EP1965038B1 - Antrieb des Stellrings für Eintrittsleitapparate bei Heissgasexpandern - Google Patents

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EP1965038B1
EP1965038B1 EP07004383.1A EP07004383A EP1965038B1 EP 1965038 B1 EP1965038 B1 EP 1965038B1 EP 07004383 A EP07004383 A EP 07004383A EP 1965038 B1 EP1965038 B1 EP 1965038B1
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EP
European Patent Office
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sliding
recess
cam
unison ring
drive shaft
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP07004383.1A
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English (en)
French (fr)
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EP1965038A1 (de
Inventor
Vinko Mikulec
Martin WÜLLER
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Priority to PCT/EP2008/051822 priority patent/WO2008107280A1/de
Publication of EP1965038A1 publication Critical patent/EP1965038A1/de
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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
    • F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/40—Transmission of power
    • F05D2260/403—Transmission of power through the shape of the drive components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position

Definitions

  • the invention relates to a turbomachine, in particular H depictgasexpander having a considerablysleitapparat, the vanes, a collar and a drive shaft, wherein the vanes are adjustable by means of the circumferentially extending adjusting ring, wherein the adjusting ring is driven by the drive shaft, wherein the drive shaft is a cam has, which engages in a recess of the adjusting ring, wherein a rotation of the drive shaft causes a movement of the adjusting ring in the circumferential direction.
  • Turbomachines e.g. Turbomachines of the type mentioned above are characterized by a multi-shaft arrangement with different rotational speeds to a central drive wheel. This provides a compact unit for multi-stage compaction / expansion for a variety of media, preferably gaseous media.
  • Such turbomachines expand the medium, which may have an inlet temperature of up to 300 ° C or, in a preferred embodiment, an inlet temperature above 300 ° C. At a media inlet temperature of more than 300 ° C one speaks of so-called hot gas expanders.
  • H facedgasexpander have at least one inlet housing, in which the spiral insert is arranged.
  • the spiral insert carries an adjustable milieusleitapparat having a collar, vanes and bolts, wherein the bolts serve as a rotation axis for adjusting the vanes.
  • the guide vanes are therefore rotatably struck on the bolt, wherein the guide vanes are simultaneously connected via a driver with the adjusting ring. Now, if the collar rotated in a desired angular amount, the driver cause a forced adjustment of the vanes to the Bol zen, so that the adjustment of the guide vanes influencing the direction and / or the speed of the medium flow to the blade or the impeller is effected.
  • the spiral insert thus has two functions. On the one hand, the spiral insert carries the adjusting mechanism (adjusting ring, etc.), with the spiral insert on the other also carries the contour ring.
  • the invention is therefore based on the object verbes a flow machine of the type mentioned, in particular a H disclosegasexpander, with simple means to verbes that the adjusting ring can be reliably adjusted even at high inlet temperatures of preferably up to 510 ° C.
  • the object is achieved by a turbomachine according to claim 1.
  • the drive shaft has a cam which engages in a recess of the adjusting ring, wherein a rotation of the drive shaft causes a displacement of the adjusting ring in the circumferential direction.
  • the cam has a rotatably mounted shaped piece or a rotatably mounted sliding block, which is provided with sliding surfaces which bear against at least one corresponding sliding surface of the recess of the adjusting ring. expedient ßiger way the cam and / or the recess sliding elements are assigned to minimize Gleitreibungsbeihong.
  • the drive shaft at its pointing to the adjusting ring cam on a bolt on which the sliding block or the fitting is arranged.
  • the cam is designed to accommodate the bolt and the sliding block favorably forked.
  • the bolt is preferably held against rotation in the respective fork legs, wherein the sliding block is connected to the bolt.
  • the sliding block transmits the desired rotational movement of the drive or the drive shaft for adjusting or for moving the adjusting ring by the desired angular amount on the adjusting ring.
  • the sliding block engages in the recess or in the groove preferably without play and is almost positively guided in the recess or received in the groove.
