DE102007056953B4

DE102007056953B4 - Turbomachine with Ringkanalwandausnehmung

Info

Publication number: DE102007056953B4
Application number: DE102007056953.1A
Authority: DE
Inventors: Erik Johann; Michael Hembera
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG; Technische Universitaet Muenchen
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG; Technische Universitaet Muenchen
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: DE102007056953A1

Abstract

Strömungsarbeitsmaschine mit einem von einem Gehäuse (1) und einer rotierenden Welle (2) gebildeten Strömungspfad, in welchem Reihen von Schaufeln (3) angeordnet sind, wobei in einem Spitzenbereich der Schaufel (3) in einer Ringkanalwandung des Gehäuses (1) und/oder der Welle (2) zumindest eine ringnutartige Ausnehmung (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt und die Lage der Ausnehmung (4) wie folgt definiert sind: – die axiale Anordnung ist so gewählt, dass sich eine Teillänge (A) der Ausnehmung (4) um max. 30% der Sehnenlänge einer Schaufel (3) vor deren Vorderkante aus gegen die Strömungsrichtung und bis max. 50% der Sehnenlänge der Schaufel (3) von deren Vorderkante aus in Strömungsrichtung erstreckt, – der Winkel (β) der Eintrittsflanke der Ausnehmung (4) ist zwischen 30° und 80° zum Wandungsgehäuse (1) geneigt, – der Winkel (α) der Austrittsfläche der Ausnehmung (4) ist zwischen 20° und 70° zur Wandung des Gehäuses (1) geneigt, – die radiale Tiefe der Ausnehmung beträgt max. 50% der axialen Sehnenlänge der Schaufel (3), – der Winkel (γ) der vorderen Fläche in Umfangsrichtung beträgt zwischen 30° und 60°, und – der Winkel (δ) der Neigung der hinteren Fläche in Umfangsrichtung beträgt zwischen 30° und 60°, und dass die Ausnehmung (4) im Querschnitt einer halbierten Herzform angenähert ist.Turbomachine with a flow path formed by a housing (1) and a rotating shaft (2), in which rows of blades (3) are arranged, wherein in a tip region of the blade (3) in a ring channel wall of the housing (1) and / or the shaft (2) at least one annular groove-like recess (4) is arranged, characterized in that the cross section and the position of the recess (4) are defined as follows: - the axial arrangement is chosen so that a partial length (A) of the Recess (4) by max. 30% of the chord length of a blade (3) in front of its front edge against the flow direction and up to max. 50% of the chord length of the blade (3) extends from its front edge in the flow direction, - the angle (β) of the leading edge of the recess (4) is inclined between 30 ° and 80 ° to the wall housing (1), - the angle (α) the outlet surface of the recess (4) is inclined between 20 ° and 70 ° to the wall of the housing (1), - the radial depth of the recess is max. 50% of the axial chord length of the blade (3), the angle (γ) of the front surface in the circumferential direction is between 30 ° and 60 °, and the angle (δ) of the inclination of the rear surface in the circumferential direction is between 30 ° and 60 ° °, and that the recess (4) in cross section approximates a halved heart shape.

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 1) oder es werden als Gegenmaßnahme sogenannte ”Casing Treatments” eingesetzt, die aus verschiedensten Konfigurationen aus Kammern und/oder eckigen Schlitzen, zumeist im Gehäuse über dem Rotor, bestehen.The aerodynamic load capacity and efficiency of fluid flow machines, such as fans, compressors, pumps and fans, is limited in particular by the growth and separation of boundary layers in the rotor and stator tip region near the housing or hub wall. This results in blade rows with running gap at higher load to Rückströmerscheinungen and the occurrence of instability of the machine. Prior art fluid power machines either have no special features to remedy this problem (see 1 ) or as a countermeasure so-called "Casing Treatments" are used, which consist of various configurations of chambers and / or angular slots, mostly in the housing above the rotor.

