EP2808556A1 - Structure assembly for a turbo machine - Google Patents

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EP2808556A1
EP2808556A1 EP14170055.9A EP14170055A EP2808556A1 EP 2808556 A1 EP2808556 A1 EP 2808556A1 EP 14170055 A EP14170055 A EP 14170055A EP 2808556 A1 EP2808556 A1 EP 2808556A1
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EP
European Patent Office
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flow path
secondary flow
flow channel
main flow
support member
Prior art date
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EP14170055.9A
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French (fr)
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EP2808556B1 (en
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Volker Dr. Gümmer
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Publication date
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    • F04D27/0207—Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids
    • F04D27/0238—Details or means for fluid reinjection

Definitions

  • the invention relates to a structural assembly for a turbomachine according to the preamble of patent claim 1.
  • turbomachines in particular of fluid flow machines such as fans, compressors, pumps and fans, is limited by the growth and separation of boundary layers in the rotor and stator tip areas near the housing or hub wall. In the case of blade rows with a running gap, this leads to high secondary losses and possibly to the occurrence of operational instabilities at higher loads.
  • casing treatments As a countermeasure, it is known to use so-called casing treatments.
  • the simplest form of casing treatments are circumferential grooves of rectangular or parallelogram cross-section, such as in EP 0 754 864 A1 revealed and in the Fig. 1a outlined as an example.
  • Other solutions provide for rows of slots or openings in the housing, the individual slots / openings being oriented substantially in the flow direction and having a slender shape with a small extension viewed in the circumferential direction of the machine.
  • Such solutions are for example in the DE 101 35 003 C1 revealed and in the Fig. 1b outlined as an example.
  • a fluid flow machine which forms at least one secondary flow channel in the area of the blade leading edge in a main flow path boundary, which connects two openings arranged on the main flow path boundary.
  • Each secondary flow channel in each case connects a removal opening with a supply opening provided further upstream.
  • a spatially compact and robust structural design is to be provided.
  • the structural assembly is formed by at least two interconnected components, namely at least one support member and at least one connecting member, wherein the support member at least partially forms the main flow path boundary, and wherein the connecting member forms or surrounds at least a portion of the secondary flow passage.
  • the latter means that the connection component per se (ie not together with other components) forms or surrounds at least a portion of the secondary flow channel.
  • the connection component completely surrounds at least one subsection of the secondary flow channel such that all wetted surfaces of the secondary flow channel in this subsection are undividedly associated with the connection component.
  • the invention thus contemplates a portion of the main flowpath of a turbomachine, in the region of a free end and a nip row of blades, in which a series of circumferentially distributed secondary flow channels are provided.
  • the course of the secondary flow channels can each be spatially complex.
  • a structural assembly is provided for structurally implementing said secondary flow channels.
  • each secondary flow channel is subdivided into three subsections within a meridian view: a rear section which opens into the main flow path with an opening, a front section which opens into the main flow path with an opening, and a central section, which connects the other two sections together. It can further be provided that the connection component is connected to the support component substantially on its side facing away from the main flow path.
  • At least one of the openings of the secondary flow channel in the support member or an adapter connected to the support member is formed ,
  • the secondary flow channel is realized in at least one subsection in the support component and in at least one subsection in the connection component.
  • At least one of the openings of the secondary flow channel is formed in the connecting member. It can be provided that both openings of the secondary flow channel in Connection member are formed, so that the secondary flow channel is formed completely in the connecting member.
  • the support member may be formed in embodiments of the invention as an annular housing of a turbomachine, as a half shell housing a turbomachine, an annular manner on the hub of a turbomachine, or semi-annular manner on the hub of a turbomachine.
  • the secondary flow channel is designed as a single-path channel, with a first opening, through which fluid flows into the secondary flow channel, and with a second opening, through which the fluid leaves the secondary flow channel.
  • At least one of the sections of the secondary flow channel opening into the main flow path is formed directly in the support component, for example, both sections of the secondary flow channel opening into the main flow path are provided directly in the support component. In the latter case, only a central portion of the secondary flow channel is formed in the connecting member.
  • At least one of the sections of the secondary flow channel which opens into the main flow path is introduced directly into the support component by means of a cutting process, an electrochemical process or a laser process.
  • a further variant of the invention provides that at least one of the sections of a secondary flow channel which opens into the main flow path is at least partially designed as a cylinder with an elliptical or circular cross section in the support component.
  • At least one channel section of the secondary flow channel it may be provided to form at least one connecting piece and / or a web on the side of the support component facing away from the main flow path.
  • at least one secondary flow channel section extends through a web or a socket of the support component, wherein it can further be provided that the at least one web or socket is formed on at least one separate adapter, wherein the Adapter is received by the support member, for example, is inserted into this.
  • a further variant of the invention provides that the connecting component surrounds a section of the secondary flow channel and connects at least to a secondary flow channel section introduced directly into the support component.
  • a connection of the connecting component to the support member for example, by a fit, a plug, a clamp, a screw, a weld or a soldering.
  • the connecting member connects both to a first directly introduced into the support member portion and a second directly introduced into the support member portion, wherein the connecting member forms or encloses a third portion of the secondary flow channel and the connection between the first and second subsections forms.
  • a further embodiment provides that the connecting component is inserted at least in the region of one end of a secondary flow channel in openings in the support member and in this way directly adjacent to the main flow path. It can be provided that all sections of the secondary flow channel are formed in the connecting member.
  • the connecting component is designed as a ring sector and accommodates at least two secondary flow channels.
  • this is the connecting component, for example, formed as a half ring or as a solid ring.
  • a connection of the connecting member to the support member by a fit, a plug, a clamp, a screw, a weld or a soldering is realized.
  • the connecting component is not executed in one piece, but consists of several sub-components, which together are connected. This can provide additional flexibility in the manufacture and assembly of the connection component.
  • the present invention relates generally to structural assemblies for turbomachinery such as turbines, and more particularly to fluid flow machines such as fans, compressors, pumps and fans, in both axial, semi-axial and radial designs.
  • the working medium or fluid may be gaseous or liquid.
  • the turbomachine may include one or more stages each having a rotor and a stator. In some cases, the stage is formed only by a rotor.
  • the rotor of a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, consists of a number of blades, which are connected to the rotating shaft of the turbomachine and deliver energy to the working fluid in the case of the fluid flow machine.
  • the rotor can be designed with or without shroud on the outer blade end.
  • the stator of a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, consists of a number of stationary blades, which can be designed on the hub side as the housing side with a fixed or free blade end.
  • the rotor drum and the blading are usually surrounded by a housing. In other cases, z. As in propellers or propellers, no housing exists.
  • a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, can also have a stator in front of the first rotor, a so-called leading wheel. At least one stator or Vorleitrad - may be rotatably mounted - deviating from an immovable fixation - to change the angle of attack can. An adjustment is made for example by a spindle accessible from outside the annular channel.
  • a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, have at least one row of adjustable rotors.
  • a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, have two counterrotating shafts in multiple stages, so that the rotor blade rows change the direction of rotation from stage to stage. There are no stators between successive rotors.
