DE3318165C2

DE3318165C2 - Leitschaufel-Verstellvorrichtung für die Vordrallregelung einer Strömungsarbeitsmaschine

Info

Publication number: DE3318165C2
Application number: DE3318165A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 6203 Hochheim Oertel
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: OERTEL, RUDOLF, DIPL.-ING., 6203 HOCHHEIM, DE
Priority date: 1983-05-19
Filing date: 1983-05-19
Publication date: 1986-06-05
Also published as: DE3318165A1

Abstract

Zur Verstellung von Leitschaufeln zur Vordrallregelung von Kreiselmaschinen wird vorgeschlagen, in der Statornabe den Antrieb und den Verstellmechanismus anzuordnen. Dabei wird ein mit der Statorachse zusammenfallender Kolben über die Zufuhr von Druckflüssigkeit durch die Hydraulikleitung aufwärts, bzw. durch Zufuhr der Druckflüssigkeit über die Druckleitung abwärts bewegt. Der Kolben ist durch Nutprofile gegen Verdrehung gesichert und besitzt auf seiner äußeren Umfangsfläche Gewindegänge mit hoher Steigung. Diese Gewindegänge greifen in eine Gegenmutter ein, welche sich bei der Bewegung des Kolbens verdreht, wodurch die Drehung des mit der Gegenmutter verbundenen Drehtellers unter Zwischenschaltung des Übertragungsmechanismus die Leitschaufeln verdreht werden. An Stelle des Hydraulikkolbens kann auch eine Zugspindel treten, welche von einem im unteren Teil der Statornabe befindlichen elektrischen oder hydraulischen Stellmotor antreibbar ist. Die Zugspindel ihrerseits bewegt eine gegen Verdrehung gesicherte Spindelmutter, welche, wie bereits beschrieben ist, ihre auf- und abwärts gerichtete Bewegung über einen Übertragungsmechanismus auf die Leitschaufeln überträgt. draulischen Maschinen Anwendung finden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitschaufel-Verstellvorrichtung für die Vordrallregelung einer Strömungsarbeitsmaschine, bei denen im Ansaugkanal um Achsen senkrecht zur Strömungsrichtung drehbar angeordnete Leitschaufeln vorgesehen sind und diese über einen Antrieb und einen zwischengeschalteten Stellmechanismus verdrehbar sind, und der Stellmechanismus einen Drehteller aufweist, welcher radial und axial unbeweglich in einer Statornabe geführt ist und welcher Kulissenführungen besitzt, in denen mit einem Kugelgelenk ein Schwenkbolzen gleitend geführt ist, der wiederum mit Leitschaufeln verbunden ist, die drehbar in der Statornabe gelagert sind.

Durch die CH-PS 6 25 856 ist es bekannt, für die Vordrallregelung von Ventilatoren und Gebläsen drehbare Leitschaufeln vorzusehen. Dabei ist die Laufradwelle von einem konzentrischen Drehteil umgeben, das gegenüber einer feststehenden Laufradnabe verdrehbar ist. Das Drehteil weist axiale Nuten auf, in denen die Verstellhebel oder kugelförmige Gelenke gleitend geführt sind. Die Verstellhebel wiederum sind drehbar in einem mit der Laufradnabe fest verbundenen Zapfenlagergehäuse gelagert und drehfest mit den Leitschaufeln verbunden. Zum Verstellen der Leitschaufeln wird das Drehteil von außen durch einen Verstellhebel gegenüber dem Zapfenlagergehäuse verdreht. Eine solche Verstellvorrichtung ist nur für Gebläse geeignet, da bei dem Fördermedium Luft oder Gas allgemein keine Abdichtungsprobleme wie bei Flüssigkeiten auftreten und bei der die Verstellung der Leitschaufeln von außen überwacht werden kann. An die Verstellgenauigkeit werden ohnehin keine übertriebenen Ansprüche gestellt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu-

