DE3722253A1 - Verstellvorrichtung eines radialverdichters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung eines Radialverdichters, dessen kranzförmig um einen Läuferaustritt herum angeordnete Nachleitschaufeln jeweils mit einem zur Längsachse parallelen Drehzapfen drehfest verbunden und in einem Gehäuse schwenkbar gelagert sind, wobei die in Umfangs­ richtung unter gleichem Teilungswinkel angeordneten Drehzapfen miteinander derart gekoppelt sind, daß die Leitschaufeln ge­ meinsam gleichsinnig verstellbar sind.

Aus der EP-OS 4 30 107 ist eine Verstellvorrichtung der genann­ ten Art bekannt, welche zur gemeinsamen Verstellung der Nach­ leitschaufeln einen konzentrisch zur Längsachse des Radialver­ dichters angeordneten Stellring aufweist. Mit jedem der Dreh­ zapfen ist ein Lenkerhebel drehfest verbunden, an dessen ande­ rem Ende ein Langloch vorgesehen ist. In dieses Langloch greift ein mit dem Stellring verbundener Bolzen. Beim Drehen des Stellringes um die Längsachse des Radialverdichters wird über den jeweiligen Bolzen und Lenker der genannte Zapfen und die zugehörende Leitschaufel geschwenkt, wobei der Bolzen in dem genannten Langloch verschoben wird. Für Radialverdichter mit großen Durchmessern, wobei beispielsweise Laufraddurch­ messer von 1 m und mehr hier angesprochen sein können, ergeben sich für einen zur Längsachse koaxialen Stellring entsprechend große Abmessungen. Die Herstellung und die Lagerung eines derart großen Stellringes würde in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten bereiten. Ferner ergeben sich Probleme hin­ sichtlich Temperaturverhalten und Wärmedehnungen unter Berück­ sichtigung der großen Abmessungen. Der Platzbedarf ist erheb­ lich und es ergeben sich Schwierigkeiten bei der Handhabung und Montage. Schließlich kann nicht außer acht gelassen werden, daß bei großen Radialverdichtern die Fertigung und Montage eines zur Läuferachse koaxialen Stellringes einen erheblichen Kostenaufwand erfordern.

Ferner ist aus der DE-OS 24 03 113 eine Vorrichtung zum Ver­ stellen von Drallschaufeln eines Turboverdichters bekannt. Die mit den Drallschaufeln drehfest verbundenen Drehzapfen ent­ halten jeweils am freien Ende ein Zahnrad. Sämtliche Zahnräder stehen mit einem gemeinsamen, einstellbaren Zahnkranz in Ein­ griff. Für einen derartigen Zahnkranz ergeben sich in ähnlicher Weise wie bei dem oben erläuterten Stellring Schwierigkeiten, insbesondere hinsichtlich Wärmespannungen, Toleranzen und Montageaufwand. Vor allem bei größeren Ver­ dichtern besteht die Gefahr des Klemmens und Blockierens der Schaufeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstellvorrich­ tung dahingehend weiterzubilden, daß mit geringem konstruk­ tiven Aufwand eine funktionssichere Verstellung der Leitschau­ feln ermöglicht wird. Die Verstellvorrichtung soll ein gerin­ ges Bauvolumen erfordern und eine einfache Montage bei beeng­ ten Platzverhältnissen auf der Auslaßseite ermöglichen. Das Klemmen oder gar Blockieren der Verstellvorrichtung bzw. der Leitschaufeln soll zuverlässig vermieden werden, wobei ins­ besondere unter Berücksichtigung von Wärmespannungen und Fertigungstoleranzen unter allen Betriebsbedingungen eine hohe Funktionssicherheit gewährleistet sein soll. Ferner soll die Verstellvorrichtung kein zusätzliches Bauvolumen für den Radialverdichter erfordern, sondern zweckmäßigerweise in einem vorhandenen Ringraum ausgangseitig im Bereich des Diffusors angeordnet werden können. Aufwendige Bauteile und deren Lagerung bezüglich des Gehäuses sollen möglichst vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß jeder Dreh­ zapfen mit einer zweiarmigen Kurbel verbunden ist, welche einen vom Drehzapfen radial nach außen gerichteten äußeren Kurbelarm sowie einen radial nach innen gerichteten inneren Kurbelarm aufweist, daß von den in Umfangsrichtung benach­ barten Kurbeln jeweils zwei an ihren äußeren Kurbelarmen mit­ tels eines ersten Koppelgliedes aneinandergelenkt und zu einen Kurbelpaar gekoppelt sind, daß jeweils benachbarte Kurbelpaare mittels eines an dem inneren Kurbelarm angelenkten zweiten Koppelglied gekoppelt sind und daß pro Kurbelpaar die Achsen der inneren Kurbelarme bezüglich den Achsen der äußeren Kur­ belarme um einen Winkel zueinander abgewinkelt sind, welcher insbesondere gleich groß ist wie der Teilungswinkel.

