DE4213716A1

DE4213716A1 - Axialdurchströmte Turbine

Info

Publication number: DE4213716A1
Application number: DE19924213716
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Mueller
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1992-04-25
Filing date: 1992-04-25
Publication date: 1993-10-28

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine axialdurchströmte Turbine mit mindestens einer Reihe einzeln verstellbarer Leitschaufeln und mindestens einer Reihe Laufschaufeln.

Stand der Technik

Derartige Turbinen sind beispielsweise bei Abgasturboladern hinlänglich bekannt. Neben der Leitschaufelverstellung am Verdichter ist als Regeleingriff zur Verbesserung der Beschleunigung und des Drehmomentenverhaltens auch die Leit schaufelverstellung an der Turbine eine mögliche Maßnahme. Ein Beispiel hierfür liefert die EP 2 53 234 A1. Mit den ver stellbaren Turbinenleitschaufeln soll für einen gegebenen Durchsatz ein größeres Gefälle erzeugt werden. Dadurch erhöht sich die Turbinenleistung, die Turbinendrehzahl und schließlich der Ladedruck. Damit die Verstellschaufeln während des "heißen" Betriebes nicht klemmen, müssen sie in der Regel mit angemessenem Spiel eingebaut werden. Besonders im zugedrehten Zustand kann sich die Spaltströmung am Kopf und am Fuß der Schaufeln sehr störend auf die Hauptströmung im Kanal auswirken. Da überdies auf die Verstellschaufeln große Fluidkräfte in Axial- und in Umfangsrichtung einwir ken, müssen des öfteren die Schaufeln sowohl am Kopf als auch am Fuß eingespannt werden, um die Verstellwelle zu entlasten.

Darstellung der Erfindung

Diese Nachteile will die Erfindung vermeiden. Ihr liegt besonders die Aufgabe zugrunde, bei axial durchströmten Turbinen der eingangs genannten Art eine Maßnahme zu schaffen, mit welcher die Spaltverluste reduziert werden können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Leit schaufeln in ihrer Verstellachse axial beweglich gelagert sind und daß ihre Schaufelspitzen über Federmittel an die strömungsbegrenzende Wand der Nabe andrückbar sind.

Diese Lösung weist unter andern den Vorteil auf, daß je nach vorherrschender Anpreßkraft auf eine zusätzliche Maß nahme zur Entlastung der Verstellwelle verzichtet werden kann. Mit den an die Wand angedrückten Leitschaufeln können zudem Vibrationen vermieden oder zumindest stark gedämpft werden. Dadurch, daß die Leitschaufeln in ihrer Längsachse beweglich sind, kann ein Klemmen der während des Betriebes heiß werdenden und sich verformenden Elemente vermieden werden.

Es ist günstig, wenn die Schaufelspitze der Leitschaufeln und die der Schaufelspitze gegenüberliegende Wandung der Nabe und/oder die radial äußere Partie der Leitschaufeln und die dieser Partie gegenüberliegende Wandung des Schau felträgers kugelförmig ausgebildet sind.

Mit dieser Maßnahme hat man ein Mittel in der Hand, um bei nichtzylindrischen Kanalkonturen anläßlich der Schaufeldre hung einen gleichbleibenden Spalt zu erzielen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer einstufigen Abgasturboladerturbine mit axial/radialem Austritt dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt der Turbine;

Fig. 2 einen Teillängsschnitt einer Ausführungsvariante.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise der Verdichterteil, die Gehäuse, der Rotor mitsamt Lagerung usw. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmit tels ist mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

In der in Fig. 1 schematisch gezeigten Gasturbine sind die den durchströmten Kanal 1 begrenzenden Wandungen zum einen die innere Nabe 2 und zum andern der äußere Schaufelträger 3. Letzterer ist auf nicht dargestellte geeignete Art im Gehäuse 4 und in einem stromaufwärts angeordneten Zuströmge häuse eingehängt. Im Bereich der Laufschaufeln 5 wird der Kanal 1 innen begrenzt durch die Rotorscheibe 6 und außen durch die Abdeckung 7.

