EP4223983A1 - Schaufelanordnung für eine strömungsmaschine - Google Patents

Schaufelanordnung für eine strömungsmaschine Download PDF

Info

Publication number
EP4223983A1
EP4223983A1 EP23150375.6A EP23150375A EP4223983A1 EP 4223983 A1 EP4223983 A1 EP 4223983A1 EP 23150375 A EP23150375 A EP 23150375A EP 4223983 A1 EP4223983 A1 EP 4223983A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
adjustable
blade
vane
sleeve
another
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP23150375.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten SCHÖNHOFF
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP4223983A1 publication Critical patent/EP4223983A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/10—Manufacture by removing material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/25—Manufacture essentially without removing material by forging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/50—Building or constructing in particular ways
    • F05D2230/51—Building or constructing in particular ways in a modular way, e.g. using several identical or complementary parts or features
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/36—Retaining components in desired mutual position by a form fit connection, e.g. by interlocking

Definitions

  • the present invention relates to a blade arrangement with an adjustable blade for a turbomachine.
  • the turbomachine can, for example, be a jet engine, e.g. B. a turbofan engine. Functionally, the turbomachine is divided into compressor, combustion chamber and turbine. In the case of the jet engine, for example, the air drawn in is compressed by the compressor and burned in the downstream combustion chamber with added kerosene. The resulting hot gas, a mixture of combustion gas and air, flows through the downstream turbine and is expanded in the process.
  • Both the compressor and the turbine are usually made up of several stages, each with a stator (vane ring) and a rotor (rotor blade ring). In this case, each blade ring has a plurality of blades distributed circumferentially.
  • adjustable vanes are used, in particular adjustable guide vanes in the compressor area.
  • the angle of incidence or attack of the blade can be varied, for which purpose an adjustment system is provided. This can, for example. B. is actuated via a gear.
  • the offset can then be transferred to the adjustable vane via an adjusting element, for example an adjusting lever coupled at least indirectly to the adjusting ring.
  • the present invention is based on the technical problem of specifying an advantageous blade arrangement for a turbomachine.
  • the blade arrangement according to claim 1 in which the variable blade and the variable element are connected to one another in a connection area.
  • the special feature here lies in the fact that the adjustable vane and the adjustable element adjoin one another in the connection area in a breaking edge, namely a breaking point that has previously been produced in a targeted manner.
  • the adjustment element and the adjustment vane each have a fractured surface, and these fractured surfaces are placed next to one another in the connection area.
  • the two are first manufactured as a one-piece part and the breaking edge is then produced by targeted breaking.
  • the temporary separation can, for example, simplify the installation of the blade arrangement, the variable blade and the variable element can be assembled more easily as separate parts, for example with a housing element.
  • the resulting fracture surfaces match each other exactly, so they specify an exact relative position when the variable blade and the variable element are later assembled, so that the two parts can be assembled precisely.
  • no separate alignment or fitting means have to be provided, for example, so the connection can be made without dowel pins, for example, which can simplify the connection and enable a weight-optimized structure.
  • the latter can also be advantageous in terms of energy efficiency, for example with regard to aircraft engines. Irrespective of this, the reduction or elimination of connection tolerances can, for example, also increase the precision of the adjustment during operation.
  • the breaking edge and the connecting area can be formed in particular on a journal of the adjustable blade, which is located radially inside or preferably outside of the blade leaf in relation to the longitudinal axis of the turbomachine.
  • the pin can, for example, lie on the adjustment axis of the adjustable vane, about which the latter is adjusted during operation, preferably coaxially therewith.
  • the adjustable vane and the adjustment element can be connected to one another in any manner in a non-positive and/or positive manner.
  • One possibility for realizing the connection area can be a screw connection, ie a screw can engage in one of the two parts and thereby press on the other part.
  • the breaking edge or surface can extend around the screw, for example, so the breaking edge could, for example, separate a hollow-cylindrical section of the adjusting element from a hollow-cylindrical section of the pivot of the adjustable vane, with the screw then sitting and lying in one of the hollow-cylindrical sections and engages the other with its thread.
  • a sleeve is placed in the connection area, which sleeve extends beyond the breaking edge.
  • the fracture surface that can be used for the fit can be optimized or maximized, which e.g. B. in a small space, for example in the high-pressure compressor, can be of particular advantage.
  • the sleeve holds the adjusting element and the adjustable vane together, preferably engaging in a form-fitting manner in the pin (see above) of the adjustable vane.
  • This form fit exists in the axial direction in relation to the pivot axis, which preferably coincides with the adjustment axis of the adjustable vane.
  • the sleeve can preferably have, at their end facing the variable blade blade, a collar which protrudes radially inwards in relation to the pin axis and which is or is inserted into a recess of the pin to form the form fit.
  • the adjusting element is then fastened to the adjustable vane in that the sleeve, which is held in a form-fitting manner, is tensioned against the pin of the adjustable vane.
  • this is done with a screw that engages in the sleeve and is supported on the adjusting element.
  • the screw puts the positively held sleeve under tension and pushes the adjusting element towards the pin.
  • the screw is preferably guided in an internal thread formed on the sleeve itself, ie an internal thread is cut, for example, in the end of the sleeve facing away from the blade.
  • the sleeve is slotted at least in one section, ie at least in an axial section towards one side, ie open radially (in each case in relation to the pin axis).
