Rotationsverdichter. Die Erfindung bezieht sich auf Rotations verdichter, wie sie z. B. in Gasturbinentrieb- werken Verwendung finden.
Verdieliter dieser Art sind im Betrieb oft atmosphärischen Beding-Lingen ausgesetzt, wel che die Bildung und den Ansatz von Eis in und auf ihnen begünstigen. Solche Bedingun gen treten z. B. beim Betrieb von Gastur binen, die für den Antrieb von Flugzeugen dienen, häufig auf. Es ist deshalb, spe ziell bei Flugzeug-Gastttrbinentriebwerken, er wünscht, Mittel vorzusehen, welche die Bil dung oder Ansammlung von Eis an den Ver dichtern verhindern, bzw. in oder auf dem Verdichter bereits gebildetes Eis entfernen.
Um dieser Vereisung zu begegnen, sind schon die verschiedensten Vorschläge gemacht worden. So wurde z. B. vorgeschlagen, die in den Verdichter eintretende Luft zu erwär men, indem man aus den Auspuffgasen der Maschine heisses Gas abzweigt und der An saugseite des Verdichters zuführt.. Diese Lö sung hat jedoch den Nachteil, dass der Gesamt wirkungsgrad der Maschine beeinträchtigt wird, wenn man die in den Verdichter eintre tende Luft so stark vorwärmt, dass die Eis bildung sicher vermieden wird.
Ein weiterer Vorschlag besteht darin, in die Ansaugseite des Verdichters Flüssigkeiten, die den Gefrier punkt des Wassers herabsetzen, einzuführen. Diese Lösung erfordert aber beträchtliche Hilfseinrichtungen und hat den Nachteil, dass die Benetzung der Elemente des Verdichters durch die Flüssigkeit. den Wirkungsgrad des selben beeinträchtigt, da sie die Schmutz ablagerung im Verdichter begünstigen kann.
Vorliegende Erfindung bezweckt nun die Beschaffung einer verbesserten Einrichtung zur Verhütung der Eisbildung, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet und mit einem Minimum an Hilfseinrichtungen aus kommt, was gerade für Flugzeug-Gasturbinen- triebwerke von besonderem Vorteil ist..
Gemäss der Erfindung ist der Rotations verdichter dadurch gekennzeichnet, dass er Rotor- und Statorteile aufweist, die so ausge bildet sind, dass sie mit Hilfe eines magneti schen Wechselfeldes, das in ihnen innere elek trische Ströme erzeugt, erhitzt werden kön nen.
Der Rotationsverdichter kann z. B. Mittel aufweisen, durch die zwischen Rotor und Sta- tor ein magnetisches Feld gebildet wird, das infolge des Vorbeigehens der Rotorsehaufeln an den Leitschaufeln wechselt, wodurch in den Schaufeln Wirbelströme entstehen. Das Mit tel kann darin bestehen, dass man mindestens einige der Verdichterschaufeln als Permanent magnete ausbildet.
So kann man die Leit- schaufeln als Permanentmagnete ausbilden, während die Rotorschaufeln aus einem ma- gnetisierbaren Material bestehen, dessen ma gnetische Maximal-Permeabilität z. B. höher als 1000 ist, so dass das Vorbeigehen der Ro- torschaufeln an den Leitschaufeln eine Ände rung im hraftlinienfluss zwischen den letz- teren bewirkt, so dass in den Schaufeln Wir belströme entstehen.
Man kann auch die Leit- und die Rotorschaufeln aus einem magneti- sierbaren Material herstellen und rund um den Verdichter eine Reihe von Permanent magneten anordnen, die sich zwischen den Schaufelfüssen eines Leitschaufelkranzes und den Füssen des anschliessenden Leitschaufel kranzes erstrecken.
Gemäss einer andern Aus , führungsform werden die Schaufeln aus ma- gnetisierbarem Material hergestellt und das Magnetfeld auf elektromagnetischem Wege er zeugt, indem man z. B. elektrisch erregte Ma gnetspulen an den Schaufelfüssen vorsieht. Die Spulen befinden sich vorzugsweise nur an den Füssen der Leitschaufeln, obschon man gewünschtenfalls auch die Rotorschaufeln in gleicher Weise magnetisieren kann, indem man den Erregerstrom den Spulen über am Rotor befindliche Schleifringe zuführt.
