DE60319612T2

DE60319612T2 - Steuereinrichtung für Statorschaufel

Info

Publication number: DE60319612T2
Application number: DE60319612T
Authority: DE
Inventors: Michel Bouru
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-01-11
Also published as: US6802692B2; CA2418230C; EP1331403B1; JP4050626B2; ES2304494T3; JP2003227495A; EP1331403A1; DE60319612D1; FR2835295A1; FR2835295B1; CA2418230A1; RU2304234C2; UA79581C2; US20030143067A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von Schaufeln mit variablem Einstellwinkel wie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert. Eine solche Vorrichtung ist aus dem Dokument US-A-5024580 bekannt. Sie findet eine besondere Anwendung auf dem Gebiet der Luftfahrt, insbesondere bei der Steuerung der Winkelpositionen von Leitschaufeln für den Lufteintritt in Turbomaschinenverdichter, wie Flugzeugturbomaschinen.
Die bekannten Vorrichtungen für die Steuerung von Schaufeln mit variabler Einstellung in einer Turbomaschine umfassen gewöhnlich ein Stellteil in der Form eines Rings, der ein Gehäuse der Turbomaschine umringt, und mehrere Hebel oder Schwingarme, wobei jeder Schwingarm ein erstes Ende, das über ein Gelenk mit dem Steuerring verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das auf dem Drehgelenk einer entsprechenden Schaufel angebracht ist.
Die synchronisierte Änderung der Winkelposition der Schaufeln wird durch Drehung des Rings um die Achse der Turbomaschine ausgeführt. Um der Drehbewegung des Rings folgen zu können, umfaßt die Verbindung zwischen jedem Schwingarm und dem Ring wenigstens einen Drehfreiheitsgrad um eine Achse, die im wesentlichen radial in Bezug auf den Ring ausgerichtet ist. Da der Schwingarm indes starr auf dem Drehgelenk der entsprechenden Schaufel angebracht ist, bewirkt die Drehung des Rings andere relative Bewegungen zwischen dem Ring und dem Teil des Schwingarms, der auf dem Drehgelenk der Schaufel angebracht ist. Um sich an diese zusätzlichen Bewegungen oder wenigstens einen Teil davon anzupassen, ist die Ausführung einer Verbindung in der Form eines Kugelgelenks oder eines analogen Werkstücks bekannt, das neben der Drehung um eine Achse, die in Bezug auf den Ring im wesentlichen radial ist, eine Drehung um eine Achse ermöglicht, die eine Richtung aufweist, die im wesentlichen eine Umfangsrichtung in Bezug auf den Ring aufweist. Es wurde auch die Ausführung einer Verbindung vorgeschlagen, die einen zusätzlichen Translationsfreiheitsgrad in eine Richtung bietet, die in Bezug auf den Ring im wesentlichen radial ist. Es wird unter anderem auf die Dokumente FR-A-2 608 678 oder FR-A-2 746 141 verwiesen.
Es ist auch die US-Patentschrift 6,019,574 bekannt, die die Ausführung des mechanischen Gelenks zwischen dem Drehgelenk der Schaufel und dem Ende des durch ein Nut- und Federsystem darauf angebrachten Schwingarms vorschlägt: Das Drehgelenk der Schaufel umfaßt ein Gewindeende, das eine Öffnung durchgreift, die in den Steuerungsschwingarm gebohrt ist. Eine auf dem Gewindeende des Drehgelenks festgezogene Mutter ermöglicht die Drehverbindung des Zusammenbaus dieser Werkstücke. Des Gleichen beschreibt die europäische Patentanmeldung EP 1 010 862 ein Gelenk, das durch Führungsstifte erhalten wird, die fest mit dem Drehgelenk der Schaufel verbunden sind und Einstiche durchgreifen, die auf dem Ende des auf dem Drehgelenk angebrachten Schwingarms hergestellt sind. Der Zusammenbau wird auch durch eine Mutter in Drehung gehalten, die auf ein Gewindeende des Drehgelenks der Schaufel geschraubt ist. US 5,024,580 beschreibt ein Gelenk, das durch eine Kappe ausgeführt ist, die durch eine Schraube auf dem Ende des Schwingarms festgezogen ist.
In diesen Dokumenten variiert die Drehführungsgenauigkeit des Steuerungsschwingarms in Bezug auf das Drehgelenk der Schaufel in der gängigen Praxis indes zwischen 0,4° und 0,6°. Diese geringe Präzision rührt von der Tatsache her, daß zwischen den verschiedenen Werkstücken aufgrund der Montagetoleranzen der Steuerungsvorrichtung Spiele bestehen. Ein Spiel tritt insbesondere zwischen dem Drehgelenk und dem Ende des Schwingarms, der daran angebracht ist, auf. Daraus ergibt sich eine Ungenauigkeit bei der Führung des Schwingarms, die der guten Funktion des Zusammenbaus besonders abträglich ist.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Abhilfe für solche Nachteile zu schaffen, indem eine Steuerungsvorrichtung vorgeschlagen wird, die Mittel zur Befestigung des Schwingarms verwendet, die es ermöglicht, diesen spielfrei auf dem Drehgelenk der Schaufel zu halten. Eine Aufgabe der Erfindung ist auch die Beseitigung der Führungsungenauigkeit.
