DE69711793T2

DE69711793T2 - Schaufel für axiale Strömungsmaschine

Info

Publication number: DE69711793T2
Application number: DE69711793T
Authority: DE
Inventors: Sakae Kawasaki; Kenichi Okuno; Takashi Sasaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: AU701429B2; CN1100194C; CN1179503A; DE69711793D1; AU3930297A; KR19980024999A; US6079948A; EP0833060A2; EP0833060A3; EP0833060B1; JPH10103002A; KR100248129B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaufel für eine axiale Strömungsmaschine, genauer, auf Schaufeln für eine axiale Strömungsmaschine zur Senkung eines Sekundärströmungsverlustes, der verursacht wird, wenn eine entlang der Axialrichtung einer Rotationswelle angeordnete Schaufelkaskade durch ein Treibfluid hindurchtritt, um dadurch die Wirksamkeit der Schaufelkaskade zu verbessern.
Obwohl verschiedene Typen von Primärantrieben, wie z. B. ein Axialtyp, ein Radialströmungstyp, ein Zentrifugaltyp, ein Volumentyp und dergleichen als Strömungsmaschine existieren, ist von diesen Typen aufgrund ihrer hohen Ausgangsleistung im allgemeinen der Axialtyp des Primärantriebs als extra großer Primärantrieb für einen Luftverdichter, eine Gasturbine, eine Dampfturbine und dergleichen verwendet worden, die wiederum in Flugzeugen und Kraftwerken eingesetzt werden.
Wie in Fig. 14 gezeigt, ist eine axiale Strömungsmaschine; z. B. ein Luftverdichter, so angeordnet, daß sie in einem Gehäuse 1 untergebracht ist und sich Verdichterstufen 4, jede zusammengesetzt aus der Kombination von einer feststehenden Schaufel 2 und einer beweglichen Schaufel 3, entlang der Axialrichtung einer Rotationswelle 5 befinden. Eine vom Einlaß 6 angesaugte Atmosphäre 7 wird durch die bewegliche Schaufel 3 verdichtet, die eine erste Verdichterstufe passierende Hochdruckluft wird anschließend durch die bewegliche Schaufel 3 zur nächsten Verdichterstufe 4 geleitet und die daraus resultierende, auf einen vorbestimmten Druck verdichtete Hochdruckluft 8 wird von einem Austritt 9 einer Gasturbine (nicht gezeigt) zugeleitet.
Des weiteren ist, wie in Fig. 15 gezeigt, die axiale Strömungsmaschine, z. B. eine Dampfturbine, so angeordnet, daß sie in einem Gehäuse 10 untergebracht ist und Turbinenstufen 17 aufweist, von denen jede aus einer Kombination von einer zwischen einem äußeren Blendenring 11 und einem inneren Blendenring 12 festgeklemmten feststehenden Schaufel 13 und einer auf der Scheibe 16 einer Rotationswelle 15 angebrachten beweglichen Schaufel 14 zusammengesetzt ist. Die Turbinenstufen 17 sind entlang der Axialrichtung der Rotationswelle 15 angeordnet. Dampf 18 wird durch die feststehenden Schaufeln 14 expandiert, die davon resultierende Expansionskraft wird den beweglichen Schaufeln 14 so zugeführt, daß diese in Rotation versetzt werden, um davon die Rotationsenergie zu entnehmen. Des weiteren wird der bei der Strömung des Dampfes durch die Turbinenstufen 17 auftretende Leckdampf durch die auf dem inneren Blendenring 12 aufgebrachten Labyrinthe 19 abgedichtet.
Wenn entweder die Hochdruckluft 8 die feststehenden Schaufeln 2 und die bewegliche Schaufel 3 im axialen Luftverdichter oder der Dampf 18 die bewegliche Schaufel und die feststehenden Schaufeln 13 in der axialen Dampfturbine durchströmen, werden verschiedene Arten von Verlusten verursacht, welche die Gründe für die Effizienzsenkung einer Schaufelkaskade (Zug) als ein Schaufelkaskadenverlust sind.
Der Schaufelkaskadenverlust umfaßt einen durch die Form des Profils selbst verursachten Profilverlust, einen durch den Abstand zwischen einem Schaufelspitze und der Wand einer Strömungspassage verursachten Abstandsleckagenverlust, sowie einen durch die Existenz der inneren Umfangsoberfläche und der äußeren Umfangsoberfläche einer Strömungspassage verursachten Abschlußwandverlust. Unter diesen wirkt sich der Abschlußwandverlust besonders schwerwiegend auf die Effizienz der Schaufelkaskade aus.
Der Wandoberflächenverlust wird hauptsächlich verursacht durch einen, von einer Sekundärströmung in der Schaufelkaskade erzeugten Wirbel sowie der durch den Wirbel verursachten Grenzschichtabblätterung der Strömungspassagenwand. Typische Beispiele für den Wirbel als Ergebnis der Sekundärströmung und der Grenzschichtabblätterung treten sowohl beim axialen Luftverdichter als auch bei der axialen Dampfturbine auf und es ist bekannt, daß die Sekundärströmung durch das Verhalten einer die Schaufelkaskade durchströmenden Hauptströmung erzeugt wird (obwohl Luft ein Treibfluid im Luftkompressor und Dampf ein Treibfluid in der Dampfturbine sind, werden diese beiden Treibfluids in der nachfolgenden Beschreibung als Hauptströmung bezeichnet).
Die Hauptströmung strömt entlang eines Schaufelprofils im Zwischenbereich einer Schaufel in dessen Längsrichtung, wenn sie die Schaufelkaskade durchströmt, wobei die Sekundärströmung eine Strömung ist, deren Strömungsrichtung sich mit der Hauptströmung, die seitlich über einen zwischen einer Schaufelspitze und einer Schaufelwurzel befindlichen Schaufelzwischenbereich strömt, überschneidet und durch einen zwischen zwei angrenzenden Schaufeln bestehenden Druckunterschied erzeugt wird.
Die Erzeugung der Sekundärströmung durch die Hauptströmung wird von einem wie in Fig. 16 dargestellt erzeugten Wirbel begleitet, der in kurzer Zeit anwächst. Anders ausgedrückt, wenn die von den Einlaßgrenzschichten 20a1, 20b1 begleiteten Hauptströmungen 20a, 20b in die zwischen den Schaufeln 21a, 21b befindlichen Strömungspassagen 22a, 22b strömen, stoßen sie gegen die vorlaufenden Ränder 23a, 23b und erzeugen dabei die Wirbel 24a, 24b.
Die Wirbel 24a, 24b werden in konkavseitige hufeisenförmige Wirbel 24a1 und 24b1 und konvexseitige hufeisenförmige Wirbel 24a2 und 24b2 aufgeteilt. Wenn die konvexseitigen hufeisenförmigen Wirbel 24a2, 24b2 an den auf Unterdruck ausgelegten Konvexseiten 25a, 25b der Schaufeln 21a, 21b entlang strömen, strömen sie zu den nachlaufenden Rändern 26a, 26b und wachsen dabei allmählich durch Rollen der Grenzschichten der Strömungspassagen 22a, 22b an.
