DE2642603B2 - Einrichtung zur Pumpverhütung bei Axialverdichtern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Bauart. Eine solche Einrichtung ist aus der GB-PS 5 04 214 bekannt Der hier dargestellte Axialkompressor ist mit mehreren Hilfsströmungskanälen versehen, die den Hauptströmungskanal umgeben und getrennt von diesem im Gehäuse derart angeordnet sind, daß ein Teil der außen im Hauptströmungskanal fließenden Luft stromab der Verdichterstufe in die Hilfsströmungsleitungen eintreten kann und dann einer Richtungsumkehr unterworfen wird, und über die Läuferstufe stromauf fließt, bevor diese Hilfsstömung wieder in den Hauptströmungkanal zurückgeführt wird. Dabei besitzen diese Strömungskanäle eine kürzere axiale Erstreckung als die Läuferschaufeln. Durch diese Hilfsströmung soll das Abreißen der Hauptströmung verhindert werden, indem diese Hilfsströmung als Grenzschichtströmung an der Außenseite in die Kanalwandung eingeführt wird. Diese Rückströmung ergibt Strömungsverluste und kann zu unerwünschten Wirbelbildungen führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter der Bauart gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch zu verbessern, daß ohne S5 Rückströmung ein Abreißen der Grenzströmung und ein Pumpen des Verdichters in weiten Drehzahlbereichen mit Sicherheit verhindert wird.

Gemäß der Erfindung? wird die gestellte Aufgabe gelöst durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Danach erfolgt keine Rückströmung über die Schlitze, sondern der Hauptstrom wird innerhalb der Schlitze in der ihm aufgeprägten Richtung am Außengehäuse weitergeführt, wodurch sich in einem weiten Drehzahlbereich günstige und verlustfreie Strömungsführungen ergeben.

Auch die US-PS 24 71 174 zeigt zwar Kanäle am Verdichtergehäuse, jedoch bewirken diese Kanäle ebenfalls eine Rückströmung, was beim erfindungsgemäßen Verdichter nicht der Fall ist, und außerdem zeigt diese US-PS einen Zentrifugalverdichter und nicht einen Axialverdichter.

Nach der Erfindung wird die Rezirkulation und der hierdurch bedingte Wirkungsgradverlust vermindert, und die Erfindung beruht darauf, daß die Hocharuckluft, ohne abzureißen, durch die nach dem Hauptkanal hin offenen Schlitze geführt wird. Auf diese Weise wird unter Vermeidung von Strömungsverlusten bewirkt, daß die die stabilisierende Strömung innerhalb der Schlitze wieder in den Hauptstrom eintritt, wenn die Schaufelstufe verlassen wird.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäß im Gehäuse vorgesehenen Strömungsschlitze ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Gasturbinentriebwerks, das im Bereich des Kompressorgehäuses aufgebrochen dargestellt ist;

F i g. 2 eine Teilschnittansicht von Kompressorgehäuse und Schaufelspitze;

Fig.3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles gemäß Fig. 2;

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß F i g. 3.

F i g. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10, das in Strömungsrichtung hintereinander einen Niederdruckkompressor 12, einen Hochdruckkompressor 13, eine Verbrennungseinrichtung 14, eine Hochdruckturbine 16, eine Niederdruckturbine 17 und am Ende eine Abgasdüse 18 aufweist. Der Niederdruckkompressor 12 und die Niederdruckturbine 17 einerseits und der Hochdruckkompressor 13 und die Hochdruckturbine 16 andererseits sind drehfest über koaxial angeordnete Wellen verbunden, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung ist in dem abgebrochenen Abschnitt des Gehäuses des Hochdruckkompressors 13 ersichtlich.

Fig.2 zeigt einen Querschnitt entsprechend dem Schnitt nach F i g. 1 in größerem Maßstab und es ist der Spitzenteil einer Hochdruckkompressorschaufel 19 einer Stufe des Hochdruckkompressors 13 ersichtlich. Ein Kompressorgehäuse liegt radial außerhalb des Hochdruckkompressors 13 und ein Teil des Gehäuses ist bei 20 ersichtlich. Innerhalb der inneren zylindrischen Oberfläche 22 des Kompressorgehäuses 20 ist eine in Umfangrichtung verlaufende Anordnung geneigter Schlitze vorgesehen, von denen einer bei 21 dargestellt ist. Die Schlitze 21 besitzen eine axiale Länge, die größer ist als die Axiallänge der zugeordneten Hochdruckkompressorschaufeln 19, so daß sie stromab der Schaufeln 19 enden. Der Schraubenanstellwinkel der geneigten Schlitze ist im wesentlichen gleich dem Anstellwinkel des Gasauslasses hinter den Hochdruckkompressorschaufeln 19. Der Gasauslaßwinkel ist jener Winkel, unter dem das komprimierte Gas die Kompressorschaufeln 19 verläßt, und dieser Winkel beträgt gewöhnlich 45°. Dieser Winkel ist offensichtlich auch der gleiche Winkel wie der Gaseinlaßwinkel der stromab benachbarten Statorschaufelreihe. Wie aus F i g. 2 der Zeichnung ersichtlich ist, besitzt die Grundfläche 23 der Schlitze 21 eine konkave aerodynamische Gestalt derart, daß ein im wesentlichen glatter ununterbrochener Strömungspfad für den Gasdurchtritt geschaffen wird.

