DE1576988C

DE1576988C - Adjustable guide vane of an axial turbine

Info

Publication number: DE1576988C
Authority: DE
Inventors: Robert Noble New Britain Conn. Abild (V.St.A.)
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Publication date: 1972-05-04

Description

Die Erfindung betrifft verstellbare 'Leitschaufeln einer Axialturbine, mit an den beiden Schaufelblattenden angeordneten Platten, die. Dichtelemente zur Abdichtung des Strömungskanals aufweisen, wobei an den beiden Platten jeweils ein Lagerzapfen angeordnet ist, und wobei der eine Lagerzapfen als Drehzapfen mit einer Verstellvorrichtung verbunden ist.The invention relates to adjustable 'guide vanes of an axial turbine, with at the two blade ends arranged panels that. Have sealing elements for sealing the flow channel, wherein a bearing pin is arranged on each of the two plates, and one bearing pin is a pivot pin is connected to an adjusting device.

Eine derartige verstellbare Leitschaufel ist aus der britischen Patentschrift 951298 bekannt. Bei in Hochleistungsturbinen von Flugzeugen eingebauten Leitschaufeln, tritt als besonderes Problem auf, daß . die Leitschaufeln durch das sie umströmende heiße Arbeitsmittel bis auf Temperaturen .aufgeheizt werden, die zu Verformungen und damit zu Wärmespannungen und einem Klemmen mit Gehäuseteilen führen können. Zum Vermeiden solcher Verspannungen ist es bekannt, die Leitschaufeln durch ein sie durchströmendes Kühlmittel von* innen zu- kühlen. Bei einer solchen Innenkühlung muß jedoch darauf geachtet werden, daß die Kühlmittelkanäle einerseits und^: die Ärbeitsmittelkänäle andererseits auch an der verstellbaren Leitschaufel sorgfältig voneinander getrennt bleiben.Such an adjustable guide vane is known from British patent specification 951298. In the case of guide vanes installed in high-performance aircraft turbines, a particular problem arises that. the guide vanes are heated up to temperatures by the hot working medium flowing around them, which can lead to deformations and thus to thermal stresses and jamming with housing parts. To avoid such tension, it is known to cool the guide vanes from the inside by means of a coolant flowing through them. In such an internal cooling system, however, care must be taken that the coolant channels on one hand ^and: the Ärbeitsmittelkänäle other hand, remain on the variable wing carefully separated from each other.

Es liegt die Aufgabe vor, eine verstellbare Leitschaufel so auszubilden, daß die Kühlmittel·- und Arbeitsmittelkanäle auch an der Leitschaufel voneinander sicher getrennt sind. Diese Trennung darf ,-·..■ aber die Verstellbarkeit der Leitschaufel nicht beeinträchtigen. The task at hand is to design an adjustable guide vane in such a way that the coolant · - and Working medium channels are securely separated from one another also on the guide vane. This separation may - · .. ■ but does not affect the adjustability of the guide vane.

Diese Aufgabe wird bei einer verstellbaren Leitschaufel der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die Platten der Leitschaufeln aufnehmenden Gehäuseteile' in Ümfangsrichtung so unterteilt sind, daß jede Leitschaufel an ihren beiden Enden jeweils ein eigenes Dichtgehäuse aufweist, und daß die Leitschaufeln durch ein Kühlmittel, mit geringerem Druck als das Arbeitsmittel vor den Leitschaufeln aufweist, innen gekühlt sind.In the case of an adjustable guide vane of the type specified at the outset, this object is achieved according to the invention in that the plates of the guide vanes receiving housing parts' are subdivided in the circumferential direction so that each guide vane on each of its two ends has its own sealing housing, and that the guide vanes are replaced by a coolant, with lower pressure than the working fluid in front of the guide vanes, are internally cooled.