  • a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used have a bypass configuration such that a single-flow annular channel behind a certain row of blades divides into two concentric annular channels, which in turn accommodate at least one more row of blades.
  • turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, it is, for example, a jet engine, in particular a turbofan engine.
  • the structural assembly is formed, for example, in the region of a compressor of a jet engine or turbofan engine.
  • the invention further relates to a fluid flow machine with a structural assembly according to the invention.
  • the Fig. 2A shows an arrangement of a blade row 3 with free end and running gap 5 in the meridian plane formed by the axial direction x and the radial direction r.
  • the nip 5 separates the blade tip from a component 2 belonging to the main flow path at the hub or housing of the fluid flow machine.
  • the component 2 forms a main flow path boundary 4 toward the main flow path.
  • the main flow direction in the main flow path is indicated by an arrow A. Upstream and / or downstream of the row of blades 3 with running gap, further rows of blades may be located.
  • a number of secondary flow channels 1 distributed on the circumference are provided in the region of the running gap 5, each of which forms an opening at its ends (feed opening and removal opening).
  • Fig. 2A shows the outline or the projection of a single secondary flow channel 1 in the meridian plane (xr).
  • xr meridian plane
  • each channel 1 has a three-dimensional spatially twisted course, which in the Fig. 2B is shown by way of example.
  • cross-sectional shape of the secondary flow channels 1 in the Fig. 2B merely exemplified as rectangular.
  • the cross section of the secondary flow channels 1 may be formed in other embodiments without corners, in particular circular or elliptical.
  • FIG. 3A shows a structural assembly according to the invention in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr).
  • the main flow direction is indicated by an arrow A.
  • the blade row is no longer shown in favor of a simpler representation.
  • At least one secondary flow channel 1 is formed, which has two openings 111, 112 in the main flow path boundary and is connected via this to the main flow path.
  • the secondary flow channel 1 is designed as a single-path path with an opening through which fluid flows from the main flow channel into the secondary flow channel and a second opening, through which the fluid leaves the secondary flow channel. Through which of the openings 111, 112 flows fluid and through which the openings 111, 112 fluid flows, depends on the exact positioning of the openings 111, 112 with respect to the blades of the blade row 3 (see. Fig. 2B ).
  • At least one of the secondary flow channels is formed by an arrangement in which a single channel is divided along its course into at least two subchannels, thereby forming a kind of "trouser configuration".
  • an inflow port and a plurality of outflow ports are included, which belong to the secondary flow passage.
  • the support member is designed as a ring housing of a turbomachine or as a half shell housing a turbomachine. With a corresponding arrangement in the hub region, it is, for example, annularly formed on the hub of a turbomachine or semi-annular on the hub of a turbomachine.
  • the support member 21 of FIG. 3A forms on the side facing away from the main flow path side a nozzle 211 and spaced therefrom in the flow direction of a web 212 in which respective portions 12, 13 of the secondary flow channel 1 are formed and adjacent to the main flow path in each case one of the openings 111, 112 of the secondary flow channel 1 form.
  • the connecting component 22 connects the two areas 211, 212 of the support component, so that the secondary flow channel 1 in the illustrated embodiment comprises three sections, a rear section 13, which is formed in the web 212 of the support member 21, a central portion 11 formed in the connecting member 22 is and a front portion 12 which is formed in the neck 211 of the support member 21, wherein the rear and the front portion 13, 12 respectively open in an opening 112, 111 to the main flow path.
  • the connecting member 22, which forms the central portion 11 of the secondary flow channel 1 is formed by a hose or by a pipe which is connected at their ends to a corresponding surface of the nozzle 212 and the web 211 of the support member, for example by means of a flange connection, not shown.
  • the connection of the connection component 22 to the support component 21 is realized by a fit, a connection, a clamping, a screw connection, a weld or a soldering.
  • FIG. 3A 1 shows an exemplary embodiment in which a structural assembly comprises a support component 21 and a connection component 22, wherein the openings of the secondary flow channel 1 are formed in the support component 11 and the connection component 22 forms a central subsection of the secondary flow channel 1 forms or surrounds.
  • the connecting member 22 is arranged as a line freely in space.
  • FIG. 3B shows an embodiment of a structural assembly in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr), which is characterized by the embodiment of the FIG. 3A distinguishes that a connecting member 23 is not formed as a freely arranged in space line, but instead as a ring sector.
  • the connection component 23 is designed, for example, as a half ring or as a complete solid ring.
  • the connecting component 23 thus constitutes a type of housing shell in which one or more channels 11 are formed, each of which forms a central section of a secondary flow channel 1.
  • the connecting component 23 is produced by means of a casting, sintering or print manufacturing process.
  • FIG. 3C shows an embodiment of a structural assembly in the region of a row of blades with a running gap in the meridian view (xr), in which the secondary flow channel 1 is completely formed in the connecting member 24.
  • the connecting member 24 thus includes portions 241, 242 which adjoin the main flow path and form a portion of the main flow path boundary. In each case one of the openings 111, 112 of the secondary flow channel 1 is formed in the sections 241, 242.
  • the connecting member 22 is inserted into corresponding openings 213, 214 of the support member 21. Between the regions 241, 242 of the connection component 24, which form the respective openings 111, 112, a partial region 215 of the support component 21 runs in this case.
  • the constructive solutions with regard to FIGS. 3A . 3B . 3C are described, combined with each other.
  • the connecting component 24 of the FIG. 3C consists of three sub-areas, in other words, the connecting member 24 is formed by three connecting part components, wherein the middle sub-component according to the FIG. 3A for example, is designed as a flexible hose, while the other two sub-components which are mounted in the support member 21, can absorb structural forces.
  • the invention is not limited in its embodiment to the embodiments shown above, which are to be understood only as examples.
  • shape and configuration of the secondary flow channels and of the components that make them available can be realized in a different way than illustrated.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine, die aufweist: eine Hauptströmungspfadberandung (4), die einen Hauptströmungspfad einer Strömungsmaschine berandet, wobei in dem Hauptströmungspfad mindestens eine Reihe von Schaufeln (3) mit jeweils einem Schaufelende angeordnet ist, wobei ein Spalt (5) zwischen den Schaufelenden der mindestens einen Reihe von Schaufeln (3) und der Hauptströmungspfadberandung (4) besteht, und wobei die Schaufeln (3) einer Schaufelreihe und die Hauptströmungspfadberandung (4) eine rotierende Relativbewegung zueinander ausführen; und mindestens einen Sekundärströmungskanal (1), der an in Strömungsrichtung beabstandeten Enden jeweils eine Öffnung (111, 112) aufweist, die in der Hauptströmungspfadberandung (4) ausgebildet ist, so dass der Sekundärströmungskanal (1) mittels der beiden Öffnungen (111, 112) mit dem Hauptströmungspfad verbunden ist. Es ist vorgesehen, dass die Strukturbaugruppe mindestens zwei miteinander verbundene Bauteile aufweist, mindestens ein Stützbauteil (21) und mindestens ein Verbindungsbauteil (22, 23, 24), wobei das Stützbauteil (21) zumindest teilweise die Hauptströmungspfadberandung (4) bildet und wobei das Verbindungsbauteil (22, 23, 24) zumindest einen Teilabschnitt (11, 12, 13) des Sekundärströmungskanals (1) bildet oder umgibt.The invention relates to a structural assembly for a turbomachine, comprising: a main flow path boundary (4), which borders a main flow path of a turbomachine, wherein in the main flow path at least one row of blades (3) each having a blade end is arranged, wherein a gap (5) between the blade ends of the at least one row of blades (3) and the main flow path boundary (4), and wherein the blades (3) of a blade row and the Hauptströmungspfadberandung (4) perform a rotating relative movement to each other; and at least one secondary flow channel (1) each having an opening (111, 112) formed at the downstream ends formed in the main flow path boundary (4) so that the secondary flow channel (1) is opened by means of the two openings (111, 112). is connected to the main flow path. It is provided that the structural assembly comprises at least two interconnected components, at least one support member (21) and at least one connecting member (22, 23, 24), wherein the support member (21) at least partially the Hauptströmungspfadberandung (4) and wherein the connecting member (22, 23, 24) at least forms a portion (11, 12, 13) of the secondary flow channel (1) or surrounds.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a structural assembly for a turbomachine according to the preamble of patent claim 1.

