DE102008049358A1 - Axial flow machine with asymmetric compressor inlet guide - Google Patents

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Abstract

Eine axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass und einem dem Lufteinlass nachgeordneten Verdichter mit einem aus Leitschaufeln gebildeten Eintrittsleitgitter ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne Leitschaufeln des Eintrittsleitgitters ein von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder einen abweichenden Anstellwinkel aufweist. Hierdurch wird der Eintrittsströmungswinkel der ersten Verdichterstufe umfangssymmetrisch vergleichmäßigt. Dies erfolgt dadurch, dass die durch die Asymmetrie des Lufteinlasses verursachten unterschiedlichen Eintrittswinkel an verschiedenen Umfangspositionen des Eintrittsleitgitters durch gezielte Profilierung und/oder gezielte Veränderung des Anstellwinkels einzelner Leitschaufeln derart beeinflusst wird, dass hieraus ein umfangssymmetrischer Abstörmwinkel aus dem Eintrittsleitkranz resuliert. Dadurch werden die durch den asymmetrischen Lufteinlass verursachten Umfangsstörungen minimiert und damit der ersten Verdichterstufe weitgehend umfangssymmetrische Eintrittsbedingungen weitergegeben, was zu einer verbesserten Stabilität und einem verbesserten Wirkungsgrad des Verdichters führt.An axial flow machine with an asymmetrical air inlet and a compressor arranged downstream of the air inlet with an inlet guide grid formed by guide vanes is characterized in that at least individual guide vanes of the inlet guide grid have a blade profile differing from the remaining guide vanes and / or a different angle of attack. As a result, the inlet flow angle of the first compressor stage is made uniform in terms of circumference. This is done by the different entry angles caused by the asymmetry of the air inlet at different circumferential positions of the inlet guide grille being influenced by targeted profiling and / or targeted change of the angle of attack of individual guide vanes, resulting in a circumferentially symmetrical deceleration angle from the inlet guide ring. As a result, the peripheral disturbances caused by the asymmetrical air inlet are minimized and thus the first compressor stage largely passes on circumferentially symmetrical inlet conditions, which leads to improved stability and improved efficiency of the compressor.

Description

Die Erfindung betrifft eine axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass und einem dem Lufteinlass unmittelbar nachgeordnetem Verdichter mit einem aus Leitschaufeln gebildetem Eintrittsleitgitter.The The invention relates to an axial flow machine with asymmetric Air inlet and a compressor immediately downstream of the air inlet with a guide vanes formed Eintrittsleitgitter.

