WO2007090731A2 - Leitapparat und dämpfelement für einen leitapparat - Google Patents

Leitapparat und dämpfelement für einen leitapparat Download PDF

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WO2007090731A2
WO2007090731A2 PCT/EP2007/050612 EP2007050612W WO2007090731A2 WO 2007090731 A2 WO2007090731 A2 WO 2007090731A2 EP 2007050612 W EP2007050612 W EP 2007050612W WO 2007090731 A2 WO2007090731 A2 WO 2007090731A2
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blade
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Dieter Nass
Wolfgang Zacharias
Ilka Sebastian
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
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    • F04D29/56—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/563—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

Definitions

  • the invention relates to a nozzle with adjustable blades, which are mounted on the drive side, wherein each blade has a lever mechanism which is connected to an adjusting device, and wherein the blades have a drive-side bearing opposite end.
  • DE 103 11 227 B4 discloses a distributor for a radial turbine with arranged in a housing, for
  • the mutual distance of the contact surfaces is chosen so that the circular end portions of the adjusting lever slidably engage in the recesses, wherein the recesses are dimensioned so that with cold collar between the bottom of the recesses and the end portions of the lever a correspondingly sized gap remains free, so that upon heating of the adjusting ring, the end parts can dive into the column, wherein the recesses are dimensioned to be wider than the thickness of the end portions of the adjusting lever.
  • a dry lubrication in the form of sliding inserts is provided for the adjusting ring and / or the adjusting lever.
  • Diaphragms of the type mentioned are known and are eg in large machines such as compressors or compressors and / or turbines to control the map and to reduce the starting power used.
  • the nozzles are mounted in a flow channel of the compressor or compressor, so that the nozzles can also be referred to as constraintsleitapparate.
  • the nozzles have an adjusting device or the adjusting device, which must be performed relatively free of play, in order to avoid hysteresis and uncontrolled blade movements. In particular, high temperature differences, large dimensions and coefficients of thermal expansion of materials in the design must be taken into account.
  • inlet guide vane of the relevant size arise due to high temperature differences (-105 0 C to +300 0 C) extremely large thermal expansion, which could affect the operation. This impairment occurs in particular on moving components of the
  • the invention has for its object to improve a diffuser of the type mentioned in particular for large machines with simple means to go that the Susceptibility to vibrations and rattling is reduced, at the same time a mobility of the components to be moved should be ensured.
  • the object is achieved by a control device associated with the blades, which has a circumferentially extending sliding bearing, wherein radially opposite sliding bearing surfaces are elastically braced against each other.
  • the The totally annular wherein the adjusting device extends along a circumferential direction.
  • a certain position of the common adjusting device is achieved without a tendency to rattling or swinging occurs.
  • a reliable mobility without clamping is achieved. Almost follows the exposed to the strong thermal influences slide bearing the outer temperature gradients and ensures the mobility due to the elastically biased but sliding slide bearing surfaces.
  • the adjusting device is seen in cross-section U-shaped with a base web and two U-legs, wherein in the base web at least one recess is introduced, in which at least one actuator or a guide element is added ,
  • the adjusting device is preferably formed in two parts from an L-shaped in cross-section and an I-shaped component, which are connected to each other, preferably screwed.
  • a transverse web of the L-shaped component preferably forms the base web, with which the I-shaped component can be connected.
  • the I-shaped component and a longitudinal web of the L-shaped component form the U-legs.
  • the guide element causes the radial guidance of the adjusting device and forms one of Sliding bearing surfaces, wherein a second sliding bearing surface is arranged radially opposite.
  • the recess may be introduced radially circumferentially in the base web.
  • the recess may also be introduced circumferentially interrupted in the base web, so that a plurality of
  • Guide elements are arranged in the plurality of recesses, which will be discussed in more detail below.
  • the guide element is formed from a force accumulator, ie an elastic element, a guide sleeve and a sliding element, wherein the guide element sufficiently compliant with the base web of Adjusting device is connected, which is achieved in particular with the energy storage or with the elastic element.
  • the actuator is thus quasi thermally decoupled to the housing, whereby a thermally independent guidance of the lever mechanism and the common actuating device is ensured.
  • the radial guidance of the adjusting device takes place with the guide elements or the respective force accumulator, the respective guide sleeve and the respective sliding element, with which the adjusting device is able to follow extreme thermal influences without the functioning of the finallysleitapparates or diffuser to affect.
  • the guide sleeve is pressed by means of the elastic element or the energy accumulator in the circumferential direction, preferably radially against a counter sliding or against the second sliding bearing surface, so that the radially opposite sliding bearing surfaces are formed, which are braced against each other by means of the force accumulator.
  • the sliding bearing provides a plurality of sliding in the radial direction normal to the sliding surface sliding bearing surfaces, which by means of elastic elements or the energy storage are clamped in the direction of the mobility against the second sliding bearing surface.
  • the elastic elements or energy storage can preferably be designed as disc springs.
  • the sliding elements are preferably arranged on a head region of the guide sleeve which is opposite the force accumulator. It is expedient for the purposes of the invention if the movable sliding bearing surfaces or the guide sleeve, which is prestressed by means of the force accumulator, with the sliding element arranged thereon are particularly low
  • the sliding surfaces for example, Teflon-coated or may be provided with a plastic or a bronze. Particularly useful is a use of graphite or Teflon as a sliding element.
  • the second sliding bearing surface can be coated or executed accordingly. It is also possible to use sliding elements and at the same time a coating of the second sliding bearing surface.
  • lever mechanism of each blade is accommodated in a common, separate housing, wherein the lever mechanism of the radial in the housing
  • Adjusting device is assigned such that at least one of the blades is driven by a drive and the other blades are forcibly driven.
  • a lever mechanism in particular for a strictlysleitapparat, for example, for radial compressors, in particular for turbo compressors, arranged as a module in a separate housing, so that a Kennfeldbeein kgung or throttling by means of the adjusting device adjustable blades can be achieved.
  • the lever mechanism which on the one hand has a drive mechanism and on the other hand an output mechanism, it is advantageously possible at least one of To drive blades with a drive, wherein the other blades via the output mechanism, which is connected to the actuator and a respective blade shank of the positively driven blades inevitably take along.
  • the housing is designed in two parts, wherein the two housing parts are frictionally connected with each other, and wherein the housing in its interior a contact surface, so the second sliding bearing surface for the adjusting device or for the sliding element or for the guide element having.
  • one of the housing parts can first be connected to the housing of the inlet guide apparatus in order to install the lever mechanism and the adjusting device. To close the housing, the other housing part is then screwed only with the already connected to the housing of the diffuser housing part.
  • the lever mechanism of the driven blade ie the drive mechanism
  • the drive lever has a drive lever connected to the drive, to which a transmission lever is connected, wherein the transmission lever is connected to a coupling lever, which is connected to the actuating device
  • the drive lever is preferably congruent with its center line to the center line of the drive and the blade to be driven or their blade shank.
  • the drive lever is simultaneously designed as a drive shaft. It is of course possible to run drive lever and drive shaft as separate components.
  • lever mechanism of the positively driven blades ie the output mechanism, one with the adjusting device connected output coupling lever which is connected to a driven lever, which is connected on the other side with the blade shank of the positively driven blade.
  • the respectively interconnected lever are rotatably connected to each other and that the coupling lever or output coupling lever is rotatably connected to the adjusting device.
  • the respective rotating surfaces suitable sliding coatings or
  • Sliding elements such as plastic coatings or - have deposits.
  • a lever mechanism that is to say a drive mechanism, is thus made available in which the
  • Drive takes place via the drive lever, which is mounted radially and axially in the separate housing.
  • the transmission lever and the coupling lever which is connected to the adjusting device, so the blade is driven, wherein the driven blade with her
  • Blade shaft is preferably mounted in the drive lever.
  • the output of the forcibly driven blades is advantageously via the adjusting device, by means of the respective output coupling lever to the respective
  • Output lever acts, on the other hand connected to the radially and axially mounted in the separate housing positively driven blades, or their respective blade shank.
  • the power flow is advantageously carried out perpendicular to the respective axes of rotation of the lever mechanism to avoid lateral forces or moments.