Wenn andererseits aufgrund eines Druckunterschieds zwischen den Überdruck erzeugenden Konkavseiten 27a, 27b der Schaufeln 21a, 21b und den Unterdruck erzeugenden Konvexseiten 25b, 25c der angrenzenden Schaufeln 21b, 21c die konkavseitigen hufeisenförmigen Wirbel 24a1, 24b1 zusammen mit einer Sekundärströmung in Richtung der Konvexseiten 25b, 25c der angrenzenden Schaufel 21b, 21c strömen, wachsen sie durch Rollen der Grenzschichten der Strömungspassagen 22a, 22b stark an und als Folge vereinigen sich die Wirbel 24a1 und 24a2 mit den konvexseitigen hufeisenförmigen Wirbeln 24a2, 24b2 zu Strömungspassagenwirbeln 24a3, 24b3.
Wie oben beschrieben, wird hinsichtlich einer Sekundärströmung als Ganzes darauf hingewiesen, daß die durch das Auftreffen der Hauptströmungen 20a, 20b auf die vorlaufenden Ränder 23a, 23b der Schaufeln 21a, 21b erzeugten Wirbel 24a, 24b in konkavseitige hufeisenförmige Wirbel 24a1, 24b1 und konvexseitige hufeisenförmige Wirbel 24a2, 24b2 geteilt werden, daß ferner die konkavseitigen hufeisenförmigen Wirbel 24a1, 24b1 stark anwachsen und die Strömungspassagenwirbel 24a3, 24b3 bilden und daß weiterhin die konvexseitigen hufeisenförmigen Wirbel 24a2, 24b2 während ihrer Strömung entlang der Konvexseiten 25a, 25b stark anwachsen.
Der Sekundärströmungswirbel zeigt die Strömungslinien der in der Nähe der Wandoberflächen der Strömungspassagen 22a, 22b durchströmenden Hauptströmungen 20a, 20b auf, was ein Hauptgrund für verringerte Schaufelkaskadeneffizienz der Schaufeln 21a, 21b ist. Folglich ist es erforderlich, den Sekundärströmungswirbel zu unterdrücken.
Beispielsweise legt die japanische Patent Publikation Nr. 56-19446 eine Methode zur Unterdrückung des Sekundärströmungswirbels offen. Wie in Fig. 17 dargestellt, zeigt die Technologie dieser Publikation eine theoretische Anordnung, in der vorspringende Schaufelbereiche 30 bis zum vorlaufenden Rand 29 eines wirksamen Schaufelbereichs 28 über Abstände 1a von den Strömungspassagenwänden 31 ausgebildet sind und die Querschnittsform von jedem der vorspringenden Schaufelbereiche 30 so ausgeformt ist, daß die Konvexseite 32a eines vorspringenden Schaufelbereichs mit der Konkavseite 32b eines wirksamen Schaufelbereichs übereinstimmt und daß ferner die Konkavseite 33a eines vorspringenden Schaufelbereichs mehr gebaucht ist, als die Konvexseite 33b eines wirksamen Schaufelbereichs, wie in Fig. 18 gezeigt. Des weiteren stimmen der Schnittpunkt S10 des vorspringenden Schaufelbereichs 30 mit der Strömungspassagenwand 31, der Schnittpunkt S20 des vorspringenden Schaufelbereichs 30 mit dem wirksamen Schaufelbereich 28 und der vorspringende Punkt S30 eines Schnittpunktes S20 zu der in Fig. 17 gezeigten Strömungspassagenwand 31 mit den in Fig. 16 dargestellten jeweiligen Punkten S10, S20 und S30 überein.
In einer derartigen Technologie wird der konvexseitige hufeisenförmige Wirbel des Sekundärströmungswirbels dadurch auf ein geringes Maß reduziert, daß entlang eines in Fig. 19 gezeigten Schaufelcodes c an der Konvexseite 33b des wirksamen Schaufelbereichs ein höherer Druck erzeugt wird als an der Konkavseite 33a des vorspringenden Schaufelbereichs, dergestalt daß die vorspringenden Schaufelbereiche 30, 30 zum vorlaufenden Rand 29 des wirksamen Schaufelbereichs 28 hin in Richtung der Strömungspassagenwände 31, 31 ausgebildet werden und die Codelänge der vorspringenden Schaufelbereiche 30, 30 mit Bezug auf die Codelänge des wirksamen Schaufelbereichs verlängert wird. Mit anderen Worten, durch die Konvexseite 33b des wirksamen Schaufelbereichs wird eine Druckkraft auf die Konvexseite 33a des vorspringenden Schaufelbereichs ausgeübt, um dadurch das Anwachsen des konvexseitigen hufeisenförmigen Wirbels zu unterdrücken.
Wie oben beschrieben, hat der in Fig. 17 gezeigte bekannte Stand der Technik den großen Vorteil, daß das Anwachsen des konvexseitigen hufeisenförmigen Wirbels auf ein geringes Maß reduziert wird. Da sich jedoch zwischen der Konkavseite 32b des wirksamen Schaufelbereichs und der Konkavseite 32a des vorspringenden Schaufelbereichs sowie der Konvexseite 33b des vorspringenden Schaufelbereichs ein höherer Druckunterschied ergibt, als ein in Fig. 19 gezeigter herkömmlicher, wird das Anwachsen eines Strömungspassagenwirbels von einer konkaven Schaufelseite zu einer konvexen Schaufelseite zusätzlich gefördert. Folglich hat der in Fig. 17 dargestellte bekannte Stand der Technik den Nachteil, daß ein in kurzer Zeit von dem konkavseitigen hufeisenförmigen Wirbel anwachsende Strömungspassagenwirbel nicht unterdrückt und somit die Schaufelkaskadeneffizienz nicht erhöht werden kann.
Eine den Oberbegriffen der anhängenden Ansprüche 1 und 7 entsprechende Schaufel ist aus EP 0 661 413 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Schaufel ist ein vorspringender Schaufelbereich mit einem geraden, über ein gewölbtes Teil mit einem Schaufelzwischenbereich verbundenen Außenteil ausgebildet. Der von der Rotationsachse entfernte Außenrand dieser bekannten Schaufel ist im Verhältnis zur Rotationsachse schräg. Die Schaufelgesamtbreite verjüngt sich zum Außenrand hin. Durch diese Merkmale wird die Effizienz einer Schaufelstufe verbessert.