Die vorgeschlagene Verstelleinrichtung zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion aus und gewährleistet eine äußerst platzsparende Konstruktion. Der im Bereich des Diffusors zur Verfügung stehende Bauraum kann in überraschend einfacher Weise für die Anordnung und Aufnahme der vorgeschlagenen Kur­ beln und Koppelglieder genutzt werden. Statt eines aufwendigen und großen Steuerringes sind zur gegenseitigen Kopplung der in Umfangsrichtung benachbarten Kurbeln nur verhältnismäßig klei­ ne Koppelglieder vorgesehen. In Umfangsrichtung benachbarte Kurbeln werden abwechselnd über das äußere Koppelglied, das an den äußeren Kurbelarmen der derart gebildeten Kurbelpaare angelenkt ist, sowie über das an den jeweils inneren Kurbel­ armen angelenktes zweite Koppelglied miteinander verbunden. Die Kurbeln sind mit dem jeweiligen Drehzapfen drehfest ver­ bunden, wobei zwecks Justage der Leitschaufeln erfindungsgemäß eine lösbare, einstellbare Verbindung vorgesehen ist. Durch die Abkröpfung der Kurbeln in der Weise, daß jeweils die Achsen des äußeren zum inneren Kurbelarm einen Winkel auf­ weisen, der bevorzugt gleich dem Teilungswinkel benachbarter Kurbeln bzw. Leitschaufeln ist, wird eine gleichmäßige und gleichsinnige Verstellung sämtlicher Leitschaufeln gewähr­ leistet. Die derart definierten Kurbelpaare bilden Parallel­ kurbelgetriebe, bei welchen die äußeren Kurbelarme erfindungs­ gemäß immer zueinander parallel stehen. Die Zapfen bzw. Bolzen, mittels welchen das erste Koppelglied an die äußeren Kurbelarme angelenkt sind, weisen zueinander den gleichen Abstand auf, wie die Drehzapfen. In entsprechender Weise sind die benachbarten Paare mittels des zweiten Koppelgliedes über die jeweils inneren, parallel ausgerichteten Kurbelarme an­ einander gelenkt. Auch die Gelenkzapfen des zweiten Koppel­ gliedes sind im Rahmen der Erfindung im gleichen Abstand zu­ einander angeordnet wie einander benachbarte Drehzapfen. Es wird folglich gewährleistet, daß pro Kurbelpaar die äußeren Kurbelarme immer parallel stehen und ferner auch jeweils die mit den zweiten Koppelgliedern aneinandergelenkten inneren Kurbelarme parallel stehen. Im Rahmen dieser Erfindung sind die einander entsprechenden Kurbeln bzw. deren Kurbelarme der jeweiligen Kurbelpaare bezüglich der durch den jeweiligen Drehzapfen verlaufenden Axialebene um den gleichen Winkel, und zwar in Abhängigkeit des jeweiligen Verstellwinkels der Leit­ schaufeln, geschwenkt. Die parallel ausgerichteten Kurbeln und die Koppelglieder sind mittels Bolzen in einfacher Weise an­ einander gelenkt. Es sind keine großen und schwer zu hand­ habenden Bauteile vorhanden, sondern vergleichsweise kleine und mit geringem Aufwand herzustellende und zu montierende Kurbeln, Koppelglieder und Bolzen. Auch bei Ausbildung und Einsatz als Heißgasmaschine wird eine hohe Funktionssicherheit erreicht, zumal auch für die Verstellvorrichtung von einer gleichmäßigen Erwärmung ausgegangen werden kann und der Schaufelabstand ebenso wie die Länge der Koppelglieder unter­ einander gleichbleiben.