  • the object is therefore also achieved in that the drive opposite the end of the blades, ie the guide vanes, each having a pin which is mounted in a bore of a flow-guiding element, wherein at least one ring element is provided which radially in the pin the bore clamped.
  • the ring element may also be referred to as a radial fixing component.
  • the ring member has a radial elasticity and in addition good sliding properties, wherein preferably plastic can be used and / or Teflonoberfest are provided.
  • the ring member has a V-shaped cross-section, so that preferably a resilient ring member is formed, with its two V-legs approach in elastic deformation substantially each other or remove each other.
  • Assigned element which is connectable via a centering element with the blades.
  • the centering causes on the one hand a centering of the flow-guiding element on each blade in the radial direction, wherein the centering element is associated with the ring element, and wherein the respective centering element is designed such that it is capable of extreme to follow thermal influences, without affecting the operation of the inlet guide.
  • the centering causes on the other hand a positioning or holding the flow-guiding element in the axial direction.
  • a centering element with a double function which can act in the axial and in the radial direction, wherein in particular a radial vibration damping and a thermal decoupling of the flow-guiding element to the associated
  • the centering element therefore preferably has radial fixing components or the ring element and axial fixing components.
  • the centering element or its axial and radial fixing components are preferably arranged on the pin which is assigned to the opposite end of the blades to the drive.
  • the pin is preferably congruent with its center line to the center line of the blades.
  • the centering element preferably has spring rings, for example a steel disk, as the axial fixing component on the blade side, with a starting disk being arranged opposite thereto.
  • the steel disc and the thrust washer are spaced apart in the axial direction by means of a cylindrical body or a sleeve body.
  • the radial fixing component or the ring element is arranged on the one hand between mutually associated end faces of the steel disc and the cylindrical body and on the other between mutually associated end faces of the cylindrical body and the thrust washer.
  • the ring element is seen in cross-section preferably designed V-shaped.
  • the ring element is doing with his closed head region in each case in the direction of the cylindrical body and oriented with its head region opposite free leg ends in the direction of the respectively associated axial fixing, so that quasi a resilient ring member is formed, the two legs approach each other in elastic deformation or remove each other.
  • the flow-guiding element has the bore which is slightly larger than the outer diameter of the pin of its inner diameter.
  • the flow-guiding element in the region of the through hole has a step-shaped configuration, which is adapted to the configuration or dimension of the axial fixing components and the steel disc and the run-up disc.
  • FIG. 1 shows a partial cross section through an inlet guide
  • 2 shows an enlargement from FIG. 1 for illustrating the adjusting device with decoupling elements arranged therein;
  • FIG. 3 shows a partial cross section of a distributor by a drive side opposite blade end with associated flow-guiding element
  • Fig. 4 is a radial fixing of Figure 3 as a detail in cross section.
  • FIG. 1 shows a partial cross section through a distributor 1 with adjustable blades 2 and 3, respectively.
  • the blades 2 and 3 are mounted on the drive side.
  • the blade 2 is driven with the blade 3 forcibly driven, as shown in FIG. 1 so that the reference numeral 3 is put in parentheses.
  • the blades 2 and 3 have on the drive side in each case a blade shank 4 or 6, wherein the reference numeral 6 in Figure 1 is again set in parentheses to illustrate that this is assigned to each of the positively driven blades 3.
  • Each blade 2 or 3 has a lever mechanism 7, which is connected to an adjusting device 8.
  • the blades 2 and 3 respectively have an end 9 which lies opposite the drive-side mounting, that is to say the blade shank 4 or 6 (FIG. 3).
  • each blade 2 and 3 is accommodated in a common, separate housing 11, wherein the lever mechanism 7 arranged in the housing 11, radially Circumferential adjusting device 8 is assigned such that at least the driven blade 2 is driven by a drive 12 and the other blades 3 are forcibly driven, so that the blades 2.3 commonly associated adjusting device 8 on the blades 2.3 and on the vanes acts.
  • a relatively large engine preferably a radial compressor with eighteen blades is shown, with only one of the blades 2 driven, with the other seventeen blades 3 forcibly driven.
  • the mechanism of the driven blade 2 and one of the positively driven blades 3 will be described by way of example.
  • the housing 11 is designed in two parts, wherein the two housing parts 13, 14 positively frictionally connected to each other, preferably are screwed together.
  • the housing parts 13, 14 are preferably made in one piece.
  • Housing 11 has in its interior a radially circumferential contact surface 16 for the adjusting device 8.
  • a housing part 13 is first connected to the associated housing part of a compressor exemplified, preferably screwed to close the housing part 13 after mounting the lever mechanism 7 and the adjusting device 8 in the second housing part 14, so that Housing 11 is formed with the lever mechanism 7 arranged therein.
  • the lever mechanism 7 has a drive mechanism and an output mechanism
  • the lever mechanism 7 of the driven blade 2 that is to say the drive mechanism, has one with the drive 12 connected drive lever 17, with a
  • Transmission lever 18 is connected, which is connected to a coupling lever 19.
  • the coupling lever 19 is connected to the adjusting device 8.
  • the drive lever 17 is in the illustrated embodiment at the same time a drive shaft.
  • drive lever 17 and drive shaft can also be designed as separate components.
  • Blade shaft 4 and also congruent to the center line of a bearing 21 and a bearing cap of the drive lever 17 and the drive shaft.
  • the lever mechanism 7 of the forcibly driven blade 3, that is to say the output mechanism, likewise has an output coupling lever 20, which is connected to an output lever 22.
  • the output lever 22 is now connected to the blade shank 6 of the forcibly driven blade 3.
  • the components of the output mechanism with their reference numerals are again in parentheses.
  • the lateral forces in the drive lever 17 are received in the bearing 21 and the bearing cap.
  • the transmission lever 18 has at its drive lever-side end Aufsteckauge and is so firm or rigid, so not rotatable, connected to the drive lever 17.
  • these levers at the respectively associated ends also have eyes in which a pintle can engage.
  • the transmission lever 18 via the coupling lever 19 and output coupling lever 20 is also connected to the output lever 22.
  • the coupling lever 19 or output coupling lever 20 engages on one side with his eye in the adjusting device 8 and is also rotatably connected to the adjusting device 8.
  • the adjusting device 8 is seen in cross-section U-shaped with a base web 23 and two U-legs 24 executed.
  • the U-legs 24 are each oriented with their free end to the blade shank 4 or 6 and have a gap which is adapted approximately to the dimensions of the coupling lever 19 and the output coupling lever 20.
  • the adjusting device 8 is formed in the illustrated embodiment in two parts of a seen in cross-section L-shaped component and an I-shaped component in cross-section.
  • a transverse web of the L-shaped component forms the base web 23, to which the I-shaped component is connected, preferably screwed.
  • a longitudinal web of the L-shaped component and the I-shaped component thus form the U-legs 24.
  • a recess is made in the base web 23 in which a guide element 26 is received.
  • the guide element 26 has a force accumulator 27 or an elastic element, preferably a cup spring package and a guide sleeve 28, to which a sliding element 29 is associated at the end or at its head region.
  • the guide element 26 is sufficiently connected to the base web 23 on the inside.
  • a single guide element 26 is shown, wherein a multiplicity of guide elements are arranged circumferentially distributed on the adjusting device 8.
  • seven guide elements 26 are provided. The fact that not a single radially encircling guide element 26 is used, the costs for the production of the diffuser are further reduced because not the entire inner radial surface, in particular with the very expensive sliding element is provided.
  • the force storage element 27 causes a play-free guidance of the adjusting device 8 and compensates for differences in temperature differences and thermal expansion coefficients.
  • the energy storage 27 is designed as a plate spring package but can also be designed as a helical spring or the like.
  • the guide sleeve 28 is seen in cross section designed as a cylindrical body having in its interior a through hole for receiving a connecting element.
  • the sliding member 29 is in the illustrated embodiment as a plug, preferably designed as a round plug, wherein the configuration of the
  • Sliding element 29 is based on the finding that this must be as small as possible for cost reasons, with a sufficiently high surface pressure to be achieved.
  • the sliding member 29 has a particularly low coefficient of static friction or good sliding properties, with preference Teflon or graphite can be used.
  • the adjusting device 8 is guided radially, wherein a thermal decoupling of the adjusting device 8, which can also be referred to as a collar , is achieved.