Zu diesem Zweck wird eine Vorrichtung zur Steuerung einer Schaufel mit variablem Einstellwinkel für den Leitapparat eines Turbomaschinenverdichters gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Auf diese Art und Weise wird jedes Risiko eines Spiels zwischen dem Drehgelenk der Schaufel und dem Ende des daran angebrachten Schwingarms ausgeräumt. Die Drehführungsgenauigkeit zwischen dem Schwingarm und dem Drehgelenk der Schaufel wird daher verbessert.
Die Klemmittel weisen eine Klemmkappe auf, die auf das zweite Ende des Schwingarms aufgebracht und unter der Wirkung der Befestigungsmittel einer axialen Klemmkraft unterworfen ist. Diese Klemmkappe weist einen radialen Durchgang mit wenigstens einer inneren Seitenfläche auf, die gegenüber einer Mittellängsebene dieses Durchgangs geneigt ist und mit einer Seitenfläche des zweiten Endes des Schwingarms zusammenwirkt, um eine Klemmkraft zu erzeugen.
Die Klemmkappe übt diese Klemmkraft durch Kontaktelemente aus, die zwischen wenigstens einer geneigten inneren Seitenfläche der Klemmkappe und einer entsprechenden Seitenfläche des zweiten Endes des Schwingarms eingefügt sind.
Die Kontaktelemente können entweder die Form wenigstens einer flexiblen Zunge, die auf einer Seite des mittleren Blocks des Drehgelenks in Längsrichtung vorspringt, oder wenigstens eines Keils aufweisen, der zwischen der Klemmkappe und einer Seitenfläche des zweiten Endes des Schwingarms eingefügt ist.
Das zweite Ende des Schwingarms kann eine Form mit U-förmigem Querschnitt mit zwei Schenkeln aufweisen, die an Seitenflächen eines mittleren Blocks des Drehgelenks aufgebracht werden.
Um einen Verwechselungsschutz zwischen einer Eintrittskante und einer Austrittskante des Schwingarms zu gewährleisten, kann eine Positionsasymmetrie der Seitenflächen oder der Schenkel des Schwingarms in Bezug auf die Mittelachse bestehen.
Die Befestigungsmittel können eine Schraube umfassen, welche nacheinander eine in dem zweiten Ende des Schwingarms ausgebildete erste Öffnung, eine in der Klemmkappe ausgebildete zweite Öffnung sowie eine im Drehgelenk der Schaufel ausgebildete dritte Öffnung durchgreift. Als Variante können die Befestigungsmittel aus einem Schraube-Mutter-System bestehen, das eine mit dem Drehgelenk der Schaufel fest verbundene Gewindestange umfaßt, und auf die eine axiale Spannmutter geschraubt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor, die mehrere keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele davon veranschaulichen; es zeigen:
1 eine Teilansicht eines Längsschnitts einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung;
2 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 1 ohne Gehäuse;
3 eine Schnittansicht gemäß der Ebene III-III von 2;
4 eine perspektivische Ansicht einer Steuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ohne Gehäuse;
5 eine Schnittansicht gemäß der Ebene V-V von 4;
6 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung ohne Gehäuse;
7 eine Schnittansicht gemäß der Ebene VII-VII von 6;
8 eine perspektivische Ansicht einer Steuerungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ohne Gehäuse;
9a und 9b Schnittansichten gemäß der Ebene IX-IX von 8, die zwei unterschiedliche Ausführungsformen zeigen;
10 eine perspektivische Ansicht einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung ohne Gehäuse; und
11 eine Schnittansicht gemäß der Ebene XI-XI von 10.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG MEHRERER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 stellt, nur teilweise, einen Teil einer Turbomaschine, zum Beispiel ein Flugzeug-Turbostrahltriebwerk, dar, die mit Schaufeln 2 mit variablem Einstellwinkel versehen ist. Diese Schaufeln sind zum Beispiel Leitschaufeln am Eingang des Turbomaschinenverdichters, die um die Achse der Turbomaschine verteilt sind. In 1 ist nur eine Schaufel dargestellt.
Auf gut bekannte Weise wird die Steuerung der Winkelpositionen der Schaufeln 2 durch einen Steuerring 4, der ein Gehäuse 6 der Turbomaschine umringt (in 1 nur teilweise gezeigt), und mehrere Schwingarme 20 ausgeführt. Jeder Schwingarm 20 umfaßt ein erstes Ende 20a, das über Verbindungsmittel, die ein Gelenk bilden, mit dem Steuerring 4 verbunden ist. Dieses Gelenk ist zum Beispiel durch eine Achse oder einen Finger 8 ausgeführt, der das erste Ende 20a des Schwingarms 20 durchgreift und in eine radiale Aufnahme 10 des Steuerrings 4 eingesteckt ist.
Ein zweites Ende 20b des Schwingarms 20 ist über Befestigungsmittel 12 an einem Drehgelenk 30 der Schaufel 2 angebracht. Diese Befestigungsmittel 12 weisen herkömmlich eine angesetzte Schraube 14 und eine selbstbremsende Hülse (nicht dargestellt) auf, die im Drehgelenk der Schaufel eingebaut ist. Wenn die Höhe des Drehgelenks der Schaufel nicht den Einbau einer selbstbremsenden Hülse ermöglicht, können auch Befestigungsmittel mit der Form eines Schraube-Mutter-Systems (nicht dargestellt) vorgesehen werden, die eine fest mit dem Drehgelenk der Schaufel verbundene Gewindestange aufweisen und auf die eine axiale Spannmutter geschraubt ist.