  • the sleeve is preferably slotted in such a way that it can be placed laterally on the pin and is therefore comparatively easy to assemble. If an adjusting lever is provided as the adjusting element, the sleeve can be open towards the lever, ie the slots can face this.
  • the breaking edge lies at a notch, ie the breaking surface extends, for example, away from a notch provided on the outer wall of the pin.
  • the notch can simplify the previous separation or specify a position for the break edge.
  • a marking is provided which extends proportionately on both parts separated from one another by the breaking edge.
  • the marking runs across the rupture edge, for example in the form of a line broken by the rupture edge.
  • the breaking edge itself specifies the relative position, the marking can simplify assembly and/or enable the connection to be checked.
  • the adjusting element is a lever in a preferred embodiment.
  • the lever can then be at least indirectly connected to an adjusting ring.
  • all adjustable vanes of the respective stage can then be adjusted synchronously via the adjusting ring.
  • each adjustable vane of the step is preferably connected to a respective lever in a respective breaking edge.
  • the one-piece production according to item i) can generally also be carried out, for example, by casting or generative production, e.g. B. in a powder bed process.
  • the adjustable vane and the adjustable element are produced by forging, preferably by precision forging.
  • the adjustable vane produced in one piece with one another and the adjustment element are finished together before breaking, that is to say still in one piece with one another.
  • This finishing or finishing can be done, for example, by removing material, for example by grinding or polishing, etc.
  • Joint finishing can also be advantageous, for example with regard to the precision of the parts that are then later reassembled.
  • the adjustable blade and the adjustment element are cooled to break, which z. B. can promote the formation of a clean breaking edge. Cooling down to below 0° C. can be preferred, for example with liquid nitrogen it can also be significantly lower.
  • the adjustable blade and the adjustment element can be marked for later assembly, with the variable blade and the adjustment element being provided with the same marking for each blade arrangement, but these markings differ from blade arrangement to blade arrangement.
  • Such an identifier can be provided, for example, in the form of a serial number, such as a serial number that runs from blade arrangement to blade arrangement.
  • the parts have the same serial number for each blade arrangement, which can simplify the assignment of the parts when assembling them.
  • the invention also relates to a manufacturing method for a module of a turbomachine, which also has a housing element in addition to the blade arrangement.
  • the housing element can, for example, be part of the structure enclosing the gas channel, for example carry or be a gas channel plate.
  • the turbomachine 1 shows a turbomachine 1, specifically a turbofan engine, in a longitudinal section.
  • the turbomachine 1 is functionally divided into a compressor 1a, a combustion chamber 1b and a turbine 1c. Both the compressor 1a and the turbine 1c are each constructed of multiple stages. Each of the stages consists of a ring of guide vanes 5 and a ring of rotor blades 6 .
  • the reference numeral 7 designates the gas duct, ie the compressor gas duct in the case of the compressor 1a or the hot gas duct in the case of the turbine 1c. The sucked-in air is compressed in the compressor gas duct, it is then burned in the combustion chamber 1b with added kerosene. The resulting hot gas flows through the hot gas duct and thereby drives the rotor blade rings 6 of the turbine 1c.
  • adjustable vanes 10 which can be adjusted to adjust the angle of attack (shown here for the low-pressure compressor, but also/alternatively also for the high-pressure compressor).
  • FIG. 2 shows a blade arrangement 20 with such an adjustable blade 10 and an adjustment element 21.
  • this is an adjustment lever 22 with which the adjustable blade 10 can be rotated or adjusted about an adjustment axis 25 to adjust an inflow angle.
  • the adjustment element 21 is connected to the adjustment vane 10 in a connection area 30 .
  • the connection area 30 is formed on a journal 31 of the adjustable vane 10 which is arranged radially outside of the vane blade 11 in relation to the longitudinal axis 2 of the turbomachine.
  • the adjustable vane 10 specifically the pin 31 , and the adjusting element 21 adjoin one another at a breaking edge 35 .
  • the two are first manufactured in one piece and then separated from each other by deliberate breaking. Separated from one another, the two parts can then be handled better and assembled, for example, with a housing element 40 that is only indicated schematically here; on the other hand, the breaking edge 35 specifies a defined relative position.
  • connection between the adjustable vane 10 and the adjustment element 21 is realized with a sleeve 36 which extends over the breaking edge 35 and pulls the adjustment element 21 against the pin 31 .
  • the sleeve 36 is braced against the pin 31 with a screw 37 which is supported on the adjustment element 21 .
  • FIG 3 shows this arrangement in a detailed section, the section axis being perpendicular to the plane of the drawing according to FIG figure 2 lies.
  • the section shows that the sleeve 36 extends beyond the breaking edge 35, which due to a lateral slit in the sleeve 36, which allows it to be placed on the side, in figure 2 is not readily discernible.
  • the sleeve 36 is thus held on the pin 31 in a form-fitting manner.
  • the screw 37 engages in an internal thread 47 on the end 36.2 of the sleeve 36 facing away from the blade 11 and is supported on the adjusting element 21, ie the sleeve 36 is subjected to tension.
  • the two parts are thus pressed against one another in the breaking edge 35, ie the breaking surfaces 10.1, 21.1 of the adjustable blade 10 and the adjustable element 21 are pressed against one another.
  • a notch 50 can also be seen in this detailed illustration, which predetermines a defined position for the breaking edge 35 when it is broken.
  • Turbomachine Ducted Fan 1 compressor 1a combustion chamber 1b turbine 1c longitudinal axis 2 vane ring 5 blade ring 6 gas channel 7 adjustable blade 10 fracture surface 10.1 shovel blade 11 blade arrangement 20 adjustment element 21 fracture surface 21.1 adjustment lever 22 adjustment axis 25 connection area 30 cones 31 breaking edge 35 sleeve 36 End of the sleeve facing the airfoil 11 36.1 The end of the sleeve facing away from the airfoil 11 36.2 screw 37 housing element 40 Inward protruding collar 45 recess 46 inner thread 47 notch 50

