DE102007056953A1 - Fluid flow operated machine e.g. blower, compressors, pumps and fan, has housing and rotary shaft formed flowing path, where axial arrangement is selected such that certain partial length of recess is extended before front edge of shovel - Google Patents
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Abstract
Description
Die
aerodynamische Belastbarkeit und die Effizienz von Strömungsarbeitsmaschinen,
beispielsweise Bläsern, Verdichtern, Pumpen und Ventilatoren,
wird insbesondere durch das Wachstum und die Ablösung von
Grenzschichten im Rotor- und Statorspitzenbereich nahe der Gehäuse-
beziehungsweise Nabenwand begrenzt. Dies führt bei Schaufelreihen mit
Laufspalt bei höherer Belastung zu Rückströmerscheinungen
und dem Auftreten von Instabilität der Maschine. Strömungsarbeitsmaschinen
nach dem Stand der Technik besitzen entweder keine besonderen Merkmale
zur Abhilfe in diesem Bereich (siehe
Bekannte
Lösungen werden beispielsweise in folgenden Dokumenten
offenbart:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf Strömungsarbeitsmaschinen wie etwa Bläser, Verdichter, Pumpen und Ventilatoren, sowohl in axialer, halbaxialer als auch in radialer Bauart. Das Arbeitsmedium oder Fluid kann gasförmig oder flüssig sein.The The present invention thus relates to fluid flow machines such as fans, compressors, pumps and fans, both in axial, semi-axial and radial design. The working medium or fluid may be gaseous or liquid.
Die erfindungsgemäße Strömungsarbeitsmaschine kann eine oder mehrere Stufen mit jeweils einem Rotor und einem Stator umfassen.The Flow machine according to the invention can one or more stages, each with a rotor and a Stator include.
Erfindungsgemäß besteht der Rotor aus einer Anzahl von Schaufeln, die mit der rotierenden Welle der Strömungsarbeitsmaschine verbunden sind und Energie an das Arbeitsmedium abgeben. Der Rotor ist mit freiem Schaufelende am Gehäuse ausgeführt. Der erfindungsgemäße Stator besteht aus einer Anzahl feststehender Schaufeln, die gehäuseseitig mit festem Schaufelende ausgeführt sind.According to the invention The rotor consists of a number of blades, with the rotating shaft the flow machine are connected and energy deliver to the working medium. The rotor is with free blade end executed on the housing. The inventive Stator consists of a number of fixed blades, the housing side are designed with a fixed blade end.
Erfindungsgemäß kann die Strömungsarbeitsmaschine vor dem ersten Rotor eine besondere Form eines Stators, ein sogenanntes Vorleitrad, aufweisen.According to the invention the turbomachine upstream of the first rotor special form of a stator, a so-called Vorleitrad have.
Erfindungsgemäß kann mindestens ein Stator oder Vorleitrad abweichend von der unbeweglichen Fixierung auch drehbar gelagert sein, um den Anströmwinkel zu verändern. Eine Verstellung erfolgt beispielsweise durch eine von außerhalb des Ringkanals zugängliche Spindel.According to the invention At least one stator or diffuser deviating from the immovable Fixation also be rotatably mounted to the angle of attack to change. An adjustment is made for example by one accessible from outside the annular channel Spindle.
In besonderer Ausgestaltung kann die Strömungsarbeitsmaschine mindestens eine Reihe verstellbarer Rotoren aufweisen.In special embodiment, the Strömungsarbeitsmaschine have at least one row of adjustable rotors.
Erfindungsgemäß kann
die Strömungsarbeitsmaschine alternativ auch eine Nebenstromkonfiguration
derart aufweisen, dass sich der einstromige Ringkanal hinter einer
bestimmten Schaufelreihe in zwei konzentrische Ringkanäle
aufteilt, die ihrerseits mindestens jeweils eine weitere Schaufelreihe umfassen.
Einfache existierende Konzepte von "Casing Treatments" in Form von Schlitzen und/oder Kammern in der Ringkanalwand bieten eine Steigerung der Stabilität der Strömungsarbeitsmaschine. Diese wird jedoch aufgrund der ungünstig gewählten Anordnung oder Formgebung nur bei Verlust an Wirkungsgrad erzielt.easy existing concepts of "Casing Treatments" in the form of slits and / or chambers in the annular channel wall provide an increase in the Stability of the fluid flow machine. This one will however due to the unfavorably chosen arrangement or shaping achieved only at loss of efficiency.
Im Einzelnen betrifft die Erfindung die Form eines Abschnitts der Ringkanalwand sowie die Anordnung und Formgebung von Ausnehmungen in besagtem Ringkanalwandabschnitt im Bereich einer Schaufelreihe mit freiem Ende und Laufspalt einer Strömungsarbeitsmaschine.in the More specifically, the invention relates to the shape of a portion of the annular channel wall and the arrangement and shaping of recesses in said Ring channel wall section in the region of a row of blades with free End and running gap of a turbomachine.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsarbeitsmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik eine wirkungsvolle Grenzschichtbeeinflussung im Schaufelspitzenbereich aufweist.Of the The present invention is based on the object, a fluid flow machine to create the type mentioned, which under avoidance the disadvantages of the prior art, an effective boundary layer influencing in the blade tip region.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention the problem is solved by the feature combination of the main claim, the dependent claims show further advantageous embodiments the invention.