Erfindungsgemäß sind Klemmittel vorgesehen, die quer in Bezug auf eine Mittellängsebene P des Schwingarms wirken, um das zweite Ende 20b des Schwingarms 20 auf dem Drehgelenk der Schaufel spielfrei gegen ein Drehen festzulegen. Diese Klemmittel weisen eine Klemmkappe 40 auf, die durch die Befestigungsmittel 12 auf das zweite Ende 20b des Schwingarms 20 und auf dem Drehgelenk der Schaufel aufgebracht ist. Zwischen dem Ende 20b des Schwingarms und dem Drehgelenk 30 der Schaufel besteht durch die Seitenflächen, die im wesentlichen parallel zur Ebene P sind, eine gegenseitige Querauflagekraft. Die Kappe 40 weist wenigstens eine innere Seitenfläche auf, die gegenüber der Mittellängsebene P des Schwingarms geneigt ist, die mit einer entsprechenden geneigten Fläche des zweiten Endes 20b des Schwingarms oder des Drehgelenks 30 oder einem zwischen dem Endteil 20b des Schwingarms und dem Drehgelenk 30 eingefügten Kontaktelement zusammenwirkt. Unter der axialen Klemmwirkung der Kappe 40 wirken die geneigten Flächen untereinander zusammen, um die Querklemmkraft des Endes 20b des Schwingarms auf das Drehgelenk der Schaufel zu erzeugen.
Von diesen Klemmitteln werden hiernach mehrere Ausführungsformen beschrieben.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die in 2 und 3 veranschaulicht ist, weist das Drehgelenk 30 der Schaufel der Steuerungsvorrichtung einen starren Seitenteil 31 auf, der von einer Oberseite 32 des Drehgelenks 30 in der Nähe einer Kante davon in Längsrichtung vorspringt. Dieser starre Teil ist in einem einzigen Stück mit dem Drehgelenk 30 ausgeführt, weist eine ebene innere Seitenfläche 31a, die im wesentlichen parallel zur Ebene P ist, und eine ebene äußere Seitenfläche 31b auf, die in Bezug auf die Ebene P geneigt ist. Die ebene innere Seitenfläche 31a des festen Teils kann ebenfalls leicht in Bezug auf die Ebene P geneigt sein, um einen besseren Halt des Schwingarms 20 auf dem Drehgelenk 30 zu ermöglichen.
Das zweite Ende 20b des Schwingarms 20 weist eine Öffnung 21 auf, in der die Schraube 14 (oder eine Gewindestange, die fest mit dem Drehgelenk der Schaufel verbunden ist) mit Spiel eingesteckt ist und auf der Fläche 32 des Drehgelenks 30 aufliegt. Dieses Ende 20b des Schwingarms weist eine erste Seitenfläche 22a, die im wesentlichen parallel zur Mittellängsebene P des Schwingarms ist und auf der ebenen inneren Seitenfläche 31a des festen Teils 31 anliegt, und eine zweite Seitenfläche 22b auf, die in Bezug auf die Ebene P geneigt ist.
Unter einer in Bezug auf die Mittellängsebene P des Schwingarms geneigten Fläche versteht man in der folgenden Beschreibung, eine Fläche, die zum Beispiel einen Winkel mit der Ebene P bilden kann, der zwischen 15° und 30° enthalten ist.
Die Klemmkappe 40 umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen Teil 42, der in seinem unteren Teil durch einen Flansch 44 verlängert ist. An ihrem oberen Teil weist die Kappe 40 eine Öffnung 46 auf, in die die Schraube 14 (oder die Gewindestange) eingesteckt ist. Im zylindrischen Teil 42 der Kappe ist ein Querdurchgang 48 zur Aufnahme des zweiten Endes 20b des Schwingarms 20 und des starren Teils 31 des Drehgelenks 30 eingerichtet. Der Durchgang 48 ist in zwei geneigten Seitenflächen 48a, 48b eingefaßt, die Neigungen aufweisen, die denjenigen der Flächen 22b, 31b entsprechen und darauf anliegen.
Die Schraube 14 wird nacheinander in die Öffnung 46 der Klemmkappe, in die Öffnung 21 des zweiten Endes des Schwingarms und in eine Öffnung (nicht dargestellt) eingeführt, die axial im Drehgelenk der Schaufel hergestellt ist. In einem Schraube-Mutter-System durchgreift die fest mit dem Drehgelenk der Schaufel verbundene Gewindestange auch die Öffnung 21 des zweiten Endes des Schwingarms und die Öffnung 46 der Klemmkappe. Unter der axialen Klemmwirkung und der resultierenden Auflagekraft auf den geneigten Flächen 22b, 31b wird eine Querklemmkraft ausgeübt, die es ermöglicht, die Seiten 31a, 22a gegeneinander aufzubringen, wodurch eine spielfreie Drehverbindung zwischen dem Schwingarm 20 und dem Drehgelenk 30 der Schaufel gewährleistet wird.
