DE102017119870A1

DE102017119870A1 - Blade assembly of a turbomachine

Info

Publication number: DE102017119870A1
Application number: DE102017119870.9A
Authority: DE
Inventors: Moritz Wirth; Jens ORTMANNS
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaufelanordnung einer Strömungsmaschine, die eine Mehrzahl von Schaufeln (150, 250) und mindestens einen Ring (153, 154, 254) aufweist, mit dem die Schaufeln (150, 250) fest verbunden sind, wobei der Ring (153, 154, 254) den Strömungspfad durch die Schaufelanordnung radial begrenzt. Es ist vorgesehen, dass mindestens ein Schwingungsaktuator (71-74) mit dem Ring (153, 154, 254) verbunden ist, wobei der Schwingungsaktuator (71-74) dazu vorgesehen und ausgebildet ist, eine Mehrzahl der Schaufeln (150, 250) zu Schwingungen anzuregen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Turbofantriebwerk mit einer solchen Schaufelanordnung.

The invention relates to a blade arrangement of a turbomachine having a plurality of blades (150, 250) and at least one ring (153, 154, 254) to which the blades (150, 250) are fixedly connected, wherein the ring (153, 154, 254) radially limit the flow path through the vane assembly. It is contemplated that at least one vibration actuator (71-74) is connected to the ring (153, 154, 254), wherein the vibration actuator (71-74) is provided and adapted to receive a plurality of the blades (150, 250) To stimulate vibrations. The invention further relates to a turbofan engine with such a blade arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaufelanordnung einer Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Turbofantriebwerk mit einer solchen Schaufelanordnung.The invention relates to a blade arrangement of a turbomachine according to the preamble of patent claim 1 and a turbofan engine with such a blade arrangement.

In Flugtriebwerken kann das Problem auftreten, dass an den unmittelbar hinter dem Fan angeordneten Leitschaufeln oder Laufschaufeln eine Eisbildung stattfindet. Um dies zu verhindern, ist es aus der WO 2014/209665 A1 bekannt, elektrische Aktuatoren an Leitschaufelblättern anzuordnen, die diese in Schwingungen versetzen und dadurch eine Eisbildung verhindern oder reduzieren.In aircraft engines, the problem may arise that on the immediately behind the fan arranged vanes or blades ice formation takes place. To prevent this, it is out of the WO 2014/209665 A1 known to arrange electrical actuators on vanes, which set them in vibration and thereby prevent or reduce ice formation.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaufelanordnung zur Verfügung zu stellen, die in effektiver Weise eine Eisbildung verhindert. Des Weiteren soll ein Turbofantriebwerk mit einer solchen Schaufelanordnung bereitgestellt werden.The present invention has for its object to provide a blade assembly that effectively prevents ice formation. Furthermore, a turbofan engine with such a blade arrangement is to be provided.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaufelanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Turbofantriebwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a blade arrangement having the features of patent claim 1 and a turbofan engine having the features of patent claim 15. Embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Danach betrachtet die vorliegende Erfindung eine Schaufelanordnung einer Strömungsmaschine, die eine Mehrzahl von Schaufeln und mindestens einen Ring aufweist, mit dem die Schaufeln fest verbunden sind. Der Ring begrenzt dabei den Strömungspfad durch die Schaufelanordnung in radialer Richtung. Insbesondere kann es sich bei dem Ring um einen äußeren Ring handeln, der den Strömungspfad durch die Schaufelanordnung radial außen begrenzt, und/oder um einen inneren Ring handeln, der den Strömungspfad durch die Schaufelanordnung radial innen begrenzt.Thereafter, the present invention contemplates a blade assembly of a turbomachine having a plurality of blades and at least one ring to which the blades are fixedly connected. The ring limits the flow path through the blade assembly in the radial direction. In particular, the ring may be an outer ring that defines the flow path through the blade assembly radially outward, and / or may be an inner ring that defines the flow path through the blade assembly radially inward.

Die Erfindung sieht vor, dass mindestens ein Schwingungsaktuator mit dem Ring verbunden ist, wobei der Schwingungsaktuator dazu vorgesehen und ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Schaufeln der Schaufelanordnung zu Schwingungen anzuregen.The invention provides that at least one Schwingungsaktuator is connected to the ring, wherein the Schwingungsaktuator is provided and adapted to excite a plurality of blades of the blade assembly to vibrate.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, durch Anordnung mindestens eines Schwingungsaktuators an dem Ring, mit dem die Schaufeln fest verbunden sind, eine Mehrzahl von Schaufeln zu Eigenschwingungen mit einer derartigen Amplitude anzuregen, dass eine Eisbildung verhindert oder, sofern bereits vorhanden, beseitigt wird. Die Anregung der Schwingung erfolgt nach der vorliegenden Erfindung dabei anders als bei der WO 2014/209665 A1 entfernt von der zu enteisenden Stelle und damit entfernt vom Gasstrom, so dass der Schwingungsaktuator den Gasstrom nicht beeinflusst und nicht der Erosion ausgesetzt ist. Dementsprechend ist es auch nicht erforderlich, den Schwingungsaktuator flach auszubilden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass über einen Schwingungsaktuator mehrere Schaufeln zu Schwingungen angeregt werden können.The present invention makes it possible, by arranging at least one vibration actuator on the ring to which the blades are fixed, to excite a plurality of blades to natural vibrations of such amplitude that ice formation is prevented or, if present, eliminated. The excitation of the vibration takes place according to the present invention differently than in the WO 2014/209665 A1 away from the point to be deiced and thus away from the gas flow, so that the vibration actuator does not affect the gas flow and is not exposed to erosion. Accordingly, it is not necessary to make the vibration actuator flat. Another advantage of the invention is that a plurality of blades can be excited to vibrate via a vibration actuator.

Es wird darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Schaufelanordnung grundsätzlich eine Laufschaufelanordnung oder eine Leitschaufelanordnung sein kann. Dementsprechend bezeichnet der Begriff „Ring“ im Sinne der vorliegenden Erfindung jede Struktur, die eine Schaufelreihe radial innen oder radial außen begrenzt. Insbesondere kann es sich bei dem Ring um eine Rotornabe, ein inneres Deckband oder ein äußeres Deckband handeln. Der Ring bzw. die Nabe bzw. das Deckband kann dabei einstückig ausgebildet sein oder aus Ringsegmenten bestehen, die in Umfangsrichtung aneinander angrenzend angeordnet den Ring bilden. In letzterem Falle besteht der Ring aus äußeren Plattformen und inneren Plattformen, die jeweils mindestens eine Schaufel tragen.It should be noted that the blade arrangement according to the invention can basically be a blade arrangement or a guide blade arrangement. Accordingly, the term "ring" in the context of the present invention, any structure that limits a row of blades radially inward or radially outward. In particular, the ring may be a rotor hub, an inner shroud or an outer shroud. The ring or the hub or the shroud can be integrally formed or consist of ring segments which are arranged adjacent to each other in the circumferential direction form the ring. In the latter case, the ring consists of outer platforms and inner platforms, each carrying at least one blade.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Ring durch eine einstückige bzw. integral ausgebildete Struktur gebildet. Eine solche einstückige Struktur weist nur geringe Dämpfungseigenschaften auf, so dass eine solche Struktur über den mindestens einen Schwingungsaktuator leicht zu Schwingungen angeregt werden kann, wobei es nicht erforderlich ist, dass der Schwingungsaktuator unmittelbar benachbart einer anzuregenden Schaufel angeordnet ist. Ausgestaltungen können vorsehen, dass auch die Schaufeln der Schaufelreihe einstückig mit dem Ring ausgebildet sind, also die gesamte Schaufelanordnung einschließlich mindestens eines Rings aus einem Teil gefertigt ist.According to one embodiment of the invention, the ring is formed by a one-piece or integrally formed structure. Such a one-piece structure has only low damping properties, so that such a structure can easily be excited to vibrate via the at least one vibration actuator, wherein it is not necessary that the vibration actuator is arranged directly adjacent to a blade to be excited. Embodiments may provide that the blades of the blade row are formed integrally with the ring, so the entire blade assembly including at least one ring is made of a part.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Schwingungsaktuator an der Außenseite des Rings angeordnet. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass der Schwingungsaktuator vom Strömungspfad entfernt ist und mit dem Gasstrom nicht interagieren kann. Auch besteht ein einfacher Zugang zum Schwingungsaktuator. Trotzdem kann es in alternativen Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen sein, dass der mindestens eine Schwingungsaktuator an der Innenseite des Rings angeordnet ist. Dies kann beispielsweise mit dem Vorteil verbunden sein, dass bestimmte Schwingungsmoden spezifischer angeregt werden können.According to one embodiment of the invention, the at least one vibration actuator is arranged on the outside of the ring. This has the advantage that the vibration actuator is remote from the flow path and can not interact with the gas flow. There is also easy access to the vibration actuator. Nevertheless, it may be provided in alternative embodiments of the invention that the at least one vibration actuator is arranged on the inside of the ring. This may, for example, be associated with the advantage that specific vibration modes can be excited more specifically.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der mindestens eine Schwingungsaktuator derart angeordnet ist, dass er primär die Vorderkanten der Schaufeln zu Schwingungen anregt. Da eine Eisbildung an den Vorderkanten der Schaufeln einsetzt, wird hierdurch eine Eisbildung besonders effektiv verhindert. Dabei kann vorgesehen sein, dass der oder die Schwingungsaktuatoren im Hinblick auf ihre axiale Position an oder im Bereich der Vorderkante der Schaufeln angeordnet sind.A further embodiment of the invention provides that the at least one vibration actuator is arranged such that it primarily excites the front edges of the blades to vibrate. Since ice formation begins at the leading edges of the blades, ice formation is thereby prevented particularly effectively. It can be provided the vibration actuator or actuators are arranged with respect to their axial position at or in the region of the leading edge of the blades.