Die aerodynamische Belastbarkeit und die Effizienz von Strömungsmaschinen, im Besonderen von Strömungsarbeitsmaschinen wie Bläsern, Verdichtern, Pumpen und Ventilatoren, wird durch das Wachstum und die Ablösung von Grenzschichten im Rotor-und Statorspitzenbereich nahe der Gehäuse- beziehungsweise Nabenwand begrenzt. Dies führt bei Schaufelreihen mit Laufspalt bei höherer Belastung zu hohen Sekundärverlusten und ggf. zum Auftreten von Betriebsinstabilitäten.The aerodynamic load capacity and efficiency of turbomachines, in particular of fluid flow machines such as fans, compressors, pumps and fans, is limited by the growth and separation of boundary layers in the rotor and stator tip areas near the housing or hub wall. In the case of blade rows with a running gap, this leads to high secondary losses and possibly to the occurrence of operational instabilities at higher loads.

Als Gegenmaßnahme ist es bekannt, sogenannte Casing Treatments einzusetzen. Die einfachste Form von Casing Treatments sind Umfangsnuten mit rechteckigem oder parallelogrammförmigem Querschnitt, wie beispielsweise in EP 0 754 864 A1 offenbart und in der Fig. 1a beispielhaft skizziert ist. Andere Lösungen sehen Reihen von Schlitze oder Öffnungen im Gehäuse vor, wobei die einzelnen Schlitze/Öffnungen im Wesentlichen in Strömungsrichtung orientiert sind und eine schlanke Form mit einer in Umfangsrichtung der Maschine betrachtet geringen Ausdehnung besitzen. Solche Lösungen sind beispielsweise in der DE 101 35 003 C1 offenbart und in der Fig. 1b beispielhaft skizziert.As a countermeasure, it is known to use so-called casing treatments. The simplest form of casing treatments are circumferential grooves of rectangular or parallelogram cross-section, such as in EP 0 754 864 A1 revealed and in the Fig. 1a outlined as an example. Other solutions provide for rows of slots or openings in the housing, the individual slots / openings being oriented substantially in the flow direction and having a slender shape with a small extension viewed in the circumferential direction of the machine. Such solutions are for example in the DE 101 35 003 C1 revealed and in the Fig. 1b outlined as an example.

Weitere Casing Treatments sind als Ring am gesamten Umfang im Bereich eines Rotors im Gehäuse vorgesehen, wobei oftmals Leitschaufeln zur Reduzierung des Strömungsdralls innerhalb des Casing Treatments vorgesehen sind; so beispielsweise in den Druckschriften EP 0 497 574 A1 , US 2005-0226717 A1 , US 6 585 479 B2 , US 2005-0226717 A1 und DE 103 30 084 A1 .Further casing treatments are provided as a ring on the entire circumference in the region of a rotor in the housing, with guide vanes often being provided to reduce the flow swirl within the casing treatment; such as in the publications EP 0 497 574 A1 . US 2005-0226717 A1 . US Pat. No. 6,585,479 B2 . US 2005-0226717 A1 and DE 103 30 084 A1 ,

Existierende Konzepte von Casing Treatments in Form von Schlitzen und/oder Kammern in der Ringkanalwand bieten eine Steigerung der Stabilität der Strömungsarbeitsmaschine. Die wird jedoch aufgrund der ungünstig gewählten Anordnung oder Formgebung nur bei Verlust an Wirkungsgrad erzielt. Bekannte Lösungen nehmen zudem einen großen Bauraum an der Peripherie des Ringkanals der Strömungsarbeitsmaschine ein, sie sind aufgrund ihrer Form (z. B. einfache parallelogrammförmige Umfangsgehäusenuten) nur bedingt wirksam und sie sind stets im Gehäuse im Bereich einer Rotorschaufelreihe vorgesehen. Casing Treatments nach dem Stand der Technik sind darauf ausgerichtet, dass sie mit Hilfe zumeist spanender Bearbeitung einfach von einer zugänglichen Seite in das Gehäuse eingebracht werden können.Existing concepts of casing treatments in the form of slots and / or chambers in the annular channel wall increase the stability of the fluid flow machine. However, this is achieved due to the unfavorably chosen arrangement or shaping only at loss of efficiency. Known solutions also take up a large space at the periphery of the annular channel of the fluid flow machine, they are due to their shape (eg simple parallelogram Umfangsgehäusenuten) only partially effective and they are always provided in the housing in the range of a rotor blade row. Casing treatments according to the prior art are designed so that they can be easily inserted from an accessible side into the housing with the aid of mostly machining.

Aus der DE 10 2008 037 154 A1 ist eine Strömungsarbeitsmaschine bekannt, die im Bereich der Schaufelvorderkante in einer Hauptströmungspfadberandung mindestens einen Sekundärströmungskanal ausbildet, der zwei an der Hauptströmungspfadberandung angeordnete Öffnungen miteinander verbindet. Jeder Sekundärströmungskanal verbindet dabei jeweils eine Entnahmeöffnung mit einer weiter stromauf vorgesehenen Zufuhröffnung. Durch die Bereitstellung solcher Sekundärströmungskanäle kann in wirkungsvoller Weise eine Grenzschichtbeeinflussung im Schaufelspitzenbereich erfolgen und dadurch eine Steigerung der Stabilität einer Strömungsarbeitsmaschine erreicht werden, ohne dass ein aufwändiges Casing Treatment am gesamten Gehäuseumfang im Bereich eines Rotors erforderlich ist. Jedoch können komplexe Sekundärströmungskanäle im Bereich des Gehäuses oder der Nabe nur durch besondere konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen realisiert werden.From the DE 10 2008 037 154 A1 a fluid flow machine is known, which forms at least one secondary flow channel in the area of the blade leading edge in a main flow path boundary, which connects two openings arranged on the main flow path boundary. Each secondary flow channel in each case connects a removal opening with a supply opening provided further upstream. By providing such secondary flow channels, boundary layer influencing in the blade tip region can be effected effectively and an increase in the stability of a fluid flow machine can be achieved without requiring an elaborate casing treatment on the entire circumference of the casing in the region of a rotor. However, complex secondary flow channels in the region of the housing or the hub can be realized only by special design and manufacturing measures.

Ausgehend von der DE 10 2008 037 154 A1 liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Strukturbaugruppe zur Verfügung zu stellen, die in effizienter Weise Sekundärströmungskanäle, auch solche komplexer Form, im Bereich einer Hauptströmungspfadberandung einer Strömungsmaschine (d.h. im Bereich des Gehäuses oder der Nabe) bereitstellen kann. Dabei soll eine räumlich kompakte und robuste strukturelle Bauweise bereitgestellt werden.Starting from the DE 10 2008 037 154 A1 It is an object of the present invention to provide a structural assembly which can efficiently provide secondary flow channels, even those of complex shape, in the region of a main flow path boundary of a turbomachine (ie in the region of the housing or the hub). Here, a spatially compact and robust structural design is to be provided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Strukturbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a structural assembly having the features of claim 1 and a turbomachine with the features of claim 15. Embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Strukturbaugruppe durch mindestens zwei miteinander verbundene Bauteile gebildet ist, nämlich mindestens ein Stützbauteil und mindestens ein Verbindungsbauteil, wobei das Stützbauteil zumindest teilweise die Hauptströmungspfadberandung bildet und wobei das Verbindungsbauteil zumindest einen Teilabschnitt des Sekundärströmungskanals bildet oder umgibt. Letzeres bedeutet, dass das Verbindungsbauteil für sich genommen (d.h. nicht zusammen mit weiteren Bauteilen) zumindestens einen Teilabschnitt des Sekundärströmungskanals bildet oder umgibt. Mit anderen Worten umgibt das Verbindungsbauteil zumindest einen Teilabschnitt des Sekundärströmungskanals derart vollständig, dass alle benetzten Oberflächen des Sekundärströmungskanals in diesem Teilabschnitt ungeteilt dem Verbindungsbauteil zugehören.Thereafter, the invention provides that the structural assembly is formed by at least two interconnected components, namely at least one support member and at least one connecting member, wherein the support member at least partially forms the main flow path boundary, and wherein the connecting member forms or surrounds at least a portion of the secondary flow passage. The latter means that the connection component per se (ie not together with other components) forms or surrounds at least a portion of the secondary flow channel. In other words, the connection component completely surrounds at least one subsection of the secondary flow channel such that all wetted surfaces of the secondary flow channel in this subsection are undividedly associated with the connection component.