  • the recess is milled in a preferred embodiment as a groove in the adjusting ring. Overall, a sliding drive is thus formed, which shifts the adjusting ring by the desired angular amount for adjusting the adjusting ring.
  • the sliding elements are arranged as sliding plates on opposite side walls of the recess or the groove and are preferably held there by means of holding elements.
  • the holding elements may be designed as pins, so that the sliding elements or the sliding plates are held sufficiently secure in the groove. It is of course possible to apply the sliding elements as a coating on the corresponding side walls of the recess or the groove or to treat the side walls or the sliding plates accordingly, so that sliding surfaces are formed.
  • the sliding elements can be assigned as sliding plates to the sliding block or its side surfaces and held in a correspondingly secure position.
  • Gleitbetikept on the side surfaces be provided, of course, a corresponding processing of the side surfaces and the sliding plates is appropriate, so that corresponding sliding surfaces are formed.
  • the sliding block can also be formed completely from the suitable material to minimize the Gleitreibungsbeiamine.
  • the sliding block In the mounted position of the sliding block is preferably free of play with its sliding surfaces or with its side surfaces on corresponding sliding surfaces or on side walls of the recess or the groove.
  • the sliding elements can be assigned to either the sliding block or the recess, which of course is also conceivable to associate the sliding elements both the sliding block and the recess.
  • the sliding elements are formed in a preferred embodiment as sliding plates made of a suitable material, wherein the sliding plates are preferably made of a temperature and corrosion-resistant base material, and are coated or treated accordingly.
  • the sliding elements or sliding plates made of steel or inconel and at least on their sliding surfaces with a special layer (eg Tribaloy ® ) be coated, the invention should not be limited to the exemplified material.
  • the sliding plates can also be coated over the entire surface.
  • the coating is preferably chosen such that a sliding friction coefficient is reduced, and at the same time a high wear resistance is present.
  • the coating preferably prevents seizure and is corrosion resistant.
  • a treatment by Kolsterizing ® corrosion-resistant surface hardening
  • the sliding plates can also be completely formed from the exemplified Tribaloy ® or other suitable material. Due to the advantageous design of the sliding elements, the hot gas expander can be operated at least up to an inlet temperature of 510 ° C.
  • turbomachine in particular a hot gas expander
  • the adjusting ring or its sliding drive for adjusting the collar even at high inlet temperatures of the medium of up to 510 ° C, inter alia, due to the appropriate sliding elements is operationally reliable.
  • the invention should not be limited to the exemplified inlet temperature. Of course, this can also be higher for suitable materials.
  • FIG. 1 shows a turbomachine, which is designed in the illustrated embodiment as a hot gas expander 1 with an inlet temperature of a preferably gaseous medium of up to 510 ° C.
  • the hot gas expander 1 has at least one inlet housing 2, in which a spiral insert 3 is arranged.
  • the spiral insert 3 is assigned to an inlet guide 4 and a contour ring 6.
  • the hot gas expander 1 is associated with a diffuser 7.
  • Theticiansleitapparat 4 has a collar 8, and not shown spacers and vanes.
  • the adjusting ring 8 is assigned a drive shaft 9.
  • the vanes are connected via not shown driver with the adjusting ring 8, so that an adjustment of the adjusting ring 8 causes a corresponding adjustment of the vanes, which are rotatably mounted on the spacers.
  • the spacers thus serve as the axis of rotation of the vanes.
  • the drive shaft 9 has a cam 11 which engages in a recess of the adjusting ring 8, wherein a rotation of the drive shaft 9 causes a displacement of the adjusting ring 8 in the circumferential direction.
  • the cam has a rotatably mounted fitting or a rotatably mounted sliding block 18, which is provided with sliding surfaces which abut against at least one corresponding sliding surface of the recess 12 of the adjusting ring 8.
  • the drive shaft 9 protrudes with its opposite end 11 to the cam 11 from the diffuser 7 and its flange 14 and is sufficiently supported here.
