EP2206891A1 - Nozzle vane adjustment device - Google Patents

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Publication number
EP2206891A1
EP2206891A1 EP09000365A EP09000365A EP2206891A1 EP 2206891 A1 EP2206891 A1 EP 2206891A1 EP 09000365 A EP09000365 A EP 09000365A EP 09000365 A EP09000365 A EP 09000365A EP 2206891 A1 EP2206891 A1 EP 2206891A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
adjusting device
guide vane
adjusting ring
vane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09000365A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Roderich Bryk
Björn Buchholz
Jens Sander
Vadim Shevchenko
Stephan Sonnen
Oliver Dr. Strohmeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP09000365A priority Critical patent/EP2206891A1/en
Priority to PCT/EP2010/050009 priority patent/WO2010081751A1/en
Publication of EP2206891A1 publication Critical patent/EP2206891A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/40—Transmission of power
    • F05D2260/403—Transmission of power through the shape of the drive components
    • F05D2260/4031—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05D2260/79—Bearing, support or actuation arrangements therefor

Definitions

  • a modern turbomachine for example a gas turbine, has a high power density.
  • the individual components of the gas turbine are exhausted in terms of strength and aerodynamic function.
  • the compressor of the gas turbine is aerodynamically highly loaded, so that the flow through the compressor is sensitive to stationary and transient disturbances, which can be caused for example by a nonuniformity of the inflow in the velocity field and / or temperature field.
  • Such disturbances can lead to a lowering of the surge margin, so that the operation of the compressor can become unstable.
  • the remedy here is to operate the compressor on a working line with a large surge margin. To maintain the sufficient surge margin for possible operating scenarios would reduce the aerodynamic load of the compressor, which, however, is accompanied by a reduction in the efficiency of the compressor.
  • the axial-flow compressor has rows of blades and vanes. With the blades, the flow through the compressor is energized.
  • the guide vanes define the inflow of the blades, resulting in the aerodynamic effect of the blades.
  • the surge margin can be influenced. In the variation of the angle of attack of the guide vanes whose blade is to pivot accordingly, which can be accomplished with a known Leitschaufelverstell Anlagen.
  • the object of the invention is to provide a Leitschaufelverstell issued and a turbomachine with the Leitschaufelverstell issued, wherein the angle of attack of the vanes is securely adjustable, wherein the Leitschaufelverstell responded is simple and space saving in the design.
  • the vane adjusting device according to the invention for a turbomachine which has a housing and a vane ring forming vanes, which are mounted in the housing from outside accessible pivotable about its longitudinal axis, which extends substantially radially to the axis of rotation of the turbomachine, has an adjusting ring which surrounds the housing concentrically and rotatable about its center is supported on the housing, a Verstellringgetriebe and provided for each vane on a Verschwenkhebel observed which engages outside of the housing on its associated vane and is fixed to the adjusting ring, which has a circumferentially extending toothing segment, in that the Verstellringgetriebe engages, so that can be brought from the Verstellringgetriebe the adjusting ring in a predetermined rotational position and in this durable, whereby the angle of attack of the vanes is adjustable.
  • the turbomachine according to the invention has the Leitschaufelverstell sensible.
  • the adjusting ring gear engages in the toothed segment
  • the adjusting ring and the adjusting ring gear are positively coupled with one another in the circumferential direction.
  • the adjusting ring is locked by the Verstellringgetriebe in the circumferential direction, so that the rotational position of the adjusting ring is fixed by the Verstellringgetriebe.
  • Attacks a circumferential force on the adjusting ring for example, caused by gas forces acting on the vanes during operation of the turbomachine and are transmitted from the Verstellhebel worn on the adjusting ring, the Verstellringgetriebe holds the adjusting ring in the present circumferential position.
  • the adjusting ring is driven by Verstellringgetriebe.
  • the adjusting ring is only via the Verstellringgetriebe and the toothed segment rotatable when the Verstellringgetriebe is driven accordingly.
  • the Verstellringgetriebe one hand, the function of an adjustment and on the other hand, the function of a circumferential lock for the adjusting ring.
  • a hydraulic drive with a push rod need not be provided, as would be necessary according to a conventional vane adjusting device.
  • the guide vane device according to the invention is simple in construction and saves space in the construction.
  • the Verstellringgetriebe preferably has a worm wheel, which is rotatably driven by a motor. Further, it is preferred that the toothed segment and the worm wheel are designed such that the adjusting ring is held by the worm wheel on the toothed segment by self-locking in its circumferential direction. Thereby, the adjusting ring of the worm wheel, which engages with the toothed segment, is locked in the circumferential direction, both when the worm wheel is rotationally driven for Drehverstellen the adjusting ring and when the worm wheel is at a standstill. Furthermore, the worm wheel need not be held in its circumferential direction, since it can not be made to rotate by the adjusting ring due to the self-locking.
  • the toothed segment preferably has a straight spur toothing on the outer peripheral edge of the adjusting ring. This can advantageously engage the worm wheel on the outer peripheral edge in the toothed segment.
