EP2146056A2 - Gasturbine engine with variable stator vanes - Google Patents

Abstract

The engine has stator vanes (1) attached to rotor blades, and actuating units connected to the vanes for angularly varying the vanes about longitudinal axes for controlling an airflow supplied to the blades. The units are arranged in downstream stages of a compressor and/or a turbine enclosed by an inner casing (4) and an outer casing, where the stages are exposed to high temperatures. The units are made of a material that expands, contracts and deforms based on the temperature in the stages and transmit a temperature-dependent change in the shape and length to the vanes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk mit den Laufschaufeln zugeordneten, mittels Stellelementen um ihre Längsachse winkelverstellbaren Leitschaufeln (1) zur Regelung des den Laufschaufeln (6) zugeführten Luftstroms.The invention relates to a gas turbine engine with the blades associated, by means of adjusting elements about its longitudinal axis angle-adjustable guide vanes (1) for controlling the blades (6) supplied air flow.

Die Beschaufelung eines Gasturbinentriebwerks umfasst Leit- und Laufschaufeln. Die fest im Gehäuse des Verdichters bzw. der Turbine angebrachten Leitschaufeln oder Statorschaufeln leiten die Luft oder das Heißgas in einem vorgegebenen Winkel auf die mit einer Welle verbundenen Laufschaufeln oder Rotorschaufeln, an denen die von den Leitschaufeln zugeführte Strömungsenergie in eine Umfangskraft umgewandelt wird. Um die Luft den Laufschaufeln des Kompressors tatsächlich in einem an die jeweiligen Betriebsverhältnisse angepassten optimalen Winkel zuzuführen und dadurch die Leistung der Turbomaschine zu verbessern und den Brennstoffverbrauch zu senken, ist es bekannt, die Leitschaufeln von Turbomaschinen am Lufteintritt von Kompressoren winkelverstellbar anzuordnen.The blading of a gas turbine engine includes vanes and blades. The vanes or stator vanes fixedly mounted in the housing of the compressor or turbine direct the air or hot gas at a predetermined angle onto the shaft-connected blades or rotor blades, at which the flow energy supplied by the vanes is converted into a circumferential force. In order to supply the air to the blades of the compressor actually in an adapted to the respective operating conditions optimum angle and thereby to improve the performance of the turbomachine and to reduce fuel consumption, it is known to arrange the guide vanes of turbomachinery on the air inlet of compressors angle-adjustable.

Die bekannten Vorrichtungen zur Steuerung von am Lufteintritt der Kompressoren von Gasturbinentriebwerken vorgesehenen winkelverstellbaren Statorschaufeln weisen üblicherweise ein Steuerorgan in Form eines Ringes auf, der um das Gehäuse der Turbomaschine herum angeordnet ist, und der über eine Vielzahl von an diesem angelenkten Steuerhebeln mit außen liegenden, in der Drehachse der Leitschaufeln vorgesehenen Drehzapfen fest verbunden ist. Die synchronisierte Veränderung der Winkelposition der Leitschaufeln wird dabei durch Drehen des Ringes um die Achse der Turbomaschine erreicht. Ein derart mechanisch betätigter Stellmechanismus zur Winkelverstellung der Leitschaufeln wird beispielsweise in der US 3325087 beschrieben.The known devices for controlling angle-adjustable stator blades provided at the air inlet of the compressors of gas turbine engines usually have a control member in the form of a ring, which is arranged around the housing of the turbomachine, and which is arranged on a plurality of hinged thereto control levers with external, in the pivot axis of the vanes provided pivot is firmly connected. The synchronized change in the angular position of the vanes is achieved by rotating the ring about the axis of the turbomachine. Such a mechanical one operated adjusting mechanism for angular adjustment of the vanes is, for example, in the US 3325087 described.

