DE102019216635A1 - ROTATING BLADE FOR A FLOW MACHINE - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laufschaufel (10) zum Anordnen in einem Gaskanal (4) einer Strömungsmaschine (1), mit einem Schaufelblatt (20), welches sich von einem Schaufelfuß (25) zu einer Schaufelspitze (26) erstreckt, wobei das Schaufelblatt (20) eine Vorder- und eine Hinterkante (21,22), sowie eine Saugseitenfläche (23) und eine Druckseitenfläche (24) aufweist, und wobei das Schaufelblatt (20) in seinem Inneren einen ersten Kanal (32) zum Durchströmen mit einem ersten Fluid (52) aufweist, der sich von einer zum Absaugen des ersten Fluids (52) aus dem Gaskanal (4) vorgesehenen ersten Absaugöffnung (32.1) weg erstreckt, wobei die erste Absaugöffnung (32.1) an der Schaufelspitze (26) angeordnet ist.The present invention relates to a moving blade (10) to be arranged in a gas duct (4) of a turbo-engine (1), with a blade (20) which extends from a blade root (25) to a blade tip (26), the blade ( 20) has a front and a rear edge (21,22), as well as a suction side surface (23) and a pressure side surface (24), and wherein the airfoil (20) has a first channel (32) in its interior for a first fluid to flow through (52) which extends away from a first suction opening (32.1) provided for sucking the first fluid (52) out of the gas channel (4), the first suction opening (32.1) being arranged at the blade tip (26).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laufschaufel zum Anordnen in einem Gaskanal einer Strömungsmaschine.The present invention relates to a rotor blade for arrangement in a gas duct of a turbomachine.
Stand der TechnikState of the art
Bei der Strömungsmaschine kann es sich bspw. um ein Strahltriebwerk handeln, z. B. um ein Mantelstromtriebwerk. Funktional gliedert sich die Strömungsmaschine in Verdichter, Brennkammer und Turbine. Etwa im Falle des Strahltriebwerks wird angesaugte Luft vom Verdichter komprimiert und in der nachgelagerten Brennkammer mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das entstehende Heißgas, eine Mischung aus Verbrennungsgas und Luft, durchströmt die nachgelagerte Turbine und wird dabei expandiert. Dabei entzieht die Turbine dem Heißgas anteilig auch Energie, um den Verdichter anzutreiben.The turbo engine can be, for example, a jet engine, e.g. B. a turbofan engine. The flow machine is functionally divided into a compressor, combustion chamber and turbine. In the case of the jet engine, for example, the air that is sucked in is compressed by the compressor and burned in the downstream combustion chamber with the added kerosene. The resulting hot gas, a mixture of combustion gas and air, flows through the downstream turbine and is expanded in the process. The turbine also partially extracts energy from the hot gas in order to drive the compressor.
Der vorliegende Gegenstand richtet sich auf eine Laufschaufel zum Anordnen im Gaskanal der Strömungsmaschine, insbesondere im Verdichtergaskanal. Die Laufschaufel weist ein Laufschaufelblatt auf, welches sich von einem Schaufelfuß radial innen zu einer Schaufelspitze radial außen erstreckt. Bezogen auf die Umströmung im Gaskanal hat das Schaufelblatt eine Vorder- und eine Hinterkante, jeweils zwischen Vorder- und Hinterkante erstrecken sich die Saug- und die Druckseitenfläche des Schaufelblatts.The present subject matter is directed to a rotor blade for arrangement in the gas duct of the turbomachine, in particular in the compressor gas duct. The rotor blade has a rotor blade which extends from a blade root radially inward to a blade tip radially outward. In relation to the flow around the gas channel, the airfoil has a leading and a trailing edge, and the suction and pressure side surfaces of the airfoil extend between the leading and trailing edges.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine vorteilhafte Laufschaufel anzugeben.The present invention is based on the technical problem of specifying an advantageous rotor blade.
