DE3306298A1

DE3306298A1 - Statorschaufelaufbau fuer gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE3306298A1
Application number: DE19833306298
Authority: DE
Inventors: Archibald Bathgate Littleover Derby McKenzie
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1983-02-23
Publication date: 1983-09-15
Also published as: FR2522363A1; GB2115881A

Description

Statorschaufelaufbau für Gasturbinentriebwerke

Die Erfindung bezieht sich auf einen Statorschaufel aufbau für ein Gasturbinentriebwerk.

Statorschaufelaufbauten für Gasturbinentriebwerke und insbesondere Düsenleitschaufein leiden mehr oder weniger unter den sogenannten Sekundärverlusten. Diese entstehen allgemein durch das Zusammenwirken zwischen den Grenzschichten der Gase, die benachbart zur Arbeitsoberfläche der Schaufeln strömen und der Hauptgasströmung durch den Aufbau. Demgemäß führen Unterschiede in Geschwindigkeit und Strömungsrichtung zwischen den Grenzschichten und der übrigen Gasströmung zu Wirbeln, die an der Arbeitsoberfläche der Schaufeln anhaften und diese können wiederum den Wirkungsgrad des Schaufelaufbaus schwerwiegend beeinträchtigen.

Es ist bekannt, daß die Sekundärverluste die Schwierigkeiten bezüglich der Verminderung des Schlankheitsverhältnisses (Verhältnis Spannweite zu Sehnenweite) der Schaufeln des jeweiligen Schaufelaufbaus vergrößern. Es ist jedoch häufig aus Installationsgründen erwünscht, Schaufeln zur Verfügung zu haben, die ein geringes Schlankheitsverhältnis besitzen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Statorschaufelaufbau zu schaffen, der Schaufeln mit geringem Schlankheitsgrad aufweist, deren Sekundärverluste jedoch vermindert sind.

Die Erfindung geht aus von einem Statorschaufelaufbau für ein Gasturbinentriebwerk bestehend aus einer ringförmigen Anordnung von Primärschaufeln mit geringem

Schlankheitsgrad, wobei jede Schaufel einen Stromlinien form igen Querschnitt besitzt.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe bei einem solchen Statorschaufelaufbau dadurch, daß ein Teil der Sehnenerstreckung jeder Primärschaufel so ausgebildet ist, daß dem darüberströmenden Gas im wesentlichen kein Auftrieb erteilt wird, daß der restliche Teil einer jeden Primärschaufel so ausgebildet ist, daß ein Auftrieb für das darüberströmende Gas erzeugt wird, daß jenen Abschnitten der Schaufeln, die einen Auftrieb erzeugen, Sekundärschaufeln mit hohem Schlankheitsgrad zugeordnet sind, die zwischen den Primärschaufeln angeordnet sind, und daß jede Sekundärschaufel einen derartigen Querschnitt besitzt, daß eine Auftriebsoberfläche über die gesamte Sehnenerstreckung gebildet wird, wodurch die Auftriebsoberflächen der Primärschaufeln ergänzt werden und wobei die Sehnenerstreckung der Sekundärschaufeln kleiner ist als jene der Primärschaufeln.

Der Abschnitt einer jeden Primärschaufel, der so gestaltet ist, daß im wesentlichen kein Auftrieb auf das darüber strömende Gas ausgeübt wird, erstreckt sich vorzugsweise vom Vorderrand der Schaufel nach einer Stelle im mittleren Bereich der Sehne, während der restliche Abschnitt jeder Primärschaufel, der nach dem Hinterrand verläuft, so ausgebildet ist, daß ein Auftrieb auf das darüber strömende Gas ausgeübt wird .

Die Hinterränder von Primär- und Sekundärschaufeln

sind vorzugsweise aufeinander ausgerichtet.

Der Statorschaufelaufbau kann einen Teil der Turbine eines Gasturbinentriebwerks bilden.