Im veranschaulichten Beispiel weist die Kappe 40 eine im wesentlichen symmetrische Form auf, die eine symmetrische Klemmkraft mit den zwei geneigten Seitenflächen 48a, 48b, die den Durchgang 48 einfassen, ausübt. Als Variante kann nur die Seitenfläche 48a geneigt sein, um mit der Fläche 22b des zweiten Endes 20b des Schwingarms zusammenzuwirken, wobei die andere Seite 48b dann wie die Fläche 31b parallel zur Ebene P ist.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in 4 und 5 dargestellt ist, umfaßt das Drehgelenk 30 der Schaufel der Steuerungsvorrichtung ferner gegenüber der vorhergehend beschriebenen ersten Ausführungsform eine flexible Seitenzunge 33, die in Längsrichtung ausgehend von der Oberseite 32 des Drehgelenks 30 vorspringt und im wesentlichen symmetrisch zum starren Teil 31 in Bezug auf die Mittellängsebene P des Schwingarms angeordnet ist. Diese flexible Zunge 33 ist mit dem Drehgelenk 30 aus einem einzigen Stück ausgeführt und umfaßt eine innere Seitenfläche 33a, die im wesentlichen parallel zur Ebene P ist, und eine äußere Seitenfläche 33b, die in Bezug auf die Ebene P geneigt ist.
Das zweite Ende 20b des Schwingarms 20 liegt auf der Oberseite 32 des Drehgelenks 30 an. Die erste Seitenfläche 22a des Endes 20b des Schwingarms ist parallel zur Ebene P und liegt an der inneren Seitenfläche 31a des starren Teils 31 an, und die zweite Seitenfläche 22b dieses gleichen Endes 20b ist auch parallel zur Ebene P und liegt an der inneren Seitenfläche 33a der flexiblen Zunge 33 an.
Die Schraube 14 wird nacheinander in die Öffnung 46 der Klemmkappe, in die Öffnung 21 des zweiten Endes des Schwingarms und in die Öffnung eingeführt, die im Drehgelenk der Schaufel hergestellt ist. Im Fall eines Schraube-Mutter-Systems durchgreift die fest mit dem Drehgelenk der Schaufel verbundene Gewindestange auch die Öffnung 21 des zweiten Endes des Schwingarms und die Öffnung 46 der Klemmkappe. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform weist die Kappe 40 einen Querdurchgang 48 auf, der im zylindrischen Teil 42 der Kappe mit zwei geneigten Seitenflächen 48a, 48b eingerichtet ist, die Neigungen aufweisen, die denjenigen der Flächen 33b, 31b entsprechen und auf diesen anliegen.
Unter der durch die Schraube 14 (oder im Fall einer Gewindestange durch eine Mutter) erzeugten axialen Klemmkraft und der resultierenden Auflagekraft auf den geneigten Flächen 33b, 31b, wird eine Querklemmkraft ausgeübt, die das Aufbringen der Flächen 31a, 22a beziehungsweise 33a, 22b gegeneinander ermöglicht. Die Klemmkappe 40 kommt auf dem starren Teil 31 des Drehgelenks der Schaufel in Auflage, um durch die flexible Zunge 33 eine indirekte Klemmkraft auf das zweite Ende 20b des Schwingarms 20 auszuüben. So wird jedes Risiko eines Spiels ausgeräumt und der Schwingarm 20 ist gut gegen ein Drehen auf dem Drehgelenk 30 der Schaufel festgelegt.
Im in 4 und 5 veranschaulichten Beispiel wurden die geneigte äußere Seitenfläche 33b der flexiblen Zunge 33 und die geneigte Seitenfläche 48a des Durchgangs 48 der Klemmkappe 40 eben dargestellt. Es versteht sich, daß es auch vorstellbar ist, daß diese zwei Flächen im wesentlichen konisch sind. Des gleichen können auch die äußere Seitenfläche 31b des starren Teils 31 und die geneigte Seitenfläche 48b des Durchgangs 48 der Klemmkappe 40 im wesentlichen konisch sein.
Nun wird Bezug auf 6 und 7 genommen, die eine dritte Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen. In dieser Ausführungsform weist das Drehgelenk 30 der Schaufel der Steuerungsvorrichtung zwei Schlitze 34a, 34b auf, die im wesentlichen parallel zur Ebene P und zwischen einem mittleren Block 35 des Drehgelenks 30 und zwei verjüngten Seitenteilen 36a, 36b gebildet sind, die flexible Zungen bilden. Diese verjüngten Seitenteile umfassen jeweils eine äußere Seitenfläche 37a beziehungsweise 37b, die in Bezug auf die Mittellängsebene P des Schwingarms geneigt ist.
Das zweite Ende 20b des Schwingarms 20 liegt an der Oberseite 32 des mittleren Blocks 35 des Drehgelenks 30 auf. Dieses Ende 20b weist eine Form mit U-förmigem Querschnitt mit zwei Schenkeln 24a und 24b auf, die jeweils in den Schlitzen 34a, 34b des Drehgelenks 30 der Schaufel eingesteckt sind.
