DE2642603C3 - Einrichtung zur Pumpverhütung bei Axialverdichtern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine solche Einrichtung ist aus der »ASM E-Veröffentlichung 75-GT-13,« F i g. 5 bekannt. Hierbei erstrekken sich die Nuten in axialer Richtung über den Mittelabschnitt der Läuferschaufeln, so daß die durch diese Nuten verlaufende Strömung auch über den vorderen und hinteren Teil der Schaufelspitzen geführt wird.

Es ist weiter durch die GB-PS 5 04 214 ein Axialkompressor mit Hilfsströmungskanälen bekannt, 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 stromab fließt bevor diese Hilfsströmung wieder in den Hauptströmungskanal zurückgeführt wird. 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 ebenso wie bei der an erster Stelle genannten Einrichtung 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 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 Nuten, sondern der Hauptstrom wird innerhalb der Nuten 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 zwei Kanäle am Verdichtergehäuse, jedoch bewirken diese Kanäle ebenfalls eine Rückströmung, was beim erhndungsgemäßen 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 Hochdruckluft, ohne abzureißen, durch die nach dem Hauptkanal hin offenen Nuten geführt wird. Auf diese Weise wird unter Vermeidung von Strömungsverlusten bewirkt, daß die stabilisierende Strömung innerhalb der Nuten wieder in den Hauptstrom eintritt, wenn die Schaufelstufe verlassen wird.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäß im Gehäuse vorgesehenen Strömungsnuten 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;

Fig.2 eine Teilschnittansicht vom 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.

Fig. 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 Eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung ist in dem geschnittenen Gehäuse des Hochdruckkompressors 13 ersichtlich.

F i g. 2 zeigt den Schnitt nach F i g. 1 in größerem Maßstab und es ist der Spitzenteil einer Hochdruckkompressorschaufel 19 einer Stufe des Hochdruckkompressors 13 ersichtlich. Das Kompressorgehäuse liegt radial außerhalb der Hochdruckkompressorschaufeln 19 und ein Teil des Gehäuses ist bei 20 ersichtlich. Innerhalb der inneren zylindrischen Oberfläche 22 des Kompressorgehäuses 20 ist eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung geneigter Nuten vorgesehen, von denen eine bei 21 dargestellt ist. Die Nuten 21 besitzen eine axiale Länge, die größer ist als die Axiallänge der zugeordneten Hochdruckkompressorschaufeln 19, so daß sie stromab der Schaufeln 19 enden. Der Anstellwinkel der geneigten Nuten ist im wesentlichen gleich dem Austrittswinkel der Austrittsströmung hinter den Hochdruckkompressorschaufeln 19. Wie aus Fig.2 der Zeichnung ersichtlich ist, besitzt die Grundfläche 23 der Nuten 21 eine konkave Gestalt derart, daß ein im wesentlichen glatter ununterbrochener Strömungspfad für den Gasdrucktritt geschaffen wird.

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

Für einen zufriedenstellenden Betrieb einer Korn-

pressorstufe, ζ. 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

Außerhalb dieser 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 »pumpt«.

Der Übergang von dem Abreißen der Strömung zu einem vollständigen Pumpen kann so schnell vor sich gehen, daß dieser Übergang nicht bemerkt < ird oder andererseits kann das Abreißen der Sm ,nung so schwach sein, daß nur eine geringe Vibration oder eine leichte Beschleunigung oder Verzögerung 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.

Es hat sich gezeigt, daß die innerhalb des Hochdruckkompressors 20 vorhandenen Nuten ein gewisses Maß von Verbesserung 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 schraubenlinienförtnigen Anstellung und der tangentialen Anordnung der Nuten 21 wird jedoch der Luftring in die Nuten gerichtet und danach aus diesen Nuten 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 Nuten 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 (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Pumpverhütung bei Axialverdichtern, mit in der inneren zylindrischen Oberfläche des Verdichtergehäuses angeordneten Nuten, die sich wenigstens über einen Teil der axialen Länge der Laufschaufeln erstrecken und gegenüber der Achse des Läufers angestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der ι ο Nuten (21) gegenüber der Achse des Läufers im wesentlichen gleich ist dem Austrittswinkel der die Läuferstufe verlassenden Strömung, und daß die axiale Frstreckung der Nuten (21) größer ist als die axiale Erstreckung der Läuferschaufeln (19), so daß die Hochdruckströmung benachbart zu den Läuferschaufeln eintreten kann und längs der Nuten stromab der Läuferschaufeln geleitet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund (23) einer jeden Nut (21) konkav ausgebildet ist.

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