EP1277967A1 - Compressor casing structure - Google Patents

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EP1277967A1
EP1277967A1 EP02013280A EP02013280A EP1277967A1 EP 1277967 A1 EP1277967 A1 EP 1277967A1 EP 02013280 A EP02013280 A EP 02013280A EP 02013280 A EP02013280 A EP 02013280A EP 1277967 A1 EP1277967 A1 EP 1277967A1
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EP
European Patent Office
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groove
grooves
blade
housing structure
compressor housing
Prior art date
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EP02013280A
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German (de)
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EP1277967B1 (en
Inventor
Jürgen Schmücker
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Filing date
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Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP1277967A1 publication Critical patent/EP1277967A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/685—Inducing localised fluid recirculation in the stator-rotor interface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips

Definitions

  • the invention relates to a compressor housing structure in the region of an axially flowed through Blade ring, with a plurality of uniformly distributed over the housing periphery, to the blade tips open towards and at least approximately axially extending grooves, according to the preamble of claim 1.
  • a compressor housing structure of this type is known for example from DE 35 21 798 C2 known and has the primary task, with increasing throttling in partial load or full load raise the pumping limit to allow safe operation without pumps or to allow an increase in the available work area.
  • the grooves act as recirculation channels for high pressure accumulated air in the air External area of the blade ring without recirculation option to "rotating stall" and pumps would lead.
  • the upstream, front groove ends upstream of the blade tip entry edges see dimension A in Figures 2, 8, 9 and 10
  • the rear groove ends lie in the radial plane of the blade tip exit edges or rather in front of this radial plane.
  • Figure 4 of this patent is provided in to arrange straight grooves in the circumferential direction inclined so that the air inlet their downstream ends is facilitated (see also claim 2).
  • EP 0 497 574 B1 protects a fan case treatment, which is arranged above the blade tips of a low-pressure compressor.
  • This structure includes axially spaced inlet and outlet passages (34, 36) and inlet and outlet ports, respectively (56,58) and vanes (38,66) in the connecting passages between Inlet and outlet.
  • the recirculation air entering the structure with significant circumferential component is deflected by the vanes so that they pass through the outlet in predominantly axial direction is returned to the main flow, i. largely without Circumferential component. Without this change or reduction of the perimeter component would hit the air with counter-rotation on the blade tips, i.
  • the object of the invention is a compressor housing structure which is based on the principle of air or gas recirculation and at simple, inexpensive construction a significant increase in the surge limit of a Compressor and thus a noticeable increase in his work area by fluidic Optimization possible.
  • the groove cross sections so inclined that the entry of the recirculation air is facilitated, the Inclination from the opening to the groove bottom a circumferential component in the direction of rotation, i.e. has in the direction of movement of the blade tips.
  • the inclination is reversed, so that the recirculation air exiting here in the main flow with a direct spin on the rotating blade tips hits what the flow significantly improved and reduced losses. Also the tendency to flow separation is noticeably reduced.
  • the compressor housing structure 1 has a plurality of evenly over the circumference of the housing distributed grooves 2, which extends from an upstream radial plane Eo up to a downstream radial plane egg extend.
  • an upstream radial plane Eo up to a downstream radial plane egg extend In the right, lower part of Figure 1 is to detect the tip 8 of a blade of a blade ring 7, wherein accordingly the flow direction (large white arrow) the blade tip leading edge 9 left, the Vane tip exit edge 10 is right.
  • the direction of movement D of the blade tip 8 is indicated by a cross in a circle, the peripheral component of the corresponding Rotational motion should therefore point to the back starting from the plane of the drawing.
  • Radial plane Eo i. the front end of the groove lies clearly upstream of the blade tip leading edge 9, the radial plane Ei, i.
  • each groove 2 is according to the invention from its front, upstream to its rear, continuously twisted (twisted) downstream end, the drill axis a imaginary, axial straight line in the annular space contour R is.
  • the annular space contour R is in the groove area usually circular cylindrical, in rare cases, it can be appropriate slightly taper or widen a circular cone.
  • the opening 3 of each groove thus has an at least largely axial center line / axis of symmetry.
  • the eye-catching, mirror-symmetrical and bell-like section line in Figure 1 results from the Section of a radial-axial plane with the spatially twisted groove contour.
  • the dashed Groove contour, in particular the groove bottom 6, right above the "bell line” is behind the plane of the drawing, whereas the dash-dotted groove contour on the left above the "bell line” lies in front of the drawing plane.
  • At the highest point of the "bell line” lies the middle the Nutgrundes 6 exactly in the plane of the drawing, as well as the imaginary center line of the corresponding groove cross-section.
  • the opening 3 of each groove 2 may be in its axially middle Be covered area by an annular circumferential ridge 11, the inner diameter aligned with the annular space contour R. This can have advantages in the sense of lesser Friction, turbulence, etc. result.
  • FIG. 2 corresponds to a radial section / cross section according to the course A-A in FIG. 1.
  • the blade tip 8 can be seen with its direction of movement D (arrow to the left) and with its leading edge 9 and its trailing edge 10 short distance above the blade tip contour is the annular space contour R as a circular arc line recognizable.
  • the vertical, dot-dashed and unspecified axis through the point S corresponds to the radial direction, starting from the blade ring center.
  • the laterally inclined axes M, Mi and Mo correspond to imaginary central axes of Nutquerroughe at axially different locations of the groove length.
  • the central axes M, Mi, Mo all groove cross sections under different Inclination angles ⁇ , ⁇ i, ⁇ o intersect the annular space contour in an axial straight line, so that S is not just an intersection, but a straight, axial intersection and at the same time the axis of symmetry of the opening 3 of the groove 2. S is therefore also the imaginary Center of twisting / twisting.
  • the path of the recirculation flow through the groove 2 is also indicated here with small white arrows.
  • the flow entry at the rear Nutende takes place approximately at the angle ⁇ i with a peripheral component in the direction of movement the blade tips 8.
  • the flow outlet at the front groove end is about at the angle ⁇ o in the sense of a constant spin with the blade rotation.
  • the groove depth can vary over the axial Nuterstreckung, in particular a reduction the depth to the two groove ends is conceivable.
  • the exact definition of Groove geometries including inclination angles are likely to require appropriate Calculations and experiments.
  • FIG. 2 only one groove 2 is shown for the sake of clarity. Actually the grooves are relatively close in the circumferential direction, the remaining wall thicknesses between the grooves may be smaller than the clear distance between the side walls the grooves. In Figure 2 would therefore be real about 4 to 5 grooves next to each other recognizable be.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Verdichtergehäusestruktur im Bereich eines axial durchströmten Laufschaufelkranzes, mit einer Vielzahl von axialen Nuten, welche sich von einer ersten Radialebene stromaufwärts der Schaufelspitzeneintrittskanten bis in eine zweite Radialebene zwischen den Schaufelspitzenein- und -austrittskanten erstrecken und Nutquerschnitte mit parallelen Seitenwänden aufweisen.Compressor housing structure in the region of an axially flow-through blade ring, with a plurality of axial grooves extending from a first radial plane upstream of the blade tip entry edges into a second radial plane between the blade tips. and -austrittskanten extend and groove cross-sections with parallel side walls exhibit.