Die Schraube 14 wird nacheinander in die Öffnung 46 der Klemmkappe, in die Öffnung 21 des zweiten Endes des Schwingarms und in die Öffnung eingeführt, die im Drehgelenk der Schaufel hergestellt ist. Im Fall eines Schraube-Mutter-Systems durchgreift die fest mit dem Drehgelenk der Schaufel verbundene Gewindestange auch die Öffnung 21 des zweiten Endes des Schwingarms und die Öffnung 46 der Klemmkappe. Die zwei geneigten Seitenflächen 48a, 48b des Durchgangs 48, der in ihrem zylindrischen Teil 42 eingerichtet ist, weisen Neigungen auf, die denjenigen der geneigten äußeren Seitenflächen 37a, 37b der flexiblen Zungen 36a, 36b entsprechen, und liegen darauf an.
Unter der durch die Schraube 14 (oder im Fall einer Gewindestange durch eine Mutter) erzeugten Klemmwirkung üben die geneigten Seitenflächen 48a, 48b der Kappe 40 eine Auflagekraft auf die geneigten Seitenflächen 37a, 37b der flexiblen Zungen aus, um eine Querklemmkraft der Schenkel 24a, 24b des zweiten Endes 20b des Schwingarms in den Schlitzen 34a, 34b des Drehgelenks der Schaufel zu erhalten. So wird die Flexibilität der flexiblen Zungen 36a, 36b genutzt, um durch die Klemmkappe eine indirekte Klemmkraft auf das zweite Ende 20b des Schwingarms 20 auszuüben. Die geneigten Seitenflächen 37a, 37b der flexiblen Zungen ermöglichen es, diese durch die Befestigungsmittel 12 erzeugte Klemmkraft symmetrisch zur Ebene P zu übertragen. Der Schwingarm 20 wird daher auf dem Drehgelenk 30 der Schaufel spielfrei gegen ein Drehen festgelegt.
Bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung, die in 8, 9a und 9b dargestellt wird, weist das Drehgelenk 30 der Schaufel der Steuerungsvorrichtung einen Block 35 mit zwei ebenen Seitenflächen 38a, 38b auf, die im wesentlichen parallel zur Ebene P und in Bezug auf ebendiese Ebene P symmetrisch sind.
Das zweite Ende 20b des Schwingarms 20 liegt auf der Oberseite 32 des Blocks 35 an. Dieses Ende 20b weist eine Form mit U-förmigem Querschnitt mit zwei Schenkeln 24a, 24b auf, die auf den entsprechenden ebenen Seitenflächen 38a, 38b des Drehgelenks 30 der Schaufel anliegen.
Keile 50a, 50b sind zwischen den geneigten Seitenflächen 48a, 48b des im zylindrischen Teil 42 der Klemmkappe 40 und den Schenkeln 24a, 24b des zweiten Endes 20b des Schwingarms eingerichteten Querdurchgangs 48 eingefügt. Diese Keile 50a, 50b umfassen in ihrem oberen Teil erste äußere Seitenflächen 51a, 51b, die in Bezug auf die Ebene P geneigt sind.
Die Schraube 14 wird nacheinander in die Öffnung 46 der Klemmkappe, in die Öffnung 21 des zweiten Endes des Schwingarms und in die Öffnung eingeführt, die im Drehgelenk der Schaufel hergestellt ist. Im Fall eines Schraube-Mutter-Systems durchgreift die fest mit dem Drehgelenk der Schaufel verbundene Gewindestange auch die Öffnung 21 des zweiten Endes des Schwingarms und die Öffnung 46 der Klemmkappe. Die zwei geneigten Seitenflächen 48a, 48b des Durchgangs 48, der in ihrem zylindrischen Teil 42 eingerichtet ist, weisen Neigungen auf, die denjenigen der geneigten äußeren Seitenflächen 51a, 51b der Keile 50a, 50b entsprechen, und liegen darauf an.
Unter der durch die Schraube 14 (oder im Fall einer Gewindestange durch eine Mutter) erzeugten axialen Klemmwirkung wird durch die Auflagekraft der geneigten Seitenflächen 48a, 48b der Kappe 40 auf den Keilen 50a, 50b eine Querklemmkraft der Schenkel 24a, 24b des zweiten Endes 20b des Schwingarms auf den ebenen Seitenflächen 38a, 38b des Drehgelenks 30 ausgeübt. Die Klemmkappe 40 übt so eine indirekte Klemmkraft auf das zweite Ende 20b des Schwingarms 20 aus, indem sie auf den ersten äußeren Seitenflächen 51a, 51b der Keile in Auflage kommt. Der Schwingarm 20 wird daher spielfrei gegen ein Drehen auf dem Drehgelenk 30 der Schaufel festgelegt.
Wie in 9a dargestellt, weisen die Keile 50a, 50b vorzugsweise in ihrem unteren Teil zweite äußere Seitenflächen 52a, 52b auf, die auf den entsprechenden Seiten des Drehgelenks 30 der Schaufel anliegen. Diese zweiten geneigten äußeren Seitenflächen 52a, 52b sind vorzugsweise in Bezug auf die Ebene P geneigt und weisen Winkelneigungen auf, die denjenigen der ersten geneigten äußeren Seitenflächen 51a, 51b entgegengesetzt, zum Beispiel in Bezug auf eine Mittellängsebene der Keile 50a, 50b symmetrisch dazu sind. Die geneigten Seitenflächen 52a, 52b liegen auf entsprechenden geneigten Flächen an, die in den Kehlen 39a, 39b gebildet sind, die den mittleren Block 35 des Drehgelenks einfassen. Auf diese Weise wird ein Halt der Keile 50a, 50b gewährleistet, dank dem die Klemmkraft der Klemmkappe in eine Richtung ausgeübt wird, die im wesentlichen normal zu den ebenen Seitenflächen 38a, 38b des Drehgelenks der Schaufel ist und in einer Höhe liegt, die von der Konstruktion der Keile 50a, 50b abhängig ist (Winkelwert ihrer geneigten Flächen, Wahl ihrer Anordnung in der Baugruppe...).
