DE1576988B2 - Verstellbare leitschaufel eienr axialturbine - Google Patents
Verstellbare leitschaufel eienr axialturbineInfo
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- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/187—Convection cooling
- F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
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- F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
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Description
Die Erfindung betrifft verstellbare Leitschaufeln einer Axialturbine, mit an den beiden Schaufelblattenden
angeordneten Platten, die Dichtelemente zur Abdichtung des Strömungskanals aufweisen, wobei
an den beiden Platten jeweils ein Lagerzapfen angeordnet ist, und wobei der eine Lagerzapfen als Drehzapfen
mit einer Verstellvorrichtung verbunden ist.
Eine derartige verstellbare Leitschaufel ist aus der britischen Patentschrift 951298 bekannt. Bei in
Hochleistungsturbinen von Flugzeugen eingebauten Leitschaufeln tritt als besonderes Problem auf, daß
die Leitschaufeln durch das sie umströmende heiße Arbeitsmittel bis auf Temperaturen aufgeheizt
werden, die zu Verformungen und damit zu Wärmespannungen und einem Klemmen mit Gehäuseteilen
führen können. Zum Vermeiden solcher Verspannungen ist es bekannt, die Leitschaufeln durch ein sie
durchströmendes Kühlmittel von innen zu kühlen. Bei einer solchen Innenkühlung muß jedoch darauf
geachtet werden, daß die Kühlmittelkanäle einerseits und die Arbeitsmittelkanäle andererseits auch an der
verstellbaren Leitschaufel sorgfältig voneinander getrennt bleiben.
Es liegt die Aufgabe vor, eine verstellbare Leitschaufel so auszubilden, daß die Kühlmittel- und
Arbeitsmittelkanäle auch an der Leitschaufel voneinander sicher getrennt sind. Diese Trennung darf
aber die Verstellbarkeit der Leitschaufel nicht beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird bei einer verstellbaren Leitschaufel der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die die Platten der Leitschaufeln aufnehmenden Gehäuseteile in Umfangsrichtung
so unterteilt sind, daß jede Leitschaufel an ihren beiden Enden jeweils ein eigenes Dichtgehäuse
aufweist, und daß die Leitschaufeln durch ein Kühlmittel, mit geringerem Druck als das Arbeitsmittel vor
den Leitschaufeln aufweist, innen gekühlt sind.
Bei dieser Ausbildung der Leitschaufel wird deren hohler Innenraum durch die an den beiden Enden
vorgesehenen Dichtgehäuse gegenüber dem Arbeitsmittel abgedichtet, ohne daß dadurch die freie Drehbarkeit
der Lagerzapfen in deren Lager gehemmt wird. Weiter werden die beiden Dichtgehäuse durch
den Druckunterschied zwischen dem höheren Druck des Arbeitsmittels und dem niedrigeren Druck des
Kühlmittels beaufschlagt und dadurch auf die Leitschaufelenden aufgedrückt und gehalten. Eine besondere
Befestigung ist nicht erforderlich.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß je ein Dichtungsring zwischen je
einem Dichtgehäuse und der jeweiligen Platte angeordnet ist. Auch auf diese Dichtringe wirkt der
Druckunterschied zwischen Arbeitsmittel und Kühlmittel ein, so daß sie dadurch gehalten werden.
In weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß das die innere Platte der Leitschaufel aufnehmende
Dichtgehäuse einen radial nach innen weisenden und an der Wand des inneren Gehäuses anliegenden
Flansch aufweist. Dieser Flansch ist dem Arbeitsmitteldruck ausgesetzt, der an seiner stromaufwärtigen
Seite höher als an seiner stromabwärtigen Seite ist. Dieser Druckunterschied hält den Flansch
in Anlage an der Wand des inneren Gehäuses.