  • the cam 11 is designed fork-shaped in the illustrated embodiment, so that a bolt 16 is preferably rotatably supported on both sides in opposite fork legs 17 ( FIG. 2 ).
  • the rotatably mounted fitting or the sliding block 18 is arranged, which is preferably secured against rotation on the bolt 16.
  • the drive shaft 9 is associated with a bearing element 19, which is penetrated by the cam 11, and is connected or screwed to the spiral insert 3.
  • the sliding block 18 are each associated on its side surfaces 21 sliding elements 22, which are designed as sliding plates 23 in the illustrated embodiment.
  • the sliding plates 23 are on suitable support members 24 on the side surfaces 21 of the recess of not in Fig. 2 shown adjusting ring 8 held.
  • the holding elements 24 are preferably designed as pins.
  • the sliding plates 23 are formed of a suitable material, and have at least on their sliding surfaces 26 a Gleitreibungsbeiwert reducing Coating on or are processed accordingly. Of course, each of the entire sliding plate 23 may be formed of a sliding friction coefficient reducing material. It is also conceivable to form the sliding block 18 from the suitable material or to coat or process its side surfaces 21 accordingly, so that the side surfaces 21 of the sliding block 18 form sliding surfaces.
  • the sliding block 18 engages in the recess 12 and the groove with the sliding elements 22 arranged thereon, so that the sliding surfaces of the sliding block 18 create corresponding thereto with the sliding elements 22 provided side walls of the recess 12 and the groove.
  • the sliding block 18 forms the sliding surfaces 26 corresponding counter-sliding surfaces.
  • FIG. 1 a preferred embodiment is shown in which the side walls 27 of the recess 12 and the groove sliding elements 22 are assigned.
  • the sliding elements 22 are held by means of holding elements 24 sufficiently on the side walls 27, wherein the holding elements 24 are again designed as pins.
  • the sliding elements 22 may be designed as previously as sliding plates 23 or as a coating.
  • the sliding block 18 engages the sliding block 18, which is executed without additional separate sliding elements but even as a coated sliding element, with a small clearance in the recess 12 and the groove, so that this with its side surfaces 21, which are referred to in this case as counter-sliding surfaces can, on the sliding surfaces 26 of the sliding elements 22 applies.
  • the sliding block 18 is adapted in its dimensions corresponding to the recess 12 and the groove with the sliding elements 22 received therein or preferred sliding plates 23.
  • a sliding drive 29 is formed, so that the adjusting ring 8 to the desired Angular amount by which the drive shaft 9 is rotated twisted. Therefore, the sliding plates 22 are coated at least on their sliding surfaces 26 in an expedient manner with a coefficient of friction reducing material.
  • FIG. 1 is such a shift of the adjusting ring 8 by means of the sliding drive 29 by means of two schematic diagrams shown.
  • a neutral position of the adjusting ring 8 is shown in the lower diagram of the diagram in the selected form of representation, wherein in the schematic diagram shown above is shown in the selected Samuelsart a shift of the adjusting ring 8 in the direction of the right sheet edge.
  • sliding plates 23 these are preferably made of a temperature- and corrosion-resistant base material, and coated or treated accordingly.
  • the sliding members 22 and sliding plates 23 may be of steel or Inconel, and at least on their slide surfaces 26 with a special layer (eg Tribaloy ®), coated or treated accordingly (Kolsterising ®) be.
  • the sliding elements 22 may also be applied directly to the sliding block 18 or to the side walls 27 as a sliding coating, of course, a corresponding Bea Stuttgart (eg kolster initiate ® ) is conceivable.
