DE1931044A1

DE1931044A1 - Leitgitter fuer Turbomaschinen mit verstellbaren Leitschaufeln

Info

Publication number: DE1931044A1
Application number: DE19691931044
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl-Ing Trappmann
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1969-06-19
Filing date: 1969-06-19
Publication date: 1971-03-11
Also published as: SE358005B; FR2030883A5; US3674377A; JPS4826084B1; GB1261687A

Description

M.A.N. TURBO GMBH.

München, den 12. Juni I969

Leitgitter für Turbomaschinen mit verstellbaren Leitschaufeln.

Die Erfindung betrifft ein Leitgitter für Turbomaschinen, insbesondere für Oasturbinen, mit verstellbaren einseitig in einem Lagerträger gelagerten Leitschaufeln, wobei ein als Verstellwelle ausgebildeter Schaufelschaft in zwei Lagern geführt ist.

Erfahrungsgemäß sind die Lager der im Gehäuse einer Turbomaschine drehbaren Schaufeln die empfindlichsten Elemente eines verstellbaren Leitgitters, da sie hohen Gastemperatüren auegesetzt sind, zur exakten Führung der Leitschaufeln aber nur geringes Lager- epiel aufweisen dürfen, so daß sie leicht festfressen bzw. festbrennen. Deshalb sind besondere Maßnahmen erforderlieh, die das Peetbrennen der LeiteohaufeIlager verhindern. Maoh einen bekannten Vorschlag befinden sioh die mit Kugellagern versehenen Lagerstellen der Leitsohaufeln in kühlen vom Schaufelblatt »ögllihet weit entfernten Zonen. ( DAS 1 00? 512)· Hierdurch ,wird Jedoch «ine beidseitig© Lagerung der Schaufeln, verbunden mit

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konstruktivem Aufwand, erforderlich.

Eine andere bekannte Anordnung schlägt vor, daß der Schaufelschaft in seiner Achse auf Spitzen gelagert 1st, in-dem wenigstens drei seitlich, in gemeinsamer Achsebene des Schaftes liegende, zur Achse gehende Einsenkungen im Schaft vorgesehen

sind, in die im Turbinengehäuse befestigte Spitzen eingreifen ( DAS 1 o47 538 ). Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der Verstellbereich der Schaufeln stark eingegrenzt ist. Schließlich ist es nach einem weiteren Vorschlag bekannt, daß die Lagerstellen der Leitschaufeln Kammern und Kanäle aufweisen, durch die ein auch der Schmierung dienendes flüssiges Kühlmittel strömt ( DAS 1 2^7 753 .). Auch diese Anordnung bedingt erheblichen konstruktiven Aufwand und läßt aufgrund der Dichtungsprobleme eine gewisse Störanfälligkeit erwarten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bei hohen Gastemperaturen funktionsfähiges Leitgitter mit verstellbaren»einseitig gelagerten Leitsohauf ein zu schaffen, das keiner besonderen Kühlvorrichtung bedarf, und dessen Verstellwinkel nicht begrenzt ist.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, i

daß bei einem Leitgitter der eingangs genannten Art, das näher j beim Schaufelblatt liegende Lager als Rollenlager ausgeführt ι ist» dessen innerer Lagerring eine fest auf der Verstellwelle sitzende und nur über zwei schmale Ringfläohen diese berührende Büchse ist·

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Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß an der thermjtfch und mechanisch hoch beanspruchten, im Bereich des

Schaufelblattes liegenden Lagerstelle ein Rollenlager zur Anwendung kommt, das aufgrund seiner Bauart bei fehlender Schmierung sehr geringe Neigung zum Festfressen bzw. Pestbrennen zeigt. Außerdem wird durch den als Büchse ausgebildeten, nur über zwei schmale Ringflächen den Schaufelschaft berührenden,, inneren Lagerring der Wärmefluß vom heißen Schaufelschaft zum Lager gering gehalten. Darüber hinaus hat der innere Lagerring aufgrund seiner Bauform eine große radiale Elastizität, so daß er mit geringer Vorspannung eingebaut werden kann, wodurch ein Lagerspiel Null erreicht wird, das auch dann erhalten bleibt, wenn aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen der Wälzkörper und des Lageraußenringes einerseits und des Lagerinnenringes bzw. des Schaufelschaftes andererseits sich die Abmessungen im Lager leicht verändern.