gründe, eine Verstellvorrichtung für Leitschaufeln so weiterzubilden, daß diese im Unterwasser einer Strömungsarbeitsmaschine angeordnet werden kann, und daß die Verstellung über Flur mit ausreichender Präzision vorgenommen werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe zum ewien dadurch, daß der Drehteller je Leitschaufel eine schwalbenschwanzförmige. radial ausgerichtete Kulissenführung aufweist. welche Kulissensteine aufnimmt, die ihrerseits über das Kugelgelenic mit Schwenkbolzen verbunden sind, wobei diese in Schwenkbuchsen gleitend geführt sind, daß diese Schwenkbuchsen auf den Achsen der Leitschaufeln in der Statornabe drehbar gelagert sind, wobei sie mit den Achsen über ein Vielnutprofil drehfest verbunden sind. daß der Drehteller im Bereich seiner Mittelachse über eine Gegenmutter mit einer Spindelmutter im Eingriff steht, die ein Gewinde hoher Steigung aufweist und an beiden Stirnseiten Nutprofile aufweist, die in einer die Nutprofile umgebenden Statornabe verdrehsicher, jedoch axial beweglich gelagert sind, und daß die Spindelmutter über eine in ihrem Inneren konzentrisch angeordnete, radial und axial in der Statornabe und der Spindelmutter geführten Zugspindel in axialer Richtung verschiebbar ist, und daß der Antrieb der Zugspindel über einen unmittelbar unterhalb des Stellmechanismus in der Statornabe angeordneten elektrischen oder hydraulischen Stellmotor erfolgt, welcher wahlweise mit einer Bremse kombiniert ist.

Durch die gekapselte Bauart mit Antrieb durch Hydraulik- oder Ε-Motor kann der Verstellmechanisnius relativ leicht gegen das umgebende Medium abgedichtet werden. Außerdem kann die Einheit leicht ausgebaut und somit leicht gewartet werden, wodurch sich die Unterhaltskosten reduzieren und die Verfügbarkeit der Anlage erhöht wird.

Die gleiche Aufgabe wird zum anderen dadurch gelöst, daß der Drehteller je Leitschaufel eine schwalbenschwanzförmige. radial ausgerichtete Kulissenführung aufweist, welche Kulissensteine aufnimmt, die ihrerseits über das Kugelgelenk mit Schwenkbolzen verbunden sind, wobei diese in Schwenkbuchsen gleitend geführt sind, daß diese Schwenkbuchsen auf den Achsen der Leitschaufeln in der Statornabe drehbar gelagert sind, wobei sie mit den Achsen über ein Vielnutprofil drehfest verbunden sind, und daß die Spindelmutter ihre Aufwärtsbewegung durch einen mit ihrer Unterseite konzentrisch verbundenen Hydraulikkolben erhält, welcher in einem, im unteren Teil der Statornabe angeordneten Hydraulikzylinder geführt ist. und daß die Abwärtsbewegung von einem Druckraum ausgeht, welcher von der in ihrem Inneren als Zylinder ausgebildeten Spindelmutter und einer dazu konzentrischen Führungsstange umschlossen wird, daß der Druckraum über eine im Hydraulikkolben vorgesehene zentrische Bohrung und einer darin dichtend geführten Druckleitung mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar ist, und daß der Hydraulikkolben mittels einer Hydraulikbremse arretierbar ist.

Der hydraulische Kolbenantrieb hat den Vorzug, daß er nicht nur relativ einfach und damit preiswert ist, sondern daß er auch über Flur eine präzise Überwachung des Kolbenweges über die zugeführte Menge Hydrauliköl und damit eine zuverlässige Anzeige der Leitschaufelverstellung zuläßt. Ebenso erleichtert die kompakte Bauweise die Abdichtung gegen das zu fördernde Medium und gewährleistet durch Ausbau der Einheit eine günstige Wartung.

Zum anderen wird die gleiche Aufgabe durch die dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 2 zu entnehmenden Merkmale gelöst.

Gegenüber einer Lösung des Antriebes der Leitschaufelverstellung mit Elektro- oder Hydraulikmotor bietei der Kolbenantrieb eine raumsparende, kostengüns:ig auszuführende und zudem nahezu verschleißfreie Lösung.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Hydraulikpumpe aus kegelförmigen Segmenten eines Bremskörpers gebildet wird, daß der Bremskörper durch eine Tellerfeder belastbar ist. und daß dabei der Bremskörper auf der der Tellerfeder abgewandten Seite mit einem gleichfalls kegelig ausgebildeten Widerlager in Verbindung steht, wobei das Widerlager auf seiner Unterseite mit einem Arbeitskolben zusammenwirkt. welcher über eine Bohrung durch Parallelschaltung derselben mit der Druckleitung und der Hydraulikleitung von Druckflüssigkeit beaufschlagbar ist.

