EP1591624A1 - Compressor blade and compressor. - Google Patents

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EP1591624A1
EP1591624A1 EP04010000A EP04010000A EP1591624A1 EP 1591624 A1 EP1591624 A1 EP 1591624A1 EP 04010000 A EP04010000 A EP 04010000A EP 04010000 A EP04010000 A EP 04010000A EP 1591624 A1 EP1591624 A1 EP 1591624A1
Authority
EP
European Patent Office
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blade
profile
compressor
tip
platform
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04010000A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Reinhard Prof. Dr. Mönig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to PCT/EP2005/051534 priority patent/WO2005106207A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/145—Means for influencing boundary layers or secondary circulations

Definitions

  • the invention relates to a compressor blade with a Shovel foot, a platform and a freestanding blade profile with a profile tip, according to the preamble of Claim 1 and a compressor according to claim 6.
  • Free-standing vanes and blades of an axial compressor are known.
  • the compressor blades are in wreaths arranged in the compressor and each have a blade profile on, which is arranged in the flow channel of the compressor is.
  • each free end of the blade profile a profile tip on the front side of a Sealing lip is formed, which differs from a leading edge extends to a trailing edge of the blade profile.
  • the Sealing lip is used to reduce the size of a radial gap, which between the profile tip of the compressor blade and a formed this profile tip opposite component is and by the lossy leakage of the flow medium the compressor takes place.
  • a blade is the radial gap between the tread tip and the inner casing of the compressor, e.g. a guide ring, formed, which limits the flow channel radially outward.
  • the rotor is the component, which is the profile tip a guide vane opposite and which the radial gap and thus bounded radially inside the flow channel.
  • the object of the present invention is to provide a compressor blade indicate which peak gap losses in Fluid reduces and thus to an increase in efficiency of the compressor leads. Further object of the invention is the indication of a correspondingly improved compressor.
  • the invention is a in the direction of the profile tip between the suction side surface and the pressure side surface widening Shovel profile proposed. This causes obtuse angles between the pressure side surface or the suction side surface and one substantially perpendicular to the blade axis Surface of a flow channel boundary.
  • the flow channel boundary can by a guide ring or a peripheral surface be formed of a rotor.
  • the Profile tip on an end face, in the at least one between Bucket leading edge and blade trailing edge elongated Recess is provided.
  • the blade side walls, which form the side surfaces, at the profile top Sealing lips, which the leakage flow over the Reduce profile tip are provided.
  • the not completely avoidable causes Leakage flow in the recess a turbulence, which produces a sealing effect in the manner of a labyrinth seal and thus the leakage flow to a lesser extent limited.
  • At least two approximately parallel recesses on the Face are provided, between which at least a partition extends. This ensures that the additional partitions as another sealing lip another Reduction of the gap flow and thus also of the gap losses cause. Furthermore, in each recess turbulences, which limit the leakage current. In addition, can due to the comparatively thin profile tip a slight radial rub against the opposite Components are tolerated.
  • the Bucket profile a profile height in the direction of the blade axis between the platform surface and the tread tip, and that the near-acute profile areas of the platform at a distance of at least 85% of the profile height are spaced.
  • the expansion takes place only in outermost area of the tread peak.
  • the present invention is suitable both as a blade as well as trained for vane compressor blades.
  • An inventive compressor has compressor blades according to one of claims 1 to 4.
  • FIG. 1 shows a compressor blade 1 as a rotor blade 3.
  • the rotor blade 3 has a blade axis 5 which corresponds to the radial direction of a rotor 6 or a rotor shaft of the compressor (not shown).
  • the blade axis 5 follows the blade root 7, the platform 9.
  • a blade profile 13 is arranged, which has a profile tip 15 at its end facing away from the platform 9.
  • the blade profile 13 comprises a blade leading edge 17 and a blade trailing edge 19, between which a pressure-side Blade side wall 20 and one of the pressure side Vane side wall 20 opposite suction side vane side wall 22 extends.
  • the exposed to the flow medium Surfaces of the blade side walls 20, 22 form a pressure side surface 21 and a suction side surface 23rd