Bekannte Lösungen werden beispielsweise in folgenden Dokumenten offenbart:
US 2005/0226717 A1 (Flow Control Arrangement)
DE 101 35 003 C1 (Verdichtergehäusestruktur)
DE 103 30 084 A1 (Rezirkulationsstruktur für Turboverdichter)Known solutions are disclosed, for example, in the following documents:
US 2005/0226717 A1 (Flow Control Arrangement)
DE 101 35 003 C1 (Compressor housing structure)
DE 103 30 084 A1 (Recirculation structure for turbocompressors)

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 present invention thus relates to fluid flow machines such as fans, compressors, pumps and fans, in both axial, semi-axial and radial designs. 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 turbomachine according to the invention may comprise one or more stages, each with a rotor and a stator.

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, which are connected to the rotating shaft of the fluid flow machine and deliver energy to the working fluid. The rotor is designed with a free blade end on the housing. The stator according to the invention consists of a number of fixed blades, which are designed on the housing side 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 in front of the first rotor may have a special form of stator, a so-called leading wheel.

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 Vorleitrad may be rotatably mounted deviating from the immovable fixation in order to change the angle of attack. An adjustment is made for example by a spindle accessible from outside the annular channel.

In besonderer Ausgestaltung kann die Strömungsarbeitsmaschine mindestens eine Reihe verstellbarer Rotoren aufweisen.In a particular embodiment, the turbomachine may 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. 2 zeigt Beispiele erfindungsgemäß relevanter Strömungsarbeitsmaschinen.According to the invention, the fluid flow machine can alternatively also have a bypass configuration such that the single-flow annular channel divides behind a specific row of blades into two concentric annular channels, which in turn each comprise at least one further row of blades. 2 shows examples according to the invention relevant flow machines.

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.Simple existing concepts of "casing treatments" in the form of slots and / or chambers in the annular channel wall provide an increase in the stability of the fluid power machine. However, this is achieved due to the unfavorably chosen arrangement or shaping 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 particular, the invention relates to the shape of a portion of the annular channel wall and the arrangement and shaping of recesses in said annular channel wall portion in the region of a blade row with free end and running gap of a fluid flow machine.

Die US 2005/0111968 A1 beschreibt eine Strömungsarbeitsmaschine mit einem von einem Gehäuse und einer rotierenden Welle gebildeten Strömungspfad, wobei in dem Strömungspfad eine Reihe von Schaufeln angeordnet sind und wobei in einem Spitzenbereich der Schaufel in einer Ringkanalwandung des Gehäuses eine ringnutartige Ausnehmung angeordnet ist, deren Länge, Tiefe, Breite und/oder Neigungswinkel sich um den Umfang des Gehäuses ändert.The US 2005/0111968 A1 describes a fluid flow machine with a flow path formed by a housing and a rotating shaft, wherein in the flow path a number of blades are arranged and wherein in a tip region of the blade in an annular channel wall of the housing an annular groove-like recess is arranged whose length, depth, width and / or angle of inclination changes around the circumference of the housing.

