WO2016166191A2 - Leitschaufelverstellvorrichtung und strömungsmaschine - Google Patents

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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position

Definitions

  • the invention relates to a Leitschaufelverstellvortechnische for a turbomachine and a turbomachine with such Leitschaufelverstellvorrich- device.
  • Turbomachines known from practice have a rotor and a stator.
  • the rotor of a turbomachine comprises a shaft and a plurality of rotating together with the rotor blades, wherein the blades form at least one blade ring.
  • the stator of a turbomachine comprises a housing and a plurality of stationary vanes, wherein the vanes form at least one vane ring.
  • Leitschaufelverstellvoriquesen known from practice in this case have a drive shaft to which a drive motor can be coupled and which is drivable via the drive motor.
  • the rotation of the drive shaft via the drive motor with the aid of a control ring on all vanes of a vane ring is transferred, so therefore all the vanes of a vane ring indirectly adjusted or rotated with the interposition of the control ring, starting from the drive shaft.
  • the control ring of guide vane adjusting devices known from practice can be rotated in the circumferential direction, but can not be displaced in the axial direction and in the radial direction.
  • Leitschaufelverstellvorettien From the practice known Leitschaufelverstellvoroplastyen have the disadvantage that incurred relatively much friction on the same. Furthermore, they are designed for a high torsional load. Therefore, known from practice Leitschaufelverstellvorierien must be sized accordingly large. However, this is disadvantageous in view of the limited installation space available on turbomachines.
  • the object of the invention is to provide a novel guide vane adjusting device for a turbomachine and a turbomachine with such a vane adjusting device.
  • the drive shaft is directly coupled to one of the vanes of the vane ring, such that this vane ring of the vane ring is directly rotatable, starting from the drive shaft without the interposition of the control ring.
  • the drive shaft or the vane directly driven by the drive shaft is pivotally coupled to the control ring via a transmission lever.
  • the drive shaft is indirectly coupled to the other vanes of the vane ring such that the other vanes of the vane ring are rotatable indirectly from the drive shaft with the interposition of the control ring.
  • the indirectly drivable by the drive shaft vanes are pivotally coupled to the control ring via other transmission lever.
  • Control ring is displaceable in the circumferential direction and in the axial direction, so that forces at coupling points between the control ring and the coupling arms articulated to the control ring perpendicular to the transmission levers.
  • the guide vanes of the vane ring that are indirectly rotatable or indirectly coupled to the drive shaft are articulated to the control ring via a transmission lever.
  • the control ring is displaceable in the circumferential direction and in the axial direction and guided only displaceable in the radial direction. In this way, it can ultimately be ensured that forces at the coupling points between the control ring and the transmission levers pivotally coupled to the control ring are always perpendicular to the transmission levers so that bearings of the guide vanes are not loaded by parasitic force components.
  • a Leitschaufelverstellvor- direction can be dimensioned smaller so that the same has a smaller space requirement.
  • the drive shaft or directly driven by the drive shaft guide vane is pivotally coupled to the control ring via a multi-part transmission lever, wherein a first segment of the multi-part transmission lever is rigidly coupled to the drive shaft or with the directly driven by the drive shaft vane, and wherein a second segment of the multi-piece transmission lever is pivotally coupled to the control ring.
  • the first segment of the multi-part transmission lever is pivotally coupled to the second segment of the multi-part transmission lever to form a two-part transmission lever. This allows a particularly advantageous coupling of the drive shaft or the directly from the drive shaft driven vane with the control ring.
  • the indirectly drivable by the drive shaft guide vanes with the control ring via one-piece, elastically deformable transmission lever are articulated coupled.
  • the indirectly driven by the drive shaft vanes with the control ring articulated via multi-part transmission lever wherein a first segment of each of these multi-part transmission lever is rigidly coupled to the respective vane, and wherein a second segment of each of these multi-part transmission lever articulated is coupled to the control ring.
  • the first segment of the respective multi-part transmission lever is then preferably articulated to the second segment of the respective multi-part transmission lever to form a two-part transmission lever.
  • the two variants allow an advantageous coupling of the indirectly rotatable vanes with the control ring.
  • the first variant with the one-piece transmission levers between the control ring and indirectly driven by the drive shaft guide vanes is structurally simpler than the second variant with the multi-part transmission levers.
  • the second variant with the multi-part transmission levers builds more compact.
  • the turbomachine is defined in claim 10.
  • Fig. 1 shows a perspective section of a turbomachine in
  • Fig. 2 is a plan view of the arrangement of Figure 1 in a first state.
  • Fig. 3 is a fragmentary side view of Fig. 2;
  • Fig. 4 is a plan view of the arrangement of Figure 1 in a second state.
  • Fig. 5 is a fragmentary side view of Fig. 4;
  • FIG. 6 shows a partial cross section through an alternative Leitschaufelverstell- device.
  • FIG. 7 shows a partial cross-section, offset by 90 ° with respect to FIG. 1, through the vane adjusting device of FIG. 6;
  • FIG. 7 shows a partial cross-section, offset by 90 ° with respect to FIG. 1, through the vane adjusting device of FIG. 6;
  • FIG. 8 shows the arrangement of FIG. 7 without housing in a perspective view
  • Fig. 9 is a detail of Fig. 8.
  • Fig. 10 is a detail of the vane adjusting devices; Fig. 1 1 an alternative to the detail of Fig. 10;
  • Fig. 12 shows an alternative to the arrangement of Fig. 8;
  • Fig. 13 is a detail of Fig. 12;
  • FIG. 14 shows an alternative to the detail of FIG. 13.
