DE1925172B2 - Nachleitgitter eines axialverdichters, insbesondere eines ueberschall- axialverdichters - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Nachleitgitter eines Axialverdichtcrs, insbesondere eines Überschall-Axialverdichters, zwischen dessen das Nachleitgitter begrenzenden Wänden, ein zu diesen koaxialer, teilweise in die Leitschaufeln ragender Profilring angeordnet ist. dessen Profilhöhe in einem ersten Abschnitt zunimmt und in einem zweiten Abschnitt wieder abnimmt.

Bei Nachleitgittern von Axialverdichtern wird die Strömung stark umgelenkt und verzögert, was zu einer Ablösung der Strömung führen kann. Dies gilt in besonderem Maße für Überschall-Axialverdichter, bei denen die Verzögerung teilweise durch einen senkrechten Verdichtungsstoß eingeleitet wird.

Die Gefahr der Strömungsablösung kann in bekannter Weise dadurch verringert werden, daß hinter der Stelle, an der der Verdichtungsstoß auftritt, die Verzögerung von der Umlenkung getrennt wird. Diese Trennung kann erzielt werden, indem man die Gehäusewände im Umlenkbereich so konvergieren läßt, daß die Strömung lediglich umgelenkt wird, während man durch Divergenz der Wände hinter dem Gitter die umgelenkte Strömung ohne wesentliche Richtungsänderung verzögert. Dabei bewirkt der am Übergang der konvergierenden in die divergierenden Wandteile entstehende Knick um so eher eine Ablösung der Strömung, je dicker die Grenzschicht des ankommenden Strömungsmittels ist. Da die Grenzschicht an der Gehäusewand und an der Nabe durch die Vorgänge im Laufrad und durch den Verdichtungsstoß im Nachleitgitter schon verhältnismäßig dick ist, löst sich mit Sicherheit die Strömung am Knick ab.

Bei einer bekannten Einrichtung für Axialströmungsmaschinen nach der DT-AS 10 64 191 soll mittels eines Profilringes eine Abschirmung der normalen bzw. der Hauptströmung gegenüber dem Strömungsablösungsgebiet, das innerhalb der Drallitrömung im Nabenbereich z. B. bei einem Axialverdichter auftritt, herbeigeführt werden können. (ίο

Hierzu ist bei dieser bekannten Einrichtung der Profilring hauptsächlich zwischen dem Lauf- und Leitgitter, also im schaufelfreien Raum zur Bildung eines äußeren und eines inneren Ringraums angeordnet.

Lediglich mit seinem hinteren Ende ist der Profilring an der Leitgittereintrittskante befestigt, indem er die Schaufeleintrittskanten geringfügig übergreift.

Die bekannte Einrichtung befaßt sich nicht mit dem in der technischen Strömungslehre an sich bekannten Prinzip der Trennung von Umlenkung und Verzögerung in einem gekrümmten Diffusor als strömungsverbcsseindcs Mittel,

Die Anordnung des bei der bekannten Einrichtung vorgesehenen Profilringes kann in dieser Hinsicht nicht zu einer Verbesserung der Strömungsverhiiltnisse führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei Nachleitgittern von Axialverdichtern infolge der verhältnismäßig starken Umlenkung und Verzögerung der Strömung auftretende Gefahr der Slrömungsablösiing auf relativ einfache Weise zu beseitigen.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Übergang vom ersten zum zweiten Abschnitt des Profilrings im Bereich der Austrittsebene der Leitschaufeln liegt.

Infolge der hierdurch gegebenen Anordnung des Profilringes, bei der dessen in Strömungsrichtung dicker werdendes Vorderteil im Leitgitterbereich, die dickste Stelle des Profilringes in der Länge der Leitgitterausirittsebene liegen soll, wird eine zeilliche Trennung von Umlenkung und Verzögerung erreicht, indem die Strömung zuerst bei konstanter Geschwindigkeit nur umgelenkt und nach Beendigung der Umlenkung nunmehr iimlenkungsfrei verzögert werden soll.

Hinsichtlich der Beseitigung der Gefahr von Strömungsablösungen, die speziell infolge son Grenzschichtanhäufungen auftreten können, dürfte sich die Erfindung besonders vorteilhaft bei Uberschall-Axialverdichtern auswirken, bei denen die Strömung mittels Leitgitter gleichzeitig einer relativ starken Umlenkung und einem relativ starken Druckanstieg unterworfen ist.

