DE2135183A1

DE2135183A1 - Geblase oder Kompressor für ein Gas turbinenstrahltnebwerk

Info

Publication number: DE2135183A1
Application number: DE19712135183
Authority: DE
Inventors: Christopher John Barry Brian Duffield Derby Moore (Großbritannien)
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1970-07-17
Filing date: 1971-07-14
Publication date: 1972-02-24
Also published as: US3730639A; GB1342590A; IT940326B

Description

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. CURT WALLACH

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH ,. DR. TINO HAIBACH * ' ^{J 5} ' ^{ö J}

8 MÜNCHEN 2, 14. Juli 1971

UNSER ZEICHEN: ^ ^₁ _ _K/_Ne/_VM

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, London, England.

Gebläse oder Kompressor für ein Gasturbinenstrahltriebwerk

Die Erfindung betrifft ein Gebläse oder einen Kompressor für ein Gasturbinenstrahltriebwerk.

In letzter Zeit hat es sich als äußerst wichtig erwiesen, den Lärm zu vermindern, der von verschiedenen Bauteilen eines Gasturbinenstrahltriebwerks veranlaßt wird. Wenn ein von einem Gasturbinenstrahltriebwerk angetriebenes Plugzeug landet, trägt im wesentlichen der von den ersten Stufen des Niederdruckkorn pressors oder des Gebläses erzeugte Lärm zum Gesamtgeräuschpegel bei. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein großer Prozentsatz dieses Lärms, insbesondere wenn die erste Stufe des Kompressors oder des Gebläses keine Einlaßleitschaufeln besitzt, durch Zusammenwirken zwischen Schaufelspitzen und turbulenter Grenzschicht an der Kanalwandung verursacht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gebläse oder einen Kompressor zu schaffen, bei dem dieser Lärm weitgehend

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vermindert ist.

Die Erfindung geht aus von einem Gebläse oder Kompressor für ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Rotor, der wenigstens eine Schaufelreihe besitzt, die in einem Kanal, umläuft und die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kanal einen Schlitz aufweist, der die turbulente Grenzschicht von der Kanaloberfläche in genügendem Maße absaugt, so daß im Betrieb die SchaufeXspitzen nicht durch die turbulente Grenzschicht hindurchlaufen müssen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kanal ein Ringkanal und die Rotorachse fällt mit der Kanalachse zusammen, so daß die Sehaufelspitzen in dichter Nachbarschaft zur Kanalwandung über den gesamten Umfang verlaufen» In diesem Pail ist der Schlitz vorzugsweise als voller Kreisschlitz ausgebildet, der kurz hinter dem Vorderrand der Schaufeln befindlich ist.

Um genügend von der Grenzschicht abzusaugen, kann es sich als notwendig erweisen, den Schlitz an eine Unterdruckquelle anzusehließen.

Der größte Vorteil der Erfindung ist zu erwarten, wenn diese auf die erste Verdichterstufe des Triebwerks angewandt wird, wenn dort keine Einlaßleitschaufeln stromoberseitig des Rotors befindlich sind. Demgemäß ist die Erfindung insbesondere bei einem einstufigen Gebläse ohne Einlaßleitschaufeln anwendbar.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt eines Gebläses des Gasturbinenstrahltriebwerks.

Das Gebläse weist eine Rotorwelle 10 auf, die eine einzige Reihe von Rotorschaufeln 11 trägt. Stromoberseitig der Schau-

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fein 11 befindet sich ein Einlaßkörper 12, der dazu dient, die Luftströmung in den ringförmigen Gebläsekanal glatt abzulenken.

Der Rotor ist konzentrisch innerhalb eines im wesentlichen kreisringförmigen Kanals 15 untergebracht und besitzt einen glockenförmigen Einlaß 14, wobei die Gebläseschaufeln 11 so angeordnet sind, daß ihre Schaufelspitzen von der inneren Oberfläche der Gebläsekanalwandung 1} nur durch einen kleinen Spalt getrennt sind.

Ein kleines Stück stromoberseitig vor den Gebläseschaufeln ist die Gebläsekanalwandung Ij5 durch einen sich über den gesamten Umfang erstreckenden ringförmigen Schlitz 15 unterbrochen. Der Schlitz 15 führt nach einer Ringleitung 16, die „ die ringförmige Strömung in mehrere diskrete Strömungen aufteilt, die dann an eine Uhterdruckquelle 17 angeschlossen sind.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Unter der Annahme, daß der Schlitz 15 nicht vorhanden ist, wenn die Gebläseschaufeln umlaufen, dann ist der Zwischenraum zwischen der inneren Oberfläche der Gebläsekanalwandung und den Schaufelspitzen so, daß letztere innerhalb der turbulenten Grenzschicht des Gebläsekanä-s umlaufen. In diesem Falle erzeugen die Schaufelspitzen einen erheblichen Lärm. Dieser Lärm kommt dadurch zustande, daß die Schaufelspitzen mit der im allgemeinen tur-

durch ein balenten Grenzschichtströmung zusammenwirken und/Vielfaches der Schaufeldurchtrittsfrequenz , diS durch Zusammenwirken zwischen den Schaufelspitzen und größeren skalaren Unregelmäßigkeiten in der Grenzschicht zustande kommt.