Bei dieser Ausbildung der Leitschaufel wird deren hohler Innenraum durch die an den beiden Enden vorgesehenen Dichtgehäuse.gegenüber dem Arbeits- : mittel abgedichtet, ohne daß dadurch die freie Drehbarkeit der Lagerzapfen in deren Lager gehemmt wird. Weiter werden die beiden Dichtgehäuse durch den Druckunterschied zwischen dem höheren Druck des Arbeitsmittels und dem niedrigeren Druck des Kühlmittels beaufschlagt und dadurch auf die Leitschaufelenden aufgedrückt und gehalten. Eine besondere Befestigung ist nicht erforderlich.With this design of the guide vane, its hollow interior is through the one at the two ends provided sealing housing opposite the working: Sealed medium, without thereby inhibiting the free rotation of the bearing journals in their bearings will. Next, the two sealing housings are due to the pressure difference between the higher pressure of the working medium and the lower pressure of the coolant acted upon and thereby on the guide vane ends pressed and held. No special fastening is required.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß je ein Dichtungsring zwischen je einem Dichtgehäuse und der jeweiligen Platte angeordnet ist. Auch auf diese Dichtringe wirkt der Druckunterschied zwischen Arbeitsmittel urrd Kühlmittel ein, so daß sie dadurch gehalten werden.In an advantageous embodiment, the invention provides that a sealing ring between each a sealing housing and the respective plate is arranged. The also acts on these sealing rings Pressure difference between working fluid and coolant in, so that they are held by it.

In weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß das die innere Platte der Leitschaufel aufnehmende Dichtgehäuse einen radial nach innen weisenden und an der Wand des inneren Gehäuses anliegenden Flansch aufweist. Dieser Flansch ist dem Arbeitsmitteldruck ausgesetzt, der an seiner stromaufwärtigen Seite höher als an seiner stromabwärtigen Seite ist. Dieser Druckunterschied hält den Flansch in Anlage an der Wand des inneren Gehäuses.In a further embodiment, the invention provides that the inner plate of the guide vane receiving the Sealing housing a radially inwardly pointing and resting against the wall of the inner housing Has flange. This flange is exposed to the working medium pressure at its upstream Side is higher than its downstream side. This pressure difference holds the flange in contact with the wall of the inner housing.

In einer noch anderen Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß das die äußere Platte der Leitschaufel aufnehmende Dichtgehäuse über einen radial nach außen weisenden Flansch an einem Wandteil des äußeren Gehäuses anliegt. Auch dieser Flansch wird durch den Arbeitsmitteldruck beaufschlagt und dadurch in Anlage an der Wand des äußereren Gehäuses gehalten.In yet another embodiment, the invention provides that the outer plate of the guide vane receiving sealing housing via a flange pointing radially outward on a wall part of the outer housing. This flange is also acted upon by the working medium pressure and thereby held in contact with the wall of the outer housing.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung im folgenden beschrieben. In der Zeichnung zeigtAn embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. In the drawing shows

F i g. 1 einen Schnitt durch eine verstellbare Leitschaufel, F i g. 1 a section through an adjustable guide vane,

F i g. 2 eine Ansicht in Blickrichtung der Pfeile 2-2 in F i g. 1; auf .das Innen- oder Fußende der Leitschaufel und - .F i g. 2 is a view in the direction of the arrows 2-2 in FIG. 1; on .the inner or foot end of the guide vane and - .

Fig. 3 eine Ansicht in Blickrichtung der Pfeile 3-3 in Fig. 1 auf das Außen- oder Kopfende der Leitschaufel. 3 shows a view in the direction of the arrows 3-3 in FIG. 1 of the outer or head end of the guide vane.

F i g. 1 zeigt die im Strömungskanal 12 liegende Leitschaufel 14. Im hohlen Innenraum der Leitschaufel 14 befindet sich ein topfartiger Einsatz 16, dessen Wände von zahlreichen Löchern 18 durchzogen sind. Das Kühlmittel tritt durch den hohl ausgebildeten Lagerzapfen 20 in den topfartigen Einsatz 16 ein und gelangt über dessen Löcher 18 an .die Innenwand der Leitschaufel 14. Der Eintritt des Kühlmittel in die Leitschaufel 14 wird durch die Pfeile angedeutet.F i g. 1 shows the guide vane 14 located in the flow channel 12 in the hollow interior of the guide vane 14 there is a pot-like insert 16, the walls of which are traversed by numerous holes 18. The coolant enters the cup-like insert 16 through the hollow bearing journal 20 and reaches the inner wall of the guide vane 14 via its holes 18. The entry of the coolant into the Guide vane 14 is indicated by the arrows.

