangsrichtung beabstandeten Ende des Ausgleichselements befindet. Die zwei Verbindungselemente eines Paares von Verbindungselementen sind dann beispielsweise an dem Verstellelement einander gegenüberliegend an zwei voneinander abgewandten (axialen vorderen und hinteren) Stirnseiten eines im Querschnitt rechteckförmigen oder kreisförmigen Verstellelements angeordnet. Die vorstehend erläuterte Ausführungsvariante ist hierbei unabhängig von einer Querschnittsform des Ausgleichselements oder des Verstellelements.In one embodiment, the compensation element is connected via four connecting elements with the adjusting element, which are each hinged to the adjusting element and are arranged in pairs opposite one another on two sides of the adjusting element, which are facing away from each other with respect to the central axis. For example, a first pair of connecting elements is located at a first end of the compensating element, while another, second pair of connecting elements is located at a circumferentially spaced end of the compensating element. The two connecting elements of a pair of connecting elements are then arranged, for example, on the adjusting element opposite one another on two facing away from each other (axial front and rear) end faces of a rectangular or circular adjustment in cross-section. The above-described embodiment is independent of a cross-sectional shape of the compensating element or the adjusting element.

Das Verstellelement kann grundsätzlich z.B. rohrförmig oder hülsenförmig oder als Vollwelle ausgebildet sein und/oder einen rechteckförmigen oder kreisförmige Querschnitt aufweisen.The adjusting element may in principle be e.g. tubular or sleeve-shaped or formed as a solid shaft and / or have a rectangular or circular cross-section.

Grundsätzlich kann sich das Verstellelement über die Ausgleichseinrichtung und insbesondere das Ausgleichselement der Ausgleichseinrichtung an der Außenseite des Gehäuses abstützen. Es kann jedoch natürlich auch bestimmte (Betriebs-) Zyklen des Triebwerks geben, in denen ein kleiner radialer Abstand zwischen dem Ausgleichselement und dem Gehäuse entsteht (insbesondere wenn das Verstellelement eine höhere Temperatur aufweist als das Gehäuse).In principle, the adjusting element can be supported on the outside of the housing via the compensating device and in particular the compensating element of the compensating device. However, there may of course also be certain (operating) cycles of the engine in which a small radial distance is created between the compensating element and the housing (in particular if the adjusting element has a higher temperature than the housing).

Alternativ oder ergänzend können mehrere entlang der Umfangsrichtung zueinander beabstandete, jeweils mit dem Verstellelement gekoppelte Ausgleichseinrichtungen vorgesehen sein. Bei mehreren Ausgleichseinrichtungen einer Leitschaufelbaugruppe können diese insbesondere einer Zentrierung des Verstellelements bezüglich des Gehäuses dienen, an dem die Leitschaufeln verstellbar gelagert sind. Durch die entlang des Umfangs verteilt angeordneten Ausgleichseinrichtungen, bei denen jeweils wenigstens ein an dem Verstellelement angelenktes Verbindungselement und ein Ausgleichselement (z.B. mit im Vergleich zu dem wenigstens einen Verbindungselement höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten) vorgesehen sind, kann bei einer temperaturbedingten unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Verstellelements einerseits und des Gehäuses andererseits erreicht werden, dass das Verbindungselement bezüglich des Gehäuses zentriert verbleibt. Eine Verstellbarkeit der Leitschaufeln mittels des Verstellelements und insbesondere eine durch die Verstelleinrichtung erzielbare Verstellgenauigkeit wird damit durch die unterschiedlich großen Wärmeausdehnungen (bei gleicher Temperaturveränderung) nicht oder nicht nennenswert beeinträchtigt.Alternatively or additionally, a plurality of compensating devices spaced apart from one another along the circumferential direction and coupled in each case with the adjusting element can be provided. In the case of a plurality of compensation devices of a guide vane assembly, these can in particular serve for centering the adjustment element with respect to the housing on which the guide vanes are adjustably mounted. By distributed along the circumference arranged balancing devices, in each of which at least one hinged to the adjusting element and a compensation element (eg with compared to the at least one connecting element higher coefficient of thermal expansion) are provided, can at a different temperature thermal expansion of the adjusting element on the one hand and the housing on the other hand be achieved that the connecting element remains centered with respect to the housing. Adjustability of the guide vanes by means of the adjusting element and in particular an adjustment accuracy which can be achieved by the adjusting device is thus not or not appreciably impaired by the different thermal expansions (with the same temperature change).

In einem Ausführungsbeispiel ist an dem Ausgleichselement mindestens ein separates Gleitelement befestigt, das eine Gleitfläche zur Anlage an der Außenseite des Gehäuses aufweist. Über die Gleitfläche des Gleitelements ist hierbei zum Beispiel eine reibungsreduzierte Anlage des Ausgleichselements an dem Gehäuse gegeben, sodass das Ausgleichselement über das Gleitelement gleitend an dem Gehäuse anliegen kann. Das Ausgleichselement ist derart bei einer temperaturbedingten Dehnung des Ausgleichselements und/oder einer Verstellung des Verstellelements unter Überwindung einer vergleichsweise geringen Haftreibung (in Relation zu einer direkten Anlage des Ausgleichselements selbst an dem Gehäuse) relativ zu dem Gehäuse verlagerbar. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine separate Gleitelement mit einem Fixierungsabschnitt in eine Bohrung des Ausgleichselements eingesteckt ist. Ein solcher Fixierungsabschnitt für die Verbindung des Gleitelements mit dem Ausgleichselement weist beispielsweise Mittel für die formschlüssige und kraftschlüssige Fixierung in der Bohrung des Ausgleichselements auf. In einer Weiterbildung sind hierfür beispielsweise radial vorstehende Raststege oder Rastlamellen an dem Fixierungsabschnitt des Gleitelements vorgesehen. Derart kann das Gleitelement mit seinem Fixierungsabschnitt problemlos in die Bohrung des Ausgleichselements eingesteckt werden und ist hierin durch das Einstecken automatisch verliersicher arretiert.In one embodiment, at least one separate sliding element is attached to the compensating element, which has a sliding surface for engagement on the outside of the housing. By way of example, a friction-reduced contact of the compensating element with the housing is provided via the sliding surface of the sliding element, so that the compensating element can slide against the housing via the sliding element. The compensating element is displaceable relative to the housing at a temperature-induced expansion of the compensating element and / or an adjustment of the adjusting element, overcoming a comparatively low static friction (in relation to a direct contact of the compensating element itself on the housing). Alternatively or additionally, it can be provided that the at least one separate sliding element with a fixing section is inserted into a bore of the compensating element. Such a fixing section for the connection of the sliding element with the compensating element has, for example, means for the positive and non-positive fixing in the bore of the compensating element. In a further development, for example, radially projecting latching webs or latching blades are provided on the fixing section of the sliding element for this purpose. In this way, the sliding element can be easily inserted with its fixing portion in the bore of the compensating element and is locked automatically captive here by plugging.