Erfindungsgemäß ist somit eine Möglichkeit geschaffen worden, die Strömungsbeeinflussung mit Hilfe der Gehäusestrukturierung durch Verbesserung der Strömungsrandbedingungen der Gehäusestrukturierung zu optimieren. Erfindungsgemäß ist somit eine angepasste Formgebung der Umfangsnuten hinsichtlich ihrer axialen Lage über dem Rotor erreicht. Die Nuten haben entsprechende Querschnitte und können erfindungsgemäß somit geometrisch einfache als auch geometrisch komplexe Freiformflächen sein.According to the invention Thus, a possibility has been created, the flow control with the help of the housing structuring by improving the Flow boundary conditions of the housing structuring to optimize. According to the invention is thus a adapted shaping of the circumferential grooves with respect to their axial Position reached above the rotor. The grooves have corresponding Cross sections and can thus according to the invention geometrically simple as well as geometrically complex free-form surfaces be.
Die erfindungsgemäße Gehäusestrukturierung (Casing Treatment) kann sowohl mit fester, gleichbleibender Geometrie als auch mit adaptiver, zeitlich veränderlicher Geometrie ausgebildet sein.The Housing structuring according to the invention (Casing Treatment) can be both solid, consistent geometry as well as with adaptive, time-varying geometry be educated.
Erfindungsgemäß ergibt sich somit eine Verbesserung des Wirkungsgrades, der aus dem Stand der Technik bekannte Wirkungsgradverlust tritt nicht auf.According to the invention thus results in an improvement in efficiency, the known from the prior art loss of efficiency does not occur on.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Gehäusestrukturierung (Ringkanalwandausnehmung) wird eine optimale Strömung in der Umfangsnut (Ringkanalwandausnehmung), insbesondere in Abhängigkeit der axialen Länge, sowie eine optimale Wechselwirkung mit der Hauptströmung erreicht.By the embodiment of the housing structuring according to the invention (Ringkanalwandausnehmung) is optimal flow in the circumferential groove (Ringkanalwandausnehmung), in particular in dependence the axial length, as well as an optimal interaction with reached the mainstream.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt in der geneigten Form (gegen die Strömungsrichtung der Gasturbine). Durch die nach vorne geneigte Form, welche beispielsweise mit einem Winkel von 45° angeordnet sein kann, wird in dem nach radial innen zulaufenden Gehäuse vermieden, dass in die Zirkulation im Casing Treatment (Ringkanalwandausnehmung) störendes Fluid eintritt. Gleichzeitig wird der Ausströmvektor flacher, so dass sich eine verlustärmere Einströmung ergibt. Somit wird erfindungsgemäß neben der Stabilität der Stufe auch der Wirkungsgrad verbessert.One essential aspect of the invention is in the inclined form (against the flow direction of the gas turbine). By the forward inclined shape, which for example arranged at an angle of 45 ° may be in the radially inwardly tapered housing avoided that in the circulation in the Casing Treatment (Ringkanalwandausnehmung) disturbing fluid enters. At the same time the outflow vector becomes flatter, giving a lower loss inflow results. Thus, in addition to the stability according to the invention the stage also improves the efficiency.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:in the The invention will be described below with reference to exemplary embodiments described in conjunction with the drawing. Showing:
Die
Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.at the following embodiments are the same parts each provided with the same reference numerals.
Die
Die
Die
Die
Die
Die
in
Die
Die
in
Der weitere Verlauf der Kurve (halbe Herzform) ist so gewählt, dass er stetig ist und damit zweimal differenzierbar. Somit entstehen keine Krümmungssprünge. Die Winkel α und β werden gemäß den An- und Abströmbedingungen des Rotors gewählt.Of the further course of the curve (half heart shape) is chosen that it is continuous and thus twice differentiable. Thus arise no curvature jumps. The angles are α and β according to the arrival and downstream conditions of the rotor chosen.
Der weitere Kurvenverlauf der halben Herzform kann beispielsweise durch B-Splines und/oder Bèzier-Kurven definiert werden. Es handelt sich um eine Kardioide, bei welcher zusätzlich noch eine Rotation um eine Achse (Koordinatentransformation) durchgeführt wurde.Of the further curve of the half heart shape can, for example, by B-splines and / or Bèzier curves are defined. It deals there is a cardioid, in which an additional one Rotation around an axis (coordinate transformation) performed has been.
Aus
Die
Weiterhin
ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, dass es erfindungsgemäß nicht
erforderlich ist, die Nuten oder Ausnehmungen
Die
Die
Die
Die
Die Grundform der Ausnehmungen kann erfindungsgemäß eckig, rund oder oval sein, sie kann auch mit radialer Ausdehnung variieren.The Basic shape of the recesses can angular according to the invention, round or oval, it can also vary with radial expansion.
Weiterhin können erfindungsgemäß die einzelnen Ausnehmungen gleich dimensioniert sein oder sich im Rahmen der oben genannten Parameter unterscheiden.Farther can according to the invention, the individual Recesses be the same size or in the frame of the above different parameters.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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