Die mit mechanischen Mitteln betätigten Stelleinrichtungen für die Leitschaufeln sind aus Platzgründen und wegen der dort noch geringen, die Funktion der Stellorgane nicht behindernden Temperaturen im vorderen Teil des Verdichters angeordnet. In den stromab liegenden räumlich begrenzten Bereichen des Kompressors und der - zudem sehr hohen Temperaturen ausgesetzten - Turbine wird aus den oben erwähnten Gründen von vornherein vollständig auf die winkelverstellbare Ausbildung der Leitschaufeln verzichtet, zumal die mechanischen Stellmechanismen auch ein hohes Gewicht haben und kostenaufwendig sind. Wenn das Triebwerk auf einer bestimmten - niedrigen - Drehzahl gehalten werden soll, beispielsweise in der Landephase, kann es selbst bei im vorderen Bereich angeordneten winkelverstellbaren Leitschaufeln zum Strömungsabriss an den Schaufeln und zum sogenannten Pumpen des Triebwerks kommen, so dass die Effizienz des Triebwerks und dessen stabile Funktion nicht gewährleistet ist. Auch in der Startund Anstiegsphase kann die Luftströmung im hinteren Bereich des Verdichters vermindert werden und einen Strömungsabriss und letztlich einen Leistungsverlust des Triebwerks zur Folge haben.The actuated by mechanical means actuators for the vanes are arranged for reasons of space and because of there still low, the function of the actuators not obstructing temperatures in the front part of the compressor. In the downstream spatially limited areas of the compressor and the - also exposed to very high temperatures - turbine is completely dispensed with the angle-adjustable design of the vanes from the outset for the reasons mentioned above, especially since the mechanical adjusting mechanisms also have a high weight and are expensive. If the engine is to be maintained at a certain low speed, for example in the landing phase, it may cause stalling of the blades and so-called pumping of the engine, even with front-mounted angle adjustable vanes, so that the efficiency of the engine and its stable function is not guaranteed. Even in the startup and rise phase, the air flow in the rear of the compressor can be reduced, resulting in a stall and ultimately a power loss of the engine.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mit winkelverstellbaren Leitschaufeln ausgerüstetes Gasturbinentriebwerk anzugeben, das bei unterschiedlichen Flugbedingungen einen effizienten Betrieb und eine stabile Funktion gewährleistet.The invention is therefore based on the object to provide a equipped with angle-adjustable vanes gas turbine engine, which ensures efficient operation and stable operation at different flight conditions.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Triebwerk gelöst. Weitere Merkmale und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention the object is achieved with a trained according to the features of claim 1 engine solved. Further features and expedient embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht in der verstellbaren Ausbildung der Leitschaufeln auch in den stromab gelegenen, engen und hohen Temperaturen ausgesetzten Bereichen des Kompressors und auch der Turbine, so dass auch in unterschiedlichen Flugphasen wie Start, Landung oder Reiseflug eine stabile Funktion und ein effizienter Betrieb des Triebwerks mit geringem Brennstoffverbrauch und ausreichender Generatorleistung gewährleistet ist. Die jeweils erforderliche Änderung des Anstellwinkels α der Leitschaufeln erfolgt in Abhängigkeit von der in der jeweiligen Stufe des Kompressors oder der Turbine herrschenden Temperatur mit sich temperaturabhängig ausdehnenden, das heißt streckenden, vergrößernden oder verformenden Stellelementen, die aus Werkstoffen mit temperaturabhängigem Dehnungs- oder Formänderungsverhalten bestehen. Derartige Stellelemente können auch auf engstem Raum in den hinteren Stufen der Kompressoren und Turbinen angeordnet werden und selbst sehr hohe Temperaturen stehen deren Funktionsfähigkeit nicht entgegen.The basic idea of the invention consists in the adjustable design of the guide vanes also in the downstream, narrow and high temperatures exposed areas of the compressor and the turbine, so that even in different flight phases such as takeoff, landing or cruise a stable function and efficient operation of the Engine with low fuel consumption and sufficient generator power is guaranteed. The respectively required change in the angle of attack α of the guide vanes takes place as a function of the temperature prevailing in the respective stage of the compressor or the turbine with temperature-dependent expanding, that is stretching, enlarging or deforming control elements, which consist of materials with temperature-dependent expansion or deformation behavior. Such control elements can be arranged in the narrowest space in the rear stages of the compressors and turbines and even very high temperatures are not precluding their functionality.

Die Stellelemente können mit der stromauf oder der stromab liegenden Seite der Leitschaufel verbunden sein oder mit beiden Seiten, jedoch in jeweils entgegen gesetzter Richtung wirkend, in Wirkverbindung stehen.The adjusting elements may be connected to the upstream or downstream side of the guide vane or be operatively connected to both sides, but in opposite directions.

Vorzugsweise sind die Leitschaufeln jeweils mit einer Halteplatte verbunden, deren stromab und stromauf liegende Endabschnitte jeweils in einer Nut des Innengehäuses verschwenkbar bzw. um einen Drehpunkt drehbar gehalten sind.Preferably, the guide vanes are each connected to a holding plate whose downstream and upstream end portions are each pivotally mounted in a groove of the inner housing and rotatable about a pivot point.