Dies wird erfindungsgemäß mit der Laufschaufel gemäß Anspruch 1 gelöst. Deren Schaufelblatt ist in seinem Inneren von einem ersten Kanal durchzogen, der eine dem Gaskanal der Strömungsmaschine zugeordnete Absaugöffnung hat („erste Absaugöffnung“). Im Betrieb kann über die erste Absaugöffnung, die an der Schuafelspitze angeordnet ist, ein Fluid („erstes Fluid“) durch den ersten Kanal abgesaugt werden.This is achieved according to the invention with the rotor blade according to
In der Strömungsmaschine bzw. einem Modul davon ist radial außerhalb des Schaufelblatts eine Kanalwand angeordnet, welche den Gaskanal der Strömungsmaschine nach radial außen begrenzt. Dabei lässt sich ein kleiner Spalt zwischen der Kanalwand und der Schaufelspitze, die im Betrieb infolge der Schaufelrotation entlang der Kanalwand streicht, nicht vermeiden. In diesem Spalt kann sich im Betrieb eine von der Druck- zur Saugseite gerichtete Spaltströmung ausbilden, die einen entgegen der Hauptströmung im Gaskanal gerichteten Strömungsimpuls hat. Bei einer Interaktion von Spalt- und Hauptströmung kann es zur Ausbildung eines Spaltwirbels und einer Schaufelspitzenblockage kommen.In the turbomachine or a module thereof, a duct wall is arranged radially outside of the airfoil which delimits the gas duct of the turbomachine radially outward. In this case, a small gap between the channel wall and the blade tip, which during operation as a result of the blade rotation, brushes along the channel wall, cannot be avoided. In this gap, during operation, a gap flow directed from the pressure side to the suction side can form, which has a flow pulse directed against the main flow in the gas channel. If the gap and main flow interact, a gap vortex and a blade tip blockage can develop.
In Folge ihrer Positionierung an der Schaufelspitze ist die erste Absaugöffnung dem Spalt zwischen Schaufelspitze und Gaskanalwand zugeordnet (sie weist nach radial außen). Durch das Absaugen von Spaltfluid durch die erste Absaugöffnung kann dann bspw. das Anwachsen der Schaufelspitzenblockage verringert bzw. verhindert werden, was eine Entlastung im Schaufelspitzenbereich schafft.As a result of its positioning at the blade tip, the first suction opening is assigned to the gap between the blade tip and the gas channel wall (it points radially outwards). By sucking off splitting fluid through the first suction opening, for example, the growth of the blade tip blockage can then be reduced or prevented, which creates relief in the blade tip area.
Die Strömungsstabilisierung wird gewissermaßen in die Laufschaufel bzw. das Schaufelblatt selbst integriert, was nicht nur eine Anwendung bei den geometrisch größeren, vorderen Verdichterstufen, sondern auch bei den kleineren Verdichterstufen axial weiter hinten ermöglichen kann. Speziell bei Letzteren wäre bspw. der Einsatz von Gehäuserestrukturierungen zur Strömungsstabilisierung bereits geometrisch schwer implementierbar, zumal filigrane Gehäusestrukturierungen auch generell einen erhöhten Kostenaufwand bedeuten und wegen des Verschmutzungsrisikos auch hinsichtlich der Betriebssicherheit kritisch sein können.The flow stabilization is to a certain extent integrated into the rotor blade or the airfoil itself, which can enable use not only in the geometrically larger, front compressor stages, but also in the smaller compressor stages axially further back. Especially with the latter, for example, the use of structure structures for flow stabilization would already be geometrically difficult to implement, especially since filigree structure structures also generally mean increased costs and can also be critical in terms of operational safety due to the risk of contamination.
Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Beschreibung, wobei bei der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird; die Offenbarung ist jedenfalls implizit zugleich auf Vorrichtungs- bzw. Verfahrens- und Verwendungsaspekte zu lesen. Wird bspw. eine für einen bestimmten Betrieb geeignete oder in bestimmter Weise hergestellte Laufschaufel beschrieben, ist dies zugleich als Offenbarung einer entsprechenden Verwendung bzw. HerstellungHerstellung zu lesen (und umgekehrt).Preferred embodiments can be found in the dependent claims and the entire description, although a distinction is not always made between the different claim categories in detail when the features are presented; the disclosure is in any case to be read implicitly at the same time for device or process and usage aspects. If, for example, a rotor blade suitable for a specific operation or manufactured in a specific manner is described, this is to be read as a disclosure of a corresponding use or manufacture (and vice versa).
