DE2405050A1

DE2405050A1 - Laufschaufeln fuer turbomaschinen

Info

Publication number: DE2405050A1
Application number: DE19742405050
Authority: DE
Inventors: Hans Bischoff
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1974-02-02
Filing date: 1974-02-02
Publication date: 1975-08-07
Also published as: FR2259977B3; FR2259977A1; GB1491556A

Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GM3H

München, den 25. Janaur 1974

Laufschaufeln für Turbomaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Beschaufelung für Laufräder von- Turbomaschinen, insbesondere von Verdichtern oder Turbinen.

Bekannte Axialturbomaschinen haben deckbandlose Laufschaufeln, die jedoch mit dem Nachteil relativ hoher Spaltverluste behaftet sind. Andere sind mit Deckbändern versehen, haben geringere Spaltverluste, vertragen aber nur niedrigere Umfangsgeschwindigkeiten, weil die umlaufenden Deckbänder weitgehend von den Schaufeln getragen und diese hierdurch schon bei geringeren Umfangsgeschwindigkeiten, als sie mit deckbandlosen Schaufeln erreichbar sind, bis an die Grenze ihrer Tragfähigkeit belastet werden; wegen dieser niedrigeren Umfangsgeschwindigkeiten sind bei solchen Turbomaschinen aber nur geringere Stufengefälle realisierbar, als es bei deckbandloser Beschaufelung der Fall ist. Eine gewisse Erhöhung der zulässigen Umfangsgeschwindigkeit erbringen die Verringerung der Breite der Deckbänder zwischen den Schaufeln oder die Verminderung ihres Gewichtes durch zwischen den Schaufeln

- 2 509832/0181

vorgesehene Durchbrüche, aber dabei wird der Querschnitt der Deckbänder erhöht und die Bruchgefahr wird größer. Eine andere Ausführungsart hat Deckbänder, die am Umfang mehrmals unterbrochen sind, so daß durch die zusammenhängenden Deckbandabschnitte jeweils größere Schaufelbündel miteinander verbunden v/erden; hier muß das gesamte Gewicht des Deckbandes von den Schaufeln getragen werden, so daß auch hier nur ähnlich niedrige Umfangsgeschwindigkeiten erzielbar sind wie bei den Turbomaschinen mit durchgehenden Deckbändern.

Aufgabe der Erfindung ist es, die geringen Spaltverluste einer Beschaufelung mit Deckband mit den hohen Umfangsgeschwindigkeiten einer deckbandlosen Beschaufelung optimal zu verbinden und dabei die Nachteile der Deckbänder, nämlich geringe Umfangsgeschwindigkeit, und die Nachteile der deckbandlosen Beschaufelung, nämlich relativ hohe Spaltverluste, weitgehendst zu vermeiden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß die Schaufelspitzen Abdeckplatten tragen, welche voneinander getrennt sind, so daß die Länge des Strömungsweges zwischen Saug- und Druckseite größer ist als bei Schaufeln ohne Abdeckplatten. Durch das gegenüber den Beschaufelungen mit durchgehenden Deckbandemverringerte Gewicht werden höhere Umfangsgeschwindigkeiten als bei jenen möglich, wodurch größere Stufenförderhöhen erzielbar sind. Gleichzeitig werden die

509832/0181

Leckverluste erheblich vermindert, weil die durch den Spalt gebildete Verbindung zwischen Hoch- und Niederdruckseite langer geworden ist. Die Abdeckplatten können sowohl bei Verdichtern, als auch bei Turbinenbeschaufelungen angewendet werden. Ihre Anordnung kann so sein, daß sie auf beiden Seiten überstehen, so daß keine oder nur geringe Biegemomente auf die Schaufel übertragen werden; sie können aber auch einseitig überstehen, z.B. in oder gegen die Umfangsrichtung der betriebsbedingten Schaufelbewegung, oder auf der Druck- oder Saugseite des Schaufelprofiles. Überstand in Umfangsrichtung bringt die Gefahr des Verhaltens der Kanten mit der Gehäusewand beim Anstreifen mit sich. Überstand gegen die Umfangsrichtung bringt diese Gefahr nicht. Liegt der Überstand auf der Druckseite, dann ist die Ablösung der Leckströmung größer als bei Überstand.auf der Saugseite.

In einer zweckmäßigen weiteren Ausgestaltung stehen die Abdeckplatten beidseitig über und der Überstand auf der der Umfangsrichtung zugekehrten Schaufelseite ist kleiner als auf der Gegenseite. Der beidseitige Überstand vermindert die Biegebeanspruchungen der Schaufelspitze, die Abdeckplatte kann breit sein, wobei der Strömungsweg für die Leckluft sehr lang wird, so daß die Leckmenge stark verringert wird.

In einer weiteren Ausführungsform stehen die Abdeckplatten nur auf der Druckseite des Profiles über. Bei Verdichtern ist diese Seite der Umfangsrichtung abgewandt, so daß kein Verhaken auftreten kann. Vorteilhaft ist die verstärkte Neigung

509832/0181

240505G

zur Strcmungsablösung, welche die Leckluftmenge vermindert.

In einer weiteren Ausführungsform stehen die Abdeckplatten auf der der Umfangsrichtung angewendeten Seite über. Hierbei wird das Verhaken der Abdeckplatte mit dem Gehäuse vermieden, so daß der Überhang ruhig etwas größer und die Spaltweite kleiner gewählt werden kann. Ein Verhaken ist nicht möglich, Anstreifen ist relativ ungefährlich, damit kennen die Leckverluste durch den langen und schmalen Strömungsweg niedrig gehalten werden. Darüber hinaus wird bei Turbinen die Ablösungsneigung noch verstärkt, weil die umströmte Stirnseite auf der Druckseite liegt.