Der Schwingungsaktuator ist beispielsweise in einer Aussparung des Rings angeordnet. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Schwingungsaktuator an der Innenseite des Rings angeordnet ist, damit er den Gasstrom durch den Strömungspfad nicht beeinflusst. Weiter kann vorgesehen sein, dass der Schwingungsaktuator mit dem Ring verschraubt oder in diesen eingeklebt ist.The vibration actuator is arranged for example in a recess of the ring. This is particularly useful if the vibration actuator is arranged on the inside of the ring so that it does not affect the gas flow through the flow path. Furthermore, it can be provided that the vibration actuator is screwed to the ring or glued into it.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens zwei Schwingungsaktuatoren in äquidistantem Abstand (d.h. in Umfangsrichtung äquidistant beabstandet) mit dem Ring verbunden sind. Die Anzahl der Schwingungsaktuator ist dabei geringer als die Anzahl der Schaufeln, so dass ein Schwingungsaktuator jeweils mindestens zwei Schaufeln zu Schwingungen anregt. Ein Ausführungsbeispiel hierzu sieht vor, dass jedem Schwingungsaktuator 5-15, insbesondere 8-12, insbesondere 10 Schaufeln zugeordnet sind.One embodiment provides that at least two vibration actuators are connected to the ring at equidistant spacing (ie equidistantly spaced in the circumferential direction). The number of vibration actuator is less than the number of blades, so that a vibration actuator in each case at least two blades to vibrate. An embodiment for this provides that each vibration actuator 5 - 15 , especially 8th - 12 , especially 10 Shovels are assigned.

Durch den mindestens einen Schwingungsaktuator werden die Schaufeln zu Eigenschwingungen bei den Eigenfrequenzen der Schaufeln angeregt. Gemäß einer Ausgestaltung ist der mindestens eine Schwingungsaktuator dazu vorgesehen und ausgebildet, jedenfalls die erste Biegefrequenz und/oder die erste Torsionsfrequenz der Schaufeln als Eigenfrequenzen anzuregen. Da die erste Biegefrequenz und die erste Torsionsfrequenz eine große Amplitude aufweisen, verhindert ihre Anregung in effektiver Weise eine Eisbildung. Für eine solche Schwingungsanregung ist beispielsweise vorgesehen, dass der Schwingungsaktuator Impulse mit einer Frequenz von mehr als 1000 Hz in den Ring einbringt. Bei dem Schwingungsaktuator handelt es sich beispielsweise um ein piezoelektrisches Element. Da die Anregung sämtlicher Eigenfrequenzen bereits durch einen Impuls (Delta-Impuls) erfolgt, kann eine Schwingungsanregung jedoch alternativ auch mit einer deutlich niedrigeren Frequenz erfolgen.By the at least one vibration actuator, the blades are excited to natural oscillations at the natural frequencies of the blades. According to one embodiment, the at least one vibration actuator is provided and designed in any case to excite the first bending frequency and / or the first torsional frequency of the blades as natural frequencies. Since the first bending frequency and the first torsional frequency have a large amplitude, their excitation effectively prevents ice formation. For such an oscillation excitation, it is provided, for example, that the oscillation actuator introduces pulses with a frequency of more than 1000 Hz into the ring. The vibration actuator is, for example, a piezoelectric element. Since the excitation of all natural frequencies already takes place by means of a pulse (delta pulse), however, vibration excitation can alternatively also take place at a significantly lower frequency.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der mindestens eine Schwingungsaktuator dazu vorgesehen und ausgebildet ist, mindestens eine der Schaufeln derart zu Schwingungen anzuregen, dass deren Schwingungsamplitude mindestens 1/200, insbesondere mindestens 1/150, insbesondere mindestens 1/100 der Schaufelhöhe beträgt. Durch derartige Schwingungsamplituden kann eine Eisbildung sicher verhindert und beseitigt werden.A further embodiment of the invention provides that the at least one vibration actuator is provided and designed to excite vibrations of at least one of the blades such that their vibration amplitude is at least 1/200, in particular at least 1/150, in particular at least 1/100 of the blade height , By such vibration amplitudes, ice formation can be surely prevented and eliminated.

Eine Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine Schaufelreihe, die aus Tandem-Schaufeln besteht, wobei jede Tandem-Schaufel eine vordere Schaufel und eine hintere Schaufel umfasst, die relativ zueinander fest angeordnet sind und die zwischen sich einen Spalt ausbilden, wobei die vorderen Schaufeln eine vordere Schaufelreihe und die hinteren Schaufeln eine hintere Schaufelreihe bilden. Bei einer Tandem-Schaufelreihe besteht das Problem, dass der Spalt zwischen den Schaufeln verreisen und hierdurch verschlossen werden kann. Die mit Tandem-Schaufeln erzielten Vorteile werden in diesem Fall aber wieder zunichte gemacht, so dass das Freihalten des Spaltes einer Tandem-Schaufel von wesentlicher Bedeutung ist.An embodiment of the invention relates to a row of blades consisting of tandem blades, each tandem blade comprising a front blade and a rear blade which are fixed relative to each other and form a gap therebetween, the front blades being a front blade row and the rear blades form a rear row of blades. In a tandem row of blades there is the problem that the gap between the blades travel and can be closed thereby. However, the advantages achieved with tandem blades are canceled out in this case, so that keeping the gap of a tandem blade free is essential.

Es ist vorgesehen, dass der mindestens ein Schwingungsaktuator derart angeordnet ist, dass er nur Schaufeln der vorderen Schaufelreihe oder nur Schaufeln der hinteren Schaufelreihe zu Schwingungen anregt. Hierdurch wird erreicht, dass eine Relativbewegung zwischen den Schaufeln der beiden Schaufelreihen erfolgt. Dies verhindert eine Eisbildung im Spalt zwischen den beiden jeweiligen Schaufeln. Dabei kann vorgesehen sein, dass nur die Schaufeln der hinteren Schaufelreihe zu Schwingungen angeregt werden oder dass nur die Schaufeln der vorderen Schaufelreihe zu Schwingungen angeregt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Schaufeln insbesondere im Bereich der Vorderkante der hinteren Schaufelreihe zu Schwingungen angeregt, so dass eine starke Relativbewegung zu den Hinterkanten der vorderen Schaufelreihe besteht.It is provided that the at least one vibration actuator is arranged such that it excites only blades of the front blade row or only blades of the rear blade row to vibrate. This ensures that a relative movement between the blades of the two rows of blades takes place. This prevents ice formation in the gap between the two respective blades. It can be provided that only the blades of the rear row of blades are excited to vibrate or that only the blades of the front row of blades are excited to vibrate. According to an advantageous embodiment, the blades are excited in particular in the region of the front edge of the rear blade row to vibrate, so that there is a strong relative movement to the trailing edges of the front blade row.

