EP3495626A1 - Lever connection and corresponding turbomachine - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist eine Hebelanbindung (80, 270) zum drehfesten Verbinden einer Leitschaufel (10, 200) mit einem Hebel (52, 242) einer Leitschaufelverstellung (54) einer Strömungsmaschine, wobei die Leitschaufel (10, 200) einen sich entlang einer Hochachse (H) erstreckenden Schaufelschaft (12, 202) aufweist. Erfindungsgemäß ist der Hebel (52, 242) einstückig an einem radial äußeren Ende (46, 236) einer den Schaufelschaft (12, 202) abschnittsweise koaxial umschließenden, im Wesentlichen hohlzylindrischen Spannhülse (50, 240) ausgebildet und der Schaufelschaft (12, 202) und die Spannhülse (50, 240) sind über eine längsseitige Formschlussverbindung (98) oder eine stirnseitige Formschlussverbindung (278) gekoppelt und der Schaufelschaft (12, 202) ist mittels eines Befestigungselements (84, 274), insbesondere einer Gewindemutter (82, 272), mit der Spannhülse (50, 240) entlang der Hochachse (H) verspannbar. Infolgedessen ist eine Trennung von zwei unterschiedlichen, auf die Leitschaufeln (10, 200) einwirkenden Kraftflüssen gegeben, wodurch örtliche Belastungsspitzen reduziert werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Strömungsmaschine mit derartigen Hebelanbindungen (80, 270) zum Herstellen einer drehfesten Ankopplung von Leitschaufeln (10, 200) an eine Leitschaufelverstellung (54).Disclosed is a lever connection (80, 270) for non-rotatably connecting a guide vane (10, 200) to a lever (52, 242) of a vane adjustment (54) of a turbomachine, wherein the vane (10, 200) extends along a vertical axis (H ) extending blade shank (12, 202). According to the invention, the lever (52, 242) is formed in one piece at a radially outer end (46, 236) of a substantially hollow-cylindrical clamping sleeve (50, 240) which surrounds the blade shank (12, 202) in sections coaxially and forms the shovel shaft (12, 202). and the clamping sleeve (50, 240) are coupled by way of a longitudinally positive-fit connection (98) or an end-face positive connection (278), and the blade shank (12, 202) is secured by means of a fastening element (84, 274), in particular a threaded nut (82, 272). , with the clamping sleeve (50, 240) along the vertical axis (H) braced. As a result, there is a separation of two different force flows acting on the guide vanes (10, 200), thereby reducing local load peaks. Furthermore, the invention relates to a turbomachine with such lever connections (80, 270) for producing a rotationally fixed coupling of guide vanes (10, 200) to a guide vane adjustment (54).
Description
Die Erfindung betrifft zunächst eine Hebelanbindung zum drehfesten Verbinden einer Leitschaufel mit einem Hebel einer Leitschaufelverstellung einer Strömungsmaschine, wobei die Leitschaufel einen sich entlang einer Hochachse erstreckenden Schaufelschaft aufweist.The invention relates first of all to a lever connection for the non-rotatable connection of a guide vane to a lever of a vane adjustment of a turbomachine, wherein the vane has a vane shaft extending along a vertical axis.
Darüber hinaus hat die Erfindung eine Strömungsmaschine mit einer Vielzahl von Hebelanbindungen zum Herstellen einer drehfesten Ankopplung der Leitschaufeln an eine Leitschaufelverstellung.In addition, the invention has a turbomachine with a plurality of lever connections for producing a rotationally fixed coupling of the guide vanes to a vane adjustment.
Verdichter in axialen Strömungsmaschinen, beispielsweise Flugzeugtriebwerken, umfassen in der Regel im Bereich der vorderen Verdichterstufen oder im Hochdruckverdichter eine Leitschaufelverstellung. Durch die Leitschaufelverstellung werden die Leitschaufeln der relevanten Leitschaufelreihe drehzahlabhängig um ihre Hochachse verstellt, so dass ein absoluter Leitradabströmwinkel veränderbar ist. Hierdurch kann ein Strömungsabriss beim Hochfahren der Strömungsmaschine bzw. bei geringen Drehzahlen verhindert werden. Eine Stufenbelastung wird reduziert. Alternativ könnte auch ein Strömungsabriss durch eine Verstellung der Laufschaufeln der Verdichterstufen verwirklicht werden, jedoch ist dies technisch wesentlich aufwändiger, so dass sich die Verstellung der Leitschaufeln durchgesetzt hat.Compressors in axial flow machines, for example aircraft engines, usually include a vane adjustment in the area of the front compressor stages or in the high-pressure compressor. Due to the vane adjustment, the guide vanes of the relevant guide vane row are adjusted speed-dependent about their vertical axis, so that an absolute Leitradabströmwinkel is changeable. As a result, a stall during startup of the turbomachine or at low speeds can be prevented. A step load is reduced. Alternatively, a stall could be achieved by adjusting the blades of the compressor stages, but this is technically much more complex, so that the adjustment of the vanes has prevailed.
