EP0253234A1 - Vorstellvorrichtung für Leitschaufeln von Turbotriebwerken - Google Patents

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EP0253234A1 EP87109592A EP87109592A EP0253234A1 EP 0253234 A1 EP0253234 A1 EP 0253234A1 EP 87109592 A EP87109592 A EP 87109592A EP 87109592 A EP87109592 A EP 87109592A EP 0253234 A1 EP0253234 A1 EP 0253234A1
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MTU Aero Engines AG
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MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line

Definitions

  • the invention relates to an adjustment device for pivotable guide vanes of turbo engines with an adjustment ring located outside the turbine housing, which is rotatably supported by bearings on a coaxial support ring and on which the pivoting lever of the guide vanes, which is flexible on the blade side perpendicular to the pivot plane, is movably arranged in four degrees of freedom.
  • Such an adjustment device is known from US-PS 29 33 234.
  • the adjustment ring is mounted on sliding members on concentrically inner carrier ring segments, which in turn are attached to the housing of the turbo engine.
  • the flexible swivel levers of the guide vanes are supported by ball joints in the adjustment ring.
  • the result of this arrangement is that the engine heat can be transferred unhindered to the adjusting device, which results in large temperature differences between the starting and operating phases of the engine with correspondingly high thermal expansions of the adjusting device.
  • sufficient elasticity or play must be provided in the adjustment device. This in turn leads to inaccuracies in the guide vane adjustments due to the large actuating forces to be transmitted, which are associated with losses in efficiency. It can e.g. B. even cause mechanical damage due to vibrations.
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and to ensure an exact setting of the guide vanes regardless of the temperature fluctuations caused by different operating states.
  • the object is achieved in that the carrier ring is connected in a heat-insulating manner to the turbine housing via a plurality of connecting lugs distributed over the circumference.
  • This arrangement ensures that the heat flow from the turbine housing to the carrier and adjusting ring remains relatively low regardless of the operating state of the engine and that this maintains an approximately constant temperature. Since the turbine housing is generally surrounded by a cooling air flow, the heat conduction via the connecting straps is further restricted.
  • the connecting straps are preferably flat sections of a ring band. This enables a surface / cross-sectional ratio that is favorable for reduced heat conduction to be achieved.
  • the connecting straps have a certain elasticity in the radial direction, as a result of which the different thermal expansions of the turbine housing, which becomes hot during operation, and of the adjustment and carrier ring that remain cool are compensated for.
  • the connecting straps are connected to a fastening ring fastened to the turbine housing. This enables simple and exact assembly of the adjusting device to be achieved.
  • the carrier ring, fastening ring and connecting straps are combined to form a bearing ring which is designed as an integral component, which leads to a simplification of the production.
  • the bearing ring can consist of two or more ring segments connected to one another, whereby the fastening of the adjustment device is facilitated.
  • the carrier ring is connected to the turbine housing via a plurality of sliding block guides distributed around the circumference.
  • the carrier ring is movable in the axial direction of the engine and can advantageously absorb different thermal expansions of the carrier ring and the housing.
  • the heat flow from the housing into the ring is reduced.
  • a fastening ring 2 is screwed to the turbine housing 9. This is connected to the U-shaped carrier ring 7 via flat connecting straps 8 (FIG. 2).
  • the adjusting ring 4 is provided with axial bores 10, in which the spherical ends of the pivot levers 3 are guided. On the blade side, the pivot levers 3 are firmly connected to the pivotable guide blades 1. To adjust the guide vanes l, the adjusting ring 4 is rotated in the circumferential direction by a device (not shown), as a result of which the spherical ends of the pivot levers 3 located in the bores l0 are also moved and in this way pivot the guide vanes l. The pivot levers 3 are bent elastically.
  • the connecting straps 8 and the swivel levers 3 are designed as flat tongues, as a result of which the heat flow from the hot turbine housing 9 onto the adjusting device remains low.
  • the carrier ring 7 is connected to the turbine housing 9 via sliding block guides 12.
  • the sliding block guides l2 distributed over the circumference - as can be seen in FIG. 4 - consist of a pin l3 attached on the support ring side, which is movably arranged between guide shoulders l4 of a fastening profile l5 screwed to the turbine housing 9.
  • the swivel lever 3 is mounted in a ball socket l6 of the carrier ring 4, as a result of which surface contact between the swivel lever 3 and the carrier ring 4 is advantageously achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für schwenkbare Leitschaufeln von Turbotriebwerken, bei der ein drehbarer Verstellring in einem konzentrischen Trägerring gelagert ist. Der Trägerring ist wärmedämmend über mehrere am Umfang verteilte Verbindungslaschen (bzw. Gleitsteinführungen) mit dem Turbinengehäuse verbunden und der Verstellring über biegsame Schwenkhebel mit den Leitschaufeln. Dadurch wird erreicht, daß der Wärmefluß vom heißen Turbinengehäuse auf die Verstellvorrichtung gering bleibt und auf diese Weise eine genaue Verstellung der Leitschaufeln zu erzielen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für schwenk­bare Leitschaufeln von Turbotriebwerken mit einem außer­halb des Turbinengehäuses befindlichen Verstellring, der über Lager an einem koaxialen Trägerring drehbar gelagert ist und an dem schaufelseitig senkrecht zur Schwenkebene biegsame Schwenkhebel der Leitschaufeln in vier Freiheitsgraden beweglich angeordnet sind.