Landscapes

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

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufelanordnung für eine Strömungsmaschine, mit einer Verstellschaufel, die zum Ändern eines Anströmwinkels verstellbar ist, und einem Verstellelement, über welches die Verstellschaufel verstellbar ist, wobei die Verstellschaufel und das Verstellelement in einem Verbindungsbereich miteinander verbunden ist, und wobei die Verstellschaufel und das Verstellelement in dem Verbindungsbereich in einer Bruchkante aneinandergrenzen.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufelanordnung mit einer Verstellschaufel für eine Strömungsmaschine.
    • Stand der Technik
  • Bei der Strömungsmaschine kann es sich bspw. um ein Strahltriebwerk handeln, z. B. um ein Mantelstromtriebwerk. Funktional gliedert sich die Strömungsmaschine in Verdichter, Brennkammer und Turbine. Etwa im Falle des Strahltriebwerks wird angesaugte Luft vom Verdichter komprimiert und in der nachgelagerten Brennkammer mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das entstehende Heißgas, eine Mischung aus Verbrennungsgas und Luft, durchströmt die nachgelagerte Turbine und wird dabei expandiert. Sowohl der Verdichter als auch die Turbine ist in der Regel aus mehreren Stufen mit jeweils einem Stator (Leitschaufelkranz) und einem Rotor (Laufschaufelkranz) aufgebaut. Dabei weist jeder Schaufelkranz umlaufend verteilt eine Mehr- bzw. Vielzahl Schaufeln auf.
  • Bspw. für eine Erweiterung des Betriebsbereichs werden Verstellschaufeln eingesetzt, insbesondere verstellbare Leitschaufeln im Verdichterbereich. Bei einer Verstellschaufel lässt sich der Anstell- bzw. Anströmwinkel der Schaufel variieren, wozu ein Verstellsystem vorgesehen ist. Dieses kann bspw. einen Verstellring umfassen, der sich um die Längsachse der Strömungsmaschine umlaufend erstreckt und z. B. über ein Getriebe betätigt wird. Unabhängig von der Realisierung im Einzelnen kann der Versatz dann über ein Verstellelement auf die Verstellschaufel übertragen werden, bspw. einem zumindest indirekt mit dem Verstellring gekoppelten Verstellhebel.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine vorteilhafte Schaufelanordnung für eine Strömungsmaschine anzugeben.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit der Schaufelanordnung nach Anspruch 1 gelöst, bei welcher die Verstellschaufel und das Verstellelement in einem Verbindungsbereich miteinander verbunden sind. Dabei liegt die Besonderheit darin, dass Verstellschaufel und Verstellelement in dem Verbindungsbereich in einer Bruchkante aneinandergrenzen, nämlich einer zuvor gezielt erzeugten Bruchstelle. Das Verstellelement und die Verstellschaufel haben also jeweils eine Bruchfläche, und diese Bruchflächen sind in dem Verbindungsbereich aneinandergesetzt. Wie nachstehend im Einzelnen diskutiert, werden die beiden hierfür zunächst als einstückiges Teil hergestellt und wird die Bruchkante dann durch gezieltes Brechen erzeugt. Das zeitweilige Trennen kann bspw. den Einbau der Schaufelanordnung vereinfachen, die Verstellschaufel und das Verstellelement können als separate Teile bspw. leichter mit einem Gehäuseelement zusammengesetzt werden.
  • Die resultierenden Bruchflächen passen andererseits genau zueinander, geben also beim späteren Zusammensetzen von Verstellschaufel und Verstellelement eine genaue Relativposition vor, sodass die beiden Teile präzise zusammengesetzt werden können. Infolgedessen müssen bspw. keine gesonderten Ausricht- bzw. Passmittel vorgesehen werden, kann die Verbindung also bspw. ohne Passstifte ausgeführt werden, was das Verbinden vereinfachen und einen gewichtsoptimierten Aufbau ermöglichen kann. Letzteres kann bspw. mit Blick auf Flugtriebwerke auch die Energieeffizienz betreffend von Vorteil sein. Unabhängig davon kann die Reduzierung bzw. Eliminierung von Verbindungstoleranzen bspw. auch die Präzision der Verstellung im Betrieb erhöhen.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei bei der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Wird bspw. eine in bestimmter Weise hergestellte Schaufelanordnung beschrieben, ist dies zugleich als Offenbarung des entsprechenden Herstellungsverfahrens zu verstehen, und umgekehrt.