Die Erfindung betrachtet somit einen Abschnitt des Hauptströmungspfades einer Strömungsmaschine, im Bereich einer Schaufelreihe mit freiem Ende und Laufspalt, in dem eine Reihe von in Umfangsrichtung verteilten Sekundärströmungskanälen vorgesehen ist. Der Verlauf der Sekundärströmungskanäle kann jeweils räumlich komplex sein. Erfindungsgemäß wird eine Strukturbaugruppe zur konstruktiven Realisierung der genannten Sekundärströmungskanäle bereitgestellt.The invention thus contemplates a portion of the main flowpath of a turbomachine, in the region of a free end and a nip row of blades, in which a series of circumferentially distributed secondary flow channels are provided. The course of the secondary flow channels can each be spatially complex. According to the invention, a structural assembly is provided for structurally implementing said secondary flow channels.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jeder Sekundärströmungskanal innerhalb einer Meridianansicht in drei Teilabschnitte unterteilt ist: einen hinteren Teilabschnitt, der mit einer Öffnung in den Hauptströmungspfad mündet, einen vorderen Teilabschnitt, der mit einer Öffnung in den Hauptströmungspfad mündet, und einen mittleren Teilabschnitt, der die beiden anderen Teilabschnitte miteinander verbindet. Weiter kann vorgesehen sein, dass das Verbindungsbauteil mit dem Stützbauteil im Wesentlichen auf dessen dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite verbunden ist.An embodiment of the invention provides that each secondary flow channel is subdivided into three subsections within a meridian view: a rear section which opens into the main flow path with an opening, a front section which opens into the main flow path with an opening, and a central section, which connects the other two sections together. It can further be provided that the connection component is connected to the support component substantially on its side facing away from the main flow path.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine der Öffnungen des Sekundärströmungskanals im Stützbauteil oder einem mit dem Stützbauteil verbundenen Adapter (bei dem es sich beispielsweise um einen in das Stützbauteil eingesetzten Adapter handelt, der die Öffnung und einen sich daran anschließenden Abschnitt des Sekundärströmungskanals bildet) ausgebildet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Sekundärströmungskanal in mindestens einem Teilabschnitt im Stützbauteil und in mindestens einem Teilabschnitt im Verbindungsbauteil realisiert ist.According to one embodiment of the invention, at least one of the openings of the secondary flow channel in the support member or an adapter connected to the support member (which is, for example, an adapter inserted into the support member which forms the opening and an adjoining portion of the secondary flow channel) is formed , In particular, it can be provided that the secondary flow channel is realized in at least one subsection in the support component and in at least one subsection in the connection component.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine der Öffnungen des Sekundärströmungskanals im Verbindungsbauteil ausgebildet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass beide Öffnungen des Sekundärströmungskanals im Verbindungsbauteil ausgebildet sind, so dass der Sekundärströmungskanal vollständig im Verbindungsbauteil ausgebildet ist.According to a further embodiment of the invention, at least one of the openings of the secondary flow channel is formed in the connecting member. It can be provided that both openings of the secondary flow channel in Connection member are formed, so that the secondary flow channel is formed completely in the connecting member.

Das Stützbauteil kann in Ausführungsvarianten der Erfindung als Ringgehäuse einer Strömungsmaschine, als Halbschalengehäuse einer Strömungsmaschine, ringartig an der Nabe einer Strömungsmaschine, oder halbringartig an der Nabe einer Strömungsmaschine ausgebildet sein.The support member may be formed in embodiments of the invention as an annular housing of a turbomachine, as a half shell housing a turbomachine, an annular manner on the hub of a turbomachine, or semi-annular manner on the hub of a turbomachine.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Sekundärströmungskanal als einpfadiger Kanal ausgeführt, mit einer ersten Öffnung, durch die Fluid in den Sekundärströmungskanal einströmt, und mit einer zweiten Öffnung, durch die Fluid den Sekundärströmungskanal verlässt.According to one embodiment of the invention, the secondary flow channel is designed as a single-path channel, with a first opening, through which fluid flows into the secondary flow channel, and with a second opening, through which the fluid leaves the secondary flow channel.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens einer der in den Hauptströmungspfad mündenden Teilabschnitte des Sekundärströmungskanals direkt im Stützbauteil ausgebildet ist, beispielsweise beide in den Hauptströmungspfad mündenden Teilabschnitte des Sekundärströmungskanals direkt im Stützbauteil vorgesehen sind. In letzterem Fall ist nur ein mittlerer Abschnitt des Sekundärströmungskanals im Verbindungsbauteil ausgebildet.In a further embodiment, it is provided that at least one of the sections of the secondary flow channel opening into the main flow path is formed directly in the support component, for example, both sections of the secondary flow channel opening into the main flow path are provided directly in the support component. In the latter case, only a central portion of the secondary flow channel is formed in the connecting member.

Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens einer der in den Hauptströmungspfad mündenden Teilabschnitte des Sekundärströmungskanals mit Hilfe eines spanenden Verfahrens, eines elektro-chemischen Verfahrens oder eines Laserverfahrens direkt in das Stützbauteil eingebracht ist.It may be provided that at least one of the sections of the secondary flow channel which opens into the main flow path is introduced directly into the support component by means of a cutting process, an electrochemical process or a laser process.

Eine weitere Erfindungsvariante sieht vor, dass wenigstens einer der in den Hauptströmungspfad mündenden Teilabschnitte eines Sekundärströmungskanals wenigstens teilweise als Zylinder mit elliptischem oder kreisrundem Querschnitt im Stützbauteil ausgeführt ist.A further variant of the invention provides that at least one of the sections of a secondary flow channel which opens into the main flow path is at least partially designed as a cylinder with an elliptical or circular cross section in the support component.

Zur Ausbildung wenigstens eines Kanalteilabschnitts des Sekundärströmungskanals kann vorgesehen sein, an der dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite des Stützbauteils wenigstens einen Stutzen und/oder einen Steg auszubilden. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass wenigstens ein Sekundärströmungskanalteilabschnitt durch einen Steg oder einen Stutzen des Stützbauteils verläuft, wobei weiter vorgesehen sein kann, dass der wenigstens eine Steg oder Stutzen an mindestens einem separaten Adapter ausgebildet ist, wobei der Adapter vom Stützbauteil aufgenommen ist, beispielsweise in dieses eingesetzt ist. Diese Ausführungsvariante ist mit dem Vorteil verbunden, dass ggf. komplexe Strukturen zur Realisierung eines Sekundärströmungskanalteilabschnitts nicht im Stützbauteil selbst ausgebildet werden müssen, sondern in einem oder mehreren entsprechenden Adaptern, die in das Stützbauteil eingesetzt werden, ausgebildet werden können.In order to form at least one channel section of the secondary flow channel, it may be provided to form at least one connecting piece and / or a web on the side of the support component facing away from the main flow path. In this case, it can be provided, for example, that at least one secondary flow channel section extends through a web or a socket of the support component, wherein it can further be provided that the at least one web or socket is formed on at least one separate adapter, wherein the Adapter is received by the support member, for example, is inserted into this. This embodiment is associated with the advantage that possibly complex structures for the realization of a Sekundärströmungskanalteilabschnitts not in the support member itself must be formed, but in one or more corresponding adapters, which are used in the support member can be formed.