Aus DE-PS 56 06 87 ist eine Schaufel mit im Schaufelzwischenbereich verkürzten Kanten bekannt, was bedeutet, daß die Schaufel in ihrem Mittelbereich nicht mit einem leicht gewölbten Rand ausgeformt ist. Es besteht kein Unterschied zwischen den Querschnitten der oberen und unteren Bereiche der Schaufel und ihres Zwischenbereichs, ausgenommen daß im Zwischenbereich keine vorlaufenden Ränder oder Einlaßbereiche existieren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die dauerhafte Beseitigung von im oben genannten bekannten Stand der Technik angetroffenen Schäden oder Beeinträchtigungen und die Schaffung von Schaufeln für eine axiale Strömungsmaschine, mit denen die Schaufelkaskadeneffizienz stark verbessert wird.
Eine erste Lösung dieser Aufgabe wird mit einer Schaufel gemäß dem neuen Anspruch 1 erzielt.
Mit der erfinderischen Schaufel wird durch Reduzierung des Kanals eines konvexseitigen hufeisenförmigen Wirbels sowie eines Strömungspassagenwirbels auf geringes Maß eine Schaufelkaskadeneffizienz stark verbessert.
Die Unteransprüche 2 bis 6 beziehen sich auf vorteilhafte Merkmale und Ausführungen der erfinderischen Schaufel gemäß Anspruch 1.
Eine zweite Lösung der Aufgabe der Erfindung wird mit einer Schaufel gemäß dem anhängenden Anspruch 7 erzielt.
Anspruch 8 bezieht sich auf eine vorteilhafte Ausführung der Schaufel gemäß Anspruch 7.
Da gemäß den oben beschriebenen charakteristischen Merkmalen der Erfindung die Schaufeln für die axiale Strömungsmaschine so angeordnet sind, daß die verlaufend zur und integral mit dem vorlaufenden Rand des wirksamen Schaufelbereichs ausgeformten vorspringenden Schaufelbereiche mindestens zu einem Wurzelbereich und einem Spitzenbereich ausgeformt sind, werden die Druckkräfte vom Zentrum des wirksamen Schaufelbereichs aus zu mindestens einem Wurzelbereich und einem Spitzenbereich hin erzeugt. Die maximalen Schaufeldicken des wirksamen Schaufelbereichs und des vorspringenden Schaufelbereichs stimmen überein und der Druckunterschied zwischen der Konkavseite einer Schaufel und der Konvexseite einer anderen angrenzenden Schaufel wird auf ein geringes Maß reduziert. Dem entsprechend kann der konvexseitige hufeisenförmige Wirbel und der Strömungspassagenwirbel unterdrückt werden, wodurch für die axiale Strömungsmaschine die Schaufeln verwirklicht werden können, deren Schaufelkaskadeneffizienz höher ist als die Effizienz eines herkömmlichen Schaufelzugs.
Weiterhin sind gemäß der Erfindung die Schaufeln für die axiale Strömungsmaschine so angeordnet, daß die kontinuierlich und integral mit dem vorlaufenden Rand und dem nachlaufenden Rand des wirksamen Schaufelbereichs ausgeformten vorspringenden Schaufelbereiche wenigstens zu einem Wurzelbereich und einem Spitzenbereich ausgeformt sind und weiterhin werden doppelte Druckkräfte vom Zentrum des wirksamen Schaufelbereichs aus in Richtung des Wurzelbereichs und des Spitzenbereichs des vorlaufenden Randes bzw. des Wurzelbereichs und des Spitzenbereichs des nachlaufenden Randes erzeugt. Deshalb werden der konvexseitige hufeisenförmige Wirbel und der Strömungspassagenwirbel sicher unterdrückt.
Ebenfalls weiterhin sind gemäß der Erfindung die Schaufeln für die axiale Strömungsmaschine so angeordnet, daß der wirksame Schaufelbereich in den Schaufelwurzelbereich, den Schaufelzwischenbereich und den Schaufelspitzenbereich aufgeteilt ist. Der Schaufelwurzelbereich und der Schaufelspitzenbereich sind jeweils kontinuierlich und integral mit dem vorlaufenden Rand des Schaufelzwischenbereichs gebaucht. Die Druckkräfte werden vom Schaufelzwischenbereich aus in Richtung des Wurzelbereichs des Schaufelwurzelbereichs und des Spitzenbereichs des Schaufelspitzenbereichs erzeugt. Ferner stimmen die maximale Schaufeldicke des Schaufelzwischenbereichs und die maximale Schaufeldicke des Schaufelwurzelbereichs überein. Der Druckunterschied zwischen der Konkavseite einer Schaufel und der Korivexseite der anderen angrenzenden Schaufel wird auf ein geringes Maß reduziert. Folglich werden der konvexseitige hufeisenförmige Wirbel und der Strömungspassagenwirbel unterdrückt.
Das Wesen und weitere charakteristische Merkmale der Erfindung werden durch die nachfolgenden detaillierten Beschreibungen im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen noch klarer ersichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine erste Ausführung einer Schaufel für eine axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine entlang der Linie II-II von Fig. 1 genommene Schnittansicht;
Fig. 3 ist eine Ansicht, welche die Schaufel für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung im Verhältnis zu den charakteristischen Druckverteilungsmerkmalen einer durch die Schaufel strömenden Hauptströmung erläutert;
Fig. 4 ist eine Ansicht, die erläutert, daß zur Vermeidung eines Strömungsabrisses der Einlaßwinkel der Schaufel für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung innerhalb eines positiven Abrißgrenzbereichs liegt;
Fig. 5 ist eine Grafik, welche den Schaufelkaskadenverlust der Schaufel für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung aufzeigt;
Fig. 6 ist eine Ansicht, welche das Verhältnis zwischen den charakteristischen Druckverteilungsmerkmalen, das Verhalten der durch die Schaufel strömenden Hauptströmung und die Querschnittsform der Schaufel (Schnitt genommen entlang der Linie VI-VI) erläutert, wenn ein Beispiel der ersten Ausführung der Schaufeln für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung gezeigt wird;
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine zweite Ausführung der Schaufel für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist eine entlang der Linie VIII-VIII von Fig. 7 genommene Schnittansicht;
Fig. 9 ist eine Ansicht, welche die Schaufel der zweiten Ausführung der Schaufeln für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung im Verhältnis zu den charakteristischen Druckverteilungsmerkmalen einer durch die Schaufel strömenden Hauptströmung erläutert;
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht eines ersten Beispiels der zweiten Ausführung der Schaufel für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung;
Fig. 11 ist eine schematische Ansicht eines zweiten Beispiels der zweiten Ausführung der Schaufel für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung;
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht der dritten Ausführung der Schaufel für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung;
Fig. 13 ist eine entlang der Linie XIII-XIII von Fig. 12 genommene Schnittansicht;
Fig. 14 ist eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen axialen Luftverdichters;
Fig. 15 ist eine schematische teilweise Schnittansicht einer herkömmlichen axialen Dampfturbine;
Fig. 16 ist eine Ansicht, welche den Erzeugungsmechanismus eines Wirbels und das Verhalten des Wirbels in einer herkömmlichen Schaufelkaskade erläutert;
Fig. 17 ist eine schematische Ansicht der herkömmlichen Schaufeln für eine axiale Strömungsmaschine;
Fig. 18 ist eine entlang der Linie XVIII-XVIII von Fig. 17 genommene Schnittansicht; und
Fig. 19 ist eine Grafik, welche die Druckverteilung der Schaufel für die axiale Strömungsmaschine in Fig. 17 aufzeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Eine Ausführung von Schaufeln für eine axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine erste Ausführung zeigt, in der Schaufeln für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung in einem axialen Luftverdichter oder einer axialen Dampfturbine einsetzbar sind. Das in Fig. 1 gezeigte Profil ist ein Beispiel der Schaufeln für den axialen Luftverdichter.