  • Wie nachstehend im Einzelnen erläutert, können die Bruchkante und der Verbindungsbereich insbesondere an einem Zapfen der Verstellschaufel ausgebildet sein, der bezogen auf die Längsachse der Strömungsmaschine radial inner- oder vorzugsweise außerhalb des Schaufelblatts liegt. Der Zapfen kann bspw. auf der Verstellachse der Verstellschaufel liegen, um welche diese im Betrieb verstellt wird, vorzugsweise koaxial damit.
  • Generell können die Verstellschaufel und das Verstellelement auf beliebige Weise kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sein. Eine Möglichkeit zur Realisierung des Verbindungsbereichs kann in einer Schraubverbindung liegen, es kann also eine Schraube in eines der beiden Teile greifen und dabei das andere Teil anpressen. Hierbei kann sich die Bruchkante bzw. -fläche bspw. um die Schraube umlaufend erstrecken, könnte die Bruchkante also bspw. einen hohlzylindrischen Abschnitt des Verstellelements von einem hohlzylindrischen Abschnitt des Zapfens der Verstellschaufel trennen, wobei die Schraube dann in einem der hohlzylindrischen Abschnitte sitzt und anliegt und in den anderen mit ihrem Gewinde eingreift.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die insbesondere eine Alternative zu einer solchen Direktverschraubung darstellen kann, ist in dem Verbindungsbereich eine Hülse aufgesetzt, die sich über die Bruchkante hinweg erstreckt. Mit der Hülse kann bspw. die für die Passung nutzbare Bruchfläche optimiert bzw. maximiert werden, was z. B. bei einem kleinen Bauraum, etwa im Hochdruckverdichter, von besonderem Vorteil sein kann.
  • Die Hülse hält das Verstellelement und die Verstellschaufel zusammen, bevorzugt greift sie dazu formschlüssig in den Zapfen (siehe oben) der Verstellschaufel ein. Dieser Formschluss besteht bezogen auf die Zapfenachse, die bevorzugt mit der Verstellachse der Verstellschaufel zusammenfällt, in axialer Richtung. Die Hülse kann bevorzugt an ihrem dem Verstellschaufelblatt zugewandten Ende einen bezogen auf die Zapfenachse nach radial innen hervortretenden Kragen aufweisen, der zur Ausbildung des Formschlusses in eine Ausnehmung des Zapfens eingesetzt wird bzw. ist.
  • Das Verstellelement ist dann an der Verstellschaufel befestigt, indem die formschlüssig gehaltene Hülse gegen den Zapfen der Verstellschaufel zugverspannt ist. Dies erfolgt in bevorzugter Ausgestaltung mit einer Schraube, die in die Hülse eingreift und sich an dem Verstellelement abstützt. Die Schraube setzt die formschlüssig gehaltene Hülse unter Zug und drückt dabei das Verstellelement zum Zapfen hin. Bevorzugt ist die Schraube in einem an der Hülse selbst ausgebildeten Innengewinde geführt, ist also bspw. in das dem Schaufelblatt abgewandte Ende der Hülse ein Innengewinde eingeschnitten.
  • In bevorzugter Ausgestaltung ist die Hülse zumindest in einem Abschnitt geschlitzt, also zumindest in einem Axialabschnitt zu einer Seite hin, also radial offen (jeweils bezogen auf den Zapfenachse). Bevorzugt ist die Hülse solchermaßen geschlitzt, dass sie seitlich auf den Zapfen aufgesetzt werden kann und somit vergleichsweise einfach zu montieren ist. Ist als Verstellelement ein Verstellhebel vorgesehen, kann die Hülse zum Hebel hin offen sein, die Schlitzung also diesem zugewandt liegen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Bruchkante an einer Einkerbung, erstreckt sich die Bruchfläche also bspw. von einer an der Außenwand des Zapfens vorgesehenen Kerbe weg. Die Einkerbung kann das vorhergehende Auftrennen vereinfachen bzw. der Bruchkante eine Position vorgeben.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Markierung vorgesehen, die sich anteilig auf beiden durch die Bruchkante voneinander getrennten Teilen erstreckt. Die Markierung verläuft dabei über die Bruchkante hinweg, bspw. in Form einer durch die Bruchkante unterbrochenen Linie. Wenngleich die Bruchkante an sich die Relativposition vorgibt, kann die Markierung das Zusammensetzen vereinfachen und/oder eine Kontrolle der Verbindung ermöglichen.