Das Magnetfeld kann, wenn es auf elek tromagnetischem Wege erzeugt wird, auch da durch verändert werden, dass man eine So lenoidvorrichtung durch Wechselstrom, vor zugsweise hochfrequenten Wechselstrom, er regt. Der Wechselstrom kann z. B. einzelnen an den Schaufelfüssen angeordneten Magneti- sierspulen oder einer den Verdichter umgeben den Spule zugeführt werden.
Bei Anwendung der Erfindung bei einem Axialverdichter müssen gewöhnlich nur die ersten Stufen des Verdichters, wie vorstehend beschrieben, geheizt werden, da die folgenden Stufen schon Luft erhalten, deren Tempera tur infolge der V er dichtilig schon erhöht ist.
Durch die lokale und interne Heizung der der Vereisung ausgesetzten Verdichterteile ist es möglich, ohne Erwärmung der ganzen Luft masse über den Gefrierpunkt auszukommen, wodurch die der hohen Temperatur der An saugluft zuzuschreibende Verminderung des Wirkungsgrades der Maschine, vermieden wird. Man wird ferner erkennen, dass infolge der Wärmeentwicklung im Innern der Kom- pressorteile, diese auch auf die Oberfläche der betreffenden Teile einwirkt und so das Anhaften von Eis daran verhindert.
Nachstehend werden beispielsweise einige Ausführungsformen von R.ota.tionsv er diehtern beschrieben, die mit Mitteln versehen sind, um. die Eisbildung in oder auf denselben ztt ver hindern.
Die Beschreibung nimmt. Bezug auf die beiliegende Zeichnung, in der Fig. 1 ein Längsschnitt eines Gasturbinen triebwerks, Fig. 2 ein grösserer Selinitt eines Teils des Rotationsverdichters ist und Fig. 3 bis 5 Schnitte entsprechend Fig. ' von andern Anordnungen zeigen.
In Fig.1 und \_' ist. ein GastLirbinentrieb- werk für Flugzeugantrieb dargestellt, das einen mehrstufigen Aiialverdiehter 10 für die den Brennkammern 11 zuzuführende Luft so wie eine Turbine 12 aufweist, die durch die Verbrennungsprodukte angetrieben wird. Die Turbine 12 treibt den Rotor 13 des Verdieh- ters über eine Welle 14 an.
Die Luft gelangt durch die Ansaugleitung 15 in den Verdieh- ter 10, und die Auspuffgase verlassen die Maschine durch die Auspuffleitung 16.
In dieser Maschine wird der erste Rotor schaufelkranz 17 und der erste und zweite Statorschaufelkranz 18a und 18b durch Er zeugung von NV irbelströmen in diesen Schau feln erhitzt., um die Bildung von Eis auf diesen Schaufeln zu verhindern. Die folen- den Schaufelkränze erfordern keine Heiz-Linz, da die Lufttemperatur dureh die Verdichtung in der ersten Stufe erhöht ist.
Um die Erhitzung der Sehaufeln der Kränze 17, 18a. und 18b zu bewirken, ist. die Aussenwand 19 der Luftansaugleitung 15 mit einer Ausbuchtung 20 versehen, deren Dureh- messer grösser ist als für den Einsebluss der Schaufeln erforderlieh wäre. Am Ende der Ausbuchtung ist ein Planseh 21 ausgebildet, mittels dessen die Leitungswand 19 am Haupt gehäuse '' des Verdichters befestigt ist.
Die Aussenwand 19 und die Ausbuchtung ?0 sind aus nicht. inagnetisierbarem Metall hergestellt.
Die Leitschaufeln 18a, lssb werden von Plättehen 23 getragen, welch letztere mit einem zwischen ihnen liegenden Abdeckring 24 für die Rotorschaufeln mit Nut- und Kammverbindung zwischen Leitungswand 19 und Flauptgehäuse eingesetzt sind.
Zwischen der Ausbuchtung 20 und den Plättehen 23 ver bleibt ein ringförmiger Hohlraum, in welchem eine Reihe von permanenten Stabmagneten 25 axial so angeordnet ist, dass jeder mit einem Pol an den Fuss der Leitschaufel 18a, und mit dem andern Pol an den Fuss einer in gleicher Flucht liegenden Leitschaufel 18b an stösst.