Eine weitere Erfindungsvariante sieht vor, dass das Verbindungsbauteil einen Teilabschnitt des Sekundärströmungskanals umgibt und wenigstens an einen direkt in das Stützbauteil eingebrachten Sekundärströmungskanalteilabschnitt anschließt. Ein Anschluss des Verbindungsbauteils an das Stützbauteil erfolgt beispielsweise durch eine Passung, eine Steckung, eine Klemmung, eine Verschraubung, eine Schweißung oder eine Lötung.A further variant of the invention provides that the connecting component surrounds a section of the secondary flow channel and connects at least to a secondary flow channel section introduced directly into the support component. A connection of the connecting component to the support member, for example, by a fit, a plug, a clamp, a screw, a weld or a soldering.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung schließt sich das Verbindungsbauteil sowohl an einen ersten direkt in das Stützbauteil eingebrachten Teilabschnitt als auch an einen zweiten direkt in das Stützbauteil eingebrachten Teilabschnitt an, wobei das Verbindungsbauteil einen dritten Teilabschnitt des Sekundärströmungskanals bildet oder umschließt und die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Teilabschnitten bildet.According to one embodiment of the invention, the connecting member connects both to a first directly introduced into the support member portion and a second directly introduced into the support member portion, wherein the connecting member forms or encloses a third portion of the secondary flow channel and the connection between the first and second subsections forms.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Verbindungsbauteil wenigstens im Bereich eines Endes eines Sekundärströmungskanals in Öffnungen im Stützbauteil eingesetzt ist und auf diese Weise direkt an den Hauptströmungspfad grenzt. Dabei kann vorgesehen sein, dass sämtliche Abschnitte des Sekundärströmungskanals im Verbindungsbauteil ausgebildet sind.A further embodiment provides that the connecting component is inserted at least in the region of one end of a secondary flow channel in openings in the support member and in this way directly adjacent to the main flow path. It can be provided that all sections of the secondary flow channel are formed in the connecting member.

Es kann vorgesehen sein, dass das Verbindungsbauteil als Ringsektor ausgebildet ist und mindestens zwei Sekundärströmungskanäle beherbergt. Dabei ist das das Verbindungsbauteil beispielsweise als Halbring oder als Vollring ausgebildet.It can be provided that the connecting component is designed as a ring sector and accommodates at least two secondary flow channels. In this case, this is the connecting component, for example, formed as a half ring or as a solid ring.

Gemäß eines weiteren Ausgestaltung ist ein Anschluss des Verbindungsbauteils an das Stützbauteil durch eine Passung, eine Steckung, eine Klemmung, eine Verschraubung, eine Schweißung oder eine Lötung realisiert.According to a further embodiment, a connection of the connecting member to the support member by a fit, a plug, a clamp, a screw, a weld or a soldering is realized.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungsbauteil nicht einteilig ausgeführt, sondern besteht es aus mehreren Teilbauteilen, die miteinander verbunden sind. Hierdurch kann eine zusätzliche Flexibilität bei der Herstellung und Montage des Verbindungsbauteils bereitgestellt werden.According to a further embodiment of the invention, the connecting component is not executed in one piece, but consists of several sub-components, which together are connected. This can provide additional flexibility in the manufacture and assembly of the connection component.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Strukturbaugruppen für Strömungsmaschinen wie Turbinen, und im besonderen Strömungsarbeitsmaschinen wie Bläser, Verdichter, Pumpen und Ventilatoren, sowohl in axialer, halbaxialer als auch in radialer Bauart. Das Arbeitsmedium oder Fluid kann gasförmig oder flüssig sein. Die Strömungsmaschine kann eine oder mehrere Stufen mit jeweils einem Rotor und einem Stator umfassen. In Einzelfällen wird die Stufe lediglich durch einen Rotor gebildet.The present invention relates generally to structural assemblies for turbomachinery such as turbines, and more particularly to fluid flow machines such as fans, compressors, pumps and fans, in both axial, semi-axial and radial designs. The working medium or fluid may be gaseous or liquid. The turbomachine may include one or more stages each having a rotor and a stator. In some cases, the stage is formed only by a rotor.

Der Rotor einer Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, besteht aus einer Anzahl von Schaufeln, die mit der rotierenden Welle der Strömungsmaschine verbunden sind und im Fall der Strömungsarbeitsmaschine Energie an das Arbeitsmedium abgeben. Der Rotor kann mit oder ohne Deckband am äußeren Schaufelende ausgeführt sein.The rotor of a turbomachine, in which a structural assembly according to the invention is used, consists of a number of blades, which are connected to the rotating shaft of the turbomachine and deliver energy to the working fluid in the case of the fluid flow machine. The rotor can be designed with or without shroud on the outer blade end.

Der Stator einer Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, besteht aus einer Anzahl feststehender Schaufeln, die nabenseitig wie gehäuseseitig mit festem oder freiem Schaufelende ausgeführt sein können.The stator of a turbomachine, in which a structural assembly according to the invention is used, consists of a number of stationary blades, which can be designed on the hub side as the housing side with a fixed or free blade end.

Die Rotortrommel und die Beschaufelung sind üblicherweise von einem Gehäuse umgeben. In anderen Fällen, z. B. bei Propellern oder Schiffsschrauben, existiert kein Gehäuse.The rotor drum and the blading are usually surrounded by a housing. In other cases, z. As in propellers or propellers, no housing exists.

Eine Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, kann auch einen Stator vor dem ersten Rotor, ein sogenanntes Vorleitrad, aufweisen. Mindestens ein Stator oder Vorleitrad kann - abweichend von einer unbeweglichen Fixierung - drehbar gelagert sein, um den Anstellwinkel verändern zu können. Eine Verstellung erfolgt beispielsweise durch eine von außerhalb des Ringkanals zugängliche Spindel.A turbomachine, in which a structural assembly according to the invention is used, can also have a stator in front of the first rotor, a so-called leading wheel. At least one stator or Vorleitrad - may be rotatably mounted - deviating from an immovable fixation - to change the angle of attack can. An adjustment is made for example by a spindle accessible from outside the annular channel.

In einer Ausgestaltung kann eine Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, mindestens eine Reihe verstellbarer Rotoren aufweisen.In one embodiment, a turbomachine, in which a structural assembly according to the invention is used, have at least one row of adjustable rotors.

In einer Ausgestaltung kann eine Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, bei Mehrstufigkeit zwei gegenläufige Wellen besitzen, so daß die Rotorschaufelreihen von Stufe zu Stufe die Drehrichtung wechseln. Hierbei existieren keine Statoren zwischen aufeinander folgenden Rotoren.In one embodiment, a turbomachine, in which a structural assembly according to the invention is used, have two counterrotating shafts in multiple stages, so that the rotor blade rows change the direction of rotation from stage to stage. There are no stators between successive rotors.

In einer Ausgestaltung kann eine Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, eine Nebenstromkonfiguration derart aufweisen, daß sich ein einstromiger Ringkanal hinter einer bestimmten Schaufelreihe in zwei konzentrische Ringkanäle aufteilt, die ihrerseits mindestens jeweils eine weitere Schaufelreihe beherbergen.In one embodiment, a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, have a bypass configuration such that a single-flow annular channel behind a certain row of blades divides into two concentric annular channels, which in turn accommodate at least one more row of blades.