Um diese Lärmquelle auszuschalten oder den von ihr erzeugten Lärm zu vermindern, ist der Schlitz 15 so angeordnet und be-

messen, daß er die Grenzschicht von der Gebläsewandung in einem solchen Ausmaß absaugt, daß dieGrenzschicht sich nicht mehr genügend aufbauen kann, bis sie die Gebläseschaufeln erreicht, so daß die Gebläseschaufeln nicht in einer turbulenten Strömung umlaufen. Es ist klar, daß hierdurch wirksam eine besonders stark in Erscheinung tretende Lärmquelle beseitigt wird.

Bei einem typischen Gebläseaufbau hat es sich gezeigt, daß ein voll umlaufender kreisförmiger Schlitz etwa 5o mm vor dem Vorderrand der Schaufelspitzen angeordnet werden sollte, wobei der Schlitz eine radiale Tiefe von etwa 10,5 mm besitzt. Es ist für den Fachmann klar, daß sich diese Dimensionen von Schlitz und Abstand zur Schaufelspitze nach der Jeweiligen Konstruktion im einzelnen richten und insbesondere ändern mit der Geschwindigkeitsverteilung, die zu betrachten ist. Bei Versuchen hat es sich jedoch gezeigt, daß eine Abschwächung von etwa 8 dB in den höheren Schaufelfrequenz-Harmonischen des Gebläselärms erzielt werden kann und eine etwas geringere Verminderung innerhalb des breiten Lärmfrequenzbandes. Es wird angenommen, daß ein geringes Ansteigen in der Schaufelfrequenz eine Folge von geringen Unregelmäßigkeiten der Absaugeinrichtung 363UmU, die sehr sorgfältig angeordnet werden muß um die Grenzschicht abzusaugen, die gleichförmig um den Umfang des Kanals herum liegt. Außerdem wird angenommen, daß die Verminderung der breitbandigen Lärmfrequenzen von der Ausschaltung geringer Turbulenzen herrührt:-., während die Verminderung der Harmonischen des Schaufeldurchtritts von einer Verminderung und Vergleichmäßigung der Turbulenz herrührt.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einem einstufigen Versuchsgebläse beschrieben. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung auch anwendbar ist für jeden Kompressor oder jedes Gebläse eines Gasturbinentriebwerks, bei welchem

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die Gebläseschaufeln wahrscheinlich in einer turbulenten Grenzschichtströmung umlaufen. So könnte die erste Stufe eines mehrstufigen Kompressors bezüglich des Lärmes in einem gewissen Ausmaß durch die Erfindung abgeschwächt werden, jedoch erzeugen in den meisten praktischen Anwendungsfällen mehrstufige Kompressoren mit Einlaßleitschaufeln ziemlich viel Lärm durch ein anderes Zusammenwirken als dies, worauf die Erfindung beruht. Daher kann ein voller Erfolg durch die Erfindung nur bei einstufigen Gebläsen erreicht werden, die keine Einlaßleitschaufeln besitzen.

Die Erfindung wurde ferner in Verbindung mit einem Gebläse beschrieben, des in einem Gebläsekanal umläuft. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Formen von Kanälen anwendbar. Wenn das Gebläse oder der Kompressor in einem von der Kreisform abweichenden Kanal umlaufen soll, wäre es nur notwendig, die Grenzschicht von jenen Stellen abzusaugen, an denen die Gebläseschaufelspitzen in einer turbulenten Grenzschichtströmung umlaufen. Die beschriebene Anordnung benutzt eine Saugvorrichtung, um die Grenzschicht zu entfernen. Es ist jedoch auch möglich, diese Schlitze an bestehende Unterdruckräume anzuschließen, wodurch die Benutzung von Pumpen oder dergleichen überflüssig wird.

Patentansprüche ;

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Claims

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. GONTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2, I^ . Juli 1971

The Secretary of State unser zeichen= 13 3kl - K/Ne

for Defence

Patentansprüche

Gebläse oder Kompressor für ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Rotor, der wenigstens eine Schaufelreihe besitzt, die in einem Kanal umlauf t, dadurch g e ke η η zeichneb , daß die Kanalwandung (L3) einen Schlitz (15) aufweist, der die turbulente Grenzschicht von der Kanalwandung in genügendem Maße absaugt, so daß im Betrieb die Schaufelspitzen nicht durch die turbulente Grenzschicht hindurchlaufen.
2. Gebläse oder Kompressor nach Anspruch l_/ dadurch gekennzeichnet , daß der Kanal (13) ein Ringkanal ist und seine Achse mit der Rotorachse zusammenfällt, so daß die Schaufelspitzen in unmittelbare Nähe der Gebläsewandung über den gesamten Umfang ablaufen.
J>. Gebläse oder Kompressor nach Anspruch 2_; dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (15) über den gesamten Umfang verlaufend kurz vor dem Vorderrand der . Schaufel von der Wand ausgeht.
4. Gebläse oder Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche_/dadurch gekennzeichnet , daß bei in Betx'ieb befindlichem Triebwerk eine Saugwirkung

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auf den Schlitz (15) durch eine Saugvorrichtung (17) ausgeübt wird.
5. Gebläse oder Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse oder der Kompressor ein einstufiges Gebläse ohne Einlaßleitschaufeln ist.
6. Gasturbinenstrahltriebwerk dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gebläse oder einen Kompressor gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 aufweist.
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L e e r Te i t e