WO2010108876A1 - Axialturbomaschine mit axial verschiebbarem leitschaufelträger - Google Patents

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WO2010108876A1
WO2010108876A1 PCT/EP2010/053663 EP2010053663W WO2010108876A1 WO 2010108876 A1 WO2010108876 A1 WO 2010108876A1 EP 2010053663 W EP2010053663 W EP 2010053663W WO 2010108876 A1 WO2010108876 A1 WO 2010108876A1
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adjusting ring
axial turbomachine
ring
housing
leitschaufeltrager
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PCT/EP2010/053663
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English (en)
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Francois Benkler
Andreas Böttcher
Uwe Kahlstorf
Torsten Matthias
Dieter Minninger
Oliver Schneider
Peter Schröder
Vyacheslav Veitsman
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Priority to PL10713598T priority patent/PL2411632T3/pl
Priority to EP10713598.0A priority patent/EP2411632B1/de
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/22—Actively adjusting tip-clearance by mechanically actuating the stator or rotor components, e.g. moving shroud sections relative to the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/31—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation
    • F05D2250/314—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation the axes being inclined in relation to each other
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position

Definitions

  • the invention relates to an axial turbomachine with an axially displaceable Leitschaufeltrager.
  • radial gaps between blades and the housing lead to significant losses in thermal efficiency.
  • the axial turbomachine is for example a
  • the gas turbine When starting and stopping the gas turbine, the radial gaps change over time. In addition, the radial gaps change when switching from part-load operation to full-load operation of the gas turbine.
  • the gas turbine is designed so that the radial gap for the operating case, in which the radial gaps set as the smallest, are sufficiently large, so that there is virtually no contact between the blades and the housing. This has the consequence that in continuous operation of the gas turbine unnecessarily large radial gaps must be kept for this operating condition, which is associated with a significant loss of efficiency.
  • the temporal change of the radial gaps is the result of different thermal inertia behavior of the individual components of the gas turbine, in particular of the rotor, of the rotor blades and of the housing.
  • the temporal change of the radial gap causes the centrifugal force expansion, in particular of the blades, a transverse contraction of the rotor, a possible clearance in the axial bearing of the rotor, in particular in connection with the reversal of axial thrust under corresponding operating conditions of the gas turbine, a possibly occurring ovalization of the housing due to montagebe- permanent pretension and uneven heating of the housing.
  • Offenlegungssch ⁇ ft DE 1 426 818 discloses an adjustment mechanism for moving the Leitschaufeltragers in Radial ⁇ chtung.
  • eight longitudinally extending I-shaped segment carriers are distributed over the circumference of the axial turbine, at the inner end of the Leitschaufeltrager is hooked form fit.
  • the mutually contacting surfaces of the flanges of the segment carriers and the Leitschaufeltrager are formed like a saw tooth to synchronous Langsverschiebung all Segmenttrager in a radial displacement of
  • Ubersch ⁇ ng is also internally conical. Between two conical surfaces cylindrical Walzkorper are provided, which are aligned obliquely relative to the axial direction. By a relative rotation of the coupling ring against the shroud, the radial gap between the blade tips of the blades and the shroud can be adjusted.
  • the Ubersch ⁇ ng executed in a relatively thick wall thickness deforms the in a relatively thin wall running executed collar ring in terms of elastic deformation, so adapted by turning the diameter of the shroud and thus the gap between the shroud and the blade ring can be adjusted. It is disadvantageous that the shroud is elastically deformed. Even over the circumference uniform gap setting is only partially possible due to the spaced apart with each other rolling body.
  • the object of the invention is to provide a Axialturbomaschme with a high thermal efficiency, the device for Radialspaltem ein is relatively simple, reliable and accurate.
  • the axial-turbomachinery has a rotor blade grille formed by rotor blades each having a radially outer, free-standing blade tip extending obliquely to the axis of the axial turbine cylinder, a housing in which the rotor blade grille is installed and which with its inner side forms the main flow channel of the axial flow belt. Bine defined, and the blade shroud enclosing and m the inside of the housing integrated Leitschaufel- carrier with a radially inner ring inside lying on the inside of the housing, the main flow channel is continued and the Leitschaufeltrager immediately adjacent to the blade tips to form a
  • Radial gap between the envelope of the blade tips and the ring inner side is arranged, wherein the Rmgmnen- side substantially parallel to the blade tip and the Leitschaufeltrager is slidably mounted in the housing parallel to the axis of the Axialturbomaschme and has a collar which on the housing and on the Leitschau- feltrager truncated on contact surfaces and is rotatable about the axis of Axialturbomaschme, wherein the contact surfaces of the adjusting ring and of the housing and / or of the Leitsch Kirs are so employed to a plane perpendicular to the axis of the axial turbomachine plane, that when the adjusting ring is rotated about the axis of the axial turbomachine, the Leitschaufeltrager is axially displaceable by the adjusting ring.