Das Stellelement kann ein Bimetallstift sein, der entweder axial ausgerichtet ist und mit seinem feststehenden Ende am Innengehäuse oder einem an diesem fixierten Bauteil gehalten ist, oder der radial ausgerichtet ist und mit seinem feststehenden Ende am Außengehäuse oder einem an diesem fixierten Bauteil befestigt ist, während das freie, sich unter Wärmeeinwirkung bewegende Ende an der verschwenkbaren Seite der Leitschaufel bzw. der Halteplatte angreift.The actuator may be a bimetallic pin which is either axially aligned and fixed with its End is held on the inner housing or a fixed to this component, or which is aligned radially and is fixed with its fixed end to the outer housing or a fixed thereto component, while the free, moving under heat end on the pivotable side of the vane or the holding plate attacks.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann auch das mit radial ausgerichteten Stellstiften versehene Außengehäuse aufgrund eines temperatur- und/oder werkstoffbedingt unterschiedlichen Dehnungsverhaltens gegenüber dem Innengehäuse als Stellelement dienen. Ein an dem freien Ende des Stellstiftes ausgebildeter, quer zur Axialrichtung schräg verlaufender Endabschnitt greift in eine gleichermaßen schräg gerichtete Ausnehmung der Leitschaufel ein, so dass sich der Anstellwinkel α der Leitschaufel bei einer durch Erwärmung bedingten Abstandsänderung zwischen Innen- und Außengehäuse ändert.In a further embodiment of the invention, the outer housing provided with radially aligned pins can serve as an actuator due to a temperature and / or material-related different expansion behavior relative to the inner housing. A formed at the free end of the adjusting pin, transversely to the axial direction obliquely extending end portion engages in an equally oblique recess of the vane, so that the angle of attack α of the vane changes at a conditional change due to heating between the inner and outer housing.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann das Stellelement auch ein am Außengehäuse mit einem Dehnungsspiel radial geführter Dehnungsstellring mit an dessen Innenumfang quer zur Axialrichtung schräg verlaufenden Ausnehmungen sein, in die jeweils ein von der Leitschaufel ausgehender schräg verlaufender Stellstift eingreift. Durch die temperaturabhängige Dehnung des Dehnungsstellringes kann somit der Anstellwinkel α der Leitschaufeln verstellt werden.In a further embodiment of the invention, the actuating element can also be a radially outwardly guided on the outer housing with an expansion clearance expansion collar with transverse to the axial direction at its inner periphery obliquely extending recesses, in each of which an outgoing from the vane oblique actuating pin engages. As a result of the temperature-dependent expansion of the expansion adjusting ring, the angle of attack α of the guide vanes can thus be adjusted.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist das Stellelement ein in Umfangsrichtung verlaufender, mit der jeweiligen Leitschaufel und dem Innengehäuse verbundener Dehnungsstift aus einem bei Temperaturänderung in der Länge veränderlichen Werkstoff. Dieser Dehnungsstift kann auch integral an die Leitschaufel, beispielsweise an eine Stirnseite der Halteplatte der Leitschaufel, angeformt sein, während dessen freies Ende mit dem Innengehäuse in Wirkverbindung steht.In a further embodiment of the invention, the actuating element is a circumferentially extending, connected to the respective vane and the inner housing expansion pin from a variable in temperature change in length material. This expansion pin can also be integral with the vane, for example on an end face the holding plate of the vane, be formed, while the free end is in operative connection with the inner housing.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine das Erfindungsprinzip wiedergebende Seitenansicht einer zwischen zwei Laufschaufeln am Innengehäuse gehaltenen und mittels Stellelementen um eine vertikale Achse verschwenkbaren Leitschaufel;

Fig. 2

eine Draufsicht auf die Halteplatte (Plattform) der Leitschaufel mit den beiden an dieser wirksamen Stellelementen;

Fig. 3

eine Seitenansicht einer mittels Bimetallstift verschwenkbaren Leitschaufel;

Fig. 4

eine Draufsicht auf die mit dem Bimetallstift verbundene Schaufelplattform nach Fig. 3;

Fig. 5

eine Seitenansicht einer mit einem am Außengehäuse gehaltenen Bimetallstift verschwenkbaren Leitschaufel;

Fig. 6

eine Seitenansicht einer am Innengehäuse verschwenkbar gehaltenen Leitschaufel, die mit einem am Außengehäuse befestigen Stellstift in Wirkverbindung steht;

Fig. 7

einen Schnitt DD nach Fig. 6, der das Eingreifen einer mit dem Stellstift verbundenen Schräge in eine Nut der Halteplatte wiedergibt;

Fig. 8

eine Seitenansicht einer am Innengehäuse verschwenkbar gehaltenen Leitschaufel mit an dieser vorgesehenem schrägen Stellstift, der in eine schräg verlaufenden Stellnut eines am Außengehäuse gehaltenen Dehnungsstellrings eingreift;

Fig. 9

eine detaillierte Darstellung nach Fig. 8;

Fig. 10

eine Seitenansicht einer am Innengehäuse schwenkbar gehaltenen Leitschaufel, deren Halteplatte über einen Dehnungsstift am Innengehäuse angelenkt ist;

Fig. 11

eine Draufsicht auf die Halteplatte der Leitschaufel mit dem an diese angelenkten Dehnungsstift nach Fig. 10; und

Fig. 12

eine Draufsicht einer Ausführungsvariante nach Fig. 10, wonach der Dehnungsstift einstückig an die Halteplatte angeformt ist.

Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1

a principle of the invention reproducing a side view held between two blades on the inner housing and pivotable by means of adjusting elements about a vertical axis guide vane;

Fig. 2

a plan view of the holding plate (platform) of the vane with the two effective on this actuating elements;

Fig. 3

a side view of a bimetallic pin pivotable vane;

Fig. 4

a plan view of the connected to the bimetal pin blade platform after Fig. 3 ;

Fig. 5

a side view of a pivotable with a bimetallic pin held on the outer housing guide vane;

Fig. 6

a side view of a pivotally supported on the inner housing vane, which is operatively connected to a fixing pin on the outer housing;

Fig. 7

a section DD after Fig. 6 which reproduces the engagement of a bevel with the adjusting pin in a groove of the holding plate;

Fig. 8

a side view of a pivotally supported on the inner housing vane with oblique actuating pin provided on this, which engages in an obliquely extending adjusting groove of an outer housing held Dehnungsstellrings;

Fig. 9

a detailed representation after Fig. 8 ;

Fig. 10

a side view of a pivotally supported on the inner housing vane, the retaining plate is articulated via an expansion pin on the inner housing;

Fig. 11

a plan view of the holding plate of the vane with the hinged to this expansion pin Fig. 10 ; and

Fig. 12

a plan view of an embodiment according to Fig. 10 , after which the expansion pin is integrally formed on the holding plate.

