EP3524778B1 - Hebelanbindung einer leitschaufelverstellung für strömungsmaschinen und zugehöriges herstellungsverfahren - Google Patents
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- EP3524778B1 EP3524778B1 EP19156350.1A EP19156350A EP3524778B1 EP 3524778 B1 EP3524778 B1 EP 3524778B1 EP 19156350 A EP19156350 A EP 19156350A EP 3524778 B1 EP3524778 B1 EP 3524778B1
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Definitions
- the invention relates to a lever connection of a guide vane adjustment of a turbomachine for producing a connection between a guide vane and an actuator according to the preamble of claim 1, a method for producing a connection between a guide vane and an actuator and a turbomachine.
- Compressors in axial flow machines generally include a guide vane adjustment in the area of the front compressor stages or in the high-pressure compressor.
- the guide vanes of the relevant guide vane row are adjusted around their vertical axis as a function of the speed, so that an absolute stator outflow angle can be changed. This can prevent a stall when starting up the turbo machine or at low speeds. A step load is reduced.
- a stall could also be achieved by adjusting the rotor blades of the compressor stages, but this is technically much more complicated, so that the adjustment of the guide blades has prevailed.
- the adjustment of the guide vanes of a guide vane row is conventionally carried out mechanically by actuating an actuator.
- the actuator acts on the guide vanes via an adjusting ring and an adjusting lever.
- the adjusting ring is arranged outside the turbomachine and is usually positioned behind and coaxially of the row of guide vanes, viewed in the direction of flow. It is displaceable in the circumferential direction and in the axial direction of the turbomachine. If there are several compressor stages to be adjusted, the adjusting rings are simultaneously controlled via an adjusting lever of the actuator which is rotatably mounted on the compressor housing and which extends in the axial direction of the turbomachine and is connected to the adjusting rings.
- the adjusting lever In known guide vane adjustments, the adjusting lever, also referred to below for the sake of simplicity, is slipped in the radial direction of the turbomachine onto a vane shaft extending in the vertical direction of the guide vane. Then the lever is positively fixed to a contact area of the blade shaft and screwed secured in position.
- the screw connection can take place through an internal thread or through an external thread.
- This type of lever connection requires a sufficiently thick blade shaft for the design of the contact surfaces.
- the shaft diameter can hardly be larger than the smallest possible external thread.
- the adjusting lever has a claw-like connection section for connection to a blade shaft.
- the connecting section has two opposing claw elements which extend from an underside of the adjusting lever and delimit a slot extending in the longitudinal direction of the lever.
- the slot is open on both of its front sides over its entire cross section.
- An elongated hole is made in its slot base that represents an opening to the top of the adjusting lever.
- a lever connection with a slot in a connecting section of an adjusting lever is also in the patent EP 2 273 074 B1 shown.
- the slot is delimited by lateral hook elements which, in the assembled state, engage in lateral grooves in a shovel shaft.
- the slot is opened via a bore to the top of the adjusting lever for passing through a screw element.
- the object of the invention is to provide a lever connection of a guide vane adjustment of a turbomachine for producing a connection between a guide vane and an actuator which eliminates the disadvantages mentioned.
- a lever connection according to the invention of a guide vane adjustment of a turbomachine for establishing a connection between a guide vane and an actuator wherein the guide vane has a vane shaft which extends along its vertical axis and which can be brought into connection by means of a lever with an adjusting ring of the actuator, provides that the blade shaft has a contact area which is reduced in cross-section compared to a radially outer shaft area.
- the lever has a connecting section with an elongated hole and a threading opening.
- the elongated hole has opposite key surfaces for a rotationally fixed operative connection with contact surfaces of the contact area.
- the threading opening merges into the elongated hole on the circumferential side and has a wider cross-section than the elongated hole. It is enlarged in cross-section in such a way that the lever can be pushed radially onto the blade shaft with its connecting section via the threading opening.
- the combination of elongated hole with threading opening creates a keyhole-shaped recess in plan view, which enables the blade shaft diameter in the area radially outside of the shaft-lever connection point to have the same diameter as radially inside.
- the height of the contact surfaces for transmitting the torque of the adjustment forces via the lever does not affect the outer diameter of the blade shaft, as is the case with conventional connections such as wedge surfaces or cone geometries. This means that a minimum diameter of 5 mm, driven by an M5 lock nut for the blade shaft, can be achieved.
- the part of the blade shaft located radially on the outside can have exactly the same diameter as the part of the blade shaft located radially on the inside.
- a further advantage is that the lever does not lift off after it has reached its desired position on the shovel shaft can be, but quasi automatically enters into a self-locking non-rotatable locking with the shovel shaft when its target position is reached.
- the transmission of the torque from the actuator for adjusting the blades is thus carried out via the form fit.
- the lever connection according to the invention is also suitable for very small shaft diameters.
- the blade shaft diameter is therefore no longer the decisive variable in the formation of the contact area.
- a reliable connection of the lever to the blade shaft is thus possible even with a small blade shaft diameter.
- the lever connection is particularly suitable for use in compressors of turbomachines which require a large number of blades with a small available installation space, such as aircraft engines or compact industrial gas turbines. Due to the virtually non-existent geometric boundary conditions of the blade shaft, the shaft diameter can be reduced significantly.
- a form fit between the connecting section of the lever and the contact area of the blade shaft is achieved in that the key surfaces and corresponding contact surfaces are each parallel surfaces.
- the contact areas are preferably identical in size and shape.
- the key surfaces are preferably also the same size and shape.
- the key surfaces and the contact surfaces can be set at an angle to one another.
- the wrench surfaces and contact surfaces can be positioned in relation to one another in a manner similar to the legs of an isosceles triangle, quasi-roof-shaped.
- a multi-angled, trapezoidal and similar alignment and the like is also conceivable.
- the wrench surfaces and / or the contact surfaces can be set so that insertion bevels are formed in the transition area from the threading opening into the elongated hole, which form a kind of funnel tapering in the assembly direction and facilitate the transition of the blade shaft from the threading opening into the elongated hole during assembly .
- the key surfaces and the contact surfaces are not designed to be rotationally symmetrical with respect to the vertical axis, and that the form fit is free of play. In principle, a key surface and a corresponding contact surface are sufficient to achieve a rotationally fixed locking.
- the contact surfaces can be worked out simply by tapering the cross-section of the blade shaft. For example, they can be produced by milling.
- the design as cross-sectional tapering also results in shoulder surfaces in the transition area of the contact areas to a shaft area radially inwardly adjacent to the contact area, which act as a support for the connecting section in the assembled state.
- the lever can also be clamped to the blade shaft by means of a screw element.
- the screw element can, for example, be a nut which interacts with the radially outer shank area, in particular a free end, of the blade shank.
- the nut is preferably self-locking.
- an internal thread can in principle also be formed with a corresponding adaptation of the nut.
- a securing element can additionally be provided for arrangement between the connecting section and the screw element, which, for example, has an angled arm for laterally resting on the screw element and / or the connecting section. After clamping, the at least one arm can be placed on the screw element and / or the connecting section without using additional tools. In particular, several arms can also be provided, so that reliable securing is still guaranteed if one arm fails.
- the transmission of the torque from the actuator for adjusting the blades is preferably carried out exclusively via the form fit.
- the screw element serves primarily to secure the lock.
- the lever can interact with an adjusting ring pin which is set up so that the lever is mounted on the adjusting ring by means of a radial movement.