  • the critical operating state with regard to the radial gap during hot start is. If the axial turbomachine at ⁇ play, a Axialturbme, the critical operating condition is in terms of radial gaps during cold starts. Until the components of the housing have warmed up properly after starting and thermally expanded to a larger diameter, there is a risk that the blades will touch the housing with their blade tips. The critical phase of operation, which can be expected with small radial gaps, is about 5 to 10 minutes. To remedy the erfmdungsgeINE axially slidably provided in the axial turbomachine Leitschaufeltrager, which is axially displaceable by means of the adjusting ring.
  • Characterized in that the ring inner side and the blade tips are arranged inclined to the axis of the axial ⁇ turbomachinery, can be produced by a corresponding axial displacement of the Leitschaufeltragers a change of the radial gap.
  • the measure of the radial gap can be adapted to the correspondingly prevailing operating state of the axial turbomachine for a short time, whereby the smallest possible radial gap is always desired.
  • the thermal efficiency is high in all operating states of the axial turbomachine.
  • the axial turbomachine according to the invention may additionally have a known device for adjusting the radial gaps during operation of the axial turbomachine, so that the The device and the actuation of the adjusting ring according to the invention for the suitable axial displacement of the vane carrier can be operated simultaneously at the same time.
  • After overcoming the starting phase of the axial turbomachine can be brought by appropriate actuation of the adjusting ring in its original starting position after the components have been thoroughly heated by the Leitschaufeltra ⁇ ger. Only during critical operating phases, for example, the Leitschaufeltrager can be moved accordingly.
  • the Leitschaufeltrager has an outwardly radially extending, rotating Leitschaufeltragersteg with an outwardly open annular groove, m engages a radially inwardly extending, circumferential Gehausesteg, wherein in the annular groove between the Leitschaufeltragersteg and the
  • the collar is arranged.
  • the adjusting ring is preferably located at the bottom of the annular groove, whereby the adjusting ring is mounted radially from the annular groove during rotation. It is preferred that a fixing ring is provided between the adjusting ring and the Gehausesteg, which is attached to the Gehausesteg and is in axial motion for the Leitschaufeltragers with the adjusting ring in interaction.
  • the fixing ring has on its side facing the adjusting ring side a first sawtooth profile and the adjustment ring preferably has, on its side facing the fixing ring side a second sawtooth profile, wherein the sawtooth profile in such a can nested grei ⁇ fen and slide against each other that when the adjusting ring is rotated axially is moved axially, the Leitschaufeltrager.
  • the sawtooth profile in such a can nested grei ⁇ fen and slide against each other that when the adjusting ring is rotated axially is moved axially, the Leitschaufeltrager.
  • the fixing ring is preferably fixed form fit to the Gehausesteg.
  • the form gleichige fixing of the fixing ring for example, by a radially extending groove in the Gehausesteg is provided and engages in a corresponding pas ⁇ send trained nose of the fixing ring.
  • the fixing ring is fixed to the Gehausesteg in memoris ⁇ chtung.
  • the adjusting ring is mounted on the fixing ring with a roller bearing provided between the sawtooth profiles.
  • the axes of rotation of the rolling bearings are in Radial ⁇ chtung the turbomachine. Due to the rolling bearings, the friction and wear on the sawtooth profiles during actuation of the adjusting ring is minimized, as a result of which the adjusting ring and the fixing ring have a long service life.
  • a biasing device is preferably provided, which is truncated on the housing and acting on the Leitschaufeltragersteg counteracting the adjusting ring, so that is printed by the biasing device, the Leitschaufeltragersteg always on the adjusting ring.
  • the biasing means is preferably a coil spring.
  • the inside of the ring preferably curves, and preferably the upstream side of the ring
  • Adjusting ring arranged on the Gehausesteg As a result, a compressive force can be exerted in the main flow direction when the guide blade carrier is displaced into the main flow direction by the adjusting ring.
  • the biasing device is preferably arranged on the Gehausesteg.
  • Adjusting the adjusting ring are preferably provided an adjusting rod and / or a hydraulic ram.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a conventional axial turbomaschme.
  • a conventional Axialturbomaschme 101 ge ⁇ shows.
  • the Axialturbomaschme 101 has a housing 2 with an inner side 3, with a main flow channel 4 is defined.
  • a blade ring is arranged which is formed from a plurality of rotor blades 5 arranged distributed over the circumference.
  • Each of the rotor blades 5 has upstream of a front edge 6 and downstream of a trailing edge 7. Radially outward, the blade 5 is bounded by a blade tip 8.
  • the main flow channel 4 is traversed in Figure 2 from left to right in the main flow direction, wherein the main flow channel 4 expands in the main flow direction.
  • the inner side 3 of the housing 2 is arranged inclined relative to the axis 22 of the Axialturbomaschme 101.
  • a Leitschaufeltrager 10 Radially in the region of the blade tip 8, a Leitschaufeltrager 10 is provided in the housing 2.