In einer noch anderen Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß das die äußere Platte der Leitschaufel
aufnehmende Dichtgehäuse über einen radial nach außen weisenden Flansch an einem Wandteil
des äußeren Gehäuses anliegt. Auch dieser Flansch wird durch den Arbeitsmitteldruck beaufschlagt und
dadurch in Anlage an der Wand des äußereren Gehäuses gehalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung im folgenden beschrieben. In
der Zeichnung zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch eine verstellbare Leitschaufel,
F i g. 2 eine Ansicht in Blickrichtung der Pfeile 2-2 in F i g. 1 auf das Innen- oder Fußende der Leitschaufel
und
F i g. 3 eine Ansicht in Blickrichtung der Pfeile 3-3 in F i g. 1 auf das Außen- oder Kopfende der Leitschaufel.
F i g. 1 zeigt die im Strömungskanal 12 liegende Leitschaufel 14. Im hohlen Innenraum der Leitschaufel
14 befindet sich ein topfartiger Einsatz 16, dessen Wände von zahlreichen Löchern 18 durchzogen sind.
Das Kühlmittel tritt durch den hohl ausgebildeten Lagerzapfen 20 in den topfartigen Einsatz 16 ein und
gelangt über dessen Löcher 18 an die Innenwand der Leitschaufel 14. Der Eintritt des Kühlmittel in die
Leitschaufel 14 wird durch die Pfeile angedeutet.
F i g. 2 läßt erkennen, daß die Leitschaufel 14 Tragflächenprofil aufweist. An ihrem Fußende ist sie
jedoch in eine kreisförmige Platte 22 übergegangen. Diese Platte 22 sitzt in dem Dichtgehäuse 24. In
diesem befindet sich ein Dichtungsring 26. Über eine Bohrung 28 ist der Dichtungsring 26 dem Druck des
Kühlmittels ausgesetzt und wird dadurch an das Dichtgehäuse 24 angedrückt. Eine weitere der Platte
22 vorgesehene Bohrung 30 verbindet den hohlen Innenraum mit einem Spalt 32, der an der Innenseite
des Dichtgehäuses 24 verläuft. Damit wirkt auf dieses der Druckunterschied zwischen dem Arbeitsmittel
und dem Kühlmittel ein. Da das Arbeitsmittel strömungsaufwärts der Leitschaufel 14 — d. h. bei
Blickrichtung auf Fig.! auf deren linker Seite —
einen höheren Druck als das Kühlmittel aufweist, wird das Dichtgehäuse 24 fest auf die Platte 22 gedrückt.
Auf dem Lagerzapfen 20 liegt noch ein Klemmring 34, der am Dichtgehäuse 24 anliegt und dieses
mechanisch hält. Am strömungsabwärtigen Ende des Dichtgehäuses 24 ist weiter noch ein Flansch 36 vorgesehen,
der den Klemmring 34 übergreift und zur weiteren mechanischen Halterung dient. Auf der
radial innenliegenden Seite des Dichtgehäuses 24 ist weiter noch ein Flansch 38 vorgesehen, der an der
Wand 40 des inneren Gehäuses anliegt. Eine feste Anlage ergibt sich durch den Druck des auch diesen
Flansch 38 beaufschlagenden Arbeitsmittels. Auf dem Drehzapfen 20 sitzt weiter noch ein Lagerring 42.
Dieser wird in einer Lagerschale 44 gehalten. Die Außenseite des Lagerringes 42 und entsprechend die
Innenseite der Lagerschale 44 sind kugelförmig ausgebildet und lassen Dreh- und Schwenkbewegungen
der Leitschaufel 14 zu.
Am radial außenliegenden Ende der Leitschaufel 14 befindet sich die äußere Platte 46. Sie befindet
sich in einem eigenen Dichtgehäuse 48. Ein Dichtring 50 dichtet das Innere des Dichtgehäuses
48 gegenüber dem Strömungskanal 12 ab. Eine Bohrung 52 schließt diesen Innenraum des Dichtgehäuses
48 an den Innenraum der Leitschaufel 14 an. Dieser Innenraum ist ringförmig ausgebildet und auf seiner
in F i g. I rechts liegenden Seite mit 54 bezeichnet.