Die Verstellung der Leitschaufeln einer Leitschaufelreihe erfolgt herkömmlicherweise mechanisch durch Betätigung eines Stellantriebs. Der Stellantrieb wirkt in der Regel über einen Verstellring und jeweils mittels eines Hebels auf die Leitschaufeln. Der Verstellring ist außerhalb der Strömungsmaschine angeordnet und gewöhnlich in Strömungsrichtung betrachtet hinter und koaxial zur Leitschaufelreihe positioniert. Er ist in Umfangsrichtung verdrehbar und in Axialrichtung der Strömungsmaschine verschiebbar. Bei mehreren zu verstellenden Verdichterstufen werden die Verstellringe gleichzeitig über einen drehbar am Verdichtergehäuse gelagerten Stellhebel des Stellantriebs angesteuert, der sich in Axialrichtung der Strömungsmaschine erstreckt und jeweils mit den Verstellringen verbunden ist.The adjustment of the guide vanes of a row of vanes is conventionally carried out mechanically by actuation of an actuator. The actuator usually acts via an adjusting ring and each by means of a lever on the vanes. The adjusting ring is arranged outside the turbomachine and usually positioned downstream and coaxial with the row of guide vanes as viewed in the flow direction. It is rotatable in the circumferential direction and displaceable in the axial direction of the turbomachine. In the case of several compressor stages to be adjusted, the adjusting rings are actuated at the same time via a control lever of the actuator which is mounted rotatably on the compressor housing and which extends in the axial direction of the turbomachine and is in each case connected to the adjusting rings.
Bei bekannten Leitschaufelverstellungen wird der Hebel in Radialrichtung der Strömungsmaschine auf einen sich in Hochrichtung der Leitschaufel erstreckenden Schaufelschaft gesteckt. Danach wird der Hebel an einem in der Regel kleinflächigen Kontaktbereich des Schaufelschafts formschlüssig fixiert und mittels einer Verschraubung gesichert. Die Verschraubung kann durch ein Innengewinde oder durch ein Außengewinde erfolgen. Diese Art der Hebelanbindung erfordert einen ausreichend dicken Schaufelschaft für die Gestaltung der Kontaktflächen. Da die Formschlussverbindung jeweils nur endseitig und mit verhältnismäßig kleinen Kontaktflächen realisiert ist, können unter anderem lokal höhere mechanische Spannungen entstehen.In known vane adjustments, the lever is inserted in the radial direction of the turbomachine onto a vane shaft extending in the vertical direction of the vane. Thereafter, the lever on a small-area contact area of the blade shank positively fixed and secured by a screw. The screwing can be done by an internal thread or by an external thread. This type of lever connection requires a sufficiently thick blade shank for the design of the contact surfaces. Since the positive connection is realized only at the end and with relatively small contact surfaces, among other things locally higher mechanical stresses can arise.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hebelanbindung einer Leitschaufelverstellung einer Strömungsmaschine zum Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Hebel anzugeben, die die vorstehend genannten Nachteile vermeidet. Zudem ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Strömungsmaschine mit erfindungsgemäßen Hebelanbindungen anzugeben.The object of the invention is to provide a lever connection of a vane adjustment of a turbomachine for producing a rotationally fixed connection between a vane and a lever, which avoids the disadvantages mentioned above. In addition, it is an object of the invention to provide a turbomachine with lever connections according to the invention.
Die Aufgabe wird zunächst durch eine Hebelanbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The object is initially achieved by a lever connection with the features of claim 1.
Bei einer Hebelanbindung zum drehfesten Verbinden einer Leitschaufel mit einem Hebel einer Leitschaufelverstellung einer Strömungsmaschine, wobei die Leitschaufel einen sich entlang einer Hochachse erstreckenden Schaufelschaft aufweist, ist der Hebel einstückig an einem radial äußeren Ende einer den Schaufelschaft abschnittsweise koaxial umschließenden, im Wesentlichen hohlzylindrischen Spannhülse ausgebildet und der Schaufelschaft und die Spannhülse sind über eine längsseitige Formschlussverbindung oder eine stirnseitige Formschlussverbindung gekoppelt und der Schaufelschaft ist mittels eines Befestigungselements, insbesondere einer Gewindemutter, mit der Spannhülse entlang der Hochachse verspannbar.In a lever connection for non-rotatably connecting a guide vane with a lever of a vane adjustment of a turbomachine, wherein the guide vane has a blade axis extending along a vertical axis, the lever is integrally formed on a radially outer end of the vane shank partially coaxially enclosing, substantially hollow cylindrical clamping sleeve and the blade shank and the clamping sleeve are coupled via a longitudinally form-fitting connection or an end-face positive connection, and the blade shank can be braced with the clamping sleeve along the vertical axis by means of a fastening element, in particular a threaded nut.