  • the blade profile 13 along the blade axis 5 a profile height 25, extending between the surface of the 11th the platform 9 and the profile tip 15 extends.
  • the blade profile 13 of platform close Profile areas 27 over middle profile areas 29 in near-acute profile areas 31 continuously into each other.
  • blade width 26 The distance of the blade leading edge 17 to the blade trailing edge 19 is shown as blade width 26.
  • the cutting lines 32 of the suction side surface 23 and the pressure side surface 21 with a perpendicular to the blade axis 5 standing imaginary plane enclose a profile cross-section 33, which in the middle profile area 29 and in the platform Profile area 27 shown in a dashed line style is.
  • the profile cross sections 33 are for the middle and for the platform near profile area 27, 29 approximately identical in shape, size and curvature.
  • the profile cross-section increases compared to the middle and near-platform Profile areas.
  • vertical imaginary plane from the surface 11 of the Platform 9 increases the distance A of the cutting lines 32, which the imaginary plane with the pressure side surface 21st and the suction side surface 23 forms, so that a widening the profile cross-section 34 is present in the near-profile area 31.
  • the profile tip 15 has a profile cross-section 35, the opposite the profile cross sections 33, 34th is enlarged.
  • the blade profile 13 has in the near-acute profile region 31 in Area of the blade leading edge 17 only a small Widening, extending in the flow direction of the flow medium increased to a center 28 of the blade width 26 and in the further course to the blade trailing edge 19 again decreases.
  • Fig. 2 partially shows a rotor blade arranged on a rotor 3 of a compressor with a housing inner wall 43 in a longitudinal section.
  • the blade 3 is only with her middle profile area 29 and the near-acute profile area 31 shown.
  • the pressure side surface 21 and the suction side surface 23 widen the blade profile 13 in the direction of Profile tip 15 on.
  • On the front side 37 of the blades 3 are two recesses 39 are provided, which by a Partition 41 are separated from each other.
  • the front side 37 opposite the housing inner wall 43 is arranged, which the flow channel 10 of the compressor is limited to the outside and between which a radial gap 45 is formed.
  • the pressure side surface 21 closes in the near-acute profile region 31 with the housing inner wall 43 an obtuse angle ⁇ and the suction side surface 23 in the near-acute profile area 31 with the housing inner wall 43 an obtuse angle ⁇ one.
  • the flow medium flows the blade leading edge 17 in the direction of the blade trailing edge 19 on. This arises in the area of the pressure side surface 21 a higher pressure in the flow medium than in the area the suction side surface 23, which pressure conditions through Plus and minus are shown in Fig. 2.
  • a leakage flow 47 is caused, which flows through the radial gap 45.
  • sealing lips 36, 38 and the partition 41 as the third Sealing lip may be in the region of the radial gap 45 of the compressor a better seal can be achieved, resulting in a Reduction of flow losses and an increase in efficiency of the compressor leads.
  • the leakage flow 47 results in the recesses 39 Turbulence, which is the flow velocity of the leakage flow 47 limit and thus reduce the leakage.
  • the rotating rotor moves the blade 3 in the direction R, so that in the near-acute profile area 31 by the obliquely inclined Pressure side surface 21 a radially acting component 49 the fluid to be compressed from the radial gap 45 is pushed away. As a result, the leakage flow 47 continues reduced.
  • FIG. 3 shows how Fig. 2 shows a compressor blade 1 with a opposite radial flow restriction.
  • Blade 3 of Fig. 2 is in this case a vane 4 and instead of the housing inner wall 43 partially the rotor 6 is shown with its peripheral surface 8.
  • a radial component 49 in the generates the blade profile 13 flowing around flow medium, so that this is led away from the radial gap 45 and itself the leakage flow 47 further reduced.
  • the radial component 4 is stronger in the area of the pressure side surface 21 pronounced as on the suction side surface 23rd
  • a compressor blade 1 in the near-acute Profile area 31 also be designed such that only on the pressure side (or on the suction side) the corresponding Side surface 21 (23) an expansion of the blade profile thirteenth conditionally, so that the opposite suction side surface 23rd (or the pressure side surface 21) at a vertical angle impinges on the flow channel 10 limiting surface.
  • compressor blade 1 and the compressor suitable for use in a gas turbine.
  • the invention can also be applied to freestanding blades of a turbine be applied.