Bei der Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, handelt es sich beispielsweise um ein Strahltriebwerk, insbesondere ein Turbofan-Triebwerk. Die Strukturbaugruppe ist beispielsweise im Bereich eines Verdichters eines Strahltriebwerks bzw. Turbofan-Triebwerk ausgebildet.In the turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, it is, for example, a jet engine, in particular a turbofan engine. The structural assembly is formed, for example, in the region of a compressor of a jet engine or turbofan engine.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Strömungsarbeitsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Strukturbaugruppe.The invention further relates to a fluid flow machine with a structural assembly according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A
ein Casing Treatment eines Rotorgehäuses in Form von Ringnuten gemäß dem Stand der Technik in zwei Ansichten;
Fig. 1B
ein Casing Treatment eines Rotorgehäuses in Form von Schlitzen gemäß dem Stand der Technik in zwei Ansichten;
Fig. 2A
ein Ausführungsbeispiel eines Rotorgehäuses einer Strömungsmaschine mit einem Sekundärströmungskanal in einem Meridianschnitt;
Fig. 2B
ein Ausführungsbeispiel eines Rotorgehäuses einer Strömungsmaschine mit einem Sekundärströmungskanal in räumlicher Ansicht;
Fig. 3A
ein erstes Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine, die einen Sekundärströmungskanal ausbildet;
Fig. 3B
ein zweites Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine, die einen Sekundärströmungskanal ausbildet; und
Fig. 3C
ein drittes Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine, die einen Sekundärströmungskanal ausbildet.
The invention will be explained in more detail with reference to the figures of the drawing with reference to several embodiments. Show it:
Fig. 1A
a casing treatment of a rotor housing in the form of annular grooves according to the prior art in two views;
Fig. 1B
a casing treatment of a rotor housing in the form of slots according to the prior art in two views;
Fig. 2A
an embodiment of a rotor housing of a turbomachine with a secondary flow channel in a meridian section;
Fig. 2B
an embodiment of a rotor housing of a turbomachine with a secondary flow channel in a three-dimensional view;
Fig. 3A
a first embodiment of a structural assembly for a turbomachine, which forms a secondary flow channel;
Fig. 3B
a second embodiment of a structural assembly for a turbomachine, which forms a secondary flow channel; and
Fig. 3C
A third embodiment of a structural assembly for a turbomachine, which forms a secondary flow channel.

Verschiedene Casing Treatments eines Rotorgehäuses gemäß dem Stand der Technik waren eingangs anhand der Figuren 1A und 1B beschrieben worden.Various casing treatments of a rotor housing according to the prior art were initially based on the Figures 1A and 1B been described.

Die Fig. 2A zeigt eine Anordnung einer Schaufelreihe 3 mit freiem Ende und Laufspalt 5 in der durch die Axialrichtung x und die Radialrichtung r gebildeten Meridianebene. Der Laufspalt 5 trennt die Schaufelspitze von einem zum Hauptströmungspfad gehörenden Bauteil 2 an der Nabe oder dem Gehäuse der Strömungsarbeitsmaschine. Das Bauteil 2 bildet dabei zum Hauptströmungspfad hin eine Hauptströmungspfadberandung 4 aus.The Fig. 2A shows an arrangement of a blade row 3 with free end and running gap 5 in the meridian plane formed by the axial direction x and the radial direction r. The nip 5 separates the blade tip from a component 2 belonging to the main flow path at the hub or housing of the fluid flow machine. In this case, the component 2 forms a main flow path boundary 4 toward the main flow path.

Zwischen der Schaufelspitze und dem zum Hauptströmungspfad gehörenden Bauteil 2 liegt eine rotierende Relativbewegung vor. Die Darstellung gilt somit gleichermaßen für folgende Anordnungen: 1.) rotierende Schaufel an stehendem Gehäuse; 2.) ruhende Schaufel an rotierender Nabe; 3.) ruhende Schaufel an rotierendem Gehäuse; und 4.) rotierende Schaufel an stehender Nabe.There is a rotating relative movement between the blade tip and the component 2 belonging to the main flow path. The illustration thus applies equally to the following arrangements: 1.) rotating blade on stationary housing; 2.) stationary blade on rotating hub; 3.) stationary blade on rotating housing; and 4.) rotating blade on standing hub.

Die Hauptströmungsrichtung im Hauptströmungspfad ist mit einem Pfeil A gekennzeichnet. Stromauf und/oder stromab der Schaufelreihe 3 mit Laufspalt können sich weitere Schaufelreihen befinden. Innerhalb des zum Hauptströmungspfad gehörenden Bauteils 2 ist im Bereich des Laufspaltes 5 eine Reihe von am Umfang verteilten Sekundärströmungskanälen 1 vorgesehen, die an ihren Enden jeweils eine Öffnung ausbilden (Zuführöffnung und Entnahmeöffnung).The main flow direction in the main flow path is indicated by an arrow A. Upstream and / or downstream of the row of blades 3 with running gap, further rows of blades may be located. Within the component 2 belonging to the main flow path, a number of secondary flow channels 1 distributed on the circumference are provided in the region of the running gap 5, each of which forms an opening at its ends (feed opening and removal opening).

Die Öffnungen der Sekundärströmungskanäle befinden sich an der Hauptströmungspfadberandung 4. Die Fig. 2A zeigt den Umriss beziehungsweise die Projektion eines einzelnen Sekundärströmungskanals 1 in der Meridianebene (x-r). In räumlicher Betrachtung besitzt jeder Kanal 1 einen dreidimensionalen räumlich verwundenen Verlauf, der in der Fig. 2B beispielhaft dargestellt ist.The openings of the secondary flow channels are located at the main flow path boundary 4. Die Fig. 2A shows the outline or the projection of a single secondary flow channel 1 in the meridian plane (xr). In spatial terms, each channel 1 has a three-dimensional spatially twisted course, which in the Fig. 2B is shown by way of example.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Querschnittsform der Sekundärströmungskanäle 1 in der Fig. 2B lediglich beispielhaft als rechteckig angegeben ist. Beispielsweise kann der Querschnitt der Sekundärströmungskanäle 1 in anderen Ausführungsvarianten ohne Ecken, insbesondere kreisförmig oder elliptisch ausgebildet sein.It should be noted that the cross-sectional shape of the secondary flow channels 1 in the Fig. 2B merely exemplified as rectangular. For example, the cross section of the secondary flow channels 1 may be formed in other embodiments without corners, in particular circular or elliptical.

Die Figur 3A zeigt eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe im Bereich einer Schaufelreihe mit Laufspalt in der Meridianansicht (x-r). Die Hauptströmungsrichtung ist mit einem Pfeil A gekennzeichnet. Die Schaufelreihe ist zu Gunsten einer einfacheren Darstellung nicht mehr gezeigt.The FIG. 3A shows a structural assembly according to the invention in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr). The main flow direction is indicated by an arrow A. The blade row is no longer shown in favor of a simpler representation.

In der Strukturbaugruppe ist mindestens ein Sekundärströmungskanal 1 ausgebildet, der zwei Öffnungen 111, 112 in der Hauptströmungspfadberandung aufweist und über diese mit dem Hauptströmungspfad verbunden ist. Dabei wird darauf hingewiesen, dass in dem Ausführungsbeispiel der Figur 3A der Sekundärströmungskanal 1 als einpfadiger Pfad ausgeführt ist mit einer Öffnung, durch die Fluid aus dem Hauptströmungskanal in den Sekundärströmungskanal einströmt und einer zweiten Öffnung, durch die Fluid den Sekundärströmungskanal verlässt. Durch welche der Öffnungen 111, 112 Fluid einströmt und durch welche der Öffnungen 111, 112 Fluid ausströmt, hängt dabei von der genauen Positionierung der Öffnungen 111, 112 im Hinblick auf die Schaufeln der Schaufelreihe 3 (vgl. Fig. 2B) ab.In the structural assembly at least one secondary flow channel 1 is formed, which has two openings 111, 112 in the main flow path boundary and is connected via this to the main flow path. It should be noted that in the embodiment of FIG. 3A the secondary flow channel 1 is designed as a single-path path with an opening through which fluid flows from the main flow channel into the secondary flow channel and a second opening, through which the fluid leaves the secondary flow channel. Through which of the openings 111, 112 flows fluid and through which the openings 111, 112 fluid flows, depends on the exact positioning of the openings 111, 112 with respect to the blades of the blade row 3 (see. Fig. 2B ).