Es kann vorgesehen sein, dass die Schaufelanordnung nicht nur einen, sondern zwei Ringe aufweist, mit denen die Schaufeln fest verbunden sind. Beide Ringe begrenzen den Strömungspfad durch die Schaufelanordnung in radialer Richtung, wobei der eine Ring den Strömungspfad radial außen und der andere Ring den Strömungspfad radial innen begrenzt. Es kann vorgesehen sein, dass in beide Ringe ein oder mehrere Schwingungsaktuatoren integriert sind.It can be provided that the blade assembly has not one, but two rings, with which the blades are firmly connected. Both rings limit the flow path through the blade assembly in the radial direction, wherein the one ring the flow path radially outward and the other ring limits the flow path radially inward. It can be provided that one or more vibration actuators are integrated in both rings.

Wie bereits erwähnt, kann es sich bei der erfindungsgemäßen Schaufelanordnung um eine Anordnung von Laufschaufeln oder eine Anordnung von Leitschaufeln handeln. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei den Schaufeln um Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes. Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes, die unmittelbar hinter dem Fan eines Flugtriebwerks angeordnet sind, neigen in besonderem Maße zu einer Eisbildung.As already mentioned, the blade arrangement according to the invention can be an arrangement of moving blades or an arrangement of guide vanes. According to one embodiment of the invention, the blades are guide vanes of a vane ring. Guide vanes of a vane ring, which are arranged directly behind the fan of an aircraft engine, particularly prone to ice formation.

Bei dem Schwingungsaktuator handelt es sich beispielsweise um ein piezoelektrisches Element. Ein solches führt durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine mechanische Bewegung aus.The vibration actuator is, for example, a piezoelectric element. Such leads by applying an electrical voltage from a mechanical movement.

Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Turbofantriebwerk, das einen Fan, einen Primärstromkanal, der durch ein Kerntriebwerk des Turbofantriebwerks führt, und einen Sekundärstromkanal, der an dem Kerntriebwerk vorbeiführt, aufweist. Des Weiteren ist in Strömungsrichtung hinter dem Fan ein Leitschaufelkranz angeordnet, der eine Mehrzahl von Leitschaufeln umfasst, die in Umfangsrichtung des Triebwerks angeordnet sind, wobei der Leitschaufelkranz mindestens einen Ring aufweist, mit dem die Leitschaufeln fest verbunden sind, wobei der Ring den Strömungspfad durch die Schaufelanordnung radial begrenzt. Es ist vorgesehen, dass mindestens ein Schwingungsaktuator in den Ring integriert ist, der dazu vorgesehen und ausgebildet ist, eine Mehrzahl der Leitschaufeln zu Schwingungen anzuregen. Dieser Erfindungsaspekt betrifft somit die Anordnung einer erfindungsgemäßen Schaufelanordnung in einem Turbofantriebwerk, und zwar in einem dem Fan unmittelbar nachgeordneten Leitschaufelkranz.According to a further aspect of the invention, the present invention relates to a turbofan engine comprising a fan, a primary flow channel, through a Core engine of the turbofan engine performs, and a secondary flow channel, which leads past the core engine has. Further, downstream of the fan, a vane ring is arranged in the flow direction, which comprises a plurality of vanes, which are arranged in the circumferential direction of the engine, wherein the vane ring has at least one ring, with which the guide vanes are firmly connected, wherein the ring the flow path through the Blade assembly radially limited. It is contemplated that at least one vibration actuator is integrated with the ring, which is provided and adapted to excite a plurality of the guide vanes to vibrate. This aspect of the invention thus relates to the arrangement of a blade arrangement according to the invention in a turbofan engine, specifically in a vane ring immediately downstream of the fan.

Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass der Leitschaufelkranz am Eingang des Primärstromkanals angeordnet ist, wobei der Leitschaufelkranz als radial äußeren Ring ein äußeres Deckband und als radial inneren Ring ein inneres Deckband aufweist, und wobei mindestens ein Schwingungsaktuator an dem äußeren Deckband und/oder an dem inneren Deckband angeordnet ist. Ein am Eingang des Primärstromkanals angeordneter Leitschaufelkranz wird auch als Leitrad ins Kerntriebwerk bezeichnet.An embodiment thereof provides that the vane ring is arranged at the entrance of the primary flow channel, the vane ring having an outer shroud as a radially outer ring and an inner shroud as a radially inner ring, and wherein at least one Schwingungsaktuator on the outer shroud and / or on the inner shroud is arranged. A vane ring arranged at the input of the primary flow channel is also referred to as a stator in the core engine.

Dabei sieht eine Ausführungsvariante vor, dass der Leitschaufelkranz Tandem-Leitschaufeln aufweist, wobei jede Tandem-Leitschaufel eine vordere Leitschaufel und eine hintere Leitschaufel umfasst, die relativ zueinander fest angeordnet sind und die zwischen sich einen Spalt ausbilden, wobei die vorderen Leitschaufeln eine vordere Schaufelreihe und die hinteren Schaufeln eine hintere Leitschaufelreihe bilden. Der mindestens ein Schwingungsaktuator ist dabei derart angeordnet, dass nur Schaufeln der vorderen Schaufelreihe oder nur Schaufeln der hinteren Schaufelreihe zu Schwingungen angeregt werden, so dass eine Relativbewegung zwischen den Schaufelreihen besteht, die eine Eisbildung im Spalt zwischen jeweils zwei Schaufeln verhindert.In one embodiment, the vane ring includes tandem vanes, each tandem vane including a forward vane and a rear vane fixed relative to one another and defining a gap therebetween, the forward vanes including a forward blade row and a second vane the rear blades form a rear row of guide blades. The at least one vibration actuator is arranged such that only blades of the front blade row or only blades of the rear blade row are excited to vibrate, so that there is a relative movement between the blade rows, which prevents ice formation in the gap between two blades.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Leitschaufelkranz am Eingang des Sekundärstromkanals angeordnet ist. Auch hier kann vorgesehen sein, dass der Leitschaufelkranz Tandem-Leitschaufeln aufweist und der mindestens eine Schwingungsaktuator derart angeordnet ist, dass nur Schaufeln der vorderen Schaufelreihe oder nur Schaufeln der hinteren Schaufelreihe zu Schwingungen angeregt werden, so dass eine Relativbewegung zwischen den Schaufelreihen erzeugt wird.A further embodiment provides that the guide vane ring is arranged at the entrance of the secondary flow channel. Again, it may be provided that the vane ring has tandem vanes and the at least one vibration actuator is arranged such that only blades of the front blade row or only blades of the rear blade row are excited to vibrate, so that a relative movement between the blade rows is generated.

Das Deckband, an dem der mindestens eine Schwingungsaktuator ausgebildet ist, ist gemäß einer Ausgestaltung durch eine einstückige Struktur gebildet, so dass über den Schwingungsaktuator in das Deckband eingebrachte Schwingungen in nur geringem Maße gedämpft werden und zu einer Schwingungsanregung bei einer Mehrzahl von Leitschaufeln führen. Gemäß einer Ausführungsvariante sind auch die Leitschaufeln einstückig mit dem Deckband ausgebildet.According to one embodiment, the shroud on which the at least one vibration actuator is formed is formed by a one-piece structure, so that vibrations introduced into the shroud via the vibration actuator are attenuated only to a small extent and lead to vibration excitation in the case of a plurality of guide vanes. According to one embodiment, the guide vanes are integrally formed with the shroud.

Es kann vorgesehen sein, dass eine einsetzende oder vorhandene Eisbildung oder eine Wetterlage, die die Gefahr einer Eisbildung mit sich bringt, über ein Sensorsystem erkannt und eine Aktivierung der Schwingungsaktuatoren nur für diesen Fall erfolgt. Die Schwingungsaktuatoren sind also ein- und ausschaltbar ausgebildet.It can be provided that an incipient or existing formation of ice or a weather situation that brings with it the risk of ice formation, detected by a sensor system and activation of the vibration actuators takes place only for this case. The vibration actuators are thus designed to be switched on and off.

Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung bezogen auf ein zylindrisches Koordinatensystem beschrieben ist, das die Koordinaten x, r und φ aufweist. Dabei gibt x die axiale Richtung, r die radiale Richtung und φ den Winkel in Umfangsrichtung an. Die axiale Richtung ist dabei identisch mit der Maschinenachse des Turbofantriebwerks bzw. der Strömungsmaschine, in der die Erfindung realisiert ist.It should be noted that the present invention is described with reference to a cylindrical coordinate system having the coordinates x, r and φ. Here, x indicates the axial direction, r the radial direction and φ the angle in the circumferential direction. The axial direction is identical to the machine axis of the turbofan engine or turbomachine, in which the invention is realized.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines Turbofantriebwerks, in dem die vorliegende Erfindung realisierbar ist;
2 ein Ausführungsbeispiel eines Turbofantriebwerks, bei dem dem inneren und/oder dem äußeren Deckband eines Leitrads ins Kerntriebwerk Schwingungsaktuatoren zugeordnet sind;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Turbofantriebwerks, bei dem dem inneren und/oder dem äußeren Deckband eines Leitrads ins Kerntriebwerk Schwingungsaktuatoren zugeordnet sind, wobei das Leitrad als Tandem-Leitrad ausgebildet ist;
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Turbofantriebwerks, bei dem dem inneren und/oder dem äußeren Deckband eines Leitrads am Anfang des Sekundärstromkanals Schwingungsaktuatoren zugeordnet sind, wobei das Leitrad als Tandem-Leitrads ausgebildet ist;
5 schematisch die durch die Schwingungsaktuatoren bei einer Anordnung mit Tandem-Leitrad bereitgestellten Relativschwingungen, die eine Eisbildung im Spalt zwischen den vorderen und den hinteren Schaufeln des Tandem-Leitrads verhindern; und
6 beispielhaft mehrere Varianten zur Anordnung eines Schwingungsaktuators an einem inneren und/oder äußeren Deckband eines Leitrads.

The invention will be explained in more detail with reference to the figures of the drawing with reference to several embodiments. Show it:

1 a simplified schematic sectional view of a turbofan engine in which the present invention is feasible;
2 an embodiment of a turbofan engine, wherein the inner and / or the outer shroud of a stator in the core engine vibration actuators are assigned;
3 a further embodiment of a turbofan engine, in which the inner and / or the outer shroud of a stator in the core engine vibration actuators are assigned, wherein the stator is designed as a tandem stator;
4 a further embodiment of a turbofan engine, in which the inner and / or the outer shroud of a stator at the beginning of the secondary flow channel vibration actuators are assigned, wherein the stator is formed as a tandem stator;
5 10 schematically shows the relative vibrations provided by the vibration actuators in a tandem stator arrangement which prevent ice formation in the gap between the front and rear vanes of the tandem stator; and
6 For example, several variants for arranging a vibration actuator on an inner and / or outer shroud of a stator.

Die 1 zeigt schematisch ein Turbofantriebwerk 100, das eine Fanstufe mit einem Fan 10 als Niederdruckverdichter, einen Mitteldruckverdichter 20, einen Hochdruckverdichter 30, eine Brennkammer 40, eine Hochdruckturbine 50, eine Mitteldruckturbine 60 und eine Niederdruckturbine 70 aufweist.The 1 schematically shows a turbofan engine 100 that a fan stage with a fan 10 as a low pressure compressor, a medium pressure compressor 20 , a high pressure compressor 30 , a combustion chamber 40 , a high-pressure turbine 50 , a medium pressure turbine 60 and a low-pressure turbine 70 having.

Der Mitteldruckverdichter 20 und der Hochdruckverdichter 30 weisen jeweils eine Mehrzahl von Verdichterstufen auf, die jeweils einen Rotor und einen Stator umfassen. Das Turbofantriebwerk 100 der 1 weist des Weiteren drei separate Wellen auf, eine Niederdruckwelle 81, die die Niederdruckturbine 70 mit dem Fan 10 verbindet, eine Mitteldruckwelle 82, die die Mitteldruckturbine 60 mit dem Mitteldruckverdichter 20 verbindet und eine Hochdruckwelle 83, die die Hochdruckturbine 50 mit dem Hochdruckverdichter 30 verbindet. Dies ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen. Wenn das Turbofantriebwerk beispielsweise keinen Mitteldruckverdichter und keine Mitteldruckturbine besitzt, wären nur eine Niederdruckwelle und eine Hochdruckwelle vorhanden.The medium pressure compressor 20 and the high pressure compressor 30 each have a plurality of compressor stages, each comprising a rotor and a stator. The turbofan engine 100 of the 1 also has three separate waves, a low pressure wave 81 that the low-pressure turbine 70 with the fan 10 connects, a medium pressure wave 82 that the medium-pressure turbine 60 with the medium pressure compressor 20 connects and a high pressure shaft 83 that the high pressure turbine 50 with the high pressure compressor 30 combines. However, this is only to be understood as an example. For example, if the turbofan engine did not have a medium pressure compressor and medium pressure turbine, only a low pressure shaft and a high pressure shaft would be present.

Das Turbofantriebwerk 100 weist eine Triebwerksgondel 1 auf (auch als Triebwerksverkleidung bezeichnet), die eine Einlauflippe 14 umfasst und innenseitig einen Triebwerkseinlauf 11 ausbildet, der einströmende Luft dem Fan 10 zuführt. Der Fan 10 weist eine Mehrzahl von Fanschaufeln 101 auf, die mit einer Fanscheibe 102 verbunden sind. Der Annulus der Fanscheibe 102 bildet dabei die radial innere Begrenzung des Strömungspfads durch den Fan 10. Radial außen wird der Strömungspfad durch ein Fangehäuse 2 begrenzt. Stromaufwärts der Fanscheibe 102 ist ein Nasenkonus 103 angeordnet.The turbofan engine 100 has an engine nacelle 1 on (also referred to as engine cowling), the one inlet lip 14 includes and inside an engine intake 11 trains, the incoming air to the fan 10 supplies. The fan 10 has a plurality of fan blades 101 on that with a fan disk 102 are connected. The annulus of the fan disk 102 forms the radially inner boundary of the flow path through the fan 10 , Radially outward, the flow path is through a fan housing 2 limited. Upstream of the fan disk 102 is a nose cone 103 arranged.

Hinter dem Fan 10 bildet das Turbofantriebwerk 100 einen Sekundärstromkanal 4 und einen Primärstromkanal 5 aus. Dabei wird der vom Triebwerk insgesamt angesaugte Luftmassenstrom hinter dem Fan 10 - aber noch vor dessen Leitapparat - durch einen so genannten Splitter 61 in den Sekundärstromkanal 4 und den Primärstromkanal 5 aufgesplittet. Dabei befindet sich ein Leitrad 15 ins Kerntriebwerk am Eingang des Primärstromkanals 5. Ein weiteres Leitrad 25 befindet sich am Eingang des Sekundärstromkanals 4.Behind the fan 10 forms the turbofan engine 100 a secondary flow channel 4 and a primary flow channel 5 out. In the process, the air mass flow taken in by the engine as a whole is behind the fan 10 - but even before its Leitapparat - by a so-called splitter 61 in the secondary flow channel 4 and the primary flow channel 5 split. There is a stator 15 into the core engine at the entrance of the primary flow channel 5 , Another stator 25 located at the entrance of the secondary flow channel 4 ,

Der Primärstromkanal 5 führt durch das Kerntriebwerk (Gasturbine), das den Mitteldruckverdichter 20, den Hochdruckverdichter 30, die Brennkammer 40, die Hochdruckturbine 50, die Mitteldruckturbine 60 und die Niederdruckturbine 70 umfasst. Dabei sind der Mitteldruckverdichter 20 und der Hochdruckverdichter 30 von einem Umfangsgehäuse 6 umgeben, dass innenseitig eine Ringraumfläche bildet, die den Primärstromkanal 5 radial außen begrenzt. Radial innen ist der Primärstromkanal 5 durch entsprechende Kranzoberflächen der Rotoren und Statoren der jeweiligen Verdichterstufen bzw. durch die Nabe oder mit der Nabe verbundene Elemente der entsprechenden Antriebswelle begrenzt.The primary flow channel 5 leads through the core engine (gas turbine), the medium pressure compressor 20 , the high pressure compressor 30 , the combustion chamber 40 , the high-pressure turbine 50 , the medium pressure turbine 60 and the low-pressure turbine 70 includes. Here are the medium-pressure compressor 20 and the high pressure compressor 30 from a peripheral housing 6 surrounded, that on the inside forms an annular space surface, the primary flow channel 5 bounded radially on the outside. Radially inside is the primary flow channel 5 limited by corresponding rim surfaces of the rotors and stators of the respective compressor stages or by the hub or with the hub connected elements of the corresponding drive shaft.