Abstract

The blade has a blade root (7), a platform (9) and a free standing blade profile (13) with a profile tip (15), serially arranged along a blade axis (5). The blade profile has a curved inlet-side surface (23) and a curved pressure side surface (21), opposed to the inlet side surface. The blade profile has platform-near, mid and far profile regions (27, 29, 31) which continuously blend into each other in the direction of the blade axis.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdichterschaufel mit einem Schaufelfuß, einer Plattform und einem freistehenden Schaufelprofil mit einer Profilspitze, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Verdichter gemäß Anspruch 6.The invention relates to a compressor blade with a Shovel foot, a platform and a freestanding blade profile with a profile tip, according to the preamble of Claim 1 and a compressor according to claim 6.

Freistehende Leitschaufeln und Laufschaufeln eines Axialverdichters sind bekannt. Die Verdichterschaufeln sind in Kränzen im Verdichter angeordnet und weisen jeweils ein Schaufelprofil auf, welches im Strömungskanal des Verdichters angeordnet ist. Darüber hinaus weist jedes freie Ende des Schaufelprofils eine Profilspitze auf, an deren Stirnseite eine Dichtlippe angeformt ist, welche sich von einer Anströmkante zu einer Abströmkante des Schaufelprofils erstreckt. Die Dichtlippe dient zur Verkleinerung eines Radialspaltes, welcher zwischen der Profilspitze der Verdichterschaufel und einem dieser Profilspitze gegenüberliegendem Bauteil gebildet ist und durch den eine verlustbehaftete Leckage des Strömungsmediums des Verdichters stattfindet. Bei einer Laufschaufel ist der Radialspalt zwischen der Profilspitze und dem Innengehäuse des Verdichters, z.B. einem Führungsring, gebildet, welcher den Strömungskanal radial außen begrenzt. Dagegen ist der Rotor das Bauteil, welches der Profilspitze einer Leitschaufel gegenüberliegt und welches den Radialspalt und damit radial innen den Strömungskanal begrenzt.Free-standing vanes and blades of an axial compressor are known. The compressor blades are in wreaths arranged in the compressor and each have a blade profile on, which is arranged in the flow channel of the compressor is. In addition, each free end of the blade profile a profile tip on the front side of a Sealing lip is formed, which differs from a leading edge extends to a trailing edge of the blade profile. The Sealing lip is used to reduce the size of a radial gap, which between the profile tip of the compressor blade and a formed this profile tip opposite component is and by the lossy leakage of the flow medium the compressor takes place. With a blade is the radial gap between the tread tip and the inner casing of the compressor, e.g. a guide ring, formed, which limits the flow channel radially outward. In contrast, the rotor is the component, which is the profile tip a guide vane opposite and which the radial gap and thus bounded radially inside the flow channel.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verdichterschaufel anzugeben, welche die Spitzenspaltverluste im Strömungsmedium reduziert und somit zu einer Wirkungsgradsteigerung des Verdichters führt. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines entsprechend verbesserten Verdichters. The object of the present invention is to provide a compressor blade indicate which peak gap losses in Fluid reduces and thus to an increase in efficiency of the compressor leads. Further object of the invention is the indication of a correspondingly improved compressor.

Die erstgenannte Aufgabe wird durch eine Verdichterschaufel gemäß Anspruch 1 und die auf den Verdichter gerichtete Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The former object is achieved by a compressor blade according to claim 1 and directed to the compressor task is solved by the features of claim 5. advantageous Embodiments are specified in the subclaims.

Die Lösung der erstgenannten Aufgabe schlägt vor, dass im Längsschnitt durch die Verdichterschaufel der Abstand der Druckseitenfläche zur Saugseitenfläche der spitznahen Profilbereiche sich in Richtung der Profilspitze vergrößert.The solution of the former task suggests that in Longitudinal section through the compressor blade the distance of Pressure side surface to the suction side surface of the near-acute profile areas increases in the direction of the profile tip.

Mit der Erfindung wird ein sich in Richtung der Profilspitze zwischen Saugseitenfläche und Druckseitenfläche aufweitendes Schaufelprofil vorgeschlagen. Dies bedingt stumpfe Winkel zwischen der Druckseitenfläche bzw. der Saugseitenfläche und einer im wesentlichen senkrecht zur Schaufelachse stehenden Oberfläche einer Strömungskanalbegrenzung. Die Strömungskanalbegrenzung kann durch einen Führungsring oder eine Umfangsfläche eines Rotors gebildet sein.With the invention is a in the direction of the profile tip between the suction side surface and the pressure side surface widening Shovel profile proposed. This causes obtuse angles between the pressure side surface or the suction side surface and one substantially perpendicular to the blade axis Surface of a flow channel boundary. The flow channel boundary can by a guide ring or a peripheral surface be formed of a rotor.

Durch die Aufweitung wird beim Betrieb des Verdichters eine radiale Komponente der Strömung des Strömungsmediums erzeugt, welche diese Strömung vom Radialspalt wegbewegt. Hierdurch wird die verlustbehaftete Leckage der Strömung über die Profilspitze reduziert.Due to the expansion of the operation of the compressor is a generates radial component of the flow of the flow medium, which moves this flow away from the radial gap. hereby is the lossy leakage of the flow over the tread tip reduced.