Dadurch wird die nachträgliche Verstellung der Leitschaufel bei hydraulischer Betätigung durch unvermeidbare Leckverluste zuverlässig vermieden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist darin zu sehen, daß der elektrische- oder hydraulische Stellmotor bzw. der Hydraulikkolben oder der Druckraum über Tragrippen ihre Energiezufuhr erhalten.

Ein Ausführungsbeispiel eines Stellmechanismus für die Verstellung der Leitschaufeln einer Strömungsarbeitsmaschine halbaxialer Bauart kann den Zeichnungen entommen werden. Es zeigt

Fig. 1 Schnitt durch einen Leitapparat mit Stellmechanismus in einer Statornabe und hydraulischem Kolbenantrieb desselben.

Fig. 2 Schnitt durch einen Leitapparat mit Stellmechanismus in der Statornabe und Antrieb desselben mittels eines elektrischen- oder hydraulischen Stellmotors. Einen Längsschnitt durch einen Leitapparat 1 zeigt Fig. 1. Der Stellmechanismus für die im Leitapparat 1 einerseits und in einer Statornabe andererseits gelagerten Leitschaufeln 3 ist vollkommen in die durch Tragrippen 4 im Gehäuse des Leitapparates 1 zentrierte Statornabe 2 integriert. Der Antrieb des Stellmechanismus erfolgt durch einen Hydraulikkolben 5 für die Aufwärtsbewegung und für die Abwärtsbewegung über einen Druckraum 6. Der Druckraum 6 wird dabei von einer Spindelmutter 7 zentrisch und über eine Führungsstange 8 von oben ebenfalls zentrisch aber zugleich dichtend umschlossen. Dem Hydraulikkolben 5 wird dabei für die Aufwärtsbewegung Druckflüssigkeit über eine Hydraulikleitung 9 zugeführt, während die Druckflüssigkeit für die Abwärtsbewegung dem Druckraum 6 über eine zentrische Bohrung 10 im Hydraulikkolben 7 und einer darin gleitend und dichtend geführten Druckleitung 11 zugeführt wird. Vorteilhafterweise können Hydraulikleitung 9 und Druckleitung 11 über die hohle Tragrippe 4 nach außen geführt werden. Die durch Hydraulikkolben 5 und Druckraum 6 axial verschiebbare Spindelmutter 7 wird durch endseits angeordnete Nutprofile 12a. 12£>in der Statornabe 2 gegen Verdrehung gesichert axial geführt. Die Spindelmutter 7 weist Gewindegänge 13 von hoher Steigung auf, in welche eine Gegenmutter 14 einbo greift, welche drehfest mit einem Drehteller 15 verbunden ist. Die aus Gegenmutter 14 und Drehteller 15 bestehende Einheit ist radial und axi:il über Führungselemente 16<i. 166; bzw. 17,7. \7b im Statorgehäuse 2 gegen Verschiebung gesichert. Der Drehteller 15 weist auf seit> 5 ncr Unterseite schwalbenschwanziörmige. radial verlaufende Kulissenführungen 18 auf. in welchen Kulissensteine 19 gleitend geführt sind. Mit den Kulissensteinen 4 wiederum sind über Kugelgelenke 20 Schwenkbolzen

21 verbunden, welche gleitend in Schwenkbuchsen 22 geführt sind, wobei die Schwenkbolzen 21 bei einer Drehung des Drehtellers 15 die Schwenkbuchsen 22 und damit die über Vielnutprofil 23 mit diesen drehfest verbundenen Leitschaufeln 3 verdrehen. Die Drehung des Drehtellers 15 wird von dem oben erwähnten Hydraulikkolben 5 ausgelöst, welcher mit der Spindelmutter 7 fest verbunden ist, und diese nach oben schiebt. Da diese gegen Verdrehung gesichert ist, wird die in die Gewindegänge 13 eingreifende Gegenmutter 14 zur Verdrehung veranlaßt und diese gibt die Drehung in der oben geschilderten Weise an die Leitschaufeln 3 weiter. Die Leitschaufeln 3 sind im Gehäuse des Leitapparates 1 und in der Statornabe 2 drehbar gelagert. Zur Anzeige des Drehwinkels der Leitschaufeln 3 kann eine Achse 24 der Leitschaufeln 3 mit einem Drehwinkel-Meßumformer 25 verbunden sein.

