DE1628237B2

DE1628237B2 - Stroemungsmaschinen-umlenkschaufelgitter

Info

Publication number: DE1628237B2
Application number: DE19661628237
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-07-21
Filing date: 1966-07-21
Publication date: 1973-05-03
Also published as: DE1628237C3; US3442441A; GB1198515A; DE1628237A1

Description

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c) die Schaufeln des zweiten Schaufelkranzes ragen mungskanalqüerschnitt in diesem Abschnitte dient, stromabwärts über die Austrittskanten der Schau- höchstens jedoch eine schwache Erweiterung des fein des ersten Schaufelkranzes hinaus und be- Strömungskanals erlaubt ist (F i g. 1). Die Schaugrenzen in diesem Bereich Strömungskanäle, die fein 9 haben deshalb von der Eintrittskante bis zum sich zu den Austrittskanten der Schaufeln des 5 Strömungskanaleintritt eine gerade Rückenkontur 6. zweiten Schaufelkranzes hin erweitern. Die Umlenkung erfolgt nach dem Stoß, also bei

Unterschallgeschwindigkeit im wesentlichen im Ab-

Diese erfindungsgemäße Ausbildung des Umlenk- schnitt B des Strömungskanals. Nach der Umlenkung

schaufelgitters bewirkt, daß es in drei funktional von- wird zum Druckaufbau der Querschnitt in den Ab-

einander getrennte Zonen aufgeteilt wird, die in Rieh- io schnitten C, D bereits schwach erweitert und somit die

tung der Strömung als Stoßbereich, Umlenkbereich Strömung etwas verzögert, wobei die Erweiterung zur

und Verzögerungsbereich wirken. Diese Aufspaltung Verminderung örtlicher Überschallgebiete noch gering

der Funktionen auf drei Bereiche ergibt ein Umlenk- bleibt. Die genaue Einhaltung der strömungsgerechten

schaufelgitter mit einem guten Wirkungsgrad. Dieser Querschnitte bedingt ein weites Hineinragen der

gute Wirkungsgrad erklärt sich daraus, daß sich durch 15 Schaufeln 10 des zweiten Schaufelkranzes bis in den

die Induzierung eines senkrechten Verdichtungsstoßes Umlenkbereich des ersten Schaufelkranzes (Grenze

im vordersten Bereich des Gitters und eine unmittelbar zwischen Abschnitt B und C, D). Die Austrittskanten2

danach erfolgende Umlenkung bei Unterschallge- der Schaufeln 9 des ersten Schaufelkranzes werden

schwindigkeit geringe Grenzschichtdicken ergeben und dünn und scharf gehalten, um einen stetigen Quer-

damit geringe Reibungsverluste, wodurch wiederum 20 schnittsverlauf zu erzielen und die energiearme Nach-

die Gefahr der Ablösung, die ja mit der Größe der laufströmung klein zu halten.