Die Angaben „axial“, „radial“ und „umlaufend“, sowie die zugehörigen Richtungen (Axialrichtung etc.), beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auf die Drehachse, um welche die Laufschaufel im Betrieb rotiert (und die typischerweise mit einer Längsachse des Moduls bzw. der Strömungsmaschine zusammenfällt). „Vorne“ und „hinten“ beziehen sich ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe auf die Umströmung des Schaufelblatts im Gaskanal, also im Falle des Verdichtermoduls auf die Umströmung mit dem Verdichterfluid. „Vome“ meint also stromauf, „hinten“ stromab.The information “axial”, “radial” and “circumferential”, as well as the associated directions (axial direction, etc.), relate in the context of the present disclosure to the axis of rotation about which the rotor blade rotates during operation (and which is typically with a longitudinal axis of the Module or the flow machine coincides). “Front” and “rear” refer to the flow around the airfoil in the gas duct, ie, in the case of the compressor module, to the flow of the compressor fluid, unless stated otherwise. “Vome” means upstream, “rear” means downstream.
Die axiale Sehnenlänge wird in einer Tangentialebene auf der entsprechenden radialen Höhe betrachtet, im Falle der zweiten Einblas- und ersten Absaugöffnung also an der Schaufelspitze (an deren radial äußerem Ende). Im Einzelnen wird die axiale Sehnenlänge dann als Axialabstand zwischen einer axial vorne und einer axial hinten an das Schaufelprofil gelegten Tangente genommen (die Tangenten liegen jeweils senkrecht zur Axialrichtung). Die Positionsbestimmung erfolgt dabei von vorne nach hinten, also zwischen 0 % bei der vorderen Tangente und 100 % bei der hinteren Tangente.The axial chord length is considered in a tangential plane at the corresponding radial height, in the case of the second injection and first suction openings that is, at the blade tip (at their radially outer end). In detail, the axial chord length is then taken as the axial distance between a tangent placed axially at the front and an axially rearward on the blade profile (the tangents are each perpendicular to the axial direction). The position is determined from front to back, i.e. between 0% for the front tangent and 100% for the rear tangent.
Die erste Absaugöffnung liegt in bevorzugter Ausgestaltung zwischen 20 % und 100 % der axialen Sehnenlänge, bevorzugt in einem axial mittleren Bereich zwischen 20 % und 60 %, besonders bevorzugt zwischen 20 % und 50 %, also in einem Bereich maximaler Profilkrümmung (aufgrund der in diesem Bereich besonders stark auftretenden Spaltströmung, welche durch die Absaugung abgesaugt wird). Die erste Absaugöffnung kann sich dabei über den gesamten axial mittleren Bereich oder auch nur über einen Teil davon erstrecken.In a preferred embodiment, the first suction opening is between 20% and 100% of the axial chord length, preferably in an axially central area between 20% and 60%, particularly preferably between 20% and 50%, i.e. in an area of maximum profile curvature (due to the Area with particularly strong crevice flow, which is extracted by the suction). The first suction opening can extend over the entire axially central area or only over part of it.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schaufelblatt in seinem Inneren zusätzlich von einem zweiten Kanal durchzogen, der in einer zweiten Einblasöffnung in mündest. Über die zweite Einblasöffnung kann ein im zweiten Kanal geführtes Fluid („zweites Fluid“) in den Gaskanal der Strömungsmaschine eingeblasen werden. Die zweite Einblasöffnung ist bevorzugt ebenfalls in der Schaufelspitze angeordnet, besonders bevorzugt vor der ersten Absaugöffnung. Mit der Einblasung durch die zweite Einblasöffnung kann insbesondere der Ausbildung des Spaltwirbels vorgebeugt werden. Der Erfinder hat nämlich beobachtet, dass der Kern des Spaltwirbels (Kemwirbel) in den vorderen 20 % der Sehnenlänge liegt, und dieser Kernwirbel kann durch die Einblasung unterdrückt werden.According to a preferred embodiment, the interior of the airfoil is additionally traversed by a second channel which opens into a second injection opening. A fluid guided in the second channel (“second fluid”) can be blown into the gas channel of the turbomachine via the second injection opening. The second injection opening is preferably also arranged in the blade tip, particularly preferably in front of the first suction opening. With the injection through the second injection opening, in particular the formation of the split vortex can be prevented. The inventor has observed that the core of the split vortex (core vortex) lies in the