  • the spiral insert 3 is also associated with a clamping system 31 for minimizing axial gaps and a suitable sealing system 32 that seals the contour ring 6 to the diffuser 7.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere Heißgasexpander mit einem Eintrittsleitapparat, der Leitschaufeln, einen Stellring und eine Antriebswelle aufweist, wobei die Leitschaufeln mittels des in einer Umfangsrichtung sich erstreckenden Stellrings verstellbar sind, wobei der Stellring von der Antriebswelle angetrieben wird, wobei die Antriebswelle einen Nocken aufweist, der in eine Ausnehmung des Stellrings eingreift, wobei einen Verdrehung der Antriebwelle eine Bewegung des Stellrings in Umfangsrichtung bewirkt.
  • Strömungsmaschinen, z.B. Strömungsmaschinen der eingangs genannten Art zeichnen sich durch eine Mehrwellenanordnung mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten um ein zentrales Antriebsrad aus. Hierdurch wird eine kompakte Einheit für eine mehrstufige Verdichtung/Expansion für eine Vielzahl von Medien, vorzugsweise von gasförmigen Medien zur Verfügung gestellt.
  • Derartige Strömungsmaschinen expandieren das Medium, welches eine Eintrittstemperatur von bis zu 300°C oder in einer bevorzugten Ausführung eine Eintrittstemperatur über 300°C aufweisen kann. Bei einer Medieneintrittstemperatur von mehr als 300°C spricht man auch von so genannten Heißgasexpandern.
  • Diese Heißgasexpander weisen mindestens ein Einlaufgehäuse auf, in dem der Spiraleinsatz angeordnet ist. Der Spiraleinsatz trägt einen verstellbaren Eintrittsleitapparat, der einen Stellring, Leitschaufeln und Bolzen aufweist, wobei die Bolzen als Drehachse zum Einstellen der Leitschaufeln dienen.
  • Die Leitschaufeln sind also drehbar an dem Bolzen angeschlagen, wobei die Leitschaufeln gleichzeitig über einen Mitnehmer mit dem Stellring verbunden sind. Wird nun der Stellring in einem gewünschten Winkelbetrag verdreht, bewirken die Mitnehmer eine Zwangsverstellung der Leitschaufeln um den Bol zen, so dass durch die Verstellung der Leitschaufeln eine Beeinflussung der Richtung und/oder der Geschwindigkeit des Mediumstroms zu der Laufschaufel bzw. zum Laufrad bewirkt wird.
  • Der Spiraleinsatz hat somit zwei Funktionen. Zum einen trägt der Spiraleinsatz den Verstellmechanismus (Stellring usw.), wobei der Spiraleinsatz zum anderen auch den Konturring trägt.
  • Bekannt ist, den Stellring in den gewünschten Winkelgraden über einen Antrieb, der Koppelgelenke und Kunststofflagerungen aufweist zu verstellen bzw. zu verdrehen. Insbesondere bei einem Betrieb der Heißgasexpander mit einer Eintrittstemperatur von beispielsweise bis zu 510°C unterliegen die Komponenten hohen Temperaturen und Korrosionsbedingungen. Unter diesen Betriebsbedingungen sind die bekannten Koppelgelenke und insbesondere die Kunststofflagerungen nicht mehr betriebssicher einsetzbar, so dass diese versagen. Bekannter Weise sind insbesondere die Kunststofflagerungen nur bis zu einer Eintrittstemperatur von 300°C betriebssicher einsetzbar.
