DE3503421A1 - Verdichter und gasturbinentriebwerk - Google Patents

Verdichter und gasturbinentriebwerk

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Description

9526.1-13DV-0854i3503421 GENERAL ELECTRIC COMPANY
Verdichter und Gasturbinentriebwerk
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinentriebwerke und betrifft insbesondere eine Einrichtung zum Verringern von Verdichterlaufschaufelspitzenspaltverlusten.
Als ein Ergebnis der steigenden Brennstoffpreise während der 7Oer-Jahre haben Flugzeugtriebwerksbauer danach getrachtet, den Wirkungsgrad ihres Produkts zu verbessern. Ein Bereich des Gasturbinentriebwerks, der untersucht worden ist, ist der Verdichter. Grundsätzlich besteht der Verdichter aus einer Anzahl von beschaufelten Verdichterscheiben, die sich mit hoher Drehzahl drehen und den Druck eines durch den Verdichter hindurchgehenden Luftstroms erhöhen. Die Hochdruckluft, die den Verdichter verläßt, wird mit Brennstoff vermischt und in einer Brennkammer verbrannt. Die
Abgase werden dann in einem Turbinenrad entspannt, wo dem Abgasstrom Arbeit entnommen wird.
Die Luftströmung durch den Verdichter kann in zwei breite Gebiete unterteilt werden, nämlich in das Endwandströmungsgebiet in der Nähe sowohl des Gehäuses als auch der Nabe, wo viskose Grenzschichteffekte und Laufschaufel/Leitschaufel-Spitzeneffekte dominieren, und in das Mittenströmungsgebiet in dem zentralen Teil des Verdichters, wo die vorgenannten Effekte klein oder venachlässigbar sind. Ungefähr 50% sämtlicher Verdichterverluste treten in dem Endwandgebiet auf.
Ein Zustand, der zu diesen Verlusten beiträgt und dadurch den Verdichterwirkungsgrad verringert, wird durch den Spalt verursacht, der normalerweise zwischen dem Ende einer Verdichterlaufschaufel und dem umgebenden Gehäuse in dem Endwandgebiet vorhanden ist. Luft, die durch die umlaufende Laufschaufel verdichtet wird, hat die Tendenz, über der Laufschaufelspitze durch diesen Spalt zurückzuströmen oder zu lecken, was einen Spitzenspaltwirbel ergibt. Dieser Wirbel tritt mit der Gehäusewandgrenzschicht in Wechselwirkung und erzeugt Spitzenverluste .
Die typische Lösung zum Kontrollieren dieser Leckage besteht darin, den Spalt zwischen der Laufschaufelspitze und dem umgebenden Gehäuse zu minimieren. Sowohl das Verdichtergehäuse als auch die Verdichterlaufschaufel wachsen jedoch während des Triebwerksbetriebes radial. Um einen Kontakt zwischen den Laufschaufeln und dem Gehäuse zu vermeiden, muß ein ausreichender Spalt während des normalen Triebwerksbetriebes gelassen werden, um unterschiedliches Wachstum während transienten Betriebsbedingungen zu gestatten. Eine andere Lösung besteht darin, Reibberührungen zuzulassen und dafür ent-
weder einen abschleifbaren Streifen in dem Gehäuse oder eine abschleifbare Spitze an der Laufschaufel vorzusehen, um so einen gewissen Grad an kontrollierter Reibberührung zu gestatten.