  • a control device 8 associated with the blades 2, 3 is accordingly formed, which has a sliding bearing extending in the circumferential direction, in which radially opposite sliding bearing surfaces (sliding element 29, contact surface 16) are elastically braced against each other by means of the force accumulator 27 (elastic element) ,
  • the totally annular is formed substantially annular, wherein the adjusting device 8 extends along a circumferential direction.
  • a certain position of the common actuator 8 achieved without a tendency to rattling or swinging is observed.
  • a reliable mobility without clamping is achieved.
  • the sliding bearing which is exposed to strong thermal influences, easily follows the outer temperature curves and ensures mobility owing to the elastically pretensioned but displaceable sliding bearing surfaces (sliding element 29, contact surface 16).
  • a lever mechanism 7, for example, for radial compressors as a module in the separate housing 11 is arranged to achieve, for example, Kennfeldbeeinlurgi Weg 11, or throttling by means of the adjusting device 8 adjustable blades 2 and 3 respectively.
  • the drive takes place via the drive lever 17 which is mounted radially and axially in the housing of the distributor and the housing 11, wherein the seen in cross-section U-shaped adjusting device 8, the transmission lever 18 and the coupling lever 19 including the blade 2 is driven ( Drive mechanism).
  • the output is via the adjusting device 8, which acts by means of the output coupling lever 20 on the output lever 22, which are connected to the radially and axially mounted in the housing 11, forcibly driven blades 3 (output mechanism).
  • the power flow takes place perpendicular to the axes of rotation or Center lines of the lever mechanism 7, to avoid lateral forces or moments.
  • the invention is not limited to the embodiment described. It is conceivable, for example, an arrangement in which a conventional gear transmission is provided with an internally toothed sun gear and various planetary gears, wherein the sun gear is provided with, according to the invention, elastically biased and extending in the circumferential direction radial sliding surfaces.
  • FIG. 3 shows a partial cross section through the distributor 1, the end 9 of the blades 2 or 3 opposite the drive side blade side in particular being illustrated here.
  • a single flow-guiding element 31 is assigned in the illustrated embodiment, which is connected via a respective centering element 32 with the blades 2 and 3 respectively.
  • the flow-guiding element 31, which can also be referred to as a flow-guiding plate or ring plate, is necessary in order to ensure the distance to the flow channel after the installation of the inlet guide apparatus, wherein the flow-guiding element 31 is centered on the blades 2 and 3 respectively.
  • the end 9 of the blades 2 and 3 has a pin 33, wherein the flow-guiding element 31 has eighteen through-holes in the illustrated embodiment, which are designed by its inner diameter slightly larger than the outer diameter of the respective pin 33.
  • the centering element 32 is used for radial Centering and axial positioning or axial holding the flow guiding element 31, wherein the centering axial fixing components 34,36 and 37 and radial fixing components 38 has.
  • the fixing component 34 is designed as a spring ring or as a steel disc and associated with the blade-side surface of the flow-guiding element 31.
  • the fixing component 36 is also designed as a spring ring or as a starting disc and arranged on one of the blade-side surface opposite side of the flow-guiding element 31.
  • the fixing component 37 is designed as a hollow cylindrical body, which is adapted with its inner diameter approximately to the outer diameter of the pin 33.
  • Fixing component 37 serves as a kind of spacer element for the two axial fixing components 34 and 36, respectively.
  • the respective fixing components 34, 36, and 37 are arranged within the bore of the flow-guiding element 31 and each have a radial clearance for this.
  • the radial fixing component 38 is arranged, which can also be referred to as a ring element.
  • the pin 33 is braced radially in the bore.
  • the radial fixing component 38 is shown enlarged in detail in FIG. As can be seen from Figure 4, the radial
  • Fixing component 38 seen in cross-section V-shaped with a closed head portion 39 respectively in the direction of the hollow cylindrical body 37 oriented. With its free leg ends 41 opposite the head region, the ring element is oriented in the direction of the axial fixing components 34 and 36, respectively.
  • Clearly removed from Figure 4 is an elastic mobility of the two V Leg ends 41 at elastic deformation, so that both V-legs can approach or remove each other. This mobility is shown by means of the double arrow 42.
  • the radial fixing component 38 or the resilient ring element assumes a damping function in the radial direction and can also be referred to as a damping element.
  • the respective associated sides of the flow-guiding element 31 have step-shaped configurations which are adapted to the dimensions of the respective fixing components 34 and 36, respectively.

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  • Support Of The Bearing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leitapparat (1) mit verstellbaren Schaufeln (2, 3). Die Schaufeln (2, 3) sind zumindest antriebsseitig gelagert. Jede Schaufel (2, 3) weist einen Hebelmechanismus (7) auf, der mit einer Stellvorrichtung (8) verbunden ist. Die Schaufeln (2, 3) weisen ein zur antriebsseitigen Lagerung gegenüber liegendes Ende (9) auf. Eine den Schaufeln (2, 3) gemeinsam zugeordnete Stellvorrichtung (8) weist eine sich in Umf angsrichtung erstreckende radiale Gleitlagerung auf, wobei sich radial gegenüber liegende Gleitlagerflächen elastisch gegeneinander verspannt sind. Die Erfindung betrifft aber auch den Leitapparat (1), wobei das zum Antrieb gegenüberliegenden Ende (9) der Schaufeln (2, 3) jeweils einen Zapfen (33) aufweist, der in einer Bohrung eines strömungsführenden Elementes (31) gelagert ist, wobei dem Zapfen (33) zumindest eine radiale Fixierkomponente (38) zugeordnet ist.

Description

Beschreibung
Leitapparat und Dämpfelement für einen Leitapparat
Die Erfindung betrifft einen Leitapparat mit verstellbaren Schaufeln, die antriebsseitig gelagert sind, wobei jede Schaufel einen Hebelmechanismus aufweist, der mit einer Stellvorrichtung verbunden ist, und wobei die Schaufeln ein zur antriebsseitigen Lagerung gegenüber liegendes Ende aufweisen .
Die DE 103 11 227 B4 offenbart einen Leitapparat für eine Radialturbine mit in einem Gehäuse angeordneten, zur
Durchflussmengenregelung mittels einer Stellvorrichtung einstellbaren Schaufeln, wobei ein Stellring mit nach außen offenen Ausnehmungen, die je durch zwei parallele, in radialer Richtung verlaufende Anlageflächen begrenzt sind. Es sind Stellhebel vorgesehen, die je mit einem kreisförmigen Endteil in je eine Ausnehmung eingreifen sowie am anderen Ende drehfest mit je einem Schaufelschaft gekoppelt sind. Der gegenseitige Abstand der Anlageflächen ist so gewählt, dass die kreisförmigen Endteile der Stellhebel verschiebbar in die Ausnehmungen eingreifen, wobei die Ausnehmungen so bemessen sind, dass bei kaltem Stellring zwischen dem Grund der Ausnehmungen und der Endteile der Stellhebel ein entsprechend dimensionierter Spalt frei bleibt, so dass bei Erwärmung des Stellrings die Endteile in die Spalte eintauchen können, wobei die Ausnehmungen breiter als die Dicke der Endteile der Stellhebel bemessen sind. Für den Stellring und/oder die Stellhebel ist eine Trockenschmierung in Form von Gleiteinsätzen vorgesehen.
Leitapparate der Eingangs genannten Art sind bekannt und werden z.B. in großen Maschinen wie beispielsweise bei Verdichtern bzw. Kompressoren und/oder Turbinen zur Regelung des Kennfeldes und zur Reduzierung der Anfahrleistung eingesetzt. Üblicherweise werden die Leitapparate in einen Strömungskanal des Kompressors bzw. Verdichters montiert, so dass die Leitapparate auch als Eintrittsleitapparate bezeichnet werden können. Zur Verstellung der Schaufeln weisen die Leitapparate eine Verstelleinrichtung bzw. die Stellvorrichtung auf, die relativ spielfrei ausgeführt sein muss, um Hysteresen und unkontrollierte Schaufelbewegungen zu vermeiden. Insbesondere müssen hierbei hohe Temperaturdifferenzen, große Abmessungen und Wärmeausdehnungskoeffizienten von Werkstoffen bei der Konstruktion beachtet werden.