Ih Ausgestaltung der Erfindung soll das vom Schaufelblatt weiter weg liegende Lager als Gleitlager oder als Kugellager mit einem axial verschieblichen Lagerring ausgeführt sein. Die Anordnung so bezeichneter Lager dient zur Ermöglichung einer aus der Wärmedehnung sich ergebenden Axialverschiebung der Verstellwelle.

Um den Verstellmechanismus möglichst kühl zu halten und um Wärmespannungen weitgehend zu vermelden wird gemäß einem weiteren

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Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß der den Gasstrom führende Kanal als Gasführungsring ausgebildet ist, der über radiale Nasen mit Radialspiel im Leitschaufelträger gehalten wird. Der Leitschaufelträger ist durch die Anordnung"eines separaten Gasführungsringes vor direktem Kontakt mit dem Heißgas geschützt. Außerdem kann sich der in radialen Nasen gehaltene Gasführungsring radial gegenüber dem Leitschaufelträger frei dehnen.

Weiterhin ist das erfindungsgemäße Leitgitter dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Stoßstelle von Schaufelschaft und Schaufelblatt angeordneter Ringbund sich auf einem im GasfUhrungsring bzw. in der Lagerbüchse angeordneten Ring aus verschleißfestem Keramikmaterial abstützt.

Diese Ausgestaltung dient einer guten Abdichtung des Gasführungskanals gegen das Lager bzw. gegen die Umgebung, so daß keine heißen Leckgase das Lager gefährden.

Um den Ringbund des Schaufelschaftes in allen Betriebszuständen sicher auf dem Dichtungsring zu halten, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine axial vorgespannte Feder ringartig um den Schaufelschaft angeordnet, die sich einerseits auf der Außenseite des Lagerträgers und andererseits über Zwischenglieder auf dem Schaufelschaft abstützt.

Die Federkraft zieht den Schaufelschaft axial nach außen und preßt somit den Ringbund des Schaufelschaftes auf den Keramik-* dichtungsring.

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Anhand der Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Leitgitter mit zwei Wälzlagern, und

Fig. 2 den Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Leitgitter mit einem Rollenlager und einem Gleitlager.

In einer Bohrung la eines als Lagerträger 1 dienenden Turbinenleitringes ist eine Lagerbüchse 7 eingepreßt. In.dieser Lagerbüchse ist eine Leitschaufel, bestehend aus Schaufelblatt 4 und Schaufelschaft 6 in zwei Lagerstellen gelagert. Zwischen Schaufelschaft 6 und Schaufelblatt 4 der Leitschaufel ist ein Ringbund 5 angeordnet. Das näher beim Schaufelblatt angeordnete Lager ist als Rollenlager 9 ausgeführt bei dem eine Dichtung IJ> angeordnet ist. Als Innenring des Lagers 9 dient eine auf den Schaufelschaft 6 aufgepreßte Büchse lo, die nur über zwei schmale Ringflächen loa, lob mit dem Schaufelschaft 6 in Berührung steht, und dadurch zur Wärmedrossel zwischen Lager 9 und Schaufelschaft wird. Im Mittelteil ist die Büchse Io in radialer Richtung hoch elastisch, so daß beim Lagereinbau durch eine geringe Vorspannung Lagerspiel vermieden werden kann. Das vom Schaufelblatt weiter weg liegende zweite Lager der Leitschaufel ist als Schrägschulter- ;kugellager 8 ausgeführt, dessen Innenring 8a fest auf dem Schau-