  • the Leitschaufeltrager 10 facing the axis 22 of the Axialturbomaschme 101 facing a ring inner side 11, which runs parallel to the blade tip 8. Between the ring inner side 11 and the blade tip 8, a radial gap 12 is formed.
  • the Leitschaufeltrager 10 has a radially outwardly extending Leitschaufeltragersteg 13, which has an outwardly opening, circumferential annular groove 9.
  • a Gehausesteg 14 is provided on the housing 2, which extends radially inwardly and is circumferential.
  • the vane trolley 10 is secured to the housing ridge 14 with fasteners such that the vane carrier 10 is stationary.
  • 1 shows a section of a Erflndungsgeclaren Axialtur- bomaschine shown.
  • the inventive axial flow turbomachine is different from the conventional axial flow turbomachine 101, as shown in FIG 2, is that the guide vane is axially slidably feltrager ⁇ arranges the Gehausesteg 14 10th
  • the annular groove 9 is of an axially wider design, with an additional annular groove 9 upstream of the housing web 14
  • the fixing ring 15 has, on its annular ring-shaped side facing the adjusting ring 16, a first saw tooth profile 17, the edges of which extend radially.
  • a second sawtooth profile 18 is formed as the correspondence to the first sawtooth profile 17.
  • the adjusting ring 16 has on its side facing away from the second sawtooth profile 18 a flat annular surface which lies flat against a side wall of the annular groove 9.
  • the fixing ring 15 has at its the
  • the adjusting ring 16 is rotatably mounted relative to the fixing ring 15 in the annular groove 9.
  • the second sawtooth profile 18 is joined to the first sawtooth profile 17. puts. Due to the obliquely set flanks of the saw tooth profile 17 and 18, a changing axial position of the fixing ring 15 relative to the adjusting ring 16 results when the adjusting ring 16 is rotated.
  • the compressive force serves as a restoring force for the Leitschaufeltrager 10, so that when the axial extent of the fixing ring 15 is reduced together with the adjusting ring 16 by the rotation of the adjusting ring 16, the Leitschaufeltrager 13 may follow the adjusting ring 16.
  • the Leitschaufeltrager 10 is moved in the Hauptstromungs ⁇ chtung and the radial gap 12 verklemert.
  • the base of the annular groove 9 is formed parallel to the axis of the axial bomax 1 and the radially inner edge of the housing web 14 rests against the bottom of the annular groove 9, so that when the Leitschaufeltrager 10 caused by an adjustment of the adjusting ring 16 axially back and forth is shifted, the Leitschaufeltrager 10 is mounted radially on the Gehausesteg 14.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Eine Axialturbomaschine weist ein Laufschaufelgitter, ein Gehäuse (2), in dem das Laufschaufelgitter eingebaut ist und einem das Laufschaufelgitter ummantelnden und in der Innenseite (3) des Gehäuses (2) integrierten Leitschaufelträger (19) auf, und der Leitschaufelträger (10) unmittelbar benachbart zu den Schaufelspitzen (8) unter Ausbildung eines Radialspalts (12) angeordnet ist, wobei der Leitschaufelträger (10) in dem Gehäuse (2) parallel zur Achse der Axialturbomaschine (1) verschiebbar gelagert ist, sowie einen Stellring (16) aufweist, der an dem Gehäuse (2) und an dem Leitschaufelträger (10) an Kontaktflächen abgestützt ist und um die Achse der Axial turbomaschine (1) drehbar ist, wobei die Kontaktflächen des Stellrings (16) und des Gehäuses (2) und/oder des Leitschaufelträgers (10) derart zu einer zur Achse der Axialturbomaschine (1) senkrechten Ebene angestellt sind, dass, wenn der Stellring (16) um die Achse der Axialturbomaschine (1) gedreht wird, der Leitschaufelträger (10) durch den Stellring (16) axial verschoben wird.

Description

Beschreibung
Axialturbomaschine mit axial verschiebbarem Leitschaufeitrager
Die Erfindung betrifft eine Axialturbomaschine mit einem axial verschiebbaren Leitschaufeltrager .
In einer Axialturbomaschine fuhren Radialspalte zwischen Laufschaufeln und dem Gehäuse zu erheblichen Einbußen im thermischen Wirkungsgrad. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es erstrebenswert die Radialspalte in allen Betriebspunkten der Axialturbomaschine möglichst klein zu halten. Die Axialturbomaschine ist beispielsweise eine
Gasturbine. Beim Anfahren und Abfahren der Gasturbine verandern sich die Radialspalte über die Zeit. Außerdem verandern sich die Radialspalte beim Wechsel vom Teillastbetrieb zum Volllastbetrieb der Gasturbine. Herkömmlich ist die Gastur- bine derart ausgelegt, dass die Radialspalte für den Betriebsfall, in dem sich die Radialspalte als am kleinsten einstellen, ausreichend groß dimensioniert sind, so dass es so gut wie zu keiner Berührung zwischen den Laufschaufeln und dem Gehäuse kommt. Dies hat zur Folge, dass im Dauerbetrieb der Gasturbine für diesen Betriebszustand unnötig große Radialspalte vorgehalten werden müssen, womit ein erheblicher Wirkungsgradverlust einhergeht.