- the lever preferably has a passage or through-hole through which the respective adjusting ring pin is guided. This allows a quick and safe assembly.
- the adjusting ring pin can have, for example, an annular shoulder that acts as a slide-on or immersion limitation.
- the adjusting ring pin is preferably fastened to the lever after it has reached its desired position.
- the guide vane having a vane shaft that extends extends along its vertical axis and which is directly or indirectly connected to an adjusting ring of the actuator by means of a lever
- the lever is pushed radially onto the vane shaft from a first assembly direction and then positively locked with the vane shaft by a movement in a second assembly direction.
- the second mounting direction and the second mounting direction are different.
- the first assembly direction and the second assembly direction preferably run orthogonally to one another, for example the second assembly direction runs in the axial direction. Due to the different type of second assembly direction, locking takes place without any tension.
- the lever can now neither lift nor move radially inwards or radially outwards.
- a turbomachine according to the invention has a large number of the lever-type connections according to the invention for establishing a connection between guide vanes of an adjustable vane row and an actuator.
- the lever connections according to the invention allow guide vane adjustments in guide vanes with a very small shaft diameter and / or at a very close distance from one another.
- the guide vane adjustments of the front compressor stages or of the high-pressure compressor have such lever connections so that the turbo machine can be equipped with a very powerful or performance-optimized compressor.
- Figure 1 shows a guide vane adjustment of guide vanes of an adjustable guide vane row of a turbomachine. Due to the selected view from the outside of a housing section of the turbomachine, only one blade shaft 1 leading radially outward from the blade is shown of the rotating blades.
- the blade shaft 1 is usually also referred to as a radially outer bearing journal.
- the guide vane has a blade which is located in a flow channel of the turbomachine through which the main flow flows.
- the guide vane is mounted in an inner ring via a bearing journal radially inner to the vane blade, which surrounds a rotor shaft at a radial distance.
- the turbomachine is, for example, an aircraft engine and the row of guide vanes is arranged in the compressor of the aircraft engine.
- the guide vane has the vane shaft 1 which extends radially outward from the vane blade and which is led out of the flow channel of the turbomachine and its housing 4 and which runs along the vertical axis H of the guide vane.
- an adjusting lever or lever 6 of the lever connection 2 that is located outside the main flow path of the turbomachine, the vane shaft 1 and thus the guide vane are in operative connection with an adjusting ring 8 arranged coaxially to the guide vane row and outside the main flow path of the turbomachine.
- the adjusting ring 8 is in Figure 6 outlined.
- the connection of the lever 6 to the adjusting ring 8 takes place via adjusting ring pins 10.
- the lever 6 is braced on the blade shaft 1 by means of a screw element 12, for example a self-locking nut.
- the adjusting ring 8 is displaced along the housing 4 via an actuator (not shown). The shift then causes a corresponding pivoting of the guide vanes around their Hochachen H. The torque is transmitted from the lever 6 to the guide vane via a form fit between the lever 6 and the vane shaft 1, which will be explained below.
- the screw element 12 serves primarily to secure the Form fit.
- Each guide vane of the adjustable guide vane row is provided with such a lever connection 2, each of which is connected to the adjusting ring 8.
- the lever 6 has a connecting portion 14 for connection to one in the Figures 4 and 5
- the connecting section 18 for connecting to the adjusting ring pin 12 is referred to below for the sake of clarity.
- the connecting section 14 and the connecting section 18 form the two ends of the lever 6 and are connected to one another via a strip-like lever section 20.
- the axis of rotation of the connecting section 14 about the vertical axis H and the axis of rotation of the connecting section 18 about a longitudinal axis of the adjusting ring pin 10 are parallel and preferably run in the radial direction.
- a possible radial offset of the connection section 14 and the connection section 18 can be compensated for by the strip-like lever section 20 in that the lever section 20 is arranged at an angle on the connection section 14 and the connection section 18, as shown in FIG Figure 2 is shown. This angle can be 90 °.
- a longitudinal extension of the lever section 20 preferably deviates from the essentially perpendicular perpendicular between the two axes of rotation. This facilitates the assembly of the lever 6.
- the connecting section 14 is made thicker than the strip-like lever section 20 and has a rectangular shape extending in the longitudinal direction L of the lever 6. It has a keyhole-like recess 22 that extends it in its thickness direction (in Figure 2 perpendicular to the plane of the sheet) interspersed from its upper side to the lower side.
- the recess 22 is formed by an elongated hole 24 that extends in the longitudinal direction L of the lever and has two opposing key surfaces 26, 28.
- the key surfaces 26, 28 are designed here as plane parallel surfaces which are spaced apart from one another over a constant distance and which run in the direction of the longitudinal axis L of the lever. They are connected to one another near the strip-like lever section 20 via a concave surface 30.
- the recess 22 is formed by a threading opening 32.
- the threading opening 32 lies behind the elongated hole 24 and is open on the circumference of this. In other words, the threading opening 32 merges into the elongated hole 24 at the end of the elongated hole 24 facing away from the concave surface 30.
- the threading opening 32 is designed as a through hole with a circular cross section. Compared to the elongated hole 24, the threading opening 32 is enlarged in cross-section in the width direction B of the lever 6. It has such a cross section that the blade shaft 1 with its in the Figures 4 and 5 radially outer free end 34 shown can be passed or that the lever 6 can be pushed onto the free end 34 of the blade shaft 1.
- connection section 18 is thickened compared to the strip-like lever section 20, but not as much as the connection section 14. It has a through-hole 36 for the passage of the adjustment ring pin 10 or for the radial pushing of the lever 6 onto the adjustment ring pin 10.
- the strip-like lever section 20 is designed here with a constant thickness and width. To compensate for radial heights with respect to the shaft-lever connection point and the adjusting ring pin-lever connection point, a height compensation between the connection section 14 and the connection section 16 can be effected via the strip-like lever section 20 by means of a corresponding deformation
- the blade shaft-side contact area 16 has two opposite contact surfaces 38, 40 for engaging the lever-side connecting section 14.
- the contact surfaces 38, 40 are designed to correspond to the key surfaces 26, 28 of the elongated hole 24 and are thus planar parallel surfaces here. They are flattened peripheral sections of the blade shaft 1 and are connected to one another via unchanged convex peripheral surfaces 42 of the blade shaft 1. Due to the perspective, only a circumferential surface 42 can be seen.
- the contact surfaces 38, 40 are local cross-sectional tapers of the blade shaft 8, which are spaced from one another in such a way that, in the assembled state, there is a play-free or almost play-free form fit with the key surfaces 26, 28.
- the contact area 16 is not rotationally symmetrical to the vertical axis H, which basically enables the lever 6 to be secured against rotation by a form fit.
- shoulder surfaces 46, 48 are formed in the transition region of the contact surfaces 38, 40 to the original shaft region 44 adjoining radially on the inside.
- the shoulder surfaces 46, 48 form supports for the connecting section 14 in the clamped state and limit a radial position of the lever 6 on the blade shaft 1. They enable the clamping with the screw element 12 in the first place.
- the free end 34 of the blade shaft 1 is provided with an external thread, not shown, for interaction with the screw element 12 and is thus designed as a threaded section.
- the external thread or the free end 34 is spaced apart from the contact area 16 via an annular groove 50.
- FIG. 6 the locking and bracing of the lever 6 on the blade shaft 1 in the contact area 16 is shown in section. It can be clearly seen how the blade shaft 1 is not arranged in the threading opening 32, but rather in the elongated hole 24 and in particular penetrates this.