  • the adjusting ring is supported circumferentially movable radially outwardly on its inner edge on the housing.
  • the worm wheel engages on the outer circumference in the toothed segment, it can be held in position by a radially inwardly acting pressing force.
  • this pressing force can be advantageously absorbed by the housing.
  • the size of the angle spanned by the toothed segment preferably corresponds to the maximum pitch adjustment range of the vane adjustment.
  • the length of the toothed segment is advantageously matched to the maximum pitch adjustment range of the vane adjusting device, whereby an unnecessary weakening of the adjusting ring is avoided by a too large toothing segment.
  • the motor is preferably an electric motor, wherein preferably the worm wheel is driven directly by the electric motor. Furthermore, the electric motor is preferably supported on the housing. As a result, the Leitschaufelverstell noticed is simple and compact. Further preferably, a plurality of toothed segments, in which worm gears engage several Verstellringgetriebe can be provided on an adjusting ring, in which case the Verstellringgetriebe be actuated by respective drives synchronously.
  • Leitschaufelverstell spuren 1 are shown, which are mounted on a turbocompressor housing 2 of a turbocompressor.
  • a vane ring 3 is installed, which is formed by a plurality of vanes 4, which are arranged distributed uniformly over the circumference of the turbocompressor housing 2.
  • the vanes 4 have an airfoil attached to a blade root. With the airfoil, the vane 4 is aerodynamically effective, so act on the airfoil during operation of the turbocompressor gas forces.
  • the blade root of the vane 4 has a blade root 5, the longitudinal axis of which extends in the radial direction of the turbocompressor housing 2.
  • the blade root pin 5 is inserted into a through hole provided in the turbo compressor housing 2, whereby the guide blade 4 is rotatable about its longitudinal axis.
  • the guide vane 4 is thus rotatably mounted in the turbo compressor housing 2 so that the angle of attack of the airfoil is adjustable by turning the guide vane 4 on the blade root pin 5.
  • the turning of all the guide vane ring 4 forming the guide vanes 4 is accomplished with the vane adjusting device 1.
  • the guide vane adjusting device 1 has an adjusting ring 6 which extends concentrically around the turbo-compressor housing 2 and is arranged at the level of the vane ring 3.
  • a support ring 7 is provided, on which roller bearings 8 are uniformly distributed over the circumference of the turbocompressor housing 2.
  • the roller bearings 8 each have a radially outer roller body on which the adjusting ring 6 is supported with its inner rolling surface 9.
  • the adjusting ring 6 is fixed in the radial direction by the roller bodies 8 and mounted movably in the circumferential direction.
  • the LeitschaufelverstellISS 1 further comprises for each vane 4 a pawl 10 which is formed elongated.
  • the pawl 10 is fastened with its one longitudinal end outside of the turbocompressor housing 2 at the end face on the blade root pin 5. With one longitudinal end facing away from the other longitudinal end, the pawl 10 along the longitudinal direction of the turbocompressor housing 2 in the direction of the adjusting ring 6.
  • a lever 11 is pivotally mounted with its one longitudinal end, the lever 11 with its other longitudinal end on the adjusting ring 6 also pivotable is fixed.
  • the lever 11 is arranged inclined in the circumferential direction of the turbo compressor housing 2, so that when the adjusting ring 6 is rotated on the pawl 10 via the lever 11, a thrust or tensile force is transferable, depending on the direction in which the adjusting ring 6 is rotated.
  • the thrust force or the tensile force is transmitted from the pawl 10 to the blade root 5 as a torque, so that the vane 4 is rotated accordingly.
  • FIG. 2 and 3 a conventional Leitschaufelverstell listening 1 is shown.
  • the conventional Leitschaufelverstell listening 1 has on the adjusting ring 6 on Verstellringauge 101 which projects radially on the outer edge of the adjusting ring 6.
  • Attached pivotably to the adjusting ring eye 101 is a push rod 102 which extends in the circumferential direction of the adjusting ring 6.
  • the conventional Leitschaufelverstell driving 1 a hydraulic drive 103 which is supported on a turbo compressor supporting the compressor support 104 and with the push rod 102 is leksverschiebar.
  • the push rod 102 is coupled to the hydraulic drive 103 via a yoke 105 and a rod end 106. By longitudinal displacement of the push rod 102, the adjusting ring 6 can be rotated in the circumferential direction.
  • FIG. 1 an embodiment of the Leitschaufelverstell Anlagen 1 according to the invention is shown.
  • the embodiment has on the outer edge 12 of the adjusting ring 6 has an outer toothing 13 which is formed as a spur toothing.
  • Engaging in the external toothing 13 a worm wheel (not shown) directly driven by an electric motor (not shown) is arranged.
  • the electric motor is attached to the turbo compressor housing 2.
  • the external teeth 13 and the worm wheel are designed such that the adjusting ring 6 is held by the worm wheel on the external teeth 13 by self-locking in its circumferential direction.
  • the external toothing 13 extends in the circumferential direction of the adjusting ring 6 and thus spans an angle.
  • the size of the spanned by the external teeth 13 angle corresponds to the desired maximum Anstellwinkelverstell Scheme the airfoil.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

The guide vane pitch adjustment device (1) has a housing (2) and a vane ring forming guide vanes. The guide vanes are supported in the housing. An adjusting ring (6) encompasses the housing in a concentric manner and is supported around its central point at the housing in a twistable manner. A deviating lever unit is provided for each predetermined guide vane.