  • the present invention relates to a Leitschaufelverstellvortechnische for a turbomachine and a turbomachine with at least one such Leitschaufelverstellvortechnisch.
  • a turbomachine comprises a rotor with rotor-side rotor blades and a stator with stator-side stator blades.
  • the blades of the rotor form at least one blade ring, wherein the or each blade ring rotates together with a shaft of the rotor.
  • the vanes of the stator form at least one vane ring which is connected to a stator-side housing.
  • 1 shows a section of a turbomachine in the region of a guide vane ring 20 comprising a plurality of stator blades 21.
  • Each of the guide vanes 21 has a blade root or blade journal 22 and an airfoil blade 23, wherein the blade journal 22 of the respective stator blade 21 is positioned radially outward and acts on a housing structure 24 of the turbomachine.
  • the present invention now relates to a vane adjusting device for the guide vanes 21 of such a vane ring 20, by means of which the guide vanes 21 can be rotated about extending in the radial direction of the rotor, not shown, the stator blades 25 of the guide vanes 20.
  • the blade roots 22 of the vanes 21 are thus rotatably mounted in the housing structure 24, namely such that each of the vanes 21 can be rotated about the respective radially extending vane axis 25.
  • the vane adjusting device for rotating the guide vanes 21 of the vane ring 20 about their radially extending Leitschaufel- axes 25 includes a drive shaft 26 which is coupled to a drive motor, not shown, and which is driven by the drive motor.
  • the drive shaft 26 is directly coupled to one of the vanes 21 of the vane ring 20, namely such that this vane 21 of the Leitschaufelkran- zes 20, starting from the drive shaft 26 is directly rotatable.
  • the drive shaft 26 preferably runs coaxially with the blade journal 22 of this directly rotatable guide blade 21 or coaxially with the blade axis 25 of this directly rotatable guide blade 21.
  • the vane adjusting device further comprises a control ring 27.
  • the drive shaft 26 or the directly from the drive shaft 26 driven vane 21 is pivotally coupled to the control ring 27 via a transmission lever 28.
  • the drive shaft 26 is indirectly coupled to the other vanes 21 of the vane ring 20 via the control ring 27, so that the remaining vanes 21 of the vane ring 20 of the drive shaft 26 are indirectly rotatable, namely with the interposition of the control ring 27, the rotation of the drive shaft 26 on the remaining vanes 21 of the vane ring 20 transmits.
  • This indirectly by the drive shaft 26 driven or rotatable vanes 21 of the vane ring 20 are coupled to the control ring 27 via other transmission lever 29 articulated.
  • the control ring 27, on which on the one hand the directly adjustable from the drive shaft 26 from the guide vane 21 via the transmission lever 28 and on the other hand indirectly from the drive shaft 26 rotatable vanes 21 are connected via the transmission lever 29, in the circumferential direction U and in the axial direction A can be displaced.
  • This displaceability of the control ring 27 in the circumferential direction U and in the axial direction A and by the articulated connection of the transmission levers 28 and 29 to the control ring 27 extend forces during rotation of the vanes 21 at the coupling points between the control ring 27 and the articulated to the control ring 27 coupled transmission levers 28, 29 attack, always perpendicular to the transmission levers 27, 28th
  • This multi-part transmission lever 28 has at least one first segment 31 which is rigidly coupled to the drive shaft 26 or to the guide vane 21 which can be driven directly by the drive shaft 26, and a second segment 32 which is pivotally coupled to the control ring 27.
  • two spherical spherical plain bearings 33 are formed between the first segment 31 of the two-part transmission lever 28 and the second segment 32 thereof. Further, between the second segment 32 of this transmission lever 28 and the control ring 27, a further spherical spherical plain bearing 34 is formed.
  • the indirectly driven by the drive shaft 26 of the guide vanes 21 are coupled to the control ring 27 via the transmission lever 29, which in the embodiments of FIGS. 1 to 9 also as a multi-part transmission lever 29th are executed.
  • Each of these transmission levers 29 has a first segment 35 which is rigidly coupled to the respective vane 21, and a second segment 36 which is pivotally coupled to the control ring 27, wherein in the embodiments of Figs. 1 to 9, this transmission - Lever 29 as well as the transmission lever 28 are formed as a two-part transmission lever 29.
  • the first segment 35 of the respective transmission lever 29 is then articulated to the second segment 36, wherein according to the illustrated embodiments of FIGS.
  • FIGS. 10 and 11 show such a control ring 27 in a sole view, wherein an inner running surface 39 of the control ring 27 of FIG. 10 is preferably coated with anti-friction varnish or a PTFE fabric in order to reduce the friction thereon.
  • Fig. 1 1 shows an alternative embodiment of the control ring 27, which in contrast to FIG. 10 is not formed in one piece, but rather in several parts and comprises a plurality of so-called sliding pads 40 which detachable with a main body 41 of the control ring 27 of FIG are connected.
  • the sliding pads 40 prevent tilting of the control ring 27 in the movement of the same in the axial direction and circumferential direction and allow a backlash-free mounting of the control ring 27 on the housing structure 24.
  • the sliding pads 40 are interchangeable and preferably made of a material with good sliding properties and thus low coefficients of friction.
  • the sliding pads 40 are hingedly connected to the base body 41 via sliding pad holders 40a, such that they are each mounted rotatably about an axis which are tangent to the circumference and perpendicular to the axis of rotation of the control ring 27.
  • the transmission levers 29, which serve to couple the guide vanes 21 indirectly driven by the drive shaft 26 to the control ring 27, are designed as one-piece, elastically deformable transmission levers 29.