Ferner sei hervorgehoben, daß jeweils der innere Kurbelarm und der äußere Kurbelarm die gleiche Kurbellänge aufweisen können. Sämtliche Kurbeln sind übereinstimmend ausgebildet, jedoch jeweils um 180 Grad gedreht abwechselnd auf den Drehzapfen benachbarten Leitschaufeln angeordnet. Auch die ersten und zweiten Koppelglieder sind übereinstimmend ausgebildet, wobei ferner auch die Anlenkung der Koppelglieder an die jeweilige Kurbel mittels übereinstimmend ausgebildeten Bolzen erfolgt. Die Verstelleinrichtung enthält daher im Grunde genommen nur drei unterschiedlich ausgebildete Bauteile, und zwar zwei­ armige Kurbeln, Koppelglieder und Bolzen, woraus nicht un­ wesentliche Kostenvorteile bei der Fertigung resultieren. Auch bei sehr großen Radialverdichtern, deren Laufräder Durchmesser von einigen Metern aufweisen, kann die vorgeschlagene Ver­ stellvorrichtung mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden, wobei ferner auch eine vergleichsweise einfache Montage gewährleistet wird.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die zweiarmigen Kur­ beln mit dem jeweiligen Drehzapfen mittels einer reibschlüs­ sigen Verbindung drehfest verbunden. So kann bei der Montage zunächst die Verstelleinrichtung eingebaut werden, ohne zu­ nächst auf die jeweilige Drehwinkelstellung der Drehzapfen und Leitschaufeln achten zu müssen. Danach kann die Drehwinkellage der Drehschaufeln exakt eingestellt und die reibschlüssige Verbindung zur Verstelleinrichtung bzw. der zweiarmigen Kurbel hergestellt werden. Ein Kegelpreßverband mit zwei konischen, ineinander greifenden und miteinander verspannten Hülsen hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Schematisch eine Ansicht der Kurbeln und der Kop­ pelglieder für aufgefahrene Leitschaufeln,

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, jedoch bei im wesent­ lichen geschlossenen Leitschaufeln,

Fig. 3 teilweise einen Schnitt in einer Axialebene durch das Gehäuse eines Radialverdichters im Bereich der Verstelleinrichtung.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil, und zwar in einem Qua­ dranten, der Verstellvorrichtung für Leitschaufeln 2, die in einem Kranz um eine Längsachse 4 im Teilungswinkel 6 voneinan­ der beabstandet angeordnet sind. Die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit gestrichelt dargestellten Leitschaufeln 2 sind mittels Drehzapfen 8 in einem Gehäuse eines Radialver­ dichters schwenkbar angeordnet. Mit jedem der Drehzapfen 8 ist jeweils eine zweiarmige Kurbel 10 drehfest verbunden. Die Kurbeln 10 weisen jeweils einen in radialer Richtung nach außen gerichteten äußeren Kurbelarm 12 sowie einen nach innen gerichteten inneren Kurbelarm 14 auf. Zwischen der Achse 16 des äußeren Kurbelarmes 12 und der Achse 18 des inneren Kur­ belarmes 14 ist ein Winkel 20 vorhanden, der gleichgroß ist wie der Teilungswinkel 6.