Damit kann insgesamt die aerodynamische Stabilität verbessert werden, insbesondere im Falle eines Verdichters (Axialverdichter). Der Spaltwirbel könnte nämlich anderenfalls mit zunehmender Androsselung und damit stärker werdender Spaltströmung anwachsen und aufsteilen, bis er auf die Schaufeldruckseite der nachgelagerten Laufschaufel trifft und bei weiterer Androsselung zu deren Vorderkante wandert. Dies kann letztlich zu einem sogenannten „Spill-Forward“ führen. Umgekehrt lässt sich durch das geringere Aufsteilen bzw. Unterdrücken des Spaltwirbels sowie die verringerte Schaufelspitzenblockage der (sichere) Betriebsbereich erweitern, lässt sich also bspw. der Verdichter bei höherem Druckverhältnis betreiben (vorteilhaft hinsichtlich Wirkungsgrad und Baugröße, damit auch bezüglich Materialkosten, Integrierbarkeit und Treibstoffverbrauch).In this way, the overall aerodynamic stability can be improved, in particular in the case of a compressor (axial compressor). Otherwise, with increasing throttling and thus increasing gap flow, the gap vortex could grow and split up until it hits the blade pressure side of the downstream rotor blade and migrates to its leading edge with further throttling. This can ultimately lead to a so-called “spill forward”. Conversely, the lower splitting or suppression of the gap vortex and the reduced blade tip blockage allow the (safe) operating range to be expanded, i.e. the compressor can be operated at a higher pressure ratio (advantageous in terms of efficiency and size, and thus also in terms of material costs, integrability and fuel consumption) .
Die zweite Einblasöffnung liegt also bevorzugt in einem axial vorderen Bereich zwischen 0 % und 20 % der axialen Sehnenlänge. Sie kann diesen Bereich vollständig ausfüllen, also eine langgestreckte Schlitzform haben, oder sich auch nur über einen Abschnitt des axial vorderen Bereichs erstrecken, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt. Generell können die im Rahmen dieser Offenbarung diskutierten Einblas- und Absaugöffnungen jeweils als genau eine zusammenhängende Öffnung vorgesehen oder auch in mehrere Teilöffnungen untergliedert sein. Gleiches gilt für die Kanäle, die jeweils auch in mehrere Teilkanäle untergliedert sein bzw. sich entsprechend verzweigen können.The second injection opening is therefore preferably in an axially front area between 0% and 20% of the axial chord length. It can completely fill this area, that is, it can have an elongated slot shape, or it can only extend over a section of the axially front area, as shown in the exemplary embodiment. In general, the injection and suction openings discussed in the context of this disclosure can each be provided as precisely one contiguous opening or also be subdivided into several partial openings. The same applies to the channels, each of which can also be subdivided into several sub-channels or can branch accordingly.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Kanal dort, wo er in der zweiten Einblasöffnung mündet, zur Druckseitenfläche des Schaufelblatts geneigt. In einem zur Schaufelblattsehne an der Schaufelspitze senkrechten Schnitt betrachtet ist der zweite Kanal an der Einblasöffnung in Richtung Druckseite verkippt. Eine Mittenachse des Kanals kann in diesem Schnitt betrachtet bspw. um mindestens 10°, 20°, 30° bzw. 40° gegenüber der Radialrichtung zur Druckseite geneigt sein (mögliche Obergrenzen können bspw. bei höchstens 80°, 70° bzw. 60° liegen). Die beschriebene Unterdrückung bzw. Umlenkung des Kernwirbels lässt sich besonders gut erreichen, wenn das zweite Fluid möglichst tangential zur Oberfläche der Schaufelspitze eingeblasen wird, bspw. in Richtung der Schaufelsehne und/oder in Richtung der Schaufeldruckseite. Bevorzugt kann der zweite Kanal zugleich in Richtung Druckseitenfläche auch nach axial hinten in Richtung Schaufelsehne geneigt sein.According to a preferred embodiment, the second channel, where it opens into the second injection opening, is inclined towards the pressure side surface of the airfoil. In a section perpendicular to the airfoil chord at the blade tip, the second channel at the injection opening is tilted in the direction of the pressure side. A central axis of the channel, viewed in this section, can be inclined, for example, by at least 10 °, 20 °, 30 ° or 40 ° relative to the radial direction to the pressure side (possible upper limits can be at most 80 °, 70 ° or 60 °, for example ). The described suppression or deflection of the core vortex can be achieved particularly well if the second fluid is blown in as tangentially as possible to the surface of the blade tip, for example in the direction of the blade chord and / or in the direction of the blade pressure side. Preferably, the second channel can also be inclined axially rearward in the direction of the blade chord in the direction of the pressure side surface.