Die zeitliche Veränderung der Radialspalte ist die Folge von unterschiedlichen thermischen Tragheitsverhalten der einzelnen Komponenten der Gasturbine, insbesondere des Rotors, der Laufschaufeln und des Gehäuses. Außerdem verursacht die zeitliche Veränderung der Radialspalte die Fliehkraftdehnung insbesondere der Laufschaufeln, eine Querkontraktion des Rotors, ein eventuelles Spiel im Axiallager des Rotors, insbesondere im Zusammenhang mit der Umkehr von Axialschub bei entsprechenden Betriebsbedingungen der Gasturbine, eine eventuell auftretende Ovalisierung des Gehäuses infolge von montagebe- dingter Vorspannung und ungleichmäßiger Erwärmung des Gehäuses .
Daher ist es bekannt, den Leitschaufeltrager zu verschieben, um die Spaltweite der Radialspalte einzustellen.
Beispielsweise offenbart die Offenlegungsschπft DE 1 426 818 einen Verstellmechanismus zum Verschieben des Leitschaufeltragers in Radialπchtung . Hierzu sind über den Umfang der Axialturbine acht sich in Längsrichtung erstreckende I -formige Segmenttrager verteilt, an deren innerem Ende der Leitschaufeltrager formschlussig verhakt ist. Die sich einander berührenden Flachen der Flansche der Segmenttrager und des Leitschaufeltrager sind sagezahnartig ausgebildet, um eine synchrone Langsverschiebung aller Segmenttrager in einer Radialverschiebung des
Leitschaufeltragers umzusetzen. Nachteilig ist hierbei, dass einerseits alle Segmenttrager stets synchron zu bewegen sind, um ein Verkippen des Leitschaufeltragers gegenüber der Maschinenachse zu vermeiden. Andererseits muss der Leitschaufeltrager über den Umfang segmentiert ausgebildet sein, wobei die einzelnen Leitschaufeltragersegmente spaltbildend gegenüberliegen, um radial verschiebbar zu sein. Das Abdichten der Spalte zwischen den Leitschaufeltragersegmenten ist daher sehr aufwandig.
Daneben ist es beispielsweise aus der DE 10 2007 003 028 Al bekannt, den den Laufschaufelspitzen gegenüberliegenden Mantelring einer Gasturbine axial zu verschieben. Zur Axialverschiebung des Mantelrings ist dieser mantelseitig konisch ausgebildet. Em den Mantelring umgreifender
Uberwurfπng ist innenseitig ebenfalls konisch ausgebildet. Zwischen beiden konischen Flachen sind zylindrische Walzkorper vorgesehen, die gegenüber der Axialrichtung schräg ausgerichtet sind. Durch eine Relativverdrehung des Überwurfrings gegen den Mantelrings kann der Radialspalt zwischen den Schaufelspitzen der Laufschaufeln und des Mantelrings eingestellt werden. Hierbei verformt der in einer relativ dicken Wandstarke ausgeführte Uberwurfπng den in einer relativ dünnen Wandstarke ausgeführten Mantelring im Sinne einer elastischen Verformung, so dass durch Verdrehen der Durchmesser des Mantelrings angepasst und damit der Spalt zwischen dem Mantelring und dem Laufschaufelkranz eingestellt werden kann. Es ist dabei nachteilig, dass der Mantelring elastisch verformt wird. Auch eine über den Umfang gleichmäßige Spalteinstellung ist nur bedingt möglich aufgrund der zueinander mit Abstand verteilten Walzkorper.
Des Weiteren ist zur Radialspaltemstellung aus der EP 1 249 577 Al die axiale Verschiebung von Leitteilen einer Turbine mittels Hydraulikkolben bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Axialturbomaschme mit einem hohen thermischen Wirkungsgrad zu schaffen, deren Vorrichtung zur Radialspaltemstellung vergleichsweise simpel, zuverlässig und exakt ist.