Umlenkung ansteigt, gering ist. Die Anordnung des Die Eintrittskanten 3 der Schaufeln 10 des zweiten Verzögerungsbereichs am Ende des Gitters im Unter- Schaufelkranzes sind ebenfalls scharfkantig ausgebilschallgebiet hat den weiteren Vorteil, daß die Grenz- det, um örtliche Überschallgeschwindigkeiten zu verschichten des ersten Schaufelkranzes, insbesondere die 25 meiden und wegen des stetigen Überganges der Quersich aus der Umlenkung ergebenden, in die Strömungs- schnitte ohne Sprung an der Überlappung von Abkanalmitten der Strömungskanäle des zweiten Schau- schnitt B nach C, D. Die Flanken 7 jeder Schaufel 10 f elkranzes abfließen und somit die Strömung im Bereich bilden mit den jeweils gegenüberliegenden Konturen 6 der sich erweiternden Kanalwände nicht stören, was und 5 der Schaufeln 9 einen kleinen Erweiterungszur Folge hat, daß bei geringen Verlusten ein relativ 30 winkel. Die Querschnittserweiterung im Abschnitt D großer Erweiterungswinkel und damit eine ent- wird wegen der Ablösegefahr durch die weitergeführte sprechend starke Energieumsetzung möglich ist. Umlenkung klein gehalten. Die Krümmung im Ab-In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann schnitt B erzeugt durch die Fliehkraft einen Druckdie Umlenkung des Strömungsmittels in den Strö- gradienten, der nach der Trennung der Ströme im mungskanälen des ersten Schaufelkranzes oder in den 35 Kanalabschnitt C einen höheren mittleren Druck als Strömungskanälen des zweiten Schaufelkranzes er- im Abschnitt D bewirkt. Damit im Punkt des Zusamfolgen, wobei bei der zweiten Lösung die Bauch- menfiießens beider Teilströme keine Druckdifferenz konturen der Schaufeln des ersten Schaufelkranzes herrscht, die zu Verlusten führen könnte, verlaufen die durchgehend gerade sind. Bei der Lösung mit der von den Rückenkonturen 6 der Schaufeln 9 des ersten Umlenkung des Strömungsmittels in den Strömungs- 40 Schaufelkranzes und den diesen benachbarten Flankanälen des ersten Schaufelkranzes können in weiterer ken 7 der Schaufeln 10 des zweiten Schaufelkranzes Ausgestaltung der Erfindung die von den Rücken- begrenzten Abschnitte D im Überlappungsbereich der konturen der Schaufeln des ersten Schaufelkranzes beiden Schaufelkränze entgegengesetzt gekrümmt zur und den diesen benachbarten Flanken der Schaufeln Gesamtumlenkung des Gitters. Damit herrscht an der des zweiten Schaufelkranzes begrenzten Strömungs- 45 Diskontinuitätsfläche eine nahezu parallele Strömung, kanäle im Überlappungsbereich der beiden Schaufel- Die Verzögerung erfolgt hauptsächlich im Abkränze entgegengesetzt zur Gesamtumlenkung des schnitt E, der so kurz wie möglich gehalten wird. Hier Gitters gekrümmt verlaufen. Die Rückenkonturen ist ein relativ hoher Erweiterungswinkel vorgesehen, sollen dabei gemäß einer weiteren Ausgestaltung zu da die Grenzschichten dünn sind. Die angewachsenen den Austrittskanten der Schaufeln des ersten Schaufel- 50 Grenzschichten der Schaufeln 9 fließen in die gesunde kranzes hin gerade auslaufen. Schließlich können ge- Kernströmung ab und bewirken keine nennenswerten maß einer weiteren Ausgestaltung die Rückenkonturen Verluste.

der Schaufeln des ersten Schaufelkranzes mit nahezu Bei der Ausführungsform eines erfindungsgemäßen dem Austrittswinkel des ganzen Umlenkschaufel- Gitters nach F i g. 2 entfällt die zur Druckausgleigitters auslaufen und die Bauchkonturen der Schaufeln 55 chung an der Diskontinuitätsfläche im Abschnitt E des ersten Schaufelkranzes eine Winkeldifferenz zum vorgeschlagene Krümmung der Rückenkontur 6 bei Austrittswinkel aufweisen. sonst gleicher Geometrie des Gitters. Die Rückenin der Zeichnung sind mit den F i g. 1 bis 3 Aus- kontur zur Austrittskante der Schaufeln 9 des ersten führungsbeispiele des Umlenkschaufelgitters nach der Schaufelkranzes läuft gerade aus. Diese Auslegung ist Erfindung dargestellt. 60 für eine geringere innere Umlenkung im Bereich des Die Schaufeln 9 des ersten Schaufelkranzes des Potentialwirbels bei gleichbleibenden An- und Ab-Umlenkschaufelgitters haben dünne und scharfe Ein- strömwinkeln und damit bei gleicher effektiver Umtrittskanten 1. Diese erzeugen nur schwache Kopf- lenkung, die die Ablösegefahr verringert und das wellen mit nachfolgenden schrägen Stößen, die keine Gitter verkürzt, ausreichend. Die den Rückenkontuwesentliche Verzögerung und nur geringe Ruhedruck- 65 ren 6 benachbarten Flanken 7 der Schaufeln 10 des Verluste hervorrufen. Ein senkrechter Stoß wird durch zweiten Schaufelkranzes werden dabei gerade oder Drosseln im vorderen Abschnitte des Strömungs- nahezu gerade ausgebildet, während die zur Dickenkanals stabilisiert, wozu ein gleichbleibender Strö- verteilung erforderliche Krümmung der den Bauch-