Das Verstellelement kann als einteiliger oder mehrteiliger Verstellring ausgebildet und/oder ringsegment- oder ringförmig ausgebildet sein. Wie einleitend bereits erläutert, handelt es sich üblicherweise bei einem Verstellelement für eine Leitschaufelbaugruppe, mittels dem die Leitschaufeln um ihre radiale Drehachse drehbar sind, um ein sich umfangsseitig erstreckendes und an dem Gehäuse verlagerbar gehaltenes einteiliges oder mehrteiliges Verstellelement in Form eines Verstellrings. Ein solcher Verstellring kann bei einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Leitschaufelbaugruppe über wenigstens eine Ausgleichseinrichtung oder mehrere entlang des Umfangs verteilt angeordnete Ausgleichseinrichtungen bezügliche des Gehäuses zentriert sein und hierüber bei einer Temperaturerhöhung zentriert bezüglich des Gehäuses gehalten werden.The adjusting element may be formed as a one-piece or multi-part adjusting ring and / or ringsegment- or ring-shaped. As already explained in the introduction, it is customary for an adjusting element for a guide vane assembly, by means of which the guide vanes are rotatable about their radial axis of rotation, to have a one-piece or multi-part adjusting element in the form of an adjusting ring which extends circumferentially and is displaceable on the housing. Such an adjusting ring can be centered in a variant of a guide vane assembly according to the invention over at least one compensating device or more distributed along the circumference arranged compensating means respect to the housing and be kept centered with respect to a temperature increase with respect to the housing.

Beispielsweise ist das Ausgleichselement zumindest teilweise aus Magnesium hergestellt respektive weist das Ausgleichselement Magnesium als Herstellungsmaterial auf. Alternativ oder ergänzend kann das wenigstens eine Verbindungselement zumindest teilweise aus Titan, insbesondere einer Titanlegierung hergestellt sein respektive weist das Verbindungselement als Herstellungsmaterial zumindest teilweise Titan insbesondere eine Titanlegierung auf.For example, the compensation element is at least partially made of magnesium, respectively, the compensation element has magnesium as a manufacturing material. Alternatively or additionally, the at least one connecting element can be produced at least partially from titanium, in particular a titanium alloy, respectively, and the connecting element has at least partially titanium, in particular a titanium alloy, as the production material.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann ein Triebwerk, insbesondere ein Gasturbinentriebwerk, mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Leitschaufelbaugruppe bereitgestellt werden, das eine verbesserte Kompensation temperaturbedingt auftretender und unterschiedlicher Wärmeausdehnungen eines Verstellelements für die Verstellung von Leitschaufeln einerseits und einem Gehäuse für die Lagerung der Leitschaufeln andererseits ermöglicht.With the solution according to the invention, an engine, in particular a gas turbine engine, with at least one guide vane assembly according to the invention can be provided which allows improved compensation temperature occurring and different thermal expansions of an adjusting element for the adjustment of vanes on the one hand and a housing for the storage of the vanes on the other.

Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Lösung.The attached figures illustrate by way of example possible embodiments of the solution according to the invention.

Hierbei zeigen:

Figuren 1A - 1D: in unterschiedlichen Ansichten und jeweils ausschnittsweise eine Ausgleichseinrichtung einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Leitschaufelbaugruppe mit einem Verstellelement zur Verstellung von Leitschaufeln der Leitschaufelreihe;
Figuren 2A-2B: verschiedene perspektivische Ansichten der Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Leitschaufelbaugruppe, mit dem Verstellelement und der Ausgleichseinrichtung in einem an ein Gehäuse der Leitschaufelbaugruppe montierten Zustand (ohne Darstellung der Leitschaufeln);
Figur 3A: ausschnittsweise und in vergrößerter geschnittener Ansicht ein Ausgleichselement der Ausgleichseinrichtung mit einem hieran befestigten Gleitelement zur Anlage an einer Außenseite des Gehäuses;
Figur 3B: in perspektivischer Ansicht das Gleitelement der Figur 3A in Einzeldarstellung;
Figur 4: ausschnittsweise und in perspektivischer Ansicht eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung mit mehreren Leitschaufelbaugruppen mit je einer Leitschaufelreihe und mehreren Laufschaufelbaugruppen;
Figur 5: in Schnittdarstellung schematisch ein Gasturbinentriebwerk, in dem wenigstens eine erfindungsgemäße Leitschaufelbaugruppe Verwendung findet.