Die Schaufeln 18a, 18b und 17 sind aus Metall mit einer magnetischen Maximal-Per- meabilität von mehr als 1000 hergestellt, so dass, wenn die Rotorschaufeln 17 mit einem Leitschaufelpaar in einer Flucht. sind, die Kraftlinien vorwiegend so verlaufen, wie das durch die Pfeife 26 angedeutet ist, während sie, wenn die Rotorschaufeln nicht, in Flucht mit den Leitschaufeln sind, abwärts und über den Rand des Verdichterrotors laufen, wie dies durch die Pfeile 27 angedeutet ist.
Wenn der Rotor angetrieben wird, werden die Schau feln 17, 18a und 18b einem raschen Wechsel, des Stromlinienflusses ausgesetzt, so dass in ihnen Wirbelströme entstehen.
In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform dargestellt. In diesem Falle sind die Leit- schaufeln 1.18a,<B>118b</B> selbst Permanentmagnete und bestehen aus einem Material mit einer magnetischen Kwrzitivkraft von mehr als 550 Örsted bei einer maximalen Kraftliniendiehte von 1-1500 (ranss, z.
B. Kobaltstahl, während die Rotorsehaufeln 17 aus einem Material von hoher magnetischer Permeabilität bestehen. Die Schaufeln 118a, 118b sind 7weekmässiger- weise derart magnetisiert, dass jeder Kopf der Schaufelreihe einen 1'-Pol, jeder Kopf der andern Schaufelreihe einen S-Pol bildet,
wie das in der Zeichnung durch die Sj"-mbole Ilr und b' zum Ausdruck kommt. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform be wirkt, der Vorbeigang der Schaufeln 17 an den Leitsebaufeln eine Veränderung der ma gnetischen Kraftlinien, so dass in den Schau feln Wirbelströme entstehen,
welche dieselben et-hitzen. Gewünsehtenfalls können die Ro- torschaufeln 17 auch als Permanentmagnete ausgebildet sein. In Fig. 4 sind die Leitschaufeln 218a, 218b elektrisch magnetisiert, indem am Fusse jeder Schaufel eine kleine Erregerspule 28 ange bracht ist, durch die ein Strom geschickt wird. Die Spulen weisen alle einen Weich eisenkern 29 auf. Der Strom kann einer Gleichstromquelle oder einer Wechselstrom quelle, z.
B. aus einem Wechselstromgenerator oder Röhrenoszillator entnommen werden.
Ein Wechselstromgenerator kann so ange ordnet sein, dass er einen Hochfrequenzstrom von 10 Kiloherz liefert, während ein Röhren oszillator noch höhere Frequenzen abgeben kann, wodurch ein rascher Wechsel des Kraftlinienflusses in den Leitschaufeln auf tritt, der die Entstehung von internen Strö men bewirkt.
Gewünschtenfalls kann man gleiche Ma gnetisierspulen an den Füssen der Rotorschau- feln 17 vorsehen, denen der Erregerstrom durch Schleifringe zugeführt wird.
Im Falle einer Gleichstromquelle kann das Kraftlinienfeld eine äquivalente Wirkung ha ben, wie in der Anordnung nach Fig. 3 und die Relativbewegung der Schaufeln wird eine andere Verteilung der Kraftlinien bewirken und so zu internen Strömen in den Schaufeln führen.
In Fig. 5 ist eine weitere Variante. darge stellt. Bei dieser Ausführungsform bestehen die Schaufeln 318a, 3181) und \17 ans Material mit einer magnetischen Maximal-Permeabili- tät von mehr als 1000, wie dies in Fig. 1 der Fall ist. Rund um den Ansatz 20 ist die Magnetisierspule 31 angebracht, so dass sie die zu erhitzenden Schaufeln umschliesst.
Der Spule wird Wechselstrom zugeführt, um in den Schaufeln rasche Änderungen des Kraft linienflusses mz bewirken. Diese Anordnung ist nicht unbedingt von der Relativbewegung der Schaufeln abhängig, um ein wechselndes Magnetfeld zu erzeugen, doch kann ihre Wir kung durch diese unterstützt werden.