In alternativen Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass mindestens einer der Sekundärströmungskanäle durch eine Anordnung gebildet ist, bei der sich ein Einzelkanal entlang seines Verlaufes in wenigstens zwei Teilkanäle aufteilt und dadurch eine Art "Hosenkonfiguration" bildet. Für diesen Fall sind eine Einströmöffnung und mehrere Ausströmöffnungen vorgesehen, die zu dem Sekundärströmungskanal gehören. Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass mindestens einer der Sekundärströmungskanäle durch eine Anordnung gebildet ist, bei der wenigstens zwei Kanäle zu einem Kanal zusammengeführt werden, wobei dann mehrere Einströmöffnungen und eine Ausströmöffnung zu dem Sekundärströmungskanal gehören.In alternative embodiments, it can be provided that at least one of the secondary flow channels is formed by an arrangement in which a single channel is divided along its course into at least two subchannels, thereby forming a kind of "trouser configuration". In this case, an inflow port and a plurality of outflow ports are included, which belong to the secondary flow passage. According to a further alternative embodiment, provision can be made for at least one of the secondary flow channels to be formed by an arrangement in which at least two channels are combined to form a channel, in which case several inlet openings and one outlet opening belong to the secondary flow channel.

Gemäß der Figur 3A ist der Sekundärströmungskanal 1 durch zwei miteinander verbundene Bauteile realisiert, ein Stützbauteil 21 und ein Verbindungsbauteil 22. Das Stützbauteil 21 kann zum außen liegenden Gehäuse oder zur innen liegenden Nabe der Strömungsmaschine gehören und bildet mit einem Teil seiner Flächen die Hauptströmungspfadberandung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel stellt das Stützbauteil 21 einen Teil des außen liegenden Gehäuses der Strömungsmaschine dar. Grundsätzlich kann das Stützbauteil 21 insbesondere Bestandteil der Strömungsmaschinenkonstruktion in folgenden Bereichen sein:

  • Bestandteil eines ein- oder mehrschaligen Gehäuses von Schaufelreihen oder Stufen mit fester Schaufelgeometrie;
  • Bestandteil eines ein- oder mehrschaligen Gehäuses von Schaufelreihen oder Stufen mit verstellbarer Schaufelgeometrie;
  • Bestandteil von Rotortrommeln, Rotorscheiben oder Blisk-Modulen;
  • Bestandteil von Innendeckbandbaugruppen im Nabenbereich von Leitradschaufeln.
According to the FIG. 3A the secondary flow channel 1 is realized by two interconnected components, a support member 21 and a connecting member 22. The support member 21 may belong to the outer housing or the inner hub of the turbomachine and forms with a part of its surfaces the Hauptströmungspfadberandung. In the illustrated embodiment, the support member 21 is a part of the outer casing of the turbomachine. Basically, the support member 21 may be in particular part of the flow machine design in the following areas:
  • Component of a single or multi-shell housing of blade rows or steps with fixed blade geometry;
  • Component of a single or multi-shell housing of blade rows or stages with adjustable blade geometry;
  • Component of rotor drums, rotor disks or blisk modules;
  • Component of inner shroud assemblies in the hub area of stator vanes.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 3A ist das Stützbauteil als Ringgehäuse einer Strömungsmaschine oder als Halbschalengehäuse einer Strömungsmaschine ausgebildet. Bei einer entsprechenden Anordnung im Nabenbereich ist es beispielsweise ringartig an der Nabe einer Strömungsmaschine oder halbringartig an der Nabe einer Strömungsmaschine ausgebildet.In the embodiment of FIG. 3A the support member is designed as a ring housing of a turbomachine or as a half shell housing a turbomachine. With a corresponding arrangement in the hub region, it is, for example, annularly formed on the hub of a turbomachine or semi-annular on the hub of a turbomachine.

Das Stützbauteil 21 der Figur 3A bildet an der dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite einen Stutzen 211 und in Strömungsrichtung dazu beabstandet einen Steg 212 aus, in denen jeweils Teilbereiche 12, 13 des Sekundärströmungskanals 1 ausgebildet sind und die angrenzend an den Hauptströmungspfad jeweils eine der Öffnungen 111, 112 des Sekundärströmungskanals 1 ausbilden.The support member 21 of FIG. 3A forms on the side facing away from the main flow path side a nozzle 211 and spaced therefrom in the flow direction of a web 212 in which respective portions 12, 13 of the secondary flow channel 1 are formed and adjacent to the main flow path in each case one of the openings 111, 112 of the secondary flow channel 1 form.

Das Verbindungsbauteil 22 verbindet die beiden Bereiche 211, 212 des Stützbauteils, so dass der Sekundärströmungskanal 1 im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Teilabschnitte umfasst, einen hinteren Teilabschnitt 13, der im Steg 212 des Stützbauteils 21 ausgebildet ist, einen mittleren Teilabschnitt 11, der im Verbindungsbauteil 22 ausgebildet ist und einen vorderen Teilabschnitt 12, der im Stutzen 211 des Stützbauteils 21 ausgebildet ist, wobei der hintere und der vordere Teilabschnitt 13, 12 jeweils in einer Öffnung 112, 111 zum Hauptströmungspfad münden.The connecting component 22 connects the two areas 211, 212 of the support component, so that the secondary flow channel 1 in the illustrated embodiment comprises three sections, a rear section 13, which is formed in the web 212 of the support member 21, a central portion 11 formed in the connecting member 22 is and a front portion 12 which is formed in the neck 211 of the support member 21, wherein the rear and the front portion 13, 12 respectively open in an opening 112, 111 to the main flow path.

Dabei ist vorgesehen, dass das Verbindungsbauteil 22, das den mittleren Teilabschnitt 11 des Sekundärströmungskanals 1 bildet, durch einen Schlauch oder durch eine Rohrleitung gebildet ist, die an ihren Enden an einer entsprechenden Fläche des Stutzens 212 bzw. des Stegs 211 des Stützbauteils verbunden ist, beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Flanschverbindung. Allgemein kann vorgesehen sein, dass der Anschluss des Verbindungsbauteils 22 an das Stützbauteil 21 durch eine Passung, eine Steckung, eine Klemmung, eine Verschraubung, eine Schweißung oder eine Lötung realisiert wird.It is provided that the connecting member 22, which forms the central portion 11 of the secondary flow channel 1, is formed by a hose or by a pipe which is connected at their ends to a corresponding surface of the nozzle 212 and the web 211 of the support member, for example by means of a flange connection, not shown. In general, it may be provided that the connection of the connection component 22 to the support component 21 is realized by a fit, a connection, a clamping, a screw connection, a weld or a soldering.

Die Figur 3A zeigt somit ein Ausführungsbeispiel, bei der eine Strukturbaugruppe ein Stützbauteil 21 und ein Verbindungsbauteil 22 umfasst, wobei die Öffnungen des Sekundärströmungskanals 1 im Stützbauteil 11 ausgebildet sind und das Verbindungsbauteil 22 einen mittleren Teilabschnitt des Sekundärströmungskanals 1 ausbildet bzw. umgibt. Das Verbindungsbauteil 22 ist dabei als Leitung frei im Raum angeordnet.The FIG. 3A 1 shows an exemplary embodiment in which a structural assembly comprises a support component 21 and a connection component 22, wherein the openings of the secondary flow channel 1 are formed in the support component 11 and the connection component 22 forms a central subsection of the secondary flow channel 1 forms or surrounds. The connecting member 22 is arranged as a line freely in space.