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Kanal an der ersten Absaugöffnung in Richtung Druckseite geneigt, schließt also in einem zur Schaufelblattsehne an der Schaufelspitze senkrechten Schnitt betrachtet eine Mittenachse des ersten Kanals einen Winkel mit der Radialrichtung ein, vergleiche die Winkelangaben im vorherigen Absatz (die auch im Falle des ersten Kanals bevorzugt sein können). Bezogen auf die Schaufelblattdicke liegt die erste Absaugöffnung vorzugsweise nicht mittig im Profil, sondern zur Druckseite hin versetzt. Entsprechend kann in einem zur Schaufelblattsehne an der Schaufelspitze senkrechten Schnitt betrachtet ein der Saugseitenfläche proximaler, also näherer Rand von der Saugseitenfläche um mindestens 50 % der in diesem Schnitt genommenen Schaufeldicke beabstandet sein.In a preferred embodiment, the first channel at the first suction opening is inclined in the direction of the pressure side, i.e., in a section perpendicular to the blade chord at the blade tip, a center axis of the first channel forms an angle with the radial direction, compare the angle information in the previous paragraph (also may be preferred in the case of the first channel). In relation to the blade thickness, the first suction opening is preferably not located in the center of the profile, but rather offset towards the pressure side. Correspondingly, in a section perpendicular to the blade chord at the blade tip, an edge proximal to the suction side surface, i.e. closer to the suction side surface, can be spaced from the suction side surface by at least 50% of the blade thickness taken in this section.
In bevorzugter Ausgestaltung reicht die erste Absaugöffnung anteilig sogar in die Druckseitenfläche hinein. In einem zur Schaufelblattsehne an der Schaufelspitze senkrechten Schnitt betrachtet ist somit eine radial äußere Kante der Druckseitenfläche nach innen versetzt, bspw. um bis zu 15 % oder 10 % der radialen Schaufelblatthöhe (mit möglichen Untergrenzen bei z. B. mindestens 3 % oder 5 %). Diese und die in den vorstehenden Absätzen beschriebene Orientierung bzw. Ausgestaltung der ersten Absaugöffnung kann die Absaugung von Spaltfluid begünstigen, welches anderenfalls Blockagezonen auffüllen würde.In a preferred embodiment, the first suction opening even extends partially into the pressure side surface. In a section perpendicular to the blade chord at the blade tip, a radially outer edge of the pressure side surface is offset inward, for example by up to 15% or 10% of the radial blade height (with possible lower limits at, for example, at least 3% or 5% ). These and those described in the preceding paragraphs Orientation or configuration of the first suction opening can promote the suction of fission fluid, which would otherwise fill up blockage zones.
Im Allgemeinen ließe sich das bis dato beschriebene Konzept auch mit einer aktiven Kanalstruktur realisieren, also mit einer aktiven Druckbeaufschlagung (zweiter Kanal) bzw. Unterdruckerzeugung (erster Kanal) außerhalb des Schaufelblatts bzw. Gaskanals der Strömungsmaschine. Bevorzugt ist der Kanal bzw. sind die Kanäle des Schaufelblatts jedoch passiv, ist also auch die jeweilig andere Öffnung dem Gaskanal der Strömungsmaschine zugeordnet und Teil der Laufschaufel, siehe nachstehend im Detail.In general, the concept described up to now could also be implemented with an active channel structure, that is to say with an active application of pressure (second channel) or negative pressure generation (first channel) outside the blade or gas channel of the turbomachine. However, the channel or channels of the blade are preferably passive, so the respective other opening is also assigned to the gas channel of the turbomachine and is part of the rotor blade, see in detail below.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der zweite Kanal eine zweite Absaugöffnung auf, über welche das zweite Fluid aus dem Gaskanal der Strömungsmaschine abgesaugt wird (und über den zweiten Kanal zur zweiten Einblasöffnung an der Schaufelspitze gelangt). Die zweite Absaugöffnung kann idealerweise in einem Bereich mit möglichst hohem Druck positioniert werden, bevorzugt ist sie in der Druckseitenfläche des Schaufelblatts angeordnet. Vorzugsweise ist sie dort in einem Bereich an der Vorderkante platziert, bspw. in den axial vorderen 15 % oder 10 % der axialen Sehnenlänge (betrachtet auf der radialen Höhe, auf welcher die Absaugöffnung liegt).According to a preferred embodiment, the second channel has a second suction opening through which the second fluid is sucked out of the gas channel of the turbomachine (and via the second channel reaches the second injection opening at the blade tip). The second suction opening can ideally be positioned in an area with the highest possible pressure; it is preferably arranged in the pressure side surface of the airfoil. It is preferably placed there in an area on the front edge, for example in the axially front 15% or 10% of the axial chord length (viewed at the radial height at which the suction opening is located).