Die erfmdungsgemaße Axialturbomaschme weist ein Laufschau- felgitter, das von Laufschaufein mit jeweils einer radial außen liegenden, freistehenden und geneigt zur Achse der Axialturbomaschme verlaufenden Schaufelspitze gebildet ist, ein Gehäuse, in dem das Laufschaufelgitter eingebaut ist und das mit seiner Innenseite den Hauptstromungskanal der Axialtur- bine definiert, und einen das Laufschaufelgitter ummantelnden und m der Innenseite des Gehäuses integrierten Leitschaufel- trager mit einer radial mnenliegenden Ringinnenseite auf, mit der an der Innenseite des Gehäuses der Hauptstromungskanal fortgeführt ist und der Leitschaufeltrager unmittelbar benachbart zu den Schaufelspitzen unter Ausbildung eines
Radialspalts zwischen der Einhüllenden der Schaufelspitzen und der Ringinnenseite angeordnet ist, wobei die Rmgmnen- seite im Wesentlichen parallel zu der Schaufelspitze verlauft und der Leitschaufeltrager in dem Gehäuse parallel zur Achse der Axialturbomaschme verschiebbar gelagert ist sowie einen Stellring aufweist, der an dem Gehäuse und an dem Leitschau- feltrager an Kontaktflachen abgestutzt ist und um die Achse der Axialturbomaschme drehbar ist, wobei die Kontaktflachen des Stellrings und des Gehäuses und/oder des Leitschaufeltra- gers derart zu einer zur Achse der Axialturbomaschine senkrechten Ebene geringfügig angestellt sind, dass, wenn der Stellring um die Achse der Axialturbomaschine gedreht wird, der Leitschaufeltrager durch den Stellring axial verschiebbar ist.
Ist die Axialturbomaschine beispielsweise ein Axialverdichter, so ist der kritische Betriebszustand hinsichtlich der Radialspalte beim Heißstart. Ist die Axialturbomaschine bei¬ spielsweise eine Axialturbme, so liegt der kritische Betriebszustand hinsichtlich der Radialspalte beim Kaltstart. Bis sich die Bauteile des Gehäuses nach dem Start entsprechend durchwärmt haben und thermisch auf einen größeren Durchmesser sich ausgedehnt haben, besteht das Risiko, dass die Laufschaufeln mit ihren Schaufelspitzen an das Gehäuse anstreifen. Die kritische Betriebsphase, bei der mit kleinen Radialspalten zu rechnen ist, betragt etwa 5 bis 10 Minuten. Abhilfe schafft der erfmdungsgemaß in die Axialturbomaschine axial verschiebbar vorgesehene Leitschaufeltrager, der mittels des Stellrings axial verschiebbar ist. Dadurch, dass die Ringinnenseite und die Schaufelspitzen zur Achse der Axial¬ turbomaschine geneigt angeordnet sind, lasst sich durch eine entsprechende axiale Verschiebung des Leitschaufeltragers eine Veränderung des Radialspalts erzeugen. Somit kann durch eine geeignete Betätigung des Stellrings kurzzeitig das Maß des Radialspalts an den entsprechend vorherrschenden Be- tπebszustand der Axialturbomaschine angepasst werden, wobei stets ein möglichst kleiner Radialspalt angestrebt ist. Da- durch ist in allen Betπebszustanden der Axialturbomaschine der thermische Wirkungsgrad hoch.
Bei der Auslegung der Radialspalte der erfindungsgemaßen Axialturbomaschine kann auf die Berücksichtigung des Kriteriums "Pinch Point" beim Kaltstart verzichtet werden. Die erfin- dungsgemaße Axialturbomaschine kann außerdem zusatzlich eine bekannte Einrichtung zur Einstellung der Radialspalte beim Betrieb der Axialturbomaschine aufweisen, so dass die her- kommliche Einrichtung und die erfindungsgemaße Betätigung des Stellrings zum geeigneten Axialverschieben des Leitschaufel- tragers zeitgleich nebeneinander betrieben werden können. Nach Überwinden der Startphase der Axialturbomaschine kann nach erfolgter Durchwarmung der Bauteile der Leitschaufeltra¬ ger durch eine entsprechende Betätigung des Stellrings in seine ursprüngliche Ausgangsposition gebracht werden. Nur wahrend kritischer Betriebsphasen kann beispielsweise der Leitschaufeltrager entsprechend verschoben sein.
Der Leitschaufeltrager weist einen nach außen radial sich erstreckenden, umlaufenden Leitschaufeltragersteg mit einer nach außen offenen Ringnut auf, m die ein nach innen radial sich erstreckender, umlaufender Gehausesteg eingreift, wobei in der Ringnut zwischen dem Leitschaufeltragersteg und dem
Gehausesteg der Stellring angeordnet ist. Der Stellring liegt bevorzugt an dem Grund der Ringnut an, wodurch der Stellring beim Verdrehen radial von der Ringnut gelagert ist. Bevorzugt ist es, dass zwischen dem Stellring und dem Gehausesteg ein Fixring vorgesehen ist, der an dem Gehausesteg befestigt ist und zum Axialverschieben des Leitschaufeltragers mit dem Stellring in Wechselwirkung steht.
Der Fixring weist an seiner dem Stellring zugewandten Seite ein erstes Sagezahnprofil und der Stellring weist bevorzugt an seiner dem Fixring zugewandten Seite ein zweites Sagezahn- profil auf, wobei die Sagezahnprofile derart ineinander grei¬ fen und aneinander gleiten können, dass, wenn der Stellring axial verdreht wird, der Leitschaufeltrager axial verschoben wird. Hervorgerufen durch die Sagezahnprofile der beiden
Ringe ergibt sich zwischen dem Gehausesteg und dem Leitschau- feltragersteg ein axial veränderbares Maß. Dadurch ist durch die Betätigung des Stellrings der Leitschaufeltrager axial verschiebbar .