Eine weitere Strömungsarbeitsmaschine ist aus der DE 10 2007 037 924 A1 bekannt. Dabei ist ebenfalls in einem Spitzenbereich der Schaufeln in einer Ringkanalwandung und/oder einer Welle eine ringnutartige Ausnehmung angeordnet, wobei der Querschnitt und die Lage der Ausnehmung wie folgt definiert sind:
Ein in Strömungsrichtung stromauf angeordneter Begrenzungspunkt (E) der Ausnehmung weist einen Abstand e > 0 vor dem vorderen Schaufelspitzenpunkt (A) auf, ein in Strömungsrichtung stromab angeordneter Begrenzungspunkt (F) der Ausnehmung weist einen Abstand (f) zu dem vorderen Schaufelspitzenpunkt (A) auf, wobei folgendes gilt: 0,5L > f > 0, wobei L als Abstand der Schaufelspitzenpunkte (A und B) definiert ist; wobei die Wandung der Ausnehmung einen Punkt (S) einschließt, welcher auf einer orthogonalen auf der Linie (A-B) durch den Punkt (S) angeordnet ist, wobei eine Gerade durch die Schaufelspitzenpunkte (A und B) und eine Tangente an die Wandung der Ausnehmung mindestens in einem Punkt der in einem Meridianschnitt gegebenen Wandung der Ausnehmung zwischen den Punkten (S) und (F) einen Winkel (β) einschließen, der 15° ≤ beta ≤ 70° beträgt, wobei alle Punkte in einer Meridianebene liegen, die durch eine Achsrichtung (x) der Achse der Strömungsarbeitsmaschine und eine Radialrichtung (r) gebildet wird, wobei alle Abstände parallel zu einer einen vorderen Schaufelspitzenpunkt (A) und einen hinteren Schaufelspitzenpunkt (B) verbindenden Linie gemessen sind, wobei zwei weitere Punkte (C) und (D) den Verlauf der Ringkanalwand stromauf der Ausnehmung kennzeichnen, (C) im Abstand 0,75L vor dem Schaufelspitzenpunkt (A) und (D) im Abstand 0,25L vor dem Schaufelspitzenpunkt (A), und wobei die Verbindungslinie (A-B) mit der Verbindungslinie (C-D) einen Winkel –15° < alpha < 30° einschließt.Another flow machine is out of the DE 10 2007 037 924 A1 known. In this case, an annular groove-like recess is likewise arranged in a tip region of the blades in an annular channel wall and / or a shaft, wherein the cross section and the position of the recess are defined as follows:
A boundary point (E) of the recess arranged upstream in the flow direction has a distance e> 0 in front of the front blade tip point (A), a downstream boundary point (F) of the recess points a distance (f) to the front blade tip point (A). in which: 0.5L>f> 0, where L is defined as the distance of the blade tip points (A and B); the wall of the recess including a point (S) disposed on an orthogonal line (AB) through the point (S), a straight line through the blade tip points (A and B) and a tangent to the wall of the recess at least in one Point of the wall of the recess between the points (S) and (F) given in a meridian section, an angle (β) which is 15 ° ≤ beta ≤ 70 °, all points being in a meridian plane passing through an axial direction (x ), and a radial direction (r) is formed, all distances being measured parallel to a line connecting a front blade tip point (A) and a rear blade tip point (B), two further points (C) and (D) Characterize the course of the annular channel wall upstream of the recess, (C) at a distance of 0.75 L before the blade tip point (A) and (D) at a distance of 0.25 L before the blade tip point (A), and wherein the connecting line (AB) with the connecting line (CD ) includes an angle -15 ° <alpha <30 °.

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.The present invention has for its object to provide a fluid flow machine of the type mentioned, which has an effective boundary layer influence in the blade tip area while avoiding the disadvantages of the prior art.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention the object is achieved by the feature combination of the main claim, the subclaims show further advantageous embodiments of 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.Thus, according to the invention, a possibility has been created of optimizing the flow influencing with the aid of the housing structuring by improving the flow boundary conditions of the housing structuring. According to the invention thus an adapted shaping of the circumferential grooves is achieved with respect to their axial position over the rotor. The grooves have corresponding cross-sections and, according to the invention, can thus be geometrically simple as well as geometrically complex free-form surfaces.

Die erfindungsgemäße Gehäusestrukturierung (Casing Treatment) kann sowohl mit fester, gleichbleibender Geometrie als auch mit adaptiver, zeitlich veränderlicher Geometrie ausgebildet sein.The casing structuring according to the invention (casing treatment) can be designed both with fixed, constant geometry and with adaptive, time-variable geometry.

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, known from the prior art efficiency loss does not occur.

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.The inventive design of the housing structuring (Ringkanalwandausnehmung) optimum flow in the circumferential groove (Ringkanalwandausnehmung), in particular as a function of the axial length, as well as an optimal interaction with the main flow is achieved.