Description

Eine moderne Turbomaschine, beispielsweise eine Gasturbine, hat eine hohe Leistungsdichte. Dadurch sind die einzelnen Bauteile der Gasturbine hinsichtlich Festigkeit und aerodynamischer Funktion ausgereizt. Insbesondere der Verdichter der Gasturbine ist aerodynamisch hoch belastet, so das die Strömung durch den Verdichter empfindlich gegenüber stationären und instationären Störungen ist, die beispielsweise durch eine Ungleichförmigkeit der Zuströmung im Geschwindigkeitsfeld und/oder Temperaturfeld hervorgerufen werden können. Derartige Störungen können zu einer Absenkung des Pumpgrenzabstands führen, so dass der Betrieb des Verdichters instabil werden kann. Abhilfe schafft hier den Verdichter auf einer Arbeitslinie mit großem Pumpgrenzabstand zu betrieben. Den ausreichenden Pumpgrenzabstand für mögliche Betriebsszenarien vorzuhalten würde die aerodynamische Belastung des Verdichters verringern, mit der allerdings eine Erniedrigung des Wirkungsgrads des Verdichters einhergeht.A modern turbomachine, for example a gas turbine, has a high power density. As a result, the individual components of the gas turbine are exhausted in terms of strength and aerodynamic function. In particular, the compressor of the gas turbine is aerodynamically highly loaded, so that the flow through the compressor is sensitive to stationary and transient disturbances, which can be caused for example by a nonuniformity of the inflow in the velocity field and / or temperature field. Such disturbances can lead to a lowering of the surge margin, so that the operation of the compressor can become unstable. The remedy here is to operate the compressor on a working line with a large surge margin. To maintain the sufficient surge margin for possible operating scenarios would reduce the aerodynamic load of the compressor, which, however, is accompanied by a reduction in the efficiency of the compressor.

Der Verdichter in Axialbauweise weist Reihen von Laufschaufeln und Leitschaufeln auf. Mit den Laufschaufeln wird die Strömung durch den Verdichter mit Energie beaufschlagt. Mit den Leitschaufeln wird die Zuströmung der Laufschaufeln definiert, woraus sich die aerodynamische Wirkung der Laufschaufeln ergibt. So kann beispielsweise durch eine Variation des Anstellwinkels der Leitschaufeln der Pumpgrenzabstand beeinflusst werden. Bei der Variation des Anstellwinkels der Leitschaufeln ist deren Schaufelblatt entsprechend zu verschwenken, was mit einer bekannten Leitschaufelverstelleinrichtung bewerkstelligt werden kann.The axial-flow compressor has rows of blades and vanes. With the blades, the flow through the compressor is energized. The guide vanes define the inflow of the blades, resulting in the aerodynamic effect of the blades. Thus, for example, by varying the angle of attack of the guide vanes, the surge margin can be influenced. In the variation of the angle of attack of the guide vanes whose blade is to pivot accordingly, which can be accomplished with a known Leitschaufelverstelleinrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Leitschaufelverstelleinrichtung und eine Turbomaschine mit der Leitschaufelverstelleinrichtung zu schaffen, wobei der Anstellwinkel der Leitschaufeln sicher einstellbar ist, wobei die Leitschaufelverstelleinrichtung einfach und platzsparend in der Konstruktion ist.The object of the invention is to provide a Leitschaufelverstelleinrichtung and a turbomachine with the Leitschaufelverstelleinrichtung, wherein the angle of attack of the vanes is securely adjustable, wherein the Leitschaufelverstelleinrichtung is simple and space saving in the design.

