EP0253234B1 - Vorstellvorrichtung für Leitschaufeln von Turbotriebwerken - Google Patents

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EP0253234B1
EP0253234B1 EP87109592A EP87109592A EP0253234B1 EP 0253234 B1 EP0253234 B1 EP 0253234B1 EP 87109592 A EP87109592 A EP 87109592A EP 87109592 A EP87109592 A EP 87109592A EP 0253234 B1 EP0253234 B1 EP 0253234B1
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ring
turbine housing
adjustment device
connecting brackets
adjustment
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Christian Greune
Hilbert Holzhauer
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
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 adjusting 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 carrier ring and on which the pivoting lever of the guide vanes is arranged so as to be movable on the blade side perpendicular to the pivoting plane, and the carrier ring is heat-insulating over several Scope distributed connecting tabs is connected to the turbine housing.
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and to ensure an exact adjustment of the guide vanes regardless of the temperature fluctuations caused by different operating states, whereby a structurally simple device should be created which at the same time has high rigidity and works equally reliably under all temperature conditions.
  • the object is achieved in that the connecting straps are flat sections of a ring band.
  • 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. Small thermal expansions in the axial direction of the engine can be absorbed by the tabs without errors for the blade adjustment, while the coaxiality of the carrier ring and the engine is guaranteed.
  • the connecting straps are flat sections of a ring band, a surface / cross-sectional ratio which is favorable for reduced heat conduction can 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 lugs 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 adjusting device is facilitated.
  • 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 rotatably supported in the circumferential direction by means of guide rollers 5 distributed uniformly over the circumference, which are mounted by bolts 6 in the carrier ring 7, its precise guidance being ensured by the shoulders 11 of the adjusting ring 4.
  • 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 vanes 1.
  • 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 10 are also moved and in this way pivot the guide vanes 1.
  • 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.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)

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 beweglich angeordnet sind, und der Trägerring wärmedämmend über mehrere am Umfang verteilte Verbindungslaschen mit dem Turbinengehäuse verbunden ist.
  • Eine derartige Verstellvorrichtung aus der US-PS 4 035 101 bekanntgeworden, bei der ein Verstellring koaxial neben einem stationären Ring angeordnet ist, wobei der stationäre Ring über eine Vielzahl von Verbindungslaschen beweglich am Gehäuse befestigt ist. Der Verstellring ist mittels Rollen, die an den Laschen angebracht sind, in Umfangsrichtung verdrehbar gelagert. Diese Anordnung benötigt eine Vielzahl von Scharnieren und Lagern, welche im Betrieb hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Dadurch ist bei niedrigen Temperaturen ein Lagerspiel, bzw. bei hohen Temperaturen ein Klemmen bzw. ein Verspannen einzelner Glieder möglich.
  • Eine weitere Verstellvorrichtung ist aus der US-PS 2 933 234 bekannt. Hierbei ist ein 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 Triebwerkswärme 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, wobei eine konstruktiv möglichst einfache Vorrichtung geschaffen werden soll, die gleichzeitig hohe Steifigkeit aufweist und unter allen Temperaturbedingungen gleich zuverlässig funktioniert.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verbindungslaschen flache Abschnitte eines Ringbandes sind.
  • 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.
  • Dadurch daß die Verbindungslaschen flache Abschnitte eines Ringbandes sind, 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 Ausführungsform 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 verbundenen Ringsegmenten bestehen, wodurch die Befestigung der Verstellvorrichtung erleichtert wird.
  • Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel weiter beschrieben. Dabei zeigt:
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Leitschaufelkranz,
    • Fig. 2 ein Schrägbild des Träger- und Befestigungsringes.
  • Nach Fig. 1 ist ein Befestigungsring 2 am Turbinengehäuse 9 verschraubt. Über flache Verbindungslaschen 8 ist dieser mit dem U-förmigen Trägerring 7 verbunden (Fig. 2). Über 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 11 des Verstellringes 4 gewährleistet wird. Der Verstellring 4 ist mit axialen Bohrungen 10 versehen, in denen die kugelförmigen Enden der Schwenkhebel 3 geführt werden. Schaufelseitig sind die Schwenkhebel 3 fest mit den schwenkbaren Leitschaufeln 1 verbunden.- Zur Verstellung der Leitschaufeln 1 wird der Verstellring 4 durch eine nicht dargestellte Vorrichtung in Umfangsrichtung verdreht, wodurch die in den Bohrungen 10 befindlichen kugelförmigen Enden der Schwenkhebel 3 mitbewegt werden und auf diese Weise die Leitschaufeln 1 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.

Claims (4)

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