Hereby show:

Figures 1A - 1D: in different views and in each case a detail of a compensation device of a variant of a guide vane assembly according to the invention with an adjusting element for adjusting guide vanes of the vane row;
Figures 2A-2B: various perspective views of the embodiment of a guide vane assembly according to the invention, with the adjusting element and the compensation device in a mounted on a housing of the vane assembly state (without representation of the vanes);
FIG. 3A: in detail and in an enlarged sectional view a compensation element of the compensation device with a sliding element attached thereto for abutment with an outer side of the housing;
FIG. 3B: in a perspective view, the sliding element of FIG. 3A in individual representation;
FIG. 4: a detail and in perspective view of an arrangement known from the prior art with a plurality of stator vane assemblies, each with a row of vanes and a plurality of blade assemblies;
FIG. 5: in a sectional view schematically a gas turbine engine, in which at least one guide vane assembly according to the invention is used.

Die Figur 5 veranschaulicht schematisch und in Schnittdarstellung ein (Gasturbinen-) Triebwerk T, bei dem die einzelnen Triebwerkskomponenten entlang einer Mittelachse oder Rotationsachse M hintereinander angeordnet sind. An einem Einlass oder Intake E des Triebwerks T wird Luft entlang einer Eintrittsrichtung E mittels eines Fans F angesaugt. Angetrieben wird dieser Fan F über eine Welle, die von einer Turbine TT in Drehung versetzt wird. Die Turbine TT schließt sich hierbei an einen Verdichter V an, der beispielsweise einen Niederdruckverdichter 11 und einen Hochdruckverdichter 12 aufweist, sowie gegebenenfalls noch einen Mitteldruckverdichter. Der Fan F führt einerseits dem Verdichter V Luft zu sowie andererseits einem Bypasskanal B zur Erzeugung des Schubs. Die über den Verdichter V geförderte Luft gelangt schließlich in einen Brennkammerabschnitt BK, in dem die Antriebsenergie zum Antreiben der Turbine TT erzeugt wird. Die Turbine TT weist hierfür eine Hochdruckturbine 13, eine Mitteldruckturbine 14 und eine Niederdruckturbine 15 auf. Die Turbine TT betreibt über die bei der Verbrennung freiwerdende Energie den Fan F an, um dann über die in den Bypasskanal B geförderte Luft den erforderlichen Schub zu erzeugen. Die Luft verlässt hierbei den Bypasskanal B im Bereich eines Auslasses A am Ende des Triebwerks T, an dem die Abgase aus der Turbine TT nach außen strömen. Der Auslass A weist hierbei üblicherweise eine Schubdüse auf.The FIG. 5 illustrates schematically and in section a (gas turbine) engine T, in which the individual engine components along a central axis or axis of rotation M are arranged one behind the other. At an inlet or Intake E of the engine T is sucked air along an inlet direction E by means of a fan F. This fan F is driven by a shaft that is rotated by a turbine TT. In this case, the turbine TT adjoins a compressor V, which has, for example, a low-pressure compressor 11 and a high-pressure compressor 12, and possibly also a medium-pressure compressor. On the one hand, the fan F supplies air to the compressor V and, on the other hand, a bypass channel B for generating the thrust. The air conveyed via the compressor V finally passes into a combustion chamber section BK in which the drive energy for driving the turbine TT is generated. For this purpose, the turbine TT has a high-pressure turbine 13, a medium-pressure turbine 14 and a low-pressure turbine 15. The turbine TT activates the fan F via the energy released during combustion, in order to then generate the required thrust via the air conveyed into the bypass duct B. The air in this case leaves the bypass passage B in the region of an outlet A at the end of the engine T, at which the exhaust gases flow out of the turbine TT to the outside. The outlet A in this case usually has a discharge nozzle.

Der Verdichter V umfasst mehrere in axialer Richtung hintereinander liegende Reihen von Laufschaufeln 110 und dazwischenliegende Reihen von Leitschaufeln 111 im Bereich des Niederdruckverdichters 11. Die um die Mittelachse M rotierenden Reihen von Laufschaufeln 110 und die Reihen stationärer Leitschaufeln 111 sind abwechselnd entlang der Mittelachse M angeordnet und in einem (Verdichter-) Gehäuse 1 des Verdichters V aufgenommen. Die einzelnen Leitschaufeln 111 sind an dem ein- oder mehrteiligen Gehäuse 1 verstellbar gelagert - üblicherweise zusätzlich zu einer radial inneren Lagerung an der Nabe des Verdichters V.The compressor V comprises a plurality of axially consecutive rows of blades 110 and intermediate rows of vanes 111 in the region of the low pressure compressor 11. The rotating about the central axis M rows of blades 110 and the rows of stationary vanes 111 are arranged alternately along the central axis M and received in a (compressor) housing 1 of the compressor V. The individual guide vanes 111 are adjustably mounted on the one- or multi-part housing 1 - usually in addition to a radially inner bearing on the hub of the compressor V.

Die Figur 4 zeigt hierbei ausschnittsweise in größerem Detaillierungsgrad eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung von Laufschaufelreihen 12a bis 12d und Leitschaufelreihen 13a bis 13c für den Niederdruckverdichter 11. Die Leitschaufeln 111 der hintereinander angeordneten Leitschaufelreihen 13a, 13b und 13c sind verstellbar an dem Gehäuse 1 gelagert, um die Stellung der Leitschaufeln 111 in Abhängigkeit von der Verdichterdrehzahl ändern zu können. Hierfür ist ein Lagerzapfen 111a jeder Laufschaufel 111 drehbar in einer Lageröffnung gelagert, die durch einen hülsenförmigen und radial nach außen vorspringenden Lagerfortsatz 10 des Gehäuses 1 ausgebildet ist. Jeder Lagerzapfen 111a ist in einem zugehörigen Lagerfortsatz 10 um eine Drehachse D drehbar gelagert und abgestützt. Dabei durchgreift jeder Lagerzapfen 111a seinen zugeordneten Lagerfortsatz 10, sodass an der Außenseite des Gehäuses 1 ein Zapfenende 111b aus dem Lagerfortsatz 10 herausragt.The FIG. 4 shows here in detail in greater detail a known from the prior art arrangement of blade rows 12a to 12d and rows of blades 13a to 13c for the low pressure compressor 11. The vanes 111 of the successively arranged rows of guide blades 13a, 13b and 13c are adjustably mounted on the housing 1 to be able to change the position of the vanes 111 in dependence on the compressor speed. For this purpose, a journal 111a of each blade 111 is rotatably mounted in a bearing opening, which is formed by a sleeve-shaped and radially outwardly projecting bearing extension 10 of the housing 1. Each journal 111a is rotatably supported and supported in an associated bearing extension 10 about a rotation axis D. In this case, each journal 111a passes through its associated bearing extension 10, so that on the outside of the housing 1, a journal end 111b protrudes from the bearing extension 10.