Die Mittelachsen der Nutquerschnitte weisen an den stromaufwärtigen Nutenden - von der Öffnung zum Nutgrund hin - einen Neigungswinkel mit einer Umfangskomponente entgegen der Schaufelbewegungsrichtung auf, die Mittelachsen der Nutquerschnitte weisen an den stromabwärtigen Nutenden einen Neigungswinkel mit einer Umfangskomponente in Schaufelbewegungsrichtung auf, und der Neigungswinkel der Mittelachsen der Nutquerschnitte ändert sich zwischen den stromaufwärtigen und den stromabwärtigen Nutenden stufenlos im Sinne einer Verdrillung.

Figure 00000001
The center axes of the groove sections have an inclination angle with a circumferential component against the blade moving direction at the upstream groove ends, from the opening to the groove bottom, the center axes of the groove sections at the downstream groove ends have an inclination angle with a circumferential component in the blade moving direction, and the inclination angle of the central axes the groove cross-sections changes continuously between the upstream and the downstream groove ends in the sense of a twist.
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdichtergehäusestruktur im Bereich eines axial durchströmten Laufschaufelkranzes, mit einer Vielzahl von gleichmäßig über den Gehäuseumfang verteilten, zu den Schaufelspitzen hin offenen und zumindest annähernd axial verlaufenden Nuten, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a compressor housing structure in the region of an axially flowed through Blade ring, with a plurality of uniformly distributed over the housing periphery, to the blade tips open towards and at least approximately axially extending grooves, according to the preamble of claim 1.