konturen 5 der Schaufeln 9 gegenüberliegenden Flanken? eine weitere Umlenkung erzeugt.

Im Gitter nach F i g. 3 wird ebenfalls der Stoß von der Hauptumlenkung und der Unterschallverzögerung im Gitter getrennt. Hauptumlenkung und Verzögerung werden beide in den zweiten Schaufelkranz gelegt, wo die Grenzschichten noch keine gefährliche Dicke angenommen haben. Für die Querschnittsauslegung gelten jedoch die vorher angeführten Gesichtspunkte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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Rückenkonturen (6) der Schaufeln (9) des ersten

Patentansprüche* Schaufelkranzes mit nahezu dem Austrittswinkel

des ganzen Umlenkschaufelgitters auslaufen und die Bauchkonturen (S) der Schaufeln (9) des ersten

. 1. Strömungsmaschinen - Umlenkschaufelgitter 5 Schaufelkranzes eine Winkeldifferenz zum Ausfür Überschall-Anströmung mit zwei axial hinter- trittswinkel .aufweisen,
einanderliegenden Schaufelkränzen, wobei die
Schaufeln des in Strömungsrichtung folgenden
zweiten Schaufelkranzes in die Strömungskanäle

des in Strömungsrichtung vorgelagerten ersten io

Schaufelkranzes hineinragen, wobei ferner die
Eintritts- und Austrittskanten sowohl der Schaufeln des ersten als auch der Schaufeln des zweiten

Schaufelkranzes spitz ausgeführt sind und wobei Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungs-

schließlich die benachbarten Schaufeln des ersten 15 maschinen-Umlenkschaufelgitter für Überschall-An-Schaufelkranzes bis zu den Eintrittskanten der strömung mit zwei axial hintereinanderliegenden Schaufeln des zweiten Schaufelkranzes Strömungs- Schaufelkränzen, wobei die Schaufeln des in Strökanäle mit im wesentlichen gleichbleibenden Quer- mungsrichtung folgenden zweiten Schaufelkranzes in schnitten bilden, gekennzeichnet durch die Strömungskanäle des in Strömungsrichtung vordie Kombination folgender Merkmale: 20 gelagerten ersten Schaufelkranzes hineinragen, wobei

ferner die Eintritts- und Austrittskanten sowohl der

a) Die Schaufeln (9) des ersten Schaufelkranzes Schaufeln des erstenals auch der Schaufeln des zweiten haben von den Eintrittskanten (1) bis zu den ^l⁶·¹^⁶⁸ jpitz ausgeführt sind und wobei. Strömungskanaleintritten gerade Rückenkon- f^ießhch die benachbarten Schaufeln des ersten türen (6)· ³⁵ Schaufelkranzes bis zu den Emtnttskanten der Schau-

fein des zweiten Schaufelkranzes Strömungskanäle mit

b) die Schaufeln (10) des zweiten Schaufel- im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitten bilden, kranzes begrenzen im Bereich der Strömungs- Ein derartiges Strömungsmaschinen-Umlenkschaukanäle des ersten Schaufelkranzes zusammen felgitter ist aus der USA.-Patentschrift 2 953 295 bemit den Schaufeln (9) des ersten Schaufel- 30 kannt.