  • Aus der EP 1 120 547 A2 und der US 6,145,313 B1 sowie der EP 1 662 094 A2 sind bereits Turbomaschinen mit verstellbaren Leitapparaten bekannt, bei denen ein Stellring der eingangs erwähnten Art mittels eines Nockens angetrieben wird. Das verhältnismäßig hoch belastete Getriebe aus den Nocken und der entsprechenden Anlage an dem Stellring neigt - insbesondere wegen der hier als punktförmige oder linienförmige Anlagefläche gestalteten Kraftübertragung zwischen dem Nocken und der Ausnehmung des Stellrings - zu erhöhtem Verschleiß und Blockieren.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsmaschine der Eingangs genannten Art, insbesondere einen Heißgasexpander, mit einfachen Mitteln dahingehend zu verbes sern, dass der Stellring auch bei hohen Eintrittstemperaturen von bevorzugt bis zu 510°C betriebssicher verstellbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Strömungsmaschine nach Anspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Antriebswelle einen Nocken aufweist, der in eine Ausnehmung des Stellrings eingreift, wobei eine Verdrehung der Antriebswelle eine Verschiebung des Stellrings in Umfangsrichtung bewirkt. Der Nocken weist ein drehbar gelagertes Formstück bzw. einen drehbar gelagerten Kulissenstein auf, der mit Gleitflächen versehen ist, die an mindestens einer korrespondierenden Gleitfläche der Ausnehmung des Stellrings anliegen. Zweckmä ßiger Weise sind dem Nocken und/oder der Ausnehmung Gleitelemente zugeordnet, um Gleitreibungsbeiwerte zu minimieren.
  • In bevorzugter Ausgestaltung weist die Antriebswelle an ihrem zum Stellring weisenden Nocken einen Bolzen auf, an dem der Kulissenstein bzw. das Formstück angeordnet ist. Der Nocken ist zur Aufnahme des Bolzens und des Kulissensteins günstiger Weise gabelförmig ausgeführt. Mittels der gabelförmigen Ausgestaltung des Nockens ist der Bolzen vorzugsweise verdrehsicher in den jeweiligen Gabelschenkeln gehalten, wobei der Kulissenstein mit dem Bolzen verbunden ist. Der Kulissenstein überträgt die gewünschte Drehbewegung des Antriebs bzw. der Antriebswelle zum Verstellen bzw. zum Verschieben des Stellrings um den gewünschten Winkelbetrag auf den Stellring. Der Kulissenstein greift in die Ausnehmung bzw. in die Nut bevorzugt spielfrei ein und ist quasi zwangsgeführt in der Ausnehmung bzw. in der Nut aufgenommen. Die Ausnehmung ist in bevorzugter Ausführung als Nut in den Stellring eingefräst. Insgesamt wird somit ein Schiebeantrieb gebildet, welcher den Stellring um den gewünschten Winkelbetrag zum Verstellen des Stellrings verschiebt.
  • In einer ersten Ausgestaltung ist es günstig im Sinne der Erfindung, wenn die Gleitelemente als Gleitplatten an sich gegenüberliegenden Seitenwänden der Ausnehmung bzw. der Nut angeordnet und dort bevorzugt mittels Haltelementen gehalten sind. Die Haltelemente können als Stifte ausgeführt sein, so dass die Gleitelemente bzw. die Gleitplatten hinreichend lagesicher in der Nut gehalten sind. Möglich ist natürlich die Gleitelemente als Beschichtung auf die entsprechenden Seitenwände der Ausnehmung bzw. der Nut aufzubringen bzw. die Seitenwände oder die Gleitplatten entsprechend zu behandeln, so dass Gleitflächen gebildet sind.
  • In einer weiteren Ausführung können die Gleitelemente als Gleitplatten dem Kulissenstein bzw. seinen Seitenflächen zugeordnet und entsprechend lagesicher gehalten sein. Natürlich können auch hier Gleitbeschichtungen an den Seitenflächen vorgesehen sein, wobei natürlich auch eine entsprechende Bearbeitung der Seitenflächen bzw. der Gleitplatten zweckmäßig ist, so dass entsprechende Gleitflächen gebildet sind. Selbstverständlich kann der Kulissenstein auch vollständig aus dem geeigneten Material zur Minimierung der Gleitreibungsbeiwerte gebildet sein.
  • In montierter Position liegt der Kulissenstein mit seinen Gleitflächen bzw. mit seinen Seitenflächen an korrespondierenden Gleitflächen bzw. an Seitenwänden der Ausnehmung bzw. der Nut vorzugsweise spielfrei an. Die Gleitelemente können entweder dem Kulissenstein oder der Ausnehmung zugeordnet sein, wobei natürlich auch denkbar ist, die Gleitelemente sowohl dem Kulissenstein als auch der Ausnehmung zuzuordnen.