  • Wie vorstehend erwähnt, ist das Verstellelement in bevorzugter Ausgestaltung ein Hebel. In einer Stufe, bspw. einem Leitschaufelkranz, bzw. einem Modul der Strömungsmaschine, z. B. einem Verdichtermodul mit mehreren Stufen, kann der Hebel dann zumindest indirekt mit einem Verstellring verbunden sein. Über den Verstellring lassen sich dann bspw. sämtliche Verstellschaufeln der jeweiligen Stufe synchron verstellen. Dabei ist bevorzugt jede Verstellschaufel der Stufe in einer jeweiligen Bruchkante mit einem jeweiligen Hebel verbunden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Herstellungsverfahren für eine vorliegend offenbarte Schaufelanordnung, wobei
    1. i) die Verstellschaufel und das Verstellelement miteinander einstückig hergestellt werden;
    2. ii) die Verstellschaufel und das Verstellelement danach durch Brechen voneinander gentrennt werden;
    3. iii) anschließend die Verstellschaufel und das Verstellelement so zusammengesetzt werden, dass sie an der aus dem Brechen resultierenden Bruchkante aneinandergrenzen;
    4. iv) die Verstellschaufel und das Verstellelement in dem Verbindungsbereich miteinander verbunden werden.
  • Die einstückige Herstellung gemäß Ziffer i) kann im Allgemeinen bspw. auch durch Gießen oder generative Herstellung erfolgen, z. B. in einem Pulverbettverfahren. In bevorzugter Ausgestaltung werden die Verstellschaufel und das Verstellelement jedoch durch Schmieden hergestellt, vorzugsweise durch Präzisionsschmieden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die einstückig miteinander hergestellte Verstellschaufel und das Verstellelement vor dem Brechen gemeinsam, also noch einstückig miteinander endbearbeitet. Diese End- bzw. Fertigbearbeitung kann bspw. materialabtragend erfolgen, bspw. durch Schleifen oder Polieren etc.. Auch die gemeinsame Endbearbeitung kann bspw. hinsichtlich der Präzision der dann später wieder zusammengesetzten Teile von Vorteil sein.
  • In bevorzugter Ausgestaltung werden die Verstellschaufel und das Verstellelement zum Brechen abgekühlt, was z. B. das Ausbilden einer sauberen Bruchkante begünstigen kann. Bevorzugt kann ein Abkühlen auf unter 0 °C sein, bspw. mit flüssigem Stickstoff auch deutlich tiefer.
  • Für das spätere Zusammensetzen können die Verstellschaufel und das Verstellelement in bevorzugter Ausgestaltung gekennzeichnet sein, wobei je Schaufelanordnung die Verstellschaufel und das Verstellelement mit der gleichen Kennzeichnung versehen sind, sich diese Kennzeichnungen von Schaufelanordnung zu Schaufelanordnung jedoch unterscheiden. Eine solche Kennzeichnung kann bspw. in Form einer Seriennummer vorgesehen sein, etwa einer von Schaufelanordnung zu Schaufelanordnung fortlaufenden Seriennummer. Je Schaufelanordnung tragen die Teile dabei die gleiche Seriennummer, was die Zuordnung der Teile beim Zusammensetzen vereinfachen kann.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Herstellungsverfahren für ein Modul einer Strömungsmaschine, welches zusätzlich zu der Schaufelanordnung auch ein Gehäuseelement aufweist. Das Gehäuseelement kann bspw. Teil der den Gaskanal einfassenden Struktur sein, bspw. eine Gaskanalplatte tragen bzw. eine solche sein. Nach dem Brechen werden das Verstellelement und die Schaufel mit dem Gehäuseelement zusammengesetzt, wird dieses also bspw. zwischen dem Hebel und dem Schaufelblatt platziert. Danach werden die Schaufel und das Verstellelement miteinander verbunden, bspw. mit einer vorstehend diskutierten Schraub- und/oder Klemmverbindung.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
  • Im Einzelnen zeigt
    • Figur 1
    eine Strömungsmaschine in einem schematischen Längsschnitt;
    Figur 2
    eine Schaufelanordnung für eine solche Strömungsmaschine, mit einer Verstellschaufel und einem Verstellelement;
    Figur 3
    einen Detailschnitt der Schaufelanordnung gemäß Figur 2.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt eine Strömungsmaschine 1, konkret ein Mantelstromtriebwerk, in einem Längsschnitt. Die Strömungsmaschine 1 gliedert sich funktional in Verdichter 1a, Brennkammer 1b und Turbine 1c. Sowohl der Verdichter 1a als auch die Turbine 1c sind jeweils aus mehreren Stufen aufgebaut. Jede der Stufen setzt sich aus einem Leitschaufelkranz 5 und einem Laufschaufelkranz 6 zusammen. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet den Gaskanal, also den Verdichtergaskanal im Falle des Verdichters 1a bzw. den Heißgaskanal im Falle der Turbine 1c. Im Verdichtergaskanal wird die angesaugte Luft komprimiert, sie wird dann in der Brennkammer 1b mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das entstehende Heißgas durchströmt den Heißgaskanal und treibt dabei die Laufschaufelkränze 6 der Turbine 1c an.
