DE1576988B2 - Verstellbare leitschaufel eienr axialturbine - Google Patents

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)

Patentansprüche:

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