  • Die Gleitelemente sind in bevorzugter Ausgestaltung als Gleitplatten aus einem geeigneten Material gebildet, wobei die Gleitplatten bevorzugt aus einem temperatur- und korrosionsfesten Grundmaterial gefertigt sind, und entsprechend beschichtet oder behandelt sind. Beispielsweise können die Gleitelemente bzw. Gleitplatten aus Stahl oder Inconel bestehen und zumindest an ihren Gleitflächen mit einer Spezialschicht (z.B. Tribaloy®) beschichtet sein, wobei die Erfindung nicht auf den beispielhaft genannten Werkstoff beschränkt sein soll. Natürlich können die Gleitplatten auch vollflächig beschichtet sein. Die Beschichtung wird bevorzugt derart gewählt, dass ein Gleitreibungsbeiwert reduziert wird, und gleichzeitig eine hohe Verschleißfestigkeit vorhanden ist. Die Beschichtung verhindert vorzugsweise ein Fressen und ist korrosionsfest. Alternativ ist auch eine Behandlung durch Kolsterisieren® (korrosionsfestes Oberflächenhärten) möglich. Selbstverständlich können die Gleitplatten auch vollständig aus dem beispielhaft genannten Tribaloy® bzw. einem anderem geeigneten Werkstoff gebildet sein. Aufgrund der vorteilhaften Ausführung der Gleitelemente können die Heißgasexpander zumindest bis zu einer Einlasstemperatur von 510°C betrieben werden.
  • Insgesamt wird damit eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Heißgasexpander zur Verfügung gestellt, dessen Stellring bzw. dessen Schiebeantrieb zur Verstellung des Stellrings auch bei hohen Eintrittstemperaturen des Mediums von bis zu 510°C unter anderem aufgrund der zweckmäßigen Gleitelemente betriebssicher einsetzbar ist. Natürlich soll die Erfindung nicht auf die beispielhaft genannte Eintrittstemperatur beschränkt sein. Diese kann bei geeigneten Werkstoffen natürlich auch höher sein.
  • Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Querschnitt durch einen beispielhaft dargestellten Heißgasexpander mit Prinzipskizzen zur Darstellung des Stellrings, und
    Fig. 2
    eine Detaildarstellung des Antriebskopfes in perspektivischer Ansicht.
  • In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
  • Figur 1 zeigt eine Strömungsmaschine, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Heißgasexpander 1 mit einer Eintrittstemperatur eines vorzugsweise gasförmigen Mediums von bis zu 510°C ausgeführt ist. Der Heißgasexpander 1 weist mindestens ein Einlaufgehäuse 2 auf, in dem ein Spiraleinsatz 3 angeordnet ist. Dem Spiraleinsatz 3 ist ein Eintrittsleitapparat 4 und ein Konturring 6 zugeordnet. Dem Heißgasexpander 1 ist ein Diffusor 7 zugeordnet.
  • Der Eintrittsleitapparat 4 weist einen Stellring 8, sowie nicht dargestellte Abstandhalter und Leitschaufeln auf. Dem Stellring 8 ist eine Antriebswelle 9 zugeordnet.
  • Die Leitschaufeln sind über nicht gezeigte Mitnehmer mit dem Stellring 8 verbunden, so dass ein Verstellen des Stellrings 8 eine entsprechende Verstellung der Leitschaufeln bewirkt, die drehbar an den Abstandhaltern befestigt sind. Die Abstandhalter dienen somit als Drehachse der Leitschaufeln.
  • Die Antriebwelle 9 weist einen Nocken 11 auf, der in eine Ausnehmung des Stellrings 8 eingreift, wobei eine Verdrehung der Antriebswelle 9 eine Verschiebung des Stellrings 8 in Umfangsrichtung bewirkt. Der Nocken weist ein drehbar gelagertes Formstück bzw. einen drehbar gelagerten Kulissenstein 18 auf, der mit Gleitflächen versehen ist, die an mindestens einer korrespondierenden Gleitfläche der Ausnehmung 12 des Stellrings 8 anliegen.