  • Im vorliegenden Beispiel sind mehrere Leitschaufelkränze 5 des Verdichters 1a mit Verstellschaufeln 10 ausgestattet, diese lassen sich zur Anpassung des Anströmwinkels verstellen (hier für den Niederdruckverdichter gezeigt, aber ebenso/alternativ auch beim Hochdruckverdichter).
  • Fig. 2 zeigt eine Schaufelanordnung 20 mit einer solchen Verstellschaufel 10 und einem Verstellelement 21. Bei diesem handelt es sich vorliegend um einen Verstellhebel 22, mit dem die Verstellschaufel 10 zum Einstellen eines Anströmwinkels um eine Verstellachse 25 verdreht bzw. -stellt werden kann. Das Verstellelement 21 ist in einem Verbindungsbereich 30 mit der Verstellschaufel 10 verbunden. Der Verbindungsbereich 30 ist an einem Zapfen 31 der Verstellschaufel 10 ausgebildet, der bezogen auf die Längsachse 2 der Strömungsmaschine radial außerhalb des Schaufelblatts 11 angeordnet ist.
  • Dabei grenzen die Verstellschaufel 10, konkret der Zapfen 31, und das Verstellelement 21 in einer Bruchkante 35 aneinander. Die beiden werden dafür zunächst einstückig miteinander hergestellt und dann durch gezieltes Brechen voneinander getrennt. Getrennt voneinander können die beiden Teile dann besser gehandhabt und bspw. mit einem hier nur schematisch angedeuteten Gehäuseelement 40 zusammengesetzt werden, andererseits gibt die Bruchkante 35 hierbei eine definierte Relativposition vor.
  • Wie in der Beschreibungseinleitung im Einzelnen dargelegt, kann dies bspw. hinsichtlich der Präzision bzw. auch das Gewicht des Gesamtaufbaus betreffend von Vorteil sein. Im vorliegenden Beispiel ist die Verbindung zwischen Verstellschaufel 10 und Verstellelement 21 mit einer Hülse 36 realisiert, die sich über die Bruchkante 35 hinweg erstreckt und das Verstellelement 21 gegen den Zapfen 31 zieht. Dazu wird die Hülse 36 mit einer Schraube 37, die sich an dem Verstellelement 21 abstützt, gegen den Zapfen 31 verspannt.
  • Fig. 3 zeigt diese Anordnung in einem Detailschnitt, wobei die Schnittachse senkrecht zur Zeichenebene gemäß Figur 2 liegt. Der Schnitt zeigt, dass sich die Hülse 36 über die Bruchkante 35 hinweg erstreckt, was aufgrund einer seitlichen Schlitzung der Hülse 36, die ein seitliches Aufsetzen erlaubt, in Figur 2 nicht ohne weiteres zu erkennen ist. An ihrem dem Schaufelblatt 11 zugewandten Ende 36.1 weist die Hülse einen nach innen hervortretenden Kragen 45 auf, der formschlüssig in eine Ausnehmung 46 des Zapfens 31 greift. Damit ist die Hülse 36 formschlüssig am Zapfen 31 gehalten. Die Schraube 37 greift in ein Innengewinde 47 an dem dem Schaufelblatt 11 abgewandten Ende 36.2 der Hülse 36 und stützt sich am Verstellelement 21 ab, setzt also die Hülse 36 unter Zug. Damit werden die beiden Teile in der Bruchkante 35 aneinandergepresst, werden also die Bruchflächen 10.1, 21.1 der Verstellschaufel 10 und des Verstellelements 21 gegeneinander gepresst.
  • Zu erkennen ist in dieser Detaildarstellung ferner eine Einkerbung 50, die der Bruchkante 35 beim Brechen eine definierte Position vorgibt.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
  • Strömungsmaschine (Mantelstromtriebwerk) 1
    Verdichter 1a
    Brennkammer 1b
    Turbine 1c
    Längsachse 2
    Leitschaufelkranz 5
    Laufschaufelkranz 6
    Gaskanal 7
    Verstellschaufel 10
    Bruchfläche 10.1
    Schaufelblatt 11
    Schaufelanordnung 20
    Verstellelement 21
    Bruchfläche 21.1
    Verstellhebel 22
    Verstellachse 25
    Verbindungsbereich 30
    Zapfen 31
    Bruchkante 35
    Hülse 36
    Dem Schaufelblatt 11 zugewandtes Ende der Hülse 36.1
    Dem Schaufelblatt 11 abgewandtes Ende der Hülse 36.2
    Schraube 37
    Gehäuseelement 40
    Nach innen hervortretender Kragen 45
    Ausnehmung 46
    Innengewinde 47
    Einkerbung 50