  • the one-piece, elastically deformable transmission lever 29 at one end fixed to the respective vane 21 and at an opposite end via a spherical pivot bearing 42 with the
  • Control ring 27 coupled.
  • the same bending elastic is deformable to compensate for a changing in the circumferential displacement and axial displacement of the control ring 27 between the control ring 27 and the indirectly displaceable vanes 21 height offset or radial offset.
  • FIG. 14 differs from the embodiment of FIGS. 12 and 13 by the specific embodiment of the transmission lever 28 and 29th
  • a guide blade 21 of the guide blade ring 20 can be driven directly by a drive shaft 26.
  • the drive shaft 26 or the directly driven vane 21 is coupled to a control ring 27.
  • This coupling is preferably carried out via a two-part pivot lever 28 with preferably three spherical plain bearings.
  • All other vanes 21 of the vane ring 20 are indirectly driven by the drive shaft 26 via the control ring 27, said vanes 21 are coupled via further transmission lever 29 to the control ring 27.
  • the control ring 27 is mounted radially coaxial with the axis of rotation of a rotor, not shown, and can perform an axial linear movement and a rotational movement superimposed in the circumferential direction.
  • the transmission levers 29, which serve to couple the indirectly adjustable guide vanes to the control ring 27, can, like the transmission lever 28, which serves to connect the directly adjustable guide vane 21 to the control ring 27, be made in several parts or alternatively in one piece.
  • hinge joints can also be used.
  • the transmission levers 28, 29 engage outside the housing structure 24 at the radially outer ends of the blade roots.
  • the transmission levers 28, 29 engage between the bearing stems 30 of the transmission levers 28, 29.
  • the vane adjuster of the present invention provides efficient kinematics for relocating the guide scooping a vane ring at low component loads, which high suction pressures can be used in a turbomachine, which uses the Leitschaufelverstellvorraum.

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Abstract

Leitschaufelverstellvorrichtung für eine Strömungsmaschine, nämlich zur Verdrehung mehrerer zu einem Leitschaufelkranz gruppierter Leitschaufeln um eine sich in radialer Richtung eines Rotors der Strömungsmaschine erstreckende Leitschaufelachse, mit einer Antriebswelle (26), an die ein Antriebsmotor koppelbar ist und die über den Antriebsmotor antreibbar ist; und mit einem Steuerring (27), der eine Verdrehung der Antriebswelle (26) zur Verdrehung von Leitschaufeln (21) des Leitschaufelkranz (20) auf dieselben überträgt; wobei die Antriebswelle (26) mit einer der Leitschaufeln (21) des Leitschaufelkranzes (20) direkt gekoppelt ist, derart, dass diese Leitschaufel des Leitschaufelkranzes ausgehend von der Antriebswelle (26) ohne Zwischenschaltung des Steuerrings (27) direkt verdrehbar ist; wobei die Antriebswelle (26) oder die direkt von der Antriebswelle (26) antreibbare Leitschaufel (21) mit dem Steuerring (27) über einen Übertragungshebel (28) gelenkig gekoppelt ist; wobei die Antriebswelle (26) mit den anderen Leitschaufeln (21) des Leitschaufelkranzes (20) indirekt gekoppelt ist, derart, dass die anderen Leitschaufel des Leitschaufelkranzes ausgehend von der Antriebswelle (26) unter Zwischenschaltung des Steuerrings (27) indirekt verdrehbar sind; wobei die indirekt von der Antriebswelle (26) antreibbaren Leitschaufeln (21) mit dem Steuerring (27) über weitere Übertragungshebel (29) gelenkig gekoppelt sind; und wobei der Steuerring (27) in Umfangsrichtung und in Axialrichtung verlagerbar ist, sodass Kräfte an Kopplungspunkten zwischen dem Steuerring (27) und den gelenkig mit dem Steuerring (27) gekoppelten Übertragungshebeln (28, 29) senkrecht zu den Übertragungshebeln (28, 29) verlaufen.

Description

Leitschaufelverstellvorrichtung und Strömungsmaschine
Die Erfindung betrifft eine Leitschaufelverstellvorrichtung für eine Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine mit einer solchen Leitschaufelverstellvorrich- tung.
Aus der Praxis bekannte Strömungsmaschinen verfügen über einen Rotor und ei- nen Stator. Der Rotor einer Strömungsmaschine umfasst eine Welle sowie mehrere zusammen mit der Welle rotierende Laufschaufeln, wobei die Laufschaufeln zumindest einen Laufschaufelkranz ausbilden. Der Stator einer Strömungsmaschine umfasst ein Gehäuse sowie mehrere feststehende Leitschaufeln, wobei die Leitschaufeln mindestens einen Leitschaufelkranz ausbilden.
Aus der Praxis ist es bereits bekannt, die Leitschaufeln eines Lautschaufelkranzes einer Strömungsmaschine über eine Leitschaufelverstellvorrichtung derart zu verstellen, dass die Leitschaufeln um eine sich in radialer Richtung des Rotors erstreckende Leitschaufelachse drehbar sind.