An den einzelnen Zapfenenden 111b kann somit jeweils ein Verstellhebel 31 einer Verstelleinrichtung 3 angreifen, um den Lagerzapfen 111a drehen und damit die Stellung der zugehörigen Leitschaufel 111 einer Leitschaufelgruppe ändern zu können. Die Hebel 31 einer Leitschaufelreihe 13a, 13b oder 13c sind dabei jeweils an einem Verstellelement in Form eines Verstellrings 30 der Verstelleinrichtung 3 angelenkt. Der- häufig mehrteilige, in wenigstens zwei Segmente unterteilte - Verstellring 30 erstreckt sich umfangsseitig entlang der äußeren Mantelfläche des Gehäuses 1. Durch Verstellung des Verstellrings 30 können somit die hieran angelenkten Verstellhebel 31 und mehrere, üblicherweise alle Leitschaufeln 111 einer Leitschaufelreihe 13a, 13b oder 13c verstellt werden. Die einzelnen Verstellringe 30 für die einzelnen Leitschaufelreihen 13a, 13b und 13c sind hierbei üblicherweise unabhängig voneinander verstellbar.An adjusting lever 31 of an adjusting device 3 can thus act on the individual pin ends 111b in order to rotate the bearing pin 111a and thus to be able to change the position of the associated guide blade 111 of a stator blade group. The levers 31 of a row of guide vanes 13a, 13b or 13c are each articulated to an adjusting element in the form of an adjusting ring 30 of the adjusting device 3. The often multi-part, divided into at least two segments - adjusting ring 30 extends circumferentially along the outer surface of the housing 1. By adjusting the adjusting ring 30 thus hinged thereto lever 31 and several, usually all vanes 111 a row of guide vanes 13a, 13b or 13c be adjusted. The individual adjusting rings 30 for the individual rows of stator blades 13a, 13b and 13c are hereby usually independently adjustable.

Ein Verstellring 30 stützt sich an einer Außenseite des Gehäuses 1 ab, beispielsweise an einer umfangsseitig umlaufenden Anlagefläche 114. Der Verstellring 30 ist hierbei in radialer Richtung zu der Außenseite des Gehäuses 1 und vorliegend zu der Anlagefläche 114 um einen radialen Abstand a beabstandet. Dieser radiale Abstand a wird über mehrere entlang des Umfangs verteilt angeordnete Ausgleichseinrichtungen vorgegeben, über die der Verstellring 30 an der Außenseite des Gehäuses 1 abgestützt ist und den Verstellring 30 bezüglich des Gehäuses 1 zentriert halten sollen. Im Betrieb des Gasturbinentriebwerks T besteht hierbei aber die Schwierigkeit, dass sich das Gehäuse 1 temperaturbedingt und in Anhängigkeit vom Zyklus stärker radial nach außen ausdehnt als der Verstellring 30. Es kann somit zu Ungenauigkeiten bei der Verstellung der Leitschaufeln 111 mithilfe des Verstellrings 30 oder gar zu einem Verklemmen oder Verformen des Verstellrings 30 kommen. Hier soll die erfindungsgemäße Lösung Abhilfe schaffen, zu der eine mögliche Ausführungsvariante anhand der Figuren 1A bis 1D, 2A bis 2B und 3A bis 3B näher veranschaulicht ist.An adjusting ring 30 is supported on an outer side of the housing 1, for example, on a peripherally rotating contact surface 114. The adjusting ring 30 is here in the radial direction to the outside of the housing 1 and in the present case to the contact surface 114 by a radial distance a spaced. This radial distance a is predetermined over a plurality of distributing devices arranged distributed along the circumference, via which the adjusting ring 30 is supported on the outside of the housing 1 and should keep the adjusting ring 30 centered with respect to the housing 1. In the operation of the gas turbine engine T here but there is the difficulty that the housing 1 due to temperature and depending on the cycle expands more radially outwardly than the adjusting ring 30. It can thus inaccuracies in the adjustment of the vanes 111 using the adjusting ring 30 or even jamming or deformation of the adjusting ring 30 come. Here, the solution according to the invention is intended to remedy the situation, to which a possible embodiment based on the Figures 1A to 1D . 2A to 2B and 3A to 3B is illustrated in more detail.