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.An essential aspect of the invention lies in the inclined shape (against the flow direction of the gas turbine). Due to the forwardly inclined shape, which can be arranged for example at an angle of 45 °, it is avoided in the radially inwardly tapered housing that occurs in the circulation in the casing treatment (Ringkanalwandausnehmung) interfering fluid. At the same time, the outflow vector becomes flatter, resulting in a lower-loss inflow. Thus, in addition to the stability of the stage and the efficiency is improved according to the invention.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:In the following the invention will be described by means of embodiments in conjunction with the drawing. Showing:

1–3 typische Ausgestaltungsformen der Umfangsnuten gemäß dem Stand der Technik, 1 - 3 typical embodiments of the circumferential grooves according to the prior art,

4–10 Darstellungen zur Geometriedefinition, 4 - 10 Representations for the definition of geometry,

11–13 Varianten unterschiedlicher erfindungsgemäßer Ausgestaltungsformen, und 11 - 13 Variants of different inventive embodiments, and

14–22 erfindungsgemäße Ausgestaltungsformen der Erfindung. 14 - 22 inventive embodiments of the invention.

Die 1 zeigt aus dem Stand der Technik bekannte Umfangsnuten (ringförmige Ausnehmungen 4), welche zentrisch und zueinander parallel in einem Gehäuse 1 angeordnet sind und jeweils eine gleichbleibende Dicke und Breite aufweisen. Angrenzend an die Ausnehmungen 4 ist erfindungsgemäß eine Schaufel 3 angeordnet, welche relativ zu dem Gehäuse 1 rotiert. Die Schaufel 3 ist mit einer schematisch dargestellten Welle 2 verbunden, deren Mittelachse das Bezugszeichen 5 trägt.The 1 shows known from the prior art circumferential grooves (annular recesses 4 ), which are centric and parallel to each other in a housing 1 are arranged and each having a constant thickness and width. Adjacent to the recesses 4 is a scoop according to the invention 3 arranged, which relative to the housing 1 rotates. The shovel 3 is with a schematically illustrated shaft 2 connected, whose central axis is the reference numeral 5 wearing.

Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the following embodiments, the same parts are each provided with the same reference numerals.

Die 4 zeigt die Zuordnung der axialen Position Z der Ausnehmung 4, die 5 zeigt die radiale Tiefe R, bezogen auf die Mittelachse (Drehachse) 5. Die 6 zeigt die Definition der Umfangsneigung θ. Aus der 7 ist die Tiefe der Nut, bezogen auf die Oberfläche des Gehäuses 1 mit T dargestellt, die 8 zeigt die axiale Breite B der Ausnehmung 4 (Ringnut). Die Neigung in axialer Richtung der Ausnehmung 4 ist in 9 dargestellt, die Vorderkante ist um den Winkel α geneigt, während die Hinterkante um den Winkel β geneigt ist. Die Begriffe Vorderkante und Hinterkante beziehen sich jeweils auf die Strömungsrichtung, welche in den Darstellungen von links nach rechts erfolgt. Die 10 zeigt den Abstand A zweier benachbarter Ausnehmungen 4.The 4 shows the assignment of the axial position Z of the recess 4 , the 5 shows the radial depth R, relative to the central axis (axis of rotation) 5 , The 6 shows the definition of the circumferential inclination θ. From the 7 is the depth of the groove, relative to the surface of the housing 1 represented by T, the 8th shows the axial width B of the recess 4 (Annular groove). The inclination in the axial direction of the recess 4 is in 9 shown, the leading edge is inclined by the angle α, while the trailing edge is inclined by the angle β. The terms leading edge and trailing edge respectively refer to the direction of flow, which takes place in the illustrations from left to right. The 10 shows the distance A of two adjacent recesses 4 ,

Die 11–13 zeigen erfindungsgemäße Ausgestaltungsvarianten, aus welchen ersichtlich ist, dass die Ausnehmungen 4 sowohl nach vorne (gegen die Strömungsrichtung) geneigt sein können, als auch mit variierender Tiefe versehen sein können (12). Weiterhin ist erfindungsgemäß möglich, die Ausnehmungen 4 um den Umfang verlaufend unterschiedlich breit auszugestalten und/oder in axialer Richtung zu variieren. The 11 - 13 show variant embodiments according to the invention, from which it can be seen that the recesses 4 both forward (against the flow direction) may be inclined, as well as can be provided with varying depth ( 12 ). Furthermore, the invention is possible, the recesses 4 to make the circumference different widths and / or to vary in the axial direction.