Fig. 1 zeigt eine Leitschaufel 1, die mittels einer mit dieser verbundenen Halteplatte 2 in Ausnehmungen 3 des Innengehäuses 4 eines Kompressors oder einer Turbine eines Gasturbinentriebwerks gehalten ist. Die Leitschaufel 1 bzw. der aus einer Vielzahl von Leitschaufeln gebildete Leitschaufelkranz oder Stator befindet sich zwischen stromauf und stromab angeordneten, an einer Rotorscheibe 5 angebrachten Laufschaufeln 6, wobei die feststehenden Leitschaufeln 1 den Luft- oder Heißgasstrom in einem an den Betriebzustand des Triebwerks oder die jeweilige Flugphase, nämlich Start, Anstieg, Reiseflug, Landung, angepassten - optimalen - Winkel und damit einer entsprechenden Winkelstellung der Leitschaufeln 1 zu den Laufschaufeln 6 leiten soll, um einen stabilen und effizienten Betrieb des Triebwerks, das heißt mit in jeder Flugphase stabilem Luftstrom und geringem Brennstoffverbrauch sowie gleichzeitiger Erzeugung der erforderlichen elektrischen Energie, zu gewährleisten. Fig. 1 und die in Fig. 2 gezeigte Draufsicht auf eine im Winkel α angestellte Halteplatte 2 bzw. Leitschaufel 1 verkörpern den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung, wonach an den jeweils in den Ausnehmungen 3 des Innengehäuses 4 beweglich gelagerten gegenüberliegenden Endabschnitten 7.1, 7.2 der Halteplatte 2 jeweils ein Stellelement 8 angreift, das aufgrund einer durch die in der jeweiligen Position im Kompressor oder der Turbine herrschenden Temperatur seine Form oder Länge ändert und diese Formänderung auf einen der beiden Endabschnitte 7.1 oder 7.2 - oder in entgegen gesetzter Richtung - auf beide Endabschnitte 7.1 und 7.2 überträgt, so dass die Leitschaufeln 1 in Abhängigkeit von der jeweils im Kompressor oder der Turbine in der jeweiligen Stufe herrschenden Temperatur selbsttätig um ihre Längsachse verstellt werden. In Fig. 2 ist mit den Pfeilen A angedeutet, in welcher Richtung die Stellelemente 8 ihre Lage und die Winkelstellung der Halteplatte 2 bzw. der Leitschaufel 1 ändern, um eine optimale Anströmung der stromab nachfolgenden Laufschaufeln 6 und damit einen stabilen und effizienten Triebwerksbetrieb sicherzustellen. Fig. 1 shows a vane 1, which is held by means of a holding plate 2 connected thereto in recesses 3 of the inner housing 4 of a compressor or a turbine of a gas turbine engine. The guide vane 1 or the stator vane or stator formed from a plurality of vanes is located between upstream and downstream arranged on a rotor disk 5 mounted blades 6, wherein the stationary vanes 1, the air or hot gas flow in one of the operating condition of the engine or the respective flight phase, namely start, increase, cruise, landing, adjusted - optimal - angle and thus a corresponding angular position of the guide vanes 1 to the blades 6 should lead to a stable and efficient Operation of the engine, that is to ensure with each flight phase stable air flow and low fuel consumption and simultaneous generation of the required electrical energy. Fig. 1 and the in Fig. 2 shown plan view of an employed at an angle α holding plate 2 and the guide vane 1 embody the basic idea of the present invention, according to which in each case in the recesses 3 of the inner housing 4 movably mounted opposite end portions 7.1, 7.2 of the holding plate 2 in each case an actuating element 8 attacks, due to a by the prevailing in the respective position in the compressor or the turbine temperature changes its shape or length and transmits this change in shape on one of the two end sections 7.1 or 7.2 - or in the opposite direction - to both end sections 7.1 and 7.2, so that the guide vanes. 1 be automatically adjusted about its longitudinal axis depending on the temperature prevailing in each case in the compressor or the turbine in the respective stage. In Fig. 2 is indicated by the arrows A, in which direction the adjusting elements 8 change their position and the angular position of the holding plate 2 and the guide vane 1 to ensure optimum flow downstream of the downstream blades 6 and thus a stable and efficient engine operation.

