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Leitschaufelsystem
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Die Erfindung betrifft ein Leitschaufelsystem mit parallelen Leitschaufeln.
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Leitschaufeln kommen sowohl in Turbinen wie in Schaufelkompressoren,
aber auch in anderen Zusammenhängen vor und dienen dazu, einen Fluß zu steuern.
Hierbei kann der Wunsch bestehen, den Fluß einstellen, steuern oder regeln zu könne.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, Drosseln oder Ventile, die von den Leitschaufeln
selbst unabhängig sind, oder drehbare Leitschaufeln zu verwenden.
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Normalerweise erfolgt dann die Verstellung des Flusses durch Drosselung
des Flusses in größerem oder kleinerem Maße, was fast zimmer mit erheblichen Drosselverlusten
verbunden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leitschaufelsysem der
eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem der Fluß eingestellt, gesteuert oder
geregelt werden Ikann, ohne daß hierbei nennenswerte Drosselverluste auftreten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Leitschaufelsystem nach dem Oberbegriff
;des Anspruches 1 vorgeschlagen welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil
des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den weiteren Ansprüchen genannt.
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Ein solches Leitschaufelsystem kann zur manuellen Einstellung des
Flusses verwendet werden, beispielsweise beim Eintrimmen eines Flusses in einer
Anlage; es ist jedoch ebenfalls gut geeignet zur maschinellen Verstellung für eine
Steuerung oder Regelung mit Hilfe passender Verstellvorichtungen. Eine solche Verwendung
des Leitschaufelsystem als Stellglied einer Regelung oder Steuerung kann beispielsweise
in einer Turbomaschine stattfinden, bei der die Dampfabnahme an einer Schaufelstufe
verstellt wird.
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Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die
Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 und 2 den prinzipiellen Aufbau
eines Leitschaufelsystems gemäß der Erfindung, Fig. 3 ein abgewandeltes Ausführungsprinzip
für ein Leitschaufelsystem gemäß der Erfindung, Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer
Verstellvorrichtung zur maschinellen Steuerung oder Regelung.
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Figur 1 zeigt mehrere parallele Leitschaufeln 1 zwischen denen mehrere
parallele Strömungskanäle 2 gebildet werden. Der Begriff der Parallelität bezieht
sich hierbei auf die Strömungsrichtung. Handelt es sich beispielsweise um die Leitschaufeln
einer Turbine oder eines Turbokompressors, so sitzen die Leitschaufeln radial im
Ring, so daß sie nicht in der Längsrichtung parallel sind, jedoch fortwährend im
Verhältnis zu der Strömungsrichtung parallel, und zwar alle senkrecht zu dieser
Richtung sind.
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Zur Einstellung des Flusses durch die Strömungskanäle 2 sind zwischen
den Leitschaufeln 1 drehbare Ventile 3
eingesetzt. In Figur 1 sind
alle Ventile geschlossen, während in Figur 2 das oberste geschlossen ist, die beiden
unteren ganz geöffnet sind und das zweitoberste teilweise geöffnet ist. Der Sinn
der Erfindung besteht also darin, daß die Verstellung schrittweise geschieht, so
daß der überwiegende Teil aller Ventile entweder ganz geöffnet oder ganz geschlossen
ist und nur ein Ventil oder einige wenige Ventile zur Feineinstellung teilweise
geöffnet sind.
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Hierdurch erfolgt die Einstellung kontinuierlich Schritt für Schritt,
wobei durch die meisten Ventile entweder ein völlig freier oder gar kein Durchfluß
möglich ist.
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Drosselverluste treten nur in den teilweise geöffneten Ventile auf.
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Wenn das Leitschaufelsystem gemäß der Erfindung zum Eintrimmen eines
Flusses nur eimmal oder gelegentlich verstellt wird, kann die Einstellung manuell
in der Weise geschehen, daß jedes Ventile mit einer bekannten Art von Betätigungsarm
versehen ist, wobei jeweils eines der Ventile geöffnet oder geschlossen wird, bis
man den gewünschten Fluß erreicht hat. Falls erforderlich, kann eine Feineinstellung
dadurch erfolgen, daß ein oder einige Ventile teilweise geöffnet werden.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Ventile nicht die dargestellte
Form durchbohrter Zylinder haben müssen, sondern auch als flache Drehdrosseln oder
Schiebeventile ausgeführt sein können. Wichtig ist, daß zumindest der überwiegende
Teil der Ventile dazu bestimmt ist, entweder ganz geöffnet oder ganz geschlossen
zu werden.
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Wenn die Leitschaufeln in einem Ring sitzen, wie z.B. in Turbomaschinen,
kann es mit Rücksicht auf die Symmetrie, d.h. zur Vermeidung einer Schrägbelastung
des Rotors, angebracht sein, das Leitschaufelsystem in Gruppen von Leitschaufeln
zu unterteilen, wobei beim Betrieb jede Gruppe dieselbe oder annähernd dieselbe
Anzahl voll geöffneter, geschlossener und teilweise geöffneter Ventile
enthält.
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Ferner müssen bei einem Ring von Leitschaufeln entweder die Schaufeln
oder die Ventile oder beide in radialer Richtung konisch ausgeführt sein mit dem
größten Querschnitt ganz außen, damit man eine Passung zwischen Schaufeln und Ventilen
enthält.
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Figur 3 zeigt eine Variante des in Figur 1 gezeigten Leitschaufelsystems,
bei der außer den durchgehenden Leitschaufeln 1 ZwischenLeitschaufeln 4 vorhanden
sind, welche die Strömungskanäle zwischen den Leitschaufeln 1 aufteilen. Dadurch
erhält man einen glatten Strömungskanal auch bei einem nur halb geöffneten Ventil
und damit kleinere Drosselverluste.
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Ist es erforderlich, das Leitschaufelsystem während des Betriebs zum
Zwecke der Steuerung oder Regelung zu verstellen, so benötigt man im allgemeinen
eine maschinell betätigbare Verstellvorrichtung, um die Ventile kontinuierlich und
schrittweise öffnen und schließen zu können. Eine solche Vorrichtung kann gemäß
Figur 4 aufgebaut sein.
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In Figur 4 sind die Ventile 3 durch gestrichelte Linien angedeutet.
Jedes Ventil ist mit einem Betätigungsarm versehen, der in einem Zapfen endet. Diese
Zapfen werden von einer gemeinsamen Betätigungsvorrichtung in Form einer Kulissensteuerung
mit einer Nut für die Zapfen gesteuert.
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Bei einer Turbomaschine kann die Kulissensteuerung die Form eines
Ringes haben, der die Leitschaufeln umgibt, wobei die Nut eine Schraubenlinie mit
zwei Windungen bildet, die in je einer Ebene verlaufen und über ein Ubergangsstück
miteinander verbunden sind. Wenn die Kulissensteuerung mit diesem Ubergangsstück
einen Zapfen passiert, wird das zugehörige Ventil aus der geöffneten in die geschlossene
Stellung oder umgekehrt umgestellt. In Figur 3 sind die beiden unteren Ventile offen,
das zweitoberste ist halb
geöffnet und das oberste ist geschlossen.
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Wenn die Ventile in Gruppen aufgeteilt sind, hat jede Gruppe ihre
eigene Nut in der Kulissensteuerung, mit einer Länge, die ungefähr doppelt so lang
wie die Länge der Gruppe ist.
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Oft kann ein Teil der Strömungskanäle ohne Ventile ausgeführt sein,
da häufig kein Bedarf besteht, den Fluß völlig abzustellen.