Hierdurch ist eine Trennung der Kraftflüsse gegeben, da der Schaufelschaft im Wesentlichen nur auf Zug und die Spannhülse mittels des integral daran angeformten Hebels zumindest im Wesentlichen nur durch Biegemomente beim Verstellen der Leitschaufel beaufschlagt wird. Im Vergleich zu einer hergebrachten Hebelanbindung wird die Gefahr des Entstehens von lokal erhöhten mechanischen Spannungen vermindert und insgesamt eine gleichmäßigere Lastverteilung erreicht. Die längsseitige Formschlussverbindung erstreckt sich ebenfalls parallel zur Hochachse des Schaufelschaftes. Die Gewindemutter ist üblicherweise selbstsichernd ausgeführt. Anstelle einer Gewindemutter kann zum Beispiel ein Gewindebolzen als Spann- bzw.- Befestigungselement zum Einsatz kommen.As a result, a separation of the power flows is given, since the blade shank is subjected essentially only to train and the clamping sleeve by means of integrally molded thereon lever at least substantially only by bending moments during adjustment of the guide vane. In comparison to a conventional lever connection, the risk of locally increased mechanical stresses is reduced and overall a more uniform load distribution is achieved. The longitudinal-side positive connection also extends parallel to the vertical axis of the blade shank. The threaded nut is usually self-locking. Instead of a threaded nut, for example, a threaded bolt can be used as a tensioning or fastening element.
Bevorzugt weist die Spannhülse einen Bund zur radialen Lagesicherung der Leitschaufel in einem Gehäuse der Strömungsmaschine auf, wobei zwischen dem Bund und dem Gehäuse ein definierter Spalt besteht. Infolgedessen ist eine leichtgängige Lagerung gegeben.Preferably, the clamping sleeve has a collar for securing the radial position of the guide vane in a housing of the turbomachine, wherein there is a defined gap between the collar and the housing. As a result, a smooth storage is given.
Nach Maßgabe einer technisch vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen einem radial inneren Ende der Spannhülse und dem Bund der Spannhülse ein zylindrischer Lagerabschnitt zur verschwenkbaren Lagerung der Leitschaufel in dem Gehäuse ausgebildet. Infolgedessen ist eine besonders große Kontaktfläche zwischen Spannhülse und dem Gehäuse der Strömungsmaschine gegeben, woraus eine robuste und haltbare Lagerung resultiert.According to a technically advantageous development, between a radially inner end of the clamping sleeve and the collar of the clamping sleeve is formed a cylindrical bearing portion for pivotally mounting the guide vane in the housing. As a result, a particularly large contact surface between the clamping sleeve and the housing of the turbomachine is given, resulting in a robust and durable storage results.
Bevorzugt ist zwischen einer Bohrung des Gehäuses und dem Lagerabschnitt der Spannhülse mindestens eine Buchse angeordnet. Hierdurch ist im Fall einer geeigneten Materialauswahl der Spannhülse, der mindestens einen zumindest annähernd hohlzylindrischen Buchse sowie des Gehäuses der Strömungsmaschine in diesem Bereich eine verschleißarme Lagerung möglich. Zudem ist mittels der mindestens einen Buchse ein Toleranzausgleich realisierbar.Preferably, at least one bushing is arranged between a bore of the housing and the bearing portion of the clamping sleeve. As a result, in the case of a suitable material selection of the clamping sleeve, the at least one at least approximately hollow cylindrical bush and the housing of the turbomachine in this area a low-wear storage possible. In addition, tolerance compensation can be realized by means of the at least one bushing.
Vorzugsweise ist an einem radial äußeren Ende des Schaufelschaftes ein Gewindeabschnitt für die Gewindemutter ausgebildet. Infolgedessen ist eine mechanisch zuverlässige sowie erforderlichenfalls wieder lösbare Verbindung zwischen dem Schaufelschaft und der Spannhülse gegeben.Preferably, a threaded portion for the threaded nut is formed at a radially outer end of the blade shank. As a result, a mechanically reliable and, if necessary, releasable connection between the blade shank and the clamping sleeve is given.
Vorzugsweise bildet der radial äußere Teller der Leitschaufel eine Anlagefläche für das radial innere Ende der Spannhülse aus. Hierdurch ist an dem Schaufelschaft ein einseitiges Widerlager für die Spannhülse gegeben.Preferably, the radially outer plate of the vane forms a contact surface for the radially inner end of the clamping sleeve. As a result, a unilateral abutment for the clamping sleeve is given to the blade shank.
