DE1108374B - Einrichtung zur Vermeidung von Sekundaerstroemungen in Schaufelkanaelen von Stroemungsmaschinen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Vermeidung von Sekundärströmungen in Schaufelkanälen von Strömungsmaschinen In den Schaufelkästen von Strömungsmaschinen, insbesondere bei Axialverdichtern, treten bekanntlich auf der Schaufelbauch- und -rückenseite verschiedene Drücke auf, die sich in Sekundärströmungen längs der radial inneren und äußeren Kanalbegrenzung auszugleichen suchen. In den meisten Fällen verursachen die Sekundärströmungen ein starkes Anwachsen der Grenzschicht auf dem Schaufelrücken, was schließlich zur Verringerung des freien Durchflußquerschnittes, Abreißen der Strömung und anderen schädlichen Folgen führt, die den hydraulischen Wirkungsgrad der Strömungsmaschine bedeutend herabsetzen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nahe der inneren oder auch äußeren Kanalbegrenzung ein dem Druckgefälle zwischen Schaufelbauch- und -rückseite entgegengesetztes Potential zu erzeugen, um dadurch der Sekundärströmung entgegenzuwirken.
• Es ist nun an sich bekannt, daß an den freien Enden von Schaufeln sogenannte Randwirbel auftreten, deren Stärke im wesentlichen von der Anströmgeschwindigkeit und von dem Anstellwinkel abhängig ist. Diese Erscheinung wird z. B. bei einem bekannten Strahlrohr mit difiusorartiger Erweiterung zur Vermeidung eines zu starken Anwachsens der Grenzschicht an der kegelförmigen Innenwand ausgenutzt, indem an dieser Wand kurze, radial stehende Schaufelstümpfe, sogenannte »Wirbelflossen«, angebracht sind, deren Randwirbel für einen ständigen Energieaustausch zwischen der Potentialströmung und der langsameren Reibungsschicht sorgen, so daß Ablösungen an dieser Innenwand vermieden werden.
• Die vorliegende Erfindung stellt gewissermaßen eine weitere Anwendung der an sich bekannten Wirbelflossen, und zwar innerhalb der Schaufelkanäle von Strömungsmaschinen dar, wobei allerdings nicht - wie bei jenem bekannten Strahlrohr - ständig langsameres Strömungsmittel aus der Grenzschicht herausgelöst und schnelleres Strömungsmittel aus der Potentialströmung der Reibungsschicht zugeführt wird, sondern die Randwirbel sollen - entsprechend der weiter oben umrissenen Erfindungsaufgabe - ein dem bestehenden Druckgefälle zwischen den Seiten eines Schaufelkanals entgegengesetztes Potential erzeugen. Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß mindestens an einer Seite der Schaufeln Wirbelflossen von solcher Höhe, Tiefe und Anstellung angebracht, daß die von diesen erzeugten Randwirbel der Sekundärströmung entgegenwirken.
• Es sei besonders darauf hingewiesen, daß Wirbelflossen gemäß vorliegender Erfindung nicht zu verwechseln sind mit sogenannten »Grenzschichtzäunen«, deren Aufgabe es ist, dem Abfließen der Grenzschicht auf dem Rücken der Schaufel ein Hindernis entgegenzusetzen. Sofern bei Grenzschichtzäunen bekannter Ausführung Randwirbel überhaupt feststellbar sind, sind diese zu schwach, um die Entstehung von Sekundärströmungen zu verhindern.
• Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele an Hand schematischer Darstellungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 einen Laufschaufelkanal eines Axialverdichters im Radialschnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Axialschnitt nach Linie III-III der Fig. 1, Fig. 4 eine Laufschaufel im Grundriß mit an der Profilnase angesetzten Wirbelflossen und Fig. 5 die Seitenansicht dieser Schaufel (im Ausschnitt) in Blickrichtung des Pfeiles V in Fig. 4. Gemäß Fig. 1 bis 3 sind die Laufschaufeln l mit Schaufelrücken la und Schaufelbauch 1b an der Radnabe 2 befestigt. Der Schaufelkanal 3 wird nach außen von der Abdeckung 4 begrenzt; er wird in Richtung des Pfeiles 5 (Fig. 2) durchströmt. Mit @-und - sind in Fig. 1 und 2 die Kanalseiten mit höherem und niedrigerem Druck angedeutet. Dieses Druckgefälle bewirkt eine Sekundärströmung in Richtung der Pfeile 6. Um dieser entgegenzuwirken, sind an den Schaufeln 1 nahe der Nabe 2 die Wirbelflossen 7 mit der Höhe h, Tiefe t und Anstellwinkel a angebracht, deren jede einen Randwirbel (angedeutet mit dem gepfeilten Kreis 8) erzeugt, dessen Drehsinn der Sekundärströmung entgegengerichtet ist. Fig. 3 veranschaulicht die Wirkung der Wirbel auf die der konvex gekrümmten Kanalwand (Schaufelrücken l a) benachbarte Strömung. Ohne Wirbelflossen würden die Stromlinien den in gestrichelten Linien dargestellten Verlauf nehmen. Die eingeleiteten Randwirbel bewirken dagegen eine Ablenkung der Kanalströmung nach der Nabe hin, womit gleichzeitig eine bessere Durchsatzverteilung über die radiale Kanalhöhe erreicht wird.
• Mit Hilfe der Randwirbel kann nun auch die Spaltströmung zwischen Schaufelkopf und Kanalabdeckung weitgehend unterbunden werden. Zu diesem Zweck wird z. B. auf der Schaufelbauchseite, am Schaufelkopf - wie in Fig. 1 (oben) mit strichpunktierten Linien angedeutet - eine weitere Wirbelflosse 9 angebracht, wobei der von dieser erzeugte Randwirbel 10 entgegengesetzten Drehsinn haben muß wie der Wirbel B.
• In Fig.4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Wirbelflossen 11, 12 paarweise mit positivem und negativem Anstellwinkel a1 und u., auf dem Schaufelprofil angebracht sind.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Vermeidung von Sekundärströmungen in Schaufelkanälen von Strömungsmaschinen, insbesondere für Axialverdichter, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einer Seite der Schaufeln (1) an sich bekannte Wirbelflossen (7) von solcher Höhe (h), Tiefe (t) und Anstellwinkel (a) in einer Lage angebracht sind, daß die von diesen erzeugten Randwirbel die durch unterschiedliche Drücke an den Schaufelseitenwänden bedingte Sekundärströmung unterdrücken.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (1) mit mindestens zwei Wirbelflossen (7, 9) versehen ist, von denen eine nahe der Nabe (2) und die andere in der Nähe des Schaufelkopfes angebracht ist (Fig. 1).
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelflossen (11, 12) paarweise mit entgegengesetzten Anstellwinkeln zu beiden Seiten des Schaufelprofils angebracht sind (Fig. 4, 5).