Die Positionierung druckseitig an der Vorderkante kann bspw. insofern von Vorteil sein, als der Staupunkt mit zunehmender Androsselung in Richtung Druckseite wandert, sodass die dort eingesaugte und entsprechend an der zweiten Einblasöffnung ausgeblasene Fluidmenge mit zunehmender Androsselung steigt. Mit zunehmender aerodynamischer Schaufelbelastung nimmt die über den zweiten Kanal geführte Fluidmenge dann infolge des steigenden Druckgradienten automatisch zu, was umgekehrt im Auslegungsbetriebspunkt (Aerodynamic Design Point, ADP) eine weitgehend reduzierte Fluidführung über den zweiten Kanal ergeben kann. Damit lassen sich mögliche negative Auswirkungen auf den Wirkungsgrad begrenzen, die Kanalstruktur stellt einen passiven Stabilisierungsmechanismus dar. Die über den zweiten Kanal geführte Fluidmenge und damit die Intensität der Einblasung über die zweite Einblasöffnung lassen sich selbstverständlich auch über den Kanalquerschnitt einstellen, was bspw. auch bei einer Wirkungsgradoptimierung Eingang finden kann.Positioning on the pressure side at the front edge can be advantageous, for example, as the stagnation point moves towards the pressure side with increasing throttling, so that the amount of fluid sucked in there and correspondingly blown out at the second injection opening increases with increasing throttling. With increasing aerodynamic blade loading, the amount of fluid routed via the second channel then automatically increases as a result of the increasing pressure gradient, which conversely can result in a largely reduced fluid routing via the second channel at the aerodynamic design point (ADP). This allows possible negative effects on the efficiency to be limited, the channel structure represents a passive stabilization mechanism. The amount of fluid passed through the second channel and thus the intensity of the injection via the second injection opening can of course also be adjusted via the channel cross-section, which is also the case with an efficiency optimization can find input.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mündet der erste Kanal in einer ersten Einblasöffnung in den Gaskanal der Strömungsmaschine, wird also das an der ersten Absaugöffnung abgesaugte und durch den ersten Kanal geführte erste Fluid dann an anderer Stelle wieder in den Gaskanal eingeblasen. Die Einblasöffnung des ersten Kanals liegt relativ zu dessen Absaugöffnung an der Schaufelspitze in einem Bereich geringeren Drucks, bevorzugt in der Saugseitenfläche des Schaufelblatts.According to a preferred embodiment, the first channel opens into the gas channel of the turbomachine in a first injection opening, so the first fluid extracted at the first suction opening and guided through the first channel is then blown into the gas channel again at another point. The injection opening of the first channel lies relative to its suction opening at the blade tip in an area of lower pressure, preferably in the suction side surface of the airfoil.