Im Fall einer ersten Ausführungsvariante der Hebelanbindung weist der Schaufelschaft eine Längsaußenverzahnung mit einer ersten Aussparung unterhalb des Gewindeabschnitts und die Spannhülse eine Längsinnenverzahnung mit einer zweiten Aussparung im Bereich des Hebels zur Schaffung der längsseitigen Formschlussverbindung auf, wobei die beiden Aussparungen derart ausgebildet sind, dass ein in den Aussparungen passgenau aufnehmbares Sicherungsblech beim Verspannen des Schaufelschaftes mit der Spannhülse zwischen dem Schaufelschaft und dem Hebel zu deren spielfreier Verbindung einklemmbar ist. Hierdurch ist eine dauerhaft spielfreie, drehfeste Verbindung zwischen der Spannhülse mit dem Hebel und dem Schaufelschaft gegeben. Eine Übertragung der Verstellmomente erfolgt mittels der längsseitigen Formschlussverbindung, während die Übertragung von Biegemomenten über die Spannhülse mit dem Hebel geschieht, was eine Aufteilung dieser verschiedenen Kraftflüsse bewirkt. Das Sicherungsblech dient darüber hinaus zur Lagesicherung der bevorzugt selbstsichernden Gewindemutter.In the case of a first embodiment variant of the lever connection, the blade shank has a longitudinal external toothing with a first recess below the threaded section and the clamping sleeve has a longitudinal internal toothing with a second cutout in the region of the lever to create the longitudinal positive connection, wherein the two recesses are designed such that an in the recesses fit snugly securing plate during clamping of the blade shank with the clamping sleeve between the blade shank and the lever to the play-free connection can be clamped. As a result, a permanently play-free, rotationally fixed connection between the clamping sleeve with the lever and the blade shank is given. A transmission of Verstellmomente by means of the longitudinal side Positive connection, while the transmission of bending moments on the clamping sleeve is done with the lever, causing a division of these different power flows. The locking plate also serves to secure the position of the preferably self-locking threaded nut.
Im Fall einer zweiten Ausführungsform der Hebelanbindung ist die stirnseitige Formschlussverbindung mit einer ersten in Richtung des äußeren radialen Endes des Schaufelschafts gerichteten Stirnverzahnung am radial äußeren Teller und mit einer in Richtung der ersten Stirnverzahnung gerichteten zweiten Stirnverzahnung am radial inneren Ende der Spannhülse gebildet. Aufgrund der entgegengesetzt orientierten und miteinander in einem zumindest bereichsweise formschlüssigen Eingriff stehenden Stirnverzahnungen ist eine dauerhaft spielfreie Verbindung zwischen der Spannhülse mit dem Hebel und dem Schaufelschaft gegeben. Darüber hinaus gewährleisten die beiden Stirnverzahnungen eine einwandfreie Zentrierung der Spannhülse in Bezug zu dem Schaufelschaft. Der Schaufelschaft bleibt im Ergebnis vollkommen frei von Biege- bzw. Torsionsmomenten und ist demnach ausschließlich auf Zug belastet, woraus eine strikte Kraftflusstrennung resultiert, wodurch das Auftreten von lokalen mechanischen Spannungen innerhalb der Leitschaufel weitestgehend vermieden wird.In the case of a second embodiment of the lever connection, the front-side positive connection is formed with a first directed towards the outer radial end of the blade shank spur on the radially outer plate and with a direction in the direction of the first spur toothing second spur toothing at the radially inner end of the clamping sleeve. Due to the oppositely oriented and mutually engaging in an at least partially positive engagement serrations a permanently backlash-free connection between the clamping sleeve with the lever and the blade shank is given. In addition, the two serrations ensure proper centering of the clamping sleeve with respect to the blade shank. The blade shank remains in the result completely free of bending or torsional moments and is therefore charged exclusively to train, resulting in a strict power flow separation results, whereby the occurrence of local mechanical stresses within the vane is largely avoided.
Bevorzugt weisen die beiden Stirnverzahnungen jeweils eine unregelmäßige Zahnteilung auf. Infolgedessen ist eine eindeutige Winkelposition zwischen dem Schaufelschaft und der Spannhülse zur Erleichterung der Montage der Hebelanbindung gegeben.Preferably, the two serrations each have an irregular tooth pitch. As a result, a clear angular position between the blade shank and the clamping sleeve to facilitate the assembly of the lever connection is given.
Im Fall einer technisch günstigen Ausgestaltung ist im Bereich der Spannhülse und/oder des Hebels eine Ausnehmung für ein Sicherungsblech zur Lagesicherung der Gewindemutter vorgesehen. Hierdurch ist neben der bevorzugt selbstsichernd ausgeführten Gewindemutter eine weitere Sicherung der Gewindemutter gegen unbeabsichtigtes Lösen gegeben.In the case of a technically advantageous embodiment, a recess for a securing plate for securing the position of the threaded nut is provided in the region of the clamping sleeve and / or the lever. As a result, in addition to the preferably self-locking threaded nut further securing the nut against unintentional release is given.