Der Fixring ist bevorzugt formschlussig an dem Gehausesteg festgelegt. Die formschlussige Festlegung des Fixrings kann beispielsweise durch eine radial verlaufende Nut, die in dem Gehausesteg vorgesehen ist und in die eine entsprechend pas¬ send ausgebildete Nase des Fixrings eingreift. Dadurch ist der Fixring an dem Gehausesteg in Umfangsπchtung festgelegt.
Bevorzugt ist der Stellring an dem Fixring mit einem zwischen den Sagezahnprofilen vorgesehenen Walzlager gelagert. Die Drehachsen der Walzlager liegen in Radialπchtung der Turbomaschine. Durch die Walzlager ist die Reibung und der Verschleiß an den Sagezahnprofilen beim Betatigen des Stellrings minimiert, wodurch der Stellring und der Fixring eine hohe Lebensdauer haben.
In der Ringnut ist bevorzugt eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, die an dem Gehäuse abgestutzt ist und an dem Leit- schaufeltragersteg dem Stellring entgegenwirkend angreift, so dass durch die Vorspanneinrichtung der Leitschaufeltragersteg stets an den Stellring angedruckt ist. Dadurch kann von der Vorspanneinrichtung eine Ruckstellbewegung des Leitschaufel- tragers hervorgerufen durch eine entsprechende Ruckstellkraft bewerkstelligt werden, wodurch der Leitschaufeltrager von dem Stellring sicher axial hm und her bewegbar ist. Die Vorspanneinrichtung ist bevorzugt eine Schraubenfeder.
Entgegen der Hauptstromungsπchtung verjungt sich bevorzugt die Ringinnenseite und bevorzugt ist stromaufseitig der
Stellring an dem Gehausesteg angeordnet. Dadurch kann beim Verschieben des Leitschaufeltragers in die Hauptstromungs- πchtung von dem Stellring eine Druckkraft in die Hauptstro- mungsπchtung ausgeübt werden. Stromabseitig ist bevorzugt die Vorspanneinrichtung an dem Gehausesteg angeordnet. Zum
Verstellen des Stellrings sind bevorzugt eine Verstellstange und/oder ein Hydraulikstempel vorgesehen.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausfuhrungsform der erfin- dungsgemaßen Axialturbomaschme anhand der beigefugten sche¬ matischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen: FIG 1 im unteren Bereich einen Längsschnitt durch den er- fmdungsgemaßen Leitschaufeltrager und im oberen Bereich einen Radialschnitt durch den erfmdungsgemaßen Leitschaufeltrager und
FIG 2 einen Längsschnitt durch eine herkömmliche Axial- turbomaschme .
In FIG 2 ist eine herkömmliche Axialturbomaschme 101 ge¬ zeigt. Die Axialturbomaschme 101 weist ein Gehäuse 2 mit einer Innenseite 3 auf, mit der ein Hauptstromungskanal 4 definiert ist. In dem Hauptstromungskanal 4 angeordnet ist ein Laufschaufelkranz angeordnet, der aus einer Mehrzahl an über den Umfang verteilt angeordneten Laufschaufeln 5 gebildet ist. Jede der Laufschaufeln 5 weist stromauf eine Vorderkante 6 und stromab eine Hinterkante 7 auf. Radial nach außen ist die Laufschaufel 5 von einer Schaufelspitze 8 begrenzt. Der Hauptstromungskanal 4 wird in FIG 2 von links nach rechts in der Hauptstromrichtung durchströmt, wobei der Hauptstromungskanal 4 in der Hauptstromrichtung sich aufweitet. Dadurch ist die Innenseite 3 des Gehäuses 2 gegen die Achse 22 der Axialturbomaschme 101 geneigt angeordnet.
Radial im Bereich der Schaufelspitze 8 ist in dem Gehäuse 2 ein Leitschaufeltrager 10 vorgesehen. Der Leitschaufeltrager 10 weist der Achse 22 der Axialturbomaschme 101 zugewandt eine Ringinnenseite 11 auf, die parallel zu der Schaufelspitze 8 verlauft. Zwischen der Ringinnenseite 11 und der Schaufelspitze 8 ist ein Radialspalt 12 ausgebildet. Der Leitschaufeltrager 10 weist einen radial nach außen sich erstreckenden Leitschaufeltragersteg 13 auf, der eine nach außen sich öffnende, umlaufende Ringnut 9 aufweist. In die Ringnut 9 eingreifend ist an dem Gehäuse 2 ein Gehausesteg 14 vorgesehen, der radial nach innen sich erstreckt und umlaufend ist. Der Leitschaufeltrager 10 ist an dem Gehausesteg 14 mit Befestigungsmitteln befestigt, so dass der Leitschaufel- trager 10 stationär ist. In FIG 1 ist ein Ausschnitt einer erflndungsgemaßen Axialtur- bomaschine gezeigt. Die erfindungsgemaße Axialturbomaschine unterscheidet sich von der herkömmlichen Axialturbomaschine 101, wie sie in FIG 2 gezeigt ist, darin, dass der Leitschau- feltrager 10 an dem Gehausesteg 14 axial verschiebbar ange¬ ordnet ist. Ferner ist im Gegensatz zur herkömmlichen Axialturbomaschine 101 bei der erfmdungsgemaßen Axialturbomaschine 1 die Ringnut 9 axial breiter ausgebildet, wobei zu- satzlich in der Ringnut 9 stromauf des Gehausestegs 14 ein
Fixring 15 und ein Stellring 16 angeordnet sind. Der Fixring
15 und der Stellring 16 sind nebeneinander liegend in der Ringnut 9 vorgesehen, wobei der Fixring 15 und der Stellring
16 an ihren Innendurchmessern am Grund der Ringnut 9 in Radi- alπchtung gelagert sind.