Claims (15)

  1. Schaufelanordnung (20) für eine Strömungsmaschine (1), mit einer Verstellschaufel (10), die zum Ändern eines Anströmwinkels verstellbar ist, und
    einem Verstellelement (21), über welches die Verstellschaufel (10) verstellbar ist,
    wobei die Verstellschaufel (10) und das Verstellelement (21) in einem Verbindungsbereich (30) miteinander verbunden ist,
    und wobei die Verstellschaufel (10) und das Verstellelement (21) in dem Verbindungsbereich (30) in einer Bruchkante (35) aneinandergrenzen.
  2. Schaufelanordnung (20) nach Anspruch 1, bei welcher in dem Verbindungsbereich (30) eine Hülse (36) aufgesetzt ist, die sich über die Bruchkante (35) hinweg erstreckt und die Verstellschaufel (10) und das Verstellelement (21) zusammenhält.
  3. Schaufelanordnung (20) nach Anspruch 2, bei welcher die Hülse (36) formschlüssig an einem Zapfen (31) der Verstellschaufel (10) greift und gegen diesen zugverspannt ist.
  4. Schaufelanordnung (20) nach Anspruch 3, bei welchem die Hülse (36) mit einer Schraube (37) zugverspannt ist, die in die Hülse (36) greift und sich an dem Verstellelement (21) abstützt.
  5. Schaufelanordnung (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welchem die Hülse (36) zumindest abschnittsweise geschlitzt ist.
  6. Schaufelanordnung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Bruchkante (35) an einer Einkerbung (50) liegt
  7. Schaufelanordnung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher über die Bruchkante (35) eine durch die Bruchkante (35) unterbrochene Markierung verläuft.
  8. Schaufelanordnung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das Verstellelement (21) ein Verstellhebel (22) ist, der mit einem Zapfen (31) der Verstellschaufel (10) zusammengesetzt ist.
  9. Modul für eine Strömungsmaschine (1), mit einer Schaufelanordnung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche und einem Gehäuseelement (40), mit dem die Schaufelanordnung (20) zusammengesetzt ist.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Schaufelanordnung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem
    i) die Verstellschaufel (10) und das Verstellelement (21) miteinander einstückig hergestellt werden;
    ii) die Verstellschaufel (10) und das Verstellelement (21) danach durch Brechen voneinander gentrennt werden;
    iii) anschließend die Verstellschaufel (10) und das Verstellelement (21) so zusammengesetzt werden, dass sie an der aus dem Brechen resultierenden Bruchkante (35) aneinandergrenzen;
    iv) die Verstellschaufel (10) und das Verstellelement (21) in dem Verbindungsbereich (30) miteinander verbunden werden.
  11. Verfahren zum Herstellen einer Schaufelanordnung (20) nach Anspruch 10, bei welchem die Verstellschaufel (10) und das Verstellelement (21) in Schritt i) durch Schmieden hergestellt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei welchem die Verstellschaufel (10) und das Verstellelement (21) noch vor Schritt ii) endbearbeitet werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei welchem die Verstellschaufel (10) und das Verstellelement (21) für Schritt ii) abgekühlt werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Verstellschaufel (10) und das Verstellelement (21) mit der gleichen Kennzeichnung versehen sind und anhand dieser Kennzeichnungen in Schritt iii) einander zugeordnet werden.
  15. Verfahren zum Herstellen eines Moduls einer Strömungsmaschine (1), mit einem Gehäuseelement (40) und
    und einer Schaufelanordnung (20), die in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14 hergestellt wird,
    wobei die Verstellschaufel (10) und das Verstellelement (21) nach Schritt ii) und vor Schritt iv) mit dem Gehäuseelement (40) zusammengesetzt werden.
EP23150375.6A 2022-02-02 2023-01-05 Schaufelanordnung für eine strömungsmaschine Withdrawn EP4223983A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022102421.0A DE102022102421A1 (de) 2022-02-02 2022-02-02 Schaufelanordnung für eine strömungsmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4223983A1 true EP4223983A1 (de) 2023-08-09