F i g. 2 läßt erkennen, daß die Leitschaufel 14 Tragflächenprofil aufweist. An ihrem Fußende ist sie jedoch in eine kreisförmige Platte 22 übergegangen. Diese Platte 22 sitzt in dem ,Dichtgehäuse .24. In diesem befindet sich ein Dichtungsring 26. Über eine Bohrung 28 ist der Dichtungsring^ dem Druck des Kühlmittels ausgesetzt und wird dadurch an das Dichtgehäuse 24 angedrückt. Eine weitere der Platte 22 vorgesehene Bohrung 30 verbindet den 'hohlen Innenraum mit einem Spalt 32, der an der Innenseite des Dichtgehäuses 24 verläuft. Damit wirkt auf dieses der Druckunterschied zwischen dem Arbeitsmittel und dem Kühlmittel ein.. Da.■ das Arbeitsmittel strömungsaufwärts der Leitschaufel 14 — d. h. bei Blickrichtung auf Fig..l· auf deren linker Seite — einen höheren Druck als das Kühlmittel aufweist, wird das Dichtgehäuse 24 fest ,auf die Platte22 gedrückt. F i g. 2 shows that the guide vane 14 has an airfoil profile. She is at her foot however, merged into a circular plate 22. This plate 22 sits in the, sealing housing .24. In this is a sealing ring 26. Via a bore 28, the sealing ring ^ is the pressure of the Exposed to coolant and is thereby pressed against the sealing housing 24. Another of the plate 22 provided bore 30 connects the 'hollow interior with a gap 32 on the inside of the sealing housing 24 runs. The pressure difference between the working medium thus acts on this and the coolant ... Da. ■ the working medium upstream of the vane 14 - d. H. when looking at Fig. l · on its left side - has a higher pressure than the coolant, the sealing housing 24 is firmly pressed onto the plate 22.

Auf dem Lagerzapfen 20 liegt noch ein Klemmring 34, der am, Dichtgehäuse 24 anliegt und dieses mechanisch hält. Am strömungsabwärtigen Ende des Dichtgehäuses 24 ist weiter noch ein Flansch 36 vorgesehen, der den Klemmring 34 übergreift und zur weiteren mechanischen Halterung dient. Auf der radial innenliegendeh Seite des Dichtgehäuses'24 ist weiter noch ein Flansch 38 vorgesehen, der an der Wand 40 des inneren Gehäuses anliegt. Eine feste Anlage ergibt sich durch den Druck des auch diesen Flansch 38 beaufschlagenden Arbeitsmittels. Auf dem Drehzapfen 20 sitzt weiter noch ein Lagerring 42. Dieser wird in einer Lagerschale 44 gehalten. Die Außenseite des Lagerringes 42 und entsprechend die Innenseite der Lagerschale 44 sind kugelförmig ausgebildet und lassen Dreh- und Schwenkbewegungen der Leitschaufel 14 zu.On the bearing pin 20 there is also a clamping ring 34 which rests on the sealing housing 24 and this holds mechanically. At the downstream end of the sealing housing 24, a flange 36 is also provided, which engages over the clamping ring 34 and is used for further mechanical support. On the radially inner side of the sealing housing'24 is furthermore a flange 38 is provided which rests against the wall 40 of the inner housing. A firm one The system results from the pressure of the working medium also acting on this flange 38. On the Trunnion 20 is also seated by a bearing ring 42. This is held in a bearing shell 44. the The outside of the bearing ring 42 and correspondingly the inside of the bearing shell 44 are spherical and allow rotating and pivoting movements of the guide vane 14.

Am radial außenliegenden Ende der Leitschaufel 14 befindet sich die äußere Platte 46. Sie befindet sich in einem eigenen Dichtgehäuse 48. Ein Dichtring 50 dichtet das Innere des Dichtgehäuses 48 gegenüber dem Strömungskanal 12 ab. Eine Bohrung 52 schließt diesen Innenraum des Dichtgehäuses 48 an den Innenraum der Leitschaufel 14 an. Dieser Innenraum ist ringförmig ausgebildet und auf seiner in Fig. 1 rechts liegenden Seite mit 54 bezeichnet.The outer plate 46 is located at the radially outer end of the guide vane 14. It is located in its own sealing housing 48. A sealing ring 50 seals the interior of the sealing housing 48 with respect to the flow channel 12. A bore 52 closes this interior space of the sealing housing 48 to the interior of the guide vane 14. This interior is annular and on its denoted by 54 on the right-hand side in FIG. 1.