Hiernach ist eine Ausgleichseinrichtung 4 mit einem längserstreckten, stabförmigen Ausgleichselement 40 vorgesehen. Über die Ausgleichseinrichtung 4 werden unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Verstellrings 30 einerseits und des Gehäuses 1 andererseits kompensiert, indem ein Ausgleichselement 40 vorgesehen wird, das über mehrere an dem Verstellring 30 angelenkte Verbindungshebel 41 - 44 (mit niedrigerem Wärmeausdehnungskoeffizienten) mit dem Verstellring 30 derart verbunden ist, dass sich das Ausgleichselement 40 durch eine temperaturbedingt auftretende Dehnung (thermische Expansion oder Kontraktion) radial relativ zu dem Verstellring 30 verlagern kann. Hierfür weist das vorliegend nach Art eines (Flach-) Stabes ausgebildete Ausgleichselement 40 einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als die Verbindungshebel 41 - 44, über die das Ausgleichselement 40 radial verlagerbar an dem Verstellring 30 zwischen dem Verstellring 30 und der Außenseite des Gehäuses 1 gehalten ist. Ferner ist die Temperaturkompensation dadurch unterstützt, dass das die Verbindungshebel 41 - 44 kürzer und schmaler ausgebildet sind als das Ausgleichselement 40 und das Ausgleichselement 40 näher zu dem Gehäuse 1 (im Vergleich zu den Verbindungshebeln 41 - 44) angeordnet ist. Im Betrieb des Triebwerks T hat damit die temperaturbedingte Ausdehnung weniger Einfluss auf die Verbindungshebel 41 - 44 als auf das Ausgleichselement 40.Thereafter, a compensation device 4 is provided with an elongated, rod-shaped compensation element 40. On the compensating device 4 different thermal expansion of the adjusting ring 30 on the one hand and the housing 1 on the other compensated by a compensation element 40 is provided which is connected via a plurality of hinged to the adjusting ring 30 connecting lever 41 - 44 (with lower coefficient of thermal expansion) with the adjusting ring 30 such that the compensating element 40 can displace radially relative to the adjusting ring 30 due to an expansion (thermal expansion or contraction) occurring due to temperature. For this purpose, the compensation element 40 designed in the present case in the manner of a (flat) rod has a higher coefficient of thermal expansion than the connecting levers 41-44, via which the compensation element 40 is held radially displaceable on the adjusting ring 30 between the adjusting ring 30 and the outside of the housing 1. Furthermore, the temperature compensation is assisted in that the connecting levers 41-44 are shorter and narrower than the compensating element 40 and the compensating element 40 is arranged closer to the housing 1 (in comparison to the connecting levers 41-44). During operation of the engine T, the temperature-related expansion has less influence on the connecting levers 41-44 than on the compensating element 40.

Jeder der vorliegend vier Verbindungshebel 41 - 44 ist an einem Hebelende über eine erste Gelenkverbindung 413, 423, 433 oder 443 an dem Verstellring 30 angelenkt und an seinem anderen Hebelende über eine zweite Gelenksverbindung 410, 420, 430 oder 440 an dem Ausgleichselement 40. Die Verbindungshebel 41 - 44 sind paarweise einander gegenüberliegend an den zwei Stirnseiten 30A und 30B des Verstellrings angeordnet und halten das Ausgleichselement 40 radial zu einer Unterseite 30C des Verstellrings 30, die einer der Außenseite des Gehäuses 1 zugewandt ist, und zwischen dem Verstellring 30 und der Außenseite des Gehäuses 1 radial verlagerbar. Die Anbindung der Verbindungshebel 40 - 44 an das Ausgleichselement 40 erfolgt hierbei jeweils im Bereich eines Längsendes des längserstreckenden Ausgleichselements 4. Die Verbindungshebel 41 - 44 sind hierbei an voneinander abgewandten ersten und zweiten Stirnseiten 30A und 30B des - hier im Querschnitt rechteckförmigen - Verstellrings 30 angeordnet. Die erste Stirnseite 30A bildet dabei im bestimmungsgemäß montierten Zustand einer insbesondere den Verstellring 30 und die Ausgleichseinrichtung 4 umfassenden Leitschaufelbaugruppe L eine vordere Stirnseite, während die zweite Stirnseite 30B eine rückwärtige oder hintere Stirnseite des Verstellrings 30 bildet.Each of the present four connecting levers 41-44 is articulated at one end of the lever via a first articulated connection 413, 423, 433 or 443 on the adjusting ring 30 and at its other end of the lever via a second articulated connection 410, 420, 430 or 440 on the compensating element 40th Die Connecting levers 41-44 are arranged in pairs opposite each other on the two end faces 30A and 30B of the adjusting ring and hold the compensating element 40 radially to a lower side 30C of the adjusting ring 30 facing one of the outside of the housing 1 and between the adjusting ring 30 and the outer side of the housing 1 radially displaceable. The connection levers 40-44 to the compensating element 40 are in each case in the region of a longitudinal end of the longitudinally extending compensating element 4. The connecting levers 41-44 are arranged on mutually remote first and second end faces 30A and 30B of the square cross-section adjusting ring 30 here , The first end face 30A forms in the intended mounted state of a particular the adjusting ring 30 and the compensating device 4 comprehensive Leitschaufelbaugruppe L a front end face, while the second end face 30B forms a rear or rear end face of the adjusting ring 30.

Der Verstellring 3 kann über das Ausgleichselement 40 gegen das Gehäuse 1 abgestützt sein. Hierfür kann das Ausgleichselement mit einer unteren Seite an der Anlagefläche 114 des Gehäuses 1 aufliegen, wie dies anhand der perspektivischen Darstellungen der Figuren 2A und 2B veranschaulicht ist.The adjusting ring 3 can be supported via the compensating element 40 against the housing 1. For this purpose, the compensation element can rest with a lower side on the contact surface 114 of the housing 1, as shown by the perspective views of FIGS. 2A and 2 B is illustrated.