Im Betrieb des Turbofantriebwerks 100 durchströmt ein Primärstrom den Primärstromkanal 5, der auch als Hauptströmungskanal bezeichnet wird. Der Sekundärstromkanal 4, auch als Nebenstromkanal, Mantelstromkanal oder Bypass-Kanal bezeichnet, leitet im Betrieb des Turbofantriebwerks 100 vom Fan 10 angesaugte Luft am Kerntriebwerk vorbei.In the operation of the turbofan engine 100 a primary current flows through the primary flow channel 5 , which is also called the main flow channel. The secondary flow channel 4 Also referred to as a bypass duct, bypass duct or bypass duct, passes during operation of the turbofan engine 100 from the fan 10 sucked air past the core engine.

Die beschriebenen Komponenten besitzen eine gemeinsame Rotations- bzw. Maschinenachse 90. Die Rotationsachse 90 definiert eine axiale Richtung des Turbofantriebwerks. Eine radiale Richtung des Turbofantriebwerks verläuft senkrecht zur axialen Richtung.The described components have a common rotation or machine axis 90 , The rotation axis 90 defines an axial direction of the turbofan engine. A radial direction of the turbofan engine is perpendicular to the axial direction.

Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung des Leitrads 15 ins Kerntriebwerk am Anfang des Primärstromkanals 5 und/oder die Ausgestaltung des Leitrads 25 am Anfang des Sekundärstromkanals 4 von Bedeutung. Auf den Schaufeln dieser unmittelbar hinter dem Fan 10 angeordneten Schaufelanordnungen kann bei entsprechenden Witterungsbedingungen eine Eisbildung erfolgen. Die vorliegende Erfindung stellt Mittel bereit, eine solche Eisbildung zu verhindern oder zumindest substantiell zu reduzieren.In the context of the present invention is the design of the stator 15 into the core engine at the beginning of the primary flow channel 5 and / or the configuration of the stator 25 at the beginning of the secondary flow channel 4 significant. On the blades this immediately behind the fan 10 arranged blade arrangements can be made in appropriate weather conditions ice formation. The present invention provides means for preventing or at least substantially reducing such ice formation.

Die 2 zeigt den Abschnitt des Turbofantriebwerks hinter den Fanschaufeln 101, wobei ein Leitrad 15 mit Leitschaufeln 150 am Eingang des Primärstromkanals 5 und ein Leitrad 25 mit Leitschaufeln 250 am Eingang des Sekundärstromkanals 4 angeordnet sind. Die Leitschaufeln 150 umfassen eine Vorderkante 151 und eine Hinterkante 152. Sie sind radial außen mit einem äußeren Deckband 153 und radial innen mit einem inneren Deckband 154 fest verbunden. Die Deckbänder 153, 154 sind dabei nur schematisch dargestellt. Das radial äußere Deckband 153 ist in einem Umfangsgehäuse 6 gelagert, das den Primärstromkanal 5 radial außen und den Sekundärstromkanal 4 radial innen begrenzt. Das radial innere Deckband 154 ist als nicht rotierendes Bauteil stromabwärts der Fanscheibe 102 angeordnet und begrenzt den Strömungskanal radial innen.The 2 shows the section of the turbofan engine behind the fan blades 101 , wherein a stator 15 with vanes 150 at the entrance of the primary flow channel 5 and a stator 25 with vanes 250 at the entrance of the secondary flow channel 4 are arranged. The vanes 150 include a leading edge 151 and a trailing edge 152 , They are radially outward with an outer shroud 153 and radially inside with an inner shroud 154 firmly connected. The shrouds 153 . 154 are shown only schematically. The radially outer shroud 153 is in a circumferential housing 6 stored, which is the primary flow channel 5 radially outside and the secondary flow channel 4 bounded radially inside. The radially inner shroud 154 is as a non-rotating component downstream of the Fanscheibe 102 arranged and limits the flow channel radially inside.

In entsprechender Weise umfassen die Leitschaufeln 250 des im Sekundärstromkanal 4 angeordneten Leitrads 25 eine Vorderkante 251 und eine Hinterkante 252. Die Leitschaufeln 250 sind radial außen mit einem äußeren Deckband (nicht dargestellt) und radial innen mit einem inneren Deckband 254 fest verbunden.Similarly, the vanes comprise 250 in the secondary flow channel 4 arranged stator 25 a leading edge 251 and a trailing edge 252 , The vanes 250 are radially outward with an outer shroud (not shown) and radially inside with an inner shroud 254 firmly connected.

Des Weiteren zeigt die 2 eine Mehrzahl von Schwingungsaktuatoren 71-74, die beispielsweise als piezoelektrische Elemente ausgebildet sind. Sie schwingen mit einer definierten Frequenz, die beispielsweise bei mindestens 1000 Hz liegt, und regen dadurch die Schaufeln 150, 250 zu Schwingungen an. Die Schwingungsaktuatoren 71-74 sind dabei mit dem inneren Deckband 154, 254 und/oder dem äußeren Deckband 153 der jeweiligen Leitschaufeln 150, 250 verbunden. Es wird darauf hingewiesen, dass die jeweils dargestellten Schwingungsaktuatoren 71-74 nur beispielhaft mögliche Anordnungen der Schwingungsaktuatoren wiedergeben. In der Regel ist es für eine ausreichende Schwingungsanregung der Leitschaufeln 150, 250 ausreichend, dass nur am äußeren Deckband 153 oder nur am inneren Deckband 154, 254 an einer bestimmten axialen Position in Umfangsrichtung verteilt Schwingungsaktuatoren angeordnet sind. Die in der 2 und auch den weiteren Figuren dargestellte mehrfache Anordnung von Schwingungsaktuatoren am äußeren Deckband und/oder am inneren Deckband ist somit dahingehend zu verstehen, dass jeweils nur einer dieser Schwingungsaktuatoren (sowie weitere, in Umfangsrichtung beanstandet angeordnete entsprechende Schwingungsaktuatoren) bei einer tatsächlichen Realisierungsform des Leitrads 15, 25 vorhanden ist.Furthermore, the shows 2 a plurality of vibration actuators 71 - 74 , which are formed for example as piezoelectric elements. They oscillate with a defined frequency, which is for example at least 1000 Hz, and thereby rain the blades 150 . 250 to vibrations. The vibration actuators 71 - 74 are with the inner shroud 154 . 254 and / or the outer shroud 153 the respective vanes 150 . 250 connected. It should be noted that the vibration actuators shown 71 - 74 represent only possible examples of possible arrangements of the vibration actuators. In general, it is sufficient for vibration excitation of the vanes 150 . 250 sufficient that only on the outer shroud 153 or only on the inner shroud 154 . 254 At a certain axial position in the circumferential direction distributed vibration actuators are arranged. The in the 2 and the further figures shown multiple arrangement of vibration actuators on the outer shroud and / or on the inner shroud is thus to be understood that each only one of these Schwingungsaktuatoren (as well as further, spaced in the circumferential direction arranged corresponding Schwingungsaktuatoren) in an actual implementation of the stator 15 . 25 is available.

Auch wird darauf hingewiesen, dass nicht notwendigerweise Schwingungsaktuatoren sowohl den Leitschaufeln 250 des im Sekundärstromkanal 4 angeordneten Leitrads 25 als auch den Leitschaufeln 150 des im Primärstromkanal 5 angeordneten Leitrad 15 zugeordnet sind. In Ausgestaltungen der Erfindung sind entsprechende Schwingungsaktuatoren nur dem Leitrad 25 im Sekundärstromkanal 4 oder nur dem Leitrad 15 im Primärstromkanal 5 zugeordnet.It should also be noted that not necessarily vibration actuators of both the vanes 250 in the secondary flow channel 4 arranged stator 25 as well as the vanes 150 in the primary flow channel 5 arranged stator 15 assigned. In embodiments of the invention, corresponding vibration actuators are only the stator 25 in the secondary flow channel 4 or just the stator 15 in the primary flow channel 5 assigned.

