DE1628261A1

DE1628261A1 - Luftentnahmeeinrichtung an Axialverdichtern

Info

Publication number: DE1628261A1
Application number: DE19661628261
Authority: DE
Inventors: Burge Joseph Clayton; Naberhaus John Darrel
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-02-21
Filing date: 1966-11-18
Publication date: 1970-12-10
Also published as: NL6616250A; FR1501382A; BE689754A; GB1119479A; SE308359B; CH452098A; DE1628261B2; US3365124A

Description

Luftentnahmeeinrichtung an Axialverdichtern

Die Erfindung betrifft eine Luftentnahmeeinrichtung an AxialVerdichtern.

In Flugzeug-Gasturbinenanlagen mit mehrstufigen Axiaiverdichtern ist es erwünscht, Druckluft für anderweitige Verwendungszwecke, beispielsweise zur Kabinen-Druckbelüftung _f für die Klimaanlage und zum Enteisen, sowie für andere Aufgaben zur Verfügung zu haben. Man hat die benötigte Druckluft bisher im allgemeinen dem Verdienter des Triebwerks entnommen, weil der Verdichter Druckluft bei vielen verschiedenen Drücken erzeugt» Durch Entnahme an einer geeigneten Stelle einö,s mehrstufigen Axialverdichters kann die Luft im wesentlichen mit jedem beliebigen Druck erhalten werden»; Die Entnahme der Luft aus dem Triebwerkskreislauf setzt natürlich die Leistung des Triebwerks herab, doch ist dies unvermeilich, wenn der Verdichter als Druckluftquelle verwendet wird. Bei Verdichtern, bei weichen Luft entnommen wird, ist es zweckmäßig, die Abstände zwischen den Laufschaufeln und dem diese umgebenden Mantel sehr klein zu halten, damit störende aerodynamische Wirkungen vermieden

009850/0755 .;;/;--_.—

Neue Unteftogen (Art. 7 § 1 Abe, 2 Kr₁1 satz 3 d* Andtrungsgeit ν. 4.9. -\rnii

werden. Es sind schon viele Einrichtungen für die Entnahme von Druckluft aus dem Bereich des äußeren Endes der Laufschaufeln durch den Ständermantel, d. h. am Außendurchmesser des Läufers entwickelt worden. Infolge der Fliehkraftwirkung des Verdichters führt die so entnommene Druckluft jedoch Schmutz, Öl und Fremdkörper mit, so daß die Druckluft im allgemeinen gefiltert werden muß, bevor sie verwendet werden kann« Darüberhihaus sind auch schon Einrichtungen entwickelt worden, welche Druckluft im inneren Durchmesserbereich des Verdichters entnehmen, wo die Druckluft relativ rein ist. Bei Ver-Wendung dieser Einrichtungen zur Entnahme von Druckluft im inneren Durchmesserbereich ist im allgemeinen ein Deckband an den Lauf- oder Leitschaufeln vorgesehen, damit unerwünschte Kreislaufströmungen vermieden und die zur Luftentnahme geschlitzten Bauelemente verstärkt und gesichert werden. ·

Eine derartige Vorrichtung ist z« B. aus der XJ.S.-Patentschrift 2.848.155 bekannt. Diese dient der Grenzschichtbeeinflussung an der Läufernabe und ist dementsprechend ausgebildet*

Die Luftentnahmeöffnungen erstrecken sich über den gesamten Läuferumfang und weisen eine Höhe auf, die im wesentlichen der durchschnittlichen Grenzschichtdicke an der Läufernabe entspricht« Sie sind entgegen der Strömungsrichtung geöffnet«

Eine solche Anordnung eignet sich jedoch nicht für die Entnahme relativ großer Luftmengen, die als Arbeitsmedium vorgesehen sind, dd der EntnahmeVorgang zwangsläufig mit einem schlechten Tiirkungsgrad behaftet ist. (Die-Grenzschichtluft hat die relativ größten Ver-