Eine weitere Technik zum Verringern der Leckage an den Laufschaufelspitzen besteht darin, eine Vertiefung in der Wand des Gehäuses zu bilden und die Laufschaufel bis nahezu in eine Linie mit der ursprünglichen Gehäusewand zu verlängern. Diese Vertiefungen können die Laufschaufelspitze während einigen oder allen Triebwerksbetriebsperioden aufnehmen. Das Übergangsgebiet von dem Verdichtergehäuse zu der Vertiefung ist typisch durch eine abrupte Änderung von der glatten Gehäusewand aus gekennzeichnet. Diese Gebiete abrupten Überganges finden sich sowohl an dem vorderen als auch an dem hinteren Ende der Vertiefung. Es sind beispielsweise Gräben mit rechteckigem Querschnitt bekannt, bei denen die Übergangsgebiete durch rechte Winkel gebildet werden. Testergebnisse zeigen, daß solche Gräben bestenfalls eine unbedeutende Verbesserung des Wirkungsgrades ergeben und unter gewissen Bedingungen die Leistungsfähigkeit tatsächlich verschlechtern.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Verdichtergehäusevertiefung zu schaffen.
Weiter soll durch die Erfindung eine neue und verbesserte Verdichtergehäusevertiefung geschaffen werden, welche VerdichterlaufSchaufelspitzenverluste verringert.
Ferner soll durch die Erfindung eine neue und verbesserte Einrichtung zum Verbessern des aerodynamischen Wirkungsgrades des Verdichters eines Gasturbinentriebwerks geschaffen werden.
Die Erfindung ist eine Verbesserung für einen Verdichter einer Axialströmungsmaschine, der eine erste Schaufel, die relativ zu einer radial angeordneten Oberfläche drehbar ist, und eine zweite Schaufel hat, die hinter der ersten Schaufel angeordnet ist und in bezug auf die Oberfläche feststeht. Die Oberfläche begrenzt einen Strömungs weg für sich nach hinten bewegendes Fluid. Die Verbesserung beinhaltet eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Vertiefung in der Oberfläche, die relativ zu der ersten und der zweiten Schaufel radial angeordnet ist, wobei ein Spalt zwischen der ersten Schaufel und der Oberfläche vor handen ist .Die Vertiefung hat eine insgesamt nach hinten weisende Wand, eine insgesamt axial gerichtete Wand und eine insgesamt nach vorn weisende Wand. Die nach hinten weisende Wand ist so ausgerichtet, daß sie eine Barriere für die Vorwärtsströmung des Fluids in dem Spalt bildet. Die nach vorn weisende Wand ist so ausgerichtet, daß sie einen aerodynamisch glatten übergang von der Vertiefung in den Strömungsweg schafft.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die nach hinten weisende Wand der Vertiefung im wesentlichen normal zu der Oberfläche. Die nach vorn weisende Wand bildet einen Winkel von weniger als 10° mit der Gehäuseoberfläche.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Ansicht eines Teils eines Verdichters eines Gasturbinentriebwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine ausführlichere Ansicht einer Ver
dichterlaufschaufel, einer Leitschaufel und eines benachbarten Gehäuses gemäß
der Darstellung in Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht nach der Linie 3-3 in
Fig. 1,
Fig. 4 eine Ansicht nach der Linie 4-4 in
Fig. 1 und
Fig. 5 eine ausführlichere Ansicht einer Ver
dichterleitschaufel, einer Laufschaufel und einer benachbarten inneren Wand gemäß der Darstellung in Fig. 1.
Die Erfindung kann in dem Verdichter einer Axialströmungsmaschine benutzt werden. Zu Erläuterungszwecken wird die Erfindung für ein Gasturbinentriebwerk beschrieben.
Ein Teil eines Verdichterabschnitts 10 eines Gasturbinentriebwerks, der einen Rotorkranz 12 und einen Statorkranz 14 hat, ist in Fig. 1 gezeigt. Der Rotorkranz 12 hat mehrere Laufschaufeln 18, die um die Triebwerksmittellinie 16 drehbar sind. Der Statorkranz 14 hat mehrere Leitschaufeln 19, die in bezug auf die Mittellinie 16 feststehen. Ein Strömungsweg 20 für die Bewegung von Luft erstreckt sich axial durch den Verdichtungsabschnitt. Der Strömungsweg ist durch ein äußeres Gehäuse 22 mit einer radial nach innen weisenden Oberfläche 24 und durch eine innere Wand 26 mit einer radial nach außen weisenden Oberfläche 28 begrenzt. Jede Laufschaufel 18 hat ein radial äußeres Ende oder eine Laufschaufelspitze 80. Das äußere Gehäuse 22 umschließt jeden Rotorkranz 12 umfangsmäßig. Ein Spalt 50 muß zwischen der umlaufenden Laufschaufelspitze 80 und dem feststehenden äußeren Gehäuse 22 aufrechterhalten werden, um eine Reibberührung zwischen denselben zu verhindern.