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felschaft sitzt und dessen Außenring 8b die Form einer in der Lagerbüchse 7 axial verschieblich gelagerten Büchse aufweist. Eine axial vorgespannte Schraubenfeder 11 stützt sich einerseits auf einem Bund der Lagerbüchse 7 und andererseits auf dem Lagerring 8b ab, so daß die Vorspannkraft der Feder 11 sich über das Schulterlager 8 auf den Schaufelschaft 6 überträgt. Ein aus verschleißfestem Keramikmaterial bestehender Ring 12 jäb in der Bohrung eines Gasführungsringes 2 gehalten. Durch die auf den Schaufelschaft übertragene nach außen gerichtete Vorspannkraft der Feder 11 wird der Ringbund 5 der Leitschaufel gegen den Ring 12 gepreßt, so daß gleichzeitig ein Anschlag für die axial verschieblich eingebaute Leitschaufel geschaffen ist und außerdem eine Abdichtung des Gasführungsraumes gegen das Lager 9 entsteht. Der Gasführungsring 2 wird über radiale Nasen 5 mit Radialspiel im Lagerträger 1 gehalten. Durch dieses Radialspiel kann sich der Gasführungsring 2 gegenüber dem Leitsohaufelträger 1 frei ausdehnen.

Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Turbinenleitgitters gleicht im wesentlichen der Ausführungsform nach Figur 1, weshalb nur auf die Unterschiede hingewiesen werden soll. Das dem Schaufelblatt 4 der Leitschaufel nächstliegende Lager ist wie in Figur 1 ein Rollenlager 9. Das vom Schaufelblatt 4 weiter weg liegende zweite Lager der Leitschaufel ist bei dieser Anordnung als Gleitlager 18 ausgeführt, so daß auch bei dieser Ausführungsform die Leitschaufel axial ver-

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schieblich gelagert ist. Die Vorspannfeder 11, die den Ringbund 5 der Leitschaufel gegen einen Dichtungsring 12 preßt, stützt sich bei der Ausführung nach Figur 2 einerseits auf der im Lagerträger 1 sitzenden Lagerbüchse 7 und andererseits auf einem Stützfcing 19 ab, der sich seinerseits gegen einen am Schaufeischaft 6, angeklemmten Verstellhebel 15 abstützt. Der aus Keramikmaterial bestehende Dichtungsring 12, gegen den der Ringbund 5 der Leitschaufel gepreßt wird, ist bei dieser Ausführungsform in der Lagerbüchse 7 gehalten.

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Claims

Patentansprüche

1. Leitgitter, insbesondere für Gasturbinen mit verstellbaren einseitig in einem Lagerträger gelagerten Leitschaufeln, wobei ein als Verstellwelle ausgebildeter Schaufelschaft in zwei Lagern geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das näher beim Schaufelblatt liegende Lager als Rollenlager (9) ausgeführt ist, dessen innerer Lagerring eine fest auf der Verstellwelle (6) sitzende und nur über zwei schmale Ringflächen (loa, lob) diese berührende Büchse (lo) ist.

2. Leitgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Schaufelblatt (4) weiter weg liegende Lager als Gleitlager (18) oder als Kugellager (8) mit einem axial verschieblichen Lagerring (8b) ausgeführt ist.

5. Leitgitter nach Anspinich 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Gasstrom führende Kanal als Gasführungsring (2) ausgebildet ist, der über radiale Nasen (j3) mit Radialspiel im Lagerträger (1) gehalten wird.

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4. Leitgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lagerbüchse (7) in den Lagerträger (1) eingesetzt ist, in der die beiden Leitschaufellager (9, 8, 18) angeordnet sind.

5. Leitgitter nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Stoßstelle von Schaufelblatt (4) und Schaufelsohaft (6) angeordneter Ringbund (5) sich auf einem im Gasführungsring (2) bzw. in der Lagerbüchse (7) angeordneten Ring (12) aus verschleißfestem Keramikmaterial abstützt.

6. Leitgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine axial vorgespannte Feder (11) ringartig um den Schaufelschaft (6) angeordnet ist, die sich einerseits mittelbar auf der Außenseite des Lagerträgers (1) und andererseits über Zwischenglieder (8b, 19) auf dem Schaufelschaft (6) abstützt.

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