Wie die Figuren 3 und 4 zeigen, ist die Halteplatte 2 an dem stromab gerichteten ersten Endabschnitt 7.1 in der Ausnehmung 4 mittels eines in eine in Strömungsrichtung hintere Nut 9.1 eingreifenden Fixierstiftes 10 gelenkig gehalten. Das oben erwähnte Stellelement 8 ist hier als axial angeordneter Bimetallstift 11 ausgebildet, der auf der Seite des in Strömungsrichtung hinteren Endabschnitts 7.1 fest am Innengehäuse 4 verankert ist und dessen gegenüberliegendes freies Ende in eine am stromauf gelegenen vorderen Endabschnitt 7.2 ausgebildete vordere Nut 9.2 eingreift. Bei einer Temperaturänderung verbiegt sich der Bimetallstift 11 entsprechend seinem Temperaturverhalten und verändert den Anstellwinkel α der Leitschaufel 1 entsprechend der jeweiligen Temperaturänderung.As the Figures 3 and 4 show, the holding plate 2 is held at the downstream first end portion 7.1 in the recess 4 by means of an engaging in a rear groove 9 in the flow direction 9.1 fixing pin hinged. The above-mentioned adjusting element 8 is designed here as an axially arranged bimetallic pin 11, which is firmly anchored on the side of the rear end portion 7.1 in the flow direction on the inner housing 4 and the opposite free end in a formed at the upstream front end portion 7.2 front groove 9.2 intervenes. When the temperature changes, the bimetallic pin 11 bends according to its temperature behavior and changes the angle of attack α of the guide blade 1 in accordance with the respective temperature change.

Fig. 5 zeigt noch eine andere Ausführungsform der Verstellung der Leitschaufeln 1 mit Hilfe eines als Bimetallstift 11 ausgebildeten Stellelements 8. In diesem Fall ist ein radial ausgerichteter, das Innengehäuse 4 durchgreifender Bimetallstift 11 an dem einen Ende fest mit dem Außengehäuse 12 oder einem an diesem in Umfangsrichtung fixierten Bauteil verbunden und dessen nach innen gerichtetes Ende greift in die vordere Nut 9.2 ein, so dass entsprechend der Temperatur in der betreffenden Kompressorstufe oder der Turbine der Anstellwinkel der Leitschaufeln entsprechend dem Temperaturverhalten des Bimetallstiftes 11 eingestellt bzw. verändert wird. Der für das Stellelement 8, hier die Bimetallstange 11, erforderliche Platzbedarf ist sehr gering, so dass das Stellelement auch in den sehr engen und kleinere Bauteile aufweisenden Bereichen des Kompressors oder der Turbine angeordnet werden kann, zumal dessen Funktion nicht durch die dort herrschenden hohen Temperaturen beeinträchtigt wird und die Stellelemente zudem ein geringes Gewicht haben. Fig. 5 shows yet another embodiment of the adjustment of the guide vanes 1 by means of a designed as a bimetal 11 actuator 8. In this case, a radially oriented, the inner housing 4 by cross-bimetallic pin 11 at one end fixed to the outer housing 12 or fixed to this in the circumferential direction Connected component and whose inwardly directed end engages in the front groove 9.2, so that according to the temperature in the relevant compressor stage or the turbine, the angle of attack of the vanes is adjusted or changed according to the temperature behavior of the bimetallic pin 11. The space required for the adjusting element 8, here the bimetallic rod 11, is very small, so that the adjusting element can also be arranged in the areas of the compressor or turbine which are very narrow and have smaller components, especially since their function is not due to the high temperatures prevailing there is impaired and the control elements also have a low weight.

Gemäß der in den Figuren 6 und 7 wiedergegebenen Ausführungsvariante ist das temperaturabhängig wirksame Stellelement 8 ein integral mit dem Außengehäuse 12 verbundener, radial nach innen gerichteter Stellstift 13 mit einem schrägen Endabschnitt 14, der in eine schräge Ausnehmung 22 des vorderen Endabschnitts 7.2 der Halteplatte 2 eingreift. Am hinteren Endabschnitt 7.1 ist die Halteplatte 2 wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen mittels eines in die hintere Nut 9.1 eingreifenden Fixierstiftes 10 gelenkig gehalten. Bei einer Temperaturänderung zwischen dem Innengehäuse 4 und dem Außengehäuse 12 und einer damit verbundenen Änderung des Abstands zwischen Innen- und Außengehäuse wird der schräge Endabschnitt 14 des Stellstiftes 13 in radialer Richtung bewegt. Dabei wird die Halteplatte 2 entlang der Schräge verschoben und damit der Anstellwinkel der Leitschaufel 1 temperaturabhängig verstellt.According to the in the FIGS. 6 and 7 reproduced variant, the temperature-dependent effective actuator 8 is an integrally connected to the outer housing 12, radially inwardly directed adjusting pin 13 with an oblique end portion 14 which engages in an oblique recess 22 of the front end portion 7.2 of the support plate 2. At the rear end portion 7.1, the holding plate 2 is held articulated as in the previously described embodiments by means of an engaging in the rear groove 9.1 fixing pin 10. At a temperature change between the inner housing 4 and the outer housing 12 and an associated change in the distance between the inner and outer housing, the oblique end portion 14 of the adjusting pin 13 is moved in the radial direction. In this case, the holding plate 2 is moved along the slope and thus the angle of attack of the guide vane 1 is temperature-dependent.

