DE2135286A1

DE2135286A1 - Lauf- und leitradgitter fuer turbomaschinen

Info

Publication number: DE2135286A1
Application number: DE19712135286
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Prof Dr Ing Dettmering; Heinz Dipl Ing Pruemper
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-07-15
Filing date: 1971-07-15
Publication date: 1973-01-25

Description

Lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen Die Erfindung betrifft ein Lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen, bei denen auf den kanalbegrenzenden Wänden als Grenzschichtzäune dienende Leitelemente zur Verhinderung der Sekundärströmung angebracht sind, nach Patent ................ (Patentanmeldung P 19- 37 395.6).
Der Strömungsverlauf der wandnahen Fluidschichten in den Schaufelkanälen von Strömungsmaschinen wird bekanntlich maßgeblich vom Druckgradientenfeld der Primärströmung, vom Geschwindigkeitsgradienten der Grenzschicht der ankommenden Strömung und in Rotoren zusätzlich von den Fliehkräften bestimmt. Die Stromlinien der verzögerten wandnahen Schichten besitzen in der Nähe der Saugseite starke Radialkomponenten und sind an den Begrenzungswänden (Deckband, Nabe oder Gehäuse) oder im Spalt zwischen Schaufelende und Gehäuse (Nabe) quer zur Hauptströmung gerichtet.
Diese unerwünschten sekundären Fluidbewegungen, die kurz als Sekundärströmung bezeichnet werden, sind die Ursache großer zusätzlicher Verluste. In der Kontaktzone zwischen Primär- und Sekundärströmung werden die örtlichen Geschwindigkeiten und Richtungen der Primärströmung infolge der Sekundärbewegung mittels der auftretenden Zähigkeitskräfte stark verändert. Der Transport der Wandgrenzschichten der Zuströmung und der Wandgrenzschichten im Gitter zu den Profilsaugseiten führt in den Randzonen oft zur Ablösung der Strömung vom Profil. Diese Ablösungen können bei starker Umlenkung und bei kurzen Schaufeln die gesamte Kanalhöhe erfassen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, auf den kanalbegrenzenden Wänden zur Vermeidung dieser nachteiligen Vorgänge Leitbleche anzuordnen (OS 1 937 395). Umfangreiche Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Aufgabe, den Sekundärströmungen so entgegenzuwirken, daß ihre schädlichen Auswirkungen vermieden und daß durch Vermischung von Grenzschicht und Primärströmung an den Kanten der Leitelemente die Grenzschichtmengen so abgebaut werden, daß das bekannte extreme Anschwellen der Grenzschicht beim Durchtritt des Fluids durch mehrere Stufen vermieden wird, nur unter besonderen Bedingungen optimal gelöst werden kann. Erfindungsgemäß wird als Lösung hierfür vorgeschlagen, auf der inneren und äußeren Begrenzungswand der Schaufelkanäle nur je ein Leitblech oder dünnes Profil angepaßter Höhe vorzusehen, das in der Nähe der Saugseite der Schaufeiprofile etwa im Abstand von einem Drittel der Kanalbreite von dieser entfernt vorgesehen wird. Es hat sich in Versuchen gezeigt, daß durch Anwendung dieser Lehre eine weitgehende Beseitigung der bekannten durch die Sekundärströmung hervorgerufenen schädlichen Erscheinungen verzicht werden kann.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, und zwar zeigt Fig. 1 einen Ausschnitt aus d- Gitter einer axialen Turbomaschine Fig. 2 einen Meridianschnitt durch das Laufrad und den Leitapparat eines Radialverdichters Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig.-3.
Bei dem Schaufelgitter nach Fig. 1 sind die Schaufeln 1 mit ihren Schaufelfüßen im Nabenring 2 befestigt. Ihre Enden tragen ein Deckband- 3, das die Strömungskanäle 4 zwischen je zwei Schaufeln 1 außen begrenzt. Auf den äußeren und inneren Begrenzungswänden 5, 6 der Strömungskanäle 4 ist in der Nähe der Saugseite 7 der Schaufeln 1 je ein als Grenzschichtzaun dienendes Leitelement 8, 9 im Abstand von etwa einem Drittel der Kanalweite b von der Saugseite 7 der Schaufel 1 angebracht. Die Leitelemente 8, 9 besitzen zugeschärfte An- und Abströmkanten 10 bzw. 11 und beginnen nicht unmittelbar an der Gitterfront sondern in einem Abstand a vom Staupunkt der Schaufelprofile, der etwa 20 % der Kanalbreite beträgt. Die Anströmkante der Leitelemente 8, 9 steigt erst nach einigen Millimetern Lauflänge auf ihre volle Höhe H an. Sie ist etwas größer als die Dicke der örtlichen Grenzschicht. Die Leitelemente 8, 9 sind möglichst dünn gehalten. Ihre Stärke d beträgt zwischen 0,3 und 1 mm.

Claims

Patentansprüche

7i lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen mit zur Unterdrückung der Sekundärströmung dienenden Leitelementen nach Patent ............ (Patentanmeldung P 19 37 395.6), dadurch gekennzeichnet, daß auf den kanalbegrenzenden Wänden zwischen je zwei Schaufeln in der Nähe der Saugseite jeder Schaufel nur ein Leitelement angebracht ist, dEssen Höhe dem etwa 1,1-fachen Betrag der örtlichen Grenzschichtdicke entspricht.
2. Lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Leitelements von der Saugseite der Schaufelprofile etwa ein Drittel der Kanalweite beträgt.
3. Lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abstand der-Leitelemente von der Saugseite des Schaufelprofils in Strömungsrichtung verringert.
4. Lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkanten der Leitelemente entsprechend dem Geschwindigkeitsverlauf in der Grenzschicht verçunden und die Abströmkanten geschärft sind.
5. Lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente erst in einem Abstand von etwa einem Viertel der Gitterbreite auf der Saugseite der Schaufeiprofile beginnen.
6. Lauf- und teitradgitter für Turbomaschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüches dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente schon vor den Schaufelhinterkanten enden