In einer weiteren Ausführung form tritt an der Schaufelspitze Luft, beispielsweise Kühlluft aus. Dies verstärkt die Einschnürung der Stromlinien der Leckluft weiter und trägt damit zur Verminderung der Leckverluste weiter bei. Andererseits kann bei gleicher Leckmenge die Abdeckplatte kleiner und somit leichter sein, was der höchstzulässigen Umfangsgeschwindigkeit zugute kommt. Diese Ausführung bietet sich vor allem bei Turbinen an, die oft sowieso von Luft durchströmt sind, um sie zu kühlen.

In einer v/eiteren Ausgestaltung sind die Stirnseiten der Abdeckplatten in Umfangsrichtung gesehen radial innen angeschärft. Dies vermindert die Stoß- oder Wirbelverluste, fördert die Ab-

509832/0181

2^05050

lösung und Einschnürung der Leckluftströmung auf der Druckseite und vermindert Nachlaufwirbel auf der Saugseite. Au3erdem wird an den scharfen Kanten die Ablösung der Leckluftströmung gefordert, so daß durch den Einschnürungs-Effekt die Leckverluste weiter vermindert werden.

In der Zeichnung sind verschiedene Beispiele von Laufschaufeln gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 zwei Turbinenlaufschaufeln mit Abdeckplstten im abgewickelten Gitterverband in der Draufsicht,

Pig. 2 die stirnseitige Draufsicht auf die Schaufeln von Fig. 1 in Richtung II,

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend Linie III-III in Fig. 1, jedoch mit größerem Überstand auf einer Seite,

Fig. 4 die Draufsicht auf eine Turbinenschaufel mit einseitigen Überstand auf der Druckseite des Profils,

Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 die Draufsicht auf eine Turbinenlaufschaufel mit Luftaustritt und einseitigem Überstand auf der Saugseite,

Fig. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VII in Fig. 6,

25.1.197^1 . - 6 -

509832/0181

Fig. 8 eine Verdichterlaufschaufel mit Überstand auf der der Umfangsrichtung entgegengesetzten Seite,

Flg. 9 die gleiche Schaufel von Fig. 8 im Schnitt IX-IX,

Fig.Io eine Verdichterlaufschaufel mit druckseitig überstehender Platte,

Fig.11 die Schaufel nach Fig. Io im Schnitt XI-XI,

Fig. 12 eine Verdichterlaufschaufel mit beidseitig überstehender Abdeckplatte und

Fig. 13 die Schaufel nach Fig. 12 im Schnitt XIII-XIII und mit radial innen angeschärften Stirnkanten.

Zwei Schaufeln 1 mit Abdeckplatten2 an den Schaufelspitzen3 verdeutlichen die Erfindung. Die Platten können etwa den Schaufelschnitten in vergröbeter Form entsprechen (Fig. 1 und 2). Bei beidseitigem Überstand Ist es zweckmäßig, wenn dieser in Umfangsrichtung 14 etwas geringer ist als auf der anderen Seite 15 (Fig. 3)· Der gestrichelte Pfeil deutet hier ebenso wie bei weiteren Figuren an, daß die Umfangsrichtung nicht in der Zeichenebene liegt. Daß die Länge 16 des·Leckluftkanals 17 bei Schaufeln mit Abdeckplatte gegenüber Schaufeln ohne Abdeckung erheblich vergrößert ist, sieht man deutlich (Fig. 3)- Die Einschnürung der Leckströmung in der Nähe der Stirnseite der Abdeckplatte ist durch eine gestrichelt eingezeichnete Stromlinie l8 dargestellt (Fig. 3, 5i 1» 9» 11> 13)· Diese wird verstärkt durch Aus-

5·!·. 197- - 7

509832/0181

blasen von Luft aus der Schaufeispitze (Fig. 6 und 7). Bei Turbinen liegen Umfangsrichtung und Druckseite auf der gleichen Seite des Profils (Fig. 4 bis 6). Anders liegen die Dinge bei Verdichtern. Dort liegt die Druckseite in Umfangsrichtung (Fig. 8 - 13). Befindet sich der Überstand nur auf der Saugseite, dann kann die Spaltbreite etwas geringer sein, auch kann eine Abdeckplatte etwas breiter und dünner sein, aber die Einschnürung ist etwas schwächer (Fig. 8 und 9)> als wenn der Überstand auf der Druckseite liegt (Fig. Io und 11). Eine Anschärfung an einer beidseitig überstehenden Abdeckplatte 1st aus Fig. 12 und IJ ersichtlich.

25.1.197 ^;ί

509832/0181

Claims

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH

München, den 25. Januar 1974

Patentansprüche

\ L/Beschaufelung für Laufräder von Turbomaschinen, insbesondere von Verdichtern oder Turbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelspitzen (5) Abdeckplatten (2) tragen, welche voneinander getrennt sind, so daß die Länge des Strcraungsweges zwischen Saug- und Druckseite größer ist als bei Schaufeln ohne Abdeckplatten.
2. Beschaufelung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatten beidseitig überstehen und der Überstand auf der der Umfangsrichtung zugekehrten Schaufelseite (l4) kleiner ist als auf der Gegenseite (15).
3· Beschaufelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatten nur auf der Druckseite des Profils (19, 2o) überstehen.

.
4. Beschaufelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatten auf der der Umfangsrichtung abgewendeten Seite ( 19, 21 ) überstehen.

T-424 ' - 2 -

509832/0181

5. Beschaufelung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schaufel spit ze Luft, beispielsvieise Kühlluft austritt.

6. Beschaufelung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, da3 die Stirnseiten der Abdeckplatten in Umfangsrichtung gesehen radial innen angeschärft sind.

25.1.197¹'

509832/0181