Aufgrund der Anordnung und Ausbildung des Profilringes wird ein weiterer Vorteil darin gesehen, bei einem »normal« ausgelegten Unterschallverdichter auf relativ einfache Weise ein verhältnismäßig hohes Druckverhältnis bereitstellen zu können, indem der Profilring eine ähnliche Wirkung erzielen lassen soll, wie sie für normalerweise verwendete Leitbleche in Diffusoren zugrunde gelegt werden kann.

Ein weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere für Überschallverdichter, wird darin gesehen, daß der Profilring ein viereckiges Profil mit einer langen, zur Verdichterachse parallelen Diagonale und einer kurzen, dazu senkrechten Diagonale aufweist.

Anhand eines Ausführungsbeispiels ist die Erfindung in der Zeichnung weiter erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Überschall-Axialverdichters,

Fig. 2 eine Abwicklung des Verdichterlaufrads mit Nachleitgitter nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen vergrößert dargestellten Längsschnitt des Profilringes aus F i g. 1.

Im Gehäuse 11 eines Überschall-Axialverdichters ist ein Verdichterlaufrad 12 gelagert, dessen Nabenscheibe mit 13 und die zugehörigen Verdichterschaufeln mit 14 bezeichnet sind. An das Verdichterlaufrad 12 schließt sich ein Nachleitgitter 15 an, und zwar innerhalb eines Ringkanals 16, der zwischen das Nachleitgitter 15 außen sowie innen begrenzenden Wänden 17, 18 angeordnet ist.

Das Nachleitgitter 15 besteht aus Leitschaufeln 19 und einem etwa in der Mitte des Ringkanals 16 koaxial tu diesem angeordneten Profilring 20. Die Profilhöhe des Profilrings 20 nimmt dabei in einem ersten Abschnitt 22 (F i g. 3) zu und in einem zweiten Abschnitt 23 wieder ab.

Im einzelnen weist der Profilring 20 ein viereckiges Profil mit einer langen, zur Vcrdichtcrachse paiallelen Diagonale 24 und einer kurzen, dazu senkrechten Diagonale 25 auf. Der erste Abschnitt 22 des Profilrings 20 ragt dabei so weit in die Lcitschaufeln 19, dall der s Übergang 26 vom ersten 22 zum zweiten Abschnitt 23 des Profilrings 20 im Bereich der Austritlsebene 27 der Leitschaufeln 19 liegt.

Der erfindungsgemäße Profilring iO führt zu einem konvergent-divergenten Querschnittsverlauf des Ringkanals 16 sowie zur angestrebten zeitlichen Trennung von Umlenkung und Verzögerung der Strömung, indem über das Nachleitgitter 15 die Strömung zuerst bei konstanter Geschwindigkeit umgelenkt und nach Beendigung der Umlenkung im Bereich des zweiten, i> sich verjüngenden Abschnitts 23 des Profilrings 20 nunmehr umlenkungsfrei verzögert wird, während an ilen Wänden 17, 18, die durch die Anordnung des Prufilrings 20 knickfrei ausgeführt werden können, die Gefahr des Abreiliens der Strömung stark vermindert wird.

Die das Nachleitgitter 15 begren.'.enden Wände 17,18 haben im Beispiel zylindrische Gestalt. Sie können aber auch etwas geneigt oder gekrümmt sein, ohne daß sich an der Wirkung des Profilrings etwas ändert. Der Profiiring kann neben dem durch Geraden begrenzten Profil nach ΙΊ g. 3 auch ein rhombisches oder tropfenförmiges Profil aufweisen. Die Profile können dabei mich /u ihrer Längsachse asymmetrisch aufgebaut sein.

Anstelle der im Beispiel gezeigten Mittellage des Profilrings im Ringkanal wäre es auch möglich, den Profiiring gegebenenfalls näher an einer von beiden den Ringkanal begrenzenden Wänden anzuordnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Nachlcitgitier eines Axialverdichters, insbesondere eines Überschall-Axialverdichters, zwischen dessen das Nachleitgitter begrenzenden Wänden, ein zu diesen koaxialer, teilweise in die Leitschaufel ragender Profilring angeordnet ist, dessen Profilhöhe in einem ersten Abschnitt zunimmt und in einem zweiten Abschnitt wieder abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (26) vom ersten (22) zum zweiten Abschnitt (23) des Profilrings (20) im Bereich der Austriltsebene (27) der Leitschaufeln (19) liegt.

2. Nachleitgitter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilring (20) ein viereckiges Profil (21) mit einer langen, zur Verdichterachse parallelen Diagonale (24) und einer kurzen, dazu senkrechten Diagonale (23) aufweist.