- the concave surface 30 of the elongated hole 24 acts as an axial stop for the blade shaft 1.
- contact is not absolutely necessary. Rather, the elongated hole 24 allows the compensation of manufacturing and assembly tolerances, see above that the blade shaft 1 can in principle also be spaced apart from the concave surface 30 in its mounted position as long as it is located in the elongated hole 24.
- the tensioning of the lever 6 by means of the screw element 12 can be seen.
- the connecting section 14 is clamped between the shoulder surfaces 46, 48 and the screw element 12 and is at a radial distance from the housing 4 of the turbomachine.
- a washer 52 can be placed on the blade shaft 1 between the connecting section 14 and the screw element 12.
- the vane shaft 1 is guided through a bearing bush 54 which is inserted into the housing 4.
- lever 6 interacts with the adjusting ring pin 10. This is guided through the through hole 36 in the connection section 18 of the lever 6 and has an annular shoulder 56 for setting its immersion depth, which at the same time forms a radial support for the lever 6.
- connection on the blade shaft side is located radially inward to the connection on the adjustment ring side.
- the shaft-lever connection point is also arranged here behind the adjustment ring pin-lever connection point, viewed in the direction of flow. However, viewed in the direction of flow, the shaft-lever connection point can also be arranged in front of the adjusting ring pin-lever connection point.
- the axial position of the connection points with respect to one another determines, among other things, a free assembly space outside the housing 4.
- the lever 6 is thus moved radially after the adjustment ring pin 10 has been installed until its connecting section 14 is in contact with the contact area 16 of the blade shaft 1. The movement in the second assembly direction does not take place until all levers 6 have been placed on the respective blade shaft 1 and threaded into the adjusting ring 8
- an adjusting ring pin 10 is attached to the respective lever 6.
- the adjusting ring pin 10 is guided through the through hole 36 of the connecting section 18 up to the ring shoulder 56 and then connected to it.
- the form fit is secured ( Figure 9 ).
- the lever 6 is braced against the shoulder surfaces 46, 48 of the blade shaft 1 by means of the screw element 12.
- the screw element 12 is screwed onto the external thread of the free end 34. Due to the radial support on the shoulder surfaces 46, 48 of the blade shaft 1, the connecting section 14 cannot deflect radially inward. As a result, the connecting portion 14 is pressed against the shoulder surfaces 46, 48.
- the screw element 12 is secured against loosening rotational movements by self-locking.
- the washer 52 can be designed as a locking washer with, for example, lateral arms which are placed laterally against the screw element 12 and / or inserted into the threading opening 32.
- the invention also includes embodiments in which the adjusting ring pins 10 are not preassembled with the levers 6.
- the adjusting ring pins 10 can be mounted beforehand on the adjusting ring 8 and then the levers 6 can be pushed onto the respective adjusting ring pin 10 mounted on the adjusting ring 8.
- a lever connection of a guide vane adjustment for connecting a guide vane of a turbomachine with an adjusting ring of an actuator which is set up in such a way that an adjusting lever of the lever connection is pushed radially onto a blade shaft of the guide vane from a first assembly direction with respect to a machine longitudinal axis of the turbomachine and by means of a movement is locked positively and in particular non-rotatably with the blade shaft in a second assembly direction, an assembly method and a turbomachine.
Landscapes
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Hebelanbindung einer Leitschaufelverstellung einer Strömungsmaschine zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Stellantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Stellantrieb und eine Strömungsmaschine.
- Verdichter in axialen Strömungsmaschinen, beispielsweise Flugtriebwerke, 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 komplizierter, so dass sich die Verstellung der Leitschaufeln durchgesetzt hat.
- Die Verstellung der Leitschaufeln einer Leitschaufelreihe erfolgt herkömmlicherweise mechanisch durch Betätigung eines Stellantriebs. Der Stellantrieb wirkt über einen Verstellring und jeweils einen Verstellhebel auf die Leitschaufeln. Der Verstellring ist außerhalb der Strömungsmaschine angeordnet und gewöhnlich in Strömungsrichtung betrachtet hinter und koaxial der Leitschaufelreihe positioniert. Er ist in Umfangsrichtung 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 mit den Verstellringen verbunden ist.
- Bei bekannten Leitschaufelverstellungen wird der Verstellhebel, im Folgenden der Einfachheit halber auch nur Hebel genannt, in Radialrichtung der Strömungsmaschine auf einen sich in Hochrichtung der Leitschaufel erstreckenden Schaufelschaft gesteckt. Danach wird der Hebel an einem Kontaktbereich des Schaufelschafts formschlüssig fixiert und durch eine Verschraubung lagegesichert. 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. Allerdings kann der Schaftdurchmesser aufgrund der geometrischen Randbedingungen wie kleiner Strömungskanaldurchmesser und hohe Schaufelzahl kaum größer als das kleinstmögliche Außengewinde werden. Wenn nun aufgrund der geometrischen Randbedingungen die Schaftdurchmesser deutlich verkleinert werden müssen, ist bei Schaftdurchmessern, die kaum größer als die zulässige Gewindegröße sind, die vorbeschriebene bekannte Hebelanbindung nicht mehr darstellbar. Es liegt also für Verdichter von Triebwerken eine Herausforderung in der deutlichen Verkleinerung der Geometrie, d. h. einer Miniaturisierung auch der Verstellschaufeln, sowie deren Verbindung mit einem Verstellhebel. Konventionelle Verbindungssysteme über Dachschrägen, Konusgeometrien und dergleichen erfordern im Außenbereich des Schaufelschaftes eine Reduzierung dessen Durchmessers, was den Einsatz von Schrauben oder Muttern mit einem Minimalgewindedurchmesser von M5 nicht mehr erlaubt.
- Druckschriftlicher Stand der Technik ist in dem Patent
EP 1 561 906 B1 gezeigt. Bei der hier gezeigten Hebelanbindung hat der Verrstellhebel einen klauenartigen Verbindungabschnitt zur Anbindung an einem Schaufelschaft. Der Verbindungsabschnitt hat zwei sich gegenüberliegende Klauenelemente, die sich von einer Unterseite des Verstellhebels erstrecken und einen in Hebellängsrichtung erstreckenden Schlitz begrenzen. Der Schlitz ist an seinen beiden Stirnseiten über seinen gesamten Querschnitt geöffnet. In seinen Schlitzgrund ist ein Langloch eingebracht, dass eine Öffnung zur Oberseite des Verstellhebels darstellt. Zur Montage wird der Hebel mit seinem Schlitz über den Schaufelschaft geschoben, bis sich deren gegenüberliegenden Klauenflächen in drehfestem Formschluss mit korrespondierenden Schaftflächen befinden. Anschließend wird der Hebel mittels eines in eine Innengewindebohrung eines freien Endes des Schaufelschaftes eingedrehten Schraubelements an dem Schaufelschaft radial gesichert, das durch das Langloch geführt ist. Das DokumentUS 2008/107520 A1 offenbart die Anbindung einer verstellbaren Leitschaufel an einen Verstellring, wobei der Schaufelschaft einen verjüngten Bereich mit parallelen Kontaktflächen aufweist und der Hebel an seinem Ende eine axiale Aussparung hat, in welcher der verjüngte Bereich des Schaufelschafts formschlüssig aufgenommen wird. - Eine Hebelanbindung mit einem Schlitz in einem Verbindungabschnitts eines Verstellhebels ist zudem in dem Patent
EP 2 273 074 B1 gezeigt. Bei dieser Lösung wird der Schlitz von seitlichen Hakenelementen begrenzt, die im montierten Zustand in seitliche Nuten eines Schaufelschaftes eingreifen. Der Schlitz ist über eine Bohrung zur Oberseite des Verstellhebels zum Durchführen eines Schraubelements geöffnet. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hebelanbindung einer Leitschaufelverstellung einer Strömungsmaschine zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Stellantrieb bereitzustellen, die die genannten Nachteile beseitigt. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Stellantrieb zu schaffen und eine Strömungsmaschine bereitzustellen, die bei kleinem Bauraum eine hohe verstellbare Leitschaufelzahl ermöglicht.