Derartige axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass kommen beispielsweise bei Kerntriebwerken von Turboprop- oder Hubschraubertriebwerken vor. Als Folge der unsymmetrischen Anströmung können sich Anströmungsprobleme der ersten Verdichterstufe ergeben, die zu einem teilweisen Ablösen der Strömung an dieser Schaufelstufe mit daraus resultierendem Pumpen und Wirkungsgradverlust führen kann.such axial flow machine with asymmetric air intake come for example in core engines turboprop or helicopter engines. As a result of unbalanced inflow can flow problems the first compressor stage, resulting in a partial replacement of the flow at this vane stage with consequent pumping and loss of efficiency to lead can.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Lösungen des Standes der Technik zu vermeiden und eine verbesserte Lösung zur möglichst symmetrischen Anströmung der ersten Verdichterstufe bei einer axialen Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass zur Verfügung zu stellen.Of the The invention is therefore based on the object, the disadvantages of the known solutions to avoid the prior art and an improved solution to preferably symmetrical flow the first compressor stage in an axial flow machine with asymmetric Air intake available to deliver.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass und einem dem Lufteinlass nachgeordnetem Verdichter mit einem aus Leitschaufeln gebildetem Eintrittsleitgitter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by a axial flow machine with asymmetric air inlet and a downstream of the air intake Compressor with a guide vanes formed inlet guide solved with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist eine axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass und einem dem Lufteinlass nachgeordnetem Verdichter mit einem aus Leitschaufeln gebildetem Eintrittsleitgitter vorgesehen, bei welcher zumindest einzelne Leitschaufeln des Eintrittsleitgitters ein von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder einen abweichenden Anstellwinkel aufweisen. Hierdurch wird der Eintrittsströmungswinkel der ersten Verdichterstufe umfangssymmetrisch vergleichmäßigt. Dies erfolgt dadurch, dass die durch die Asymmetrie des Lufteinlasses verursachten unterschiedlichen Eintrittswinkel an verschiedenen Umfangspositionen des Eintrittsleitgitters durch gezielte Profilierung und/oder gezielte Veränderung des Anströmwinkels einzelner Leitschaufeln derart beeinflusst wird, dass hieraus ein umfangssymmetrischer Abströmwinkel aus dem Eintrittsleitkranz resultiert. Dadurch werden die durch den asymmetrischen Lufteinlass verursachten Umfangsstörungen minimiert und damit der ersten Verdichterstufe weitgehend umfangssymmetrische Eintrittsbedingungen weitergegeben, was zu einer verbesserten Stabilität und einem verbesserten Wirkungsgrad des Verdichters führt. Beispielsweise kann es in dem Leitgitter eine Leitschaufel-Hauptgruppe geben, die nur einige Einzelschaufeln aufweist, die sich von der Gruppe unterscheiden.According to the invention is a axial flow machine with asymmetric air inlet and a downstream of the air intake Compressor provided with a formed of vanes Eintrittsleitgitter, in which at least individual guide vanes of Eintrittsleitgitters one of the remaining vanes deviating blade profile and / or a different angle of attack exhibit. As a result, the inlet flow angle of the first compressor stage uniformly symmetrical. This takes place by the fact that by the asymmetry of the air inlet caused different entrance angles at different Circumferential positions of the inlet guide by targeted profiling and / or targeted change the angle of attack individual guide vanes is influenced in such a way that from this circumferentially symmetrical outlet angle resulting from the inlet guide ring. This will be through Minimized circumferential obstruction caused by the asymmetric air intake and thus the first compressor stage largely circumferentially symmetrical Passed entry conditions, resulting in improved stability and a improved efficiency of the compressor leads. For example, it can in the baffle give a main vane group, which only a few Has individual blades that are different from the group.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass einzelne oder mehrere der auf das Eintrittsleitgitter folgenden Leitgitter zumindest einzelne Leitschaufeln mit einem von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder einen abweichenden Anstellwinkel aufweisen. Durch die asymmetrische Profilierung der auf das Eintrittsleitgitter folgenden Zwischenleitgitter können ggf. noch vorhandene Restasymmetrien der Strömung nach der ersten Stufe weiter abgebaut werden.A advantageous embodiment the invention provides that one or more of the on the Eintrittsleitgitter following guide grille at least individual vanes with one of the remaining vanes deviating blade profile and / or a different angle of attack exhibit. Due to the asymmetric profiling of the inlet grille following intermediate grids can possibly remaining residual asymmetries of the flow after the first stage be further reduced.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass einzelne Leitschaufelgruppen ein von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder Anstellwinkel aufweisen. Dies ermöglicht eine rationelle Fertigung und entsprechende Kosteneinsparungen. Beispielsweise können die Leitschaufeln in mehreren Gruppen unterschiedlicher Geometrie angeordnet sein.A advantageous embodiment The invention provides that individual vane groups one of the rest Guide vanes deviating blade profile and / or angle of attack exhibit. this makes possible a rational production and corresponding cost savings. For example, you can the vanes in several groups of different geometry be arranged.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Leitschaufeln der jeweiligen Leitschaufelgruppen voneinander abweichende Schaufelprofile und/oder Anstellwinkel aufweisen.A further advantageous embodiment of the The invention provides that the guide vanes of the respective vane groups have different blade profiles and / or angle of attack.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass alle Leitschaufeln unterschiedlich profiliert sind und/oder einen unterschiedlichen Anstellwinkel aufweisen. D. h. hier kann eine gezielte Profilierung jeder einzelnen Schaufel oder eine Umstaffelung der einzelnen Schaufeln erfolgen und dadurch eine Anpassung an die asymmetrische Anströmung vorgenommen werden Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Leitschaufeln verstellbar ausgebildet sind. Durch eine unterschiedliche Verstellung von zumindest einzelnen Schaufeln oder Schaufelgruppen kann ebenfalls der gewünschte Effekt erzielt werden, da hierdurch quasi eine gezielte Umstaffelung einzelner Schaufeln erfolgen kann. Dies hat weiterhin der Vorteil, dass bei veränderten Strömungsverhältnissen die individuelle Ausrichtung des Leitgitters nachgefahren werden kann.A further advantageous embodiment of the Invention provides that all vanes profiled differently are and / or have a different angle of attack. D. H. Here can be a targeted profiling of each individual scoop or a staggering of the individual blades done and thereby an adaptation to the asymmetric flow be made further advantageous embodiment The invention provides that the vanes are adjustable are. By a different adjustment of at least individual Shovels or blade groups can also have the desired effect be achieved, as a result of a quasi-specific rebalancing of individual Shovels can be done. This has the further advantage that at changed flow conditions the individual orientation of the guide grid can be traced can.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Leitschaufeln eintrittsseitig aus einem feststehenden Teil und austrittsseitig aus einem schwenkbaren Teil gebildet sind. Hierdurch lassen sich auch individuell verschiedene Profilierungen einzelner Schaufeln des Leitschaufelgitters erstellen, wenn die entsprechende Verstellung für einzelne oder alle Schaufeln individuell verschieden erfolgt.A further advantageous embodiment of the Invention provides that the guide vanes on the inlet side a fixed part and on the outlet side of a pivotable Part are formed. This also allows individually different profiles create individual vanes of the vane grid when the appropriate adjustment for individual or all blades are individually different.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass für einzelne oder alle Leitschaufeln jeweils eine individuelle Regelung vorgesehen ist. Dies ermöglicht ein individuelles Nachfahren jeder einzelnen Schaufel bei veränderten Strömungsbedingungen.A further advantageous embodiment According to the invention, an individual regulation is provided for each or all vanes. This enables individual descendants of each individual blade under changed flow conditions.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:Further the invention improving measures will be described below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the figures shown in more detail. Show it:

1 einen schematischen Darstellung eines Eintrittsleitgitters gemäß der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of a Eintrittsleitgitters according to the present invention;

2 ein schematischer Darstellung eines Eintrittsleitgitters vom Stand der Technik; 2 a schematic representation of a Eintrittsleitgitters of the prior art;

1 zeigt einen schematischen Darstellung eines abgewickelten Eintrittsleitgitters gemäß der vorliegenden Erfindung mit Multiprofilen, d. h. individueller Profilierung jeder einzelnen Schaufel des Eintrittsleitgitters. Dadurch sind die Schaufeln an den variablen umfangsunsymmetrischen Anströmwinkel des Eintrittsleitgitters angepasst. Diese unsymmetrische Anströmung wird durch den asymmetrischen Lufteinlass verursacht. Durch das erfindungsgemäße Eintrittsleitgitter wird über den ganzen Umfang ein konstanter Abströmwinkel erzeugt und der ersten Verdichterstufe weitgehend umfangssymmetrische Eintrittsbedingungen weitergegeben. Dies führt zu einer verbesserten Stabilität und einem verbesserten Wirkungsgrad des Verdichters. 1 shows a schematic representation of a developed Eintrittsleitgitters according to the present invention with multi-profiles, ie individual profiling of each blade of the Eintrittsleitgitters. As a result, the blades are adapted to the variable circumferentially asymmetrical angle of attack of the inlet guide grille. This unbalanced flow is caused by the asymmetric air inlet. By Eintrittsleitgitter invention a constant outflow angle is generated over the entire circumference and the first compressor stage passed largely circumferentially symmetrical entry conditions. This leads to improved stability and improved efficiency of the compressor.

