DE2532537C2

DE2532537C2 - Einstellvorrichtung für koaxiale Maschinenteile

Info

Publication number: DE2532537C2
Application number: DE2532537A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fislisbach Beckershoff
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-07-04
Filing date: 1975-07-21
Publication date: 1984-07-19
Also published as: JPS5218512A; CH589799A5; US4112582A; FR2316467B3; DE2532537A1; DE7523183U; FR2316467A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einstellvorrichtung für zwei, mindestens annähernd koaxial angeordnete Maschinenteile, beispielsweise Leitschaufelträger und Außengehäuse einer Turbomaschine, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1..

Einstell- oder Zentriervorrichtungen finden insbesondere im Turbomaschinenbau ihre Verwendung. Eine bekannte Ausführung (Buch von J. Kruschik, »Die Gasturbine« zweite Auflage, Wien Springer-Verlag 1960, Seite Abb. 245 und Seite 267 Absatz 3) sieht eine wärmeelastische Aufhängung des Leitschaufelträgers im Turbinengehäuse und seine Zentrierung mittels Radialbolzen vor. Derartige, auch Radialstifte genannte Vorrichtungen, von denen mindestens drei Stück gleichzeitig verwendet werden müssen, weisen den Nachteil auf, daß die beiden Maschinenteile gemeinsam gebohrt oder gerieben werden müssen und zudem schwierig einzustellen sind.

Andere bekannte Vorrichtungen wie beispielsweise Keile oder Radialstifte mit exzentrischen Fuhrungen und exzentrischen Zwischenbüchsen erfordern eine sehr hohe Präzision bei der Herstellung. Darüber hinaus muß bei der Verstellung in einer Planebene senkrecht zur Maschinenachse sehr viel Sorgfalt und Sachkenntnis aufgewendet werden.

Eine Einstellvorrichtung der eingangs genannten Art ist bekannt aus der US-PS 32 76 13&. Es handelt sich hierbei um das Spannfutter für beispielsweise eine Werkzeugmaschine. Das erste Maschinenteil ist eine Nockenscheibe, welche in einem das zweite Maschinenteil darstellenden Gehäuse einliegt. Die gleitbaren Einstellkeile sind Spannbacken, welche im Gehäuseinnern eine Art Abkröpfung aufweisen, mit der sie in spiralförmigen Ausnehmungen der Nockenscheibe eingreifen. Durch Drehen der Nockenscheibe kann die wirksame Länge der radial aus dem Gehäuse herausragenden Backen verändert werden. Hierbei ist es unerläßlich, daß die Nockenscheibe im Gehäuse koaxial einliegt und daß die Ausnehmungen im Gehäuse radial gerichtet sind.

Die Aufgabe der Erfindung, wie sie im Patentanspruch ! gekennzeichnet ist» ist darin zu erblicken, eine Einstellvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, insbesondere bei ringsum geschlossenen Maschinenteilen die unzugänglichen, koaxial angeordneten Innenteile auf einfache Weise auch während des Betriebes, beispielsweise von Turbomaschinen, stufenlos in jede gewünschte Position zu verstellen.

" ,Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird die radiale Wärmebeweglichkert der verschiedenen Maschinenteile nicht behindert Zudem eignet sich die Einstellvorrichtung zum nachträglichen Einbau in ausgeführten Anordnungen, sofern es die konstruktiven Gegebenheiten zulassen.

Es ist zweckmäßig, wenn die Ausnehmungen im inneren, verstellbaren Maschinenteil einen rechteckigen Querschnitt, jene im äußeren Maschinenteil einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Für die entsprechend den Querschnitten und den Winkelf'ellungen der Ausnehmungen geformten Einstellkeile erübrigt sich damit eine Verdrehsicherung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt Es zeigt

F i g. 1 einen Teilquerschnitt einer Turbomaschine mit einer erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung,

F i g. 2 schematisch einen Teilschnitt gemäß F i g. 1 zur Erläuterung der Wirkungsweise,

F i g. 3 eine Abwandlung der Anordnung gemäß F i g. 2.