- Die Aufgabe wird gelöst durch eine Hebelanbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
- Eine erfindungsgemäße Hebelanbindung einer Leitschaufelverstellung einer Strömungsmaschine zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Stellantrieb, wobei die Leitschaufel einen Schaufelschaft hat, der sich entlang ihrer Hochachse erstreckt und der mittels eines Hebels mit einem Verstellring des Stellantriebs in Verbindung bringbar ist, sieht vor, dass der Schaufelschaft einen Kontaktbereich hat, der gegenüber einem radial äußeren Schaftbereich querschnittsreduziert ist. Der Hebel hat einen Verbindungsabschnitt mit einem Langloch und einer Einfädelöffnung. Das Langloch hat gegenüberliegende Schlüsselflächen zur drehfesten Wirkverbindung mit Kontaktflächen des Kontaktbereichs. Die Einfädelöffnung geht umfangsseitig in das Langloch über und ist im Vergleich zum Langloch querschnittserweitert. Dabei ist sie derart querschnittserweitert, dass der Hebel über die Einfädelöffnung mit seinem Verbindungsabschnitt auf den Schaufelschaft radial aufschiebbar ist.
- Durch die Kombination Langloch mit Einfädelöffnung wird in Draufsicht eine schlüssellochförmige Ausnehmung geschaffen, die es ermöglicht, dass der Schaufelschaftdurchmesser im Bereich radial außerhalb der Schaft-Hebel-Verbindungsstelle den gleichen Durchmesser aufweisen kann wie radial innerhalb. Die Höhe der Kontaktflächen zur Übertragung des Drehmomentes der Verstellkräfte über den Hebel beeinflusst nicht den Außendurchmesser des Schaufelschaftes, wie dies bei konventionellen Verbindungen wie Keilflächen oder Konusgeometrien der Fall ist. Somit kann ein Minimaldurchmesser von 5 mm, getrieben von einer M5er Sicherungsmutter für den Schaufelschaft, realisiert werden. Der radial außen befindliche Teil des Schaufelschafts kann dabei den exakt gleichen Durchmesser wie der radial innen liegende Teil des Schaufelschafts aufweisen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Hebel nach dem Erreichen seiner Soll-Position an dem Schaufelschaft nicht abgehoben werden kann, sondern quasi automatisch beim Erreichen seiner Soll-Position eine selbstgesicherte drehfeste Verriegelung mit dem Schaufelschaft eingeht. Die Übertragung des Drehmoments vom Stellantrieb zum Verstellen der Schaufeln erfolgt somit über den Formschluss.
- Mit anderen Worten, durch die Einfädelöffnung muss der Durchmesser des Kontaktbereichs nicht größer als der Außendurchmesser des radial äußeren Schaftbereichs sein, wodurch die erfindungsgemäße Hebelanbindung auch für sehr kleine Schaftdurchmessern geeignet ist. Der Schaufelschaftdurchmesser ist also nicht mehr die maßgebende Größe bei der Ausbildung des Kontaktbereichs. Somit ist selbst bei kleinem Schaufelschaftdurchmesser eine verlässliche Anbindung des Hebels an dem Schaufelschaft möglich. Hierdurch ist die Hebelanbindung insbesondere zur Verwendung in Verdichtern von Strömungsmaschinen geeignet, die bei einem kleinen verfügbaren Bauraum eine hohe Schaufelzahl erfordern, wie Flugtriebwerke oder kompakte Industriegasturbinen. Aufgrund der quasi nicht vorhandenen geometrischen Randbedingungen des Schaufelschaftes kann der Schaftdurchmesser deutlich verkleinert werden.
- Ein Formschluss zwischen dem Verbindungsabschnitt des Hebels und dem Kontaktbereich des Schaufelschaftes wird bei einer Ausführungsform dadurch erreicht, dass die Schlüsselflächen und korrespondierenden Kontaktflächen jeweils Parallelflächen sind. Bevorzugterweise sind die Kontaktflächen in ihrer Größe und Form gleich. Die Schlüsselflächen sind aus montagetechnischen Gründen bevorzugterweise ebenfalls gleich in ihrer Größe und Form. Alternativ können die Schlüsselflächen und die Kontaktflächen in einem Winkel zueinander angestellt sein. Beispielsweise können die Schlüsselflächen und Kontaktflächen in Längsrichtung des Schaufelschaftes betrachtet ähnlich den Schenkeln eines gleichschenkligen Dreiecks, quasi dachförmig, zueinander angestellt sein. Alternativ zu einer dachförmigen Winkelstellung zueinander ist auch eine mehrwinkelige, trapezförmige und ähnliche Ausrichtung und dergleichen vorstellbar. Beispielsweise können die Schlüsselflächen und/oder die Kontaktflächen so angestellt sein, dass im Übergangsbereich von der Einfädelöffnung in das Langloch Einführschrägen ausgebildet sind, die einen Art sich in Montagrichtung verjüngenden Trichter bilden und den Übergang des Schaufelschaftes aus der Einfädelöffnung in das Langloch bei der Montage erleichtern. Wesentlich ist, dass die Schlüsselflächen und die Kontaktflächen nicht rotationssymmetrisch zur Hochachse ausgebildet sind, und dass der Formschluss spielfrei ist. Grundsätzlich genügen so bereits eine Schlüsselfläche und eine korrespondierende Kontaktfläche, um eine drehfeste Verriegelung zu erreichen.
- Die Kontaktflächen lassen sich fertigungstechnisch einfach durch Querschnittsverjüngungen des Schaufelschaftes ausarbeiten. Beispielsweise können Sie durch Ausfräsen hergestellt werden. Durch die Ausbildung als Querschnittsverjüngungen entstehen zudem im Übergangsbereich der Kontaktflächen zu einem an den Kontaktbereich radial innen angrenzenden Schaftbereich Schulterflächen, die als Auflage für den Verbindungsabschnitt im montierten Zustand wirken.
- Mittels eines Schraubelements kann der Hebel mit dem Schaufelschaft zusätzlich verspannt werden. Das Schraubelement kann beispielsweise eine Mutter sein, die mit dem radial äußeren Schaftbereich, insbesondere einem freien Ende, des Schaufelschaftes zusammenwirkt. Die Mutter ist bevorzugterweise selbstsichernd. Anstatt eines Außengewindes kann grundsätzlich auch ein Innengewinde bei entsprechender Anpassung der Mutter ausgebildet sein. Zur Sicherung der Verspannung kann zusätzlich ein Sicherungselement zur Anordnung zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Schraubelement vorgesehen ist, das beispielsweise einen abwinkelbaren Arm zur seitlichen Anlage an dem Schraubelement und/oder dem Verbindungsabschnitt hat. Der zumindest eine Arm lässt sich nach dem Verspannen ohne Verwendung zusätzlichen Werkzeugs an dem Schraubelement und/oder dem Verbindungsabschnitt anlegen. Insbesondere können auch mehrere Arme vorgesehen sein, so dass beim Ausfall eines Armes immer noch eine verlässliche Sicherung gewährleistet ist. Die Übertragung des Drehmoments vom Stellantrieb zum Verstellen der Schaufeln erfolgt bevorzugterweise ausschließlich über den Formschluss. Das Schraubelement dient vorrangig zur Sicherung der Verriegelung.