In einer Achsrichtung entlang der Mittelachse M betrachtet erstreckt sich das Ausgleichselement 4 zusammen mit zwei an der ersten oder zweiten Stirnseite 30A oder 30B angelenkten Verbindungshebeln 41, 42 oder 43, 44 und einem Abschnitt des Verstellrings 3, an dem die ersten Gelenkverbindungen 413, 423 (433, 443) definiert sind, entlang einer virtuellen Trapezkontur TF. Das Ausgleichselement 40 erstreckt sich dabei in Umfangsrichtung U an einer längeren Grundseite respektive Basis dieser Trapezkontur TF, während sich die beiden einander zugewandten Verbindungshebel 41, 42 oder 43, 44 einer Stirnseite 30A oder 30B entlang zweier Schenkel dieser Trapezkontur TF erstrecken. Die kürzere Grundseite der Trapezkontur TF wird durch einen Abschnitt des Verstellrings 30 gebildet. Durch diese trapezförmige Anordnung und Anlenkung der Verbindungshebel 41 - 44 ist erreicht, dass sich das Ausgleichselement 40 bei einer temperaturbedingten Wärmeausdehnung relativ zu der Unterseite 30C des Verstellrings 30 verlagert und sich damit ein radialer Abstand b (vergleiche Figur 1C) des Ausgleichselements 40 zu der Unterseite 30C des Verstellrings 30 infolge einer Wärmeausdehnung des Ausgleichselements 40 verändern kann.Viewed in an axial direction along the central axis M, the compensating element 4 extends together with two connecting levers 41, 42 or 43, 44 articulated on the first or second end side 30A or 30B and a portion of the adjusting ring 3 on which the first articulated connections 413, 423 (FIGS. 433, 443) are defined along a virtual trapezoid contour TF. The compensation element 40 extends in the circumferential direction U on a longer base side or base of this trapezoidal contour TF, while the two mutually facing connecting lever 41, 42 or 43, 44 of an end face 30A or 30B extend along two legs of this trapezoidal contour TF. The shorter base side of the trapezoidal contour TF is formed by a portion of the adjusting ring 30. As a result of this trapezoidal arrangement and articulation of the connecting levers 41-44, it is achieved that the compensating element 40 displaces relative to the underside 30C of the adjusting ring 30 when there is a temperature-related thermal expansion and thus a radial distance b (see FIG Figure 1C ) of the compensating element 40 to the underside 30C of the adjusting ring 30 due to a thermal expansion of the compensating element 40 can change.

Dehnt sich das Ausgleichselement 40 beispielsweise entlang der Umfangsrichtung U aus, schwenken die einander zugewandten Verbindungshebel 41, 42 und 43, 44 einer Stirnseite 30A oder 30B in zueinander entgegengesetzte Schwenkrichtungen, da die mit dem Ausgleichselement 40 verbundenen Hebelenden weiter zueinander beabstandet werden. Die virtuelle Trapezkontur TF wird somit gestaucht. Das Ausgleichselement 40 nähert sich der Unterseite 30C des Verstellrings 30 an. Kühlt umgekehrt das Ausgleichselement 40 ab, schwenken die einer Stirnseite 30A oder 30B zugeordneten Verbindungshebel 41, 42 oder 43, 44 mit ihren mit dem Ausgleichselement 40 verbundene Enden jeweils aufeinander zu. Die virtuelle Trapezkontur TF wird gestreckt. Das Ausgleichselement 40 verlagert sich somit von der Unterseite 30C des Verstellrings 30 weg radial nach innen. Auf diese Art und Weise gleicht die Ausgleichseinrichtung 4 eine temperaturbedingt auftretende Ausdehnung des Gehäuses 1 radial nach außen bezüglich des sich schwächer temperaturbedingt radial nach außen ausdehnenden Verstellrings 30 aus und hält einen radialen Abstand des Ausgleichselements 40 zu der Anlagefläche 114 des Gehäuses 1 im Wesentlichen aufrecht. Dies schließt insbesondere einen radialen Abstand von 0 cm und damit eine direkte Anlage des Ausgleichselement 40 über deren Anlagefläche an dem Gehäuse 1 ein, bei dem das Ausgleichselement 40 an der Außenseite des Gehäuses 1 anliegt und hierüber der Verstellring 30 in radialer Richtung bezüglich der Mittelachse M abgestützt ist. Durch die temperaturbedingte radiale Verlagerung des Ausgleichselements 40 relativ zu dem Verstellring 3 wird der Fall sichergestellt, dass der Verstellring 3 nicht oder allenfalls geringfügig durch das sich radial nach außen ausdehnende Gehäuse 1 abschnittsweise lokal verlagert wird. Stattdessen wird der Verstellring 30 zentriert zu dem Gehäuse 1 gehalten.If the compensating element 40 expands, for example, along the circumferential direction U, the mutually facing connecting levers 41, 42 and 43, 44 of an end side 30A or 30B pivot in mutually opposite pivoting directions, since the lever ends connected to the compensating element 40 are further spaced from each other. The virtual trapezoid contour TF is thus compressed. The compensation element 40 approaches the bottom 30 C of the adjusting ring 30 at. Conversely, when the compensating element 40 cools down, the connecting levers 41, 42 or 43, 44 associated with an end face 30A or 30B pivot towards each other with their ends connected to the compensating element 40. The virtual trapezoid contour TF is stretched. The compensation element 40 thus shifts away from the underside 30C of the adjusting ring 30 radially inward. In this way, the compensation device 4 compensates for a temperature-caused expansion of the housing 1 radially outward with respect to the weaker temperature-induced radially outwardly expanding adjusting ring 30 and maintains a radial distance of the compensating element 40 to the contact surface 114 of the housing 1 substantially upright. This includes in particular a radial distance of 0 cm and thus a direct contact of the compensation element 40 on the contact surface on the housing 1, wherein the compensation element 40 rests against the outside of the housing 1 and the adjusting ring 30 in the radial direction with respect to the central axis M. is supported. Due to the temperature-induced radial displacement of the compensating element 40 relative to the adjusting ring 3, the case is ensured that the adjusting ring 3 is not or at most slightly locally displaced locally by the radially outwardly expanding housing 1. Instead, the adjusting ring 30 is held centered to the housing 1.