Nach Fig. 1 ist der äußere Maschinenteil 1 das Außengehäuse einer Strömungsmaschine, welche sowohl eh Verdichter als auch eine Turbine sein kann. Das verstellbare Maschinenteil 2 ist der als Zylinderschale zu betrachtende Leitschaufelträger. Erfindungsunwesentliche Teile wie beispielsweise die radialen Dicht· und Führungsanordnungen des Leitschaufelträgers am Gehäuse sind fortgelassen. Sowohl das Außengehäuse als auch der Leitschaufelträger sind zweiteilig mit horizontaler Trennebene 12,12' ausgeführt

Mi; 10 sind die Leitschaufeln bezeichnet, deren Blattspitzen konzentrisch, oder, falls es sich um eine mehrstufige Maschine handelt, koaxial zum Rotor 11 einzustellen sind.

Die zwei Einstellkeile 4, von welchen nur der rechte dargestellt ist, gleiten einerseits während des Verstellvorgangs in einer Ausnehmung 5 am Gehäuseunterteil und andererseits während des Vers:ellvorgangs und bei

auftretenden Wärmedehnungen in einer radialen Ausnehmung 3 im Schaufelträger, wobei die Ausnehmungen 3 und 5 symmetrisch zur nicht gezeigten Vertikalachse der Maschine verlaufen.

Dadurch, daß die Mittellinien Ri der Ausnehmungen 3 radial verlaufen, sich demnach in der Längsachse des Leitschaufelträgers schneiden, hält dieser selbst bei extremen Wärmedehnungen immer sein eingestelltes Zentrum ein.

Im vorliegenden Beispiel ist der Querschnitt der Aus- to nehmung 3 quadratisch, jener der Ausnehmung 5 kreisrund: Der mit entsprechenden Querschnitten versehene Einstellkeil 4 ist so dimensioniert daß sein abgekröpftes, quadratisches Teil nicht über das gehäuseseitige, zylindrische Teil herausragt. Dadurch kann er von außerhalb des Gehäuses ein- und ausgeführt werden und ist zudem durch relativ einfache Bearbeitung aus einem Werkstück zu ffxtigen.

Die Betätigung des Keiles 4 erfolgt ebenfalls von außerhalb des Gehäuses mittels Bedienteilen 6, welche im wesentlichen aus der Gewindespindel 7, dem Flansch 8, der Kontermutter 9 und einem nicht gezeigten Bedienwerkzeug, welches letzteres ein Schraubenschrüssel, ein Handgriff, ein Knebel oder dergleichen sein kann, bestehen. Die Gewindespindel 7. weiche im Einstellkeil 4 einschraubbar ist, ist mit einem Bund 13 sowie einem nicht näher b«ze:chneten äußeren Gewindeteil und einem Vierkantnnsatz versehen, welcher letzterer ebenso als Sechskant, zweiseitig abgeflacht oder als Zapfen mit Querbohrung ausgeführt sein kann. Die auf den äußeren Gewindeteil aufgeschraubte Kontermutter 9 bildet zusammen mit dem Bund 13 das Axiallager der Gewindespindel 7 in der Bohrung des Flansches 8, welcher die Ausnehmung 5 abschließt Im Betrieb ist die Kontermutter 9 fest angezogen, so daß auf der Innenseite des Flansches 8 der Bund 13 fest angedrückt ist und die Bohrung im Flansch vollkommen abgedichtet ist. Bei leicht gelöster Kontermutter 9 kann durch Verdrehen der Gewindespindel 7 der Einstellkeil 4 in seiner gehäuseseitigen Führung verschoben werden. Dadurch entsteht auch zwischen dem quadratischen Teil des Einstellkeiles und der entsprechenden Ausnehmung 3 am Leitschaufelträger eine Relativbewegung, welche zur Verschiebung des Schaufelträgerzentrums in der Ebene senkrecht zur Maschinenachse führt «