2 zeigt ein schematischer Darstellung eines abgewickelten Eintrittsleitgitters vom Stand der Technik mit umfangsunsymmetrischer Anströmung, die durch einen asymmetrischen Lufteinlass verursacht wird. Hier weisen die in der Zeichnungsebene äußerste linke und äußerste rechte Leitschaufel Ablösungen auf, die sich in den nachfolgenden Verdichterstufen fortsetzen und zu instabilem Verdichterverhalten, d. h. zu Pumpen führen. Ferner lässt sich aus 2 entnehmen, dass der Abströmwinkel in diesem Fall nicht über den Umfang konstant ist, sondern sich an jeder Leitschaufel ändert, was ebenfalls zu instabilem Verdichterverhalten und Wirkungsgradverlusten führen kann. 2 Figure 12 is a schematic representation of a prior art unwound inlet guide grate with circumferentially asymmetric flow caused by an asymmetric air inlet. Here, the leftmost and outermost right vane in the plane of the drawing have separations which continue in the subsequent compressor stages and lead to unstable compressor behavior, ie to pumps. It also turns out 2 It can be seen that the outflow angle in this case is not constant over the circumference, but changes at each vane, which can also lead to unstable compressor behavior and efficiency losses.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der in den Patentansprüchen beanspruchten Lösung auch bei anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The Restricted invention in their execution not to the preferred embodiment given above. Rather, a number of variants are conceivable, which of the in the claims claimed solution also in other types Use.

Claims (8)

Axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass und einem dem Lufteinlass nachgeordnetem Verdichter mit einem aus Leitschaufeln gebildetem Eintrittsleitgitter, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne Leitschaufeln des Eintrittsleitgitters ein von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder einen abweichenden Anstellwinkel aufweisen.Axial turbomachine with asymmetrical air inlet and a downstream of the air inlet compressor with a guide vanes formed Eintrittsleitgitter, characterized in that at least individual vanes of Eintrittsleitgitters have a deviating from the remaining vanes blade profile and / or a different angle of attack. Axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder mehrere der auf das Eintrittsleitgitter folgenden Leitgitter zumindest einzelne Leitschaufeln mit einem von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder einen abweichenden Anstellwinkel aufweisen.Axial flow machine with asymmetric air intake according to claim 1, characterized that one or more of the following on the Eintrittsleitgitter Guide grille at least individual vanes with one of the remaining vanes deviating blade profile and / or a different angle of attack exhibit. Axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Leitschaufelgruppen ein von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder Anstellwinkel aufweisen.Axial flow machine with asymmetric air intake according to claim 1 or 2, characterized characterized in that individual vane groups are one of the remaining vanes have deviating blade profile and / or angle of attack. Axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln der jeweiligen Leitschaufelgruppen voneinander abweichende Schaufelprofile und/oder Anstellwinkel aufweisen.Axial flow machine with asymmetric air inlet according to claim 3, characterized that the vanes of the respective vanes groups from each other have different blade profiles and / or angle of attack. Axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Leitschaufeln unterschiedlich profiliert sind und/oder einen unterschiedlichen Anstellwinkel aufweisen.Axial flow machine with asymmetrical air intake according to one of the claims 1 to 4, characterized in that all the guide vanes different are profiled and / or have a different angle of attack. Axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass nach Patentanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln verstellbar ausgebildet sind.Axial flow machine with asymmetric air inlet according to claim 1 to 5, characterized characterized in that the guide vanes are adjustable. Axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass nach Patentanspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln eintrittsseitig aus einem feststehenden Teil und austrittsseitig aus einem schwenkbaren Teil gebildet sind.Axial flow machine with asymmetric air intake according to claim 1 to 6, characterized characterized in that the guide vanes on the inlet side of a fixed part and the outlet side of a pivoting part are formed. Axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass nach Patentanspruch 8 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für einzelne oder alle Leitschaufeln jeweils eine individuelle Regelung vorgesehen ist.Axial flow machine with asymmetrical air intake according to claim 8 or 7, characterized marked that for individual or all vanes each have an individual control is provided.
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