Dort ist er über eine Bohrung 56 mit dem Strömungskanal 12 verbunden. In die Platte 46 greift ein aus mehreren Elementen bestehender Drehzapfen hinein. Hierzu gehören der Gewindebolzen 58, der in die Platte 46 selbst eingeschraubt ist, ein Lagerring 60, eine Lagerschale 62 und ein Stellhebel 64, mit dem die Leitschaufel 14 um ihre Längsachse verdreht wird. Das Dichtgehäuse 48 weist an seinem strömungsabwärtigen Ende noch einen Flansch 66 auf, der an einem Wandteil 68 des äußeren Gehäuses 12 anliegt.There it is connected to the flow channel 12 via a bore 56. In the plate 46 engages from multiple elements of existing trunnions into it. These include the threaded bolt 58, which is in the Plate 46 is screwed in itself, a bearing ring 60, a bearing shell 62 and an adjusting lever 64 with which the guide vane 14 is rotated about its longitudinal axis. At its downstream end, the sealing housing 48 also has a flange 66 which a wall part 68 of the outer housing 12 rests.

Die z. B. vom Verdichter abgezapfte Kühlluft tritt durch den hohlen Lagerzapfen 20 in den topfartigen Einsatz 16 ein, verläßt diesen über dessen gesamter Oberfläche über die Löcher 18 und trifft dabei auf die Innenwandung der Leitschaufel 14. Über die Bohrungen 52 in der Kopfplatte 46 strömt die Kühlluft in den Innenraum 54 des Dichtgehäuses 48 ein und verläßt diesen anschließend über die Bohrung 56. Bei diesem Weg durch die Leitschaufel 14 wird die Kühlluft durch die in den beiden Dichtgehäusen 24 und 48 angeordneten Dichtringe 26 und 50 gegenüber dem Strömungskanal 12 abgetrennt. Auf der stromaufwärtigen Seite der Leitschaufel 14 hat das Arbeitsmittel einen höheren Druck als die Kühlluft. Durch diese Druckdifferenz werden die Dichtgehäuse 24 und 48 gegen die Dichtringe 26 und 50 und damit gegen die Platten 22 und 46 angedrückt.The z. B. tapped by the compressor cooling air passes through the hollow bearing pin 20 in the pot-like Insert 16, leaves it over its entire surface via the holes 18 and hits it the inner wall of the guide vane 14. The cooling air flows through the bores 52 in the head plate 46 into the interior 54 of the sealing housing 48 and then leaves it via the bore 56. On this path through the guide vane 14, the cooling air is in the two sealing housings 24 and 48 arranged sealing rings 26 and 50 separated from the flow channel 12. On the on the upstream side of the guide vane 14, the working fluid has a higher pressure than the cooling air. As a result of this pressure difference, the sealing housings 24 and 48 are against the sealing rings 26 and 50 and thus pressed against the plates 22 and 46.

Die beiden Flansche 36 und 66 werden auf ihren stromaufwärtigen Seiten mittelbar oder unmittelbar von dem dort herrschenden Druck des Arbeitsmittels beaufschlagt, während sie auf ihren stromabwärtigen Seiten von dem dort geringeren Druck des Arbeitsmittels beaufschlagt werden. Hierdurch werden sie in dichter Anlage an den Wandteilen des Strömungskanals 12 gehalten. The two flanges 36 and 66 are directly or indirectly on their upstream sides acted upon by the pressure of the working medium prevailing there, while they are on their downstream Pages are acted upon by the lower pressure of the working medium there. This will make them in held tightly against the wall parts of the flow channel 12.

Die Leitschaufel 14 selbst kann durch Schwenken des Stellhebels 64 um ihre Längsachse verdreht werden.The guide vane 14 itself can be rotated about its longitudinal axis by pivoting the adjusting lever 64 will.

Claims

Patent claims:

1. Adjustable guide vanes of an axial turbine, with arranged on the two blade ends Plates that have sealing elements for sealing the flow channel, with on the two plates each have a bearing pin is arranged, and wherein the one bearing pin as Trunnion is connected to an adjusting device, characterized in that the plates (22, 46) of the guide vanes (14) receiving housing parts are subdivided in the circumferential direction so that each guide vane (14) each has its own sealing housing (24, 48) at both ends, and that the guide vanes (14) by a coolant with a lower pressure than the working medium in front of the guide vanes (14), are internally cooled.

2. Guide vane according to claim 1, characterized in that one sealing ring (26.50) is arranged between each sealing housing (24, 48) and the respective plate (22, 46).

3. Guide vane according to claim 1 or 2, characterized in that the inner plate (22) receiving sealing housing (24) a radially inwardly facing and on the wall (40) of the having inner housing (12) abutting flange (38).

4. Guide vane according to claim 1 to 3, characterized in that the outer plate (46) receiving sealing housing (48) via a radially outwardly facing flange (66) abuts a wall portion (68) of the outer housing.

1 sheet of drawings