Bei einer noch anderen, in den Figuren 8 und 9 gezeigten Ausführungsform ist das Stellelement ein sich bei Temperaturerhöhung vergrößernder Dehnungsstellring 15, der am Außenumfang mit Umfangsnuten 16 ausgebildet ist, in die am Innenumfang des Außengehäuses 12 vorgesehene Führungsstücke 17 eingreifen. Am Innenumfang des Dehnungsstellringes 15 ist gegenüber jeder Leitschaufel 1 eine unter einem Winkel γ schräg angeordnete Stellnut 18 eingeformt, in die ein am vorderen Endabschnitt 7.2 der Halteplatte 2 schräg angeformter Stellstift 19 eingreift. Der stromab liegende Endabschnitt 7.1 der Halteplatte 2 ist wiederum über einen Fixierstift 10 am Innengehäuse 4 angelenkt. Wenn sich der Dehnungsstellring 15 bei einer Temperaturänderung vergrößert oder verkleinert und die schräge Stellnut 18 ihre radiale Position im Verhältnis zum Innengehäuse 4 ändert, wirkt die schräge Stellnut 18 auf den in dieser geführten Stellstift 19, so dass die Leitschaufel 1 zu einer oder anderen Seite um eine vertikale Achse winkelverstellt wird. Je kleiner der Winkel γ ist bzw. je stärker die Schräge ausgeprägt ist, desto größer ist der Verstellwinkel der Leitschaufel 1 bei gleicher Dehnung des Dehnungsstellringes 15.In yet another, in the FIGS. 8 and 9 In the embodiment shown, the adjusting element is an expansion adjusting ring 15 which increases in temperature increase and which is formed on the outer circumference with peripheral grooves 16, into which guide pieces 17 provided on the inner circumference of the outer housing 12 engage. On the inner circumference of the elongation adjusting ring 15 opposite to each vane 1 at an angle γ obliquely arranged adjusting groove 18 is formed, into which engages an obliquely formed at the front end portion 7.2 of the retaining plate 2 adjusting pin 19. The downstream end portion 7.1 of the holding plate 2 is in turn articulated via a fixing pin 10 on the inner housing 4. When the expansion ring 15 increases or decreases with a change in temperature and the inclined adjusting groove 18 changes its radial position relative to the inner housing 4, the oblique positioning groove 18 acts on the guided in this setting pin 19, so that the guide vane 1 to one or the other side a vertical axis is angularly adjusted. The smaller the angle γ is or the more pronounced the slope is, the larger the adjustment angle of the guide blade 1 is for the same elongation of the expansion adjusting ring 15.

Eine weitere Ausführungsvariante zur Winkelverstellung der Leitschaufeln 1 mit einem temperaturabhängig wirksamen Stellelement ist in den Figuren 10 bis 12 dargestellt. Am hinteren Endabschnitt 7.1 der Halteplatte 2 ist die Leitschaufel 1 wieder mit Hilfe des Fixierstiftes 10 gelenkig gehalten. Am vorderen Endabschnitt 7.2 der Halteplatte 2 ist ein das Stellelement bildender, unter Wärmeeinwirkung eine bestimmte Länge einnehmender Dehnungsstift 20 angelenkt, der am gegenüberliegenden Ende mit dem Innengehäuse 4 verbunden ist und bei Temperaturänderung seine Länge ändert und damit eine Winkelverstellung der Leitschaufel 1 bewirkt. Wie Fig. 12 zeigt, kann die Winkelverstellung gemäß der zuvor beschriebenen Variante auch mit einem integral an die Halteplatte 2 angeformten Dehnungsstift 21 erfolgen.A further embodiment for the angular adjustment of the guide vanes 1 with a temperature-dependent actuating element is in the FIGS. 10 to 12 shown. At the rear end portion 7.1 of the holding plate 2, the guide vane 1 is again with the aid of the fixing pin 10 held articulated. At the front end portion 7.2 of the support plate 2 is an actuating element forming, under heat a certain length engaging Dehnungsstift 20 hinged, which is connected at the opposite end to the inner housing 4 and changes its temperature when changing its length and thus causes an angular adjustment of the guide vane 1. As Fig. 12 shows, the angle adjustment according to the variant described above can also be carried out with an integrally formed on the holding plate 2 expansion pin 21.