kranzes Strömungskanäle, die sich zu den Die Schaufeln des zweiten Schaufelkranzes sind bei

Austrittskanten (2) der Schaufeln (9) des dem bekannten Gitter gegen die von den Schaufeln des

ersten Schaufelkranzes hin schwach erweitern; ersten Schaufelkranzes gebildeten Schaufelkanäle und

_N j. ο L * 1 rtn\ j ·* α 1. r 11 die dadurch festgelegte Strömungsrichtung geneigt.

c) die Schaufeln (10) des zweiten Schaufelkranzes _{Der Ne}ig_Ungs_Winkel ist jedoch kleiner als der Winkel ragen stromabwärts über die Austnttskan- _{der Schaufem des ersten Sch}a_Uf_elkranzes. Durch diese

en (2) der Schaufeln (9) des ersten Schaufel- _{Gestalt entsteht an den Stellen der} Eintrittskanten

kranzes hinaus und begrenzen m diesem Be- _{def SchaufeIn des zweiten} Schaufelkranzes ein Ver-

rexch Stromungskanale die sich zu den Aus- _{dichtungsstoß und die} Geschwindigkeit des Strömungs-

tnttskanen (4) der Schaufeln des zweien ₄₀ ^_{18 geht auf Werte unter der} Schallgeschwindigkeit

Schaufelkranzes hm erweitern. zurück

Durch den Verdichtungsstoß und die Verzögerung

2. Strömungsmaschinen - Umlenkschaufelgitter der Strömung unter Schallgeschwindigkeit ergeben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich Grenzschichtablösungen, und es treten ent-Umlenkung des Strömungsmittels in den Strö- 45 sprechende Strömungsverluste ein, wodurch der Wirmungskanälen des ersten Schaufelkranzes erfolgt. kungsgrad des Schaufelgitters verschlechtert wird.

3. Strömungsmaschinen - Umlenkschaufelgitter Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Strömungsmaschinen-Schaufelgitter für Überschalldie Umlenkung des Strömungsmittels in den Strö- anströmung so auszubilden, daß durch die Lage der mungskanälen des zweiten Schaufelkranzes erfolgt, · 50 Schaufelkränze zueinander sowie die Konturen der wobei die Bauchkonturen (5) der Schaufeln (9) des Schaufeln ein Abreißen der Strömung verhindert und ersten Schaufelkranzes durchgehend gerade sind. eine hohe verlustarme Verzögerung der Strömung sowie

4. Strömungsmaschinen - Umlenkschaufelgitter eine Umlenkung derselben erzielt wird.

nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Diese Aufgabe wird bei einem Strömungsmaschinen-

die von den Rückenkonturen (6) der Schaufeln (9) 55 Umlenkschaufelgitter der eingangs angegebenen Art

des ersten Schaufelkranzes und den diesen benach- gemäß der Erfindung durch die Kombination der fol-

barten Flanken (7) der Schaufeln (10) des zweiten genden Merkmale gelöst:
Schaufelkranzes begrenzten Strömungskanäle im

Überlappungsbereich der beiden Schaufelkränze _{a) Die Schaufem des} ersten Schaufelkranzes haben

entgegengesetzt zur Gesamtumlenkung des Gitters 60 _{yon deQ Eintrittskanten bis zu den} strömungs-

gekrummt verlaufen. kanaleintritten gerade Rückenkonturen;

5. Strömungsmaschinen - Umlenkschaufelgitter

nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die b) die Schaufeln des zweiten Schaufelkranzes be-Rückenkonturen (6) zu den Austrittskanten (2) grenzen im Bereich der Strömungskanäle des der Schaufeln (9) des ersten Schaufelkranzes hin 65 ersten Schaufelkranzes zusammen mit den Schaugerade verlaufen. fein des ersten Schaufelkranzes Stromungskanale,

6. Strömungsmaschinen - Umlenkschaufelgitter die sich zu den Austrittskanten der Schaufeln des nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaufelkranzes hin schwach erweitern;