Die Erfindung ist. nicht. auf die vorbe- schriebenen speziellen Ausführungsformen be schränkt. So. können z. B. gewünschtenfalls mehr als zwei Kränze der Leitschaufeln und ein Kranz der Rotorschaufeln durch Erzeu- gong von internen Strömen in denselben er hitzt werden. Ferner kann ein Zentrifugal verdiehter enteist werden, indem man z. B.
zwischen Permanentmagneten ein Kraftlinien feld vorsieht, das durch den Durchgang der Motorschaufeln verändert wird, wodurch Wir belströme im Rotor und in den Statorteilen entstehen, die diese aufheizen.
Rotary compressor. The invention relates to rotary compressors such. B. found in gas turbine engines use.
Verdieliter of this type are often exposed to atmospheric conditions in operation, which promote the formation and the build-up of ice in and on them. Such conditions occur z. B. in the operation of Gastur bines, which are used to power aircraft, often. It is therefore, spe cially in aircraft gas turbine engines, he wishes to provide means that prevent the formation or accumulation of ice on the United poets, or remove already formed ice in or on the compressor.
A wide variety of proposals have been made to counter this icing. So was z. B. proposed to heat the air entering the compressor by branching off hot gas from the exhaust gases of the machine and supplying it to the suction side of the compressor. However, this solution has the disadvantage that the overall efficiency of the machine is impaired. if the air entering the compressor is preheated so much that ice formation is reliably avoided.
Another suggestion is to introduce liquids that lower the freezing point of the water into the suction side of the compressor. However, this solution requires considerable auxiliary equipment and has the disadvantage that the elements of the compressor are wetted by the liquid. the efficiency of the same is impaired, as it can promote the accumulation of dirt in the compressor.
The present invention aims to provide an improved device for preventing ice formation, which avoids the aforementioned disadvantages and manages with a minimum of auxiliary devices, which is particularly advantageous for aircraft gas turbine engines.
According to the invention, the rotary compressor is characterized in that it has rotor and stator parts which are designed in such a way that they can be heated with the aid of a magnetic alternating field that generates internal electrical currents in them.
The rotary compressor can, for. B. have means by which a magnetic field is formed between the rotor and stator, which changes as the rotor blades pass the guide blades, whereby eddy currents arise in the blades. With tel can be that at least some of the compressor blades are designed as permanent magnets.
The guide vanes can be designed as permanent magnets, while the rotor vanes are made of a magnetizable material, the maximum permeability of which is e.g. B. is higher than 1000, so that the passing of the rotor blades on the guide blades causes a change in the force line flow between the latter, so that eddy currents arise in the blades.
The guide and rotor blades can also be made from a magnetizable material and a row of permanent magnets can be arranged around the compressor, which extend between the blade roots of a guide blade ring and the roots of the adjoining guide blade ring.
According to another embodiment, the blades are made of magnetizable material and the magnetic field is generated in an electromagnetic way by z. B. provides electrically excited Ma gnetspulen at the blade roots. The coils are preferably only located at the feet of the guide vanes, although, if desired, the rotor blades can also be magnetized in the same way by supplying the excitation current to the coils via slip rings located on the rotor.
The magnetic field, if it is generated in an electromagnetic way, can also be changed by the fact that a solenoid device is excited by alternating current, preferably high-frequency alternating current. The alternating current can e.g. B. individual magnetizing coils arranged at the blade roots or one surrounding the compressor can be fed to the coil.
When using the invention in an axial compressor, usually only the first stages of the compressor, as described above, have to be heated, since the following stages already receive air, the temperature of which is already increased due to the V he tightly.
The local and internal heating of the compressor parts exposed to icing makes it possible to get by without heating the entire air mass above freezing point, which avoids the reduction in the efficiency of the machine that is attributable to the high temperature of the intake air. It will also be seen that as a result of the development of heat inside the compressor parts, this also acts on the surface of the relevant parts and thus prevents ice from sticking to them.
In the following, for example, some embodiments of R.ota.tionsv erh are described which are provided with means to. prevent ice formation in or on the same ztt.
The description takes. Reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a longitudinal section of a gas turbine engine, Fig. 2 is a larger Selinitt of part of the rotary compressor and Fig. 3 to 5 shows sections corresponding to Fig. 'Of other arrangements.
In Fig.1 and \ _ 'is. a gas turbine engine for aircraft propulsion is shown, which has a multi-stage Aiialverdiehter 10 for the air to be supplied to the combustion chambers 11 as well as a turbine 12, which is driven by the combustion products. The turbine 12 drives the rotor 13 of the compressor via a shaft 14.