Bei der Abwärtsbewegung der Spindelmutter 7 verläuft der gesamte Drehvorgang in der am Aufwärtsvorgang geschilderten Weise, jedoch in umgekehrter Riehtung. Dabei wirkt die innen zylindrisch ausgebohrte Spindelmutter 7 selbst als Kolben, der Kolbenraum (Druckraum 6) wird nach oben durch die Führungsstange 8 abgedichtet, so daß die über die zentrische Bohrung 10 im Hydraulikkolben 5 und die Druckleitung 11 zügeführte Druckflüssigkeit die Spindelmutter 7 axial nach unten bewegt und dabei den Drehteller 15 über die Gegenmutter 14 zur Drehung veranlaßt.

Zur Abdichtung der Statornabe 2 gegenüber einer rotierenden Laufradnabe 26 sind Dichtungselemente 27a, 27 b vorgesehen.

Da die Spindelmutter 7 hohe Steigung aufweist, kann nicht mit Selbsthemmung gerechnet werden, vielmehr soll durch diese die axiale Bewegung derselben in eine Drehbewegung des Drehtellers 15 umgewandelt werden. Nach erfolgter Verstellung der Leitschaufeln 3 wäre nun deren Bestreben sich wieder zu verdrehen. Der Hydraulikkolben 5 würde dies zwar nach Abschluß der Hydraulikleitung 9 und der Druckleitung 11 verhindern, da die eingeschlossene Hydraulikflüssigkeit inkompressibel ist, jedoch wären über längeren Zeitraum Schaufelverstellungen als Folge von Leckagen nicht mit der gebotenen Sicherheit auszuschließen.

Aus diesem Grund wird im Bereich des freien unleren Endes des Hydraulikkolbens 5 eine Hydraulikbremse 5a vorgesehen. Sie besteht aus einem aus Segmenten aufgebauten und nach unten zu kegelig auslaufenden Bremskörper 5b, welcher mit einem ebenfalls kegelig gestalteten Widerlager 5c zusammenarbeitet, wobei im Ruhezustand die Segmente des Bremskörpers 5b durch eine Tellerfeder 5d oder dergleichen infolge seiner kegeligen Ausbildung radial nach innen gegen den Hydraulikkolben 5 gepreßt werden und diesen arretieren.

Während der kurzen Zeiträume der Schaufelverstellung wird die Druckwirkung der Tellerfeder 5d durch einen Arbeitskolben 5c aufgehoben, welcher über eine Bohrung 5/gleichzeitig mit dem Hydraulikkolben 5 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt wird, so daß sich die Hydraulikbremse 5a löst und die Axialbewegung des Hydraulikkolbens 5 freigibt.

Einen alternativen Antrieb des Stellmechanismus zeigt F i g. 2. Hier wird der Antrieb durch einen elektrischen- oder auch hydraulischen Stellmotor bewirkt Der gesamte Stellmechanismus ist mit Ausnahme einer mit dem Stellmotor 28 über eine Kupplung 29 verbundenen Zugspindel 30 der gleiche wie der unter F i g. 1 beschriebene. Die Zugspindel 30 wird zentrisch in der Spindelmutter 7 geführt und bewegt über ihr Außengewinde axial die mit Innengewinde versehene Spindelmutter 7.

Zur Verstärkung der Selbsthemmungskräfte der Zugspindel 30 kann zwischen dem Stellmotor 28 und der Kupplung 29 zur Zugspindel 30 eine Bremse 31 vorgesehen werden.