Bei einer Variante dieser vierten Ausführungsform, die in 9b veranschaulicht ist, weist die erste äußere Seitenfläche 51a, 51b von jedem der zwei Keile 50a, 52b einen im wesentlichen gekrümmten Querschnitt auf. Ferner sind die Schenkel 24a, 24b an ihren Enden abgekantet, um Ränder 25a, 25b zu bilden, die in den Kehlen 39'a, 39'b untergebracht sind, die den mittleren Block 35 des Drehgelenks einfassen. Diese Anordnung trägt dazu bei, daß die spielfreie Blockierung des Schwingarms 20 auf dem Drehgelenk 30 begünstigt wird.
Bei einer fünften Ausführungsform der Erfindung, die in 10 und 11 dargestellt ist, weist das Drehgelenk 30 der Schaufel der Steuerungsvorrichtung auch einen mittleren Block 35 mit zwei ebenen Seitenflächen 38a, 38b auf, die im wesentlichen parallel zur Ebene P und in Bezug auf ebendiese Ebene P symmetrisch sind.
Das zweite Ende 20b des Schwingarms 20 liegt auf der Oberseite 32 des Blocks 35 des Drehgelenks 30 an. Dieses Ende 20b besitzt eine Form mit U-förmigem Querschnitt mit zwei Schenkeln 24a, 24b, die auf den ebenen Seitenflächen 38a, 38b aufliegen. Rippen 26a, 26b sind in einem einzigen Stück mit den Schenkeln 24a, 24b auf den Außenseiten davon gebildet. Diese Rippen 26a, 26b weisen äußere Seitenflächen 27a, 27b auf, die in Bezug auf die Ebene P geneigt sind.
Die Schraube 14 wird nacheinander in die Öffnung 46 der Klemmkappe, in die Öffnung 21 des zweiten Endes des Schwingarms und in die Öffnung eingeführt, die im Drehgelenk der Schaufel hergestellt ist. Im Fall eines Schraube-Mutter-Systems durchgreift die fest mit dem Drehgelenk der Schaufel verbundene Gewindestange auch die Öffnung 21 des zweiten Endes des Schwingarms und die Öffnung 46 der Klemmkappe. Die geneigten Seitenflächen 48a, 48b des Durchgangs 48, der in der Kappe 40 eingerichtet ist, weisen Neigungen auf, die denjenigen der geneigten äußeren Seitenflächen 27a, 27b der Rippen 26a, 26b entsprechen.
Unter der durch die Schraube 14 (oder im Fall einer Gewindestange durch eine Mutter) erzeugten axialen Klemmwirkung wird durch die Auflagekraft der geneigten Seitenflächen 48a, 48b der Klemmkappe 40 auf den Seitenflächen 27a, 27b der Rippen 26a, 26b eine Querklemmkraft der Schenkel 24a, 24b des zweiten Endes 20b des Schwingarms auf den ebenen Seitenflächen 38a, 38b des Drehgelenks 30 ausgeübt. Die Klemmkappe 40 übt so eine direkte Klemmkraft auf das zweite Ende 20b des Schwingarms 20 aus, indem sie auf den ersten äußeren Seitenflächen der Rippen 26a, 26b in Auflage kommt. Das zweite Ende 20b des Schwingarms 20 wird daher spielfrei gegen ein Drehen auf dem Drehgelenk 30 der Schaufel festgelegt.
In 1 bis 11 weist die Klemmkappe 40 einen im wesentlichen zylindrischen Teil 42 auf. Als Variante kann dieser zylindrische Teil zum Beispiel durch einen im wesentlichen rechteckigen Teil ersetzt werden, wobei die Klemmittel in diesem Fall auf identische Weise wirken.
Nun werden bestimmte andere Merkmale beschrieben, die die fünf Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung gemeinsam haben.
Wie in 1 veranschaulicht, kann die Steuerungsvorrichtung eine Hülse 60 umfassen, die zwischen der Klemmkappe 40 und dem Rand 62 einer Öffnung des Gehäuses 6 der Turbomaschine, in der das Drehgelenk 30 der Schaufel 2 angebracht ist, um das Drehgelenk 30 der Schaufel angeordnet ist. Diese Hülse 60 ist dazu bestimmt, eine Zentrierung des Drehgelenks der Schaufel in der Öffnung des Gehäuses zu ermöglichen. In diesem Fall liegt die Klemmkappe 40 auch an ihrem Umfang auf der Hülse 60 an. Dann kann vorzugsweise ein Keil 64, der zwischen der Klemmkappe 40 und der Hülse 60 eingefügt ist, zur Einstellung des Spiels vorgesehen werden, um gegebenenfalls ein axiales Spiel zwischen diesen Werkstücken zu berücksichtigen. Ferner kann zwischen dem Rand 62 der Öffnung des Gehäuses 6 und der Basis des Drehgelenks 30 der Schaufel eine Lagerscheibe 66 angeordnet werden.