Um eine temperaturbedingte Längung oder Schrumpfung des Ausgleichselements 40 entlang der Umfangsrichtung U auch bei Anlage an der Anlagefläche 114 des Gehäuses 1 durch einen etwaigen reibschlüssigen Kontakt nicht zu behindern und im Übrigen das Ausgleichselement 40 an der Anlagefläche 114 entlang der Umfangsrichtung U ohne Weiteres verschieben zu können, wenn über den Verstellring 30 die Leitschaufeln 111 verstellt werden sollen, kann an dem Ausgleichselement 40 wenigstens ein separates Gleitelement 5 befestigt sein. Ein Gleitelement 5 ist vorliegend nach Art eines Stopfens ausgebildet und in entlang der Umfangsrichtung U zueinander beabstandete Bohrungen 401 des Ausgleichselements 40 eingesteckt, sodass ein scheibenförmiger, eine Gleit- oder Kontaktfläche 50 ausbildender Kopf an der Unterseite des Ausgleichselements 40 aus der jeweiligen Bohrung 401 vorsteht. Über diese Gleit- oder Kontaktfläche 50 liegt das Ausgleichselement 40 an der Anlagefläche 114 des Gehäuses 1 an. Jedes Gleitelement 5 ist hierbei über einen Fixierungsabschnitt 51 in die jeweiligen Bohrung 401 des Ausgleichselements 4 eingesteckt und hierin über radial zu einer Längsachse des Zapfens vorspringende Rasterlamellen 510 in der jeweiligen Bohrung 401 fixiert. Dies ist anhand der vergrößerten Darstellung der Figuren 3A und 3B veranschaulicht. In Abweichung von dem Vorsehen wenigstens eines in eine Bohrung einsteckbaren Gleitelements kann eine entsprechende Gleit- / Kontaktfläche 50 an der Unterseite des Ausgleichselements 40 selbstverständlich auch über ein Gleitelemente gebildet sein, das zum Beispiel durch Kleben an dem Ausgleichselement 40 fixiert ist.To a temperature-induced elongation or shrinkage of the compensating element 40 along the circumferential direction U even when resting against the contact surface 114 of the housing first can not be hindered by a possible frictional contact and incidentally the compensating element 40 on the contact surface 114 along the circumferential direction U to move easily when the vanes 111 are to be adjusted via the adjusting ring 30, at the compensation element 40 at least a separate sliding element. 5 be attached. In the present case, a sliding element 5 is designed in the manner of a stopper and inserted into bores 401 of the compensation element 40 spaced apart along the circumferential direction U, so that a disk-shaped head forming a sliding or contact surface 50 protrudes from the respective bore 401 on the underside of the compensation element 40. About this sliding or contact surface 50, the compensation element 40 abuts against the contact surface 114 of the housing 1. Each slider 5 is in this case inserted via a fixing portion 51 in the respective bore 401 of the compensating element 4 and fixed therein via radially to a longitudinal axis of the pin projecting louvres 510 in the respective bore 401. This is based on the enlarged view of FIGS. 3A and 3B illustrated. In deviation from the provision of at least one sliding element which can be plugged into a bore, a corresponding sliding / contact surface 50 on the underside of the compensating element 40 can of course also be formed via a sliding element which is fixed to the compensating element 40, for example by gluing.

Durch die Anordnung der Ausgleichseinrichtung 4 an dem entlang der Umfangsrichtung U verstellbaren Verstellring 30 und damit die Anbindung des radial verlagerbaren Ausgleichselements 40, das an der Außenseite des Gehäuses 1 anliegt und gegen das sich der Verstellring 30 an dem Gehäuse 1 abstützt, an dem Verstellring 30 ist eine Integration der Ausgleichseinrichtung 4 an einer Leitschaufelbaugruppe L ohne oder allenfalls geringe konstruktive Veränderung an dem Gehäuse 1 möglich. Lediglich an dem Verstellring 30 müssen die einzelnen Komponenten der Ausgleichseinrichtung 4 festgelegt werden. Um über mehrere Ausgleichseinrichtungen 4 eine Zentrierung des Verstellrings 30 bezüglich des Gehäuses 1 auch im Betrieb des Gasturbinentriebwerks T sicherzustellen, sind beispielsweise wenigstens drei entlang der Umfangsrichtung U um 120° zueinander versetzte, vier um jeweils 90° zueinander versetzte oder fünf um jeweils 72° zueinander versetzte Ausgleichseinrichtungen 4 an dem Verstellring 30 vorgesehen. Grundsätzlich kann jedoch auch eine andere Anzahl entlang der Umfangsrichtung U verteilt an dem Verstellring 30 angeordneter Ausgleichseinrichtungen 4 vorgesehen sein.Due to the arrangement of the compensation device 4 on the along the circumferential direction U adjustable adjusting ring 30 and thus the connection of the radially displaceable compensating element 40 which bears against the outside of the housing 1 and against which the adjusting ring 30 is supported on the housing 1, on the adjusting ring 30th is an integration of the balancing device 4 on a vane assembly L without or at most slight structural change to the housing 1 possible. Only on the adjusting ring 30, the individual components of the balancing device 4 must be set. To ensure centering of the adjusting ring 30 with respect to the housing 1 in the operation of the gas turbine engine T via several compensating means 4, for example, at least three along the circumferential direction U offset by 120 ° to each other, four offset by 90 ° to each other or five by 72 ° to each other offset compensating means 4 provided on the adjusting ring 30. In principle, however, a different number along the circumferential direction U distributed on the adjusting ring 30 arranged compensating means 4 may be provided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Gehäusecasing
1010: LagerfortsatzBearing extension
1111: NiederdruckverdichterLow-pressure compressor
110110: Laufschaufelblade
111111: Leitschaufelvane
111a111: Lagerzapfenpivot
111b111b: Zapfenendepin end
114114: Anlageflächecontact surface
1212: HochdruckverdichterHigh-pressure compressors
12a - 12d12a - 12d: LaufschaufelreiheBlade row
1313: HochdruckturbineHigh-pressure turbine
13a - 13c13a - 13c: Leitschaufelreihevane row
1414: MitteldruckturbineIntermediate pressure turbine
1515: NiederdruckturbineLow-pressure turbine
33: Verstelleinrichtungadjustment
3030: Verstellring (Verstellelement)Adjusting ring (adjusting element)
30A, 30B30A, 30B: 1. / 2. Stirnseite1st / 2nd face
30C30C: Unterseitebottom
3131: Verstellhebeladjusting
44: Ausgleichseinrichtungbalancer
4040: Ausgleichselementcompensation element
401401: Bohrungdrilling
41, 42, 43, 4441, 42, 43, 44: Verbindungshebel (Verbindungselement)Connecting lever (connecting element)
410, 420, 430, 440410, 420, 430, 440: (Zweite) Gelenkverbindung(Second) articulation
413, 423, 433, 443413, 423, 433, 443: (Erste) Gelenkverbindung(First) articulation
55: GleitelementSlide
5050: Gleit- / KontaktflächeSliding / contact surface
5151: Fixierungsabschnittfixing section
510510: RastlamellenRest slats
AA: Auslassoutlet
aa: Abstanddistance
BB: Bypasskanalbypass channel
bb: Abstanddistance
BKBK: Brennkammerabschnittcombustor section
DD: Drehachse / SpindelachseRotary axis / spindle axis
Ee: Einlass / IntakeInlet / Intake
FF: Fanfan
LL: Leitschaufelbaugruppestator vane
MM: Mittelachse / RotationsachseCentral axis / rotation axis
RR: Eintrittsrichtungentry direction
TT: GasturbinentriebwerkGas turbine engine
TFTF: Trapezkonturtrapezoidal contour
TTTT: Turbineturbine
UU: Umfangsrichtungcircumferentially
VV: Verdichtercompressor