Aus der Praxis bekannte Leitschaufelverstellvorrichtungen verfügen dabei über eine Antriebswelle, an die ein Antriebsmotor koppelbar ist und die über den Antriebsmotor antreibbar ist. Bei aus der Praxis bekannten Leitschaufelverstellvor- richtungen wird die Verdrehung der Antriebswelle über den Antriebsmotor mit Hilfe eines Steuerrings auf alle Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes übertragen, sodass demnach alle Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes indirekt unter Zwischenschaltung des Steuerrings ausgehend von der Antriebswelle verstellt bzw. verdreht werden. Dabei ist der Steuerring von aus der Praxis bekannten Leit- schaufelverstellvorrichtungen in Umfangsrichtung verdrehbar, jedoch in Axialrich- tung und Radialrichtung nicht verlagerbar. Aus der Praxis bekannte Leitschaufelverstellvorrichtungen verfügen über den Nachteil, dass an denselben relativ viel Reibung anfällt. Ferner sind dieselben einer hohen Torsionsbelastung ausgelegt. Daher müssen aus der Praxis bekannte Leitschaufelverstellvorrichtungen entsprechend groß dimensioniert werden. Dies ist jedoch im Hinblick auf den limitierten Bauraum, der an Strömungsmaschinen zur Verfügung steht, von Nachteil.
Hievon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Leit- schaufelverstellvorrichtung für eine für eine Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine mit einer solchen Leitschaufelverstellvorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Leitschaufelverstellvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Antriebswelle ist mit einer der Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes direkt gekoppelt, derart, dass diese Leitschaufel des Leitschaufelkranzes ausgehend von der Antriebswelle ohne Zwischenschaltung des Steuerrings direkt verdrehbar ist. Die Antriebswelle oder die direkt von der Antriebswelleantreibbare Leitschaufel ist mit dem Steuerring über einen Übertragungshebel gelenkig gekoppelt. Die Antriebswelle ist mit den anderen Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes indirekt gekoppelt, derart, dass die anderen Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes ausgehend von der Antriebswelle unter Zwischenschaltung des Steuerrings indirekt verdrehbar sind. Die indirekt von der Antriebswelle antreibbaren Leitschaufeln sind mit dem Steuerring über weitere Übertragungshebel gelenkig gekoppelt. Der
Steuerring ist in Umfangsrichtung und in Axialrichtung verlagerbar, sodass Kräfte an Kopplungspunkten zwischen dem Steuerring und den gelenkig mit dem Steuerring gekoppelten Übertragungshebeln senkrecht zu den Übertragungshebeln verlaufen. Die obigen Merkmale ermöglichen es, in Kombination miteinander, den Anfall an Reibung sowie die Torsionsbelastung zu reduzieren. Eine der Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes ist direkt von der Antriebswelle ohne Zwischenschaltung des Steuerrings verdrehbar. Die anderen Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes sind unter Zwischenschaltung des Steuerrings indirekt ausgehend von der Antriebswelle verdrehbar. Die direkt verdrehbare bzw. direkt mit der Antriebswelle gekoppelte Leitschaufel ist mit dem Steuerring über einen Übertragungshebel gelenkig gekoppelt. Ferner sind die indirekt verdrehbaren bzw. indirekt mit der Antriebswelle gekoppelten Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes mit dem Steuerring über Über- tragungshebel gelenkig gekoppelt. Der Steuerring ist dabei in Umfangsrichtung und in Axialrichtung verlagerbar und ausschließlich in Radialrichtung nicht verlagerbar geführt. Hierdurch kann letztendlich gewährleistet werden, dass Kräfte an den Kopplungspunkten zwischen dem Steuerring und den gelenkig mit dem Steuerring gekoppelten Übertragungshebeln stets senkrecht zu den Übertragungshe- beln verlaufen, sodass Lager der Leitschaufeln nicht durch parasitäre Kraftkomponenten belastet werden. Letztendlich kann hierdurch eine Leitschaufelverstellvor- richtung geringer dimensioniert werden, sodass dieselbe einen geringeren Bauraumbedarf aufweist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebswelle oder die direkt von der Antriebswelle antreibbare Leitschaufel mit dem Steuerring über einen mehrteiligen Übertragungshebel gelenkig gekoppelt, wobei ein erstes Segment des mehrteiligen Übertragungshebels starr mit der Antriebswelle oder mit der direkt von der Antriebswelle antreibbaren Leitschaufel gekoppelt ist, und wobei ein zweites Segment des mehrteiligen Übertragungshebels gelenkig mit dem Steuerring gekoppelt ist. Vorzugsweise ist das erstes Segment des mehrteiligen Übertragungshebels mit dem zweiten Segment des mehrteiligen Übertragungshebels unter Ausbildung eines zweiteiligen Übertragungshebels gelenkig gekoppelt. Dies erlaubt eine besonders vorteilhafte Kopplung der Antriebswelle oder der direkt von der Antriebswelle antreibbaren Leitschaufel mit dem Steuerring. Nach einer ersten Variante der Erfindung sind die indirekt von der Antriebswelle antreibbaren Leitschaufeln mit dem Steuerring über einteilige, elastisch verformbare Übertragungshebel gelenkig gekoppelt. Alternativ sind nach einer zweiten Variante der Erfindung die indirekt von der Antriebswelle antreibbaren Leitschaufeln mit dem Steuerring über mehrteilige Übertragungshebel gelenkig gekoppelt, wobei ein erstes Segment jedes dieser mehrteiligen Übertragungshebel starr mit der jeweiligen Leitschaufel gekoppelt ist, und wobei ein zweites Segment jedes dieser mehrteiligen Übertragungshebel gelenkig mit dem Steuerring gekoppelt ist. In der zweiten Variante ist dann vorzugsweise das erste Segment des jeweiligen mehr- teiligen Übertragungshebels mit dem zweiten Segment des jeweiligen mehrteiligen Übertragungshebels unter Ausbildung eines zweiteiligen Übertragungshebels gelenkig gekoppelt. Diese beiden Varianten erlauben eine vorteilhafte Kopplung der indirekt verdrehbaren Leitschaufeln mit dem Steuerring. Die erste Variante mit den einteiligen Übertragungshebeln zwischen dem Steuerring und den indirekt von der Antriebswelle antreibbaren Leitschaufeln ist konstruktiv einfacher als die zweite Variante mit den mehrteiligen Übertragungshebeln. Die zweite Variante mit den mehrteiligen Übertragungshebeln baut jedoch kompakter.