Jede Laufschaufel 18 ist in bezug auf die radial angeordnete Oberfläche 24 relativdrehbar, ebenso wie die Leitschaufel 19 in bezug auf die radial angeordnete Oberfläche 28 relativdrehbar ist. Weiter steht die Leitschaufel 19 in bezug auf die Oberfläche 24 fest, und die Laufschaufel 18 steht in bezug auf die Oberfläche 28 fest.
Wenn sich die Laufschaufeln 18 um die Mittellinie 16 drehen, wird Luft in dem Strömungsweg 20 in Richtung insgesamt nach hinten bewegt. Gleichzeitig wird die Luft verdichtet, wenn sie jeden Rotorkranz 12 passiert, wodurch ihr Druck erhöht wird. Infolgedessen ergibt sich ein Gebiet 32 höheren Druckes hinter dem Rotorkranz relativ zu einem Gebiet 34 niedrigeren Druckes vor dem Rotorkranz 12. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 hat jede Laufschaufel 18, die sich in der durch einen Pfeil 52 angegebenen Richtung dreht, eine druckseitige Oberfläche 54 und eine saugseitige Oberfläche 56. Der Druck an der Oberfläche 54 ist höher als der an der Oberfläche 56. Die Tendenz der Luft höheren Druckes, sich durch den in Fig. 2 gezeigten Spalt 50 hindurch in das Gebiet niedrigeren Druckes zu bewegen, was in Fig. 3 durch einen Pfeil 58 angedeutet ist, trägt zu den Verlusten in Form eines Spitzenspaltwirbels bei, der nahe dem radial äusseren Ende der Spitze 80 der Laufschaufel 18 gebildet wird.
Zu dem Verlustproblem trägt die Tatsache bei, daß die Grenzschichtluft nahe der radial nach innen weisenden Oberfläche 24 sich insgesamt in Richtung nach hinten bewegt und mit der Luft in Wechselwirkung tritt, die bestrebt ist, durch den Spitzenspalt 50 nach vorn zu strömen. Die Erfindung blockiert die Vorwärtsbewegung der Spitzenspaltströmung, ohne den Durchgang der sich nach hinten bewegenden Hauptströmung zu behindern.
Fig. 2 zeigt eine Laufschaufel 18, eine Leitschaufel 19 und ein äußeres Gehäuse 22 in einer Ausführungsform der Erfindung. In dem äußeren Gehäuse 22 ist eine sich in ümfangsrichtung erstreckende Vertiefung 72 relativ zu der Laufschaufel 18 und der Leitschaufel 19 radial angeordnet. Die Vertiefung 72 hat eine insgesamt nach hinten weisende Wand 74, eine insgesamt nach vorn weisende Wand 76 und eine insgesamt axial gerichtete Wand 78. In der gezeigten Ausführungsform ist die insgesamt nach hinten weisende Wand 74 zu der nach innen weisenden Oberfläche 24 im wesentlichen normal. Die nach vorn weisende Wand 76 bildet einen spitzen Winkel cL mit der Oberfläche 24. Eine axial gerichtete Wand 78 schneidet die Wand 74 in einem Punkt 82 vorderhalb der Laufschaufel 18 und die Wand 76 in einem Punkt 84 hinter der Laufschaufel 18.