Eine Verdichtergehäusestruktur dieser Art ist beispielsweise aus der DE 35 21 798 C2 bekannt und hat primär die Aufgabe, bei zunehmender Androsselung im Teillast- bzw. Vollastbetrieb die Pumpgrenze anzuheben, um einen sicheren Betrieb ohne Pumpen zu ermöglichen bzw. um eine Vergrößerung des verfügbaren Arbeitsbereiches zu gestatten. Dabei wirken die Nuten als Rezirkulationskanäle für aufgestaute Luft mit hohem Druck, die im Außenbereich des Laufschaufelkranzes ohne Rezirkulationsmöglichkeit zu "rotating stall" und Pumpen führen würde. Hierbei liegen die stromaufwärtigen, vorderen Nutenden stromaufwärts der Schaufelspitzeneintrittskanten (siehe Maß A in den Figuren 2,8,9 und 10), die hinteren Nutenden liegen in der Radialebene der Schaufelspitzenaustrittskanten oder eher vor dieser Radialebene. Gemäß Figur 4 dieser Patentschrift ist vorgesehen, die in sich geraden Nuten im Umfangsrichtung so geneigt anzuordnen, dass der Lufteintritt an ihren stromabwärtigen Enden erleichtert wird (siehe hierzu auch Anspruch 2).A compressor housing structure of this type is known for example from DE 35 21 798 C2 known and has the primary task, with increasing throttling in partial load or full load raise the pumping limit to allow safe operation without pumps or to allow an increase in the available work area. there The grooves act as recirculation channels for high pressure accumulated air in the air External area of the blade ring without recirculation option to "rotating stall" and pumps would lead. Here are the upstream, front groove ends upstream of the blade tip entry edges (see dimension A in Figures 2, 8, 9 and 10), the rear groove ends lie in the radial plane of the blade tip exit edges or rather in front of this radial plane. According to Figure 4 of this patent is provided in to arrange straight grooves in the circumferential direction inclined so that the air inlet their downstream ends is facilitated (see also claim 2).

Eine weitere Maßnahme im Sinne eines verbesserten Lufteintritts ist eine Schrägstellung der Nuten/Schlitze unter einem Winkel zur Verdichterlängsmittelachse (siehe Fig. 3 und Anspruch 3).Another measure in the sense of improved air intake is an inclination the grooves / slots at an angle to the compressor longitudinal axis (see Fig. 3 and Claim 3).