Die im Gegensatz zu den Seitenflächen der mittleren und plattformnahen Profilbereiche geneigten Seitenflächen der spitznahen Profilbereiche führen ferner dazu, dass eine Strömungsablösung im Bereich der Schaufelhinterkante im spitznahen Profilbereich reduziert wird, was folglich zu einer aerodynamischen Verbesserung und somit zu reduzierten Strömungsverlusten führt.In contrast to the side surfaces of the middle and platform-like profile areas inclined side surfaces of near-acute profile areas also lead to a flow separation in the area of the trailing edge of the blade near the tip Profile range is reduced, thus resulting in an aerodynamic Improvement and thus reduced flow losses leads.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Profilspitze eine Stirnfläche auf, in der zumindest eine zwischen Schaufelvorderkante und Schaufelhinterkante langgestreckte Ausnehmung vorgesehen ist. Damit bilden die Schaufelseitenwände, welche die Seitenflächen formen, an der Profilspitze Dichtlippen, welche die Leckageströmung über die Profilspitze reduzieren. Ferner bewirkt die nicht völlig vermeidbare Leckageströmung in der Ausnehmung eine Verwirbelung, die nach Art einer Labyrinthdichtung eine Dichtwirkung hervorruft und somit die Leckageströmung auf ein geringeres Maß begrenzt.In an advantageous embodiment of the invention, the Profile tip on an end face, in the at least one between Bucket leading edge and blade trailing edge elongated Recess is provided. Thus, the blade side walls, which form the side surfaces, at the profile top Sealing lips, which the leakage flow over the Reduce profile tip. Furthermore, the not completely avoidable causes Leakage flow in the recess a turbulence, which produces a sealing effect in the manner of a labyrinth seal and thus the leakage flow to a lesser extent limited.

Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung, bei der mindestens zwei annähernd parallel verlaufende Ausnehmungen an der Stirnfläche vorgesehen sind, zwischen denen sich mindestens eine Trennwand erstreckt. Hierdurch wird erreicht, dass die zusätzlichen Trennwände als weitere Dichtlippe eine weitere Reduzierung der Spaltströmung und damit auch der Spaltverluste bewirken. Ferner entstehen in jeder Ausnehmung Verwirbelungen, die den Leckagestrom begrenzen. Darüber hinaus kann auf Grund der vergleichsweise dünn ausgeführten Profilspitze ein leichtes radiales Anstreifen an den gegenüberliegenden Bauteilen toleriert werden.Particularly advantageous is the embodiment in which at least two approximately parallel recesses on the Face are provided, between which at least a partition extends. This ensures that the additional partitions as another sealing lip another Reduction of the gap flow and thus also of the gap losses cause. Furthermore, in each recess turbulences, which limit the leakage current. In addition, can due to the comparatively thin profile tip a slight radial rub against the opposite Components are tolerated.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Schaufelprofil eine Profilhöhe in Richtung der Schaufelachse zwischen der Plattformoberfläche und der Profilspitze aufweist, und dass die spitznahen Profilbereiche von der Plattform in einem Abstand von mindestens 85% der Profilhöhe beabstandet sind. Somit erfolgt die Aufweitung lediglich im äußersten Bereich der Profilspitze.In a further embodiment, it is proposed that the Bucket profile a profile height in the direction of the blade axis between the platform surface and the tread tip, and that the near-acute profile areas of the platform at a distance of at least 85% of the profile height are spaced. Thus, the expansion takes place only in outermost area of the tread peak.

Die vorliegende Erfindung eignet sich sowohl für als Laufschaufel als auch für Leitschaufel ausgebildete Verdichterschaufeln.The present invention is suitable both as a blade as well as trained for vane compressor blades.

Ein erfindungsgemäßer Verdichter weist Verdichterschaufeln nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf.An inventive compressor has compressor blades according to one of claims 1 to 4.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1
eine perspektivische Darstellung einer Verdichterschaufel als Laufschaufel,
Fig. 2
eine Profilspitze einer Laufschaufel und eine der Profilspitze gegenüberliegende Gehäuseinnenwand im Längsschnitt und
Fig. 3
eine Profilspitze einer Leitschaufel und einen der Profilspitze gegenüberliegenden Rotorabschnitt im Längsschnitt.
Hereinafter, an embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to drawings. Show:
Fig. 1
a perspective view of a compressor blade as a blade,
Fig. 2
a profile tip of a blade and a profile of the top opposite housing inner wall in longitudinal section and
Fig. 3
a profile tip of a guide vane and a profile section opposite the rotor section in longitudinal section.