Die 14 zeigt einen ersten Aspekt der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, aus welchem sich mit A die maximale axiale Sehnenlänge vor der Vorderkante der Schaufel 3 ergibt. B zeigt die axiale Sehnenlänge in Strömungsrichtung. A beträgt bevorzugterweise maximal 30% der axialen Sehnenlänge, während B bevorzugterweise maximal 50% der axialen Sehnenlänge, bevorzugterweise 30% der axialen Sehnenlänge beträgt. Hieraus ergibt sich eine maximale Länge der Ausnehmung 4 von ca. 80% der axialen Sehnenlänge, bevorzugterweise von 50%.The 14 shows a first aspect of the embodiment according to the invention, from which, with A, the maximum axial chord length in front of the leading edge of the blade 3 results. B shows the axial chord length in the flow direction. A is preferably at most 30% of the axial chord length, while B is preferably at most 50% of the axial chord length, preferably 30% of the axial chord length. This results in a maximum length of the recess 4 about 80% of the axial chord length, preferably 50%.

Die 15 zeigt die erfindungsgemäß bevorzugte Tiefe der Ausnehmung 4, welche maximal 50° der axialen Sehnenlänge betragen sollte. Ein bevorzugter Wert liegt bei 35%.The 15 shows the inventively preferred depth of the recess 4 which should not exceed 50 ° of the axial chord length. A preferred value is 35%.

Die 16 zeigt die Zuordnung des Winkels in Umfangsrichtung (Rotationsrichtung). Der Winkel γ der vorderen Flächen beträgt bevorzugterweise zwischen 30° und 60°, der Winkel δ der hinteren Fläche zwischen 30° und 60°. Die beiden Winkel können erfindungsgemäß gleich oder auch in axialer und radialer Richtung gesehen, unterschiedlich und sich innerhalb einer Nut ändernd ausgebildet sein. Im letzten Falle führt dies zu einer radialen und axialen Biegung der Kontur. Die obere Begrenzung der Ausnehmung 4 (radial außen) kann mit einer scharfen Kante oder als Rundung ausgeführt sein.The 16 shows the assignment of the angle in the circumferential direction (rotation direction). The angle γ of the front surfaces is preferably between 30 ° and 60 °, the angle δ of the rear surface between 30 ° and 60 °. The two angles according to the invention can be the same or seen in the axial and radial directions, different and formed within a groove changing. In the latter case, this leads to a radial and axial bending of the contour. The upper limit of the recess 4 (radially outside) can be designed with a sharp edge or as a rounding.

Die in 16 gezeigten Winkel γ und δ können sich in Strömungsrichtung verändern, wobei die Änderung der Winkel erfindungsgemäß voneinander unabhängig sein kann. Der Winkel γ, der die Gesamtneigung bzw. Außenneigung der Ausnehmung 4 bestimmt, kann dabei entsprechend variiert werden.In the 16 shown angle γ and δ can change in the flow direction, wherein the change in the angle according to the invention may be independent of each other. The angle γ, the total inclination or outer inclination of the recess 4 determined, can be varied accordingly.

Die 17 zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Form der Ausnehmung 4, ähnlich einer halben Herzform (die strichlierte Linie verdeutlicht die gesamte Herzform). Der Konturverlauf der Ausnehmung 4 ist bevorzugterweise mathematisch stetig und/oder differenzierbar.The 17 shows a particularly preferred embodiment of the shape of the recess 4 , similar to a half heart shape (the dashed line illustrates the entire heart shape). The contour of the recess 4 is preferably mathematically continuous and / or differentiable.

Die in 17 gezeigte halbe Herzform wird bestimmt durch die beiden Winkelschenkel der Winkel α und β, siehe auch 20. Wie in 20 dargestellt, spannen die beiden Winkelschenkel der Winkel α und β den Anfangsbereich bzw. Endbereich der durch die halbe Herzform vorgegebenen Querschnittskurve auf. Dabei sind die Winkelschenkel, wie in 20 dargestellt, tangential zu dem anfangsseitigen bzw. endseitigen Kurvenverlauf angeordnet (siehe gestrichelte Linien in 17).In the 17 shown half heart shape is determined by the two angle legs of the angles α and β, see also 20 , As in 20 represented, the two angle legs of the angle α and β the initial range or end of the predetermined by half the heart shape cross-sectional curve. Here are the angle legs, as in 20 represented tangentially to the start-side or end-side curve (see dashed lines in FIG 17 ).