Vorzugsweise weist der Schaufelschaft einen zumindest näherungsweise zylindrischen Zentrierbund auf, der zumindest abschnittsweise an einem Innenzentrierabschnitt im Bereich des radial äußeren Endes der Spannhülse anliegt. Hierdurch ist eine verlässliche Führung des Schaufelschafts in der Spannhülse gegeben.Preferably, the blade shank has an at least approximately cylindrical centering collar, which abuts at least in sections on an inner centering section in the region of the radially outer end of the clamping sleeve. As a result, a reliable guidance of the blade shank is given in the clamping sleeve.
Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine ist mit einer Vielzahl von Hebelanbindungen nach einem der Patentansprüche 1 bis 11 zum Herstellen einer drehfesten Ankopplung von Leitschaufeln an eine Leitschaufelverstellung ausgestattet. Infolgedessen ist eine Entkopplung der Kraftflüsse gegeben, wodurch die Gefahr der Entstehung lokaler mechanischer Spannungsspitzen vermieden wird.A turbomachine according to the invention is equipped with a plurality of lever connections according to one of the claims 1 to 11 for producing a rotationally fixed coupling of vanes to a guide vane adjustment. As a result, a decoupling of the force flows is given, whereby the risk of the formation of local mechanical voltage peaks is avoided.
Es zeigen schematisch:
- Figur 1:
- eine perspektivische Ansicht einer Leitschaufel für eine erste Ausführungsvariante einer Hebelanbindung,
- Figur 2:
- eine perspektivische Ansicht einer Spannhülse mit einem einstückig seitlich daran ausgebildeten Hebel für die erste Ausführungsvariante der Hebelanbindung,
- Figur 3:
- eine Draufsicht auf die erste Ausführungsvariante der Hebelanbindung in einem montierten Zustand,
- Figur 4:
- einen Längsschnitt der montierten Hebelanbindung von
Fig. 3 entlang der Schnittlinie IV-IV, - Figur 5:
- einen Querschnitt der Hebelanbindung von
Fig. 4 entlang der Schnittlinie V-V, - Figur 6:
- einen Querschnitt der Hebelanbindung von
Fig. 4 entlang der Schnittlinie VI-VI, - Figur 7:
- eine perspektivische Ansicht einer Leitschaufel für eine zweite Ausführungsvariante einer Hebelanbindung,
- Figur 8:
- eine perspektivische Ansicht einer Spannhülse mit einem einstückig seitlich daran ausgeformten Hebel für die zweite Ausführungsvariante der Hebelanbindung,
- Figur 9:
- eine schematische Seitenansicht auf die zweite Ausführungsvariante der Hebelanbindung in einem montierten Zustand,
- Figur 10:
- eine Draufsicht auf die montierte zweite Ausführungsform der Hebelanbindung von
Fig. 9 , - Figur 11:
- einen Längsschnitt durch die montierte Hebelanbindung von
Fig. 10 entlang der Schnittlinie XI-XI.
- FIG. 1:
- a perspective view of a guide vane for a first embodiment of a lever connection,
- FIG. 2:
- a perspective view of a clamping sleeve with an integrally formed laterally thereto lever for the first embodiment of the lever connection,
- FIG. 3:
- a top view of the first embodiment of the lever connection in an assembled state,
- FIG. 4:
- a longitudinal section of the mounted lever connection of
Fig. 3 along the section line IV-IV, - FIG. 5:
- a cross section of the lever connection of
Fig. 4 along the section line VV, - FIG. 6:
- a cross section of the lever connection of
Fig. 4 along the section line VI-VI, - FIG. 7:
- a perspective view of a guide vane for a second embodiment of a lever connection,
- FIG. 8:
- a perspective view of a clamping sleeve with an integrally molded laterally thereon lever for the second embodiment of the lever connection,
- FIG. 9:
- a schematic side view of the second embodiment of the lever connection in an assembled state,
- FIG. 10:
- a plan view of the mounted second embodiment of the lever connection of
Fig. 9 . - FIG. 11:
- a longitudinal section through the mounted lever connection of
Fig. 10 along the section line XI-XI.
Im Kontext der vorliegenden Beschreibung beziehen sich Begriffe wie "radial", "radial außen", "radial äußere", "radial innen" sowie "radial innere" - soweit nicht ausdrücklich auf eine andere Orientierung hingewiesen ist - auf eine Maschinenlängsachse X der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine, die die Drehachse eines Rotors der Strömungsmaschine verkörpert.In the context of the present description, terms such as "radial", "radially outward", "radially outer", "radially inward" and "radially inner" - unless explicitly pointed to another orientation - refer to a machine longitudinal axis X of the turbomachine according to the invention , which represents the axis of rotation of a rotor of the turbomachine.
Angaben wie "seitlich" und "quer" beziehen sich auf eine Hochachse H einer Leitschaufel der Strömungsmaschine, die im Wesentlichen radial zur Maschinenlängsachse X verläuft.Information such as "lateral" and "transverse" refer to a vertical axis H of a guide vane of the turbomachine, which extends substantially radially to the machine longitudinal axis X.