Verdichter und deren Arbeitsweisen sind allgemein bekannt.
Fig. 1 zeigt eine Verdichterschaufel 1 als Laufschaufel 3. Die Laufschaufel 3 weist eine Schaufelachse 5 auf, die der Radialrichtung eines Rotors 6 bzw. einer Rotorwelle des Verdichters entspricht (nicht gezeigt). Entlang der Schaufelachse 5 folgt dem Schaufelfuß 7 die Plattform 9. An der Oberfläche 11 der Plattform 9 ist ein Schaufelprofil 13 angeordnet, welches an seinem der Plattform 9 abgewandten Ende eine Profilspitze 15 aufweist.Compressors and their ways of working are well known.
1 shows a compressor blade 1 as a rotor blade 3. The rotor blade 3 has a blade axis 5 which corresponds to the radial direction of a rotor 6 or a rotor shaft of the compressor (not shown). Along the blade axis 5 follows the blade root 7, the platform 9. On the surface 11 of the platform 9, a blade profile 13 is arranged, which has a profile tip 15 at its end facing away from the platform 9.

Das Schaufelprofil 13 umfasst eine Schaufelvorderkante 17 und eine Schaufelhinterkante 19, zwischen denen sich eine druckseitige Schaufelseitenwand 20 und eine der druckseitigen Schaufelseitenwand 20 gegenüberliegende saugseitige Schaufelseitenwand 22 erstreckt. Die dem Strömungsmedium ausgesetzten Oberflächen der Schaufelseitenwände 20, 22 bilden eine Druckseitenfläche 21 und eine Saugseitenfläche 23.The blade profile 13 comprises a blade leading edge 17 and a blade trailing edge 19, between which a pressure-side Blade side wall 20 and one of the pressure side Vane side wall 20 opposite suction side vane side wall 22 extends. The exposed to the flow medium Surfaces of the blade side walls 20, 22 form a pressure side surface 21 and a suction side surface 23rd

Ferner weist das Schaufelprofil 13 entlang der Schaufelachse 5 eine Profilhöhe 25 auf, die sich zwischen der Oberfläche 11 der Plattform 9 und der Profilspitze 15 erstreckt. Entlang der Schaufelachse 5 geht das Schaufelprofil 13 von plattformnahen Profilbereichen 27 über mittlere Profilbereiche 29 in spitznahe Profilbereiche 31 kontinuierlich ineinander über. Furthermore, the blade profile 13 along the blade axis 5 a profile height 25, extending between the surface of the 11th the platform 9 and the profile tip 15 extends. Along the blade axis 5 is the blade profile 13 of platform close Profile areas 27 over middle profile areas 29 in near-acute profile areas 31 continuously into each other.

Der Abstand der Schaufelvorderkante 17 zur Schaufelhinterkante 19 ist als Schaufelbreite 26 gezeigt.The distance of the blade leading edge 17 to the blade trailing edge 19 is shown as blade width 26.

Die Schnittlinien 32 der Saugseitenfläche 23 und der Druckseitenfläche 21 mit einer senkrecht zur Schaufelachse 5 stehenden gedachten Ebene umschließen einen Profilquerschnitt 33, welcher im mittleren Profilbereich 29 und im plattformnahen Profilbereich 27 in einer gestrichelten Linienart gezeigt ist. Die Profilquerschnitte 33 sind dabei für den mittleren und für den plattformnahen Profilbereich 27, 29 annähernd identisch in Form, Größe und Krümmung.The cutting lines 32 of the suction side surface 23 and the pressure side surface 21 with a perpendicular to the blade axis 5 standing imaginary plane enclose a profile cross-section 33, which in the middle profile area 29 and in the platform Profile area 27 shown in a dashed line style is. The profile cross sections 33 are for the middle and for the platform near profile area 27, 29 approximately identical in shape, size and curvature.

Im spitznahen Profilbereich 31, welcher mindestens in einem Abstand von 85% der Profilhöhe 25 von der Oberfläche 11 der Plattform 9 beabstandet ist, vergrößert sich der Profilquerschnitt im Vergleich zu den der mittleren und plattformnahen Profilbereiche. Mit zunehmender Höhe der zur Schaufelachse 5 senkrecht stehenden gedachten Ebene von der Oberfläche 11 der Plattform 9 vergrößert sich der Abstand A der Schnittlinien 32, welche die gedachte Ebene mit der Druckseitenfläche 21 und der Saugseitenfläche 23 bildet, so dass eine Aufweitung des Profilquerschnitts 34 im spitznahen Profilbereich 31 vorliegt. Hierdurch weist die Profilspitze 15 einen Profilquerschnitt 35 auf, der gegenüber den Profilquerschnitten 33, 34 vergrößert ist.In the near-acute profile area 31, which at least in one Distance of 85% of the profile height 25 from the surface 11 of the Platform 9 is spaced apart, the profile cross-section increases compared to the middle and near-platform Profile areas. With increasing height of the blade axis. 5 vertical imaginary plane from the surface 11 of the Platform 9 increases the distance A of the cutting lines 32, which the imaginary plane with the pressure side surface 21st and the suction side surface 23 forms, so that a widening the profile cross-section 34 is present in the near-profile area 31. As a result, the profile tip 15 has a profile cross-section 35, the opposite the profile cross sections 33, 34th is enlarged.