  • Eine derartige Verstellvorrichtung ist aus der US-PS 29 33 234 bekannt. Hierbei ist der Verstellring über Gleitglieder an konzentrisch innen liegenden Trägerringsegmenten gela­gert, welche wiederum am Gehäuse des Turbotriebwerkes befestigt sind. Die biegsamen Schwenkhebel der Leitschau­feln sind über Kugelgelenke im Verstellring gelagert. Diese Anordnung hat zur Folge, daß sich die Triebwerk­wärme ungehindert auf die Verstellvorrichtung übertragen kann, wodurch sich große Temperaturunterschiede zwischen der Start- und Betriebsphase des Triebwerkes mit entspre­chend hohen Wärmedehnungen der Verstellvorrichtung er­geben. Um diese aufnehmen zu können, müssen ausreichende Elastizitäten oder Spiele in der Verstellvorrichtung vorgesehen sein. Dies wiederum führt wegen den großen zu übertragenden Betätigungskräften zu Ungenauigkeiten der Leitschaufelverstellungen, welche mit Wirkungsgrad­verlusten verbunden sind. Es kann z. B. durch Vibrationen sogar zu mechanischen Schäden führen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine exakte Einstellung der Leitschaufeln unabhängig von den durch unterschiedliche Betriebszustände hervorge­rufenen Temperaturschwankungen zu gewährleisten.
  • Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Trägerring wärmedämmend über mehrere am Umfang verteilte Verbindungslaschen mit dem Turbinengehäuse verbunden ist.
  • Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der Wärmefluß vom Turbinengehäuse auf Träger- und Verstellring unab­hängig vom Betriebszustand des Triebwerkes relativ gering bleibt und dieser eine in etwa konstante Temperatur bei­behält. Da das Turbinengehäuse im allgemeinen von einem Kühlluftstrom umgeben ist, wird die Wärmeleitung über die Verbindungslaschen weiter eingeschränkt.
  • Geringe Wärmedehnungen in triebwerksaxialer Richtung können ohne Fehler für die Schaufeleinstellung von den Laschen aufgenommen werden, während die Koaxialität von Trägerring und Triebwerk gewährleistet bleibt.
  • Vorzugsweise sind die Verbindungslaschen flache Abschnitte eines Ringbandes. Dadurch läßt sich ein für reduzierte Wärmeleitung günstiges Oberflächen-/Querschnittsverhält­nis erzielen. Außerdem weisen die Verbindungslaschen in radialer Richtung eine gewisse Elastizität auf, wo­durch die unterschiedlichen Wärmedehnungen des im Betrieb heiß werdenden Turbinengehäuses und des kühl bleibenden Verstell- und Trägerrings ausgeglichen wird.
  • In einer besonderen Ausführungform sind die Verbindungs­laschen mit einem am Turbinengehäuse befestigten Befesti­gungsring verbunden. Dadurch läßt sich eine einfache und exakte Montage der Verstellvorrichtung erzielen.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind Trägerring, Be­festigungsring und Verbindungslaschen zu einem Lagerring zusammengefaßt, der als ein integrales Bauteil ausgeführt ist, welches zu einer Vereinfachung der Herstellung führt.
  • Der Lagerring kann in einer weiteren Ausführungsform aus zwei oder mehreren miteinander verbunden Ringsegmen­ten bestehen, wodurch die Befestigung der Verstellvor­richtung erleichtert wird.
  • In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Trägerring über mehrere am Umfang verteilte Gleitstein­führungen mit dem Turbinengehäuse verbunden. Dadurch ist der Trägerring in triebwerksaxialer Richtung beweglich und kann so vorteilhafterweise unterschiedliche Wärme­dehnungen von Trägerring und Gehäuse aufnehmen. Außerdem ist der Wärmefluß vom Gehäuse in den Ring reduziert.
  • Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel wei­ter beschrieben. Dabei zeigt:
    • Fig. l einen Längsschnitt durch einen Leitschaufelkranz,
    • Fig. 2 ein Schrägbild des Träger- und Befestigungsringes,
    • Fig. 3 ein Längsschnitt durch einen alternativen Leit­schaufelkranz,
    • Fig. 4 eine Draufsicht auf die Gleitsteinführungen.
  • Nach Fig. l ist ein Befestigungsring 2 am Turbinengehäuse 9 verschraubt. Uber flache Verbindungslaschen 8 ist dieser mit dem U-förmigen Trägerring 7 verbunden (Fig. 2). Uber gleichmäßig über dem Umfang verteilte Führungsrollen 5, die durch Bolzen 6 im Trägerring 7 montiert sind, ist der Verstellring 4 in Umfangsrichtung drehbar gelagert, wobei dessen genaue Führung durch die Schultern ll des Verstellringes 4 gewährleistet wird.
  • Der Verstellring 4 ist mit axialen Bohrungen l0 versehen, in denen die kugelförmigen Enden der Schwenkhebel 3 ge­führt werden. Schaufelseitig sind die Schwenkhebel 3 fest mit den schwenkbaren Leitschaufeln l verbunden. Zur Verstellung der Leitschaufeln l wird der Verstell­ring 4 durch eine nicht dargestellte Vorrichtung in Um­fangsrichtung verdreht, wodurch die in den Bohrungen l0 befindlichen kugelförmigen Enden der Schwenkhebel 3 mit­bewegt werden und auf diese Weise die Leitschaufeln l schwenken. Dabei werden die Schwenkhebel 3 elastisch verbogen.
  • Die Verbindungslaschen 8 und die Schwenkhebel 3 sind als flache Zungen ausgeführt, wodurch der Wärmefluß vom heißen Turbinengehäuse 9 auf die Verstellvorrichtung gering bleibt.
  • Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung ist der Trägerring 7 über Gleitsteinführungen l2 mit dem Turbinengehäuse 9 verbunden.
  • Die über den Umfang verteilten Gleitsteinführungen l2 bestehen - wie in Fig. 4 zu sehen - aus einem trägerring­seitig angebrachten Stift l3, welcher zwischen Führungs­schultern l4 eines am Turbinengehäuse 9 angeschraubten Befestigungsprofils l5 beweglich angeordnet ist. Der Schwenkhebel 3 ist in der gezeigten Ausführungsform in einer Kugelpfanne l6 des Trägerringes 4 gelagert, wodurch vorteilhafterweise eine Flächenberührung zwischen Schwenk­hebel 3 und Trägerring 4 erreicht wird.