009 8 50/07 5 5 ' ' bad

luste an jedem Ort gleichen Druckpotentials eines Kompres·

Dazu sind, bedingt durch die kleinen Öffnungsquerschnitte mit derartigen Vorrichtungen auch nur relativ geringe Luftmengen zu entnehmen. Größere Öffnungsquerschnitte würden wiederum die AxialstrÖmung im Kompressor erheblich stören»

Aufgabe der Erfindung ist es vor allem für die Druckluftentnahme im inneren Durchmesserbereich des Läufers eine möglichst einfache Einrichtung zu schaffen, bei der die aerodynamischen Störungen auf ein Minimum herabgesetzt sind.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zu schaffen, mit der einem Verdichter Druckluft so entnommen, werden kann, daß dabei die gleich-_ mäßige Druckverteilung in der Umfangs-, axialen xind radialen Richtung nur minimal beeinträchtigt wird.

Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Einrichtung, die einerseits einen maximalen Druckluftentnahmequerschnitt besitzt und andererseits nur zu minimalen Verlusten führt.

Schließlich ist es noch Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der vorbeschriebenen Art so auszubilden, daß die Leitschaufelspitzett deckbandfrei unddarüber hinaus alle Konstruktionselemente zur Entnahme der Luft in den Leitschaufeln selbst enthalten sind.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Luftentnahmevorrich- · tung ist für die Anwendung in einem mehrstufigen Axial--

009850/0755 ' ' BAD

verdichter bestimmt. Ein derartiger Axialverdichter besteht im wesentlichen aus einem mit mehreren Laufschaufelkränzen besetzten Läufer und aus¹ einem diesen Läufer umgebenden.Gehäuse, in dem mehrere Leitschaufelkränze angeordnet sind, die zwischen die Laufschaufelkränze des Läufers ragen. Die Leitschaufein wie auch die Laufschaufeln haben den Querschnitt von Flügelprofilen.

Die Leitschaufeln mindestens eines Leitschaufelkranzes sind hohl ausgebildet. Der Mantel und die Läufernabe begrenzen in der üblichen Welse einen Strömungskanal, wobei mindestens eine Luftentnahmeöffnung im axial inneren Bereich dieses Strömungskanals am Fuße der hohlen Leitsehaufein angeordnet ist,

Erfindungsgemäß befindet sich die Luftentnahmeöffnung an dem der Läufernabe zugewandten Ende einer hohlen Leitschaufel in deren Strömungsflache. Sie erstreckt sich dabei axial zur Läufernabe. Diese Lufteintrittsöffnung bestehtdabei im wesentlichen aus einem rechteckigen Schlitz, der vorzugsweise an der Druckseite der hohlen Leitschaufel angeordnet ist.

Bei einer besonderen Ausführungsform erstreckt sich der rechteckige Schlitz bandartig zwischen der Vorder- und Hinterkante des Flügelprofils, Die sich radial erstreckenden Enden des Schlitzes verlaufen dabei in axialer Richtung in einem Abstand von der Vorder- bzw. Hinterkante des Flügelprofils.

Die radiale Tiefe des Schlitzes entspricht im wesentlichen dem Maß der Zurückversetzung gegenüber der Vorder- bzw. Hinterkante des Flügelprofils der Lßit~ schaufel.

009850/0755 '' ' .

- 5 —■■■■■" ~ ":

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, die Querschnitts fläche des Schlitzes so zu dimensionieren, daß sie wenigstens dem kleinsten Querschnitt des Leitschaufelblattes entspricht.

Zur Aufnahme und Weiterleitung der entnommenen Luft ist ein Sammelkanal vorgesehen, der die hohlen Leitschaufein überbrückt, und von dem aus die Entnahmeluft an die entsprechenden Verbraüchsstellen geleitet wird*

Der Gegenstand der Erfindung ist in den Figuren 1 bis 3 der Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt, welches nachstehend ausführlich beschrieben ist. Bs zeigern

Pig» 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Axial-Verdichters mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Entnahme von Luft zwischen den Stufen eines Verdichters?