Bevorzugt erfolgt die Einblasung über den ersten Kanal möglichst tangential zum Schaufelblattprofil. Der erste Kanal kann bspw. unter einem Winkel von höchstens 30°, bevorzugt höchstens 20° bzw. 10° in die Saugseitenfläche münden (mit möglichen Untergrenzen bei z. B. 3° bzw. 5°). Betrachtet wird hierbei der Winkel zwischen einer Mittenachse des Kanals in der ersten Einblasöffnung und einer an der Einblasöffnung in die Saugseitenfläche gelegten Ebene. Eine entsprechende Einblasung kann bspw. auch hinsichtlich einer Energetisierung der Grenzschicht von Vorteil sein und damit bei zunehmender Androsselung Ablösegebiete unterbinden.The injection preferably takes place via the first channel as tangential as possible to the airfoil profile. The first channel can, for example, open into the suction side surface at an angle of at most 30 °, preferably at most 20 ° or 10 ° (with possible lower limits at, for example, 3 ° or 5 °). The angle between a central axis of the channel in the first injection opening and a plane placed in the suction side surface at the injection opening is considered here. A corresponding injection can, for example, also be advantageous with regard to energizing the boundary layer and thus prevent detachment areas as the throttling increases.
Auch im Falle des ersten Kanals kann die Intensität der Einblasung über den Kanalquerschnitt eingestellt werden und kann dieser bei einer Wirkungsgradoptimierung Eingang finden. Die erste Einblasöffnung ist bevorzugt in einer radial inneren Hälfte des Schaufelblatts angeordnet. Bezogen auf eine von radial innen nach radial außen genommene Schaufelblatthöhe liegt sie entsprechend zwischen 0 % und 50 %, bevorzugt zwischen 0 % und 30 % der Schaufelblatthöhe.In the case of the first channel, too, the intensity of the injection can be set via the channel cross-section and this can be used for an efficiency optimization. The first injection opening is preferably arranged in a radially inner half of the airfoil. In relation to an airfoil height taken from radially inside to radially outside, it is accordingly between 0% and 50%, preferably between 0% and 30% of the airfoil height.
Die Erfindung betrifft auch ein Verdichtermodul mit einer vorliegend beschriebenen Laufschaufel, insbesondere ein Verdichtermodul eines Flugtriebwerks. Der Erfindungsgegenstand lässt sich vorteilhafterweise sowohl in den axial vorderen als auch den axial hinteren Stufen zur Strömungsstabilisierung schaufelspitzenkritischer Axialverdichterrotoren einsetzen.The invention also relates to a compressor module with a rotor blade described here, in particular a compressor module of an aircraft engine. The subject matter of the invention can advantageously be used both in the axially front and in the axially rear stages for stabilizing the flow of axial compressor rotors that are critical to the blade tips.
Die Erfindung betrifft auch ein Herstellungsverfahren, bei welchem zumindest das Schaufelblatt generativ aufgebaut wird. Das Schaufelblatt wird also bspw. Schicht für Schicht anhand eines Datenmodells erzeugt, z. B. in einem Pulverbettverfahren. Damit lässt sich die Kanalstruktur im Inneren besonders gut implementieren. Die Laufschaufel insgesamt kann dabei in Teilen auch konventionell hergestellt werden, bspw. der Schaufelfuß durch Gießen bzw. Schmieden, es kann aber andererseits auch die gesamte Laufschaufel generativ aufgebaut werden.The invention also relates to a production method in which at least the airfoil is built up generatively. The blade is thus, for example, generated layer by layer using a data model, e.g. B. in a powder bed process. The channel structure can thus be implemented particularly well inside. The rotor blade as a whole can also be produced conventionally in parts, for example the blade root by casting or forging, but on the other hand the entire rotor blade can also be built up generatively.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.In the following, the invention is explained in more detail with the aid of exemplary embodiments, with the individual features within the framework of the independent claims also being essential to the invention in other combinations and furthermore no distinction is made between the different claim categories.
Im Einzelnen zeigt
-
1 in schematischer Darstellung ein Mantelstromtriebwerk in einem Axialschnitt; -
2 ein Laufschaufelblatt mit Kanalstruktur in einer Schrägansicht; -
3 eine strömungsmechanische Illustration zu der Ansicht gemäß2 ; -
4 eine zweite Einblasöffnung des Schaufelblatts gemäß2 in einem Schnitt; -
5 die Positionierung einer zweiten Absaugöffnung des Schaufelblatts gemäß2 in einem Tangentialschnitt; -
6 eine zweite Möglichkeit zur Ausgestaltung einer ersten Absaugöffnung des Schaufelblatts gemäß2 ; -
7 eine erste Möglichkeit zur Ausgestaltung einer ersten Absaugöffnung des Schaufelblatts gemäß2 ; -
8 eine erste Einblasöffnung des Schaufelblatts gemäß2 in einem Tangential schnitt.