Das Schaufelprofil 13 weist im spitznahen Profilbereich 31 im Bereich der Schaufelvorderkante 17 eine lediglich geringe Aufweitung auf, die sich in Strömungsrichtung des Strömungsmediums bis zu einer Mitte 28 der Schaufelbreite 26 vergrößert und im weiteren Verlauf zur Schaufelhinterkante 19 wieder abnimmt.The blade profile 13 has in the near-acute profile region 31 in Area of the blade leading edge 17 only a small Widening, extending in the flow direction of the flow medium increased to a center 28 of the blade width 26 and in the further course to the blade trailing edge 19 again decreases.

In der Stirnseite 37 der Profilspitze 15, welche auch als Anstreifkante bezeichnet wird, sind im Bereich der Mitte 28 der Schaufelbreite 26 zwei langgestreckte Ausnehmungen 39 vorgesehen, welche durch eine dazwischen liegende Trennwand 41 voneinander getrennt sind.In the end face 37 of the profile tip 15, which also serves as a squealer are designated in the area of the center 28 of the Blade width 26 two elongated recesses 39 provided which by an intermediate partition 41st are separated from each other.

Fig. 2 zeigt teilweise eine an einem Rotor angeordnete Laufschaufel 3 eines Verdichters mit einer Gehäuseinnenwand 43 in einem Längsschnitt. Die Laufschaufel 3 ist lediglich mit ihrem mittleren Profilbereich 29 und dem spitznahen Profilbereich 31 dargestellt. Die Druckseitenfläche 21 und die Saugseitenfläche 23 weiten das Schaufelprofil 13 in Richtung der Profilspitze 15 auf. An der Stirnseite 37 der Laufschaufeln 3 sind zwei Ausnehmungen 39 vorgesehen, welche durch eine Trennwand 41 voneinander getrennt sind. Der Stirnseite 37 gegenüberliegend ist die Gehäuseinnenwand 43 angeordnet, welche den Strömungskanal 10 des Verdichters nach außen begrenzt und zwischen denen ein Radialspalt 45 gebildet ist.Fig. 2 partially shows a rotor blade arranged on a rotor 3 of a compressor with a housing inner wall 43 in a longitudinal section. The blade 3 is only with her middle profile area 29 and the near-acute profile area 31 shown. The pressure side surface 21 and the suction side surface 23 widen the blade profile 13 in the direction of Profile tip 15 on. On the front side 37 of the blades 3 are two recesses 39 are provided, which by a Partition 41 are separated from each other. The front side 37 opposite the housing inner wall 43 is arranged, which the flow channel 10 of the compressor is limited to the outside and between which a radial gap 45 is formed.

Im Längsschnitt betrachtet, welcher quer zur Strömungsrichtung eines Strömungsmediums verläuft, gabelt sich im spitznahen Profilbereich 31 in Richtung der Profilspitze 15 das Schaufelprofil 13 in eine druckseitige Dichtlippe 36 und eine saugseitige Dichtlippe 38 auf.Seen in longitudinal section, which transverse to the flow direction a flow medium, forks in the near-point Profile region 31 in the direction of the profile tip 15 the Blade profile 13 in a pressure-side sealing lip 36 and a suction-side sealing lip 38 on.

Ferner schließt die Druckseitenfläche 21 im spitznahen Profilbereich 31 mit der Gehäuseinnenwand 43 einen stumpfen Winkel α und die Saugseitenfläche 23 im spitznahen Profilbereich 31 mit der Gehäuseinnenwand 43 einen stumpfen Winkel β ein.Furthermore, the pressure side surface 21 closes in the near-acute profile region 31 with the housing inner wall 43 an obtuse angle α and the suction side surface 23 in the near-acute profile area 31 with the housing inner wall 43 an obtuse angle β one.