Die in Fig. 2 gezeigte Konfiguration dient dem Zweck, einen abrupten Wechsel von der Gehäuseoberfläche 24 zu der Wand 74 an deren Schnittstelle 86 und keinen abrupten, sondern einen relativ glatten Übergang von der Wand 76 zu der Gehäuseoberfläche 24 an der Schnittstelle 88 zu erzeugen. Es wird angenommen, daß der abrupte übergang an der Schnittstelle 86 eine gute Ablösung der nach hinten strömenden Grenzschichtluft von der Oberfläche 24 bewirkt und gleichzeitig eine Barriere in Form der Wand 74 zum Minimieren der Vorwärtsströmung aus dem Spitzenspaltwirbel schafft. Es wird weiter angenommen, daß der nichtabrupte übergang von der Wand 76 auf die Oberfläche 24 an der Schnittstelle 88 einen aerodynamisch glatten Übergang oder eine aerodynamisch glatte Strömung von Luft, die aus der Vertiefung 72 in den Strömungsweg 20 strömt, gestattet.
Verschiedene Konfigurationen der Vertiefung 72 sind möglich, um diese Bedingungen zu erfüllen. Beispielshalber
kann die Wand 76 verschiedene relativ glatte Kurven bilden, die einen nichtabrupten übergang in die Oberfläche 24 an der Schnittstelle 88 bilden. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform bildet die Wand 76 eine Kurve, die im wesentlichen eine gerade Linie ist, welche einen Schnittwinkel 06 mit der Gehäuseoberfläche 24 bildet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Winkel oC insgesamt kleiner als oder gleich 10° sein. Dieser Winkel wird jedoch von der Tiefe der Vertiefung 72, von dem axialen Abstand zwischen den Punkten 84 und 88 und von der geometrischen Konfiguration der Wand 76 abhängen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Laufschaufelspitze 80 der Wand 78 geometrisch angepaßt. Daher bildet die Spitze 80 eine gerade Linie, die zu der Wand 78 im wesentlichen parallel ist. Demgemäß hat jeder Punkt an der Spitze 80 im wesentlichen denselben radialen Abstand von der Wand 78. Herkömmliche Laufschaufelspitzen können vorteilhaft verwendet werden, wodurch das Ausmaß an maschineller Bearbeitung reduziert wird, das sonst erforderlich wäre, um der Spitze 80 ihren Umriß zu geben. Weiter gestattet,das einen konstanten Spitzenspalt aufrechtzuerhalten, wenn die Laufschaufel 18 axiale Auslenkungen erfährt.
Die radiale und die axiale Lage der Laufschaufelspitze in bezug auf die Vertiefung 72 werden sich während des Triebwerksbetriebes verändern, wenn die Laufschaufel 18 ausgelenkt wird, sich aufgrund der Fliehkraft elastisch verformt oder thermisch anders wächst als das Gehäuse Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, bei der die Laufschaufelspitze 80 während des stationären Betriebes relativ zu der Vertiefung 72 angeordnet ist. Die kritischen Abmessungen bei diesem Betriebszustand sind der axiale Abstand 49 zwischen der Laufschaufel 18 und der Wand 74 sowie der radiale Abstand oder der Spitzenspalt 50 zwischen der Spitze 80 und der Wand 78. Der
Abstand 49 wird von mehreren Faktoren abhängig sein, zu denen der Laufschaufelwerkstoff und die Geometrie gehören. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform liegt der Abstand 49 in der Größenordnung von 10% des Laufschaufe1-umfangsabstands. Der Abstand 50 ist ebenfalls eine Funktion des LaufSchaufelwerkstoffes und der Geometrie. Allgemein wird dieser Abstand so festgelegt, daß er unterschiedliches Wachstum während Perioden transienten Triebwerksbetriebes gestattet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird dieser Abstand ungefähr 0,10% des Durchmessers des Rotorkranzes 12 betragen.