Der Fixring 15 hat an seiner dem Stellring 16 zugewandeten, ringförmig ausgebildeten Seite ein erstes Sagezahnprofil 17, dessen Kanten radial sich erstrecken. In der dem Fixring 15 zugewandten, ringförmig ausgebildeten Seite des Stellrings 16 ist ein zweites Sagezahnprofil 18 als die Entsprechung zu dem ersten Sagezahnprofil 17 ausgebildet. Der Stellring 16 weist an seiner dem zweiten Sagezahnprofil 18 abgewandten Seite eine flache Ringflache auf, die flachig an einer Seitenwand der Ringnut 9 anliegt. Der Fixring 15 weist an seiner dem
Sagezahnprofil 17 abgewandten Seite eine flachige Ringflache auf, die an dem Gehausesteg 14 anliegt, wobei von dieser Ringflache eine Nase 21 vorsteht, die in eine in dem Gehausesteg 14 vorgesehene Nut 20 eingreift. Die Nut 20 und die Nase 21 bilden eine formschlussige Verbindung in Umfangsπchtung, so dass von der Nase 21 der Fixring 15 in Umfangsπchtung an dem Gehausesteg 14 befestigt ist.
Der Stellring 16 ist relativ zu dem Fixring 15 in der Ringnut 9 verdrehbar gelagert. Beim Verdrehen des Stellrings 16 in der Ringnut 9 relativ zu dem Fixring 15 in die Richtung, die von den in FIG 1 gezeigten Pfeile 23 angegeben ist, wird das zweite Sagezahnprofil 18 zu dem ersten Sagezahnprofil 17 ver- setzt. Aufgrund der schräg angestellten Flanken der Sagezahn- profrle 17 und 18 ergibt sich beim Verdrehen des Stellrings 16 eine sich verändernde Axialposition des Fixrings 15 bezogen auf den Stellring 16. Dadurch, dass der Fixring 15 an dem Gehausesteg 14 axial in Hauptstromungsπchtung abgestutzt ist, wird durch das gegeneinander Versetzen der Sagezahnpro- file 17 und 18 der Stellring 16 axial entgegen der Hauptstro- mungsπchtung von dem Fixring 15 verschoben. Aufgrund der axialen Abstutzung des Stellrings 16 an dem Leitschaufeltra- gersteg 13 in der Ringnut 9, wird der Leitschaufeltrager 10 in dem Gehäuse 2 axial entgegen der Hauptstromungsπchtung verschoben. Dadurch vergrößert sich der Radialspalt 12.
Wird im Gegenzug dazu der Stellring 16 entgegen der in FIG 1 gezeigten Pfeile 23 bewegt, so geraten die Sagezahnprofile 17, 18 in stärkeren Eingriff, wodurch die axiale Ausdehnung des Fixrings 17 und des Stellrings 18 sich verkleinert. An der dem Fixring 15 abgewandten Seite des Gehausestegs 14 sind in der Ringnut 9 zwei Schraubenfedern 19 eingebaut, die so- wohl an dem Leitschaufeltragersteg 13 als auch an dem Gehausesteg 14 abgestutzt sind. Dadurch wirkt die von den Schraubenfedern 19 auf den Leitschaufeltrager 13 aufgebrachte Druckkraft in die Hauptstromungsπchtung. Die Druckkraft dient als Ruckstellkraft für den Leitschaufeltrager 10, so dass, wenn die axiale Erstreckung des Fixrings 15 zusammen mit dem Stellring 16 durch das Verdrehen des Stellrings 16 verringert wird, der Leitschaufeltrager 13 dem Stellring 16 folgen kann. Somit wird der Leitschaufeltrager 10 in die Hauptstromungsπchtung verschoben und der Radialspalt 12 ver- klemert sich.