Claims

A vane assembly comprising at least one vane row (13a-13c) and a housing (1) extending along a circumferential direction (U) about a central axis (M) for the at least one vane row (13a-13c), the at least one vane row (13a-13c) 13 c) comprises a plurality of guide vanes (11) which are each mounted by means of an adjusting device (3) of the guide vane assembly (L) adjustably on the housing (1), and wherein - The adjusting device (3) comprises at least one adjusting element (30) for adjusting the guide vanes (111), which is radially spaced from an outer side of the housing (1), with respect to the central axis (M), and

- A compensating device (4) is provided, via which a radial distance (a) of the adjusting element (30) to the outside of the housing (1) is predetermined and the different thermal expansions of the adjusting element (30) on the one hand and the housing (1) on the other at least partially compensated,

characterized in that
the compensating device (4) has a compensating element (40) arranged between the adjusting element (30) and the outside of the housing (1) and having at least one connecting element (41-44) of the compensating device (4) articulated on the adjusting element (30) the adjusting element (30) is connected, wherein the at least one connecting element (41 - 44) is articulated on the compensating element (40).

Guide vane assembly according to claim 1, characterized in that the compensating element (40) has a higher coefficient of thermal expansion than the at least one connecting element (41 - 44).

Guide vane assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one connecting element (41 - 44) designed like a lever and is articulated with a lever end on the adjusting element (30).

Guide vane assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the compensating element (40) in such a way with the at least one connecting element (41 - 44) is coupled and connected thereto with the adjusting element (30) that at a temperature-induced strain of the Compensating elements (40) along the circumferential direction (U) a radial distance (b) between the compensating element (40) and the adjusting element (30) changed.

Guide vane assembly according to one of the preceding claims, characterized in that on the adjusting element (30) at least two connecting elements (41 - 44) are articulated to each other along the circumferential direction (U) spaced locations, which are each connected to the compensating element (40).

Guide vane assembly according to claim 5, characterized in that the at least two connecting elements (41-44) with the adjusting element (30) and the compensating element (40) are connected such that a portion of the adjusting element (30) on which two connecting elements (41 , 42; 43, 44), these two connecting elements (41, 42, 43, 44) and the compensating element (40) along the central axis (M) viewed along edges of a virtual trapezoidal contour (TF) along.

Guide vane assembly according to claim 6, characterized in that the compensating element (40) on a base of the virtual trapezoidal contour (TF) and the two connecting elements (41, 42; 43, 44) on two legs of the virtual trapezoidal contour (TF) extend along.

Guide vane assembly according to claim 6 or 7, characterized in that the virtual trapezoidal contour (TF) corresponds to the contour of an isosceles trapezium.

Guide vane assembly according to one of claims 5 to 8, characterized in that the compensating element (40) via four connecting elements (41 - 44) with the adjusting element (30) is connected, each hinged to the adjusting element (30) and in pairs opposite each other to two Pages (30A, 30B) of the adjusting element (30) are arranged, which are remote with respect to the central axis (M) from each other.

Guide vane assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting element (30) via the compensating means (4) on the outside of the housing (1) is supported.

Guide vane assembly according to one of the preceding claims, characterized in that along the circumferential direction (U) a plurality of spaced-apart, in each case with the adjusting element (30) coupled compensating means (4) are provided.

Guide vane assembly according to one of the preceding claims, characterized in that on the compensating element (40) at least one separate sliding element (5) is fixed, which has a sliding surface (50) for engagement with the outside of the housing (1), and / or at least one separate sliding element (5) with a fixing portion (51) in a bore (401) of the compensating element (40) is inserted.

Guide vane assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting element is formed as a one-piece or multi-part adjusting ring (30) and / or ring segment or annular.

Guide vane assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the compensating element (40) is at least partially made of magnesium and / or the at least one connecting element (41 - 44) is at least partially made of titanium, in particular a titanium alloy.

An engine with at least one vane assembly (L) according to one of the preceding claims 1 to 14.