Die EP 0 497 574 B1 schützt eine Verdichtergehäusestruktur (fan case treatment), welche über den Schaufelspitzen eines Niederdruckverdichters angeordnet ist. Diese Struktur umfasst axial beabstandete Einlass- und Auslasspassagen (34,36) bzw. Einlass- und Auslassöffnungen (56,58) sowie Leitschaufeln (38,66) in den Verbindungspassagen zwischen Ein- und Auslass. Die mit deutlicher Umfangskomponente in die Struktur eintretende Rezirkulationsluft wird durch die Leitschaufeln so umgelenkt, dass sie durch den Auslass in vorwiegend axialer Richtung in den Hauptstrom zurückgeführt wird, d.h. weitgehend ohne Umfangskomponente. Ohne diese Änderung bzw. Reduzierung der Umfangskomponente würde die Luft mit Gegendrall auf die Laufschaufelspitzen treffen, d.h. druckseitig mit deutlicher Winkelabweichung vom Schaufeleintrittswinkel, verbunden mit Strömungsverlusten und einer erhöhten Tendenz zum Strömungsabriss auf der Saugseite. Dieser Nachteil, der bei bestimmten Ausführungen der DE 35 21 798 C2 noch gegeben ist, wird gemäß der EP 0 497 574 B1 vermieden. Allerdings ist der konstruktive Aufwand mit separaten Ein- und Austrittsöffnungen sowie einer Vielzahl von Leitschaufeln sehr hoch und wohl nur bei geometrisch großen Verdichterschaufeln und Gehäusen zu realisieren.EP 0 497 574 B1 protects a fan case treatment, which is arranged above the blade tips of a low-pressure compressor. This structure includes axially spaced inlet and outlet passages (34, 36) and inlet and outlet ports, respectively (56,58) and vanes (38,66) in the connecting passages between Inlet and outlet. The recirculation air entering the structure with significant circumferential component is deflected by the vanes so that they pass through the outlet in predominantly axial direction is returned to the main flow, i. largely without Circumferential component. Without this change or reduction of the perimeter component would hit the air with counter-rotation on the blade tips, i. with pressure side significant angular deviation from the blade entry angle, combined with flow losses and an increased tendency for stall on the suction side. This disadvantage, which is still given in certain embodiments of DE 35 21 798 C2 is according to EP 0 497 574 B1 avoided. However, the design effort with separate Inlets and outlets and a variety of vanes very high and probably only to realize with geometrically large compressor blades and housings.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Verdichtergehäusestruktur verfügbar zu machen, die auf dem Prinzip der Luft- bzw. Gasrezirkulation basiert und bei einfacher, kostengünstiger Konstruktion eine deutliche Anhebung der Pumpgrenze eines Verdichters und somit eine spürbare Vergrößerung seines Arbeitsbereiches durch strömungstechnische Optimierung ermöglicht.In contrast, the object of the invention is a compressor housing structure which is based on the principle of air or gas recirculation and at simple, inexpensive construction a significant increase in the surge limit of a Compressor and thus a noticeable increase in his work area by fluidic Optimization possible.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst, in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen in dessen Oberbegriff. Die Erfindung verwendet zu den Laufschaufelspitzen hin offene Nuten, deren Öffnungen in der äußeren Ringraumkontur zumindest annähernd axial verlaufen. Im Unterschied zu bekannten Lösungen sind die Nutquerschnitte jedoch von den stromaufwärtigen Nutenden bis zu den stromabwärtigen Nutenden kontinuierlich verdrillt, d.h. ihr Neigungswinkel mit Radial- und Umfangskomponente ändert sich über die Nutlänge laufend, wobei etwa in der axialen Nutmitte eine Stelle mit rein radialer Querschnittsorientierung vorhanden ist, quasi ein "Nulldurchgang" des Neigungswinkels. An den stromabwärtigen Nutenden sind die Nutquerschnitte so geneigt, dass der Eintritt der Rezirkulationsluft erleichtert wird, wobei die Neigung von der Öffnung zum Nutgrund eine Umfangskomponente in Rotationsrichtung, d.h. in Bewegungsrichtung der Schaufelspitzen aufweist. An den stromaufwärtigen Nutenden ist die Neigung umgekehrt, so dass die hier in den Hauptstrom austretende Rezirkulationsluft mit einem Gleichdrall auf die rotierenden Laufschaufelspitzen trifft, was die Anströmung deutlich verbessert und Verluste reduziert. Auch die Tendenz zur Strömungsablösung wird merklich verringert.This object is achieved by the features characterized in patent claim 1, in Connection with the generic features in its generic term. The invention used to the blade tips open slots, whose openings in the outer Annular space contour at least approximately axially. In contrast to known solutions However, the groove cross sections are from the upstream groove ends to the continuously twisted downstream of the groove ends, i. their inclination angle with radial and Peripheral component changes over the groove length continuously, being approximately in the axial Nutmitte a point with purely radial cross-sectional orientation is present, almost a "Zero crossing" of the angle of inclination. At the downstream groove ends are the groove cross sections so inclined that the entry of the recirculation air is facilitated, the Inclination from the opening to the groove bottom a circumferential component in the direction of rotation, i.e. has in the direction of movement of the blade tips. At the upstream groove ends the inclination is reversed, so that the recirculation air exiting here in the main flow with a direct spin on the rotating blade tips hits what the flow significantly improved and reduced losses. Also the tendency to flow separation is noticeably reduced.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen der Verdichtergehäusestruktur gekennzeichnet. In the subclaims, preferred embodiments of the compressor housing structure characterized.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung:

  • Figur 1 einen axial-radialen Teillängsschnitt durch eine Verdichtergehäusestruktur im Bereich eine Laufschaufelspitze, und
  • Figur 2 einen Teilquerschnitt gemäß dem Schnittverlauf A-A in Figur 1.
    • The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. In a simplified, not to scale representation:
  • 1 shows an axial-radial partial longitudinal section through a compressor housing structure in the region of a blade tip, and
  • 2 shows a partial cross section according to the section AA in Figure 1.

