DE3722253C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung eines Verdichters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der US-PS 30 56 541 ist eine derartige Verstellvorrichtung für einen Axialverdichter bekannt, bei welchem die Kurbel- und Koppelglieder konzentrisch um die Längsachse auf einer zylin­ drischen Mantelfläche angeordnet sind. Die Leitschaufeln sind vor der Eintrittsöffnung des Axialverdichters angeordnet und die Drehzapfen der Leitschaufeln liegen in einer gemeinsamen Radial­ ebene. Die außen um die Leitschaufeln herum angeordneten Kurbeln sind gerade ausgebildet. Bei einer Verstellung werden die einzel­ nen Koppelglieder auf einer mehrdimensionalen Bahn bewegt und es sind daher Kugelgelenke zwischen den Kurbeln und den Koppel­ gliedern erforderlich. Es sind bei einer Verstellung Kräfte zu übertragen, welche in den drei zueinander orthogonalen Raum­ richtungen liegen. Schon kleine Fertigungsungenauigkeiten können unter Berücksichtigung der dreidimensionalen Bewegungsabläufe zu Störungen oder gar zu einem Klemmen der Verstellvorrichtung führen. Die Koppelglieder sind einstellbar ausgebildet und bestehen aus mehreren, mittels Gewinden gegenseitig verstellbaren Teilen. Hierdurch ist ein nicht unerheblicher Fertigungs- und Montageaufwand bedingt und darüberhinaus ist ein erheblicher Platzbedarf erforderlich.

Aus der EP-OS 43 017 ist eine Verstellvorrichtung für einen Radialverdichter bekannt, welche zur gemeinsamen Verstellung der Nachleitschaufeln einen konzentrisch zur Längsachse des Radial­ verdichters angeordneten Stellring aufweist. Die Drehzapfen der Leitschaufeln sind jeweils mit einem Lenkerhebel drehfest verbun­ den, an dessen freiem Ende ein Langloch vorgesehen ist. Für Radialverdichter mit großen Durchmessern, wobei beispielsweise Laufraddurchmesser von 1 Meter und mehr genannt seien, müßte der Stellring entsprechend große Abmessungen aufweisen, woraus sich Schwierigkeiten bei der Herstellung ergeben. Da jedoch nur wenige Bauteile notwendig und keine besonderen Einstellmaßnahmen er­ forderlich sind, haben sich derartige Konstruktionen in der Vergangenheit bei Radialverdichtern bewährt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art mit geringem konstruktivem Aufwand für den Einsatz in einem Radialverdichter dahingehend weiterzubilden, daß mit einem geringen Bauvolumen eine einfache Montage bei den beengten Platzverhältnissen auf der Auslaßseite des Radialver­ dichters ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die vorgeschlagene Verstelleinrichtung zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion aus und gewährleistet eine besonders platzsparende Bauweise. Die Kurbel sowie die Koppelglieder sind in einem der Austrittsöffnung des Radialverdichters benachbarten Ringraum angeordnet, wobei der im Bereich des Diffusors zur Verfügung stehende Hohlraum in zweckmäßiger Weise genutzt wird. Der im Bereich der Austrittsöffnung vorgesehene Ringraum kann vergleichsweise kleine Abmessungen aufweisen, was vorteilhaft im Hinblick auf das gesamte Bauvolumen des Radialverdichters ist. Die Drehzapfen liegen parallel zur Längsachse des Radialver­ dichters und ragen mit ihren freien Enden in den Ringraum hinein. Die im Ringraum angeordneten Kurbeln und Koppelglieder werden beim Einleiten einer Verstellbewegung nur in Radialebenen bewegt, so daß aufwendige Gelenkverbindungen und Einstelleinrichtungen nicht erforderlich sind. Auf Grund der Abwinkelung des inneren Kurbelarmes bezüglich des äußeren Kurbelarmes um einen Winkel gleich dem Teilungswinkel können jeweils die Kurbeln und die inneren und äußeren Koppelglieder gleich ausgebildet sein, wobei umfangreiche Verstell- oder Einstellleinrichtungen nicht erforder­ lich sind. Insgesamt erfordern die in Radialebenen angeordneten und bewegbaren Kurbeln und Koppelglieder nur ein geringes Bau­ volumen, zumal weder Einstelleinrichtungen noch Kugelgelenke oder dergleichen erforderlich sind. Der Fertigungsaufwand ist gering, zumal nur drei verschiedene Hauptbauteile, nämlich abgewinkelte Kurbeln, gerade Koppelglieder sowie einfache Bolzen zwecks gegenseitiger Anlenkung, erforderlich sind. Die identisch aus­ gebildeten Kurbeln sind derart angeordnet, daß pro Kurbelpaar die Kurbeln gegeneinander um 180° gedreht auf dem jeweiligen Dreh­ zapfen angeordnet sind, wobei jeweils die äußeren Kurbelarme, welche mittels des äußeren Koppelgliedes aneinandergelenkt sind, parallel ausgerichtet sind, während die inneren Kurbelarme zueinander hin abgewinkelt sind. Die inneren Kurbelarme derart definierter, benachbarter Kurbelpaare stehen gleichfalls parallel, wobei die inneren und äußeren Koppelglieder gleich lang ausgebil­ det sind und die gleichen Achsabstände aufweisen wie die Dreh­ zapfen. Insgesamt sind keine großen und schwer zu handhabenden Bauteile vorhanden, sondern nur vergleichsweise kleine und mit geringem Aufwand herzustellende und zu montierende abgewinkelte Kurbeln, Koppelglieder und Bolzen. Auch bei Ausbildung und Einsatz der Radialturbine als Heißgasmaschine wird eine hohe Funktionssicherheit erreicht, zumal für die kompakt bauende Verstellvorrichtung von einer gleichmäßigen Erwärmung ausgegangen werden kann und der Schaufelabstand ebenso wie die Länge der Koppelglieder relativ zueinander gleichbleiben.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Die ineinandergreifenden konischen Hülsen pro Drehzapfen bilden einen sogenannten Kegelpreßverband, der eine problemlose und einfache Montage ermöglicht. So kann bei der Montage zunächst die Verstellvorrichtung eingebaut werden, ohne zunächst auf die jeweilige Drehwinkelstellung der Drehzapfen und Leitschaufeln achten zu müssen. Nachfolgend werden die Drehzapfen und damit die Leitschaufeln untereinander in der erforderlichen Weise aus­ gerichtet und mittels der Mutter und den beiden konischen Hülsen die drehfeste Verbindung zwischen der Kugel und der jeweiligen Leitschaufeln in einfacher Weise hergestellt.