Durch Abschrauben der Flanschbefestigungsschraube 14 kann der Einstellkeil 4 mitsamt den Bedienteilen 6 als kompakte Baugruppe der Anordnung entnommen werden, wobei der Einstellen 4 stets seine einmal optimai eingestellte Lage behält, was insbesondere bei oftmaliger Montage und Demontage der Anordnung vorteilhaft ist

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einsteilvorrichtung ist aus F i g. 2 ersichtlich. Im stark vereinfachten Schema ist der innere Maschinenteil 2 in einer extremen Lage dargestellt

Wie in F i g. 1 ist die Ausnehmung 5 des Maschinenteils 1 mit zur horizontalen Teilfläche 12 paralleler (oder zur Vertikalachse senkrechter) Mittellinie angeordnet, was insbesondere Fertigungsvorteile aufweist, wenn es sich um eine zylindrische Bohrung handelt

Die Mittellinie des abgekröpften Teils des Einsiellkeilü 4 verläuft radial und schließt mit der Mittellinie des im Maschinenteil 1 geführten Teils des Einstellkeils 4 den Winkel β und mit der Horizontalen den Winkel γ ein; beide Winkel sind demnach gleich groß und die Verschiebungen des Teils 2 bei Verstellung des Einstellkeils 4 unterliegen folgender Regel:

— Bei rein horizontaler Verstellung um den Betrag χ verschiebt sich der Teil 2 um

e_h = χ ■ cos(/ — ß);

bei Winkelgleichheit ist demnach ei, = x, die beiden symmetrisch angeordneten Einstellkeile werden um den gleichen Betrag in der gleichen Richtung verschoben (F i g. 2 von links nach rechts).

— Wird eine rein vertikale Verschiebung des Teils 2 angestrebt (nicht dargestellt), so gilt:

e_v = χ · tgv= χ .

beide Keile 4 werden um den gleichen Betrag χ in entgegengesetzter Richtung verstellt, und zwar je. nach gewünschter Anhebung odc-r Absenkung des Teils 2 gleiten sie in den Ausnehmungen 5 des Teils 1 beide nach innen respektiv nach außen.

Selbstverständlich können die beide« beschriebenen Verschiebungen kombiniert werden, das Teil 2 also in allen Richtungen um das Zentrum verstellt werden.

In F i g. 2 wurde die Wirkungsweise der Einstellvorrichtung anhand eines Spezialfalles erläutert; aus der Anordnung gemäß Fig.3, bei welcher ein größerer Winkel /gewählt wurde, wird die generelle Arbeitsweise hergeleitet

Zunächst wird eine rein vertikale Verschiebung des Teils 2 um den Betrag e, betrachtet. Des besseren Vergleichs wegen wurde der Winkel β gleich groß gewählt wie in F i g. 2. Es gilt nunmehr folgende allgemeingültige Regel:

e, = a[cos (y - ß) ■ tgy - sin (/ - ß)]

Für rein horizontale Verschiebung (nicht dargestellt) gilt:

Die Kombination der beiden besprochene.! Verschiebungen ist selbstverständlich möglich.

Es zeigt sich, daß die Größenordnung der Verschiebung e eine Funktion der Keilverstellung χ sowie der beiden Winkel/und/iist.

Die Wahl der Winkel β und /, und insbesondere jene von /ist hauptsächlich von den drei folgenden Parametern abhängig:

— Durch den Schnittpunkt der radialen ?v4ittellinien der beiden Einstellkeiie 4 ist die Lage des Maschinenteils 2 eindeutig bestimmt. Eine zusätzliche Führung, beispielsweise in Form einer bekannten vertikalachsigen Spornunterstützuiig, würde die Zentruiuslage überbestimmen und die Feineinstellung unnötig erschweren, weshalb sie sich bei genügend großem Winkel γ erübrigt

— Bei geteiltem Maschinenteil 2 mit horizontaler Trennebene 12' soli bei abgehobenem Oberteil das Unterteil eine geringstmögliche Deformation erfahren. Eine derartige Verformung kann im öffnenden oder schließenden Sinne am Bogen auftreten durch die an der Ausnehmung 3 wirksamen, vom Winkel / abhängigen Stützkräfte.