An dem Schaufelschaft 12 ist zumindest abschnittsweise eine parallel zur Hochachse H verlaufende Längsaußenverzahnung 30 ausgebildet. Die Längsaußenverzahnung 30 kann als eine gleichmäßige Evolventen-, Trapez-, Dreiecksverzahnung oder dergleichen ausgestaltet sein. Zwischen dem Gewindeabschnitt 22 und der Längsaußenverzahnung 30 befindet sich eine hohlkehlartige Ringnut 32 bzw. eine Einschnürung des Schaufelschafts 12. In den Schaufelschaft 12 ist eine ungefähr quaderförmige sowie parallel zur Hochachse H verlaufende Aussparung 34 eingebracht, die sich ausgehend von der Ringnut 32 über eine geringe Länge L in Richtung des radial inneren Endes 16 des Schaufelschafts 12 erstreckt. Die Aussparung 34 nimmt mindestens einen Zahn 36 der Längsaußenverzahnung 30 vollständig und hier beispielhaft einen unmittelbar umfangsseitig zu diesem benachbarten weiteren Zahn 38 teilweise ein, wobei von dem Zahn 38 lediglich eine schmale Seitenwand 40 stehen bleibt. Die Aussparung 34 dient zur Aufnahme eines hier nicht dargestellten Sicherungsblechs (vgl. insb.
Zwischen dem radial inneren Ende 60 der Spannhülse 50 und dem Bund 56 ist ein zylindrischer Lagerabschnitt 100 zur verschwenkbaren Lagerung der Leitschaufel 10 in einer gestuften Bohrung 102 des Gehäuses 86 ausgebildet. Zwischen dem Lagerabschnitt 100 und der gestuften Bohrung 102 sind hier beispielhaft drei zumindest annähernd hohlzylindrische Buchsen 104, 106, 108 angeordnet, wobei an der Buchse 108 ein senkrecht von der Hochachse weggerichteter Kragen 110 integral ausgeformt ist, der zwischen dem Teller 18 und einer Schulter 112 der gestuften Bohrung 102 liegt. Der Teller 18 weist ferner die Anlagefläche 42 als ein Widerlager der entlang der Hochachse H gegeneinander verspannten Leitschaufel 10 und der Spannhülse 50 auf.Between the radially
Mittels der Lasche 90 und der hier nicht sichtbaren, zweiten Lasche des Sicherungsblechs 88 erfolgt eine zusätzliche Verdrehsicherung der darüber hinaus bevorzugt selbstsichernden Gewindemutter 82. Das Sicherungsblech 88 verfügt ferner über einen Bohrungsabschnitt 118 zur Durchführung des Gewindeabschnitts 22 des Schaufelschafts 12, einen sich senkrecht daran anschließenden, das heißt parallel zur Hochachse H verlaufenden Rückenabschnitt 120 sowie einen parallel zur Maschinenlängsachse X orientierten Klemmabschnitt 122, der in der Aussparung 34 der Längsaußenverzahnung 30 des Schaufelschafts 12 und in der Aussparung 62 des Hebels 52 der Spannhülse 50 liegt. Die beiden Aussparungen 34, 62 sind hierbei erfindungsgemäß derart ausgeführt, dass sich zumindest der Klemmabschnitt 122 des Sicherungsblechs 88 beim Verspannen des Schaufelschafts 12 mit der Spannhülse 50 keilartig zwischen dem Schaufelschaft 12 und dem Hebel 52 zu deren spielfreier Verbindung einklemmt. Eine Querschnittsgeometrie des Bohrungsabschnitts 118, des Rückenabschnitts 120 und des Klemmabschnitts 122 des Sicherungsblechs 88 verlaufen ungefähr U-förmig.By means of the
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Hebelanbindung 80 ist eine Trennung von auf die Leitschaufel 10 einwirkenden Kraftflüssen zum Schutz vor lokalen Lastspitzen gewährleistet, da Verstellmomente über die längsseitige Formschlussverbindung 98 und Biege- oder Torsionsmomente durch den Hebel 52 und die Spannhülse 50 auf die Leitschaufel 10 übertragen werden.The inventive design of the
Die zweite Ausführungsvariante der Hebelanbindung 270 ermöglicht ebenfalls eine wirkungsvolle Trennung der auf die Leitschaufel 200 einwirkenden Kraftflüsse bzw. Momente, da zur Minimierung lokaler mechanischer Spannungen der Schaufelschaft 202 ausschließlich auf Zug und die Spannhülse 240 nur mit Biege- bzw. Torsionsmomenten beaufschlagt ist.The second embodiment of the