Die verstellbaren Leitschaufeln 8 sind mit ihrer jeweiligen Verstellwelle 9 vorzugsweise einteilig ausgeführt, wobei ein Bund 17 die Welle 9 mit dem Schaufelblatt verbindet. Die Welle 9 ist in einer Buchse 10 gelagert, welche das Gehäuse 4 und teilweise den Schaufelträger 3 durchdringt. An ihrem aus der Buchse 10 herausragenden Ende ist die Welle mit einem Schwenkhebel 11 verbunden. Dieser Hebel ist über einen Bolzen 12 mit einem Verstellring 13 verbunden.

Die eigentliche Verstellung der Leitschaufeln 8 im Gitter erfolgt über das Hebelgestänge 9, 11, 12, 13 durch nicht darge stellte Betätigungsmittel, wie sie beispielsweise aus dem Verdichterbau bekannt sind. Die Verstellung erfolgt vorzugs weise automatisch in Funktion der Betriebsparameter wie Ladedruck, Drehzahl usw.

Der Schwenkhebel 11 ist in seinem mittleren Teil 11a als Blattfeder ausgebildet. Nach der Montage ist diese Blattfe der vorgespannt und wirkt in Längsrichtung auf die Verstell welle 9. Diese wird dabei durch die Buchse 10 radial ein wärts bewegt, bis die Schaufelspitze der Leitschaufel am Anschlag mit der Nabe ist.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante verlau fen die strömungsbegrenzenden Wandungen des Kanals im Bereich der verstellbaren Leitschaufeln nicht zylindrisch. Die Schaufelspitze 14 der Leitschaufeln 8 und die der Schau felspitze gegenüberliegende Wandung der Nabe 2 sind kugel förmig ausgebildet. Die Krümmungsradien der Schaufelspitze und der der Schaufelspitze gegenüberliegenden Wandung 18 der Nabe entsprechen dem radialen Abstand A zwischen Schau felspitze und Maschinenachse 15.

Die gleiche Maßnahme ist am Schaufelfuß getroffen, wobei hier die radial äußere Partie 16 der Leitschaufel und die dieser Partie gegenüberliegende Wandung des Schaufelträgers 3 kugelformig ausgebildet sind. Als Krümmungsradien dieser kugelförmigen Partie 16 und der entsprechenden Wandung wird hier der radiale Abstand B zwischen Blattende und Maschinen achse 15 herangezogen.

Bezugszeichenliste

1 Kanal
2 Nabe
3 Schaufelträger
4 Gehäuse
5 Laufschaufel
6 Rotorscheibe
7 Abdeckung
8 verstellbare Leitschaufel
9 Welle
10 Buchse
11 Schwenkhebel
11a Federmittel
12 Bolzen
13 Verstellring
14 Schaufelspitze
15 Maschinenachse
16 radial äußere Partie der Leitschaufeln
17 Bund
18 gekrümmte Wandung von 2

Claims

1. Axialdurchströmte Turbine mit mindestens einer Reihe einzeln verstellbarer Leitschaufeln (8) und mindestens einer Reihe Laufschaufeln (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (8) in ihrer Längsachse beweg lich gelagert sind und daß ihre Schaufelspitzen über Federmittel (11a) an die strömungsbegrenzende Wand der Nabe (2) andrückbar sind.

2. Axialdurchströmte Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel (11a) durch einen als Blattfeder gestalteten Schwenkhebel (11) gebildet sind, welcher auf die Verstellwelle (9) der Leitschau feln (8) wirkt.

3. Axialdurchströmte Turbine nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelspitze (14) der Leit schaufeln (8) und die der Schaufelspitze gegenüberlie gende Wandung der Nabe (2) kugelförmig ausgebildet sind.

4. Axialdurchströmte Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien der kugelför migen Schaufelspitze (14) und der der Schaufelspitze gegenüberliegenden Wandung (18) der Nabe (2) dem radia len Abstand (A) zwischen Schaufelspitze und Maschinen achse (15) entsprechen.

5. Axialdurchströmte Turbine nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere Partie (16) der verstellbaren Leitschaufeln (8) und die dieser Partie gegenüberliegende Wandung des Schaufelträgers (3) kugelförmig ausgebildet sind.

6. Axialdurchströmte Turbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien der kugelför migen radial äußere Partie (16) der verstellbaren Leitschaufeln (8) und der dieser Partie gegenüberlie genden Wandung des Schaufelträgers dem radialen Abstand (B) zwischen radial äußerer Partie der Leitschaufeln und Maschinenachse (15) entsprechen.