Claims (7)

1. Verstellvorrichtung für schwenkbare Leitschaufeln von Turbotriebwerken mit einem außerhalb des Turbinen­gehäuses befindlichen Verstellring, der über Lager an einem koaxialen Trägerring drehbar gelagert ist und an dem schaufelseitig senkrecht zur Schwenkebene biegsame Schwenkhebel der Leitschaufeln in vier Frei­heitsgraden beweglich angeordnet sind, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Trägerring (7) wärmedämmend über mehrere am Umfang verteilte Verbindungslaschen (8) mit dem Turbinengehäuse (9) verbunden ist.
2. Verstellvorrichtung nach Anspruch l, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Verbindungslaschen (8) flache Ab­schnitte eines Ringbandes sind.
3. Verstellvorrichtung nach Anspruch l und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslaschen (8) mit einem am Turbinengehäuse (9) befestigten Befestigungs­ring (2) verbunden sind.
4. Verstellvorrichtung nach den Ansprüchen l - 3, da­durch gekennzeichnet, daß der Trägerring (7), der Befe­stigungsring (2) und die Verbindungslaschen (8) als ein integrales Bauteil ausgeführt sind.
5. Verstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Bauteil aus zwei oder mehreren miteinander verbundenen Ringsegmenten besteht.
6. Verstellvorrichtung für schwenkbare Leitschaufeln von Turbotriebwerken mit einem außerhalb des Turbinen­gehäuses befindlichen Verstellring, der über Lager an einem koaxialen Trägerring drehbar gelagert ist und an dem schaufelseitig senkrecht zur Schwenkebene biegsame Schwenkhebel der Leitschaufeln beweglich angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerring (7) über mehrere am Umfang verteilte Gleit­steinführungen (l2) mit dem Turbinengehäuse (9) ver­bunden ist.
7. Verstellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­net, daß die Gleitsteinführungen (l2, l3, l4) jeweils radial ausgerichtet sind.
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