Eine Schaufel 34 ist so zu einem Profil ausgebildet, daß sie entlang einer Staffelungslinie X&sub2; (einer einen vorlaufenden Rand einer Schaufel mit einem nachlaufenden Rand einer Schaufel verbindende Linie), die mit Bezug auf eine Rotationswellen-Richtungslinie X&sub1; in einem Staffelungswinkel angeordnet ist, auf eine Hauptströmung F zuläuft, und ferner sind durch virtuelle gestrichelte Linien dargestellte Schaufelbezugselemente 34d von einem Wurzelbereich 34b (Schaufelwurzel) in Richtung einer Spitze 34c (Schaufelspitzenbereich) gestaffelt. Weiterhin enthält die Schaufel 34 einen wirksamen Schaufelbereich 34a, der durch Aufeinanderschichtung der Schaufelbezugselemente 34d auf einer Staffelungslinie X&sub2; und Änderung des Winkels der Staffelungslinie X&sub2; in einer Radialrichtung (Schaufellängsrichtung) erzielt wird und des weiteren sind vorspringende Schaufelbereiche 35a, 35b integral als Bereiche des wirksamen Schaufelbereichs 34a ausgebildet.
Die vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b werden gebildet sowohl durch Achsenbezugslinien XA, XB, die sich vom Wurzelbereich 34b und vom Spitzenbereich 34c des wirksamen Schaufelbereichs 34a zur Hauptströmung F erstrecken, als auch durch Achsen YA, YB mit bogenförmig gewölbten Oberflächen, die von Enden der Achsenbezugslinien XA, XB mit dem vorlaufenden Rand 34e des wirksamen Schaufelbereichs 34a verbunden sind.
Weiterhin sind durch Ausbildung der Kreuzungspunkte ZA, ZB der Achsen YA, YB mit dem vorlaufenden Rand 34e des wirksamen Schaufelbereichs 34a zu einer Ausrundung (Bogen mit geringer Krümmung) die vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b miteinander verbunden.
Wie in Fig. 2 dargestellt, sind ferner die Querschnitte der vom vorlaufenden Rand 34e des wirksamen Schaufelbereichs 34a aus kontinuierlich und integral damit gebauchten vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b sowie der Querschnitt nur des wirksamen Schaufelbereichs 34a so ausgebildet, daß sie im Bereich der maximalen Schaufeldicke W&sub2; beispielsweise des wirksamen Schaufelbereichs 34a durch Versetzung der Wölbungslinie CL&sub1; der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b von der Wölbungslinie CL&sub2; des wirksamen Schaufelbereichs 34a zusammenfallen, um den Einlaßwinkel der Hauptströmung F mit jedem der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b und dem wirksamen Schaufelbereich 34a gleich zu gestalten.
Daraus folgt, daß durch die Querschnittsformen der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b und des wirksamen Schaufelbereichs 34a die Umrißlinie 36b einer Konkavseite 36a und die Umrißlinie 37b einer Korivexseite 37a am nachlaufenden Rand 34f zusammenfallen.
Andererseits sind die Achsen YA, YB der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b so ausgebildet, daß sie durch deren Neigungen h, c in Bezug auf den vorlaufenden Rand 34e des wirksamen Schaufelbereichs 34a versetzt sind. Ferner sind die schräggestellten Achsen YA, YB der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b so ausgebildet, daß sie mit Bezug auf die gesamte Schaufellänge Lo des wirksamen Schaufelbereichs 34a Höhen Lh bzw. Lc aufweisen. Die Neigungen h, c der Achsen YA, YB sind auf den Bereich des folgenden Ausdrucks eingestellt.
[Ausdruck 1]
15º ≤ λh, λc ≤ 45º
Die entsprechenden Bereiche der Neigungen h, c der Achsen YA, YB sind unter Berücksichtigung des Strömungsabrisses der Hauptströmung F ausreichend eingestellt.
Obwohl es im allgemeinen ideal ist, wenn die Hauptströmung F bezüglich der in Fig. 2 gezeigten Koordinatenachse X mit der Schaufeleinlaßlinie F&sub1; (Tangentiallinien der Wölbungslinien CL&sub1;, CL&sub2;) eines Schaufeleinlaßwinkels zusammenfällt, strömt sie bezüglich der Koordinatenachse X häufig in einem Strömungswinkel σ in eine Schaufelkaskade oder einen Schaufelzug. In diesem Fall wird die Differenz zwischen Schaufeleinlaßwinkel β und Strömungswinkel σ als Einlauf i (Unterdrückungswinkel) bezeichnet und es wird als positiver Abriß bezeichnet, daß der Einlauf i in Richtung der Konkavseite 36a einen Strömungsabriß verursacht.
Ob die Hauptströmung F den positiven Strömungsabriß verursacht oder nicht, hängt davon ab, ob der Einlaß i groß oder klein ist. Als Folge wird der Einlaß i, direkter gesagt der Strömungswinkel σ, vorläufig experimentell bestimmt und wenn, wie in Fig. 4 gezeigt, der experimentell bestimmte Strömungswinkel σ innerhalb des Bereichs einer positiven Strömungsabrißgrenze des Kreuzungspunktes M des Minimalwertes min der Schaufelkaskadenverlustmerkmale L zum Kreuzungspunkt N eines Schaufelkaskadenverlustwertes 2 min liegt, ist die Gefahr des positiven Strömungsabrisses vermeidbar.
Wie oben beschrieben, sind die Neigungen h, c der Achsen YA, YB innerhalb eines Bereichs von 15º-45º eingestellt, so daß sie in den Bereich der in Fig. 4 gezeigten positiven Strömungsabrißgrenze fallen, um die Gefahr des Abrisses der Hauptströmung F sicher zu vermeiden. Deshalb verursacht eine Abweichung der Neigungen von diesem Bereich möglicherweise einen Abriß.
Weiterhin sind die Höhen Lh, Lc der Achsen YA, YB bezüglich der gesamten Schaufellänge Lo des wirksamen Schaufelbereichs 34a innerhalb des Bereiches des nachstehenden Ausdrucks eingestellt.