Gemäß der 2 sind Aktuatoren 71 am inneren Deckband 154 im Bereich der Vorderkante 151 der Leitschaufeln 150 angeordnet. Die Aktuatoren 71 können an der Außenseite des Deckbands 154 oder alternativ an der Innenseite des Deckbands 154 angeordnet sein. Sie sind beispielsweise mit dem Deckband 154 verschraubt oder in dieses eingeklebt. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Deckband eine Aussparung aufweist, in der ein Aktuator 71 angeordnet ist. Durch Anordnung der Aktuatoren 71 im Bereich der Vorderkante 151 kann gezielt die Vorderkante 151 zu Schwingungen angeregt werden, um eine Eisbildung im Bereich der Vorderkante 151 zu verhindern. Insbesondere können die Aktuatoren hinsichtlich ihrer Frequenz derart eingestellt sein, dass sie die erste Biege-Eigenfrequenz und/oder die erste Torsions-Eigenfrequenz der Schaufeln anregen.According to the 2 are actuators 71 on the inner shroud 154 in the area of the front edge 151 the vanes 150 arranged. The actuators 71 can be on the outside of the shroud 154 or alternatively on the inside of the shroud 154 be arranged. They are for example with the shroud 154 screwed or glued in this. It can be provided that the shroud has a recess in which an actuator 71 is arranged. By arranging the actuators 71 in the area of the front edge 151 Can target the leading edge 151 to be excited to oscillate to form ice near the leading edge 151 to prevent. In particular, the actuators can be adjusted in terms of their frequency so that they stimulate the first natural bending frequency and / or the first torsional natural frequency of the blades.

Es ist dabei vorgesehen, dass jeweils ein Aktuator 71 eine Mehrzahl von Leitschaufeln 150 zu Schwingungen anregt. Beispielsweise regt jeweils ein Aktuator zwischen 5 und 15, insbesondere zwischen 8 und 12 Leitschaufeln an. Die Anzahl der Aktuatoren 71 ist somit geringer als die Anzahl der Leitschaufeln 15. Die Aktuatoren 71 sind dabei in äquidistantem Abstand am Deckband 154 angeordnet und mit diesem fest verbunden.It is provided that in each case an actuator 71 a plurality of vanes 150 to vibrate. For example, an actuator in each case between 5 and 15 , especially between 8th and 12 Guide vanes on. The number of actuators 71 is thus less than the number of vanes 15 , The actuators 71 are at an equidistant distance from the shroud 154 arranged and firmly connected with this.

Alternativ oder ergänzend sind Aktuatoren 72 hinsichtlich ihrer axialen Position mittig zu den Leitschaufeln 150 angeordnet. Die obigen Anmerkungen hinsichtlich Anzahl, Anordnung und Schwingungsfrequenz der Aktuatoren gelten in entsprechender Weise.Alternatively or additionally are actuators 72 in terms of their axial position centered on the vanes 150 arranged. The above comments regarding the number, arrangement and vibration frequency of the actuators apply accordingly.

Die 2 zeigt des Weiteren Aktuatoren 73, die am äußeren Deckband 153 angeordnet sind. Auch hier kann vorgesehen sein, dass die Aktuatoren 73 sich im Bereich der Vorderkante 151 der Leitschaufeln 150 befinden, um primär die Vorderkanten 151 zu Schwingungen anzuregen. Wiederum kann vorgesehen sein, dass die Aktuatoren 73 an der Außenseite oder alternativ an der Innenseite des Deckbands 153 angeordnet sind.The 2 also shows actuators 73 on the outer shroud 153 are arranged. Again, it may be provided that the actuators 73 in the area of the front edge 151 the vanes 150 primarily to the leading edges 151 to stimulate vibrations. Again, it can be provided that the actuators 73 on the outside or alternatively on the inside of the shroud 153 are arranged.

Des weiteren sind Aktuatoren 74 am inneren Deckband 254 der Leitschaufeln 250 angeordnet, die dafür ausgebildet und vorgesehen sind, die Leitschaufeln 250 im Sekundärstromkanal 4 in Schwingungen zu versetzen und dadurch eine Eisbildung insbesondere an der Vorderkante 251 der Leitschaufeln 250 zu verhindern. Die genaue axiale Lage der Aktuatoren 74 kann dabei dahingehend optimiert sein, dass eine optimale Krafteinleitung und Schwingungsanregung in die Leitschaufeln 250 erfolgt. Weiteren kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass auch in entsprechender Weise Aktuatoren am nicht dargestellten äußeren Deckband der Leitschaufeln 250 angeordnet sind.Furthermore, they are actuators 74 on the inner shroud 254 the vanes 250 arranged, which are designed and provided, the guide vanes 250 in the secondary flow channel 4 to vibrate and thereby ice formation, especially at the front edge 251 the vanes 250 to prevent. The exact axial position of the actuators 74 can be optimized to the effect that an optimal introduction of force and vibration excitation in the vanes 250 he follows. In addition, it may additionally or alternatively be provided that actuators are also actuators on the outer shroud of the guide vanes (not shown) in a corresponding manner 250 are arranged.

Gemäß einer Ausgestaltung sind die Deckbänder 153, 154, 254 jeweils integral, d.h. einstückig ausgebildet. Aufgrund der nur geringen Dämpfungseigenschaften eines integral ausgebildeten Rings bzw. Deckbandes kann bei dieser Ausgestaltung in besonders effektiver Weise eine Schwingungsanregung der Leitschaufeln erfolgen. Dabei kann die Anzahl der Aktuatoren aufgrund der geringen Dämpfungseigenschaften relativ klein gewählt werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Deckbänder auch mehrteilig ausgebildet sein können, wobei sie aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung aneinander angrenzenden Segmenten zusammengesetzt sind, wobei jedes Segment mindestens eine Leitschaufel, eine äußere Plattform und eine innere Plattform aufweist.According to one embodiment, the shrouds 153 . 154 . 254 each integral, ie integrally formed. Due to the low damping properties of an integrally formed ring or shroud can be carried out in this embodiment in a particularly effective manner, a vibration excitation of the vanes. The number of actuators can be chosen to be relatively small due to the low damping properties. It should be understood, however, that the shrouds may be formed in a plurality of parts, being composed of a plurality of circumferentially adjacent segments, each segment having at least one vane, outer platform, and inner platform.

Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das bis auf den Umstand dem Ausführungsbeispiel der 2 entspricht, dass das im Primärstromkanal 5 angeordneten Leitrad als Tandem-Leitrad 16 ausgebildet ist, wie nachfolgend erläutert wird. Davon abgesehen wird auf die Beschreibung der 2 Bezug genommen. The 3 shows an embodiment which, except for the circumstance of the embodiment of the 2 corresponds to that in the primary flow channel 5 arranged stator as a tandem stator 16 is formed, as explained below. That being said, the description of the 2 Referenced.

Das Tandemleitrad 16 weist vordere Schaufeln 170, die eine vordere Schaufelreihe bilden, und hintere Schaufeln 18, die eine hintere Schaufelreihe bilden, auf. Die Schaufeln 170 der vorderen Schaufelreihe besitzen jeweils eine Vorderkante 171 eine Hinterkante 172. Die Schaufeln 180 der hinteren Schaufelreihe besitzen jeweils eine Vorderkante 181 und eine Hinterkante 182. Zwischen den Schaufeln 170, 180 existiert ein Spalt 19. Die Schaufeln 170, 180 sind fest zueinander angeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schaufeln 170, 180 in axialer Richtung beabstandet sind, wie in der 3 dargestellt, oder sich alternativ in axialer Richtung überlappen. Die Schaufeln 170, 180 sind radial außen mit einem gemeinsamen Deckband 163 und radial innen mit einem gemeinsamen Deckband 164 verbunden. Alternativ können die beiden Schaufeln 170, 180 mit getrennten inneren und äußeren Deckbändern verbunden sein, die miteinander verbunden sind.The tandem stator 16 has front blades 170 forming a front row of blades and rear blades 18 , which form a rear row of blades on. The shovels 170 The front row of blades each have a front edge 171 a trailing edge 172 , The shovels 180 the rear row of blades each have a front edge 181 and a trailing edge 182 , Between the blades 170 . 180 there is a gap 19 , The shovels 170 . 180 are fixed to each other. It can be provided that the blades 170 . 180 spaced in the axial direction, as in the 3 represented, or alternatively overlap in the axial direction. The shovels 170 . 180 are radially outside with a common shroud 163 and radially inward with a common shroud 164 connected. Alternatively, the two blades 170 . 180 be connected to separate inner and outer shrouds that are interconnected.