Family

ID=84830141

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23150375.6A Withdrawn EP4223983A1 (de) 2022-02-02 2023-01-05 Schaufelanordnung für eine strömungsmaschine

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230243272A1 (de)
EP (1) EP4223983A1 (de)
DE (1) DE102022102421A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1715201A2 (de) * 2005-04-21 2006-10-25 Snecma Gleitlager zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Teilen
US20130251518A1 (en) * 2012-03-26 2013-09-26 Andreas Eleftheriou Connector assembly for variable inlet guide vanes and method
US9017017B2 (en) * 2009-04-10 2015-04-28 Honeywell Internatonal Inc. Variable-vane assembly having fixed guide pins for unison ring
US20170022891A1 (en) * 2013-12-16 2017-01-26 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Structure and method for joining nozzle vane and lever, and variable geometry turbocharger
US10502077B2 (en) * 2016-03-17 2019-12-10 United Technologies Corporation Vane retainer

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3990810A (en) 1975-12-23 1976-11-09 Westinghouse Electric Corporation Vane assembly for close coupling the compressor turbine and a single stage power turbine of a two-shaped gas turbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1715201A2 (de) * 2005-04-21 2006-10-25 Snecma Gleitlager zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Teilen
US9017017B2 (en) * 2009-04-10 2015-04-28 Honeywell Internatonal Inc. Variable-vane assembly having fixed guide pins for unison ring
US20130251518A1 (en) * 2012-03-26 2013-09-26 Andreas Eleftheriou Connector assembly for variable inlet guide vanes and method
US20170022891A1 (en) * 2013-12-16 2017-01-26 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Structure and method for joining nozzle vane and lever, and variable geometry turbocharger
US10502077B2 (en) * 2016-03-17 2019-12-10 United Technologies Corporation Vane retainer

Also Published As

Publication number Publication date
US20230243272A1 (en) 2023-08-03
DE102022102421A1 (de) 2023-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69203705T2 (de) Stator zur Einführung von Luft in das Innere einer Turbomaschine und Verfahren zum Montieren einer Schaufel dieses Stators.
EP1460237B1 (de) Abgasturbinengehäuse
EP1394364B1 (de) Turbolader und Schaufellagerring hierfür
DE2914501C2 (de) Gasturbine mit verstellbaren Leitschaufeln
DE3506733A1 (de) Turbinenleitradring
WO2005028812A1 (de) Labyrinthdichtung in einer stationären gasturbine
DE102009043895B4 (de) Statorring-Konfiguration
DE816625C (de) Gasturbine mit Rotorlager und gekuehltem aus Segmenten zusammengesetztem Statorring
EP3287611A1 (de) Gasturbine und verfahren zum aufhängen eines turbinen-leitschaufelsegments einer gasturbine
DE102012022259A1 (de) Brennkammerschindel einer Gasturbine sowie Verfahren zu deren Herstellung
EP3236011A1 (de) Rotor mit überhang an laufschaufeln für ein sicherungselement
EP2474744A1 (de) Ringförmiger Strömungskanal für einen Axialverdichter
EP2405104A1 (de) Verdichter und zugehöriges Gasturbinenkraftwerk
EP2526263B1 (de) Gehäusesystem für eine axialströmungsmaschine
DE102017104087A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses eines Schraubenkompressors
EP4223983A1 (de) Schaufelanordnung für eine strömungsmaschine
EP2831379B1 (de) Trägerring
CH713774B1 (de) Turbolader.
WO2019192635A1 (de) Verfahren zum herstellen einer schaufel für eine strömungsmaschine
EP4488492A1 (de) Modul für eine strömungsmaschine
EP4345251A1 (de) Modul für eine strömungsmaschine
EP1716316A1 (de) Gasturbine mit einem gegen auskühlen geschützten verdichtergehäuse und verfahren zum betrieb einer gasturbine
EP3976934B1 (de) Verfahren zur modernisierung einer gasturbinenanlage sowie gasturbinenanlage
EP2808558A1 (de) Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine
EP4134523A2 (de) Schaufelfussaufnahme zum aufnehmen einer laufschaufel

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240209

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20240702