    • Die Verdichtergehäusestruktur 1 weist eine Vielzahl von gleichmäßig über den Gehäuseumfang verteilten Nuten 2 auf, die sich von einer stromaufwärtigen Radialebene Eo bis zu einer stromabwärtigen Radialebene Ei erstrecken. Im rechten, unteren Teil von Figur 1 ist die Spitze 8 einer Schaufel eines Laufschaufelkranzes 7 zu erkennen, wobei entsprechend der Strömungsrichtung (großer weißer Pfeil) die Schaufelspitzeneintrittskante 9 links, die Schaufelspitzenaustrittskante 10 rechts liegt. Die Bewegungsrichtung D der Schaufelspitze 8 ist mit einem Kreuz in einem Kreis angedeutet, die Umfangskomponente der entsprechenden Drehbewegung soll also ausgehend von der Zeichenebene nach hinten weisen. Die Radialebene Eo, d.h. das vordere Nutende, liegt deutlich stromaufwärts der Schaufelspitzeneintrittskante 9, die Radialebene Ei, d.h. das hintere Nutende, liegt axial zwischen der Schaufelspitzeintrittskante 9 und der Schaufelspitzenaustrittskante 10, die genaue Lage hängt von den zu erwartenden Strömungsgegebenheiten (Verdichtungsstoß etc.) ab. Die Strömungsrezirkulation durch die Nut 2 ist mit kleinen weißen Pfeilen gekennzeichnet. Jede Nut 2 ist erfindungsgemäß von Ihrem vorderen, stromaufwärtigen bis zu ihrem hinteren, stromabwärtigen Ende kontinuierlich verdrillt (verwunden), wobei die Drillachse eine gedachte, axiale Gerade in der Ringraumkontur R ist. Die Ringraumkontur R wird im Nutenbereich in aller Regel kreiszylindrisch sein, in seltenen Fällen kann sie sich entsprechend einem Kreiskegel geringfügig verjüngen bzw. erweitern. Die Öffnung 3 jeder Nut besitzt somit eine zumindest weitgehend axiale Mittellinie/Symmetrieachse. Die auffällige, spiegelsymmetrische und glockenähnliche Schnittlinie in Figur 1 ergibt sich durch den Schnitt einer radial-axialen Ebene mit der räumlich verdrillten Nutkontur. Die gestrichelte Nutkontur, insbesondere der Nutgrund 6, rechts oberhalb der "Glockenlinie" liegt hinter der Zeichenebene, wohingegen die strichpunktierte Nutkontur links oberhalb der "Glockenlinie" vor der Zeichenebene liegt. Am höchsten Punkt der "Glockenlinie" liegt die Mitte des Nutgrundes 6 genau in der Zeichenebene, ebenso wie die gedachte Mittelachse des entsprechenden Nutquerschnitts. Die Öffnung 3 jeder Nut 2 kann in ihrem axial mittleren Bereich durch einen ringförmig umlaufenden Steg 11 abgedeckt sein, dessen Innendurchmesser mit der Ringraumkontur R fluchtet. Dadurch können sich Vorteile im Sinne geringerer Reibung, Turbulenzen etc. ergeben.The compressor housing structure 1 has a plurality of evenly over the circumference of the housing distributed grooves 2, which extends from an upstream radial plane Eo up to a downstream radial plane egg extend. In the right, lower part of Figure 1 is to detect the tip 8 of a blade of a blade ring 7, wherein accordingly the flow direction (large white arrow) the blade tip leading edge 9 left, the Vane tip exit edge 10 is right. The direction of movement D of the blade tip 8 is indicated by a cross in a circle, the peripheral component of the corresponding Rotational motion should therefore point to the back starting from the plane of the drawing. Radial plane Eo, i. the front end of the groove lies clearly upstream of the blade tip leading edge 9, the radial plane Ei, i. the rear groove end lies axially between the blade tip leading edge 9 and the blade tip exit edge 10, the exact Location depends on the expected flow conditions (compression impact, etc.). The flow recirculation through the groove 2 is marked with small white arrows. Each groove 2 is according to the invention from its front, upstream to its rear, continuously twisted (twisted) downstream end, the drill axis a imaginary, axial straight line in the annular space contour R is. The annular space contour R is in the groove area usually circular cylindrical, in rare cases, it can be appropriate slightly taper or widen a circular cone. The opening 3 of each groove thus has an at least largely axial center line / axis of symmetry. The eye-catching, mirror-symmetrical and bell-like section line in Figure 1 results from the Section of a radial-axial plane with the spatially twisted groove contour. The dashed Groove contour, in particular the groove bottom 6, right above the "bell line" is behind the plane of the drawing, whereas the dash-dotted groove contour on the left above the "bell line" lies in front of the drawing plane. At the highest point of the "bell line" lies the middle the Nutgrundes 6 exactly in the plane of the drawing, as well as the imaginary center line of the corresponding groove cross-section. The opening 3 of each groove 2 may be in its axially middle Be covered area by an annular circumferential ridge 11, the inner diameter aligned with the annular space contour R. This can have advantages in the sense of lesser Friction, turbulence, etc. result.