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

Fig. 1 schematisch eine Ansicht der Kurbeln und der Koppel­ glieder 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 (2)

1. Verstellvorrichtung eines Verdichters mit kranzförmig um eine Längsachse angeordneten Leitschaufeln, die jeweils mit Drehzapfen drehfest verbunden und in einem Gehäuse schwenkbar gelagert sind, mit zweiarmigen, jeweils gleich ausgebildeten Kurbeln, welche jeweils mit einem der Drehzapfen verbunden sind, und mit inneren und äußeren, jeweils gleich ausgebildeten Koppelglieder, die jeweils an den entsprechenden Kurbelarmen benachbarter Kurbeln angelenkt sind, wobei die in Unfangsrichtung unter gleichen Teilungswinkeln beabstandeten Drehzapfen und Leitschaufeln gemeinsam im gleichen Sinne verstellbar sind und wobei die jeweils aneinandergelenkten Kurbelarme gleich lang ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Verdichters als ein Radialverdichter die Kurbeln (10) sowie die Koppelglieder (24, 26) in einem der Austrittsöffnung des Radialverdichters benachbarten Ringraum (52) angeordnet sind, in welchen die zur Längsachse (4) parallelen Drehzapfen (8) mit ihren freien Enden hineinragen, und daß bei jeder der in einer radialen Ebene angeordneten Kurbeln (10) die Achse (18) des inneren Kurbelarmes (14) um einen Winkel (20) angewinkelt ist, der gleich groß ist wie der Teilungswinkel (6), wobei in Kurbelpaaren (28), die in Umfangs­ richtung benachbart sind und in welchen die äußeren Kurbelarme (12) mittels den Koppelgliedern (24) aneinandergelenkt sind, die inneren Kurbelarme (14) zueinander hin abgewinkelt sind und wobei die äußeren Kurbelarme (12) benachbarter Kurbelpaare (28) vonein­ ander weg abgewinkelt sind.

2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Drehzapfen (8) zwei ineinandergreifende, 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 Dreh­ zapfens aufschraubbaren Mutter (60) verspannbar ist, wobei die Hülse (56) innerhalb einer Bohrung der Kurbel (10) angeordnet ist.