Es ist vorgesehen sein, dass Aktuatoren 75, 76 derart am inneren Deckband 164 und/oder Aktuatoren 77 derart am äußeren Deckband 163 angeordnet sind, dass nur die Schaufeln 170, 180 einer der Schaufelreihen zu Schwingungen angeregt werden. So sind die Aktuatoren 75 derart angeordnet und ausgebildet, dass sie nur die Schaufeln 170 der vorderen Schaufelreihe anregen. Die Aktuatoren 76 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sie nur die Schaufeln 180 der hinteren Schaufelreihe anregen. Die Aktuatoren 77 des äußeren Deckband 163 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sie nur die Schaufeln 180 der hinteren Schaufelreihe anregen.It should be provided that actuators 75 . 76 so on the inner shroud 164 and / or actuators 77 so on the outer shroud 163 are arranged that only the blades 170 . 180 one of the blade rows are excited to vibrate. Such are the actuators 75 arranged and designed so that they only the blades 170 of the front row of blades. The actuators 76 are arranged and designed so that they only the blades 180 to stimulate the rear row of blades. The actuators 77 the outer shroud 163 are arranged and designed so that they only the blades 180 to stimulate the rear row of blades.

Hierdurch wird erreicht, dass die Schaufeln 170, 180 des Tandem-Leitrads 16 sich im Bereich des Spalt 19 relativ zueinander bewegen, wodurch eine Eisbildung im Spalt 19 verhindert wird. Dies illustriert schematisch die 5. Die 5 zeigt eine vordere Leitschaufel 170 und eine hintere Leitschaufel 180 eines Tandem-Leitrads. Die Leitschaufeln weisen jeweils eine Vorderkante 171, 181 und eine Hinterkante 172, 182 auf. Zwischen den Leiträdern 170, 180 befindet sich ein Spalt 19.This ensures that the blades 170 . 180 of the tandem stator 16 in the area of the gap 19 move relative to each other, causing ice formation in the gap 19 is prevented. This schematically illustrates the 5 , The 5 shows a front vane 170 and a rear vane 180 a tandem stator. The vanes each have a leading edge 171 . 181 and a trailing edge 172 . 182 on. Between the guide wheels 170 . 180 there is a gap 19 ,

Die Gefahr einer Eisbildung A besteht zum einen im Bereich der Vorderkante 171. Des Weiteren besteht die Gefahr einer Eisbildung B im Bereich des Spalts 19 zwischen den beiden Schaufeln 170, 180. Letztere Eisbildung B ist besonders kritisch, da sie einen Gasstrom durch die Tandem-Leitschaufeln vollständig blockieren kann.The risk of ice formation A exists on the one hand in the region of the leading edge 171 , Furthermore, there is a risk of ice formation B in the area of the gap 19 between the two blades 170 . 180 , The latter ice formation B is particularly critical because it can completely block gas flow through the tandem vanes.

Durch Aktuatoren entsprechend den Aktuatoren 76 und 77 der 3 wird die hintere Leitschaufel 180 in Schwingungen versetzt, die Komponenten aufweist, die in Umfangsrichtung φ bzw. entgegen der Umfangsrichtung φ verlaufen. Hierdurch entsteht eine Relativbewegung zwischen den Schaufeln 170, 180 im Bereich des Spalts 19, die einer Eisbildung B entgegenwirkt bzw. eine solche vollständig verhindert.By actuators according to the actuators 76 and 77 of the 3 becomes the rear vane 180 vibrated, the components having in the circumferential direction φ and counter to the circumferential direction φ. This creates a relative movement between the blades 170 . 180 in the area of the gap 19 which counteracts or completely prevents ice formation B.

Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das bis auf den Umstand dem Ausführungsbeispiel der 2 entspricht, dass das im Sekundärstromkanal 4 angeordneten Leitrad als Tandem-Leitrad 26 ausgebildet ist, wie nachfolgend erläutert wird. Davon abgesehen wird auf die Beschreibung der 2 Bezug genommen.The 4 shows an embodiment which, except for the circumstance of the embodiment of the 2 corresponds to that in the secondary flow channel 4 arranged stator as a tandem stator 26 is formed, as explained below. That being said, the description of the 2 Referenced.

Das Tandemleitrad 26 weist vordere Schaufeln 270, die eine vordere Schaufelreihe bilden, und hintere Schaufeln 28, die eine hintere Schaufelreihe bilden, auf. Die Schaufeln 27 der vorderen Schaufelreihe besitzen jeweils eine Vorderkante 271 und eine Hinterkante 272. Die Schaufeln 280 der hinteren Schaufelreihe besitzen jeweils eine Vorderkante 281 und eine Hinterkante 282. Zwischen den fest angeordneten und zueinander ausgerichteten Schaufeln 270, 280 existiert ein Spalt 29. Die Schaufeln 270, 280 können, wie in der 4 dargestellt, in axialer Richtung beanstandet sein, oder sich alternativ in axialer Richtung überlappen. Die Schaufeln 270, 280 sind radial außen mit einem gemeinsamen Deckband 261 und radial innen mit einem gemeinsamen Deckband 262 verbunden. Alternativ können die Schaufeln auch mit getrennten inneren und äußeren Deckbändern verbunden sein, die dann miteinander verbunden sind.The tandem stator 26 has front blades 270 forming a front row of blades and rear blades 28 , which form a rear row of blades on. The shovels 27 The front row of blades each have a front edge 271 and a trailing edge 272 , The shovels 280 the rear row of blades each have a front edge 281 and a trailing edge 282 , Between the fixed and aligned blades 270 . 280 there is a gap 29 , The shovels 270 . 280 can, as in the 4 represented, be spaced in the axial direction, or alternatively overlap in the axial direction. The shovels 270 . 280 are radially outside with a common shroud 261 and radially inward with a common shroud 262 connected. Alternatively, the blades may be connected to separate inner and outer shrouds, which are then joined together.

Zur Ausbildung einer Relativbewegung zwischen den Schaufeln 270, 280 ist vorgesehen, dass Aktuatoren 78 und/oder Aktuatoren 79 derart am äußeren Deckband 261 bzw. am inneren Deckband 262 angeordnet sind, dass sie nur Schaufeln 270, 280 einer der beiden Schaufelreihen zu Schwingungen anregen, im dargestellten Ausführungsbeispiel die Schaufeln 280 der hinteren Schaufelreihe des Tandem-Laufrads 26. Hierdurch wird eine Eisbildung im Spalt 29 verhindert oder zumindest reduziert.To form a relative movement between the blades 270 . 280 is provided that actuators 78 and / or actuators 79 so on the outer shroud 261 or on the inner shroud 262 are arranged that they only shovels 270 . 280 one of the two blade rows to vibrate, in the illustrated embodiment, the blades 280 the rear blade row of the tandem impeller 26 , This will cause ice to form in the gap 29 prevented or at least reduced.

Die 6 zeigt schematisch und beispielhaft mögliche Varianten für eine Anordnung von Schwingungsaktuatoren an einem äußeren oder inneren Deckband eines Leitrads. So ist in der 6 ein Abschnitt eines Leitrads 15 mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Leitschaufeln 150 dargestellt, die radial außen mit einem Deckband 153 und radial innen mit einem Deckband 154 verbunden sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Deckband jeweils aus Segmenten, wobei jeweils eine Leitschaufel 150, eine innere Plattform und eine äußere Plattform ein solches Segment bilden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Deckbänder 153, 154 oder zumindest eines dieser Deckbänder einstückig ausgebildet ist. Auch können die Leitschaufeln 150 in eine integrale Bauweise mit integriert sind.The 6 shows schematically and exemplarily possible variants for an arrangement of vibration actuators on an outer or inner shroud of a stator. So is in the 6 a section of a stator 15 with a plurality of circumferentially disposed vanes 150 shown, the radially outward with a shroud 153 and radially inside with a shroud 154 are connected. In the illustrated embodiment, the shroud each consists of segments, each with a vane 150 , an inner platform and an outer platform forming such a segment. Alternatively it can be provided that the shrouds 153 . 154 or at least one of these shrouds is integrally formed. Also, the vanes can 150 integrated into an integral construction.