Die Abstände 49 und 50 können je nach dem besonderen Verwendungszweck im Rahmen der Erfindung verändert werden. Weiter kann im Rahmen der Erfindung eine abschleifbare Auskleidung für die Wände 74 und 78 der Vertiefung 72 und/oder eine abschleifbare Spitze an der Laufschaufel 18 benutzt werden. In jedem dieser Fälle können die Abstände 50 und/oder 49 auf bekannte Weise verändert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 1 und 5 gezeigt ist, ist eine Vertiefung 90 in der radial nach außen weisenden Oberfläche 28 der inneren Wand 26 angeordnet und relativ zu dem Statorkranz 14 und dem Rotorkranz 12 radial versetzt. Wie die Gehäusevertiefung 72 wird die Vertiefung 90 durch drei Wände 92, 94 und 96 begrenzt. Die Wand 92 weist insgesamt nach hinten und bildet einen abrupten Wechsel von der Oberfläche 28 an ihrer Schnittstelle 98. Die Wand 96 weist insgesamt nach vorn und bildet einen relativ unabrupten Wechsel von der Oberfläche an ihrer Schnittstelle 100. Die insgesamt axial gerichtete Wand 94 schneidet die Wand 92 in dem Punkt 102 vorderhalb des Statorkranzes 14 und die Wand 96 in ei-
nem Punkt 104 hinter dem Statorkranz 14.
Der Statorkranz 14 bewegt sich zwar nicht, seine Beziehung zu der inneren Wand 26 gleicht aber der Beziehung zwischen dem Rotorkranz 12 und dem äußeren Gehäuse 22. Jeder hat einen Kranz von Schaufeln, die in bezug auf eine radial angeordnete Oberfläche relativdrehbar sind. Weiter erfährt die Luft, die durch jeden Kranz hindurch nach hinten geht, einen Druckanstieg. Infolgedessen ist die Luft bestrebt, sich über die Schaufelspitze hinweg aus einem Gebiet höheren Druckes nach vorn in ein Gebiet niedrigeren Druckes zu bewegen. Fig. 4 zeigt diese Luftbewegung durch einen Pfeil 70.
Die alternativen Ausführungsformen für die Konfigurationen der Vertiefung 72, die oben beschrieben sind, gelten gleichermaßen für die Vertiefung 90. Verdichter können mit Vertiefungen 72 nur in dem äußeren Gehäuse 22, mit Vertiefungen 90 nur in der inneren Wand 26 oder mit Vertiefungen in beiden Gehäusewänden 22, 26 mit entweder denselben oder unterschiedlichen Konfigurationen versehen werden.
Die hier beschriebene Erfindung beschränkt sich nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten besonderen Ausführungsformen. Die Erfindung beschränkt sich auch nicht auf Verdichtergehäusevertiefungen oder Innenwandvertiefungen mit der hier gezeigten besonderen geradlinigen Konfiguration. Vielmehr liegt im Rahmen der Erfindung jede geometrische Konfiguration einer nach hinten weisenden Wand, die die Vorwärtsströmung aus dem Spitzenspaltwirbel blockiert und eine gute Ablösung der Grenzschichtluft gestattet, sowie jede geometrische Konfiguration einer nach vorn weisenden Wand oder von nach vorn weisenden Wänden, die einen glatten
übergang in den Strömungsweg 20 ergeben.
Die Abmessungen und die proportionalen und baulichen Beziehungen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, sind lediglich beispielshalber angegeben und nicht als die tatsächlichen Abmessungen oder proportionalen und baulichen Beziehungen zu verstehen, die bei der Verdichtergehäusevertiefung nach der Erfindung benutzt werden.