Die Erfindung ist nicht auf die zuvor erläuterten Ausführungsvarianten beschränkt. Im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung, wonach ein Gasturbinentriebwerk in beliebigen, insbesondere auch sehr engen und hohen Temperaturen ausgesetzten Bereichen des Kompressors und/oder der Turbine mit Stellelementen zur variablen Einstellung des Anstellwinkels der Leitschaufeln ausgerüstet ist, die allein aufgrund des thermischen Verhaltens der für die Stellelemente jeweils eingesetzten Werkstoffe eine Winkelverstellung der Leitschaufeln bewirken, sind weitere Modifikationen denkbar. Insbesondere können für die Stellelemente, die auch am hinteren Endabschnitt 7.1 oder an beiden Endabschnitten in entgegen gesetzter Richtung wirksam sein können, unterschiedliche Werkstoffe mit unterschiedlichem thermischem Ausdehnungsverhalten eingesetzt werden. Da die Stellelemente in Abhängigkeit von den entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen herrschenden Temperaturen und nur aufgrund ihres thermischen Ausdehnungsverhaltens wirksam sind, benötigen sie wenig Platz und können auch in engen und hohen Temperaturen ausgesetzten Bereichen des Kompressors und der Turbine angeordnet werden und sorgen so für deren entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen stabile Funktion und einen wirtschaftlichen Betrieb des Triebwerks.The invention is not limited to the previously described embodiments. In the context of the basic idea of the invention, according to which a gas turbine engine in any areas of the compressor and / or the turbine which are exposed in particular to very narrow and high temperatures is equipped with adjusting elements for variably adjusting the angle of attack of the guide vanes Adjusting elements respectively used materials cause an angular adjustment of the vanes, further modifications are conceivable. In particular, different materials with different thermal expansion behavior can be used for the adjusting elements, which can also be effective in the opposite direction at the rear end section 7.1 or at both end sections. Since the actuators are effective in response to the prevailing temperatures according to the respective operating conditions and only because of their thermal expansion behavior, they require little space and can also be placed in narrow and high temperature exposed areas of the compressor and the turbine, thus providing their according to the operating conditions stable operation and economical operation of the engine.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Leitschaufelvane

22

HalteplatteRetaining plate

33

Ausnehmungen in 4Recesses in 4

44

Innengehäuseinner housing

55

Rotorscheiberotor disc

66

Laufschaufelblade

7.17.1

stromab liegender Endabschnitt v. 2downstream end section v. 2

7.27.2

stromauf liegender Endabschnitt v. 2upstream end section v. 2

88th

Stellelement (Fig. 1, 2)Adjusting element ( Fig. 1, 2 )

9.19.1

stromab liegende Nut von 7.1downstream groove of 7.1

9.29.2

stromauf liegende Nut von 9.2upstream groove of 9.2

1010

Fixierstift v. 9.1Fixing pin v. 9.1

1111

Bimetallstift (radial o. axial ausgerichtet)Bimetal pin (radially or axially aligned)

1212

Außengehäuseouter casing

1313

Stellstift von 12Stellstift of 12

1414

schräger Endabschnitt v. 13oblique end section v. 13

1515

DehnungsstellringStretch collar

1616

Umfangsnut v. 15Circumferential groove v. 15

1717

Führungsstück v. 12Guide piece v. 12

1818

schräge Stellnut v. 15oblique Stellnut v. 15

1919

schräger Stellstift v. 1oblique Stellstift v. 1

2020

Dehnungsstiftelongation pin

2121

integraler Dehnungsstift v. 1integral strain pin v. 1

2222

schräge Ausnehmung v. 7.2oblique recess v. 7.2

Claims (13)