Die erfindungsgemäße Leitschaufelverstelleinrichtung für eine Turbomaschine, die ein Gehäuse und einen Leitschaufelkranz bildende Leitschaufeln aufweist, die in dem Gehäuse von außerhalb zugänglich um ihre Längsachse verschwenkbar gelagert sind, die im wesentlichen radial zur Drehachse der Turbomaschine verläuft, weist einen Verstellring, der das Gehäuse konzentrisch umgreift und um sein Zentrum verdrehbar an dem Gehäuse abgestützt ist, ein Verstellringgetriebe und für jede Leitschaufel vorgesehen eine Verschwenkhebeleinrichtung auf, die außerhalb des Gehäuses an der ihr zugeordneten Leitschaufel angreift und an dem Verstellring festgelegt ist, der ein in seine Umfangsrichtung sich erstreckendes Verzahnungssegment aufweist, in das das Verstellringgetriebe eingreift, so dass von dem Verstellringgetriebe der Verstellring in eine vorbestimmte Drehposition bringbar und in dieser haltbar ist, wodurch der Anstellwinkel der Leitschaufeln einstellbar ist. Die erfindungsgemäße Turbomaschine weist die Leitschaufelverstelleinrichtung auf.The vane adjusting device according to the invention for a turbomachine, which has a housing and a vane ring forming vanes, which are mounted in the housing from outside accessible pivotable about its longitudinal axis, which extends substantially radially to the axis of rotation of the turbomachine, has an adjusting ring which surrounds the housing concentrically and rotatable about its center is supported on the housing, a Verstellringgetriebe and provided for each vane on a Verschwenkhebeleinrichtung which engages outside of the housing on its associated vane and is fixed to the adjusting ring, which has a circumferentially extending toothing segment, in that the Verstellringgetriebe engages, so that can be brought from the Verstellringgetriebe the adjusting ring in a predetermined rotational position and in this durable, whereby the angle of attack of the vanes is adjustable. The turbomachine according to the invention has the Leitschaufelverstelleinrichtung.

Dadurch, dass das Verstellringgetriebe in das Verzahnungssegment eingreift, sind der Verstellring und das Verstellringgetriebe in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander gekoppelt. Somit ist der Verstellring von dem Verstellringgetriebe in Umfangsrichtung verriegelt, so dass die Drehposition des Verstellrings von dem Verstellringgetriebe festgelegt ist. Greift eine Umfangskraft an dem Verstellring an, beispielsweise hervorgerufen von Gaskräften, die beim Betrieb der Turbomaschine auf die Leitschaufeln wirken und von der Verstellhebeleinrichtung auf den Verstellring übertragen werden, so hält das Verstellringgetriebe den Verstellring in der vorliegenden Umfangsposition fest. Wird hingegen das Verstellringgetriebe zum Verstellen der Drehposition des Verstellrings angetrieben, so wird der Verstellring von Verstellringgetriebe angetrieben. Somit ist der Verstellring nur via das Verstellringgetriebe und das Verzahnungssegment verdrehbar, wenn das Verstellringgetriebe entsprechend angetrieben wird. Dadurch hat das Verstellringgetriebe einerseits die Funktion eines Verstellantriebs und anderseits die Funktion einer Umfangsverriegelung für den Verstellring. Als Folge hiervon braucht bei der erfindungsgemäßen Leitschaufelverstelleinrichtung beispielsweise ein Hydraulikantrieb mit einer Schubstange nicht vorgesehen zu werden, wie es gemäß einer herkömmlichen Leitschaufelverstelleinrichtung notwendig wäre. Dadurch ist die erfindungsgemäße Leitschaufeleinrichtung einfach im Aufbau und platzsparend in der Konstruktion.Due to the fact that the adjusting ring gear engages in the toothed segment, the adjusting ring and the adjusting ring gear are positively coupled with one another in the circumferential direction. Thus, the adjusting ring is locked by the Verstellringgetriebe in the circumferential direction, so that the rotational position of the adjusting ring is fixed by the Verstellringgetriebe. Attacks a circumferential force on the adjusting ring, for example, caused by gas forces acting on the vanes during operation of the turbomachine and are transmitted from the Verstellhebeleinrichtung on the adjusting ring, the Verstellringgetriebe holds the adjusting ring in the present circumferential position. However, if the Verstellringgetriebe is driven to adjust the rotational position of the adjusting ring, the adjusting ring is driven by Verstellringgetriebe. Thus, the adjusting ring is only via the Verstellringgetriebe and the toothed segment rotatable when the Verstellringgetriebe is driven accordingly. As a result, the Verstellringgetriebe one hand, the function of an adjustment and on the other hand, the function of a circumferential lock for the adjusting ring. As a result, in the guide vane adjusting device according to the invention, for example, a hydraulic drive with a push rod need not be provided, as would be necessary according to a conventional vane adjusting device. As a result, the guide vane device according to the invention is simple in construction and saves space in the construction.

Das Verstellringgetriebe weist bevorzugt ein Schneckenrad auf, das von einem Motor drehantreibbar ist. Ferner ist es bevorzugt, dass das Verzahnungssegment und das Schneckenrad derart ausgelegt sind, dass der Verstellring von dem Schneckenrad an dem Verzahnungssegment durch Selbsthemmung in seiner Umfangsrichtung festgehalten ist. Dadurch ist der Verstellring von dem Schneckenrad, das mit dem Verzahnungssegment in Eingriff steht, in Umfangsrichtung verriegelt, sowohl wenn das Schneckenrad drehangetrieben zum Drehverstellen des Verstellrings ist als auch wenn das Schneckenrad im Stillstand ist. Ferner braucht das Schneckenrad in seine Umfangsrichtung nicht festgehalten zu werden, da es aufgrund der Selbsthemmung von dem Verstellring nicht in Drehung gebracht werden kann.The Verstellringgetriebe preferably has a worm wheel, which is rotatably driven by a motor. Further, it is preferred that the toothed segment and the worm wheel are designed such that the adjusting ring is held by the worm wheel on the toothed segment by self-locking in its circumferential direction. Thereby, the adjusting ring of the worm wheel, which engages with the toothed segment, is locked in the circumferential direction, both when the worm wheel is rotationally driven for Drehverstellen the adjusting ring and when the worm wheel is at a standstill. Furthermore, the worm wheel need not be held in its circumferential direction, since it can not be made to rotate by the adjusting ring due to the self-locking.