Während des Betriebes des Verdichters strömt das Strömungsmedium die Schaufelvorderkante 17 in Richtung der Schaufelhinterkante 19 an. Dabei stellt sich im Bereich der Druckseitenfläche 21 ein höherer Druck im Strömungsmedium ein als im Bereich der Saugseitenfläche 23, welche Druckverhältnisse durch Plus und Minus in Fig. 2 dargestellt sind. Durch die unterschiedlichen Drücke wird eine Leckageströmung 47 hervorgerufen, die durch den Radialspalt 45 strömt. During operation of the compressor, the flow medium flows the blade leading edge 17 in the direction of the blade trailing edge 19 on. This arises in the area of the pressure side surface 21 a higher pressure in the flow medium than in the area the suction side surface 23, which pressure conditions through Plus and minus are shown in Fig. 2. By the different ones Pressures, a leakage flow 47 is caused, which flows through the radial gap 45.

Mit den Dichtlippen 36, 38 und der Trennwand 41 als dritte Dichtlippe kann im Bereich des Radialspaltes 45 des Verdichters eine bessere Abdichtung erreicht werden, was zu einer Reduzierung der Strömungsverluste und zu einer Wirkungsgradsteigerung des Verdichters führt.With the sealing lips 36, 38 and the partition 41 as the third Sealing lip may be in the region of the radial gap 45 of the compressor a better seal can be achieved, resulting in a Reduction of flow losses and an increase in efficiency of the compressor leads.

Durch die Leckageströmung 47 entstehen in den Ausnehmungen 39 Verwirbelungen, welche die Strömungsgeschwindigkeit der Leckageströmung 47 begrenzen und somit die Leckage reduzieren.The leakage flow 47 results in the recesses 39 Turbulence, which is the flow velocity of the leakage flow 47 limit and thus reduce the leakage.

Der rotierende Rotor bewegt die Laufschaufel 3 in Richtung R, so dass im spitznahen Profilbereich 31 durch die schräg geneigte Druckseitenfläche 21 eine radial wirkende Komponente 49 das zu verdichtende Strömungsmedium von dem Radialspalt 45 weggedrückt wird. Hierdurch wird die Leckageströmung 47 weiter vermindert.The rotating rotor moves the blade 3 in the direction R, so that in the near-acute profile area 31 by the obliquely inclined Pressure side surface 21 a radially acting component 49 the fluid to be compressed from the radial gap 45 is pushed away. As a result, the leakage flow 47 continues reduced.

Durch die stumpfen Winkel α, β erfolgt eine aerodynamische Verbesserung der Verdichterschaufel 1, so dass die Strömung im Bereich der Schaufelhinterkante 19 im spitznahen Profilbereich 31 weniger zur Ablösung bzw. zum Abreißen neigt.Due to the obtuse angles α, β takes place an aerodynamic Improvement of the compressor blade 1, so that the flow in the region of the blade trailing edge 19 in the near-acute profile area 31 less prone to detachment or tearing off.

Fig. 3 zeigt wie Fig. 2 eine Verdichterschaufel 1 mit einer gegenüberliegenden radialen Strömungsbegrenzung. Anstelle der Laufschaufel 3 aus Fig. 2 ist in diesem Fall eine Leitschaufel 4 und anstelle der Gehäuseinnenwand 43 teilweise der Rotor 6 mit seiner Umfangsfläche 8 gezeigt.Fig. 3 shows how Fig. 2 shows a compressor blade 1 with a opposite radial flow restriction. Instead of Blade 3 of Fig. 2 is in this case a vane 4 and instead of the housing inner wall 43 partially the rotor 6 is shown with its peripheral surface 8.

Beim Betrieb des Verdichters rotiert der Rotor 6 in der Drehrichtung R unter der Stirnseite 37 der feststehenden Leitschaufel 4 hinweg. Durch die beiderseits der Leitschaufel 4 unterschiedlichen Drücke im Strömungsmedium, welche durch Plus und Minus dargestellt sind, wird eine Leckageströmung 47 hervorgerufen, welche durch die in den Ausnehmungen 39 entstehenden Verwirbelungen auf ein Mindestmaß begrenzt wird. During operation of the compressor, the rotor 6 rotates in the direction of rotation R under the end face 37 of the stationary vane 4 away. By the both sides of the vane. 4 different pressures in the flow medium, which through Plus and minus are shown, a leakage flow 47 caused by the resulting in the recesses 39 Whirling is limited to a minimum.