Der Grund der Ringnut 9 ist parallel zur Achse der Axialtur- bomaschme 1 ausgebildet und der radial innenliegende Rand des Gehausestegs 14 liegt an dem Grund der Ringnut 9 an, so dass, wenn der Leitschaufeltrager 10 hervorgerufen durch eine Verstellung des Stellrings 16 axial hin und her verschoben wird, der Leitschaufeltrager 10 an dem Gehausesteg 14 radial gelagert ist.

Claims

Patentansprüche
1. Axialturbomaschine mit einem Laufschaufelgitter, das von Laufschaufeln (5) mit jeweils einer radial außen liegenden, freistehenden und geneigt zur Achse der Axialturbomaschine (1) verlaufenden Schaufelspitze (8) gebildet ist, einem Ge¬ häuse (2), in dem das Laufschaufelgitter eingebaut ist und das mit seiner Innenseite (3) den Hauptstromungskanal (4) der Axialturbomaschine (1) definiert, und einem das Lauf- schaufelgitter ummantelnden und in der Innenseite (3) des
Gehäuses (2) integrierten Leitschaufeltrager (19) mit einer radial innen liegenden Ringinnenseite (11), mit der an der Innenseite (3) des Gehäuses (2) der Hauptstromungskanal (4) fortgeführt ist und der Leitschaufeltrager (10) unmittelbar benachbart zu den Schaufelspitzen (8) unter Ausbildung eines Radialspalts (12) zwischen der Einhüllenden der Schaufelspitzen (8) und der Ringinnenseite (11) angeordnet ist, wobei die Ringinnenseite (11) im Wesentlichen parallel zu der Schaufelspitze (8) verlauft und der Leitschaufeltrager (10) in dem Gehäuse (2) parallel zur Achse der Axialturbomaschine (1) verschiebbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellring (16) vorgesehen ist, der an dem Gehäuse (2) und an dem Leitschaufeltrager (10) an Kontaktflachen abgestutzt ist und um die Achse der Axialturbomaschine (1) drehbar ist, wobei die Kontaktflachen des Stellrings (16) und des Gehäuses (2) und/oder des Leitschaufeltragers (10) derart zu einer zur Achse der Axialturbomaschine (1) senkrechten
Ebene geringfügig angestellt sind, dass, wenn der Stellring (16) um die Achse der Axialturbomaschine (1) gedreht wird, der Leitschaufeltrager (10) durch den Stellring (16) axialverschiebbar ist.
2. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Leitschaufeltrager (10) einen nach außen radial sich erstreckenden, umlaufenden Leitschaufeltragersteg (13) mit einer nach außen offenen Ringnut (9) aufweist, in die ein nach innen radial sich erstreckender, umlaufender Gehausesteg (14) eingreift, wobei in der Ringnut (9) zwischen dem Leitschaufeltragersteg (13) und dem Gehausesteg (14) der Stellring (16) angeordnet ist.
3. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 2, wobei der Stellring (16) an dem Grund der Ringnut (9) anliegt, wodurch der Stellring (16) beim Verdrehen radial von der Ringnut (16) gelagert ist.
4. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei zwischen dem Stellring (16) und dem Gehausesteg (14) ein Fixring (15) vorgesehen ist, der an dem Gehausesteg (14) befestigt ist und zum Axialverschieben des Leitschau- feltragers (10) mit dem Stellring (16) in Wechselwirkung steht.
5. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 4, wobei der Fixring (15) an seiner dem Stellring (16) zuge- wandten Seite ein erstes Sagezahnprofil (17) und der Stellring (16) an seiner dem Fixring (15) zugewandten Seite ein zweites Sagezahnprofil (18) aufweisen, wobei die Sagezahnprofile (17, 18) derart ineinander greifen und aneinander gleitbar sind, dass, wenn der Stellring (16) axial verdreht wird, der Leitschaufeltrager (10) axial verschoben wird.
6. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 5, wobei der Fixring (15) formschlussig (20, 21) an dem Gehau- sesteg (14) festgelegt ist.
7. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Stellring (16) an dem Fixring (15) mit einem zwi¬ schen den Sagezahnprofilen (17, 18) vorgesehenen Walzlager gelagert ist.
8. Axialturbomaschine gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei in der Ringnut (9) eine Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, die an dem Gehäuse (2) abgestutzt ist und an dem Leitschaufeltragersteg (13) dem Stellring (16) entgegenwir- kend angreift, so dass durch die Vorspanneinrichtung der
Leitschaufeltragersteg (13) stets an den Stellring (16) angedruckt ist.
9. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 8, wobei die Vorspanneinrichtung eine Schraubenfeder (19) ist.
10. Axialturbomaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei entgegen der Hauptstromungsπchtung die Ringinnen- seite (11) sich verjungt und stromaufseitig der Stellring (16) an dem Gehausesteg (14) angeordnet ist.
11. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 10, wobei stromabseitig die Vorspanneinrichtung an dem Gehause¬ steg (14) angeordnet ist.
12. Axialturbomaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zum Verstellen des Stellrings (16) eine Verstell¬ stange und/oder ein Hydraulikstempel vorgesehen sind.
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