Bei einem Eintrittsleitapparat der maßgeblichen Größe ergeben sich aufgrund der hohen Temperaturdifferenzen (-1050C bis +3000C) äußerst große thermische Dehnungen, welche den Betrieb beeinträchtigen können. Diese Beeinträchtigung erfolgt insbesondere an bewegten Bauteilen des
Eintrittsleitapparates. Im Einzelnen kann es zu unerwünschten Schwingungen und zu einem Klappern der bewegten Bauteile in Folge thermischer Differenzdehnungen kommen. Insbesondere die unerwünschten Schwingungen können die losen Bauteile beschädigen. Daneben ist es auch denkbar, dass Bauteile zumindest temporär ihre Beweglichkeit in Folge Klemmens einbüßen. Beim Anfahren der Maschine kann es daher vorkommen, dass der Eintrittsleitapparat klemmt und sich das Leitgitter nicht öffnen lässt.
Bekannt ist, dass ein Bewegungsspiel der zu bewegenden Bauteile hinreichend groß dimensioniert ist, so dass auf diese Weise ein Klemmen unbedingt verhindert wird. Mit zunehmender Baugröße führt diese Auslegungsphilosophie zu den inakzeptablen großen Spielen, welche Klappern, Schwingen, Betriebsstörungen und schließlich Beschädigung der beweglichen Bauteile zur Folge haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leitapparat der eingangs genannten Art insbesondere für große Maschinen mit einfachen Mitteln dahin gehend zu verbessern, dass die Anfälligkeit für Schwingungen und Klappern reduziert wird, wobei gleichzeitig eine Beweglichkeit der zu bewegenden Bauteile sichergestellt sein soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine den Schaufeln gemeinsam zugeordnete Stellvorrichtung gelöst, die eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Gleitlagerung aufweist, wobei sich radial gegenüberliegende Gleitlagerflächen elastisch gegeneinander verspannt sind.
Der Eintrittsleitapparat ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet, wobei sich die Stellvorrichtung entlang einer Umfangsrichtung erstreckt.
Vorteilhaft wird mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Stellvorrichtung einerseits eine bestimmte Lage der gemeinsamen Stellvorrichtung erreicht, ohne dass eine Neigung zu Klappern oder Schwingen auftritt. Andererseits wird eine zuverlässige Beweglichkeit ohne Klemmen erreicht. Problemlos folgt die die den starken thermischen Einflüssen ausgesetzte Gleitlagerung den äußeren Temperaturverläufen und stellt die Beweglichkeit sicher aufgrund der elastisch vorgespannten aber verschieblichen Gleitlagerflächen.
Zur radialen Führung der Stellvorrichtung ist günstigerweise vorgesehen, dass die Stellvorrichtung im Querschnitt gesehen U-förmig mit einem Basissteg und zwei U-Schenkeln ausgeführt ist, wobei in dem Basissteg zumindest eine Ausnehmung eingebracht ist, in der zumindest ein Stellelement bzw. ein Führungselement aufgenommen ist. Die Stellvorrichtung ist bevorzugt zweiteilig aus einem im Querschnitt gesehen L- förmigen und einem I-förmigen Bauteil gebildet, die miteinander verbunden, bevorzugt verschraubt sind. Hierbei bildet vorzugsweise ein Quersteg des L-förmigen Bauteils den Basissteg, mit dem das I-förmige Bauteil verbindbar ist. Das I-förmige Bauteil und ein Längssteg des L-förmigen Bauteils bilden dabei die U-Schenkel. Das Führungselement bewirkt die radiale Führung der Stellvorrichtung und bildet eine der Gleitlagerflächen, wobei eine zweite Gleitlagerfläche radial gegenüberliegend angeordnet ist. Die Ausnehmung kann radial umlaufend in dem Basissteg eingebracht sein. Bevorzugt kann die Ausnehmung auch umfangsmäßig unterbrochen in dem Basissteg eingebracht sein, so dass eine Vielzahl von
Führungselementen in der Vielzahl von Ausnehmungen angeordnet sind, worauf weiter unten näher eingegangen wird.
Um zu erreichen, dass die Stellvorrichtung thermisch unabhängig (Temperaturdifferenz, Wärmeausdehnungskoeffizient) geführt ist, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass das Führungselement aus einem Kraftspeicher, also einem elastischen Element, einer Führungshülse und einem Gleitelement gebildet ist, wobei das Führungselement hinreichend nachgiebig mit dem Basissteg der Stellvorrichtung verbunden ist, was insbesondere mit dem Kraftspeicher bzw. mit dem elastischen Element erreicht wird. Vorteilhaft wird somit die Stellvorrichtung quasi thermisch zum Gehäuse entkoppelt, womit eine thermisch unabhängige Führung des Hebelmechanismus bzw. der gemeinsamen Stellvorrichtung gewährleistet ist. Die radiale Führung der Stellvorrichtung, welche auch als Stellring bezeichnet werden kann, erfolgt mit den Führungselementen bzw. dem jeweiligen Kraftspeicher, der jeweiligen Führungshülse und dem jeweiligen Gleitelement, womit die Stellvorrichtung in der Lage ist, extremen thermischen Einflüssen zu folgen, ohne die Funktionsweise des Eintrittsleitapparates bzw. Leitapparates zu beeinträchtigen.
Die Führungshülse wird mittels des elastischen Elementes bzw. des Kraftspeichers in Umfangsrichtung, bevorzugt radial gegen eine Gegengleitflache bzw. gegen die zweite Gleitlagerfläche gedrückt, so dass die sich radial gegenüber liegenden Gleitlagerflächen gebildet sind, welche mittels des Kraftspeichers gegeneinander verspannt sind.
Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn die Gleitlagerung mehrere in radialer Richtung normal zur Gleitfläche verschiebliche Gleitlagerflächen vorsieht, die mittels der elastischen Elemente bzw. der Kraftspeicher in Richtung der Verschieblichkeit gegen die zweite Gleitlagerfläche verspannt sind. Die elastischen Elemente bzw. Kraftspeicher können dabei bevorzugt als Tellerfedern ausgeführt sein.
Die Gleitelemente sind bevorzugt an einem zum Kraftspeicher gegenüberliegenden Kopfbereich der Führungshülse angeordnet. Zweckmäßig im Sinne der Erfindung ist, wenn die beweglichen Gleitlagerflächen bzw. die mittels des Kraftspeichers vorgespannte Führungshülse mit dem daran angeordneten Gleitelement einen besonders niedrigen
Haftreibungskoeffizienten bzw. gute Gleiteigenschaften aufweisen, wobei die Gleitflächen beispielsweise teflonbeschichtet oder mit einem Kunststoff oder einer Bronze versehen sein können. Besonders zweckmäßig ist dabei eine Verwendung von Graphit oder Teflon als Gleitelement. Natürlich kann anstelle des der Führungshülse zugeordneten Gleitelementes die zweite Gleitlagerfläche entsprechend beschichtet bzw. ausgeführt sein. Möglich ist auch eine Verwendung von Gleitelementen und gleichzeitig eine Beschichtung der zweiten Gleitlagerfläche.
Zweckmäßiger Weise ist der Hebelmechanismus jeder Schaufel in einem gemeinsamen, separaten Gehäuse aufgenommen wobei der Hebelmechanismus der in dem Gehäuse radial umlaufenden
Stellvorrichtung derart zugeordnet ist, dass zumindest eine der Schaufeln über einen Antrieb antreibbar ist und die anderen Schaufeln zwangsangetrieben sind.
Damit wird vorteilhaft ein Hebelmechanismus, insbesondere für einen Eintrittsleitapparat, beispielsweise für Radialkompressoren, insbesondere für Turbokompressoren, als Modul in einem separaten Gehäuse angeordnet, so dass eine Kennfeldbeeinflussung bzw. Drosselung mittels der über die Stellvorrichtung einstellbaren Schaufeln erreichbar ist. Mittels des Hebelmechanismus, der zum einen einen Antriebsmechanismus und zum anderen einen Abtriebsmechanismus aufweist, ist es vorteilhaft möglich zumindest eine der Schaufeln mit einem Antrieb anzutreiben, wobei die anderen Schaufeln über den Abtriebsmechanismus, der mit der Stellvorrichtung und einem jeweiligen Schaufelschaft der zwangsangetriebenen Schaufeln verbunden ist zwangsläufig mit zu nehmen.
Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn das Gehäuse zweiteilig ausgestaltet ist, wobei die beiden Gehäuseteile kraftformschlüssig miteinander verbunden sind, und wobei das Gehäuse in seinem Inneren eine Anlagefläche, also die zweite Gleitlagerfläche für die Stellvorrichtung bzw. für das Gleitelement bzw. für das Führungselement aufweist. Vorteilhafterweise kann somit eines der Gehäuseteile zunächst mit dem Gehäuse des Eintrittsleitapparates verbunden werden, um den Hebelmechanismus und die Stellvorrichtung zu installieren. Zum Schließen des Gehäuses wird das andere Gehäuseteil dann lediglich mit dem bereits mit dem Gehäuse des Leitapparates verbundenen Gehäuseteil verschraubt.
Zum Antreiben der angetriebenen Schaufel ist diese mit ihrem Schaufelschaft mit einem Antrieb verbunden. Zweckmäßig im Sinne der Erfindung ist daher vorgesehen, dass der Hebelmechanismus der angetriebenen Schaufel, also der Antriebsmechanismus, einen mit dem Antrieb verbundenen Antriebshebel aufweist, mit dem ein Übertragungshebel verbunden ist, wobei der Übertragungshebel mit einem Koppelhebel verbunden ist, der mit der Stellvorrichtung verbunden ist. Der Antriebshebel ist dabei mit seiner Mittellinie bevorzugt kongruent zur Mittellinie des Antriebs und der anzutreibenden Schaufel bzw. deren Schaufelschaft. Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Antriebshebel gleichzeitig als Antriebwelle ausgeführt ist. Möglich ist natürlich Antriebshebel und Antriebswelle als separate Bauteile auszuführen.
Vorteilhafterweise ist nun vorgesehen, dass der Hebelmechanismus der zwangsangetriebenen Schaufeln, also der Abtriebsmechanismus, einen mit der Stellvorrichtung verbundenen Abtriebskoppelhebel aufweist, der mit einem Abtriebshebel verbunden ist, welcher anderseitig mit dem Schaufelschaft der zwangsangetriebenen Schaufel verbunden ist .
Günstigerweise ist vorgesehen, dass die jeweils miteinander verbundenen Hebel drehbar miteinander verbunden sind und dass der Koppelhebel bzw. Abtriebskoppelhebel drehbar mit der Stellvorrichtung verbunden ist. Natürlich können die jeweiligen Drehflächen geeignete Gleitbeschichtungen oder
Gleitelemente, beispielsweise Kunststoffbeschichtungen oder - einlagen aufweisen.
Vorteilhafterweise wird damit ein Hebelmechanismus, also ein Antriebsmechanismus, zur Verfügung gestellt, bei dem der
Antrieb über den Antriebshebel erfolgt, der in dem separaten Gehäuse radial und axial gelagert ist. Mittels der Übertragungshebel und dem Koppelhebel, welcher mit der Stellvorrichtung verbunden ist, wird so die Schaufel angetrieben, wobei die angetriebene Schaufel mit ihrem
Schaufelschaft bevorzugt in dem Antriebshebel gelagert ist.
Der Abtrieb der zwangsangetriebenen Schaufeln erfolgt vorteilhafterweise über die Stellvorrichtung, die mittels der jeweiligen Abtriebskoppelhebel auf die jeweiligen
Abtriebshebel wirkt, die andererseits mit dem in dem separaten Gehäuse radial und axial gelagerten zwangsangetriebenen Schaufeln, bzw. deren jeweiligen Schaufelschaft verbunden sind.
Der Kraftfluss erfolgt dabei vorteilhaft senkrecht zu den jeweiligen Drehachsen des Hebelmechanismus, um Querkräfte bzw. Momente zu vermeiden.
Möglich ist, dass es aufgrund der wechselnden Anströmungen der Schaufeln zu Schwingungsanregungen kommen kann. Je nach Situation (gewisse Breite der Schaufeln, Montageerfordernisse) ist es daher erforderlich, ein strömungsführendes Element auf das zur antriebsseitigen Lagerung gegenüber liegende Ende der Schaufeln anzuordnen. Dieses strömungsführende Element dient beispielsweise zur Spaltreduzierung zwischen dem Schaufelende und dem Einlaufkanal . Auch hierbei müssen hohe Temperaturdifferenzen, große Abmessungen und Wärmeausdehnungskoeffizienten von Werkstoffen bei der Konstruktion beachtet werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe daher auch dadurch gelöst, dass das zum Antrieb gegenüber liegende Ende der Schaufeln, also der Leitschaufeln, jeweils einen Zapfen aufweist, der in einer Bohrung eines strömungsführenden Elementes gelagert ist, wobei zumindest ein Ringelement vorgesehen ist, das den Zapfen radial in der Bohrung verspannt. Das Ringelement kann auch als radiale Fixierkomponente bezeichnet werden.
Zweckmäßiger Weise weist das Ringelement eine radiale Elastizität und zusätzlich gute Gleiteigenschaften auf, wobei bevorzugt Kunststoff verwendet werden kann und/oder Teflonoberflächen vorgesehen sind.
Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn das Ringelement einen V-förmigen Querschnitt aufweist, so dass bevorzugt ein federndes Ringelement gebildet ist, wobei sich seine beiden V-Schenkel bei elastischer Verformung im Wesentlichen einander annähern oder voneinander entfernen.
Zweckmäßig im Sinne der Erfindung ist, wenn dem zur Antriebsseite gegenüberliegenden Ende der Schaufeln, also der Leitschaufeln, jeweils zumindest ein strömungsführendes
Element zugeordnet ist, das jeweils über ein Zentrierelement mit den Schaufeln verbindbar ist.
Das Zentrierelement bewirkt zum einen eine Zentrierung des strömungsführenden Elementes an jeder Schaufel in radialer Richtung, wobei dem Zentrierelement das Ringelement zugeordnet ist, und wobei das jeweilige Zentrierelement derart ausgeführt ist, dass dieses in der Lage ist, extremen thermischen Einflüssen zu folgen, ohne die Funktionsweise des Eintrittsleitapparates zu beeinträchtigen. Das Zentrierelement bewirkt zum anderen eine Positionierung bzw. Halten des strömungsführenden Elementes in axialer Richtung.
Vorteilhaft wird damit jeweils ein Zentrierelement mit einer Doppelfunktion zur Verfügung gestellt, welches in axialer und in radialer Richtung wirken kann, wobei insbesondere eine radiale Schwingungsdämpfung und eine thermische Entkopplung des strömungsführenden Elementes zum zugeordneten
Schaufelende erreicht wird. Bevorzugter Weise weist das Zentrierelement daher radiale Fixierkomponenten bzw. das Ringelement und axiale Fixierkomponenten auf. Das Zentrierelement bzw. seine axialen und radialen Fixierkomponenten sind dabei vorzugsweise auf dem Zapfen angeordnet, der dem zum Antrieb gegenüber liegenden Ende der Schaufeln zugeordnet ist. Der Zapfen ist mit seiner Mittelinie dabei bevorzugt kongruent zur Mittellinie der Schaufeln .
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass das Zentrierelement schaufelseitig als axiale Fixierkomponente bevorzugt Federringe, beispielsweise eine Stahlscheibe aufweist, wobei dazu gegenüber liegend eine AnlaufScheibe angeordnet ist. Die Stahlscheibe und die AnlaufScheibe sind in Axialrichtung mittels eines zylinderförmigen Körpers bzw. eines Hülsenkörpers zueinander beabstandet. Mittels der axialen Fixierkomponenten bzw. der bevorzugten Federringe ist die Anordnung auch in der Lage Biegeschwingungen zu dämpfen.
Die radiale Fixierkomponente bzw. das Ringelement ist zum einen zwischen einander zugeordneten Stirnseiten der Stahlscheibe und dem zylinderförmigen Körper und zum anderen zwischen einander zugeordneten Stirnseiten des zylinderförmigen Körpers und der AnlaufScheibe angeordnet. Wie bereits beschrieben, ist das Ringelement im Querschnitt gesehen bevorzugt V-förmig ausgeführt. In einer günstigen Ausgestaltung ist das Ringelement dabei mit seinem geschlossenen Kopfbereich jeweils in Richtung zum zylinderförmigen Körper und mit seinen zum Kopfbereich gegenüber liegenden freien Schenkelenden in Richtung zu der jeweils zugeordneten axialen Fixierkomponente orientiert, so dass quasi ein federndes Ringelement gebildet ist, dessen beiden Schenkel sich bei elastischer Verformung einander annähern oder voneinander entfernen.