Der Statorschaufelaufbau kann den Düsenleitschaufelaufbau bilden.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen :

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Fan-Gasturbinentriebwerks mit einem Statorschaufel auf bau gemäß der Erfindung ;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Statorschaufel aufbaus gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie A-A gemäß Fig . 2.

Gemäß Figur 1 weist das Fan-Gasturbinentriebwerk 10 in Axialrichtung hintereinander einen Frontfan 11, einen Zwischendruck-Kompressor 12, einen Hochdruckkompressor 13, eine Verbrennungseinrichtung 14, eine Hochdruckturbine 15, eine Zwischendruckturbine 16, eine Niederdruckturbine 17 und eine Schubdüse 18 auf. Das Gasturbinentriebwerk 10 arbeitet in herkömmlicher Weise. Demgemäß wird die Luft durch den Fan 11, den Zwischendruckkompressor 12 und den Hochdruckkompressor 13 komprimiert und mit Brennstoff vermischt, und diese

Mischung wird in der Verbrennungseinrichtung 14 verbrannt. Die sich ergebenden Verbrennungsprodukte expandieren durch die Hochdruckturbine 15, die Zwischendruckturbine 16 und die Niederdruckturbine 17, bevor sie durch die Düse 18 in die Atmosphäre ausgeblasen werden.

Die Zwischendruckturbine 16 weist eine ringförmige Anordnung von Düsenleitschaufeln 19 auf, die die Abgase von den Rotorschaufeln der Hochdruckturbine 15 auf die Rotorschaufeln der Zwischendruckturbine richten. Der Düsenleitschaufelaufbau 19, der aus den Figuren 2 und 3 deutlicher ersichtlich ist, umfaßt mehrere Primärschaufeln 20 und mehrere Sekundärschaufeln 21. Am radial inneren und radial äußeren Ende der Primärschaufeln 20 und der Sekundärschaufeln 21 angeordnete Deckbänder 22 und 23 dienen zur Definition eines Axialabschnittes des Gasströmungskanals durch Hochdruckturbine 15, Zwischendruckturbine 16 und Niederdruckturbine 17.

Jede Primärschaufel hat einen geringen Schlankheitsgrad (Verhältnis Spannlänge/Sehnenlänge) und die Primärschaufeln weisen ein Tragflügelprofil auf, wie aus Figur 3 ersichtlich. Jener Abschnitt der Schaufel 20, der vom Vorderrand 24 nach einer Stelle 25 im Mittelabschnitt der Sehnenlänge verläuft ist jedoch so ausgebildet, daß kein Auftrieb auf die Abgase ausgeübt wird, die im Betrieb darüber strömen. Der restliche Teil jeder Schaufel, der von der Mittelstellung 25 nach dem Hinterrand 26 verläuft, ist so gestaltet, daß ein Auftrieb auf die darüber strömenden Abgase

ausgeübt wird. Da jede Primärschaufel 20 einen Auftrieb nur über jenem Abschnitt erzeugt, der von der mittleren Sehnenstellung 25 nach dem Hinterrand 26 erfolgt, ergeben sich auch nur auf diesem Abschnitt Grenzschichtwirbel und demgemäß Verluste. Der Abschnitt der Primärschaufel 20, der vom Vcrderrand 24 nach dem mittleren Sehnenabschnitt 25 verläuft, bildet keine Auftriebsoberfläche und demgemäß treten hier keine wesentlichen Sekundärverluste auf. Die Oberflächenerstrecken sich jedoch in Sehnenrichtung der Primärschaufel

20 fort, so daß, obgleich die Sekundärverluste dadurch vermindert werden, daß sie auf den rückwärtigen Abschnitt jeder Primärschaufel 20 verlegt werden, hat dennoch die Primärschaufel nichtsdestoweniger einen geringen Schlankheitsgrad.