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung, einer hohlen Leitschaufel mit einem der Nabe benachbart liegenden Luftentnahmeschlitz;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine hohle Leitschaufel entlang der Linie 3-3 der Fig. f.

In Fig, 1 ist der mittlere Teil eines mehrstufigen Axialvordichters im Längsschnitt dargestellt. Dieser besitzt ο Lrion Läufer 10, auf dem in üblicher We.ioe die Laufschaufeln 12 bofestlgt sind, die ein FlügeiprofJLl haben. Dor Stäiiclurinuntel \h ist mit den UbLlchon, oinwärtsg'» fielt to ton, radialen Loltauhaufo Ln \6 vo.rsohon, die

■ . / .BAD

009850/0755

ebenfalls ein Flügelprofil aufweisen. Die zu komprimierende Luft strömt durch den Kanal 18, der nach außen von dem Ständermantel 14 und nach innen von der Wand 20 des Läufers 10 begrenzt wird.

Um einer Zwischenstufe dieses mehrstufigen AxialVerdichters Druckluft entnehmen zu können, ist die Entnahmeeinrichtung derart ausgebildet, daß wenigstens einige der Leitschaufeln 16, vorzugsweise jedoch alle Leitschaufeln einer Stufe hohl ausgebildet sind. Jede dieser hohlen Leitschaufein besitzt einen Innenkanal 22, der das Leitschaufelblatt und den außerhalb des Gehäuses befindlichen Leitschaufelträger Zk durchsetzte Damit aerodynamische Störungen.weitestgehend vermieden werden und nur reine Luft entnommen wird, erfolgt die Entnahme zwischen den Stufen in unmittelbarer Nähe der Nabenwand 20 bzw· im Bereich des Innendurchmessers des Läufers« Zu diesem Zweck ist, wie Fig_e 2 und 3 erkennen lassen, in der konkaven oder Druckfläche 28 der Leitschaufel eine Öffnung_s vorzugsweise in Form eines rechteckigen Schlitzes 26, angeordnete Xm Gegensatz zu der in Strömungsrichtung rückwärtigen konvexen Saugfläche 30 ist die vordere Druckfläche 2$ aerodynamisch unkritisch· Etwaige ungünstige aerodynamische Wirkungen des Schlitzes werden dadurch auf ein unwesentliches Ausmaß- herabgesetzt, daß der Schlitz. 26 vorzugsweise gegenüber der Stirnkante der Druckfläche zurückversetzt ist; und parallel zur Nabenwand 20 verläuft· Da nur in der vorderen Schaufelwand der Schlitz 26 angeordnet ist, strömt die eintretend« Druckluft radial auswärts durch diesen hindurch in die hohle Leitschaufel 16 bis zur Außenseite des Mantels l4e Zum Sammeln der Druckluft und zu ihrer Zuführung zu einem Verbraucher befindet sich an dem Mantel

BAD 0098 50/0755

- 7 - .■ - ■■■. V

ein ringförmiger Sammelkanal 32» in welchen die Durch*- trittsoff mangen im Standermantel ik einmünden.

Die Quer schnitt sf lachte des rechteckigen Schlitzes 26 muß mindestens ebenso groß sein wie die kleinste Qüerschnittsflache des Strömungskanals in der hohlen Leitschaufel, damit kleine Drosselung eintritt. Wenn die Schl.itzflache größer ist als der Querschnitt des Strömungskanals in der Leitschaufel tritt in diesem ehe Drosselung ein. Bei zu kleiner Schlitzfläche wird die maximale Entnahmeleistung nicht erzielt. Die Schlitze 26 können Jede beliebige Rechteckform haben. Zweckmäßig ist der Schlitz niedrig und breit und erstreckt sich in der gezeigten Weise längs einer Sehne in der Druckflädhe.