Die Versorgungsleitungen 32 zu dem elektrisch- oder hydraulisch wirkenden Stellmotor 28 können vorteilhafterweise wie bereits in der unter Fig. 1 beschriebenen Version durch die hohlen Tragrippen 4 von der Statornabe 2 nach außen geführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leitschaufel-Verstellvorrichtung für die Vordrallregelung einer Strömungsarbeitsmaschine, bei denen im Ansaugkanal um Achsen senkrecht zur Strömungsrichtung drehbar angeordnete Leitschaufeln vorgesehen sind und diese über einen Antrieb und einen zwischengeschalteten Stellmechanismus verdrehbar sind, und der Stellmechanismus einen Drehteller aufweist, welcher radial und axial unbeweglich in einer Statornabe geführt ist und welcher Kulissenführungen besitzt, in denen mit einem Kugelgelenk ein Schwenkbolzen gleitend geführt ist. der wiederum mit Leitschaufeln verbunden ist. die drehbar in der Statornabe gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteiler (ä5) je Leitschaufel (3) eine schwalbensehwanzförmige, radial ausgerichtete Kulissenführung (18) aufweist, welche Kulissensteine (19) aufnimmt, die ihrerseits über das Kugelgelenk (20) mit Schwenkbolzen (21) verbunden sind, wobei diese in Schwenkbuchsen (22) gleitend geführt sind, daß diese Schwenkbuchsen (22) auf den Achsen (24) der Leitschaufeln (3) in der Statornabe (2) drehbar gelagert sind, wobei sie mit den Achsen (24) über ein Vielnutprofil (23) drehfest verbunden sind, daß der Drehteller (15) im Bereich seiner Mittelachse über eine Gegenmutter (14) mit einer Spindelmutter (7) im Eingriff steht, die ein Gewinde hoher Steigung aufweist und an beiden Stirnseiten Nutprofile (12a, 12b) aufweist, die in einer die Nutprofile umgebenden Statornabe (2) verdrehsicher, jedoch axial beweglich gelagert sind, und daß die Spindelmutter (7) über eine in ihrem Inneren konzentrisch angeordnete, radial und axial in der Statornabe (2) und der Spindelmutter (7) geführten Zugspindel (30) in axialer Richtung verschiebbar ist, und daß der Antrieb der Zugspindel (30) über einen unmittelbar unterhalb des Stellmechanismus in der Statornabe (2) angeordneten elektrischen oder hydraulischen Stellmotor (28) erfolgt, welcher wahlweise mit einer Bremse (31) kombiniert ist.

2. Leitschaufel-Verstellvorrichtung für die Vordrallregelung einer Strömungsarbeitsmaschine, bei denen im Ansaugkanal um Achsen senkrecht zur Strömungsrichtung drehbar angeordnete Leitschaufeln vorgesehen sind und diese über einen Antrieb und einen zwischengeschalteten Stellmechanismus verdrehbar sind, und der Stellmechanismus einen Drehteller aufweist, welcher radial und axial unbeweglich in einer Statornabe geführt ist und welcher Kulissenführungen besitzt, in denen mit einem Kugelgelenk ein Schwenkbolzen gleitend geführt ist, der wiederum mit Leitschaufeln verbunden ist, die drehbar in der Statornabe gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteller (15) je Leitschaufel (3) eine schwalbensehwanzförmige, radial ausgerichtete Kulissenführung (18) aufweist, welche Kulissensteine (19) aufnimmt, die ihrerseits über das Kugelgelenk (20) mit Schwenkbolzen (21) verbunden sind, wobei diese in Schwenkbuchsen (22) gleitend geführt sind, daß diese Schwenkbuchsen (22) auf den Achsen (24) der Leitschaufeln (3) in der Statornabe (2) drehbar gelagert sind, wobei sie mit den Achsen (24) über ein Vielnutprofil (23) drehfest verbunden sind, und daß die Spindelmutter (75) ihre Aufwärtsbewegung durch einen mit ihrer Unterseite konzentrisch verbundenen Hydraulikkolben (5) er-

hält, welcher in einem, im unteren Teil der Statornabe (2) angeordneten Hydraulikzylinder (5a) geführt ist, und daß die Abwärtsbewegung von einem Druckraum (6) ausgeht, welcher von der in ihrem Inneren als Zylinder ausgebildeten Spindelmutter (7) und einer dazu konzentrischen Führungsstange (8) umschlossen wird, daß der Druckraum (6) über eine im Hydraulikkolben (5) vorgesehene zentrische Bohrung (10) und einer darin dichtend geführten Druckleitung (11) mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar ist, und daß der Hydraulikkolben (5) mittels einer Hydraulikbremse (5a) arretierbar ist.

3. Leitschaufel-Verstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikbremse (5a) aus kegelförmigen Segmenten eines Bremskörpers (56,) gebildet wird, daß der Bremskörper (5b) durch eine Teilerfeder (541 belastbar ist, und daß dabei der Bremskörper (5b) auf der der Tellerfeder abgewandten Seite mit einem gleichfalls kegelig ausgebildeten Widerlager (5c) in Verbindung steht, wobei das Widerlager auf seiner Unterseite mit einem Arbeitskolben (5b) zusammenwirkt, welcher über eine Bohrung (5f) durch Parallelschaltung derselben mit der Druckleitung und der Hydraulikleitung (9) von Druckflüssigkeit beaufschlagbar ist.

4. Leitschaufel-Verstellvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische- oder hydraulische Stellmotor (28) bzw. der Hydraulikkolben (5) oder der Druckraum (6) über Tragrippen (4) ihre Energiezufuhr erhalten.