[Ausdruck 2)
1/6 = Lh Lo, Lc/Lo ≤ 2/6
Der Ausdruck ist im Verhältnis zum Bereich 15º-45º eingestellt, der so eingestellt ist, daß die Neigungen h, c der Achsen YA, YB jeweils in den Bereich der positiven Strömungsabrißgrenze fallen, um die Gefahr des Abrisses der Hauptströmung F sicher zu vermeiden. Eine Abweichung der Neigungen von diesem Bereich verursacht möglicherweise einen Abriß.
Genauer gesagt, wenn die jeweiligen Neigungen h, c der Achsen YA, YB auf 15º-45º, sowie die jeweiligen Schaufellängenquotienten Lh/Lo, Lc/Lo der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b innerhalb des Bereichs des oben aufgeführten Ausdrucks eingestellt sind und der an keiner Stelle der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b erhältliche herkömmliche Schaufelkaskadenverlustwert mit einer Referenz verglichen wird, wird durch ein Experiment bestätigt, daß der Bereich 1/6 bis 2/6 der entsprechenden Schaufellängenquotienten Lh/Lo, Lc/Lo der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b niedriger ausfällt, als der herkömmliche Vergleichswert 1.0, wie in Fig. 5 gezeigt, und ein vorteilhaftes Resultat wurde erzielt.
Die oben genannte erste Ausführung wirkt auf die folgende Weise.
Wenn die Hauptströmung F mit einem Druck (statischer Druck) Po in die Schaufelkaskade strömt, erhöht sich aufgrund der begrenzten Strömungspassage zwischen der Schaufelkaskade seine Geschwindigkeit und der Druck Po fällt ab. Wie durch die durchgehende Linie und die gestrichelte Linie in Fig. 3 dargestellt, sind infolge dessen die charakteristischen Druckverteilungsmerkmale PA der entlang der längs gerichteten Schaufelmittellinie X&sub3; des wirksamen Schaufelbereichs 34a strömenden Hauptströmung F und die charakteristischen Druckverteilungsmerkmale PB der entlang der jeweiligen längs gerichteten Schaufelmittellinien X&sub4;, X&sub4; der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b so, daß der Druck der Hauptströmung F an der minimalen Schaufelkäskadenpassage auf einen Druck P&sub1; abfällt und sich anschließend allmählich zum nachlaufenden Rand 34f hin erholt. Da die Hauptströmung F zuerst zu den jeweiligen Punkten S&sub1;, S&sub1; der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b und dann zum Punkt S&sub2; des wirksamen Schaufelbereichs 34a strömt, wird in diesem Fall ein Druckunterschied zwischen dem auf der Linie des vorlaufenden Randes 34e befindlichen Punkt S&sub2; und den Punkten S&sub3;, S&sub3; verursacht und Druckkräfte PF werden durch den Druckunterschied erzeugt. Da die Druckkräfte PF von der längs gerichteten Schaufelmittellinie X&sub3; des wirksamen Schaufelbereichs 34a aus in Richtung des Wurzelbereichs 34b und des Spitzenbereichs 34c wirken, können sie die konvexseitigen hufeisenförmigen Wirbel 25a, 25b unterdrücken. Der Druck der über die jeweiligen längs gerichteten Schaufelmittellinien X&sub4;, X&sub4; der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b und die längs gerichtete Schaufelmittellinie X&sub3; des wirksamen Schaufelbereichs 34a strömenden Hauptströmung F erholt sich, nachdem der Druck der Hauptströmung F den Druck P&sub1; erreicht und der Druck der separat über die jeweiligen Mittellinien geströmten Hauptströmung F an den Punkten S&sub4;, S&sub5;, S&sub5; auf dem nachlaufenden Rand 34f erneut miteinander zusammenfallen.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist ferner die Schaufel der gezeigten Ausführung so ausgebildet, daß der Druckunterschied zwischen der Konkavseite von einer der Schaufeln und der Konvexseite der anderen angrenzenden Schaufel durch Übereinstimmung der maximalen Schaufeldicke W&sub2; des wirksamen Schaufelbereichs 34a mit der maximalen Schaufeldicke W&sub1; der jeweiligen vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b niedriger eingestellt ist, als der Druckunterschied [S10(S20)-S30] des in Fig. 17 dargestellten bekannten Standes der Technik, sogar wenn ein vom konkavseitigen hufeisenförmigen Wirbel aus gewachsener Strömungspassagenwirbel von der Konkavseite der einen Schaufel in Richtung der Konvexseite der anderen Schaufel strömt, wird er durch die Druckkräfte PF auf ein niedriges Maß reduziert.
Wie oben beschrieben, sind in der vorliegenden Erfindung die Schaufelbezugselemente 34d entlang einer Staffelungslinie X&sub2; auf die Hauptströmung F zulaufend gestapelt, um dadurch die Schaufel 34 einschließlich der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b und des wirksamen Schaufelbereichs 34a zu bilden und die Druckkräfte PF werden vom Zentrum des wirksamen Schaufelbereichs 34a aus in Richtung des Wurzelbereichs 34b und des Spitzenbereichs 34c erzeugt. Dem entsprechend wird der konvexseitige hufeisenförmige Wirbel unterdrückt. Da des weiteren in dieser Ausführung durch die Übereinstimmung der maximalen Schaufeldicke W&sub1; der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b mit der maximalen Schaufeldicke W&sub2; des wirksamen Schaufelbereichs 34a der Druckunterschied zwischen der Konkavseite der einen Schaufel und der Konvexseite der anderen angrenzenden Schaufel geringer ist, als ein herkömmlicher Druckunterschied, wird durch die Druckkräfte PF der Strömungspassagenwirbel von der Konkavseite der einen Schaufel zur Konvexseite der anderen angrenzenden Schaufel auf ein geringes Maß zu reduziert.
Da ferner die Neigungen h, c der jeweiligen Achsen YA, YB der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b und die jeweiligen Höhen Lh, Lc der Achsen YA, YB auf Bereiche eingestellt sind, in denen die Hauptströmung auch dann nicht abreißt, wenn die Strömungsrate der Hauptströmung F wie im Falle eines Teillastbetriebes relativ klein gehalten wird, kann dieser Betrieb sicher fortgesetzt werden.
Fig. 6 ist eine erläuternde Ansicht eines Beispiels, das die erste Ausführung der Schaufeln für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung verwendet.
Obwohl das in Fig. 6 gezeigte Beispiel für eine axiale Dampfturbine verwendet wird, wird es mit den selben Kennzahlen wie die in der ersten Ausführung verwendeten bezeichnet und auf deren Beschreibung wird verzichtet, da die Anordnung des Beispiels mit Ausnahme einer gegenüber der ersten Ausführung unterschiedlichen Schaufeldicke im wesentlichen jener der ersten Ausführung entspricht.