- Zur Anbindung des Hebels an dem Verstellring kann der Hebel mit einem Verstellringstift zusammenwirken, der der dazu eingerichtet ist, dass der Hebel mittels einer radialen Bewegung an dem Verstellring montiert wird. Bevorzugterweise hat der Hebel eine Durchführung bzw. Durchgangsbohrung, durch die der jeweilige Verstellringstift geführt wird. Dies erlaubt eine schnelle und sichere Montage. Zur Vorgabe einer Soll-Position des Verstellrings in der hebelseitigen Durchgangsbohrung kann der Verstellringstift beispielsweise eine Ringschulter haben, die als eine Aufschiebe- bzw. Eintauchbegrenzung wirkt. Bevorzugterweise wird der Verstellringstift nach dem Erreichen seiner Soll-Position an dem Hebel befestigt.
- Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Stellantrieb, wobei die Leitschaufel einen Schaufelschaft hat, der sich entlang ihrer Hochachse erstreckt und der mittels eines Hebels mittel- oder unmittelbar mit einem Verstellring des Stellantriebs in Verbindung gebracht wird, wird der Hebel aus einer ersten Montagerichtung radial auf den Schaufelschaft aufgeschoben und anschließend durch eine Bewegung in eine zweite Montagerichtung mit dem Schaufelschaft formschlüssig verriegelt. Die zweite Montagerichtung und die zweite Montagerichtung sind unterschiedlich. Die erste Montagerichtung und die zweite Montagerichtung verlaufen bevorzugterweise orthogonal zueinander, beispielsweise verläuft die zweite Montagerichtung in axialer Richtung. Durch die andersartige zweite Montagerichtung erfolgt bereits ohne eine Verspannung eine Verriegelung. Der Hebel kann nun weder abgehoben, sich weder radial nach innen noch radial nach außen bewegen.
- Ein bevorzugtes Verfahren umfasst die Schritte,
- radiales Aufschieben des Hebels auf den Schaufelschaft über eine hebelseitige Einfädelöffnung und radiales Verbinden des Hebels mit dem Verstellring,
- axiales Verschieben des Verstellrings mit dem Hebel entlang eines hebelseitigen Langlochs bis sich gegenüberliegende Schlüsselflächen des Langloches in Anlage mit korrespondierenden Kontaktflächen des Schaufelschaftes befinden,
- Verspannen des Hebels mit dem Schaufelschaft durch Zusammenwirken eines Schraubelements mit einem radial äußeren Schaftbereich, wobei der Hebel zwischen schaftseitigen Schulterflächen und dem Schraubelement radial eingespannt wird.
- Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine hat eine Vielzahl von den erfindungsgemäßen Hebelanobindungen zum Herstellen einer Verbindung zwischen Leitschaufeln einer Verstellschaufelreihe und einem Stellantrieb. Durch die erfindungsgemäßen Hebelanbindungen sind Leitschaufelverstellungen bei Leitschaufeln mit sehr kleinem Schaftdurchmesser und/oder in einem sehr engen Abstand zueinander möglich. Beispielsweise weisen die Leitschaufelverstellungen der vorderen Verdichterstufen oder des Hochdruckverdichters derartige Hebelanbindungen auf, so dass die Strömungsmaschine mit einem sehr leistungsstarken bzw. leistungsoptimierten Verdichter ausgestattet werden kann.
- Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
- Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von stark vereinfachten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten auch anders kombiniert werden können als dargestellt. Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente sind figurenübergreifend verwendet und werden gegebenenfalls nicht für jede Figur neu beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1:
- eine perspektivische Draufsicht auf einen Abschnitt einer Leitschaufelverstellung mit erfindungsgemäßer Hebelanbindung,
- Figur 2:
- eine Draufsicht auf einen Hebel der Hebelanbindung,
- Figur 3:
- eine Seitenansicht des Hebels aus
Figur 2 , - Figur 4:
- eine perspektivische Draufsicht auf einen Abschnitt eines Schaufelschaftes der Hebelanbindung,
- Figur 5:
- einen Längsschnitt durch die Leitschaufelverstellung aus
Figur 1 , - Figur 6:
- einen Längsschnitt durch die Leitschaufelverstellung aus
Figur 1 und - Figur 7 bis 9:
- Montageschritte zur Montage der Hebelanbindung.
- Generell beziehen sich hier Angaben wie "radial", "radial außen", "radial innen", "koaxial" und "Umfangsrichtung" auf eine Maschinenlängsachse X der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine, die die Drehachse eines Rotors der Strömungsmaschine darstellt.
-
Figur 1 zeigt eine Leitschaufelverstellung von Leitschaufeln einer verstellbaren Leitschaufelreihe einer Strömungsmaschine. Aufgrund der gewählten Sichtweise von außen auf einen Gehäuseabschnitt der Strömungsmaschine ist von den Laufschaufeln lediglich ein vom Schaufelblatt radial nach außen führender Schaufelschaft 1 gezeigt. Der Schaufelschaft 1 wird gewöhnlich auch als radial äußerer Lagerzapfen bezeichnet. Grundsätzlich hat die Leitschaufel ein Schaufelblatt, das sich in einem vom Hauptstrom durchströmten Strömungskanal der Strömungsmaschine befindet. Über einen zum Schaufelblatt radial inneren Lagerzapfen ist die Leitschaufel in einem Innenring gelagert, der eine Rotorwelle radial beabstandet umgreift. Die Strömungsmaschine ist beispielsweise ein Flugtriebwerk und die Leitschaufelreihe ist im Verdichter des Flugtriebwerks angeordnet. - Zum Ausbilden einer erfindungsgemäßen Hebelabindung 2 der Leitschaufelverstellung hat die Leitschaufel den sich vom Schaufelblatt radial nach außen erstreckenden Schaufelschaft 1, der aus dem Strömungskanal der Strömungsmaschine und aus deren Gehäuse 4 herausgeführt ist und der entlang der Hochachse H der Leitschaufel verläuft. Mittels eines sich außerhalb des Hauptströmungspfads der Strömungsmaschine befindenden Verstellhebels bzw. Hebels 6 der Hebelanbindung 2 steht der Schaufelschaft 1 und somit die Leitschaufel in Wirkverbindung mit einem zur Leitschaufelreihe koaxial und außerhalb des Hauptströmungspfads der Strömungsmaschine angeordneten Verstellring 8. Der Verstellring 8 ist in
Figur 6 skizziert. Die Verbindung des Hebels 6 mit dem Verstellring 8 erfolgt über Verstellringstifte 10. Die Verspannung des Hebels 6 an dem Schaufelschaft 1 erfolgt mittels eines Schraubelements 12, beispielsweise einer selbstsichernden Mutter. - Zur Verstellung der Leitschaufeln 1 um ihre Hochachsen H wird der Verstellring 8 über einen nicht gezeigten Stellantrieb entlang des Gehäuses 4 verschoben. Die Verschiebung bewirkt dann eine entsprechende Verschwenkung der Leitschaufeln um ihre Hochachen H. Die Übertragung des Drehmoments von dem Hebel 6 auf die Leitschaufel erfolgt über einen im Folgenden noch erläuterten Formschluss zwischen dem Hebel 6 und dem Schaufelschaft 1. Das Schraubelement 12 dient vorrangig zur Sicherung des Formschlusses. Jede Leitschaufel der verstellbaren Leitschaufelreihe ist mit einer derartigen Hebelanbindung 2 versehen, die jeweils mit dem Verstellring 8 verbunden sind.