Es ist ferner bekannt, daß die Länge des Steuerungsschwingarms im Fall von bedeutenden aerodynamischen Kräften auf Schaufeln mit variablem Einstellwinkel größer sein kann als bei den gewöhnlichen Standards. Es empfiehlt sich daher, eine Einstellung des axialen Spiels (zum Beispiel in der Größenordnung von 0,10 mm) zwischen der Oberfläche des zweiten Endes 20b des Schwingarms 20, auf der die Klemmkappe 40 und dieser aufgebracht wird, vorzusehen. Was die vorhergehend beschriebene zweite, dritte und vierte Ausführungsform der Erfindung betrifft, so kann diese Einstellung durch Einfügen eines ergänzenden Werkstücks (in den Figuren nicht dargestellt) zwischen diesen zwei Bestandteilen erhalten werden, das die Rolle eines Zwischenstücks, gegebenenfalls mit Federwirkung, spielt. Dieses Zwischenstück kann zum Beispiel durch ein kreisförmiges Werkstück ausgeführt werden. Das Vorhandensein eines solchen Zwischenstücks ist indes bei den in der ersten und fünften Ausführungsform der Erfindung beschriebenen Steuerungsvorrichtungen nicht erforderlich.
Schließlich kann gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung eine Positionsasymmetrie der Seitenflächen 22a, 22b oder Schenkel 24a, 24b des Schwingarms 20 in Bezug auf ihre Mittelebene P bestehen, um einen Verwechselungsschutz zwischen einer Eintrittskante und einer Austrittskante des Schwingarms zu gewährleisten. Unter Positionsasymmetrie, die zum Beispiel durch 3 und 5 veranschaulicht wird, wird verstanden, daß die Distanz D1 zwischen einer der Seitenflächen 22a, 22b (oder Schenkel 24a, 24b) des Schwingarms 20 und der Mittelebene P größer oder kleiner als die Distanz D2 zwischen der anderen Seitenfläche 22a, 22b (oder Schenkel 24a, 24b) und der Mittelebene P ist.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung einer Schaufel mit variablem Einstellwinkel für den Leitapparat eines Turbomaschinenverdichters, mit einem Schwingarm (20), Verbindungsmitteln (8, 10), die ein Gelenk zwischen einem ersten Ende (20a) des Schwingarms und einem Steuerring (4) bilden, Mitteln (12) zum Befestigen eines zweiten Endes (20b) des Schwingarms an einem Drehgelenk (30) einer zu steuernden Schaufel (2) sowie Klemmitteln (40), die quer zu einer Mittellängsebene (P) des Schwingarms wirken, um das zweite Ende des Schwingarms an dem Drehgelenk (30) spielfrei gegen ein Drehen festzulegen, wobei die Klemmittel eine Klemmkappe (40) aufweisen, die auf das zweite Ende (20b) des Schwingarms (20) aufgebracht und unter der Wirkung der Befestigungsmittel (12) einer axialen Klemmkraft unterworfen ist, wobei die Klemmkappe einen radialen Durchgang (48) mit wenigstens einer inneren Seitenfläche (48a, 48b) aufweist, die gegenüber einer Mittellängsebene (P) dieses Durchgangs (48) geneigt ist und die dazu bestimmt ist, mit einer entsprechenden geneigten Seitenfläche des zweiten Endes des Schwingarms zusammenzuwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkappe (40) durch Kontaktelemente (31, 33, 36a, 36b, 50a, 50b), die in dem radialen Durchgang (48) zwischen der Klemmkappe und dem zweiten Ende des Schwingarms eingefügt sind, eine Querklemmkraft auf die entsprechende Fläche des zweiten Endes (20b) des Schwingarms (20) ausübt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Durchgang (48) der Klemmkappe (40) zwei geneigte innere Seitenflächen (48a, 48b) aufweist, die in bezug auf die Mittellängsebene (P) dieses Durchgangs symmetrisch sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehgelenk einen starren Teil (31) aufweist, der von einer Oberseite (32) des Drehgelenks, auf einer Seite dieser, in Längsrichtung vorspringt und der eine innere Seitenfläche (31a) aufweist, an der eine erste Seitenfläche (22a) des zweiten Endes (20b) des Schwingarms (20) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine geneigte Fläche (48a) der Klemmkappe (40) an einer zweiten geneigten Seitenfläche (22b) des zweiten Endes (20b) des Schwingarms (20) anliegt, die derjenigen (22a) gegenüberliegt, an der die innere Seitenfläche (31a) des starren Teils (31) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehgelenk ferner eine flexible Zunge (33) aufweist, die von der Oberseite (32) des Drehgelenks (30) auf einer Seite, die derjenigen gegenüberliegt, an welcher der starre Teil (31) vorspringt, in Längsrichtung vorspringt, wobei die flexible Zunge eine innere Seitenfläche (33a) hat, die an einer zweiten Seitenfläche (22b) des zweiten Endes (20b) des Schwingarms (20) anliegt, die derjenigen (22a) gegenüberliegt, an der die innere Seitenfläche (31a) des starren Teils (31) anliegt, sowie eine geneigte äußere Seitenfläche (33b) aufweist, an der eine geneigte Seitenfläche (48a) der Klemmkappe (40) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte äußere Seitenfläche (33b) der flexiblen Zungen (33) und die geneigte Seitenfläche (48a) der Klemmkappe (40) eben sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte äußere Seitenfläche (33b) der flexiblen Zunge (33) und die geneigte Seitenfläche (48a) der Klemmkappe (40) im wesentlichen konisch sind.