Die genannten Achsen 16 und 18 verlaufen jeweils durch den Drehzapfen 8 sowie durch Bolzen 22, über welche mittels eines ersten Koppelgliedes 24 oder eines zweiten Koppelgliedes 26 die wechselseitige Anlenkung benachbarter Kurbeln erfolgt. In Umfangsrichtung benachbarte Kurbeln, deren äußere Kurbelarme 12 mit dem ersten Koppelglied 24 aneinander gelenkt sind, werden nachfolgend als Kurbelpaar 28 bezeichnet. Pro Kurbel­ paar ist der Abstand 30 der Bolzen 22, genauer gesagt deren Drehachsen, gleichgroß wie der Abstand der Drehzapfen 8 bzw. deren Drehachsen. Unabhängig von der jeweiligen Winkelstellung stehen also die Achsen 16 der äußeren Kurbelarme 12 jedes Kurbelpaares 28 immer parallel.

Die in Umfangsrichtung benachbarten Kurbelpaare 28 sind je­ weils mittels den zweiten Koppelgliedern 26, die an den inne­ ren Kurbelarmen 14 mittels den genannten Bolzen 22 angelenkt sind, gekoppelt. Lediglich der Vollständigkeit halber sei angemerkt, daß man selbstverständlich auch die mit dem zweiten Koppelglied jeweils aneinander gelenkten Kurbeln als Kurbel­ paar bezeichnen kann. Das zweite Koppelglied 26 weist zwischen den Bolzen 22 einen Abstand 32 auf, welcher wiederum dem Ab­ stand der zugeordneten Drehzapfen 8 entspricht und folglich gleichgroß ist wie der oben genannte Abstand 30 des Koppel­ paares 28. Schließlich weisen die äußeren Kurbelarme 12 und die inneren Kurbelarme 14 die gleiche Kurbellänge 34 auf. Aufgrund dieser vorgeschlagenen Ausbildung und Anordnung der Kurbeln und der Koppelglieder wird sichergestellt, daß die mit dem jeweiligen Koppelglied miteinander verbundenen Kurbelarme benachbarter Kurbeln 10 immer parallel zueinander ausgerichtet sind. Wie ersichtlich, sind in Umfangsrichtung benachbarte Kurbeln jeweils übereinstimmend ausgebildet, wobei der Winkel 20 dem Teilungswinkel 6 entspricht; benachbarte Kurbeln 10 sind lediglich jeweils um 180 Grad gedreht zueinander ausge­ richtet und entsprechend mit den Drehzapfen 8 der zugehörenden Leitschaufel 2 verbunden.

Fig. 2 zeigt die Verstellvorrichtung aus Fig. 1, wobei jedoch die Leitschaufeln 2 in die geschlossene Stellung verschwenkt sind. Die Kurbeln 10 sind nunmehr bezüglich der jeweils durch den Drehzapfen 8 verlaufende Axialebene 36 um den Winkel 38 geschwenkt. Die einander entsprechenden Kurbeln bzw. Kurbel­ arme der jeweiligen Kurbelpaare 28 nehmen zur jeweiligen Axialebene 36 immer die gleiche, mit der jeweiligen Winkel­ stellung der Leitschaufeln veränderbare Winkelstellung ein. Da die Abstände 30 bzw. 32 jeweils gleich groß sind wie die ent­ sprechenden Abstände zwischen den durch die Drehzapfen 8 vor­ gegebenen Schwenkachsen der Leitschaufel 2, stehen die äußeren Kurbelarme 12 jedes Kurbelpaares 28 ebenso parallel wie die inneren Kurbelarme 14 der jeweils benachbarten Kurbelpaare 28. Es sei ausdrücklich festgehalten, daß alle Koppelglieder 26 identisch ausgebildet sind. Die Verstellbewegung kann bei­ spielsweise über eine der Kurbeln 10 eingeleitet werden, welche eine Verlängerung 40 aufweist. An dieser Kurbelver­ längerung 40 kann ein Verstellhebel oder dergleichen angelenkt sein, um durch Bewegung in Richtung des Pfeiles 42 die ge­ wünschte Verstellung der Leitschaufeln 2 vornehmen zu können. Im Hinblick auf eventuelle Fertigungstoleranzen, Wärme­ dehnungen oder dergleichen kann an einer Stelle des Umfanges zwischen zwei benachbarten Kurbeln eines der Koppelglieder fehlen. Schwergängigkeit oder gar Klemmen der Verstelleinrich­ tung wird vermieden. Die aus den Kurbeln und den Koppel­ gliedern gebildete "Kette" muß also nicht über den Umfang geschlossen sein, sondern kann an einer Stelle erfindungsgemäß unterbrochen sein. Die Fertigung und auch die Montage wird hierdurch vereinfacht, da an dieser offenen Stelle ein Längen­ ausgleich stattfinden kann. Nachteile hinsichtlich der Ein­ stellgenauigkeit der Leitschaufel treten unter Berücksichti­ gung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Drehzapfen und Kurbel nicht auf. Erst nach der vollständigen Montage der Verstelleinrichtung mit den Kurbeln und den Koppelgliedern erfolgt die exakte Ausrichtung der Leitschaufeln 2.