— Der Winkel y zwischen der Radialen Ri und der

Teilebene soll kleiner sein als der Reibungswinkel ρ = arc tg μ, worin μ die Reibungszahl zwischen den Werkstoffen des Einstellkeiles 4 und des Maschinenteils 2 ist.

Eine Ausnützung des Winkels/?als Verdrehsicherung ist nur bei genügend großem Winkel β und bei kleinen Gleitspielen zwischen dem Einstellkeil 4 und den Ausnehmungen 3 und 5 sinnvoll. In einem solchen Fall kann auch die Ausnehmung 3 im Maschinenteil 2 zylindrisch ausgeführt werden, was zu einer Reduzierung ihrer Herstellungskosten führt.

Zu erwähnen bieibt noch der recht einfache Umgang mit der Einstellvorrichtung. Bei der Montage und Demontage des Maschinenteils 2 und der Einstellkeile 4 werden beim Absenken des Teils 2 die Keile 4 in die Ausnehmung 3 eingeführt respektiv beim Anheben des Teils 2 aus der Ausnehmung 3 herausgezogen.

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richtung nicht auf das in der Zeichnung dargestellte beschränkt So könnte beispielsweise, um die Verstellwege zu vergrößern, statt der beschriebenen Vergrößerung des Winkels y dies ebenso durch Beilagen in der Ausnehmung 3 bewerkstelligt werden, was vorzugsweise zur Grobeinstellung angewendet werden kann.

Der Winkel β kann auch negative Werte annehmen, wodurch sich die Verstellrichtung umkehrt Das Übersetzungsverhältnis

wird dann um so größer, je kleiner der Winkel β gewählt wird.

Entgegen den dargestellten zweiteiligen Maschinenteilen können ebenso geschlossene Teile wie beispiels- weise Topfgehäuse von Turbomaschinen mit der Einstellvorrichtung zentriert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Einstellvorrichtung für zwei mindestens annähernd koaxial angeordnete Maschinenteile, beispielsweise Leitschaufelträger und Außengehäuse einer Turbomaschine, bei welcher ein innerhalb eines ersten Maschinenteils angeordnetes zweites Maschinenteil in einer Ebene senkrecht zu seiner Längsachse verstellbar ist, wpzu beide Maschinenteile über abgekröpfte, in Ausnehmungen gleitbare Einstellkeile verbunden und gegeneinander einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verstellende Maschinenteil (2) in einer gleichen Vertikalebene an seinem äußeren Umfang'mit zwei, symmetrisch zur Vertikalachse verlaufenden, radialen Ausnehmungen (3) versehen ist, deren Mittellinien mit der Horizontalachse des zu verstellenden Maschinenteils (2) einen Winkel (γ) einschließen, und daß das iubere Maschinenteil (1) in der gleichen Vertikaleberw mit zwei nichtradialen Ausnehmungen (5) versehen ist, wobei die Mktcüinie des in die radiale Ausnehmung (3) eingreifenden Teils des Einstellkeils (4) mit der Mittellinie des in der nichtradialen Ausnehmung (5) geführten Teils des Einstellkeils (4) einen Winkel ψ) einschließt.

2. Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (j>) kleiner ist ate der Reibungswinkel ρ = arc tg μ, worin μ die Reibungszahl zwischen den Werkstoffen des Einsteil' Keils ; (4) und des Maschinenteils (2) ist

3. EinstellvErrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (3) im verstellbaren Maschinenteil (2) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

4. Einstellvorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (5) im äußeren Maschinenteil (1) einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.

5. Einstellvorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien der Ausnehmungen (5) bei einem geteilten und mit horizontaler Trennebene (12) versehenen Maschinenteil (1) parallel zur Trennebene (12) verlaufen.

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