-
1 a schematic representation of a turbofan engine in an axial section; -
2 a rotor blade with a channel structure in an oblique view; -
3 a fluid mechanical illustration of the view according to FIG2 ; -
4th a second injection opening of the airfoil according to FIG2 in one cut; -
5 the positioning of a second suction opening of the airfoil according to FIG2 in a tangential section; -
6th a second possibility for designing a first suction opening of the airfoil according to FIG2 ; -
7th a first possibility for designing a first suction opening of the blade according to FIG2 ; -
8th a first injection opening of the airfoil according to FIG2 cut in a tangential.
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Der zweite Kanal
Die Funktion der Anordnung erschließt sich aus
Die
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- StrömungsmaschineTurbo machine
- 1a1a
- Verdichtercompressor
- 1aa1aa
- NiederdruckverdichtermodulLow pressure compressor module
- 1ab1ab
- HochdruckverdichtermodulHigh pressure compressor module
- 1b1b
- BrennkammerCombustion chamber
- 1c1c
- Turbineturbine
- 22
- LängsachseLongitudinal axis
- 33
- VerdichtergasCompressor gas
- 44th
- GaskanalGas duct
- 1010
- LaufschaufelBlade
- 2020th
- SchaufelblattShovel blade
- 2121st
- VorderkanteLeading edge
- 2222nd
- HinterkanteTrailing edge
- 2323
- SaugseitenflächeSuction side surface
- 23.123.1
- Radial äußere Kante der SaugseitenflächeRadially outer edge of the suction side surface
- 2424
- DruckseitenflächePrint face
- 24.124.1
- Radial äußere Kante der DruckseitenflächeRadially outer edge of the print side surface
- 2525th
- SchaufelfußBlade root
- 2626th
- SchaufelspitzeShovel tip
- 3131
- Zweiter KanalSecond channel
- 31.131.1
- Zweite AbsaugöffnungSecond suction opening
- 31.231.2
- Zweite EinblasöffnungSecond injection opening
- 3232
- Erster KanalFirst channel
- 32.132.1
- Erste AbsaugöffnungFirst suction opening
- 32.1.132.1.1
- Proximale KanteProximal edge
- 32.232.2
- Erste EinblasöffnungFirst injection port
- 3535
- SpaltfluidFission fluid
- 35.135.1
- Spaltfluid im axial vorderen BereichSplitting fluid in the axially front area
- 35.235.2
- Spaltfluid in dem das Blockagegebiet nährenden TeilFissure fluid in the part nourishing the blockage area
- 3636
- Kern des SpaltwirbelsCore of the cleft vertebra
- 3737
- BlockagegebietBlockage area
- 3838
- HauptströmungMainstream
- 4040
- MittenachseCentral axis
- 5050
- StaupunktbereichStagnation point area
- 5151
- Zweites FluidSecond fluid
- 5252
- Erstes FluidFirst fluid
- 6060
- MittenachseCentral axis
- 6161
- SchaufeldickeBlade thickness
- 8080
- Winkelangle
- 8181
- Axiale SehnenlängeAxial chord length
- 8282
- Axiale RichtungAxial direction
- 8383
- Vordere TangenteFront tangent
- 8484
- Hintere TangenteBack tangent
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019216635.0A DE102019216635A1 (en) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | ROTATING BLADE FOR A FLOW MACHINE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019216635.0A DE102019216635A1 (en) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | ROTATING BLADE FOR A FLOW MACHINE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019216635A1 true DE102019216635A1 (en) | 2020-09-17 |
Family
ID=72241048
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019216635.0A Withdrawn DE102019216635A1 (en) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | ROTATING BLADE FOR A FLOW MACHINE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102019216635A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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GB2298245A (en) * | 1995-02-23 | 1996-08-28 | Bmw Rolls Royce Gmbh | A turbine blade arrangement comprising a cooled shroud band |
US20170184108A1 (en) * | 2015-12-23 | 2017-06-29 | Emerson Climate Technologies, Inc. | Thermal and sound optimized lattice-cored additive manufactured compressor components |
-
2019
- 2019-10-29 DE DE102019216635.0A patent/DE102019216635A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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