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (22a, 22b) des zweiten Endes (20b) des Schwingarms (20) eine Positionsasymmetrie in bezug auf die Mittelebene (P) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: – das Drehgelenk (30) der Schaufel zwei Schlitze (34a, 34b) aufweist, die zwischen einem mittleren Block (35) des Drehgelenks und zwei verjüngten Seitenteilen (36a, 36b), die flexible Zungen bilden, welche in bezug auf die Mittellängsebene (P) des Schwingarms geneigte äußere Seitenflächen (37a, 37b) aufweisen, gebildet sind, – das zweite Ende (20b) des Schwingarms (20) eine Form mit U-förmigem Querschnitt mit zwei Schenkeln (24a, 24b) aufweist, die in die Schlitze (34a, 34b) des Drehgelenks eingesteckt sind, und – die geneigten Seitenflächen (48a, 48b) der Klemmkappe unter der Wirkung der Befestigungsmittel (12) eine Auflagekraft auf die geneigten Seitenflächen (37a, 37b) der flexiblen Zungen (36a, 36b) ausüben, um eine Querklemmkraft der Schenkel (24a, 24b) des zweiten Endes des Schwingarms in den Schlitzen (34a, 34b) des Drehgelenks der Schaufel zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: – das zweite Ende (20b) des Schwingarms (20) eine Form mit U-förmigem Querschnitt mit zwei Schenkeln (24a, 24b) aufweist, die an ebenen Seitenflächen (38a, 38b) eines mittleren Blocks (35) des Drehgelenks der Schaufel anliegen, – Keile (50a, 50b) zwischen geneigten Seitenflächen (48a, 48b) der Klemmkappe und den Schenkeln (24a, 24b) des zweiten Endes des Schwingarms eingefügt sind, – die geneigten Seitenflächen (48a, 48b) der Klemmkappe unter der Wirkung der Befestigungsmittel (12) eine Auflagekraft auf erste äußere Seitenflächen (51a, 51b) entsprechender Neigung der Keile (50a, 50b) ausüben, um eine Querklemmkraft der Schenkel des zweiten Endes des Schwingarms an den ebenen Seitenflächen (38a, 38b) des Drehgelenks der Schaufel zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile (50a, 50b) zweite geneigte äußere Seitenflächen (52a, 52b) aufweisen, deren Neigungen zu denjenigen der ersten äußeren Seitenflächen (51a, 51b) entgegengesetzt sind und die an einer entsprechenden Fläche des Drehgelenks der Schaufel anliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Seitenfläche (51a, 51b) eines jeden der zwei Keile (50a, 50b) einen im wesentlichen gekrümmten Querschnitt hat.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (24a, 24b) des zweiten Endes (20b) des Schwingarms (20) eine Positionsasymmetrie in bezug auf die Mittelebene (P) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: – das zweite Ende (20b) des Schwingarms (20) eine Form mit U-förmigem Querschnitt mit zwei Schenkeln (24a, 24b) aufweist, die an ebenen Seitenflächen (38a, 38b) eines mittleren Blocks (35) des Drehgelenks (30) der Schaufel anliegen, – die zwei Schenkel (24a, 24b) des zweiten Endes des Schwingarms äußere Rippen (26a, 26b) aufweisen, und – die geneigten Seitenflächen (48a, 48b) der Klemmkappe unter der Wirkung der Befestigungsmittel (12) eine Auflagekraft auf äußere Seitenflächen (27a, 27b) entsprechender Neigung der Rippen (26a, 26b) ausüben, um eine Querklemmkraft der Schenkel (24a, 24b) des zweiten Endes des Schwingarms auf die ebenen Seitenflächen (38a, 38b) des Drehgelenks der Schaufel zu erzeugen.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (12) eine Schraube (14) umfassen, welche eine in dem zweiten Ende (20b) des Schwingarms (20) ausgebildete erste Öffnung (21), eine in der Klemmkappe (40) ausgebildete zweite Öffnung (46) sowie eine in dem Drehgelenk (30) der Schaufel ausgebildete dritte Öffnung durchgreift.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (12) eine mit dem Drehgelenk (30) der Schaufel fest verbundene Gewindestange umfassen, welche eine in dem zweiten Ende (20b) des Schwingarms ausgebildete erste Öffnung (21) und eine in der Klemmkappe (40) ausgebildete zweite Öffnung (46) durchgreift und auf der eine Spannmutter festgezogen ist.
Turbomaschinenleitapparat mit wenigstens einer Vorrichtung zur Steuerung einer Schaufel mit variablem Einstellwinkel nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16.
Turbomaschine mit wenigstens einer Vorrichtung zur Steuerung einer Schaufel mit variablem Einstellwinkel nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16.