    Die Erfindung wird besser verständlich, wenn man die Figur 2 in Verbindung mit Figur 1 betrachtet. Figur 2 entspricht einem Radialschnitt/Querschnitt gemäß dem Verlauf A-A in Figur 1. Im unteren Teil von Figur 2 erkennt man die Schaufelspitze 8 mit ihrer Bewegungsrichtung D (Pfeil nach links) sowie mit ihrer Eintrittskante 9 und ihrer Austrittskante 10. In geringem Abstand über der Schaufelspitzenkontur ist die Ringraumkontur R als Kreisbogenlinie erkennbar. Die vertikale, strichpunktierte und nicht näher bezeichnete Achse durch den Punkt S entspricht der Radialrichtung, ausgehend von der Laufschaufelkranzmitte. Die seitlich geneigten Achsen M, Mi und Mo entsprechen gedachten Mittelachsen der Nutquerschnitte an axial unterschiedlichen Stellen der Nutlänge. Durch den Schnittverlauf ist der vorderste, am weitesten stromauf gelegene Nutquerschnitt mit der Mittellinie Mo unter einem Neigungswinkel αo geöffnet. Man erkennt u.a. die parallelen Seitenwände 4,5 der Nut 2 sowie den halbkreisförmig gerundeten Nutgrund 6. Die Mittelachse Mo schneidet die Ringraumkontur R im Punkt S, wobei der Abstand vom Punkt S zur Mitte des Nutgrundes 6 als Nuttiefe T bezeichnet ist. Der am weitesten stromab gelegene Nutquerschnitt mit der Mittelachse Mi und dem Neigungswinkel αi ist großteils gestrichelt wiedergegeben, da er weitgehend verdeckt hinter der Zeichenebene liegt. Da die Nuttiefe T hier über die axiale Nuterstreckung konstant sein soll, liegen alle Nutgrundmitten auf einem gestrichelten Kreisbogen. Die Mittelachsen M, Mi, Mo aller Nutquerschnitte unter verschiedenen Neigungswinkeln α, αi, αo schneiden die Ringraumkontur in einer axialen Geraden, so dass S nicht nur ein Schnittpunkt, sondern eine gerade, axiale Schnittlinie und gleichzeitig die Symmetrieachse der Öffnung 3 der Nut 2 ist. S ist somit auch das gedachte Zentrum der Verdrillung/Verwindung. Der Weg der Rezirkulationsströmung durch die Nut 2 ist auch hier mit kleinen weißen Pfeilen angedeutet. Der Strömungseintritt am hinteren Nutende erfolgt etwa unter dem Winkel αi mit einer Umfangskomponente in Bewegungsrichtung der Schaufelspitzen 8. Der Strömungsaustritt am vorderen Nutende erfolgt etwa unter dem Winkel αo im Sinne eines Gleichdralles mit der Schaufelrotation. Somit werden der Strömungseintritt in die Nut 2 und die Schaufelspitzenanströmung nach Austritt aus der Nut verbessert, wodurch der Gesamtwirkungsgrad deutlich erhöht werden kann. The invention will be better understood by referring to FIG. 2 in conjunction with FIG considered. Figure 2 corresponds to a radial section / cross section according to the course A-A in FIG. 1. In the lower part of FIG. 2, the blade tip 8 can be seen with its direction of movement D (arrow to the left) and with its leading edge 9 and its trailing edge 10 short distance above the blade tip contour is the annular space contour R as a circular arc line recognizable. The vertical, dot-dashed and unspecified axis through the point S corresponds to the radial direction, starting from the blade ring center. The laterally inclined axes M, Mi and Mo correspond to imaginary central axes of Nutquerschnitte at axially different locations of the groove length. Through the cutting process is the foremost, most upstream groove cross-section with the center line Mo opened at an inclination angle αo. One recognizes u.a. the parallel side walls 4,5 the groove 2 and the semicircular rounded groove bottom 6. The center axis Mo intersects the annular space contour R at point S, wherein the distance from the point S to the center of the groove bottom 6 is designated as groove depth T. The furthest downstream groove cross-section with the central axis Mi and the inclination angle αi is largely shown in dashed lines, because it is largely hidden behind the drawing plane. Since the groove depth T here should be constant over the axial Nuterstreckung, all Nutgrundmitten lie on one dashed circular arc. The central axes M, Mi, Mo all groove cross sections under different Inclination angles α, αi, αo intersect the annular space contour in an axial straight line, so that S is not just an intersection, but a straight, axial intersection and at the same time the axis of symmetry of the opening 3 of the groove 2. S is therefore also the imaginary Center of twisting / twisting. The path of the recirculation flow through the groove 2 is also indicated here with small white arrows. The flow entry at the rear Nutende takes place approximately at the angle αi with a peripheral component in the direction of movement the blade tips 8. The flow outlet at the front groove end is about at the angle αo in the sense of a constant spin with the blade rotation. Thus be the flow entering the groove 2 and the Schaufelspitzenanströmung after exiting the groove improves, whereby the overall efficiency can be significantly increased.