Zweckmäßig ist vorgesehen, dass das strömungsführende Element die Bohrung aufweist, die von ihrem Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des Zapfens ist. Jeweils endseitig weist das strömungsführende Element im Bereich der Durchgangsbohrung eine stufenförmige Ausgestaltung auf, welche an die Ausgestaltung bzw. Dimension der axialen Fixierkomponenten bzw. der Stahlscheibe und der AnlaufScheibe angepasst ist.
Zweckmäßig ist, wenn lediglich ein einziges strömungsführendes Element eingesetzt wird, welches bevorzugt als Ringplatte ausgeführt ist und eine mit der Schaufelanzahl übereinstimmende Anzahl an Bohrungen zur Lagerung des jeweiligen Zapfens aufweist. Möglich ist natürlich auch, dass eine Vielzahl an strömungsführenden Elementen eingesetzt wird.
Insgesamt wird damit eine thermisch unabhängige, radiale und axiale Zentrierung eines strömungsführenden Elementes mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften zur Verfügung gestellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den
Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch einen Eintrittsleitapparat, Fig. 2 eine Vergrößerung aus Figur 1 zur Darstellung der Stellvorrichtung mit darin angeordneter Entkoppelungselemente,
Fig. 3 einen Teilquerschnitt aus einem Leitapparat durch ein der Antriebsseite gegenüber liegendes Schaufelende mit zugeordnetem strömungsführenden Element, und
Fig. 4 eine radiale Fixierkomponente aus Figur 3 als Einzelheit im Querschnitt.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
Figur 1 zeigt einen Teilquerschnitt durch einen Leitapparat 1 mit verstellbaren Schaufeln 2 bzw. 3. Die Schaufeln 2 bzw. 3 sind antriebsseitig gelagert. Die Schaufel 2 ist angetrieben, wobei die Schaufel 3 zwangsangetrieben ist, was in Figur 1 so dargestellt ist, dass das Bezugszeichen 3 in Klammern gesetzt ist .
Die Schaufeln 2 bzw. 3 weisen antriebsseitig jeweils einen Schaufelschaft 4 bzw. 6 auf, wobei das Bezugszeichen 6 in Figur 1 wiederum in Klammern gesetzt ist, um darzustellen, dass dieses jeweils den zwangsangetriebenen Schaufeln 3 zugeordnet ist.
Jede Schaufel 2 bzw. 3 weist einen Hebelmechanismus 7 auf, der mit einer Stellvorrichtung 8 verbunden ist. Die Schaufeln 2 bzw. 3 weisen ein zur antriebsseitigen Lagerung, also zum Schaufelschaft 4 bzw. 6 gegenüber liegendes Ende 9 auf (Figur 3) .
Der Hebelmechanismus 7 jeder Schaufel 2 bzw. 3 ist in einem gemeinsamen, separaten Gehäuse 11 aufgenommen, wobei dem Hebelmechanismus 7 die in dem Gehäuse 11 angeordnete, radial umlaufende Stellvorrichtung 8 derart zugeordnet ist, dass zumindest die angetriebene Schaufel 2 über einen Antrieb 12 antreibbar ist und die anderen Schaufeln 3 zwangsangetrieben sind, so dass eine den Schaufeln 2,3 gemeinsam zugeordnete Stellvorrichtung 8 auf die Schaufeln 2,3 bzw. auf die Leitschaufeln einwirkt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine relativ große Maschine, bevorzugt ein Radialkompressor bzw. Turbokompressor mit achtzehn Schaufeln dargestellt, wobei lediglich eine der Schaufeln 2 angetrieben ist, wobei die anderen siebzehn Schaufeln 3 zwangsangetrieben sind. Im Folgenden wird daher beispielhaft der Mechanismus der angetriebenen Schaufel 2 und einer der zwangsangetriebenen Schaufeln 3 beschrieben.
Das Gehäuse 11 ist zweiteilig ausgestaltet, wobei die beiden Gehäuseteile 13, 14 kraftformschlüssig miteinander verbunden, bevorzugt miteinander verschraubt sind. Die Gehäuseteile 13,14 sind bevorzugt jeweils einteilig ausgeführt. Das
Gehäuse 11 weist in seinem Inneren eine radial umlaufende Anlagefläche 16 für die Stellvorrichtung 8 auf.
Zur Montage des Hebelmechanismus 7 wird nun zunächst das eine Gehäuseteil 13 mit dem zugeordneten Gehäuseteil eines beispielhaft dargestellten Kompressors verbunden, bevorzugt verschraubt, um nach der Montage des Hebelmechanismus 7 und der Stellvorrichtung 8 in das zweite Gehäuseteil 14 das Gehäuseteil 13 zu verschließen, so dass das Gehäuse 11 mit dem darin angeordneten Hebelmechanismus 7 gebildet ist. Zum
Verschließen der beiden Gehäuseteile 13,14 ist lediglich eine Schraubverbindung erforderlich.
Der Hebelmechanismus 7 weist einen Antriebsmechanismus und einen Abtriebsmechanismus auf
Der Hebelmechanismus 7 der angetriebenen Schaufel 2, also der Antriebsmechanismus, weist einen mit dem Antrieb 12 verbundenen Antriebshebel 17 auf, mit dem ein
Übertragungshebel 18 verbunden ist, der mit einem Koppelhebel 19 verbunden ist. Der Koppelhebel 19 ist mit der Stellvorrichtung 8 verbunden. Der Antriebshebel 17 stellt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gleichzeitig eine Antriebswelle dar. Natürlich können Antriebshebel 17 und Antriebwelle auch als separate Bauteile ausgeführt sein.
Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, ist der Antriebshebel 17 mit seiner Mittellinie X kongruent zur Mittellinie des
Schaufelschaftes 4 und auch kongruent zur Mittellinie einer Lagerung 21 bzw. eines Lagerdeckels des Antriebshebels 17 bzw. der Antriebswelle.
Der Hebelmechanismus 7 der zwangsangetriebenen Schaufel 3, also der Abtriebsmechanismus, weist in gleicher Art einen Abtriebskoppelhebel 20 auf, der mit einem Abtriebshebel 22 verbunden ist. Der Abtriebshebel 22 ist nun mit dem Schaufelschaft 6 der zwangsangetriebenen Schaufel 3 verbunden. Zur einfacheren Darstellung sind die Komponenten des Abtriebsmechanismus mit ihren Bezugszeichen wiederum in Klammern gesetzt.
Die Querkräfte in dem Antriebshebel 17 werden in der Lagerung 21 bzw. dem Lagerdeckel aufgenommen. Der Übertragungshebel 18 weist an seinem antriebshebelseitigen Ende ein Aufsteckauge auf und ist so fest bzw. starr, also nicht drehbar, mit dem Antriebshebel 17 verbunden. Zur Verbindung des Übertragungshebels 18 mit dem Koppelhebel 19 bzw. Abtriebskoppelhebel 20 und dem Abtriebshebel 22 weisen diese Hebel an den jeweils zugeordneten Enden ebenfalls Augen auf, in denen ein Drehbolzen eingreifen kann. Somit ist der Übertragungshebel 18 über den Koppelhebel 19 bzw. Abtriebskoppelhebel 20 auch mit dem Abtriebshebel 22 verbunden. Der Koppelhebel 19 bzw. Abtriebskoppelhebel 20 greift einseitig mit seinem Auge in die Stellvorrichtung 8 ein und ist auch hier drehbar mit der Stellvorrichtung 8 verbunden . Die Stellvorrichtung 8 ist im Querschnitt gesehen U-förmig mit einem Basissteg 23 und zwei U-Schenkeln 24 ausgeführt. Die U-Schenkel 24 sind jeweils mit ihrem freien Ende zum Schaufelschaft 4 bzw. 6 orientiert und weisen einen Zwischenraum auf, der in etwa an die Abmessungen des Koppelhebels 19 bzw. Abtriebskoppelhebel 20 angepasst ist. Die Stellvorrichtung 8 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteilig aus einer im Querschnitt gesehen L-förmigen Komponente und einer im Querschnitt gesehen I-Förmigen Komponente gebildet. Ein Quersteg der L- Förmigen Komponente bildet den Basissteg 23, mit dem die I- Förmige Komponente verbunden, bevorzugt verschraubt ist. Ein Längssteg der L-Förmigen Komponente und die I-Förmige Komponente bilden somit die U-Schenkel 24.
Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, ist in dem Basissteg 23 eine Ausnehmung eingebracht, in der ein Führungselement 26 aufgenommen ist. Das Führungselement 26 weist einen Kraftspeicher 27 bzw. ein elastisches Element, bevorzugt ein Tellerfederpaket und eine Führungshülse 28 auf, dem endseitig bzw. an seinem Kopfbereich ein Gleitelement 29 zugeordnet ist. Das Führungselement 26 ist innenseitig hinreichend mit dem Basissteg 23 verbunden. In Figur 2 ist beispielhaft ein einziges Führungselement 26 dargestellt, wobei eine Vielzahl von Führungselementen umfangsmäßig verteilt an der Stellvorrichtung 8 angeordnet sind. In dem dargestellten beispielhaften Eintrittsleitapparat für einen Turbokompressor sind sieben Führungselemente 26 vorgesehen. Dadurch, dass nicht ein einziges radial umlaufendes Führungselement 26 eingesetzt wird, werden die Kosten zur Herstellung des Leitapparates weiter gesenkt, da nicht die gesamte radiale Innenfläche, insbesondere mit dem sehr kostenintensiven Gleitelement, versehen ist.
Das Kraftspeicherelement 27 bewirkt eine spielfreie Führung der Stellvorrichtung 8 und gleicht Unterschiede bezüglich Temperaturdifferenzen und Wärmeausdehnungskoeffizienten aus. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kraftspeicher 27 als Tellerfederpaket ausgeführt kann aber auch als Schraubenfeder oder dergleichen ausgeführt sein.
Die Führungshülse 28 ist im Querschnitt gesehen als zylindrischer Körper ausgeführt, der in seinem Inneren eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Verbindungselementes aufweist. Das Gleitelement 29 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Stopfen, bevorzugt als runder Stopfen, ausgeführt, wobei der Ausgestaltung des
Gleitelementes 29 die Erkenntnis zugrunde liegt, dass dieses aus Kostengründen möglichst klein sein muss, wobei noch eine hinreichend hohe Flächenpressung erzielt werden soll. Das Gleitelement 29 weist einen besonders niedrigen Haftreibungskoeffizienten bzw. gute Gleiteigenschaften auf, wobei bevorzugt Teflon oder Graphit Verwendung finden kann.
Mittels des Führungselementes 26, das mit seinem Gleitelement 29 federkraftbedingt (Kraftspeicher 27 bzw. elastisches Element) an der Anlagefläche 16 des Gehäuses 11 anliegt, wird die Stellvorrichtung 8 radial geführt, wobei eine thermische Entkopplung der Stellvorrichtung 8, die auch als Stellring bezeichnet werden kann, erreicht wird.
Vorteilhaft wird damit eine den Schaufeln 2,3 gemeinsam zugeordnete Stellvorrichtung 8 gebildet, die eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Gleitlagerung aufweist, bei welcher sich radial gegenüber liegende Gleitlagerflächen (Gleitelement 29, Anlagefläche 16) mittels des Kraftspeichers 27 (elastisches Element) elastisch gegeneinander verspannt sind.
Der Eintrittsleitapparat 1 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet, wobei sich die Stellvorrichtung 8 entlang einer Umfangsrichtung erstreckt.
Vorteilhaft wird mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Stellvorrichtung 8 einerseits eine bestimmte Lage der gemeinsamen Stellvorrichtung 8 erreicht, ohne dass eine Neigung zu Klappern oder Schwingen beobachtet wird. Andererseits wird eine zuverlässige Beweglichkeit ohne Klemmen erreicht. Problemlos folgt die den starken thermischen Einflüssen ausgesetzte Gleitlagerung den äußeren Temperaturverläufen und stellt die Beweglichkeit sicher aufgrund der elastisch vorgespannten aber verschieblichen Gleitlagerflächen (Gleitelement 29, Anlagefläche 16).
Somit erfolgt die radiale Führung der Stellvorrichtung 8 mit dem Führungselement 26, welches bevorzugt aus den Komponenten Kraftspeicher 27, Führungshülse 28 und Gleitelement 29 besteht, so dass die Stellvorrichtung 8 in der Lage ist, extremen thermischen Einflüssen zu folgen, ohne die Funktionsweise des Eintrittleitapparates 1 zu beeinträchtigen .
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 ist ein Hebelmechanismus 7 beispielsweise für Radialkompressoren als Modul in dem separaten Gehäuse 11 angeordnet, um beispielsweise Kennfeldbeeinflussungen bzw. Drosselungen mittels der über die Stellvorrichtung 8 einstellbaren Schaufeln 2 bzw. 3 zu erreichen. Der Antrieb erfolgt dabei über den Antriebshebel 17, der in dem Gehäuse des Leitapparates und dem Gehäuse 11 radial und axial gelagert ist, wobei die im Querschnitt gesehen U-förmige Stellvorrichtung 8, der Übertragungshebel 18 und der Koppelhebel 19 inklusive der Schaufel 2 angetrieben wird (Antriebsmechanismus) .
Der Abtrieb erfolgt über die Stellvorrichtung 8, die mittels des Abtriebskoppelhebels 20 auf den Abtriebshebel 22 wirkt, die mit den in dem Gehäuse 11 radial und axial gelagerten, zwangsangetriebenen Schaufeln 3 verbunden sind (Abtriebsmechanismus) .
Der Kraftfluss erfolgt dabei senkrecht zu den Drehachsen bzw. Mittellinien des Hebelmechanismus 7, um Querkräfte bzw. Momente zu vermeiden.
Insgesamt wird somit eine thermisch unabhängige Führung der Stellvorrichtung 8 zur Verfügung gestellt.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Denkbar ist beispielsweise eine Anordnung, bei der ein herkömmliches Zahnradgetriebe mit einem innenverzahnten Sonnenrad und verschiedene Planetenräder vorgesehen ist, wobei das Sonnenrad mit erfindungsgemäßen, elastisch vorgespannten und sich in Umfangsrichtung erstreckenden radialen Gleitflächen versehen ist.
In der Figur 3 ist ein Teilquerschnitt durch den Leitapparat 1 dargestellt, wobei hier insbesondere das zur antriebsseitigen Schaufelseite gegenüber liegende Ende 9 der Schaufeln 2 bzw. 3 dargestellt ist.
Dem zum Antrieb 12 gegenüber liegenden Ende 9 der Schaufeln 2 bzw. 3 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein einziges strömungsführendes Element 31 zugeordnet, das über jeweils ein Zentrierelement 32 mit den Schaufeln 2 bzw. 3 verbindbar ist. Das strömungsführende Element 31, welches auch als strömungsführende Platte bzw. Ringplatte bezeichnet werden kann, ist notwendig, um nach der Montage des Eintrittsleitapparates den Abstand zum Strömungskanal zu gewährleisten, wobei das strömungsführende Element 31 auf den Schaufeln 2 bzw. 3 zentriert wird.
Das Ende 9 der Schaufeln 2 bzw. 3 weist einen Zapfen 33 auf, wobei das strömungsführende Element 31 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel achtzehn Durchgangsbohrungen aufweist, die von ihrem Innendurchmesser etwas größer ausgestaltet sind als der Außendurchmesser des jeweiligen Zapfens 33. Das Zentrierelement 32 dient zur radialen Zentrierung und zur axialen Positionierung bzw. zum axialen Halten des strömungsführenden Elementes 31, wobei das Zentrierelement axiale Fixierkomponenten 34,36 und 37 und radiale Fixierkomponenten 38 aufweist.