Die Strömungsmaschine ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen perspektivischen Ausschnitt aus einer Strömungsmaschine im
Bereich eines Leitschaufelkranzes und einer Leitschaufelverstellvorrich- tung für die Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 1 in einem ersten Zustand; Fig. 3 eine ausschnittsweise Seitenansicht der Fig. 2; Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 1 in einem zweiten Zustand;
Fig. 5 eine ausschnittsweise Seitenansicht der Fig. 4;
Fig. 6 einen teilweisen Querschnitt durch eine alternative Leitschaufelverstell- vorrichtung; Fig. 7 einen gegenüber Fig. 1 um 90° versetzten teilweisen Querschnitt durch die Leitschaufelverstellvorrichtung der Fig. 6;
Fig. 8 die Anordnung der Fig. 7 ohne Gehäuse in perspektivischer Ansicht;
Fig. 9 ein Detail der Fig. 8;
Fig. 10 ein Detail der Leitschaufelverstellvorrichtungen; Fig. 1 1 eine Alternative zum Detail der Fig. 10;
Fig. 12 eine Alternative zur Anordnung der Fig. 8;
Fig. 13 ein Detail der Fig. 12; und
Fig. 14 eine Alternative zum Detail der Fig. 13.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Leitschaufelverstellvorrichtung für eine Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine mit mindestens einer solchen Leitschaufelverstellvorrichtung.
Der grundsätzliche Aufbau einer Strömungsmaschine ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig. Es sei an dieser Stelle der Vollständigkeit halber ausgeführt, dass eine Strömungsmaschine einen Rotor mit rotorseitigen Laufschaufeln und einen Stator mit statorseitigen Leitschaufeln umfasst.
Die Laufschaufeln des Rotors bilden mindestens einen Laufschaufelkranz, wobei der oder jeder Laufschaufelkranz zusammen mit einer Welle des Rotors rotiert. Die Leitschaufeln des Stators bilden mindestens einen Leitschaufelkranz, der an einem statorseitigen Gehäuse angebunden ist. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Strömungsmaschine im Bereich eines Leitschaufelkranzes 20 aus mehreren Leitschaufeln 21 . Jede der Leitschaufeln 21 verfügt über einen Schaufelfuß bzw. Schaufelzapfen 22 und ein Schaufelblatt 23, wobei der Schaufelzapfen 22 der jeweiligen Leitschaufel 21 radial außen positio- niert ist und an einer Gehäusestruktur 24 der Strömungsmaschine angreift.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun eine Leitschaufelverstellvorrichtung für die Leitschaufeln 21 eines solchen Leitschaufelkranzes 20, mit Hilfe derer die Leitschaufeln 21 um sich in radialer Richtung des nicht gezeigten Rotors der Strö- mungsmaschine erstreckende Leitschaufelachsen 25 der Leitschaufeln 20 verdreht werden können.
Die Schaufelfüße 22 der Leitschaufeln 21 sind demnach verdrehbar in der Gehäusestruktur 24 gelagert, nämlich derart, dass jede der Leitschaufeln 21 um die je- weilige sich in radialer Richtung erstreckende Leitschaufelachse 25 verdreht werden kann.
Die Leitschaufelverstellvorrichtung zur Verdrehung der Leitschaufeln 21 des Leitschaufelkranzes 20 um ihre sich in radialer Richtung erstreckenden Leitschaufel- achsen 25 umfasst eine Antriebswelle 26, die an einen nicht gezeigten Antriebsmotor koppelbar ist und die vom Antriebsmotor aus antreibbar ist.
Die Antriebswelle 26 ist mit einer der Leitschaufeln 21 des Leitschaufelkranzes 20 direkt gekoppelt, nämlich derart, dass diese Leitschaufel 21 des Leitschaufelkran- zes 20, ausgehend von der Antriebswelle 26 direkt verdrehbar ist.
Die Antriebswelle 26 verläuft vorzugsweise koaxial zum Schaufelzapfen 22 dieser direkt verdrehbaren Leitschaufel 21 bzw. koaxial zur Schaufelachse 25 dieser direkt verdrehbaren Leitschaufel 21 . Die Leitschaufelverstellvorrichtung umfasst weiterhin einen Steuerring 27. Die Antriebswelle 26 oder die direkt von der Antriebswelle 26 antreibbare Leitschaufel 21 ist mit dem Steuerring 27 über einen Übertragungshebel 28 gelenkig gekoppelt.
Die Antriebswelle 26 ist mit den anderen Leitschaufeln 21 des Leitschaufelkranzes 20 über den Steuerring 27 indirekt gekoppelt, sodass die übrigen Leitschaufeln 21 des Leitschaufelkranzes 20 von der Antriebswelle 26 aus indirekt verdrehbar sind, nämlich unter Zwischenschaltung des Steuerrings 27, der die Verdrehung der Antriebswelle 26 auf die übrigen Leitschaufeln 21 des Leitschaufelrings 20 überträgt. Diese indirekt von der Antriebswelle 26 aus antreibbaren bzw. verdrehbaren Leitschaufeln 21 des Leitschaufelrings 20 sind mit dem Steuerring 27 über weitere Übertragungshebel 29 gelenkig gekoppelt.