Der Verdichterabschnitteil 10, der in Fig. 1 gezeigt ist, soll die Beziehung zwischen einer relativdrehbaren Schaufel, einer relativfesten Schaufel, einer radial angeordneten Oberfläche und der Vertiefung in dieser Oberfläche veranschaulichen. Der Strömungsweg 20 und die Strömungswegoberflächen des äußeren Gehäuses und der inneren Wand sind auf die Triebwerksmittellinie 16 axial ausgerichtet. In vielen Fällen können diese Oberflächen und Strömungswege jedoch in bezug auf die Triebwerksmittellinie geneigt sein. Die hier verwendeten Begriffe "axial" und "axial gerichtet" definieren daher eine Richtung, die zu der Triebwerksmittellinie, dem Strömungsweg oder einer Strömungs wegoberfläche im wesentlichen parallel ist.

Claims (6)

  1. Ansprüche :
    M. Verdichter für eine Axialströmungsmaschine, mit einer ersten Schaufel, die in bezug auf eine radial angeordnete Oberfläche (24; 28) relativdrehbar ist, und mit einer zweiten Schaufel, die hinter der ersten Schaufel angeordnet ist und in bezug auf'dieOberfläche (24; 28) feststeht, wobei die Oberfläche (24; 28) einen Strömungsweg (20) für sich nach hinten bewegendes Fluid begrenzt, gekennzeichnet durch:
    eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Vertiefung (72; 90) in der Oberfläche (24; 28), die relativ zu der ersten und der zweiten Schaufel radial angeordnet ist, wobei ein Spalt (50) zwischen der ersten Schaufel und der Oberfläche (24; 28) vorhanden ist; wobei die Vertiefung (72; 90) eine insgesamt nach hinten weisende Wand (74; 92), eine insgesamt axial gerichtete Wand (78; 94) und eine insgesamt nach vorn weisende Wand (76; 96) aufweist, wobei die nach hinten weisende Wand (74; 92) so ausgerichtet ist, daß sie eine Barriere für die Vorwärtsströmung des Fluids in dem Spalt (50) bildet, und wobei die nach vorn weisende Wand
    (76; 96) so ausgerichtet ist, daß sie einen aerodynamisch glatten Übergang von der Vertiefung (72; 90) in den Strömungsweg (20) schafft.
  2. 2. Verdichter für eine Axialströmungsmaschine, mit einer ersten Schaufel (18), die in bezug auf eine radial angeordnete Oberfläche (24) relativdrehbar ist, und mit einer zweiten Schaufel (19), die hinter der ersten Schaufel (18) angeordnet ist und in bezug auf die Oberfläche (24) feststeht, wobei die Oberfläche (24) einen Strömungsweg (20) für sich nach hinten bewegendes Fluid begrenzt, gekennzeichnet durch:
    eine sich in ümfangsrichtung erstreckende Vertiefung (72) in der Oberfläche (24), die in bezug auf die erste und die zweite Schaufel (18, 19) radial angeordnet ist; wobei die Vertiefung (72) eine insgesamt nach hinten
    / weisende Wand (74), eine insgesamt axial gerichtete Wand
    (78) und eine insgesamt nach vorn weisende Wand (76) aufweist;
    wobei die nach hinten weisende Wand (74) zu der Oberfläche (24) im wesentlichen normal ist, wobei die nach vorn weisende Wand (76) einen Winkel (oC) von insgesamt weniger als 10 mit der Oberfläche (24) bildet.
  3. 3. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axial gerichtete Wand (78) die nach hinten weisende Wand (74) in einem Punkt (82) vor der ersten Schaufel (18) und die nach vorn weisende Wand (76) in einem Punkt (84) hinter der ersten Schaufel (18) schneidet.