Fig. 3 zeigt vergrößert einen Schnitt durch einen Teil eines Radialverdichters mit der Verstelleinrichtung, und zwar im wesentlichen in einer Axialebene, wobei gemäß Fig. 1 mit der Linie III die Schnittebene angegeben ist. In einem Verdichter­ gehäuse 46 ist hier die druckseitige Nachleitschaufel 2 dar­ gestellt, welche in dem Verdichtergehäuse 46 um den Drehzapfen 8 schwenkbar gelagert ist. Wie durch den Pfeil 48 angedeutet, strömt das Medium zur Leitschaufel 2 des Nachleitapparates, um in gewohnter Weise in das Spiralgehäuse einzuströmen, welches das Verdichtergehäuse 46 im Bereich der Umfangsfläche 50 um­ gibt. Der Drehzapfen 8 ragt in einen inneren Ringraum 52 des Verdichtergehäuses 46, in welchem Ringraum 52 erfindungsgemäß die Verstelleinrichtung unter Ausnutzung des dort vorhandenen Platzes angeordnet ist. Die Kurbel 10 ist in dem Ringraum 52 mit dem Drehzapfen im Rahmen dieser Erfindung kraftschlüssig verbunden. Diese Verbindung ist hier als ein Kegelpreßverband mit zwei konischen Hülsen 54, 56 ausgebildet. Die innere Hülse 54 liegt einerseits an einer Ringschulter 57 des Drehzapfens 8 an, während vom freien anderen Ende her über die konische Hülse 54 die zweite konische Hülse 56 geschoben ist. Der Dreh­ zapfen 8 weist am freien Ende ein Gewinde 58 auf, in welches eine Mutter 60 geschraubt ist, mittels welcher die Verspannung der beiden Hülsen 54, 56 zwecks Herstellung der reibschlüssi­ gen bzw. kraftschlüssigen Verbindung der Kurbel 10 erfolgt. In den äußeren Kurbelarm 12 ist mit Preßsitz der Bolzen 22 einge­ preßt, an welchem das erste, äußere Koppelglied 24 angelenkt ist. In übereinstimmender Weise ist auch das zweite Koppel­ glied am inneren Hebelarm der Kurbel 10 angelenkt. Unter Be­ rücksichtigung der engen Platzverhältnisse in dem Ringraum 52 kann die Montage der Verstelleinrichtung mit einem vergleichs­ weise geringen Aufwand erfolgen, da keine sperrigen, großen Steuerringe, Zahnsegmente, Zahnräder oder dergleichen notwen­ dig sind, sondern nur die vergleichsweise kleinen Teile der erläuterten Verstellvorrichtung.