  • Die Antriebswelle 9 ragt mit ihrem zum Nocken 11 gegenüberliegenden Ende 13 aus dem Diffusor 7 bzw. seinem Flansch 14 heraus und ist hier ausreichend gelagert.
  • Der Nocken 11 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gabelförmig ausgeführt, so dass ein Bolzen 16 beidseitig vorzugsweise verdrehsicher in sich gegenüberliegenden Gabelschenkeln 17 gelagert ist (Figur 2). An dem Bolzen 16 ist das drehbar gelagerte Formstück bzw. der Kulissenstein 18 angeordnet, welcher bevorzugt verdrehsicher an dem Bolzen 16 befestigt ist. Der Antriebswelle 9 ist ein Lagerelement 19 zugeordnet, welches von dem Nocken 11 durchdrungen wird, und mit dem Spiraleinsatz 3 verbunden bzw. verschraubt ist.
  • Dem Kulissenstein 18 sind jeweils an seinen Seitenflächen 21 Gleitelemente 22 zugeordnet, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Gleitplatten 23 ausgeführt sind. Die Gleitplatten 23 sind über geeignete Haltelemente 24 an den Seitenflächen 21 der Ausnehmung des nicht in Fig. 2 dargestellten Stellrings 8 gehalten. Die Haltelemente 24 sind bevorzugt als Stifte ausgeführt. Die Gleitplatten 23 sind aus einem geeigneten Material gebildet, und weisen zumindest an ihren Gleitflächen 26 eine Gleitreibungsbeiwert reduzierende Beschichtung auf oder sind entsprechend bearbeitet. Natürlich kann jeweils die gesamte Gleitplatte 23 aus einem Gleitreibungsbeiwert reduzierenden Material gebildet sein. Denkbar ist auch, den Kulissenstein 18 aus dem geeigneten Material zu bilden oder seine Seitenflächen 21 entsprechend zu beschichten bzw. zu bearbeiten, so dass die Seitenflächen 21 des Kulissensteins 18 Gleitflächen bilden.
  • Der Kulissenstein 18 greift in die Ausnehmung 12 bzw. die Nut mit den daran angeordneten Gleitelementen 22 ein, so dass sich die Gleitflächen des Kulissensteins 18 an dazu korrespondierende mit den Gleitelementen 22 versehenen Seitenwände der Ausnehmung 12 bzw. der Nut anlegen. Der Kulissenstein 18 bildet zu den Gleitflächen 26 entsprechende Gegen-Gleitflächen.
  • In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung dargestellt, bei welcher den Seitenwänden 27 der Ausnehmung 12 bzw. der Nut Gleitelemente 22 zugeordnet sind. Die Gleitelemente 22 sind mittels Haltelementen 24 hinreichend an den Seitenwänden 27 gehalten, wobei die Haltelemente 24 wiederum als Stifte ausgeführt sind. Die Gleitelemente 22 können wie zuvor als Gleitplatten 23 oder als Beschichtung ausgeführt sein.
  • Bei der Ausgestaltung nach Figur 1 greift der Kulissenstein 18, welcher ohne zusätzliche gesonderte Gleitelemente sondern selbst als beschichtetes Gleitelement ausgeführt ist, mit geringem Spiel in die Ausnehmung 12 bzw. die Nut ein, so dass dieser sich mit seinen Seitenflächen 21, welche in diesem Fall als Gegen-Gleitflächen bezeichnet werden können, an die Gleitflächen 26 der Gleitelemente 22 anlegt. Natürlich ist der Kulissenstein 18 in seinem Abmessungen entsprechend an die Ausnehmung 12 bzw. die Nut mit den darin aufgenommenen Gleitelementen 22 bzw. bevorzugten Gleitplatten 23 angepasst.