  4. 4. Gasturbinentriebwerk mit einer drehbaren Verdichterlaufschaufel, mit einer feststehenden Verdichterleitschaufel axial hinter der Laufschaufel und mit einem ringförmigen Gehäuse (22; 26), das einen Strömungsweg
    (20) für sich nach hinten bewegende Luft begrenzt und die Laufschaufel sowie die Leitschaufel umfangsmäßig umgibt und eine radial nach innen weisende Oberfläche (24; 28) hat, gekennzeichnet durch:
    eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Vertiefung (72; 90) in der Oberfläche (24; 28), die relativ zu der Laufschaufel und der Leitschaufel radial angeordnet ist, wobei ein Spalt (50) zwischen der Laufschaufel und der Oberfläche (24; 28) vorhanden ist und wobei die Vertiefung (72; 90) eine insgesamt nach hinten weisende Wand (74; 92), eine insgesamt axial gerichtete Wand (78; 94) und eine insgesamt nach vorn weisende Wand (76; 96) aufweist;
    wobei die nach hinten weisende Wand (74; 92) so ausgerichtet ist, daß sie eine Barriere für die Vorwärtsströmung der Luft in dem Spalt (50) bildet, und wobei Tm die nach vorn weisende Wand (76; 96) so ausgerichtet ist, daß sie einen aerodynamisch glatten übergang von der Vertiefung (72; 90) in den Strömungsweg (20) schafft.
  5. 5. Gasturbinentriebwerk mit einer drehbaren Verdichterlaufschaufel (18), mit einer feststehenden Verdichterlei tschauf el (19) und mit einem ringförmigen Gehäuse (22), das die Laufschaufel (18) und die Leitschaufel (19) umfangsmäßig umschließt und eine radial nach innen weisende Oberfläche (24) hat, gekennzeichnet durch: eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Vertiefung (72) in der Oberfläche, wobei die Vertiefung (72) eine insgesamt nach hinten weisende Wand (74), eine insgesamt axial gerichtete Wand (78) und eine insgesamt nach vorn weisende Wand (76) hat, wobei die nach hinten weisende Wand (76) zu der Gehäuseoberfläche (24) im wesentlichen normal ist und wobei die nach vorn weisende Wand (76) einen Winkel (tL) von insgesamt weniger als 10° mit der Gehäuseoberfläche (24) bildet.
  6. 6. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axial gerichtete Wand (78) die nach hinten weisende Wand (74) in einem Punkt (82) vor der Laufschaufel (18) und die nach vorn weisende Wand (76) in einem Punkt (84) hinter der Laufschaufel (18) schneidet.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4738586A (en) * 1985-03-11 1988-04-19 United Technologies Corporation Compressor blade tip seal
US4844692A (en) * 1988-08-12 1989-07-04 Avco Corporation Contoured step entry rotor casing
EP0528138B1 (de) * 1991-08-08 1995-05-17 Asea Brown Boveri Ag Deckblatt für axialdurchströmte Turbine
JP3118136B2 (ja) * 1994-03-28 2000-12-18 株式会社先進材料利用ガスジェネレータ研究所 軸流圧縮機のケーシング
DE10051223A1 (de) 2000-10-16 2002-04-25 Alstom Switzerland Ltd Verbindbare Statorelemente
GB2391045A (en) * 2002-07-19 2004-01-28 Corac Group Plc Rotary machine with means for separating impurites from a gas flow
EP1557536A1 (de) * 2004-01-22 2005-07-27 Siemens Aktiengesellschaft Strömungsmaschine mit einem axial verschiebbaren Rotor
US7510370B2 (en) * 2005-02-01 2009-03-31 Honeywell International Inc. Turbine blade tip and shroud clearance control coating system
US7341425B2 (en) * 2005-03-28 2008-03-11 Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. Axial flow compressor
US7861823B2 (en) * 2005-11-04 2011-01-04 United Technologies Corporation Duct for reducing shock related noise
US8177494B2 (en) * 2009-03-15 2012-05-15 United Technologies Corporation Buried casing treatment strip for a gas turbine engine