Das Verzahnungssegment weist bevorzugt eine gerade Stirnverzahnung am Außenumfangsrand des Verstellrings auf. Dadurch kann vorteilhaft das Schneckenrad am Außenumfangsrand in das Verzahnungssegment eingreifen. Bevorzugt ist der Verstellring an seinem Innenrand an dem Gehäuse radial nach außen umfangsbeweglich abgestützt. Wenn das Schneckenrad am Außenumfang in das Verzahnungssegment eingreift, kann es in Position durch eine radial nach innen wirkende Andrückkraft gehalten werden. Dadurch, dass der Verstellring radial nach außen an seinem Innenrand abgestützt ist, kann diese Andrückkraft vorteilhaft von dem Gehäuse aufgenommen werden.The toothed segment preferably has a straight spur toothing on the outer peripheral edge of the adjusting ring. This can advantageously engage the worm wheel on the outer peripheral edge in the toothed segment. Preferably, the adjusting ring is supported circumferentially movable radially outwardly on its inner edge on the housing. When the worm wheel engages on the outer circumference in the toothed segment, it can be held in position by a radially inwardly acting pressing force. The fact that the adjusting ring is supported radially outwardly on its inner edge, this pressing force can be advantageously absorbed by the housing.

Die Größe des von dem Verzahnungssegment aufgespannten Winkels entspricht bevorzugt dem maximalen Anstellwinkelverstellbereich der Leitschaufelverstellung. Dadurch ist vorteilhaft die Länge des Verzahnungssegments auf den maximalen Anstellwinkelverstellbereich der Leitschaufelverstelleinrichtung abgestimmt, wodurch eine unnötige Schwächung des Verstellrings durch ein zu großes Verzahnungssegment vermieden ist.The size of the angle spanned by the toothed segment preferably corresponds to the maximum pitch adjustment range of the vane adjustment. As a result, the length of the toothed segment is advantageously matched to the maximum pitch adjustment range of the vane adjusting device, whereby an unnecessary weakening of the adjusting ring is avoided by a too large toothing segment.

Der Motor ist bevorzugt ein Elektromotor, wobei bevorzugt das Schneckenrad direkt von dem Elektromotor angetrieben ist. Ferner ist bevorzugt der Elektromotor an dem Gehäuse abgestützt. Dadurch ist die Leitschaufelverstelleinrichtung einfach und kompakt ausgeführt. Weiter vorzugsweise können an einem Verstellring auch mehrere Verzahnungssegmente, in welche Schneckenräder mehrerer Verstellringgetriebe eingreifen, vorgesehen sein, wobei dann die Verstellringgetriebe von jeweiligen Antrieben synchron betätigt werden.The motor is preferably an electric motor, wherein preferably the worm wheel is driven directly by the electric motor. Furthermore, the electric motor is preferably supported on the housing. As a result, the Leitschaufelverstelleinrichtung is simple and compact. Further preferably, a plurality of toothed segments, in which worm gears engage several Verstellringgetriebe can be provided on an adjusting ring, in which case the Verstellringgetriebe be actuated by respective drives synchronously.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leitschaufelverstelleinrichtung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

  • FIG 1 einen Ausschnitt eines schematischen Querschnitts einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Leitschaufelverstelleinrichtung,
  • FIG 2 einen Ausschnitt eines schematischen Querschnitts einer herkömmlichen Leitschaufelverstelleinrichtung und
  • FIG 3 einen Ausschnitt einer Seitenansicht der Leitschaufelverstelleinrichtung aus FIG 2.
In the following, a preferred embodiment of the Leitschaufelverstelleinrichtung invention is explained with reference to the accompanying schematic drawings. It shows:
  • FIG. 1 a detail of a schematic cross section of an embodiment of the Leitschaufelverstelleinrichtung invention,
  • FIG. 2 a section of a schematic cross section of a conventional Leitschaufelverstelleinrichtung and
  • FIG. 3 a section of a side view of the Leitschaufelverstelleinrichtung FIG. 2 ,