  • Mittels des in die Ausnehmung 12 eingreifenden Nockens 11 bzw. des Kulissensteins 18 wird vorteilhaft ein Schiebeantrieb 29 gebildet, so dass der Stellring 8 um den gewünschten Winkelbetrag, um den sich die Antriebswelle 9 verdreht verschoben wird. Daher sind die Gleitplatten 22 zumindest an ihren Gleitflächen 26 in zweckmäßiger Weise mit einem Reibungsbeiwert reduzierenden Werkstoff beschichtet.
  • In Figur 1 ist eine solche Verschiebung des Stellrings 8 mittels des Schiebeantriebes 29 mittels zweier Prinzipdarstellungen gezeigt. Beispielsweise ist in der in der Blattebene unteren Prinzipdarstellung bei der gewählten Darstellungsart eine neutrale Stellung des Stellrings 8 gezeigt, wobei in der oberhalb davon gezeigten Prinzipdarstellung bei der gewählten Darstellungsart eine Verschiebung des Stellrings 8 in Richtung zum rechten Blattrand gezeigt ist.
  • In der Ausgestaltung als Gleitplatten 23 sind diese bevorzugt aus einem temperatur- und korrosionsfesten Grundmaterial gefertigt, und entsprechend beschichtet oder behandelt. Beispielsweise können die Gleitelemente 22 bzw. Gleitplatten 23 aus Stahl oder Inconel bestehen und zumindest an ihren Gleitflächen 26 mit einer Spezialschicht (z.B. Tribaloy®) beschichtet, oder entsprechend behandelt (kolsterisieren ®) sein. Natürlich können die Gleitelemente 22 auch direkt auf den Kulissenstein 18 oder an die Seitenwände 27 als Gleitbeschichtung aufgebracht sein, wobei natürlich auch eine entsprechende Beahandlung (z.B. kolsterisieren ®) denkbar ist.
  • In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dem Spiraleinsatz 3 zudem ein Spannsystem 31 zur Minimierung axialer Spalte und ein geeignetes Dichtsystem 32 zugeordnet, dass den Konturring 6 zum Diffusor 7 abdichtet.

Claims (4)

  1. Strömungsmaschine,
    insbesondere Heißgasexpander,
    mit einem Eintrittsleitapparat, der Leitschaufeln, einen Stellring (8) und eine Antriebwelle (9) aufweist,
    wobei die Leitschaufeln mittels des in einer Umfangsrichtung sich erstreckenden Stellrings (8) verstellbar sind, wobei der Stellring (8) von der Antriebwelle (9) angetrieben wird,
    wobei die Antriebswelle (9) einen Nocken (11) aufweist, der in eine Ausnehmung (12) des Stellrings (8) eingreift, wobei einen Verdrehung der Antriebwelle (9) eine Bewegung des Stellrings (8) in Umfangsrichtung bewirkt dadurch gekennzeichnet, dass
    der Nocken (11) ein an dem Nocken drehbar gelagertes Formstück (18) aufweist, das mit Gleitflächen versehen ist, die an korrespondierenden Gleitfläche der Ausnehmung (12) des Stellrings (8) anliegen, welche Gleitflächen der Ausnehmung als Gleitplatten (23) ausgeführt sind und zumindest eine Gleitreibungsbeiwert-reduzierende Beschichtung aufweisen.
  2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Nocken (11) einen Bolzen (16) aufweist mittels dessen das Formstück (18) an dem Nocken (11) drehbar gelagert ist.
  3. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden
    Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Ausnehmung (12) Gleitelemente (22) aufweist, die jeweils an sich gegenüberliegenden Seitenwänden (27) der Ausnehmung (12) angeordnet sind und an denen das Formstück (18) oder der Nocken (11) bei einer Stellbewegung gleitet.
  4. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden
    Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Gleitelemente (22) und/oder das Formstück (18) oberflächenbehandelt sind.
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