- Wie in den
Figuren 2 und 3 skizziert, hat der Hebel 6 einen Verbindungsabschnitt 14 zur Verbindung mit einem in denFiguren 4 und 5 gezeigten Kontaktbereich 16 des Schaufelschaftes 1 und einen Verbindungsabschnitt 18 zur Verbindung mit dem Verstellringstift 12. Der Verbindungsabschnitt 18 zur Verbindung mit dem Verstellringstift 12 wird der Übersicht halber im Folgenden Anbindungsabschnitt genannt. Der Verbindungsabschnitt 14 und der Anbindungsabschnitt 18 bilden die beiden Enden des Hebels 6 und sind über einen streifenartigen Hebelabschnitt 20 miteinander verbunden. Die Rotationsachse des Verbindungsabschnitts 14 um die Hochachse H und die Rotationsachse des Anbindungsabschnitts 18 um eine Längsachse des Verstellringstifts 10 sind dabei parallel und verlaufen vorzugsweise in radialer Richtung. Einen möglichen radialen Versatz des Verbindungsabschnitts 14 und des Anbindungsabschnitts 18 kann durch den streifenartigen Hebelabschnitt 20 ausgeglichen werden, indem der Hebelabschnitt 20 jeweils an dem Verbindungsabschnitt 14 und dem Anbindungsabschnitt 18 angewinkelt angeordnet ist, wie dies inFigur 2 dargestellt ist. Dieser Winkel kann 90° betragen. Vorzugsweise weicht eine Längserstreckung des Hebelabschnitts 20 aber von dem im wesentlichen senkrechten Lot zwischen den beiden Rotationsachsen ab. Dies erleichtert die Montage des Hebels 6. - Der Verbindungsabschnitt 14 ist gegenüber dem streifenartigen Hebelabschnitt 20 verdickt ausgebildet und hat eine sich in Längsrichtung L des Hebels 6 erstreckende reckteckige Gestalt. Er weist eine schlüssellochartige Ausnehmung 22 auf, die ihn in seiner Dickenrichtung (in
Figur 2 senkrecht zur Blattebene) von seiner Oberseite zur Unterseite durchsetzt. - Die Ausnehmung 22 wird von einem Langloch 24 gebildet, dass sich in Hebellängsrichtung L erstreckt und zwei gegenüberliegende Schlüsselflächen 26, 28 aufweist. Die Schlüsselflächen 26, 28 sind hier als plane Parallelflächen ausgebildet, die über einen konstanten Abstand voneinander beabstandet sind und in Richtung der Hebellängsachse L verlaufen. Über eine Konkavfläche 30 sind sie nahe des streifenartigen Hebelabschnitts 20 miteinander verbunden.
- Zudem wird die Ausnehmung 22 von einer Einfädelöffnung 32 gebildet. Die Einfädelöffnung 32 liegt aus Sicht des streifenartigen Hebelabschnitts 20 hinter dem Langloch 24 und ist zu diesem umfangsseitig geöffnet. Mit anderen Worten, die Einfädelöffnung 32 geht an dem von der Konkavfläche 30 abgewandten Ende des Langlochs 24 in dieses über. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Einfädelöffnung 32 als eine Durchgangsbohrung mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet. Gegenüber dem Langloch 24 ist die Einfädelöffnung 32 in Breitenrichtung B des Hebels 6 querschnittserweitert. Dabei hat sie einen derartigen Querschnitt, dass der Schaufelschaft 1 mit seinem in den
Figuren 4 und 5 gezeigten radial äußerem freien Ende 34 hindurchgeführt werden kann bzw. das der Hebel 6 auf das freie Ende 34 des Schaufelschafts 1 aufgeschoben werden kann. - Der Anbindungsabschnitt 18 ist gegenüber dem streifenartigen Hebelabschnitt 20 verdickt, allerdings nicht so stark wie der Verbindungsabschnitt 14. Er hat eine Durchgangsbohrung 36 zum Durchführen des Verstellringstiftes 10 bzw. zum radialen Aufschieben des Hebels 6 auf den Verstellringstift 10.
- Der streifenartige Hebelabschnitt 20 ist hier mit einer konstanten Dicke und Breite ausgeführt. Zum Ausgleich von radialen Höhen bzgl. der Schaft-Hebel-Verbindungsstelle und der Verstellringstift-Hebel-Verbindungsstelle kann über den streifenartigen Hebelabschnitt 20 durch eine entsprechende Verformung ein Höhenausgleich zwischen dem Verbindungsabschnitt 14 und dem Anbindungsabschnitt 16 erfolgen
- Gemäß den
Figuren 4 und 5 hat der schaufelschaftseitige Kontaktbereich 16 zum Angriff des hebelseitigen Verbindungsabschnitts 14 zwei voneinander abgewandte Kontaktflächen 38, 40. Die Kontaktflächen 38, 40sind korrespondierend zu den Schlüsselflächen 26, 28 des Langlochs 24 ausgebildet und somit hier plane Parallelflächen. Sie sind abgeflachte Umfangsabschnitte des Schaufelschafts 1 und über unveränderte konvexe Umfangsflächen 42 des Schaufelschaftes 1 miteinander verbunden sind. Aufgrund der Perspektive ist lediglich eine Umfangsfläche 42 zu erkennen. Insbesondere sind die Kontaktflächen 38, 40 lokale Querschnittsverjüngungen des Schaufelschaftes 8, die derart voneinander beabstandet sind, dass im montierten Zustand ein spielfreier bzw. nahezu spielfreier Formschluss mit den Schlüsselflächen 26, 28 erfolgt. Hierdurch ist der Kontaktbereich 16 im Unterschied zum radial äußeren freien Ende 34 bzw. radial äußeren Schaftbereichs des Schaufelschaftes 1 und zu einem radial inneren angrenzenden Schaftbereich 44 nicht rotationssymmetrisch zur Hochachse H, was grundsätzlich eine verdrehgesicherte Befestigung des Hebels 6 durch Formschluss ermöglicht. - Im Übergangsbereich der Kontaktflächen 38, 40 zum radial innen angrenzenden ursprünglichen Schaftbereich 44 sind Schulterflächen 46, 48 gebildet. Die Schulterflächen 46, 48 bilden Auflagen für den Verbindungsabschnitt 14 im verspannten Zustand und begrenzen eine radiale Position des Hebels 6 an dem Schaufelschaft 1. Sie ermöglichen überhaupt erst die Verspannung mit dem Schraubelement 12.