Ferner wird durch die Aufweitung des Schaufelprofils 13 im spitznahen Profilbereich 31 eine radiale Komponente 49 in dem das Schaufelprofil 13 umströmenden Strömungsmedium erzeugt, so dass dieses vom Radialspalt 45 weggeführt wird und sich die Leckageströmung 47 weiter reduziert. Die radiale Komponente 4 ist im Bereich der Druckseitenfläche 21 dabei stärker ausgeprägt als auf der Saugseitenfläche 23.Furthermore, by the expansion of the blade profile 13 in near-acute profile region 31 a radial component 49 in the generates the blade profile 13 flowing around flow medium, so that this is led away from the radial gap 45 and itself the leakage flow 47 further reduced. The radial component 4 is stronger in the area of the pressure side surface 21 pronounced as on the suction side surface 23rd

Alternativ dazu kann eine Verdichterschaufel 1 im spitznahen Profilbereich 31 auch derart ausgebildet sein, dass lediglich an der Druckseite (oder an der Saugseite) die entsprechende Seitenfläche 21 (23) eine Aufweitung des Schaufelprofils 13 bedingt, so dass die gegenüberliegende Saugseitenfläche 23 (oder die Druckseitenfläche 21) in einem senkrechten Winkel auf die den Strömungskanal 10 begrenzende Oberfläche trifft.Alternatively, a compressor blade 1 in the near-acute Profile area 31 also be designed such that only on the pressure side (or on the suction side) the corresponding Side surface 21 (23) an expansion of the blade profile thirteenth conditionally, so that the opposite suction side surface 23rd (or the pressure side surface 21) at a vertical angle impinges on the flow channel 10 limiting surface.

Selbstverständlich ist die Verdichterschaufel 1 und der Verdichter für den Einsatz in einer Gasturbine geeignet. Ferner kann die Erfindung auch auf freistehende Schaufeln einer Turbine angewendet werden.Of course, the compressor blade 1 and the compressor suitable for use in a gas turbine. Further The invention can also be applied to freestanding blades of a turbine be applied.

Claims (5)

Verdichterschaufel (1) mit einem Schaufelfuß (7), einer Plattform (9) und einem freistehenden Schaufelprofil (13) mit einer Profilspitze (15), die entlang einer Schaufelachse (5) aufeinander folgend angeordnet sind,
wobei das Schaufelprofil (13) eine gekrümmte Saugseitenfläche (23) sowie eine der Saugseitenfläche (23) gegenüberliegende gekrümmte Druckseitenfläche (21) aufweist,
wobei das Schaufelprofil (13) in Richtung der Schaufelachse (5) kontinuierlich ineinander übergehende plattformnahe, mittlere und spitzennahe Profilbereiche (27, 29, 31) aufweist
dadurch gekennzeichnet, dass im Längsschnitt durch die Verdichterschaufel (1) der Abstand (A) der Druckseitenfläche (21) zur Saugseitenfläche (23) in den spitznahen Profilbereichen (31) sich jeweils in Richtung der Profilspitze (15) vergrößert.A compressor blade (1) having a blade root (7), a platform (9) and a freestanding blade profile (13) with a profile tip (15) arranged successively along a blade axis (5),
the blade profile (13) having a curved suction side surface (23) and a curved pressure side surface (21) lying opposite the suction side surface (23),
wherein the blade profile (13) in the direction of the blade axis (5) has continuous, near-platform, middle and near-peak profile regions (27, 29, 31)
characterized in that in the longitudinal section through the compressor blade (1) the distance (A) of the pressure side surface (21) to the suction side surface (23) in the near-acute profile regions (31) each increases in the direction of the profile tip (15). Verdichterschaufel (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Profilspitze (15) eine Stirnfläche (37) aufweist, in der zumindest eine langgestreckte Ausnehmung (39) vorgesehen ist.Compressor blade (1) according to claim 1,
characterized in that the profile tip (15) has an end face (37) in which at least one elongate recess (39) is provided. Verdichterschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei annähernd parallel verlaufende Ausnehmungen (39) an der Stirnfläche (37) vorgesehen sind, zwischen denen sich eine oder mehrere Trennwände (41) erstreckt. Compressor blade (1) according to one of claims 1 to 2,
characterized in that at least two approximately parallel recesses (39) on the end face (37) are provided, between which extends one or more partitions (41). Verdichterschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelprofil (13) eine Profilhöhe (25) in Richtung der Schaufelachse (5) zwischen der Plattform (9) und der Profilspitze (15) aufweist und
dass die spitznahen Profilbereiche (31) von der Plattformoberfläche (11) in einem Abstand von mindestens 85% der Profilhöhe beabstandet sind.Compressor blade (1) according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the blade profile (13) has a profile height (25) in the direction of the blade axis (5) between the platform (9) and the profile tip (15) and
in that the tip-near profile regions (31) are spaced from the platform surface (11) at a distance of at least 85% of the profile height. Verdichter mit mindestens einer Verdichterschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.Compressor with at least one compressor blade (1) according to one of claims 1 to 4.
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