Der Steuerring 27, an welchem einerseits die direkt von der Antriebswelle 26 aus verstellbare Leitschaufel 21 über den Übertragungshebel 28 und andererseits die indirekt von der Antriebswelle 26 aus verdrehbaren Leitschaufeln 21 über die Übertragungshebel 29 angebunden sind, ist in Umfangsrichtung U und in Axialrichtung A verlagerbar. Durch diese Verlagerbarkeit des Steuerrings 27 in Umfangsrichtung U und in Axialrichtung A sowie durch die gelenkige Anbindung der Übertragungshebel 28 und 29 an den Steuerring 27 verlaufen Kräfte, die während des Verdrehens der Leitschaufeln 21 an den Kopplungspunkten zwischen dem Steuerring 27 und den gelenkig mit dem Steuerring 27 gekoppelten Übertragungshebeln 28, 29 angreifen, stets senkrecht zu den Übertragungshebeln 27, 28.
Durch die obigen Merkmale der Leitschaufelverstellvorrichtung wird eine Reibung an derselben reduziert, parasitäre Kraftkomponenten, die nach dem Stand der Technik auf die Übertragungshebel einwirken, werden vermieden. Hierdurch werden Lager 30 der Leitschaufeln, über welche dieselben in der Gehäusestruktur 24 drehbar gelagert sind, weniger stark belastet. Jede Leitschaufeln ist dabei gemäß Fig. 6 durch zwei Lager 30 an zwei Stellen radial und axial gelagert. Die Antriebswelle 26 oder die direkt von der Antriebswelle antreibbare Leitschaufel 21 , insbesondere der Schaufelzapfen 22 derselben, ist mit dem Steuerring 27 über einen mehrteiligen Übertragungshebel 28 gelenkig gekoppelt. Diese mehrteilige Übertragungshebel 28 verfügt zumindest über ein erstes Segment 31 , welches starr mit der Antriebswelle 26 oder mit der direkt von der Antriebswelle 26 antreibbaren Leitschaufel 21 gekoppelt ist, sowie ein zweites Segment 32, welches gelenkig mit dem Steuerring 27 gekoppelt ist. Vorzugsweise ist dieser Übertragungshebel 28, der der Kopplung der direkt verdrehbaren Leitschaufel 21 bzw. der Antriebswelle 26 mit dem Steuerring 27 dient, als zweiteiliger Übertragungshebel ausgebildet, wobei dann das erste Segment 31 und das zweite Segment 32 desselben gelenkig gekoppelt sind. Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zwischen dem ersten Segment 31 des zweiteiligen Übertragungshebels 28 und dem zweiten Segment 32 desselben zwei sphärische Gelenklager 33 ausgebildet. Ferner ist zwischen dem zweiten Segment 32 dieses Übertragungshebels 28 und dem Steuerring 27 ein weiteres sphärisches Gelenklager 34 ausgebildet.
In den in Fig. 1 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen der Leitschaufelverstellvor- richtung sind die indirekt von der Antriebswelle 26 aus antreibbaren Leitschaufeln 21 mit dem Steuerring 27 über die Übertragungshebel 29 gekoppelt, die in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 9 ebenfalls als mehrteilige Übertragungshebel 29 ausgeführt sind. Jeder dieser Übertragungshebel 29 verfügt über ein erstes Segment 35, welches mit der jeweiligen Leitschaufel 21 starr gekoppelt ist, sowie über ein zweites Segment 36, welches mit dem Steuerring 27 gelenkig gekoppelt ist, wobei in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 9 auch diese Übertragungs- hebel 29 ebenso wie der Übertragungshebel 28 als zweiteilige Übertragungshebel 29 ausgebildet sind. In diesem Fall ist dann das erste Segment 35 des jeweiligen Übertragungshebels 29 mit dem zweiten Segment 36 desselben gelenkig verbunden, wobei gemäß den gezeigten Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 9 zwischen dem ersten Segment 35 des jeweiligen Übertragungshebels 29 und dem jeweili- gen zweiten Segment 36 desselben zwei sphärische Gelenklager 37 und zwischen dem zweiten Segment 36 des jeweiligen Übertragungshebels 29 und dem Steuerring 27 ein sphärisches Gelenklager 38 ausgebildet ist. Wie bereits oben ausgeführt, ist der Steuerring 27 in Umfangsrichtung und Axialrichtung relativ zur Gehäusestruktur 24 verlagerbar und lediglich in Radialrichtung geführt bzw. fixiert. Fig. 10 und 1 1 zeigen einen derartigen Steuerring 27 in Allein- darstellung, wobei eine innere Lauffläche 39 des Steuerrings 27 der Fig. 10 vorzugsweise mit Gleitlack oder einem PTFE-Gewebe beschichtet ist, um die Reibung an demselben zu reduzieren.
Fig. 1 1 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Steuerrings 27, der im Unter- schied zur Fig. 10 nicht einteilig, sondern vielmehr mehrteilig ausgebildet ist und mehrere sogenannte Gleitpads 40 umfasst, die mit einem Grundkörper 41 des Steuerrings 27 der Fig. 1 1 lösbar verbunden sind. Die Gleitpads 40 verhindern ein Verkanten des Steuerrings 27 bei der Bewegung desselben in Axialrichtung und Umfangsrichtung und erlauben eine spielfreie Montage des Steuerrings 27 auf der Gehäusestruktur 24. Die Gleitpads 40 sind austauschbar und vorzugsweise aus einem Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften und demnach geringen Reibwerten gefertigt. Die Gleitpads 40 sind über Gleitpad-Halter 40a mit dem Grundkörper 41 gelenkig verbunden, derart, dass sie jeweils um eine Achse drehbar gelagert sind, welche tangential zum Umfang und senkrecht zur Rotationsachse des Steuerrings 27 liegen.