In FIG 1 bis 3 sind Leitschaufelverstelleinrichtungen 1 gezeigt, die an einem Turboverdichtergehäuse 2 eines Turboverdichters angebaut sind. In dem Turboverdichtergehäuse 2 ist ein Leitschaufelkranz 3 eingebaut, der von einer Mehrzahl an Leitschaufeln 4 gebildet ist, die über den Umfang des Turboverdichtergehäuses 2 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Leitschaufeln 4 weisen ein Schaufelblatt, das an einem Schaufelfuß befestigt ist, auf. Mit dem Schaufelblatt ist die Leitschaufel 4 aerodynamisch wirksam, so dass auf das Schaufelblatt beim Betrieb des Turboverdichters Gaskräfte wirken.In 1 to 3 Leitschaufelverstelleinrichtungen 1 are shown, which are mounted on a turbocompressor housing 2 of a turbocompressor. In the turbo compressor housing 2 a vane ring 3 is installed, which is formed by a plurality of vanes 4, which are arranged distributed uniformly over the circumference of the turbocompressor housing 2. The vanes 4 have an airfoil attached to a blade root. With the airfoil, the vane 4 is aerodynamically effective, so act on the airfoil during operation of the turbocompressor gas forces.

Der Schaufelfuß der Leitschaufel 4 weist einen Schaufelfußzapfen 5 auf, dessen Längsachse sich in Radialrichtung des Turboverdichtergehäuses 2 erstreckt. Der Schaufelfußzapfen 5 ist in ein in dem Turboverdichtergehäuse 2 vorgesehenes Durchgangsloch eingesetzt, wodurch die Leitschaufel 4 um ihre Längsachse verdrehbar ist. Die Leitschaufel 4 ist somit in dem Turboverdichtergehäuse 2 so drehbar gelagert, dass durch Verdrehen der Leitschaufel 4 an dem Schaufelfußzapfen 5 der Anstellwinkel des Schaufelblatts einstellbar ist. Das Verdrehen aller den Leitschaufelkranz 3 bildenden Leitschaufeln 4 wird mit der Leitschaufelverstelleinrichtung 1 bewerkstelligt.The blade root of the vane 4 has a blade root 5, the longitudinal axis of which extends in the radial direction of the turbocompressor housing 2. The blade root pin 5 is inserted into a through hole provided in the turbo compressor housing 2, whereby the guide blade 4 is rotatable about its longitudinal axis. The guide vane 4 is thus rotatably mounted in the turbo compressor housing 2 so that the angle of attack of the airfoil is adjustable by turning the guide vane 4 on the blade root pin 5. The turning of all the guide vane ring 4 forming the guide vanes 4 is accomplished with the vane adjusting device 1.

Die Leitschaufelverstelleinrichtung 1 weist einen Verstellring 6 auf, der sich um das Turboverdichtergehäuse 2 konzentrisch erstreckt und auf Höhe des Leitschaufelkranzes 3 angeordnet ist. An dem Turboverdichtergehäuse 2 ist ein Stützring 7 vorgesehen, an dem über den Umfang des Turboverdichtergehäuses 2 gleichmäßig verteilt Rollenlager 8 angebaut sind. Die Rollenlager 8 weisen jeweils einen radial außen liegenden Rollenkörper auf, an dem der Verstellring 6 mit seiner Innenrollfläche 9 abgestützt ist. Dadurch ist der Verstellring 6 in Radialrichtung von den Rollenkörpern 8 festgelegt und in Umfangsrichtung beweglich gelagert. Die Leitschaufelverstelleinrichtung 1 weist ferner für jede Leitschaufel 4 eine Klinke 10 auf, die langgestreckt ausgebildet ist. Die Klinke 10 ist mit ihrem einen Längsende außerhalb des Turboverdichtergehäuses 2 stirnseitig an dem Schaufelfußzapfen 5 befestigt. Mit dem einen Längsende abgewandten, anderen Längsende zeigt die Klinke 10 entlang der Längsrichtung des Turboverdichtergehäuses 2 in Richtung zu dem Verstellring 6. An dem anderen Längsende ist ein Hebel 11 mit seinem einen Längsende verschwenkbar angebracht, wobei der Hebel 11 mit seinem anderen Längsende an dem Verstellring 6 ebenfalls verschwenkbar festgelegt ist. Der Hebel 11 ist in Umfangsrichtung des Turboverdichtergehäuses 2 geneigt angeordnet, so dass, wenn der Verstellring 6 gedreht wird, auf die Klinke 10 via den Hebel 11 eine Schubkraft oder eine Zugkraft übertragbar ist, je nach dem in welche Richtung der Verstellring 6 gedreht wird. Die Schubkraft oder die Zugkraft wird von der Klinke 10 auf den Schaufelfußzapfen 5 als ein Drehmoment übertragen, so dass die Leitschaufel 4 entsprechend verdreht wird.The guide vane adjusting device 1 has an adjusting ring 6 which extends concentrically around the turbo-compressor housing 2 and is arranged at the level of the vane ring 3. On the turbocompressor housing 2, a support ring 7 is provided, on which roller bearings 8 are uniformly distributed over the circumference of the turbocompressor housing 2. The roller bearings 8 each have a radially outer roller body on which the adjusting ring 6 is supported with its inner rolling surface 9. As a result, the adjusting ring 6 is fixed in the radial direction by the roller bodies 8 and mounted movably in the circumferential direction. The Leitschaufelverstelleinrichtung 1 further comprises for each vane 4 a pawl 10 which is formed elongated. The pawl 10 is fastened with its one longitudinal end outside of the turbocompressor housing 2 at the end face on the blade root pin 5. With one longitudinal end facing away from the other longitudinal end, the pawl 10 along the longitudinal direction of the turbocompressor housing 2 in the direction of the adjusting ring 6. At the other longitudinal end a lever 11 is pivotally mounted with its one longitudinal end, the lever 11 with its other longitudinal end on the adjusting ring 6 also pivotable is fixed. The lever 11 is arranged inclined in the circumferential direction of the turbo compressor housing 2, so that when the adjusting ring 6 is rotated on the pawl 10 via the lever 11, a thrust or tensile force is transferable, depending on the direction in which the adjusting ring 6 is rotated. The thrust force or the tensile force is transmitted from the pawl 10 to the blade root 5 as a torque, so that the vane 4 is rotated accordingly.