Da dieses Beispiel ebenfalls Druckkräfte PF von der längs gerichteten Schaufelmittellinie X&sub3; eines wirksamen Schaufelbereichs 34a aus in Richtung eines Wurzelbereichs 34b und eines Spitzenbereichs 34c erzeugt, wird der konvexseitige hufeisenförmige Wirbel wie in der ersten Ausführung unterdrückt.
Da in diesem Beispiel ferner die maximale Schaufeldicke W&sub2; des wirksamen Schaufelbereichs 34a mit der maximalen Schaufeldicke W&sub1; der entsprechenden vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b übereinstimmt, wird durch die Druckkräfte PF ein Strömungspassagenwirbel wie in der ersten Ausführung unterdrückt.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine zweite Ausführung zeigt, in der die Schaufeln für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung für einen axialen Luftverdichter und eine axiale Dampfturbine verwendet werden. Ferner ist zu beachten, daß das in Fig. 7 gezeigte Profil die Schaufel des axialen Luftverdichters als Beispiel verwendet. Des weiteren werden die mit der ersten Ausführung übereinstimmenden Komponenten und Bereiche mit den selben Kennzahlen bezeichnet und nur unterschiedliche Punkte werden beschrieben.
Dieses Beispiel ist zusätzlich zu den vorspringenden Schaufelbereichen 35a, 35b gemäß der ersten Ausführung mit vorspringenden Schaufelbereichen 38a, 38b ausgestattet, die kontinuierlich und integral mit dem nachlaufenden Rand 34f eines wirksamen Schaufelbereichs 34a zur stromabwärtigen Seite bezüglich einer Hauptströmung F ausgebildet sind.
Die vorspringenden Schaufelbereiche 38a, 38b werden gebildet sowohl durch Achsenbezugslinien XA1, XB1, die sich zur stromabwärtigen Seite bezüglich einer Hauptströmung F vom Wurzelbereich 34b und vom Spitzenbereich 34c des wirksamen Schaufelbereichs 34a erstrecken, als auch durch Achsen YA1, YB1 mit bogenförmig gewölbten Oberflächen, die von Enden der Achsenbezugslinien XA1, XB1 mit dem nachlaufenden Rand 34f des wirksamen Schaufelbereichs 34a verbunden sind.
Ferner sind durch Ausbildung der Schnittpunkte ZA1, ZB1 der Achsen XA1, XB1 mit dem nachlaufenden Rand 34f des wirksamen Schaufelbereichs 34 zu einer Ausrundung die vorspringenden Schaufelbereiche 38a, 38b miteinander verbunden.
Wie in Fig. 8 gezeigt, sind ferner die Querschnitte der vorspringenden Schaufelbereiche 38a, 38b, die sich kontinuierlich und integral mit dem nachlaufenden Rand 34f des wirksamen Schaufelbereichs 34a bauchen und der Querschnitt nur des wirksamen Schaufelbereichs 34a so ausgebildet, daß sie im Bereich der maximalen Schaufeldicke W&sub2; beispielsweise des wirksamen Schaufelbereichs 34a durch Versetzung der Wölbungslinien CL&sub1; der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b von der Wölbungslinie CL&sub2; des wirksamen Schaufelbereichs übereinstimmen, um den Einlaßwinkel der Hauptströmung F gleich jeder der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b und dem wirksamen Schaufelbereich 34a zu gestalten. Als Folge werden die Wölbungslinien CL&sub1; der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b und die Wölbungslinie CL&sub2; des wirksamen Schaufelbereichs 34a versetzt, während die Wölbungslinien CL&sub1; und CL&sub2; auf die jeweiligen nachlaufenden Ränder 34f&sub1;, 34f&sub2; zulaufen.
Andererseits sind die Achsen YA1, YA2 der vorspringenden Schaufelbereiche 38a, 38b so geformt, daß sie durch deren Neigungen ht, ct mit Bezug auf den nachlaufenden Rand 34f des wirksamen Schaufelbereichs 34a versetzt sind. Ferner sind die schrägen Achsen YA1, YB1 der vorspringenden Schaufelbereiche 38a, 38b so geformt, daß sie mit Bezug auf die gesamte Schaufellänge L&sub0; des wirksamen Schaufelbereichs 34a Höhen Lht, Lct haben.
Jede der Neigungen ht, ct und Höhen Lht, Lct ist innerhalb des Bereichs des folgenden Ausdrucks eingestellt.
[Ausdruck 3]
15º ≤ λht, λct ≤ 45º
1/6 ≤ Lht/Lo, Lct/Lo ≤ 2/6
Wenn jede der Neigungen ht, ct und Höhen Lht, Lct innerhalb des Bereichs des obigen Ausdrucks eingestellt sind, sind die charakteristischen Druckverteilungsmerkmale PA der entlang der längs gerichteten Schaufelmittellinie X&sub3; des wirksamen Schaufelbereichs 34a strömenden Hauptströmung F so, daß der Druck der zum Punkt S21 des wirksamen Schaufelbereichs 34a bei einem Druck von Po strömenden Hauptströmung F bei Erreichung einer minimalen Schaufelkaskadenpassage auf einen Druck P&sub1; abfällt und sich anschließend allmählich erholt und zum vorherigen Druck Po wird, wenn die Hauptströmung F den Punkt 541 des nachlaufenden Randes 34f erreicht, wie in Fig. 9 durch die gestrichelte Linie dargestellt.
Andererseits sind die charakteristischen Druckverteilungsmerkmale PB der entlang der längs gerichteten Schaufelmittellinien X&sub4;, X&sub4; der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b und 38a, 38b strömenden Hauptströmung F so, daß der Druck der zu den jeweiligen Punkten S11, S11 der vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b bei einem Druck von Po strömenden Hauptströmung F bei Erreichung der minimalen Schaufelzugpassage auf einen Druck P&sub1; abfällt und sich anschließend erholt und zum vorherigen Druck Po wird, wenn die Hauptströmung F die jeweiligen vorspringenden Schaufelbereiche 38a, 38b erreicht, wie in Fig. 9 durch die ausgezogene Linie dargestellt. In diesem Fall entstehen zwischen dem Punkt S21 und dem Punkt S31 sowie zwischen dem Punkt S31 und dem Punkt S41 bzw. den Punkten S51, S51 Druckunterschiede, die als Druckkräfte PF, PF vom Zentrum des wirksamen Schaufelbereichs 34a aus auf den Wurzelbereich 34b und den Spitzenbereich 34c des vorlaufenden Randes 34f bzw. den Wurzelbereich 34b und den Spitzenbereich 34c des nachlaufenden Randes 34f angewendet werden.