Gasturbinentriebwerk mit den Laufschaufeln zugeordneten, mittels Stellelementen um ihre Längsachse winkelverstellbaren Leitschaufeln (1) zur Regelung des den Laufschaufeln (6) zugeführten Luftstroms, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelemente auch in den stromab liegenden engeren und hoch erwärmten Stufen der von einem Innen- und einem Außengehäuse (4, 12) umgebenen Kompressoren und/oder Turbinen angeordnet sind und die am Innen- oder Außengehäuse fixierten Stellelemente aus einem sich entsprechend der in den jeweiligen Stufen herrschenden Temperatur ausdehnenden, form- oder längenveränderlichen Werkstoff bestehen und ihre temperaturabhängige Formoder Längenänderung auf die mit diesen in Wirkverbindung stehenden, schwenkbaren Leitschaufeln (1) übertragen.Gas turbine engine with the blades associated, by means of adjusting elements about its longitudinal axis angle-adjustable vanes (1) for controlling the blades (6) supplied air flow, characterized in that the control elements also in the downstream narrower and highly heated stages of an indoor and a Outer housing (4, 12) surrounded compressors and / or turbines are arranged and the fixed to the inner or outer housing actuators from a corresponding to the prevailing in the respective stages temperature expands, shape or variable length material and their temperature-dependent shape or length change on with transmit these operatively connected, pivotable vanes (1). Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturabhängig veränderlichen Stellelemente mit einem stromauf oder mit einem stromab liegenden Endabschnitt (7.2, 7.1) der Leitschaufeln (1) in Wirkverbindung stehen, und der jeweils andere Endabschnitt gelenkig am Innengehäuse (4) gehalten ist.Gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the temperature-dependent variable actuating elements with an upstream or downstream end portion (7.2, 7.1) of the guide vanes (1) are in operative connection, and the respective other end portion is articulated on the inner housing (4). Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelemente sowohl mit dem stromauf und als auch mit dem stromab liegenden Endabschnitt (7.2, 71) verbunden sind und in entgegen gesetzter Richtung wirken.Gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the adjusting elements are connected to both the upstream and downstream end portion (7.2, 71) and act in the opposite direction. Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturabhängig veränderliche Stellelement ein Bimetallstift (11) ist.Gas turbine engine according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the temperature-dependent variable actuator is a bimetallic pin (11). Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bimetallstifte (11) axial ausgerichtet sind und an einem feststehenden Ende mit dem Innengehäuse (4) oder einem an diesem in Umfangsrichtung fixierten Bauteil verbunden sind.Gas turbine engine according to claim 4, characterized in that the bimetallic pins (11) are axially aligned and are connected at a fixed end with the inner housing (4) or a component fixed thereto in the circumferential direction. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bimetallstifte (11) radial ausgerichtet sind und an einem feststehenden Ende mit dem Außengehäuse (12) oder einem an diesem in Umfangsrichtung fixierten Bauteil verbunden sind.Gas turbine engine according to claim 4, characterized in that the bimetallic pins (11) are aligned radially and are connected at a fixed end to the outer housing (12) or a component fixed thereto in the circumferential direction. Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement ein fest mit dem Außengehäuse (12) verbundener, das Innengehäuse (4) durchgreifender Stellstift (13) mit an seinem freien Ende ausgebildetem schrägen Endabschnitt (14) ist, der mit einer schrägen Ausnehmung (22) in der Leitschaufel (1) in Eingriff ist, wobei eine durch die unterschiedlichen Temperaturen und/oder Werkstoffe und die entsprechend unterschiedliche Dehnung des Innen- und des Außengehäuses (4, 12) bedingte Abstandsänderung zwischen diesen eine radiale Bewegung des Stellstiftes (13) und über den schrägen Endabschnitt (14) die Einstellung eines bestimmten Anstellwinkels α der Leitschaufel (1) bewirkt.Gas turbine engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the adjusting element is a firmly connected to the outer housing (12), the inner housing (4) by cross-actuating pin (13) formed at its free end oblique end portion (14), with an oblique recess (22) in the guide vane (1) is engaged, wherein a by the different temperatures and / or materials and the correspondingly different elongation of the inner and the outer housing (4, 12) conditional change in distance between these a radial movement of Setting pin (13) and on the oblique end portion (14) causes the setting of a certain angle α of the guide vane (1). Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement ein am Außengehäuse (12) mit radialem Dehnungsspiel gehaltener, aus einem sich bei Temperaturerhöhung ausdehnenden Werkstoff bestehender Dehnungsstellring (15) mit einer in Höhe jeder Leitschaufel (1) schräg verlaufenden Ausnehmung (16) ist, in die ein schräg von der Leitschaufel (1) ausgehender Stellstift (19) eingreift, wobei die temperaturabhängige Dehnung des Dehnungsstellringes (15) über die Stellstifte (19) eine Änderung des Anstellwinkels α der Leitschaufeln (1) bewirkt.Gas turbine engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the actuating element is held on the outer housing (12) with radial expansion play, from an expanding temperature increase material existing strain collar (15) having a height of each vane (1) obliquely extending recess (16) into which an obliquely from the vane (1) outgoing actuating pin (19) engages, wherein the temperature-dependent strain of the expansion adjusting ring (15) via the adjusting pins (19) causes a change in the angle of attack α of the guide vanes (1). Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schräge der Ausnehmung (22, 16) und die Schräge des Stellstiftes (19) oder des Endabschnitts (14) am Stellstift (13) unter einem Winkel γ verläuft, von dessen Größe der Anstellwinkel α der Leitschaufeln (1) abhängt.Gas turbine engine according to claim 7 or 8, characterized in that the slope of the recess (22, 16) and the slope of the adjusting pin (19) or the end portion (14) on the adjusting pin (13) extends at an angle γ, of the size of the angle of attack α of the guide vanes (1) depends. Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement ein in Umfangsrichtung verlaufender, mit der Leitschaufel (1) und dem Innengehäuse (4) verbundener Dehnungsstift (20, 21) aus einem bei Temperaturänderung in der Länge veränderlichen Werkstoff ist.Gas turbine engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the actuating element is a circumferentially extending, with the guide vane (1) and the inner housing (4) connected to the expansion pin (20, 21) of a variable in temperature change in length material. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungsstift (20) ein separates, am Innengehäuse (4) und an der Leitschaufel (1) angelenktes Bauteil ist.Gas turbine engine according to claim 10, characterized in that the expansion pin (20) is a separate, on the inner housing (4) and on the guide vane (1) hinged component. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungsstift (21) ein integral mit der Leitschaufel (1) verbundenes, am Innengehäuse (4) angelenktes Bauteil ist.Gas turbine engine according to claim 10, characterized in that the expansion pin (21) is an integrally connected to the guide vane (1), on the inner housing (4) hinged component. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (1) jeweils mit einer Halteplatte (2) verbunden sind, deren beiderseitige Endabschnitte (7.1, 7.2) in einer stromauf und stromab am Innengehäuse (4) ausgebildeten Nut (9.1, 9.2) beweglich gehalten sind.Gas turbine engine according to one of the preceding claims, characterized in that the guide vanes (1) are each connected to a holding plate (2), whose mutual end portions (7.1, 7.2) in an upstream and downstream of the inner housing (4) formed groove (9.1, 9.2) are movably held.

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