In FIG 2 und 3 ist eine herkömmliche Leitschaufelverstelleinrichtung 1 gezeigt. Die herkömmliche Leitschaufelverstelleinrichtung 1 weist an dem Verstellring 6 ein Verstellringauge 101 auf, das an dem Außenrand des Verstellrings 6 radial vorsteht. An dem Verstellringauge 101 verschwenkbar angebracht ist eine Schubstange 102, die in Umfangsrichtung des Verstellrings 6 sich erstreckt. Ferner weist die herkömmliche Leitschaufelverstelleinrichtung 1 ein Hydraulikantrieb 103 auf, der an einer den Turboverdichter abstützenden Verdichterstütze 104 abgestützt ist und mit dem die Schubstange 102 längsverschiebar ist. Die Schubstange 102 ist mit dem Hydraulikantrieb 103 via eine Gelenkgabel 105 und einen Gelenkkopf 106 gekuppelt. Durch Längsverschieben der Schubstange 102 kann der Verstellring 6 in Umfangsrichtung verdreht werden.In FIG. 2 and 3 a conventional Leitschaufelverstelleinrichtung 1 is shown. The conventional Leitschaufelverstelleinrichtung 1 has on the adjusting ring 6 on Verstellringauge 101 which projects radially on the outer edge of the adjusting ring 6. Attached pivotably to the adjusting ring eye 101 is a push rod 102 which extends in the circumferential direction of the adjusting ring 6. Further, the conventional Leitschaufelverstelleinrichtung 1, a hydraulic drive 103 which is supported on a turbo compressor supporting the compressor support 104 and with the push rod 102 is längsverschiebar. The push rod 102 is coupled to the hydraulic drive 103 via a yoke 105 and a rod end 106. By longitudinal displacement of the push rod 102, the adjusting ring 6 can be rotated in the circumferential direction.

In FIG 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leitschaufelverstelleinrichtung 1 gezeigt. Die Ausführungsform weist an dem Außenrand 12 des Verstellrings 6 eine Außenverzahnung 13 auf, die als eine Stirnverzahnung ausgebildet ist. In die Außenverzahnung 13 eingreifend ist ein von einem Elektromotor (nicht gezeigt) direkt angetriebenes Schneckenrad (nicht gezeigt) angeordnet. Der Elektromotor ist an dem Turboverdichtergehäuse 2 angebaut. Die Außenverzahnung 13 und das Schneckenrad sind derart ausgelegt, dass der Verstellring 6 von dem Schneckenrad an der Außenverzahnung 13 durch Selbsthemmung in seiner Umfangsrichtung festgehalten ist. Die Außenverzahnung 13 erstreckt sich in Umfangsrichtung des Verstellrings 6 und spannt somit einen Winkel auf. Die Größe des von der Außenverzahnung 13 aufgespannten Winkels entspricht dem gewünschten maximalen Anstellwinkelverstellbereich des Schaufelblattes.In FIG. 1 an embodiment of the Leitschaufelverstelleinrichtung 1 according to the invention is shown. The embodiment has on the outer edge 12 of the adjusting ring 6 has an outer toothing 13 which is formed as a spur toothing. Engaging in the external toothing 13, a worm wheel (not shown) directly driven by an electric motor (not shown) is arranged. The electric motor is attached to the turbo compressor housing 2. The external teeth 13 and the worm wheel are designed such that the adjusting ring 6 is held by the worm wheel on the external teeth 13 by self-locking in its circumferential direction. The external toothing 13 extends in the circumferential direction of the adjusting ring 6 and thus spans an angle. The size of the spanned by the external teeth 13 angle corresponds to the desired maximum Anstellwinkelverstellbereich the airfoil.