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.The further course of the curve (half heart shape) is chosen so that it is continuous and thus twice differentiable. Thus, no curvature jumps arise. The angles α and β are chosen according to the arrival and outflow conditions of the rotor.

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.The further curve of the half heart shape can be defined, for example, by B-splines and / or Bèzier curves. It is a cardioid in which an additional rotation around an axis (coordinate transformation) was performed.

Aus 18 ergibt sich der erfindungsgemäß bevorzugte Deckungsgrad, welcher definiert wird als das Verhältnis der offenen Fläche, gebildet durch die Ausnehmungen 4, zu der insgesamt in axialer Richtung (Umfangsrichtung) begrenzten Fläche, innerhalb welcher die Ausnehmungen 4 angeordnet sind. Die Überdeckung ist bevorzugterweise kleiner als 50%, in bevorzugter Ausgestaltung bei 30%.Out 18 results in the inventively preferred degree of coverage, which is defined as the ratio of the open area formed by the recesses 4 , to the total in the axial direction (circumferential direction) limited area, within which the recesses 4 are arranged. The coverage is preferably less than 50%, in a preferred embodiment at 30%.

Die 18 zeigt eine Ausgestaltung, bei welcher pro Schaufelteilung (Abstand zweier benachbarter Schaufeln) eine Nut oder Ausnehmung 4 vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, weniger Ausnehmungen 4 vorzusehen, beispielsweise eine Nut oder Ausnehmung 4 für zwei Schaufelpassagen bzw. drei Schaufeln. Es kann sich somit ergeben, dass am Umfang des Gehäuses beispielsweise nur acht bis zehn Ausnehmungen 4 oder Nuten ausgebildet sind.The 18 shows an embodiment in which per blade pitch (distance between two adjacent blades) a groove or recess 4 is provided. According to the invention, it is also possible to have fewer recesses 4 provide, for example, a groove or recess 4 for two blade passages or three blades. It may thus be apparent that at the periphery of the housing, for example, only eight to ten recesses 4 or grooves are formed.

Weiterhin ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, dass es erfindungsgemäß nicht erforderlich ist, die Nuten oder Ausnehmungen 4 gleichmäßig am Umfang zu verteilen. Diese können vielmehr auch ungleichmäßig und voneinander unabhängig verteilt sein.Furthermore, it should be noted in this context that it is not necessary according to the invention, the grooves or recesses 4 evenly distributed around the circumference. Rather, they can also be distributed unevenly and independently of each other.

Die 19 zeigt den erfindungsgemäß vorgesehenen Staffelungswinkel. Der Winkel ε liegt in einem Bereich von +30° bis –30°, bevorzugterweise bei 0°. Die gleichen Werte ergeben sich für den Winkel ζ. Die Winkel können erfindungsgemäß entweder gleich sein oder sich in axialer oder radialer Richtung innerhalb der Ringnut (Ausnehmung 4) ändern. Hierdurch ergibt sich eine axiale und radiale Biegung der Ringnut 4.The 19 shows the staggering angle provided according to the invention. The angle ε is in a range of + 30 ° to -30 °, preferably at 0 °. The same values result for the angle ζ. According to the invention, the angles can either be the same or can be in the axial or radial direction within the annular groove (recess 4 ) to change. This results in an axial and radial bending of the annular groove 4 ,

Die 20 zeigt die erfindungsgemäße Zuordnung der Winkel der Eintritts- und Austrittsflanken. Der Austrittswinkel α beträgt bevorzugterweise zwischen 20° und 70°, der Eintrittswinkel β zwischen 30° und 80°. Die beiden Winkel α und β können erfindungsgemäß gleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein und können sich auch, in Umfangsrichtung gesehen, innerhalb der Ausnehmung 4 (Ringkanalwandnut) ändern.The 20 shows the inventive assignment of the angles of the inlet and outlet edges. The exit angle α is preferably between 20 ° and 70 °, the entrance angle β between 30 ° and 80 °. The two angles α and β can be configured according to the invention the same or different and can also, seen in the circumferential direction, within the recess 4 (Ring channel wall groove) change.