    Die Buchstaben "i" und "o" in Verbindung mit "M" und "α" sollen für "in" und "out" stehen, als Hinweis auf den Ein- und Austritt der Rezirkulationsströmung.The letters "i" and "o" in combination with "M" and "α" shall stand for "in" and "out", as an indication of the inlet and outlet of the recirculation flow.

    Die Nuttiefe kann über die axiale Nuterstreckung variieren, wobei insbesondere eine Reduzierung der Tiefe zu den beiden Nutenden hin vorstellbar ist. Die genaue Definition der Nutgeometrien einschließlich Neigungswinkel erfordert voraussichtlich entsprechende Berechnungen und Versuche.The groove depth can vary over the axial Nuterstreckung, in particular a reduction the depth to the two groove ends is conceivable. The exact definition of Groove geometries including inclination angles are likely to require appropriate Calculations and experiments.

    In Figur 2 ist der Übersichtlichkeit halber nur eine Nut 2 dargestellt. Tatsächlich werden die Nuten in Umfangsrichtung relativ eng benachbart sein, wobei die verbleibenden Wanddicken zwischen den Nuten kleiner sein können als der lichte Abstand zwischen den Seitenwänden der Nuten. In Figur 2 müssten also real etwa 4 bis 5 Nuten nebeneinander erkennbar sein.In FIG. 2, only one groove 2 is shown for the sake of clarity. Actually the grooves are relatively close in the circumferential direction, the remaining wall thicknesses between the grooves may be smaller than the clear distance between the side walls the grooves. In Figure 2 would therefore be real about 4 to 5 grooves next to each other recognizable be.

    Claims (7)