- Das freie Ende 34 des Schaufelschaftes 1 ist zum Zusammenwirken mit dem Schraubelement 12 mit einem nicht dargestellten Außengewinde versehen und somit als ein Gewindeabschnitt ausgeführt. Wie in
Figur 7 skizziert, ist das Außengewinde bzw. das freie Ende 34 über eine Ringnut 50 vom Kontaktbereich 16 beabstandet ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, anstelle eines Außengewindes ein Innengewinde in dem freien Ende 34 zum Zusammenwirken mit einem entsprechenden Schraubelement 12 vorzusehen. - In
Figur 6 ist die Verriegelung und Verspannung des Hebels 6 an dem Schaufelschaft 1 im Kontaktbereich 16 im Schnitt gezeigt. Es ist deutlich zu erkennen, wie der Schaufelschaft 1 nicht in der Einfädelöffnung 32, sondern in dem Langloch 24 angeordnet ist und dieses insbesondere durchsetzt. In dem hier zeigten Ausführungsbeispiel wirkt die Konkavfläche 30 des Langlochs 24 als axialer Anschlag für den Schaufelschaft 1. Eine Anlage ist aber nicht zwingend notwendig, Vielmehr erlaubt das Langloch 24 den Ausgleich von Fertigungs- und Montagetoleranzen, so dass der Schaufelschaft 1 auch grundsätzlich in seiner montierten Stellung von der Konkavfläche 30 beabstandet sein kann, solange er sich in dem Langloch 24 befindet. - Zudem ist die Verspannung des Hebels 6 mittels des Schraubelements 12 zu erkennen. Der Verbindungsabschnitt 14 ist zwischen den Schulterflächen 46, 48 und dem Schraubelement 12 eingespannt und dabei vom Gehäuse 4 der Strömungsmaschine radial beabstandet. Zusätzlich kann, wie gezeigt, zwischen dem Verbindungsabschnitt 14 und dem Schraubelement 12 eine Unterlegscheibe 52 auf den Schaufelschaft 1 aufgesetzt sein. Um eine leichtgängige Verstellung der Leitschaufel um ihre Hochachse H zu ermöglichen, ist der Schaufelschaftes 1 durch eine Lagerbuchse 54 geführt, die in das Gehäuse 4 eingesetzt ist.
- Des Weiteren ist in
Figur 6 zu erkennen. wie der Hebel 6 mit dem Verstellringstift 10 zusammenwirkt. Dieser ist durch die Durchgangsbohrung 36 im Anbindungsabschnitt 18 des Hebels 6 geführt und hat zur Einstellung seiner Eintauchtiefe eine Ringschulter 56, die gleichzeitig eine radiale Auflage für den Hebel 6 bildet. - Ferner ist deutlich der radiale Höhenunterschied zwischen der Schaft-Hebel-Verbindungsstelle und der Verstellringstift-Hebel-Verbindungsstelle zu erkennen. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich die schaufelschaftseitige Anbindung radial innen zur verstellringseitigen Anbindung.
- Die Schaft-Hebel-Verbindungsstelle ist hier zudem in Strömungsrichtung betrachtet hinter der Verstellringstift-Hebel-Verbindungsstelle angeordnet. Allerdings kann die Schaft-Hebel-Verbindungsstelle in Strömungsrichtung betrachtet auch vor der Verstellringstift-Hebel-Verbindungsstelle angeordnet sein. Die axiale Position der Verbindungsstellen zueinander bestimmt unter anderem ein freier Montageraum außerhalb des Gehäuses 4.
- Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage der erfindungsgemäßen Hebelanbindung 2 an einem Schaufelschaft 1 einer Leitschaufel einer Leitschaufelreihe ist wesentlich, dass der Hebel 6 der Hebelanbindung 2 in einer ersten Montagerichtung radial bzw. im Wesentlichen radial auf den Kontaktbereich 16 des Schaufelschafts 1 aufgeschoben (
Figur 7 ) und mittels einer Bewegung in eine axiale bzw. im Wesentlichen axiale zweiten Montagerichtung mit dem Schaufelschaft 1 formschlüssig verriegelt wird (Figur 8 ). Vor dem radialen Aufschieben des Hebels 6 an dem schaftseitigen Kontaktbereich 16 wird der Hebel 6 an dem Verstellring 8 aus einer Montagerichtung montiert, die gleich der ersten Montagerichtung ist. Der Hebel 6 wird somit nach der Montage des Verstellringstifts 10 radial bewegt, bis er sich mit seinem Verbindungsabschnitt 14 in Anlage mit dem Kontaktbereich 16 des Schaufelschaftes 1 befindet. Die Bewegung in die zweite Montagerichtung erfolgt aber erst, wenn sämtliche Hebel 6 auf den jeweiligen Schaufelschaft 1 aufgesetzt und in den Verstellring 8 eingefädelt sind - Im Folgenden erfolgt anhand der
Figuren 7 bis 9 eine ausführliche Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wie vorerwähnt, beziehen sich Angaben wie "radial" auf die Maschinenlängsachse X der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine, die die Drehachse eines Rotors der Strömungsmaschine darstellt. - Zu Beginn der Montage (
Figur 7 ) wird ein Verstellringstift 10 an dem jeweiligen Hebel 6 befestigt. Hierzu wird der Verstellringstift 10 bis zur Ringschulter 56 durch die Durchgangsbohrung 36 des Anbindungsabschnitts 18 geführt und dann mit diesem verbunden. - Anschließend (
Figuren 7 und 8 ) wird der Hebel 6 mittels seiner Einfädelöffnung 32 der schlüssellochartigen Ausnehmung 22 radial auf den Schaufelschaft 1, d.h. in Pfeilrichtung entlang der Hochachse H, über dessen freies Ende 34 aufgeschoben. Der Hebel 6 umgreift nun mit seiner Einfädelöffnung 32 den schaftseitigen Kontaktbereich 16 (Figur 8 ). Der Verstellringstift 10 wird entsprechend radial in eine Öffnung 58 des Verstellrings 8 eingeführt (sieheFigur 6 ). - Dann erfolgt die Herstellung des Formschlusses zwischen dem Hebel 6 und dem Schaufelschaft 1 (
Figuren 8 und 9 ). Hierzu wird der nicht skizierte Verstellring 8 mit dem Hebel 6 axial in Richtung des Schaufelschaftes 1, d.h. entlang der Maschinenlängsachse X in Pfeilrichtung. verschoben, derart, dass der Kontaktbereich 16 aus der Einfädelöffnung 32 in das Langloch 24 der schlüssellochartigen Ausnehmung 22 übergeht. Die Schlüsselflächen 26, 28 des Langlochs 24 befinden sich nun in Anlage mit den Kontaktflächen 38, 40 des Kontaktbereichs 16. Somit ist der drehfeste Formschluss zwischen dem Hebel 6 und dem Schaufelschaft 1 hergestellt. Gleichzeitig ist aufgrund der vergrößerten Durchmesser des freien Endes 34 des Schaufelschaftes 1 und des radial innen an den Kontaktbereich angrenzenden Schaufelbereichs 44 der Hebel 6 in radialer Richtung an dem Schaufelschaft 1 verriegelt. - Nach erfolgter axialer Verschiebung wird der Formschluss gesichert (
Figur 9 ). Hierzu wird der Hebel 6 mittels des Schraubelements 12 gegen die Schulterflächen 46, 48 des Schaufelschaftes 1 verspannt. Das Schraubelement 12 wird auf das Außengewinde des freien Endes 34 aufgeschraubt. Durch die radiale Auflage auf den Schulterflächen 46, 48 des Schaufelschaftes 1 kann der Verbindungsabschnitt 14 nicht radial nach innen ausweichen. Als Folge wird der Verbindungsabschnitt 14 gegen die Schulterflächen 46, 48 gepresst. Die Sicherung des Schraubelements 12 gegen lösende Drehbewegungen erfolgt durch Selbstsicherung. Zusätzlich kann die Unterlegscheibe 52 als eine Sicherungsscheibe mit beispielsweise seitlichen Armen ausgebildet sein, die seitlich an das Schraubelement 12 angelegt und/oder in die Einfädelöffnung 32 eingeführt werden. - Es wird erwähnt, dass von der Erfindung auch Ausführungsbeispiele umfasst sind, bei denen die Verstellringstifte 10 nicht mit den Hebeln 6 vormontiert werden. Beispielsweise können die Verstellringstifte 10 zuvor an dem Verstellring 8 montiert werden und dann die Hebel 6 auf den jeweiligen am Verstellring 8 montierten Verstellringstift 10 aufgeschoben werden.