Claims (10)

Leitschaufelverstelleinrichtung (1) für eine Turbomaschine, die ein Gehäuse (2) und einen Leitschaufelkranz bildende Leitschaufeln (4) aufweist, die in dem Gehäuse (2) von außerhalb zugänglich um ihre Längsachse verschwenkbar gelagert sind, die im wesentlichen radial zur Drehachse der Turbomaschine verläuft,
wobei die Leitschaufelverstelleinrichtung (1) • einen Verstellring (6), der das Gehäuse (2) konzentrisch umgreifet und um sein Zentrum verdrehbar an dem Gehäuse (2) abgestützt ist, • ein Verstellringgetriebe und • für jede vorgesehene Leitschaufel (4) eine Verschwenkhebeleinrichtung (10, 11) aufweist,
wobei die Verschwenkhebeleinrichtung (10, 11) außerhalb des Gehäuses (2) an der ihr zugeordneten Leitschaufel (4) angreift und an dem Verstellring (6) festgelegt ist, welcher ein in seine Umfangsrichtung sich erstreckendes Verzahnungssegment (13) aufweist, in das das Verstellringgetriebe eingreift, so dass von dem Verstellringgetriebe der Verstellring (6) in eine vorbestimmte Position bringbar und in dieser haltbar ist, wodurch der Anstellwinkel der Leitschaufeln (4) einstellbar ist.Guide vane adjusting device (1) for a turbomachine, which has a housing (2) and a stator vane forming vanes (4) which are mounted in the housing (2) accessible from outside about its longitudinal axis pivotally extending substantially radially to the axis of rotation of the turbomachine .
the guide vane adjusting device (1) An adjusting ring (6) which surrounds the housing (2) concentrically and is rotatably supported on the housing (2) about its center, • an adjusting ring gear and For each provided guide blade (4) a pivoting lever device (10, 11) having,
wherein the Verschwenkhebeleinrichtung (10, 11) outside of the housing (2) on its associated vane (4) engages and is fixed to the adjusting ring (6) having in its circumferential direction extending toothed segment (13) into which the Verstellringgetriebe engages, so that from the Verstellringgetriebe the adjusting ring (6) can be brought into a predetermined position and in this durable, whereby the angle of attack of the guide vanes (4) is adjustable. Leitschaufelverstelleinrichtung (1) gemäß Anspruch 1,
wobei das Verstellringgetriebe ein Schneckenrad aufweist, das von einem Motor drehantreibbar ist.Guide vane adjusting device (1) according to claim 1,
wherein the Verstellringgetriebe has a worm wheel which is rotatably driven by a motor. Leitschaufelverstelleinrichtung (1) gemäß Anspruch 2,
wobei das Verzahnungssegment (13) und das Schneckenrad derart ausgelegt sind, dass der Verstellring (6) von dem Schneckenrad an dem Verzahnungssegment (13) durch Selbsthemmung in seiner Umfangsrichtung festgehalten ist.Guide vane adjusting device (1) according to claim 2,
wherein the toothed segment (13) and the worm wheel are designed such that the adjusting ring (6) is held by the worm wheel on the toothed segment (13) by self-locking in its circumferential direction. Leitschaufelverstelleinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei das Verzahnungssegment (13) eine gerade Stirnverzahnung am Außenumfangsrand (12) des Verstellrings (6) aufweist.Guide vane adjusting device (1) according to claim 1, 2 or 3,
wherein the toothed segment (13) has a straight spur toothing on the outer peripheral edge (12) of the adjusting ring (6). Leitschaufelverstelleinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei der Verstellring (6) an seinem Innenrand (9) an dem Gehäuse (2) radial nach außen umfangsbeweglich abgestützt ist.Guide vane adjusting device (1) according to one of claims 1 to 4,
wherein the adjusting ring (6) on its inner edge (9) on the housing (2) is supported circumferentially movable radially outward. Leitschaufelverstelleinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die Größe des von dem Verzahnungssegment (13) aufgespannten Winkels dem maximalen Anstellwinkelverstellbereich der Leitschaufelverstellung entspricht.Guide vane adjusting device (1) according to one of claims 1 to 5,
wherein the size of the spanned by the toothed segment (13) angle corresponds to the maximum Anstellwinkelverstellbereich the vane adjustment. Leitschaufelverstelleinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei der Motor ein Elektromotor ist.Guide vane adjusting device (1) according to one of claims 1 to 6,
wherein the engine is an electric motor. Leitschaufelverstelleinrichtung (1) gemäß Anspruch 7,
wobei das Schneckenrad direkt von dem Elektromotor angetrieben ist.Guide vane adjusting device (1) according to claim 7,
wherein the worm wheel is driven directly by the electric motor. Leitschaufelverstelleinrichtung (1) gemäß Anspruch 8,
wobei der Elektromotor an dem Gehäuse (2) abgestützt ist.Guide vane adjusting device (1) according to claim 8,
wherein the electric motor is supported on the housing (2). Turbomaschine mit einer Leitschaufelverstelleinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.Turbomachine with a vane adjusting device (1) according to one of claims 1 to 9.
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