Fig.4 der Zeichnung zeigt eine Querschnittansicht längs der Linie 4-4 gemäß F i g. 3 hieraus ist die von der Radialrichtung abweichende Ausbildung der Schlitze 21 ersichtlich. Die von der Radialrichtung abweichende Neigung der Schlitze 21 ist derart, daß Druckgas von den Hochdruckkompressorschaufelu 19 gesammelt wird. Die Bewegungsrichtung der Hochdruckkompressorschaufeln ist durch den Pfeil 24 gekennzeichnet

Für einen zufriedenstellenden Betrieb einer iCompressorstufe, z. B. der Kompressorstufe mit den Schaufeln 19 ist es bekannt, daß diese Stufe und auch die benachbarten Schaufelstufen, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, sorgfältig aufeinander angepaßt werden müssen, weil jede Stufe ihre eigene individuelle Luftströmungscharakteristik besitzt Demgemäß ist es außerordentlich schwierig, einen Kompressor so auszulegen, daß er über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen, denen ein Flugzeugtriebwerk ausgesetzt ist, zufriedenstellend arbeitet

Abgesehen von diesen Auslegungsbedingungen neigt die Gasströmung an den Schaufeln dazu, in eine heftige Turbulenz überzugehen und dadurch wird das glatte Strömungsmuster durch die betreffende Stufe oder die Stufen zerstört Die Gasströmung durch den Kompressor wird gewöhnlich gestört und die abgerissene Gasströmung ergibt einen schnell rotierenden Ring von Druckgas um die Spitzen einer Kompressorschaufelstufe oder einer Gruppe von Stufen. Wenn ein vollständiges Abreißen der Strömung durch sämtliche Kompressorstufen auftritt, dann gehen sämtliche Stufen in diesen kritischen Zustand über und der Kompressor »pum;.-t«.

Der Übergang von dem Abreißen der Strömung nach einem vollständigen Pumpen kann so schnell vor sich gehen, daß dieser Übergang nicht bemerkt wird oder andererseits kann das Abreißen der Strömung so schwach sein, daß nur eine geringe Vibration oder eine leichte Beschleunigungscharakteristik oder Verzögerungscharakteristik auftritt Ein bedenklicheres Abreißen der Strömung beim Kompressor äußert sich durch Ansteigen der Turbinengastemperatur und durch Vibration oder durch »Husten«, des Kompressors. Das Einsetzen des Pumpvorganges wird erkennbar durch einen Knall verschiedener Größe aus dem Triebwerkskompressor, und es steigt die Turbinengastemperatur an.

ίο Es hat sich gezeigt, daß die innerhalb des Hochdruckkompressors 20 vorhandenen Schlitze ein gewisses Maß von Steuerung liefern können, oder tatsächlich das Abreißen der Strömung eliminieren und demgemäß im wesentlichen die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Pumpvorganges verhindern.

Wenn die Schaufelstufe 19 außerhalb des konstruktiv vorgesehenen Betriebsbereichs arbeitet, beginnt die Strömung abzureißen und ein sich drehender Ring von Druckgas beginnt sich um die Spitzen der Schaufeln 19 herum aufzubauen. Infolge der schraubenlinienförmigen Anstellung und der tangentialen Anordnung der Schlitze 21 wird jedoch der Luftring in die Schlitze gerichtet und danach aus diesen Schlitzen stromab der Rotorstufe zurück in den Hauptgasstrom geleitet und strömt nun durch den Kompressor und der Pumpvorgang wird reduziert oder ausgeschaltet.

Wenn die Schaufeln 19 ordnungsgemäß arbeiten und die Strömung bestimmungsgemäß an ihnen vorbeifließt, kann ein Teil des Hauptgasstroms durch den Kompressor an den Schlitzen 21 entlang strömen, die im Kompressorgehäuse 20 angeordnet sind, und so wird ein in Längsrichtung verlaufender Wirbel bzw. eine Drallströmung durch den Kompressor erzeugt, die den Wirkungsgrad des Kompressors nicht merklich beeinträchtigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Pumpverhütung bei Axialverdichtern mit im Verdichtergehäuse angeordneten Kanälen, die sich wenigstens über einen Teil der axialen Länge der Laufschaufeln erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle als in der zylindrischen inneren Oberfläche (22) des Gehäuses (20) angeordnete Schlitze (21) ausgebildet sind, die gegenüber der Achse des Läufers angestellt sind und eine axiale Erstreckung besitzen, die größer ist als die axiale Erstreckung der Läuferschaufeln, so daß die Hochdruckströmung benachbart zu den Läuferschaufeln eintreten kann und längs der Schlitze nach einer Stelle stromab der Läuferschaufein geleitet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund (23) eines jeden Schlitzes (£1) konkav ausgebildet ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände eines jeden Schützes (21) in einem Winkel gegenüber einer Radiallinie angestellt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der Schlitze (21) gegenüber der Drehachse im wesentlichen gleich ist dem Austrittswinkel der die Läuferstufe verlassenden Strömung.