- Offenbart ist eine Hebelanbindung einer Leitschaufelverstellung zur Verbindung einer Leitschaufel einer Strömungsmaschine mit einem Verstellring eines Stellantriebs, die derart eingerichtet ist, dass ein Verstellhebel der Hebelanbindung aus einer ersten Montagerichtung bezogen auf eine Maschinenlängsachse der Strömungsmaschine radial auf einen Schaufelschaft der Leitschaufel aufgeschoben wird und mittels einer Bewegung in eine zweite Montagerichtung mit dem Schaufelschaft formschlüssig und insbesondere drehfest verriegelt wird, ein Montageverfahren sowie eine Strömungsmaschine.
-
- 1
- Schaufelschaft
- 2
- Hebelanbindung
- 4
- Gehäuse
- 6
- Verstellhebel / Hebel
- 8
- Verstellring
- 10
- Verstellringstift
- 12
- Schraubelement
- 14
- Verbindungsabschnitt
- 16
- Kontaktbereich
- 18
- weiterer Verbindungsabschnitt / Anbindungsabschnitt
- 20
- streifenartiger Hebelabschnitt
- 22
- Ausnehmung
- 24
- Langloch
- 26
- Schlüsselfläche
- 28
- Schlüsselfläche
- 30
- Konkavfläche
- 32
- Einfädelöffnung
- 34
- freies Ende des Schaufelschaftes / radial äußerer Schaftbereich
- 36
- Durchgangsbohrung
- 38
- Kontaktfläche
- 40
- Kontaktfläche
- 42
- Umfangsfläche
- 44
- angrenzender Schaftbereich radial innen
- 46
- Schulterfläche
- 48
- Schulterfläche
- 50
- Ringnut
- 52
- Unterlegscheibe
- 54
- Lagerbuchse
- 56
- Ringschulter
- 58
- Öffnung im Verstellring
- H
- Hochachse
- X
- Maschinenlängsachse
- B
- Hebelbreitenrichtung
- L
- Hebellängsrichtung
Claims (9)
- Hebelanbindung (2) einer Leitschaufelverstellung einer Strömungsmaschine zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Stellantrieb,
wobei die Leitschaufel einen Schaufelschaft (1) aufweist, der sich in radialer Richtung entlang ihrer Hochachse (H)
erstreckt und der mittels eines Hebels (6) mit einem Verstellring (8) des Stellantriebs in Verbindung bringbar ist,
wobei der Schaufelschaft (1) einen Kontaktbereich (16) aufweist, der gegenüber einem radial äußeren Schaftbereich (34) querschnittsreduziert ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (6) einen Verbindungsabschnitt (14) mit einem Langloch (24) und einer Einfädelöffnung (32) aufweist,
wobei das Langloch (24) Schlüsselflächen (26, 28) zur drehfesten Wirkverbindung mit entsprechend ausgebildeten Kontaktflächen (38, 40) des Kontaktbereichs (16) aufweist und die Einfädelöffnung (32) umfangsseitig in das Langloch (24) übergeht, und
wobei die Einfädelöffnung (32) im Vergleich zum Langloch (24) querschnittserweitert ist und dazu eingerichtet ist, dass der Hebel (6) über die Einfädelöffnung (32) mit seinem Verbindungsabschnitt (14) auf den Schaufelschaft (1) radial aufschiebbar ist. - Hebelanbindung nach Patentanspruch 1, wobei die Schlüsselflächen (26, 28) und die Kontaktflächen (38, 40) Parallelflächen sind.
- Hebelanbindung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Kontaktflächen (38, 40) durch seitliche Querschnittsverjüngungen des Schaufelschaftes (1) ausgebildet sind und die Kontaktflächen (38, 40) über jeweils eine Schulterfläche (46, 48) auf einen an den Kontaktbereich (16) radial innen angrenzenden Schaftbereich (44) übergehen, die Auflagen für den Verbindungsabschnitt (14) bilden.
- Hebelanbindung nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, wobei die Verspannung des Hebels (6) an dem Schaufelschaft (1) mittels eines mit dem radial äußeren Schaftbereich (34) zusammenwirkenden Schraubelementes (12) erfolgt.
- Hebelanbindung nach Patentanspruch 4, wobei bei montiertem Schraubelement (12) der Verbindungsabschnitt (14) des Hebels (6) zwischen den schaftseitigen Schulterflächen (46, 48) und dem Schraubelement (12) eingespannt ist.
- Hebelanbindung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Hebel (6) mit einem Verstellringstift (10) zur Verbindung an dem Verstellring (8) zusammenwirkt, der dazu eingerichtet ist, dass die Verbindung an dem Verstellring (8) mittels einer radialen Bewegung des Hebels (6) erfolgt.
- Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Leitschaufel und einem Stellantrieb, wobei die Leitschaufel einen Schaufelschaft (1) hat, der sich in radialer Richtung entlang ihrer Hochachse (H) erstreckt und der mittels eines Hebels (6) mittel- oder unmittelbar mit einem Verstellring (8) des Stellantriebs in Verbindung gebracht wird, wobei der Hebel (6) aus einer ersten Montagerichtung radial auf den Schaufelschaft (1) aufgeschoben wird und anschließend durch eine Bewegung in eine zweite Montagerichtung mit dem Schaufelschaft (1) formschlüssig verriegelt wird, die verschieden zur ersten Montagerichtung ist.
- Verfahren nach Patentanspruch 7, mit den Schritten:• radiales Aufschieben des Hebels (6) auf den Schaufelschaft (1) über eine hebelseitige Einfädelöffnung (32) und radiales Verbinden des Hebels (6) mit dem Verstellring (8),• axiales Verschieben des Verstellrings (8) mit dem Hebel (6) entlang eines hebelseitigen Langlochs (24) bis sich gegenüberliegende Schlüsselflächen (26, 28) des Langloches (24) in Anlage mit korrespondierenden Kontaktflächen (38, 40) des Schaufelschaftes (1) befinden,• Verspannen des Hebels mit dem Schaufelschaft (1) durch Zusammenwirken eines Schraubelements (12) mit einem radial äußeren Schaftbereich (34), wobei der Hebel (6) zwischen schaftseitigen Schulterflächen (46, 48) und dem Schraubelement (12) radial eingespannt wird.
- Strömungsmaschine mit einer Vielzahl von Hebelanbindungen (2) nach einem der Patentansprüche 1 bis 6 zum Herstellen einer Verbindung zwischen Leitschaufeln einer Verstellschaufelreihe und einem Stellantrieb.
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