Wie oben bereits ausgeführt, sind in den in Fig. 1 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen sämtliche Übertragungshebel 28, 29, also einerseits der Übertragungshebel 28, welcher die Antriebswelle 26 bzw. die direkt von der Antriebswelle 26 an- getriebene Leitschaufel 21 mit dem Steuerring 27 koppelt, sowie die Übertragungshebel 29, welche den Steuerring 27 mit den indirekt von der Übertragungswelle 26 aus angetriebenen Leitschaufeln 21 koppeln, jeweils zweiteilig ausgeführt, wobei im Bereich jedes der Übertragungshebel 28, 29 jeweils drei sphärische Gelenklager ausgebildet sind, wodurch es, wie insbesondere einem Ver- gleich der Fig. 3 und 5 entnommen werden kann, möglich ist, einen sich bei der Verdrehung und axialen Verlagerung des Steuerrings 27 verändernden Höhenver- satz bzw. Radialversatz zwischen dem jeweiligen Übertragungshebel 28, 29 und dem Steuerring 27 auszugleichen.
Fig. 12 bis 14 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, in welcher die Übertra- gungshebel 29, die der Kopplung der indirekt von der Antriebswelle 26 angetriebenen Leitschaufeln 21 mit dem Steuerring 27 dienen, als einteilige, biegeelastisch verformbare Übertragungshebel 29 ausgebildet sind. So sind in den Ausführungsbeispielen der Fig. 12 bis 13 die einteiligen, elastisch verformbaren Übertragungshebel 29 an einem Ende fest mit der jeweiligen Leitschaufel 21 und an ei- nem gegenüberliegenden Ende über ein sphärisches Gelenklager 42 mit dem
Steuerring 27 gekoppelt. In einem Übergangsabschnitt 43 zwischen diesen beiden Enden des jeweiligen Übertragungshebels 29 ist derselbe biegeelastisch verformbar, um einen sich bei der Umfangsverlagerung und Axialverlagerung des Steuerrings 27 zwischen dem Steuerring 27 und den indirekt verlagerbaren Leitschaufeln 21 verändernden Höhenversatz bzw. Radialversatz zu kompensieren.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 14 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 12 und 13 durch die konkrete Ausführung der Übertragungshebel 28 und 29.
Sind beim Ausführungsbeispiel der Fig. 12 und 13 ebenso wie bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 9 die Segmente 31 und 32 des Übertragungshebels 28 im Wesentlichen axial hintereinander positioniert, so sind in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 14 diese Segmente 31 und 32 des Übertragungshebels 28 im Wesentlichen in Radialrichtung übereinander positioniert.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der Fig. 14 und dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 besteht in der geometrischen Konturierung der einteiligen Übertragungshebel 29, die in dem Übergangsabschnitt 43 zwischen den beiden Enden derselben biegeelastisch verformbar sind und daher in diesem Übergangsabschnitt 43 im Vergleich zu den anderen Abschnitten derselbe relativ dünnwandig ausgeführt sind.
Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass eine Leitschaufel 21 des Leit- schaufelkranzes 20 direkt von einer Antriebswelle 26 aus antreibbar ist. Dabei ist die Antriebswelle 26 bzw. die direkt angetriebene Leitschaufel 21 mit einem Steuerring 27 gekoppelt. Diese Kopplung erfolgt vorzugsweise über einen zweiteiligen Schwenkhebel 28 mit vorzugsweise drei sphärischen Gelenklagern. Alle übrigen Leitschaufeln 21 des Leitschaufelrings 20 sind über den Steuerring 27 indirekt von der Antriebswelle 26 aus antreibbar, wobei diese Leitschaufeln 21 über weitere Übertragungshebel 29 mit dem Steuerring 27 gekoppelt sind. Der Steuerring 27 ist koaxial zur Drehachse eines nicht gezeigten Rotors radial gelagert und kann eine axiale Linearbewegung und eine Rotationsbewegung in Umfangsrichtung überlagert ausführen. Die Übertragungshebel 29, die der Kopplung der indirekt verstell- baren Leitschaufeln mit dem Steuerring 27 dienen, können ebenso wie der Übertragungshebel 28, welcher der Anbindung der direkt verstellbaren Leitschaufel 21 an den Steuerring 27 dient, mehrteilig oder alternativ einteilig ausgeführt sein. Die Verwendung von sphärischen Gelenklagern im Bereich der Übertragungshebel 28, 29 ist zwar bevorzugt, es können jedoch auch Scharniergelenke zum Einsatz kommen.
In Fig. 1 bis 5 greifen die Übertragungshebel 28, 29 außerhalb der Gehäusestruktur 24 an den radial äußeren Enden der Schaufelfüße an. In Fig. 6 und 7 greifen die Übertragungshebel 28, 29 zwischen den Lagerstelen 30 der Übertragungshe- bei 28, 29 an.
Mit der erfindungsgemäßen Leitschaufelverstellvorrichtung ist es möglich, Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes optimal zu verstellen, und zwar unter Gewährleistung einer geringen Gesamtreibung und einer geringen Torsionsbelastung unter Vermeidung parasitärer Kräfte. Die Leitschaufelverstellvorrichtung der hier vorliegenden Erfindung stellt eine effiziente Kinematik zur Verlagerung der Leit- schaufeln eines Leitschaufelkranzes bei geringen Bauteilbelastungen bereit, wodurch in einer Strömungsmaschine, welche die Leitschaufelverstellvorrichtung nutzt, hohe Saugdrücke genutzt werden können.