    Verdichtergehäusestruktur im Bereich eines axial durchströmten Laufschaufelkranzes, mit einer Vielzahl von gleichmäßig über den Gehäuseumfang verteilten, zu den Schaufelspitzen hin offenen und zumindest annähernd axial verlaufenden Nuten, welche sich von einer ersten Radialebene stromaufwärts der Schaufelspitzeneintrittskanten bis in eine zweite Radialebene axial zwischen den Schaufelspitzeneintrittskanten und den Schaufelspitzenaustrittskanten erstrecken und welche - jeweils im Radialschnitt - Nutquerschnitte mit über den Großteil ihrer Tiefe geraden und parallelen Seitenwänden aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die - gedachten - Mittelachsen (Mo) der Nutquerschnitte an den stromaufwärtigen Nutenden - von der Öffnung (3) zum Nutgrund (6) hin - einen Neigungswinkel (αo) zur Radialrichtung mit einer Umfangskomponente entgegen der Bewegungsrichtung (D) der Schaufelspitzen (8) aufweisen,
    dass die Mittelachsen (Mi) der Nutquerschnitte an den stromabwärtigen Nutenden - von der Öffnung (3) zum Nutgrund (6) hin - einen Neigungswinkel (αi) zur Radialrichtung mit einer Umfangskomponente in Bewegungsrichtung (D) der Schaufelspitzen (8) aufweisen,
    dass sich der Neigungswinkel (α) der Mittelachsen (M) der Nutquerschnitte zwischen den stromaufwärtigen und den stromabwärtigen Nutenden stufenlos im Sinne einer Verdrillung/Verwindung ändert, und
    dass die - gedachten - Schnittlinien (S) der Mittelachsen (M, Mi, Mo) der Nutquerschnitte mit der äußeren, gehäuseseitigen Ringraumkontur (R) zumindest näherungsweise axiale Geradenstücke sind, so dass die Öffnungen (3) der Nuten (2) in gleicher Weise axial verlaufen.    Compressor housing structure in the region of an axially flow-through blade ring, with a plurality of evenly distributed over the housing circumference, to the blade tips and open at least approximately axially extending grooves extending from a first radial plane upstream of the blade tip entry edges to a second radial plane axially between the blade tip entry edges and the Vane tip exit edges extend and which - each in radial section - groove cross-sections with over most of their depth straight and parallel side walls, characterized in that the - imaginary - center axes (Mo) of the groove cross sections at the upstream groove ends - from the opening (3) to the groove bottom ( 6) - have an inclination angle (αo) to the radial direction with a circumferential component opposite to the direction of movement (D) of the blade tips (8),
    in that the center axes (Mi) of the groove cross sections at the downstream groove ends - from the opening (3) towards the groove base (6) have an inclination angle (αi) to the radial direction with a circumferential component in the direction of movement (D) of the blade tips (8),
    that the inclination angle (α) of the center axes (M) of the groove cross sections between the upstream and downstream groove ends changes steplessly in terms of twist, and
    in that the - imaginary - cut lines (S) of the central axes (M, Mi, Mo) of the groove cross sections with the outer housing-side annular space contour (R) are at least approximately axial line pieces, so that the openings (3) of the grooves (2) in the same way run axially.         Verdichtergehäusestruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im axial mittleren Bereich der Nuten (2) ein ringförmiger, die Öffnungen (3) der Nuten (2) teilweise versperrender Steg (11) angeordnet ist, dessen innerer Durchmesser mit dem örtlichen Durchmesser der äußeren Ringraumkontur (R) übereinstimmt. Compressor housing structure according to claim 1, characterized in that in the axially central region of the grooves (2) an annular, the openings (3) of the grooves (2) partially obstructing web (11) is arranged, whose inner diameter with the local diameter of the outer annulus contour (R) matches. Verdichtergehäusestruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (2) spanend durch Fräsen, insbesondere mittels Finger- oder Kugelfräser, oder spanlos durch Gießen oder Funkenerosion gefertigt sind.Compressor housing structure according to claim 1 or 2, characterized in that the grooves (2) are machined by milling, in particular by means of finger or ball end mills, or produced without cutting by casting or spark erosion. Verdichtergehäusestruktur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Nutgrund (6) gerundet ist, oder zumindest die Übergänge von den Seitenwänden zum Nutgrund gerundet sind.Compressor housing structure according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that each groove bottom (6) is rounded, or at least the transitions from the side walls to the groove bottom are rounded. Verdichtergehäusestruktur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Oberflächenrauhigkeit Ra in den Nuten (2) 1,6 µm beträgt.Compressor housing structure according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the average surface roughness Ra in the grooves (2) is 1.6 microns. Verdichtergehäusestruktur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der Öffnungen (3) der Nuten (2), d.h. die Übergänge zur äußeren Ringraumkontur (R), scharfkantig ausgeführt sind.Compressor housing structure according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the edges of the openings (3) of the grooves (2), ie the transitions to the outer annular space contour (R), are sharp-edged. Verdichtergehäusestruktur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuttiefe (T) -jeweils gerechnet von der Schnittlinie (S) der Mittelachsen (M, Mi, Mo) der Nutquerschnitte mit der äußeren Ringraumkontur (R) bis zur Mitte des Nutgrundes (6) - über die axiale Nutlänge konstant ist oder vom axial mittleren Nutbereich zum stromaufwärtigen und zum stromabwärtigen Nutende hin stufenlos abnimmt.Compressor housing structure according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the groove depth (T) - each calculated from the intersection line (S) of the central axes (M, Mi, Mo) of the groove cross-sections with the outer annular space contour (R) to the middle of the groove bottom (6) - is constant over the axial groove length or continuously decreases from the axially central groove portion to the upstream and downstream groove end.
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