Zwischen dem radial inneren Ende 250 der Spannhülse 240 und deren Bund 246 ist ein zylindrischer Lagerabschnitt 292 zur verschwenkbaren Lagerung der Leitschaufel 200 in einer gestuften Bohrung 294 des Gehäuses 86 ausgebildet. Zwischen dem Lagerabschnitt 292 und der gestuften Bohrung 294 sind hier lediglich exemplarisch vier zumindest jeweils annähernd hohlzylindrische Buchsen 296, 298, 300, 302 angeordnet, wobei zwischen der am weitesten in Richtung des Tellers 208 befindlichen Buchse 302 und der kreisringförmigen Anlagefläche 234 des Tellers 208 sowie einer Schulter 304 ein hohlzylindrischer Zwischenleger 306 liegt. Die Anlagefläche 234 dient als ein Widerlager der entlang der Hochachse H gegeneinander verspannten Leitschaufel 200 und Spannhülse 240 zur Schaffung der Hebelanbindung 270. Der Zentrierbund 224 des Schaufelschafts 202 liegt zudem an einer Innenzentrierabschnitt 308 der Spannhülse 240 zur weiteren Optimierung der Führung an.Between the radially
Das hakenartige Sicherungsblech 276 umfasst zwei dreieckförmige Laschen, von denen hier nur die Lasche 282 sichtbar ist, an die sich ein Bohrungsabschnitt 310 anschließt, an den sich rechtwinklig der Eingriffsabschnitt 284 anschließt. Die redundante Lagesicherung der Gewindemutter 272 erfolgt mittels des Sicherungsblechs 276, durch dessen mittigen Bohrungsabschnitt 310 der Gewindeabschnitt 212 des Schaufelschafts 202 verläuft und der zwischen der angezogenen Gewindemutter 272 und dem radial äußeren Ende 236 der Spannhülse 240 eingeklemmt ist. Die beiden dreieckförmigen Laschen des Sicherungsblechs 276 können zur Gewährleistung des Sicherungszwecks durch Aufbiegen zur Anlage an die Gewindemutter 272 bzw. an mindestens zwei von deren Sechskantflächen gebracht werden. Der Bohrungsabschnitt 310 des Sicherungsblechs 276 ist zur Komplettierung der Lagesicherung der Gewindemutter 272 in der Bohrung 256 des Hebels 242 der Spannhülse 240 aufgenommen.The hook-
Die Erfindung betrifft zwei Ausführungsvarianten einer Hebelanbindung zum Verschwenken von Leitschaufeln in einem Verdichterteil einer Strömungsmaschine, bei der durch eine Spannhülse eine Trennung der einwirkenden Kraft- und Momentenflüsse realisiert ist, derart, dass der Schaufelschaft im Wesentlichen nur mit Zugkräften und die Spannhülse primär mit Biege- bzw. Torsionsmomenten beaufschlagt ist. Infolgedessen werden lokale mechanische Lastspitzen beträchtlich reduziert. Zudem ist die Hebelanbindung dauerhaft spielfrei und gegen unkontrolliertes Lösen redundant gesichert. Offenbart ist weiterhin eine Strömungsmaschine mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Hebelanbindungen zum Verstellen von Leitschaufeln in einem Verdichterteil mittels der Leitschaufelverstellung.The invention relates to two variants of a lever connection for pivoting guide vanes in a compressor part of a turbomachine in which a separation of the acting force and moment flows is realized by a clamping sleeve, such that the blade shank essentially only with tensile forces and the clamping sleeve primarily with bending or Torsionsmomenten is applied. As a result, local mechanical load peaks are significantly reduced. In addition, the lever connection is permanently backlash-free and redundantly secured against uncontrolled loosening. Also disclosed is a turbomachine having a multiplicity of lever connections according to the invention for adjusting guide vanes in a compressor part by means of the guide vane adjustment.
- 1010
- Leitschaufel (1. Var.)Guide vane (1st Var.)
- 1212
- Schaufelschaftblade shank
- 1414
- Schaufelblattairfoil
- 1616
- radial inneres Ende (Schaufelschaft)radially inner end (shovel shaft)
- 1818
- radial äußerer Tellerradially outer plate
- 2020
- radial äußeres Ende (Schaufelschaft)radially outer end (shovel shaft)
- 2222
- Gewindeabschnittthreaded portion
- 2424
- radial innere Schaufelblattwurzelradially inner airfoil root
- 2626
- radial innerer Tellerradially inner plate
- 2828
- radial äußere Schaufelblattwurzelradially outer blade root
- 3030
- Längsaußenverzahnung (Schaufelschaft)Longitudinal external toothing (shovel shaft)
- 3232
- Ringnutring groove
- 3434
- Aussparung (Längsaußenverzahnung)Recess (longitudinal external toothing)
- 3636
- Zahntooth
- 3838
- Zahntooth
- 4040
- Seitenwand (Zahn)Sidewall (tooth)
- 4242
- Anlagefläche (Teller)Contact surface (plate)
- 4646
- radial äußeres Ende (Spannhülse)radially outer end (adapter sleeve)
- 4848
- Grundkörper (Spannhülse)Basic body (clamping sleeve)
- 5050
- Spannhülse (1. Var.)Adapter sleeve (1st Var.)