Claims

Patentansprüche
Leitschaufelverstellvorrichtung für eine Strömungsmaschine, nämlich zur Verdrehung mehrerer zu einem Leitschaufelkranz gruppierter Leitschaufeln um sich in radialer Richtung eines Rotors der Strömungsmaschine erstreckende Leitschaufelachsen der Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes, mit
einer Antriebswelle (26), an die ein Antriebsmotor koppelbar ist und die über den Antriebsmotor antreibbar ist;
einem Steuerring (27), der eine Verdrehung der Antriebswelle (26) zur Verdrehung von Leitschaufeln (21 ) des Leitschaufelkranz (20) auf dieselben überträgt;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebswelle (26) mit einer der Leitschaufeln (21 ) des Leitschaufelkranzes (20) direkt gekoppelt ist, derart, dass diese Leitschaufel des Leitschaufelkranzes ausgehend von der Antriebswelle (26) ohne Zwischenschaltung des Steuerrings (27) direkt verdrehbar ist;
die Antriebswelle (26) oder die direkt von der Antriebswelle (26) antreibbare Leitschaufel (21 ) mit dem Steuerring (27) über einen Übertragungshebel (28) gelenkig gekoppelt ist;
die Antriebswelle (26) mit den anderen Leitschaufeln (21 ) des Leitschaufelkranzes (20) indirekt gekoppelt ist, derart, dass die anderen Leitschaufel des Leitschaufelkranzes ausgehend von der Antriebswelle (26) unter Zwischenschaltung des Steuerrings (27) indirekt verdrehbar sind;
die indirekt von der Antriebswelle (26) antreibbaren Leitschaufeln (21 ) mit dem Steuerring (27) über weitere Übertragungshebel (29) gelenkig gekoppelt sind;
der Steuerring (27) in Umfangsrichtung und in Axialrichtung verlagerbar ist, sodass Kräfte an Kopplungspunkten zwischen dem Steuerring (27) und den gelenkig mit dem Steuerring (27) gekoppelten Übertragungshebeln (28, 29) senkrecht zu den Übertragungshebeln (28, 29) verlaufen.
Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (26) oder die direkt von der Antriebswelle (26) antreibbare Leitschaufel (21 ) mit dem Steuerring (27) über einen mehrteiligen Übertragungshebel (28) gelenkig gekoppelt ist, wobei ein erstes Segment (31 ) des mehrteiligen Übertragungshebels starr mit der Antriebswelle (26) oder mit der direkt von der Antriebswelle (26) antreibbaren Leitschaufel (21 ) gekoppelt ist, und wobei ein zweites Segment (32) des mehrteiligen Übertragungshebels (28) gelenkig mit dem Steuerring (27) gekoppelt ist.
3. Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Segment (31 ) des mehrteiligen Übertragungshebels (28) mit dem zweiten Segment (32) des mehrteiligen Übertragungshebels (28) gelenkig gekoppelt ist.
4. Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Segment (31 ) des mehrteiligen Übertragungshebels (28) und dem zweiten Segment (32) des mehrteiligen Übertragungshebels (28) zwei Gelenklager (33) ausgebildet sind, und dass zwischen dem zweiten Segment (32) des mehrteiligen Übertragungshebels (28) und dem Steuerring (27) ein einziges Gelenklager (34) ausgebildet ist.
Leitschaufelverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die indirekt von der Antriebswelle (26) antreibbaren Leitschaufeln (21 ) mit dem Steuerring (27) über einteilige, elastisch verformbare Übertragungshebel (29) gelenkig gekoppelt sind.
Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem der einteiligen Übertragungshebel (29) und dem Steuerring (27) ein Gelenklager (42) ausgebildet ist, und dass jeder der einteiligen Übertragungshebel (29) mit der jeweiligen Leitschaufel (21 ) starr gekoppelt ist.
Leitschaufelverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die indirekt von der Antriebswelle (26) antreibbaren Leitschaufeln (21 ) mit dem Steuerring (27) über mehrteilige Übertragungshebel (29) gelenkig gekoppelt sind, wobei ein erstes Segment (35) jedes dieser mehrteiligen Übertragungshebel (29) starr mit der jeweiligen Leitschaufel (21 ) gekoppelt ist, und wobei ein zweites Segment (36) jedes dieser mehrteiligen Übertragungshebel (29) gelenkig mit dem Steuerring (27) gekoppelt ist.
Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erstes Segment (35) jedes dieser mehrteiligen Übertragungshebel (29) mit dem zweiten Segment (36) des jeweiligen mehrteiligen Übertragungshebels (29) gelenkig gekoppelt ist.
9. Leitschaufelverstellvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass zwischen dem ersten Segment (35) des jeweiligen mehrteiligen Übertragungshebels (29) und dem zweiten Segment (36) des jeweiligen mehrteiligen Übertragungshebels (29) zwei Gelenklager (37) ausgebildet sind, und dass zwischen dem zweiten Segment (36) des jeweiligen mehrteiligen Übertragungshebels (29) und dem Steuerring (27) ein einziges Gelenklager (38) ausgebildet ist.
10. Strömungsmaschine, mit einem Laufschaufeln aufweisenden Rotor und mit einem Leitschaufeln aufweisenden Stator, wobei die Leitschaufeln mindestens einen Leitschaufelkranz bilden, und wobei mindestens die Leitschaufeln mindestens eines Leitschaufelkranzes durch eine Leitschaufelverstellvorrichtung verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufelverstellvor- richtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
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