Jede Leitschaufel muß eine genügende Festigkeit haben, auch wenn sie im allgemeinen aus dünnem Blech besteht, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Sie ist daher ie Innern durch eine geeignete Stützkonstruktion Jk abgestützt, die die Luftströmung nicht beeinträchtigen soll. Der Schlitz 26* erstreckt sich nicht ganz bis zur Vorder- und zur Hinterkante 36 bzw. 38 der Schaufel 16. Die zur Erzielung der höchsten Festigkeit, kleinsten aerodynamischen Störung und optimalen Druckausgleichs zweckmäßigste Ausbildung erhält man, wenn die radiale Tiefe des Schlitzes im wesentlichen dem Maß der Zurückversetzung gegenüber den Kanten entspricht>

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Fläche des einzelnen Schlitzes möglichst klein zu wählen und alle* Leit schau fein ether Stufe mit derartigen Schlitzen zu versehen. In diesem Fall kann der einzelne Schlitz

- / -■■--* ' 6AD ORIGINAL

009ÖE-0/Q7G5

kleiner sein, als wenn nur einige Leitschaufein mit Schlitzen versehen sind, da die Gesamtmenge der entnommenen Luft von der Schlitzfläche pro Leitschaufel multipliziert mit der Anzahl der Leitschaufein abhängt, Die letztgenannte Maßnahme hat ferner den Vorteil j daß Druckungleichheiten und Strömungsstörxmgen auf ein Minimum herabgesetzt werden, Ferner wird durch die Anordnung von Schlitzen in allen Leitschaufeln einer Stufe erreicht, daß bei der Entnahme einer maximalen Luftmenge und minimaler aerodynamischer Störung die einzelnen Leitschaufein kleiner und dünner ausgebildet werden können.

Selbstverständlich kann der Schlitz in Abhängigkeit von der gewünschten Luftmenge abgeändert werden und andere als die dargestellte Rechteckform haben. Der SammeIkanal 32 kann sich in axialer Richtung weiter erstrecken als nur über die Stufe mit den hohlen Leitschaufeln, damit bei möglichst kleinem Durchmesser ein erforderlicher Strömungsquerschnitt für die entnommene Luft vorhanden ist.

Π Π 9 8 5 0/0755

Claims

1 J Luf'tentnahmevorrichtung an einem mehrstufigen Axialverdichter, bestehend aus einem mit LeIts chauf elkränzen besetzten Gehäusemantel ('14) und einem mit Laufschaufelkränzen besetzten Rotor, dessen Laufschaufeln wenigstens zum Teil hohl ausgebildet sind, und mindestens eine LuftentnahmeÖffnung im axial inneren Bereich des Strömungskanals vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet^ daß die Luftentnahmeöffnung (26) an dem der Läufernabe (1O) zugewandten Ende einer hohlen Leitschaufel (i6) in deren vorderer Druckfläche (28) vorgesehen ist und sich axial zur Läufernabe (10) erstreckt,·

2. Luftentnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteintrittsöffnung aus einem im wesentlichen rechteckigen Schlitz (26) besteht,

3, LuftentnahmeVorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rechteckige Schlitz (26) in der Druckfläche (28) der hohlen Leitschaufel (i6) angeordnet ist.

4, Luftentnahmevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rechteckige Sohlitz (26) sich bandartig zwischen der Vorder- und der Hinterkante des Fliigelprofils (i6) erstreckt.

5. Luffcentnahmevorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekonnzeichnet, daß die sich radial er-

0098 50/07 5 5

Neue Untere,,-, --/ ,i/ - f .

streckenden Enden des Schlitzes (26) in axialer Richtung in Abstand von der Vorder- bzw. Hinterkante (36,38) des Flügelprofils (16) verlaufen.

6. LuftentnahmeVorrichtung nach Anspruch 5_f dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Tiefe des Schlitzes (26) im wesentlichen dem Maß der Zurückversetzung gegenüber der Vorder- bzw. Hinterkante (36,3&) des Flügelprofils (l6) entspricht.

7· LuftentnahmeVorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Schlitzes (26) wenigstens gleich der kleinsten Querschnittsflache des Strömungskanals in der Leitschaufel (16) ist.

β. LuftentnahmeVorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein die hohlen Leitschaufeln (16) überdeckender Sammelkanal (32) am Mantel (i4) angeordnet ist.

0098R0/O7 5S