Wie oben beschrieben, sind in der beschriebenen Ausführung die vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b, 38a, 38b jeweils kontinuierlich und integral mit dem vorlaufenden Rand 34e bzw. dem nachlaufenden Rand 34f ausgebildet und die doppelten Druckkräfte PF, PF werden vom Zentrum des wirksamen Schaufelbereichs 34a aus in Richtung des Wurzelbereichs 34b bzw. des Spitzenbereichs 34c erzeugt. Demzufolge werden ein entlang der Konvexseite der Schaufel strömender konvexseitiger hufeisenförmiger Wirbel und ein von der Konkavseite von einer der Schaufeln zur Konvexseite der anderen angrenzenden Schaufel strömender Strömungspassagenwirbel auf sichere Weise unterdrückt. Obwohl das Beispiel den axialen Luftverdichter beispielhaft erläutert, ist es ferner auf die Schaufel für eine Dampfturbine anwendbar.
Weiterhin ist es hierin beschrieben, daß die vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 35b mit dem jeweiligen Wurzelbereich 34b und Spitzenbereich 34c des vorlaufenden Randes 34e ausgebildet sind, so wie in dem Fall, wo die vorspringenden Schaufelbereiche 38a, 38b ebenfalls mit dem jeweiligen Wurzelbereich 34b und Spitzenbereich 34c des nachlaufenden Randes 34f ausgebildet sind. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführung beschränkt und die vorspringenden Schaufelbereiche 35a können, wie in Fig. 10 gezeigt, mit dem Wurzelbereich 34b des vorlaufenden Randes 34e des wirksamen Schaufelbereiches 34a ausgebildet sein oder die vorspringenden Schaufelbereiche 35a, 38a können, wie in Fig. 11 gezeigt, mit dem Wurzelbereich 34b des vorlaufenden Randes 34e des wirksamen Schaufelbereichs 34a und dem Wurzelbereich 34b des nachlaufenden Randes 34f ausgebildet sein. Da die Druckkräfte PF insbesondere eine an der in Rotation versetzten Schaufel 34 erzeugte zentrifugale Kraft unterdrücken, kann die Ausführung wirksam auf die bewegliche Schaufel des axialen Luftverdichters und der axialen Dampfturbine angewendet werden.
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht einer dritten Ausführung der Schaufeln für die axiale Strömungsmaschine gemäß der Erfindung, worin mit denen der ersten Ausführung ähnliche Komponenten und Bereiche mit den selben Kennzahlen bezeichnet sind.
Die dritte Ausführung ist so angeordnet, daß der wirksame Schaufelbereich 34a einer Schaufel 34 in einen Schaufelwurzelbereich 39, einen Schaufelzwischenbereich 40 und einen Schaufelspitzenbereich 41 aufgeteilt ist und die jeweiligen Schaufelbereiche 39, 40, 41 kontinuierlich und integral miteinander ausgebildet sind. Die jeweiligen durch virtuelle gestrichelte Linien dargestellten Schaufelbezugselemente 39 g des Schaufelwurzelbereichs 39 und des Schaufelzwischenbereichs 40 sind gegenüber dem vorlaufenden Rand 34e des durch virtuelle gestrichelte Linien dargestellten Schaufelbezugselements 39 g des Schaufelzwischenbereichs 40 in Richtung einer Hauptströmung F vorgezogen. In diesem Fall sind die durch das Querschnittszentrum des Schaufelwurzelbereichs 39 laufende Achse I (Trägheitshauptachse) und die durch das Querschnittszentrum des Schaufelspitzenbereichs 41 laufende Achse K (Trägheitshauptachse) so ausgebildet, daß sie mit Bezug auf die durch das Querschnittszentrum des Schaufelzwischenbereichs 40 laufende Achse J (Trägheitshauptachse) durch die Neigungen h1, cl versetzt sind. Ferner sind die durch das Querschnittszentrum des Schaufelwurzelbereichs 39 laufende Achse I und die durch das Querschnittszentrum des Schaufelspitzenbereichs 41 laufende Achse K so ausgebildet, daß sie mit Bezug auf die gesamte Schaufellänge Lo1 des wirksamen Schaufelbereichs 34a Höhen Lh1, Lc1 haben.
Die Neigungen h1, c1 der durch die Querschnittszentren laufenden Achsen I, K sind innerhalb des Bereichs des folgenden Ausdrucks eingestellt.
[Ausdruck 4]
15º ≤ λh1, λc1 ≤ 45º
Der Bereich ist unter Berücksichtigung des Abrisses der Hauptströmung F ähnlich der ersten Ausführung ausreichend eingestellt und eine Abweichung davon bewirkt möglicherweise einen Abriß.
Die Höhen Lh1, Lc1 der durch die Querschnittsachsen laufenden Achsen I, K sind mit Bezug auf die gesamte Schaufellänge Lo1 des wirksamen Schaufelbereichs innerhalb des Bereichs des folgenden Ausdrucks eingestellt.
[Ausdruck 5]
1/6 = Lh1/Lo1, Lc1/Lo1 ≤ 2/6
Der Ausdruck ist im Verhältnis zu dem Bereich von 15º-45º so eingestellt, daß zur sicheren Vermeidung eines Abrisses der Hauptströmung F die jeweiligen Neigungen h1, c1 der durch die Querschnittszentren laufenden Achsen I, K in den Bereich einer positiven Abrißgrenze fallen.
Wie in Fig. 13 gezeigt, sind andererseits die kontinuierlich vom vorstehenden Rand 34e des Schaufelzwischenbereichs 40 bauchenden Querschnitte des Schaufelwurzelbereichs 39 und des Schaufelspitzenbereichs 41 und der Querschnitt nur des Schaufelzwischenbereichs 40 so ausgebildet, daß sie im Bereich der maximalen Schaufeldicke W&sub2;&sub1; beispielsweise des Schaufelzwischenbereichs 40 durch Versetzung der Wölbungslinie CL&sub1;&sub1; des Schaufelwurzelbereichs 39 und des Schaufelspitzenbereichs 41 von der Wölbungslinie CL&sub2;&sub1; des Schaufelzwischenbereichs 40 zusammenfallen, um den Strömungswinkel der Hauptströmung F bezüglich des Schaufelwurzelbereichs 39, des Schaufelspitzenbereichs 41 und des Schaufelzwischenbereichs 40 gleich zu machen.
Da, wie oben beschrieben, in der dritten Ausführung der wirksame Schaufelbereich 34a in den Schaufelwurzelbereich 39, den Schaufelzwischenbereich 40 und den Schaufelspitzenbereich 41 aufgeteilt ist und der Schaufelwurzelbereich 39 und der Schaufelspitzenbereich 41 gegenüber dem vorlaufenden Rand 34e des Schaufelzwischenbereichs 40 in Richtung der Hauptströmung F vorgezogen sind, werden wie in der ersten Ausführung Druckkräfte PF vom Schaufelzwischenbereich 40 aus in Richtung des Wurzelbereichs 34b des Schaufelwurzelbereichs 49 sowie des Spitzenbereichs 34c des Schaufelspitzenbereichs 41 erzeugt.