Zur axialen Fixierung sind die axialen Fixierkomponenten 34,36 und 37 vorgesehen. Die Fixierkomponente 34 ist als Federring bzw. als Stahlscheibe ausgeführt und der schaufelseitigen Fläche des strömungsführenden Elementes 31 zugeordnet. Die Fixierkomponente 36 ist ebenfalls als Federring bzw. als AnlaufScheibe ausgeführt und auf einer der zur schaufelseitigen Fläche gegenüber liegenden Seite des strömungsführenden Elementes 31 angeordnet. Die Fixierkomponente 37 ist als hohlzylindrischer Körper ausgeführt, der mit seinem Innendurchmesser in etwa an den Außendurchmesser des Zapfens 33 angepasst ist. Die axiale
Fixierkomponente 37 dient quasi als Abstandselement für die beiden axialen Fixierkomponenten 34 bzw. 36. Die jeweiligen Fixierkomponenten 34,36, und 37 sind innerhalb der Bohrung des strömungsführenden Elementes 31 angeordnet und weisen jeweils ein radiales Spiel zu diesem auf.
Zwischen den jeweiligen Stirnseiten der Fixierkomponente 37 und der Fixierkomponente 34 einerseits und der Fixierkomponente 36 andererseits ist jeweils die radiale Fixierkomponente 38 angeordnet, die auch als Ringelement bezeichnet werden kann.
Mittels der radialen Fixierkomponente 38 wird der Zapfen 33 radial in der Bohrung verspannt. Die radiale Fixierkomponente 38 ist in Figur 4 als Einzelheit vergrößert dargestellt. Wie der Figur 4 zu entnehmen ist, ist die radiale
Fixierkomponente 38 im Querschnitt gesehen V-förmig mit einem geschlossenen Kopfbereich 39 jeweils in Richtung zum hohlzylinderförmigen Körper 37 orientiert. Mit seinen zum Kopfbereich gegenüberliegenden freien Schenkelenden 41 ist das Ringelement jeweils in Richtung zu den axialen Fixierkomponenten 34 bzw. 36 orientiert. Deutlich entnehmbar ist der Figur 4 eine elastische Beweglichkeit der beiden V- Schenkelenden 41 bei elastischer Verformung, so dass sich beide V-Schenkel einander annähern oder voneinander entfernen können. Diese Beweglichkeit ist mittels des Doppelpfeils 42 dargestellt. Vorteilhaft übernimmt die radiale Fixierkomponente 38 bzw. das federnde Ringelement eine Dämpfungsfunktion in radialer Richtung und kann auch als Dämpfelement bezeichnet werden.
Zur Lagerung der Fixierkomponenten 34 bzw. 36 weisen die jeweils zugeordneten Seiten des strömungsführenden Elementes 31 stufenförmige Ausgestaltungen auf, welche an die Abmessungen der jeweiligen Fixierkomponente 34 bzw. 36 angepasst sind.
Mittels des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiels und der in Figur 4 als Einzelheit dargestellten radialen Fixierkomponente 38 wird eine thermisch unabhängige, radiale Zentrierung des strömungsführenden Elementes 31 mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften zur Verfügung gestellt, wobei insbesondere Eigenfrequenzen erheblich reduziert werden .

Claims

Patentansprüche :
1. Leitapparat mit verstellbaren Schaufeln (2, 3), die zumindest antriebsseitig gelagert sind, wobei jede
Schaufel (2, 3) einen Hebelmechanismus (7) aufweist, der mit einer Stellvorrichtung (8) verbunden ist, und wobei die Schaufeln (2, 3) ein zur antriebsseitigen Lagerung gegenüber liegendes Ende (9) aufweisen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h, eine den
Schaufeln (2,3) gemeinsam zugeordnete Stellvorrichtung (8), die eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Gleitlagerung aufweist, wobei sich radial gegenüberliegende Gleitlagerflächen elastisch gegeneinander verspannt sind.
2. Leitapparat nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Stellvorrichtung (8) im Querschnitt gesehen U- förmig mit einem Basissteg (23) und zwei U-Schenkeln (24) ausgeführt ist, wobei in dem Basissteg (23) zumindest eine Ausnehmung eingebracht ist, in der ein Führungselement (26) aufgenommen ist.
3. Leitapparat nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Führungselement (26) aus einem Kraftspeicher (21), einer Führungshülse (28) und einem Gleitelement (29) gebildet ist.
4. Leitapparat nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gleitelement (29) an einem zum Kraftspeicher (27) gegenüberliegenden Kopfbereich der Führungshülse (28) angeordnet ist.
5. Leitapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Hebelmechanismus (7) jeder Schaufel (2, 3) in einem gemeinsamen, separaten Gehäuse (11) aufgenommen ist und dass dem Hebelmechanismus (7) die in dem Gehäuse (11) angeordnete, radial umlaufende Stellvorrichtung (8) derart zugeordnet ist, dass zumindest eine der Schaufeln (2) über einen Antrieb (12) antreibbar ist und die anderen Schaufeln (3) zwangsangetrieben sind.
6. Leitapparat nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gehäuse (11) zweiteilig ausgestaltet ist, wobei die beiden Gehäuseteile (13, 14) kraftformschlüssig miteinander verbunden sind, wobei das Gehäuse (11) in seinem Inneren eine radial umlaufende Anlagefläche (16) für die Stellvorrichtung (8) aufweist.
7. Leitapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Hebelmechanismus (7) einen Antriebsmechanismus und einen Abtriebsmechanismus aufweist.
8. Leitapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Hebelmechanismus (7) der angetriebenen Schaufel (2) einen mit dem Antrieb (12) verbundenen Antriebshebel (17) aufweist, mit dem ein Übertragungshebel (18) verbunden ist, wobei der Übertragungshebel (18) mit einem Koppelhebel (19) verbunden ist, der mit der Stellvorrichtung (8) verbunden ist.
9. Leitapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Hebelmechanismus (7) der zwangsangetriebenen
Schaufeln (3) einen Abtriebskoppelhebel (20) aufweist, der mit einem Abtriebshebel (22) verbunden ist, der mit einem Schaufelschaft (6) der zwangsangetriebenen Schaufel (3) verbunden ist.
10. Leitapparat nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die jeweils miteinander verbundenen Hebel (18, 19; 20, 22) drehbar miteinander verbunden sind und dass der Koppelhebel (19) bzw. Abtriebskoppelhebel (20) drehbar mit der Stellvorrichtung (8) verbunden ist.
11. Leitapparat mit verstellbaren Schaufeln (2, 3), die zumindest antriebsseitig gelagert sind, wobei jede Schaufel (2, 3) einen Hebelmechanismus (7) aufweist, der mit einer Stellvorrichtung (8) verbunden ist, und wobei die Schaufeln (2, 3) ein zur antriebsseitigen Lagerung gegenüber liegendes Ende (9) aufweisen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das zum Antrieb gegenüberliegenden Ende (9) der Schaufeln (2,3) jeweils einen Zapfen (33) aufweist, der in einer Bohrung eines strömungsführenden Elementes (31) gelagert ist, wobei dem Zapfen (33) zumindest eine radiale Fixierkomponente (38) zugeordnet ist.
12. Leitapparat nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die radiale Fixierkomponente (38) als Ringelement im Querschnitt gesehen V-förmig ausgeführt ist.
13. Leitapparat nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass den zur antriebsseitigen Lagerung gegenüber liegenden Ende (9) der Schaufeln (2, 3) zumindest ein strömungsführendes Element (31) zugeordnet ist, das jeweils über Zentrierelemente (32) mit den Schaufeln (2, 3) verbindbar ist.
14. Leitapparat nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Zentrierelement (32) axiale Fixierkomponenten (34,36,37) und die zumindest eine radiale Fixierkomponente (38) aufweist.
15. Leitapparat nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Zentrierelement (32) schaufelseitig als axiale Fixierkomponente (34) eine Stahlscheibe und dazu gegenüber liegend als axiale Fixierkomponente (36) eine AnlaufScheibe aufweist, die in axialer Richtung mittels der axialen Fixierkomponenten (37), die als zylinderförmiger Körper ausgeführt ist, zueinander beabstandet sind, wobei die radiale Fixierkomponente (38) zum einen zwischen der Stahlscheibe und dem zylinderförmigen Körper und zum anderen zwischen dem zylinderförmigen Körper und der AnlaufScheibe angeordnet ist.
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