- 5252
- Hebellever
- 5454
- LeitschaufelverstellungGuide Vane
- 5656
- BundFederation
- 5858
- Längsinnenverzahnung (Spannhülse)Longitudinal internal toothing (clamping sleeve)
- 6060
- radial inneres Ende (Spannhülse)radially inner end (clamping sleeve)
- 6262
- Aussparung (Spannhülse, Hebel)Recess (adapter sleeve, lever)
- 6464
- erste Seitenwandfirst sidewall
- 6666
- zweite Seitenwandsecond side wall
- 6868
- Bodenground
- 8080
- Hebelanbindung (1. Var.)Lever connection (1st Var.)
- 8282
- Gewindemutterthreaded nut
- 8484
- Befestigungselementfastener
- 8686
- Gehäuse (Strömungsmaschine)Housing (turbomachine)
- 8888
- SicherungsblechLocking plate
- 9090
- Lascheflap
- 9292
- Lascheflap
- 9696
- Spaltgap
- 9898
- längsseitige FormschlussverbindungLongitudinally positive connection
- 100100
- zylindrischer Lagerabschnitt (Spannhülse)cylindrical bearing section (clamping sleeve)
- 102102
- gestufte Bohrung (Gehäuse)stepped bore (housing)
- 104104
- BuchseRifle
- 106106
- BuchseRifle
- 108108
- BuchseRifle
- 110110
- Kragencollar
- 112112
- Schulter (gestufte Bohrung)Shoulder (stepped bore)
- 118118
- Bohrungsabschnitt (Sicherungsblech)Bore section (locking plate)
- 120120
- Rückenabschnitt (Sicherungsblech)Back section (locking plate)
- 122122
- Klemmabschnitt (Sicherungsblech)Clamping section (locking plate)
- 124124
- Außendurchmesser (längsseitige Formschlussverbindung)Outer diameter (long-side positive connection)
- 200200
- Leitschaufel (2. Var.)Guide vane (2nd Var.)
- 202202
- Schaufelschaftblade shank
- 204204
- Schaufelblattairfoil
- 206206
- radial inneres Ende (Schaufelschaft)radially inner end (shovel shaft)
- 208208
- radial äußerer Tellerradially outer plate
- 210210
- radial äußeres Ende (Schaufelschaft)radially outer end (shovel shaft)
- 212212
- Gewindeabschnittthreaded portion
- 214214
- radial innere Schaufelblattwurzelradially inner airfoil root
- 216216
- radial innerer Tellerradially inner plate
- 218218
- radial äußere Schaufelblattwurzelradially outer blade root
- 220220
- erste Stirnverzahnung (Teller)first spur toothing (plate)
- 222222
- Ringnutring groove
- 224224
- Zentrierbund (Schaufelschaft)Centering collar (shovel shaft)
- 232232
- Seitenwand (Zahn)Sidewall (tooth)
- 234234
- Anlageflächecontact surface
- 236236
- radial äußeres Ende (Spannhülse)radially outer end (adapter sleeve)
- 238238
- Grundkörper (Spannhülse)Basic body (clamping sleeve)
- 240240
- Spannhülse (2. Var.)Adapter sleeve (2nd Var.)
- 242242
- Hebellever
- 246246
- BundFederation
- 248248
- DurchgangsbohrungThrough Hole
- 250250
- radial inneres Ende (Spannhülse)radially inner end (clamping sleeve)
- 252252
- zweite Stirnverzahnung (Spannhülse)second spur toothing (adapter sleeve)
- 254254
- ÃœbergangszoneTransition zone
- 256256
- Bohrung (Hebel)Hole (lever)
- 270270
- Hebelanbindung (2. Var.)Lever connection (2nd Var.)
- 272272
- Gewindemutterthreaded nut
- 274274
- Befestigungselementfastener
- 276276
- SicherungsblechLocking plate
- 278278
- stirnseitige Formschlussverbindungfront-side positive connection
- 280280
- Lascheflap
- 282282
- Lascheflap
- 284284
- Eingriffsabschnittengaging portion
- 290290
- Spaltgap
- 292292
- zylindrischer Lagerabschnitt (Spannhülse)cylindrical bearing section (clamping sleeve)
- 294294
- gestufte Bohrung (Gehäuse)stepped bore (housing)
- 296296
- BuchseRifle
- 298298
- BuchseRifle
- 300300
- BuchseRifle
- 302302
- BuchseRifle
- 304304
- Schultershoulder
- 306306
- Zwischenlegerbetween Leger
- 308308
- Innenzentrierabschnitt (Spannhülse)Inner centering section (clamping sleeve)
- 310310
- Bohrungsabschnitt (Sicherungsblech)Bore section (locking plate)
- 312312
-  
- D1,2 D 1,2
- Durchmesserdiameter
- HH
- Hochachsevertical axis
- LL
- Länge Aussparung (Längsverzahnung)Length of recess (spline)
- XX
- Maschinenlängsachse (Strömungsmaschine)Machine longitudinal axis (turbomachine)
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