Da in der beschriebenen Ausführung Druckkräfte PF vom Schaufelzwischenbereich 40 aus in Richtung des Wurzelbereichs 34b des Schaufelwurzelbereichs 39 bzw. des Spitzenbereichs 34c des Schaufelspitzenbereichs 41 erzeugt werden, werden deshalb ein konvexseitiger hufeisenförmiger Wirbel und ein Strömungspassagenwirbel unterdrückt. Da in der Ausführung die Druckkräfte PF mehr an der Stelle erzeugt werden, wo eine Grenzschicht durch den konvexseitigen hufeisenförmigen Wirbel abgeblättert wird, ist die Ausführung wirkungsvoll auf die feststehende Schaufel und die bewegliche Schaufel eines axialen Luftverdichters anwendbar.

Claims

1. Schaufel für eine axiale Strömungsmaschine, enthaltend einen wirksamen Schaufelbereich (34a) mit einem Wurzelbereich (34b) und einem Spitzenbereich (34c) und vorspringenden Schaufelbereichen (35a, 35b), wobei die vorspringenden Schaufelbereiche definiert sind durch Achsenbezugslinien (XA, XB), die sich von wenigstens einem des Wurzelbereiches und des Spitzenbereiches des wirksamen Schaufelbereiches zu einer stromaufwärtigen Seite bezüglich einer Fluidströmung erstrecken und Achsen (YA, YB), die sich von den Enden der Achsenbezugslinien in Richtung auf einen vorlaufenden Rand (34e) des wirksamen Schaufelbereiches (34a) schräg erstrecken und welche vorspringenden Schaufelbereiche kontinuierlich und integral mit dem vorlaufenden Rand des wirksamen Schaufelbereiches ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der vorspringenden Schaufelbereiche (35a, 35b), die sich kontinuierlich von dem vorlaufenden Rand (34e) des wirksamen Schaufelbereiches (34a) integral damit bauchen, und der Querschnitt nur des wirksamen Schaufelbereiches (34a) derart geformt sind, daß, damit der Einlasswinkel der Hauptströmung (F) bezüglich der vorspringenden Schaufelbereiche (35a, 35b) und des wirksamen Schaufelbereiches (34a) gleich ist, die Wölbungslinien (CL&sub1;) der vorspringenden Schaufelbereiche (35a, 35b) von der Wölbungslinie (CL&sub2;) des wirksamen Schaufelbereiches (34a) versetzt sind, damit dadurch die Wölbungslinien an dem Bereich maximaler Schaufeldicke (W&sub2;) des wirksamen Schaufelbereiches (34a) zusammenfallen.

2. Schaufel für eine axiale Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg zum vorlaufenden Rand (34e) des wirksamen Schaufelbereiches (34a) verlaufenden Achsen (YA, YB) eine Neigung im Bereich von 15º bis 45º bezüglich des vorlaufenden Randes des wirksamen Schaufelbereiches haben.

3. Schaufel für eine axiale Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg zu dem vorlaufenden Rand (34e) des wirksamen Schaufelbereiches (34a) verlaufenden Achsen (YA, YB) eine Höhe in einem Bereich von 1/6 bis 2/6 bezüglich der gesamten Schaufellänge des wirksamen Schaufelbereiches haben.

4. Schaufel für eine axiale Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zweite Gruppe der vorspringenden Schaufelbereiche (38a, 38b), enthaltend vorspringende Schaufelbereiche, die definiert sind durch zweite Achsenbezugslinien (XA1, XB1), die sich zu einer strömungsabwärtigen Seite bezüglich einer Fluidströmung von wenigstens einem des Wurzelbereiches und des Spitzenbereiches des wirksamen Schaufelbereiches (34a) erstrecken, und zweite Achsen (YA1, YB1), die sich von Enden der zweiten Achsenbezugslinien zu einem nachlaufenden Rand (34f) des wirksamen Schaufelbereiches schräg erstrecken, welche vorspringenden Schaufelbereiche der zweiten Gruppe kontinuierlich und integral mit dem nachlaufenden Rand des wirksamen Schaufelbereiches ausgebildet sind und wobei der wirksame Schaufelbereich (34a) und die vorspringenden Schaufelbereiche (35a, 35b, 38a, 38b) im wesentlichen die gleiche maximale Schaufeldicke haben.

5. Schaufel für eine axiale Strömungsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich schräg zu dem nachlaufenden Rand (34f) des wirksamen Schaufelbereiches (34a) erstreckenden Achsen (YA1, YB1) eine Neigung in einem Bereich von 15º bis 45º bezüglich des nachlaufenden Randes des wirksamen Schaufelbereiches haben.

6. Schaufel für eine axiale Strömungsmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sich schräg zu dem nachlaufenden Rand (34f) des wirksamen Schaufelbereiches (34a) erstreckenden Achsen (YA1, YB1) eine Höhe in einem Bereich von 1/6 bis 2/6 bezüglich einer gesamten Schaufellänge des wirksamen Schaufelbereiches haben.

7. Schaufel für eine axiale Strömungsmaschine, enthaltend einen wirksamen Schaufelbereich (34a), wobei der wirksame Schaufelbereich in einen Schaufelwurzelbereich (39), einen Schaufelzwischenbereich (40) und einen Schaufelspitzenbereich (41) unterteilt ist, die kontinuierlich und integral miteinander ausgebildet sind, und wobei eine durch ein Zentrum eines Querschnitts des Schaufelwurzelbereiches (39) hindurchtretende Achse (I) und eine durch ein Zentrum eines Querschnitts eines Schaufelspitzenbereiches (41) hindurchgehende Achse (K) zu einer strömungsaufwärtigen Seite bezüglich einer durch ein Zentrum eines Querschnitts des Schaufelzwischenbereiches (40) hindurchtretenden Achse (J) geneigt ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

die durch das Zentrum des Querschnitts des Schaufelwurzelbereiches (39) hindurchtretende Achse (I) und die durch das Zentrum des Querschnitts des Schaufelspitzenbereiches (41) hindurchtretende Achse (K) bezüglich der durch das Zentrum des Querschnitts des Schaufelzwischenbereiches (40) hindurchtretende Achse (J) Neigungen in einem Bereich von 15º bis 45º haben, und daß

eine Höhe der durch das Zentrum des Querschnitts des Schaufelwurzelbereiches (39) hindurchtretenden Achse (I) und eine Höhe der durch das Zentrum des Querschnitts des Schaufelspitzenbereichs (41) hindurchtretenden Achse (K) bezüglich der gesamten Schaufellänge des wirksamen Schaufelbereiches auf einen Bereich von 1/6 bis 2/6 gesetzt sind.

8. Schaufel für eine axiale Strömungsmaschine nach Anspruch 7, wobei der Schaufelwurzelbereich (39) und der Schaufelspitzenbereich (41) eine maximale Schaufeldicke haben, die im wesentlichen die gleiche ist, wie die des Schaufelzwischenbereiches (40).