FR2961564B1 (fr) * 2010-06-17 2016-03-04 Snecma Compresseur et turbomachine a rendement optimise
US20130209216A1 (en) * 2012-02-09 2013-08-15 General Electric Company Turbomachine including flow improvement system
US9133712B2 (en) * 2012-04-24 2015-09-15 United Technologies Corporation Blade having porous, abradable element
EP2948632B1 (de) 2013-01-23 2018-07-25 Concepts NREC, LLC Strukturen und verfahren zum antreiben der kopplung von flussfeldern benachbarter schaufelelemente von turbomaschinen und turbomaschinen damit
US9759230B2 (en) 2014-01-24 2017-09-12 Pratt & Whitney Canada Corp. Multistage axial flow compressor
US9845810B2 (en) * 2014-06-24 2017-12-19 Concepts Nrec, Llc Flow control structures for turbomachines and methods of designing the same
EP3088672A1 (de) * 2015-04-27 2016-11-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum entwurf einer strömungsmaschine sowie strömungsmaschine
WO2022032296A1 (en) 2020-08-07 2022-02-10 Concepts Nrec, Llc Flow control structures for enhanced performance and turbomachines incorporating the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE809842C (de) * 1948-10-19 1951-08-02 Hermann Oestrich Dr Ing Axialverdichter
CH414681A (de) * 1964-11-24 1966-06-15 Bbc Brown Boveri & Cie Strömungsmaschine
US4238170A (en) * 1978-06-26 1980-12-09 United Technologies Corporation Blade tip seal for an axial flow rotary machine

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1141473A (en) * 1915-06-01 Wm Cramp & Sons Ship & Engine Building Company Steam-turbine.
GB191210179A (en) * 1911-05-04 1912-06-20 Heinrich Holzer Arrangement for Diminishing Clearance Losses in Turbines and Pumps for Liquids and Elastic Fluids.
CH79393A (de) * 1918-02-28 1919-04-16 Bbc Brown Boveri & Cie Vorrichtung zur Verminderung der Spielverluste bei Beschauflungen von Dampf- oder Gasturbinen
US1568034A (en) * 1923-10-10 1925-12-29 Losel Franz Steam-turbine construction
GB753561A (en) * 1951-05-25 1956-07-25 Vladimir Henry Pavlecka Axial flow dynamic compressors, and gas turbine power plants utilising such compressors
AT290926B (de) * 1968-10-28 1971-06-25 Elin Union Ag Erosionsschutz für die Beschaufelung von Gasturbinen, insbesondere Abgasturbinen
DE2231426C3 (de) * 1972-06-27 1974-11-28 Motoren- Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh, 8000 Muenchen Deckbandlose, innen gekühlte Axialturbinenlaufschaufel
US3989406A (en) * 1974-11-26 1976-11-02 Bolt Beranek And Newman, Inc. Method of and apparatus for preventing leading edge shocks and shock-related noise in transonic and supersonic rotor blades and the like
EP0068375A3 (de) * 1981-06-22 1983-04-13 G.D. Searle & Co. Rekombinante DNS Technik zur Herstellung von Relaxin

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE809842C (de) * 1948-10-19 1951-08-02 Hermann Oestrich Dr Ing Axialverdichter
CH414681A (de) * 1964-11-24 1966-06-15 Bbc Brown Boveri & Cie Strömungsmaschine
US4238170A (en) * 1978-06-26 1980-12-09 United Technologies Corporation Blade tip seal for an axial flow rotary machine

Also Published As

Publication number Publication date
US4606699A (en) 1986-08-19
JPH0631640B2 (ja) 1994-04-27
IT8519258A0 (it) 1985-01-28
GB2153919A (en) 1985-08-29
DE3503421C3 (de) 1998-08-13
JPS60192900A (ja) 1985-10-01
GB8502275D0 (en) 1985-02-27
DE3503421C2 (de) 1994-02-03
FR2559218B1 (fr) 1991-02-01
GB2153919B (en) 1988-03-09
IT1184143B (it) 1987-10-22
FR2559218A1 (fr) 1985-08-09

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