Die 21 zeigt den Abstand der einzelnen Ausnehmungen 4 voneinander. Der Abstand C kann am Umfang gleich sein, er kann auch variiert werden. Außerdem kann er sich in radialer und/oder axialer Richtung ändern, wobei insgesamt der oben genannte Überdeckungsgrad erzielt werden muss.The 21 shows the distance between the individual recesses 4 from each other. The distance C can be the same at the circumference, it can also be varied. In addition, it can change in the radial and / or axial direction, with the total of the above-mentioned degree of coverage must be achieved.

Die 22 zeigt die erfindungsgemäß vorgesehene Breite der Nuten, welche erfindungsgemäß maximal 15% des Abstands von einem Rotor zum nächsten beträgt und sich in Abhängigkeit von der radialen Position und der axialen Position verändern kann.The 22 shows the inventively provided width of the grooves, which according to the invention is a maximum of 15% of the distance from one rotor to the next and can vary depending on the radial position and the axial position.

Die Grundform der Ausnehmungen kann erfindungsgemäß eckig, rund oder oval sein, sie kann auch mit radialer Ausdehnung variieren.The basic shape of the recesses may be angular, round or oval according to the invention, it may also vary with radial expansion.

Weiterhin können erfindungsgemäß die einzelnen Ausnehmungen gleich dimensioniert sein oder sich im Rahmen der oben genannten Parameter unterscheiden.Furthermore, according to the invention, the individual recesses can be dimensioned the same or differ within the parameters mentioned above.

Claims

Turbomachine with one of a housing ( 1 ) and a rotating shaft ( 2 ) in which rows of blades (FIG. 3 ) are arranged, wherein in a tip region of the blade ( 3 ) in a ring channel wall of the housing ( 1 ) and / or the wave ( 2 ) at least one annular groove-like recess ( 4 ), characterized in that the cross-section and the position of the recess ( 4 ) are defined as follows: - the axial arrangement is chosen so that a partial length (A) of the recess (A) 4 ) by max. 30% of the chord length of a blade ( 3 ) in front of the front edge against the flow direction and up to max. 50% of the chord length of the blade ( 3 ) extends from its front edge in the flow direction, - the angle (β) of the leading edge of the recess ( 4 ) is between 30 ° and 80 ° to the wall housing ( 1 ), - the angle (α) of the exit surface of the recess ( 4 ) is between 20 ° and 70 ° to the wall of the housing ( 1 ), - the radial depth of the recess is max. 50% of the axial chord length of the blade ( 3 ), - the angle (γ) of the front surface in the circumferential direction is between 30 ° and 60 °, and - the angle (δ) of the inclination of the rear surface in the circumferential direction is between 30 ° and 60 °, and in that the recess ( 4 ) is approximated in cross-section of a halved heart shape.

Turbomachine according to claim 1, characterized in that the depth of the recess ( 4 ) Is 35% of the axial chord length of the blade.

Turbomachine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the degree of overlap which determines the ratio of the open areas of the recesses ( 4 ) in the circumferential direction of the recesses ( 4 ) limited area is less than 50%.

Turbomachine according to claim 3, characterized in that the degree of overlap, which determines the ratio of the open areas of the recesses ( 4 ) in the circumferential direction of the recesses ( 4 ) limited area is less than 30%.

Flow working machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that a staggering angle (ε) of the front edge of the recess ( 4 ) in the axial direction between + 30 ° and -30 °.

Turbomachine according to one of claims 1 to 5, characterized in that a stagger angle (ζ) of the rear edge of the recess ( 4 ) in the axial direction between + 30 ° and -30 °.

Flow working machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the width (D) of the recess ( 4 ) Max. 15% of the distance from one rotor to the next.

Turbomachine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the basic shape of the recess is angular in cross-section.

Turbomachine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the basic shape of the recess is round in cross-section.

Turbomachine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the basic shape of the recess is oval in cross-section.

Flow working machine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the geometry of the recess ( 4 ) is variable and / or temporally changeable.