Dort ist er über eine Bohrung 56 mit dem Strömungskanal 12 verbunden. In die Platte 46 greift ein aus
mehreren Elementen bestehender Drehzapfen hinein. Hierzu gehören der Gewindebolzen 58, der in die
Platte 46 selbst eingeschraubt ist, ein Lagerring 60, eine Lagerschale 62 und ein Stellhebel 64, mit dem
die Leitschaufel 14 um ihre Längsachse verdreht wird. Das Dichtgehäuse 48 weist an seinem strömungsabwärtigen
Ende noch einen Flansch 66 auf, der an einem Wandteil 68 des äußeren Gehäuses 12 anliegt.
Die z. B. vom Verdichter abgezapfte Kühlluft tritt durch den hohlen Lagerzapfen 20 in den topfartigen
Einsatz 16 ein, verläßt diesen über dessen gesamter Oberfläche über die Löcher 18 und trifft dabei auf
die Innenwandung der Leitschaufel 14. Über die Bohrungen 52 in der Kopfplatte 46 strömt die Kühlluft
in den Innenraum 54 des Dichtgehäuses 48 ein und verläßt diesen anschließend über die Bohrung
56. Bei diesem Weg durch die Leitschaufel 14 wird die Kühlluft durch die in den beiden Dichtgehäusen
24 und 48 angeordneten Dichtringe 26 und 50 gegenüber dem Strömungskanal 12 abgetrennt. Auf der
stromaufwärtigen Seite der Leitschaufel 14 hat das Arbeitsmittel einen höheren Druck als die Kühlluft.
Durch diese Druckdifferenz werden die Dichtgehäuse 24 und 48 gegen die Dichtringe 26 und 50 und damit
gegen die Platten 22 und 46 angedrückt.
Die beiden Flansche 36 und 66 werden auf ihren stromaufwärtigen Seiten mittelbar oder unmittelbar
von dem dort herrschenden Druck des Arbeitsmittels beaufschlagt, während sie auf ihren stromabwärtigen
Seiten von dem dort geringeren Druck des Arbeitsmittels beaufschlagt werden. Hierdurch werden sie in
dichter Anlage an den Wandteilen des Strömungskanals 12 gehalten.
Die Leitschaufel 14 selbst kann durch Schwenken
des Stellhebels 64 um ihre Längsachse verdreht werden.
Claims (4)
1. Verstellbare Leitschaufeln einer Axialturbine, mit an den beiden Schaufelblattenden angeordneten
Platten, die Dichtelemente zur Abdichtung des Strömungskanals aufweisen, wobei an
den beiden Platten jeweils ein Lagerzapfen angeordnet ist, und wobei der eine Lagerzapfen Ils
Drehzapfen mit einer Verstellvorrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die die Platten (22,46) der Leitschaufeln
(14) aufnehmenden Gehäuseteile in Umfangsrichtung so unterteilt sind, daß jede Leitschaufel
(14) an ihren beiden Enden jeweils ein eigenes Dichtgehäuse (24,48) aufweist, und daß die Leitschaufeln
(14) durch ein Kühlmittel, mit geringerem Druck als das Arbeitsmittel vor den Leitschaufeln
(14) aufweist, innen gekühlt sind.
2. Leitschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Dichtungsring (26, 50)
zwischen je einem Dichtgehäuse (24, 48) und der jeweiligen Platte (22, 46) angeordnet ist.
3. Leitschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die innere Platte
(22) aufnehmende Dichtgehäuse (24) einen radial nach innen weisenden und an der Wand (40) des
inneren Gehäuses (12) anliegenden Flansch (38) aufweist.
4. Leitschaufel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die äußere Platte
(46) aufnehmende Dichtgehäuse (48) über einen radial nach außen weisenden Flansch (66) an
einem Wandteil (68) des äußeren Gehäuses anliegt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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