Jedes Deckband 153, 154 weist eine dem Strömungskanal zugewandte Innenseite 1531, 1541 und eine dem Strömungskanal abgewandte Außenseite 1532, 1542 auf. Es kann vorgesehen sein, dass Schwingungsaktuatoren 72 an der Außenseite 1542 des inneren Deckbands 154 angeordnet sind. Alternativ oder ergänzend sind Schwingungsaktuatoren 73 an der Außenseite 1532 des äußeren Deckbands 153 angeordnet. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass Schwingungsaktuatoren 7 an der Innenseite 1541 des inneren Deckbands 154 (oder des äußeren Deckbands 153) angeordnet sind. In letzterem Fall bilden sie Teil der dem Strömungskanal zugewandten Kranzfläche des Deckbands 154 und sind daher bevorzugt in einer Vertiefung angeordnet, so dass sie den Gasstrom nicht beeinflussen und diesem nicht ausgesetzt sind.Every shroud 153 . 154 has an inner side facing the flow channel 1531 . 1541 and an outer side facing away from the flow channel 1532 . 1542 on. It can be provided that vibration actuators 72 on the outside 1542 of the inner shroud 154 are arranged. Alternatively or additionally are vibration actuators 73 on the outside 1532 the outer shroud 153 arranged. Furthermore, it can be provided that vibration actuators 7 on the inside 1541 of the inner shroud 154 (or the outer shroud 153 ) are arranged. In the latter case, they form part of the flow channel facing the ring surface of the shroud 154 and are therefore preferably arranged in a depression, so that they do not influence the gas flow and are not exposed to it.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung zwar anhand der Schaufeln verschiedener Leiträder erläutert wurde, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung jedoch in gleicher Weise für eine Schaufelanordnung aus Laufrädern gelten.The present invention is not limited in its embodiment to the embodiments described above. In particular, it should be understood that although the invention has been illustrated with reference to the blades of various idler wheels, the principles of the present invention apply equally to a bucket arrangement of idler wheels.

Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung in verschiedenen Kombinationen miteinander kombiniert werden können. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.It should also be understood that the features of each of the described embodiments of the invention may be combined in various combinations. Where ranges are defined, they include all values within those ranges as well as all subranges that fall within an area.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2014/209665 A1 [0002, 0007]

Claims

Blade assembly of a turbomachine, comprising: - a plurality of blades (150, 170, 180; 250, 270, 280), and - at least one ring (153, 154, 163, 164, 254, 261, 262), with which the Blades are firmly connected, wherein the ring (153, 154, 163, 164, 254, 261, 262) radially delimits the flow path through the blade assembly, characterized in that at least one vibration actuator (7, 71-79) with the ring (153 , 154, 163, 164, 254, 261, 262), wherein the vibration actuator (7, 71-79) is provided and adapted to receive a plurality of the blades (150, 170, 180, 250, 270, 280) To stimulate vibrations.

Shovel arrangement after Claim 1 , characterized in that the ring (153, 154, 163, 164, 254, 261, 262) is formed by a one-piece structure.

Shovel arrangement after Claim 1 or 2 , characterized in that the at least one vibration actuator (7, 71-79) on the outside of the ring (153, 154, 163, 164, 254, 261, 262) is arranged.

Shovel arrangement after Claim 1 or 2 , characterized in that the at least one vibration actuator (7, 71-79) on the inside of the ring (153, 154, 163, 164, 254, 261, 262) is arranged.

Blade assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one vibration actuator (71, 75) is arranged such that it primarily to the leading edges of the blades (150, 170, 180; 250, 270, 280) to vibrate.

Blade assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one vibration actuator (7, 71-79) is arranged in a recess of the ring (154).

Blade assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one vibration actuator (7, 71-79) with the ring (153, 154, 163, 164, 254, 261, 262) screwed or glued in this.

Blade assembly according to one of the preceding claims, characterized in that at least two Schwingungsaktuatoren (7, 71-79) at an equidistant distance with the ring (153, 154, 163, 164, 254, 261, 262) are connected.

Blade assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one vibration actuator (7, 71-79) is provided and adapted to the first bending frequency and / or the first torsional frequency of the blades (150, 170, 180, 250, 270, 280).

Blade assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one vibration actuator (7, 71-79) is provided and designed to induce vibrations of at least one of the blades (150, 170, 180; 250, 270, 280) in such a way that that their vibration amplitude is at least 1/200, in particular at least 1/150, in particular at least 1/100 of the blade height.

A blade assembly according to any one of the preceding claims, characterized in that said plurality of blades (170, 180; 270, 280) form a plurality of tandem blades, each tandem blade comprising a front blade (170, 270) and a rear blade ( 180, 280) fixedly disposed relative to each other and forming therebetween a gap (19, 29), the front blades (170, 270) forming a front row of blades and the rear blades (180, 280) forming a rear row of blades ,

Shovel arrangement after Claim 10 characterized in that the at least one vibration actuator (75-77, 78-79) is arranged to vibrate only vanes of the front blade row (170, 270) or only blades of the rear blade row (180, 280).

A blade assembly according to any one of the preceding claims, characterized in that the blade assembly comprises a further ring (153, 154, 163, 164, 254, 261, 262) to which the blades are fixedly connected, the further ring defining the flow path through the blade assembly also radially limited, wherein in the further ring at least one further vibration actuator is integrated, which is provided and adapted to excite a plurality of the blades (150, 170, 180, 250, 270, 280) to oscillate.

Blade assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the blades (150, 170, 180, 250, 270, 280) are vanes of a vane ring.

A turbofan engine comprising: - a fan (10), - a primary flow channel (5) passing through a core engine of the turbofan engine, - a secondary flow channel (4) passing the core engine, and a vane ring (15, 16, 25, 26) downstream of the fan (10), comprising: ◯ a plurality of vanes (150, 170, 180; 250, 270, 280) arranged circumferentially, and ◯ at least one ring (153, 154, 163, 164, 254, 261, 262) to which the vanes are fixedly connected, the ring (153, 154, 163, 164, 254, 261, 262) defining the flow path through the Blade assembly radially limited, characterized in that at least one Schwingungsaktuator (7, 71-79) in the ring (153, 154, 163, 164, 254, 261, 262) is integrated, wherein the Schwingungsaktuator (7, 71-79) to is provided and adapted to excite a plurality of the guide vanes (150, 170, 180, 250, 270, 280) to oscillate.

Turbofan engine after Claim 15 characterized in that the vane ring (15, 16) is arranged at the inlet of the primary flow channel (5), the vane ring having an outer shroud as radially outer ring (153) and / or an inner shroud as radially inner ring (154), and wherein at least one vibration actuator (71-73) is disposed on the outer shroud and / or on the inner shroud.

Turbofan engine after Claim 16 characterized in that the vane ring (16) comprises tandem vanes, each tandem vane (16) comprising a front vane (170) and a rear vane (180) fixed relative to one another and a gap therebetween (19), wherein the front vanes (170) form a front blade row and the rear vane (180) form a rear row of blades, and wherein the at least one vibration actuator (75-77) is arranged to receive only vanes (170) of the leading blade row or only blades (180) of the rear blade row to vibrate.

Turbofan engine after Claim 15 , characterized in that the vane ring (25, 26) at the entrance of the secondary flow channel (4) is arranged, wherein the vane ring as a radially outer ring (261) an outer shroud and / or as a radially inner ring (254, 262) an inner shroud and wherein at least one vibration actuator (4, 78-79) is disposed on the outer shroud and / or on the inner shroud.

Turbofan engine after Claim 18 characterized in that the vane ring (26) comprises tandem vanes, each tandem vane including a front vane (270) and a rear vane (280) fixed relative to each other and having a gap (29) therebetween. wherein the front vanes (270) form a front row of blades and the rear stator (280) forms a rear row of blades, and wherein the at least one vibration actuator (78-79) is arranged to receive only vanes (270) of the front row of blades or only vanes (280) of the rear blade row to vibrate.

Turbofan engine after one of the Claims 15 to 19 characterized in that the ring (153, 154, 163, 164, 254, 261, 262) on which the at least one vibration actuator (7, 71-79) is formed is formed by a one-piece structure.