Da die Primärschaufeln 20 infolge ihrer Gestaltung einen verminderten Auftrieb erzeugen, sind zusätzliche Auftriebsoberflächen erforderlich. Diese werden von Sekundärschaufeln 21 gebildet, von denen je eine zwischen benachbarten Primärschaufeln 20 vorgesehen ist. Jede Sekundärschaufel 21 hat einen hohen Schlankheitsgrad und eine Tragflügelgestalt, so daß Auftriebsoberflächen über die gesamte Sehnenlänge gebildet werden. Die Sehnenlänge jeder Sekundärschaufel 21 ist kleiner als jene der Primärschaufeln 20 und die Hinterränder 27 der Sekundärschaufel

21 sind aufeinander und auf die Hinterränder 26 der Primärschaufeln 20 ausgerichtet.

Der Statorschaufelaufbau gemäß der Erfindung führt zu Primärschaufeln 20 mit geringem Schlankheitsgrad, die geringere Sekundärverluste aufweisen als dies normalerweise bei herkömmlichen Schaufeln mit dem gleichen

Schlankheitsgrad zu erwarten ist.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit Düsenleitschaufein beschrieben, die einen Teil des Turbinenaufbaus bilden. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung auch auf andere Statorschaufeiaufbauten im Turbinenteil oder sonstwo innerhalb des Turbinentrieb· werks anwendbar ist.

Leerseite

Claims

Patentanwälte .- . "_: ' OipiVlhg. Curt Wallach

Europäische Patentvertreter * *Οΐρί.-Ι ng. 6ü nther Koch

European Patent Attorneys Dipl.-PhyS. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: ²³· Februar 1983

Rolls-Royce Limited unser zeichen-. 17 609 - K/Ap

Buckingham Gate
London SW1E 6AT

Statorschaufelaufbau für Gasturbinentriebwerke

Patentansprüche: ■

Statorschaufelaufbau für ein Gasturbinentriebwerk mit einer ringförmigen Anordnung von Primärschaufeln mit geringem Schlankheitsverhältnis, von denen jede ein Stromlinienprofil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Sehnenerstreckung jeder Primärschaufel (20) so ausgebildet ist, daß dem darüberströmenden Gas im wesentlichen kein Auftrieb erteilt wird, daß der restliche Teil einer jeden Primärschaufel (20) so ausgebildet ist, daß ein Auftrieb für das darüberströmende Gas erzeugt wird, daß jenen Abschnitten der Schaufeln (20), die einen Auftrieb erzeugen, Sekundärschaufeln (21) mit hohem Schlankheitsgrad zugeordnet sind, die zwischen den Primärschaufeln angeordnet sind, und daß jede Sekundärschaufel (21) einen derartigen Querschnitt besitzt, daß eine Auftriebsoberfläche über die gesamte Sehnenerstreckung gebildet wird, wodurch die Auftriebsoberflächen der Primärschaufeln (20) ergänzt werden und wobei die Sehnen erstreckung der Sekundärschaufeln kleiner ist als jene der Primärschaufeln (20).
2. Statorschaufelaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnitt jeder Primärschaufel (20),der so gestaltet ist, daß im wesentlichen kein Auftrieb auf die darüberströmenden Gase erzeugt wird, vom Vorderrand (24) nach einer Stelle (25) in der Mitte der Sehnenlinie verläuft, während der restliche Teil einer jeden Schaufel (20),der nach dem Hinterrand (26) verläuft, so ausgebildet ist, daß ein Auftrieb auf das darüberströmende Gas ausgeübt wird.
3. Statorschaufelaufbau nach den Ansprüchen 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterränder (26, 27) von Primärschaufeln und Sekundärschaufeln (20 bzw. 21) aufeinander ausgerichtet sind.
4. Statorschaufelaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Statorschaufel aufbau (19) einen Teil der Turbine (16) eines Gasturbinentriebwerks (10) bildet.
5. Statorschaufelaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Statorschaufel aufbau (19) ein Düsenleitschaufelaufbau ist.