The air enters the compressor 10 through the intake line 15 and the exhaust gases leave the engine through the exhaust line 16.
In this machine, the first rotor blade ring 17 and the first and second stator blade ring 18a and 18b are heated by generating NV eddy currents in these blades, in order to prevent the formation of ice on these blades. The following blade rings do not require heating Linz, as the air temperature is increased by the compression in the first stage.
To heat the blades of the wreaths 17, 18a. and to effect 18b is. the outer wall 19 of the air intake line 15 is provided with a bulge 20, the diameter of which is larger than would be required for the flow of the blades. At the end of the bulge a planar 21 is formed, by means of which the line wall 19 is attached to the main housing '' of the compressor.
The outer wall 19 and the bulge? 0 are not off. made of magnetizable metal.
The guide vanes 18a, lssb are carried by plates 23, the latter being inserted with a cover ring 24 lying between them for the rotor blades with groove and comb connection between the line wall 19 and the main housing.
Between the bulge 20 and the plates 23 ver remains an annular cavity in which a row of permanent bar magnets 25 is axially arranged so that each with one pole at the foot of the guide vane 18a, and with the other pole at the foot of the same Aligned guide vane 18b abuts.
The blades 18a, 18b and 17 are made of metal with a maximum magnetic permeability of more than 1000, so that when the rotor blades 17 are in alignment with a pair of guide blades. are, the lines of force predominantly run as indicated by the whistle 26, while when the rotor blades are not in alignment with the guide vanes, they run downwards and over the edge of the compressor rotor, as indicated by the arrows 27.
When the rotor is driven, the blades 17, 18a and 18b are subjected to a rapid change in the streamline flow, so that eddy currents arise in them.
Another embodiment is shown in FIG. In this case, the guide vanes 1.18a, <B> 118b </B> are themselves permanent magnets and consist of a material with a magnetic negative force of more than 550 Örsted with a maximum force line thickness of 1-1500 (ranss, z.
B. cobalt steel, while the rotor blades 17 are made of a material of high magnetic permeability. The blades 118a, 118b are magnetized 7 weeks in such a way that each head of the row of blades forms a 1'-pole and each head of the other row of blades forms an S-pole,
as is expressed in the drawing by the Sj "-mbole Ilr and b '. As in the previously described embodiment, the passing of the blades 17 on the guide blades causes a change in the magnetic lines of force, so that eddy currents in the blades arise
which heat them up. If desired, the rotor blades 17 can also be designed as permanent magnets. In Fig. 4, the guide vanes 218a, 218b are electrically magnetized by a small excitation coil 28 is placed at the foot of each vane, through which a current is sent. The coils all have a soft iron core 29. The current can be a direct current source or an alternating current source, e.g.
B. can be taken from an AC generator or tube oscillator.
An alternator can be arranged to deliver a high-frequency current of 10 kilohertz, while a tube oscillator can deliver even higher frequencies, causing a rapid change in the flow of force lines in the guide vanes, which causes internal currents to develop.
If desired, the same magnetizing coils can be provided at the feet of the rotor blades 17, to which the excitation current is fed through slip rings.
In the case of a direct current source, the force line field can have an equivalent effect as in the arrangement according to FIG. 3 and the relative movement of the blades will cause a different distribution of the lines of force and thus lead to internal currents in the blades.
In Fig. 5 is another variant. Darge represents. In this embodiment, the blades 318a, 3181) and 17 consist of material with a maximum magnetic permeability of more than 1000, as is the case in FIG. The magnetizing coil 31 is attached around the extension 20 so that it surrounds the blades to be heated.
The coil is supplied with alternating current in order to bring about rapid changes in the force line flow mz in the blades. This arrangement is not necessarily dependent on the relative movement of the blades in order to generate an alternating magnetic field, but their effect can be supported by this.
The invention is. Not. limited to the special embodiments described above. For example B. if desired, more than two rings of the guide blades and one ring of the rotor blades can be heated by generating internal flows in the same. Furthermore, a centrifugal can be de-iced Verdiehter by z. B.
Provides a force line field between permanent magnets, which is changed by the passage of the motor blades, whereby we create bel currents in the rotor and in the stator parts, which heat them up.