• Bezugszeichen:  2 Leitschaufel
   4 Längsachse
   6 Teilungswinkel
   8 Drehzapfen
  10 Kurbel
  12 äußerer Kurbelarm
  14 innerer Kurbelarm
  16 Achse von 12
  18 Achse von 14
  20 Winkel
  22 Bolzen
  24 erstes Koppelglied
  26 zweites Koppelglied
  28 Kurbelpaar
  30, 32 Abstand
  34 Kurbellänge
  36 Axialebene
  38 Winkel
  40 Verlängerung
  42 Pfeil
  46 Verdichtergehäuse
  48 Pfeil
  50 Umfangsfläche
  52 Ringraum
  54, 56 Hülse
  57 Ringschulter
  58 Gewinde
  60 Mutter

Claims (9)

1. Verstellvorrichtung eines Radialverdichters, dessen kranz­ förmig um einen Läuferaustritt angeordnete Nachleitschaufeln jeweils mit einem zur Längsachse parallelen Drehzapfen dreh­ fest verbunden und in einem Gehäuse schwenkbar gelagert sind, wobei die in Umfangsrichtung unter gleichen Teilungswinkeln beabstandeten Drehzapfen miteinander derart gekoppelt sind, daß die Leitschaufeln gemeinsam im gleichen Sinne verstellbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Drehzapfen (8) mit einer zweiarmigen Kurbel (10) verbunden ist, welche einen radial nach außen gerichteten äußeren Kurbelarm (12) und einen radial nach innen gerichteten inneren Kurbelarm (14) aufweist,
daß jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte Kurbeln (10) an ihren parallel zueinander ausgerichteten äußeren Kurbel­ armen (12) mittels eines ersten Koppelgliedes (24) aneinander­ gelenkt und zu einem Kurbelpaar (28) gekoppelt sind,
daß jeweils in Umfangsrichtung benachbarte Kurbelpaare (28) an ihren parallel ausgerichteten inneren Kurbelarmen (14) mittels eines zweiten Koppelgliedes (26) aneinandergelenkt sind und daß pro Kurbelpaar (28) die Achsen (18) der inneren Kurbelarme (14) bezüglich den Achsen (16) der äußeren Kurbel­ arme (12) um einen Winkel (20) zueinander abgewinkelt sind, welcher gleich groß ist wie der Teilungswinkel (6).

2. Verstellvorrichtung insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (30, 32) zwischen den Dreh- oder Anlenkpunkten an den jeweiligen Kurbelarmen (12, 14) gleichgroß sind, wie der Abstand zwischen den Drehachsen der Drehzapfen (8).

3. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbel (10) sowie die Koppelglieder in einem Ringraum (52) angeordnet sind, in welchen die mit den Leitschaufeln (2) drehfest verbundenen Drehzapfen (8) mit ihren freien Enden hineinragen.

4. Verstellvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbel (10) mit dem jeweiligen Drehzapfen (8) mittels einer kraftschlüssigen und/oder lösbaren Verbindung gekoppelt sind.

5. Verstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß auf dem Drehzapfen (8) zwei ineinander greifende konische Hülsen (54, 56) angeordnet sind, wobei die eine Hülse (54) an einer Ringschulter (57) des Drehzapfens (8) anliegt und die andere Hülse (56) mittels einer auf ein Gewinde (8) des Drehzapfens aufschraubbaren Mutter (60) verspannbar ist, wobei die Hülse (56) innerhalb einer Bohrung der Kurbel (10) angeordnet ist.

6. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß an einer Stelle des Umfanges zwischen zwei benachbarten Kurbeln (10) keine Verbindung mittels eines Koppelgliedes vorhanden ist.

7. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß sämtliche Kurbeln identisch ausge­ bildet sind, wobei in Umfangsrichtung benachbarte Kurbeln (10) gegeneinander um 180° gedreht auf dem jeweiligen Drehzapfen (8) angeordnet sind.

8. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbellängen (34) des äußeren Kurbelarmes (12) und des inneren Kurbelarmes (14) gleichgroß sind.

9. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die gesamte Länge der ersten und zweiten Koppelglieder (24, 26) im wesentlichen gleich groß ist wie die Länge der zweiarmigen Kurbeln (10).