Die Figur 3B zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe im Bereich einer Schaufelreihe mit Laufspalt in der Meridianansicht (x-r), das sich dadurch vom Ausführungsbeispiel der Figur 3A unterscheidet, dass ein Verbindungsbauteil 23 nicht als frei im Raum angeordnete Leitung ausgebildet ist, sondern stattdessen als Ringsektor. Dabei ist das Verbindungsbauteil 23 beispielsweise als Halbring oder als ganzer Vollring ausgebildet. Das Verbindungsbauteil 23 stellt somit eine Art Gehäuseschale dar, in der ein oder mehrere Kanäle 11 ausgebildet sind, die jeweils einen mittleren Teilabschnitt eines Sekundärströmungskanals 1 bilden.The FIG. 3B shows an embodiment of a structural assembly in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr), which is characterized by the embodiment of the FIG. 3A distinguishes that a connecting member 23 is not formed as a freely arranged in space line, but instead as a ring sector. In this case, the connection component 23 is designed, for example, as a half ring or as a complete solid ring. The connecting component 23 thus constitutes a type of housing shell in which one or more channels 11 are formed, each of which forms a central section of a secondary flow channel 1.

Dabei kann vorgesehen sein, dass aufgrund der möglichen Komplexität der Sekundärströmungskanäle 1 das Verbindungsbauteil 23 mit Hilfe eines Gieß-, Sinter- oder Print-Fertigungsverfahrens hergestellt ist.It can be provided that due to the possible complexity of the secondary flow channels 1, the connecting component 23 is produced by means of a casting, sintering or print manufacturing process.

Die Figur 3C zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe im Bereich einer Schaufelreihe mit Laufspalt in der Meridianansicht (x-r), bei der der Sekundärströmungskanal 1 vollständig im Verbindungsbauteil 24 ausgebildet ist. Das Verbindungsbauteil 24 umfasst somit Bereiche 241, 242, die an den Hauptströmungspfad grenzen und einen Teilabschnitt der Hauptströmungspfadberandung bilden. In den Abschnitten 241, 242 ist dabei jeweils eine der Öffnungen 111, 112 des Sekundärströmungskanals 1 ausgebildet.The FIG. 3C shows an embodiment of a structural assembly in the region of a row of blades with a running gap in the meridian view (xr), in which the secondary flow channel 1 is completely formed in the connecting member 24. The connecting member 24 thus includes portions 241, 242 which adjoin the main flow path and form a portion of the main flow path boundary. In each case one of the openings 111, 112 of the secondary flow channel 1 is formed in the sections 241, 242.

Das Verbindungsbauteil 22 ist in entsprechende Öffnungen 213, 214 des Stützbauteils 21 eingesetzt. Zwischen den Bereichen 241, 242 des Verbindungsbauteils 24, die die jeweiligen Öffnungen 111, 112 ausbilden, verläuft dabei ein Teilbereich 215 des Stützbauteils 21.The connecting member 22 is inserted into corresponding openings 213, 214 of the support member 21. Between the regions 241, 242 of the connection component 24, which form the respective openings 111, 112, a partial region 215 of the support component 21 runs in this case.

In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung können die konstruktiven Lösungen, die im Hinblick auf die Figuren 3A, 3B, 3C beschrieben sind, miteinander kombiniert werden. Beispielsweise sieht eine weitere Erfindungsvariante vor, dass das Verbindungsbauteil 24 der Figur 3C aus drei Teilbereichen besteht, mit anderen Worten das Verbindungsbauteil 24 durch drei Verbindungsteilbauteile gebildet ist, wobei das mittlere Teilbauteil entsprechend der Figur 3A beispielsweise als flexibler Schlauch ausgebildet ist, während die beiden anderen Teilbauteile, die im Stützbauteil 21 gelagert sind, strukturelle Kräfte aufnehmen können.In further embodiments of the invention, the constructive solutions, with regard to FIGS. 3A . 3B . 3C are described, combined with each other. For example, a further variant of the invention provides that the connecting component 24 of the FIG. 3C consists of three sub-areas, in other words, the connecting member 24 is formed by three connecting part components, wherein the middle sub-component according to the FIG. 3A for example, is designed as a flexible hose, while the other two sub-components which are mounted in the support member 21, can absorb structural forces.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiele, die lediglich beispielhaft zu verstehen sind. Beispielsweise können Form und Ausgestaltung der Sekundärströmungskanäle sowie der diese bereitstellenden Bauteile (Stützbauteil und Verbindungsbauteil) in anderer Weise als dargestellt realisiert sein.The invention is not limited in its embodiment to the embodiments shown above, which are to be understood only as examples. For example, the shape and configuration of the secondary flow channels and of the components that make them available (support component and connection component) can be realized in a different way than illustrated.

Claims (15)

Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine, die aufweist: - eine Hauptströmungspfadberandung (4), die einen Hauptströmungspfad einer Strömungsmaschine berandet, wobei in dem Hauptströmungspfad mindestens eine Reihe von Schaufeln (3) mit jeweils einem Schaufelende angeordnet ist, wobei ein Spalt (5) zwischen den Schaufelenden der mindestens einen Reihe von Schaufeln (3) und der Hauptströmungspfadberandung (4) besteht, und wobei die Schaufeln (3) einer Schaufelreihe und die Hauptströmungspfadberandung (4) eine rotierende Relativbewegung zueinander ausführen; und - mindestens einen Sekundärströmungskanal (1), der an in Strömungsrichtung beabstandeten Enden jeweils eine Öffnung (111, 112) aufweist, die in der Hauptströmungspfadberandung (4) ausgebildet ist, so dass der Sekundärströmungskanal (1) mittels der beiden Öffnungen (111, 112) mit dem Hauptströmungspfad verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Strukturbaugruppe mindestens zwei miteinander verbundene Bauteile aufweist, mindestens ein Stützbauteil (21) und mindestens ein Verbindungsbauteil (22, 23, 24), wobei das Stützbauteil (21) zumindest teilweise die Hauptströmungspfadberandung (4) bildet und wobei das Verbindungsbauteil (22, 23, 24) zumindest einen Teilabschnitt (11, 12, 13) des Sekundärströmungskanals (1) bildet oder umgibt.Structural assembly for a turbomachine, comprising: a main flow path boundary (4) which borders a main flow path of a turbomachine, wherein in the main flow path at least one row of blades (3) each having a blade end is arranged, wherein a gap (5) between the blade ends of the at least one row of blades (3 ) and the main flow path boundary (4), and wherein the blades (3) of a blade row and the main flow path boundary (4) perform a rotating relative movement to each other; and at least one secondary flow channel (1) each having an opening (111, 112) at flow-spaced ends formed in the main flow path boundary (4) such that the secondary flow channel (1) is opened by means of the two openings (111, 112) connected to the main flow path, characterized,
in that the structural assembly has at least two interconnected components, at least one support component (21) and at least one connection component (22, 23, 24), wherein the support component (21) at least partially forms the main flow path boundary (4) and wherein the connection component (22, 23 , 24) forms or surrounds at least a partial section (11, 12, 13) of the secondary flow channel (1). Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sekundärströmungskanal (1) innerhalb einer Meridianansicht (x-r) in drei Teilabschnitte unterteilt ist: einen hinteren Teilabschnitt (13), der mit einer Öffnung (112) in den Hauptströmungspfad mündet, einen vorderen Teilabschnitt (12), der mit einer Öffnung (111) in den Hauptströmungspfad mündet, und einen mittleren Teilabschnitt (11), der die beiden anderen Teilabschnitte (12, 13) miteinander verbindet.An assembly according to claim 1, characterized in that each secondary flow channel (1) is subdivided into three sections within a meridian view (xr): a rear section (13) which opens into the main flow path with an opening (112), a front section (12 ), which opens into the main flow path with an opening (111), and a middle section (11), which connects the other two sections (12, 13) with each other. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Öffnungen (111, 112) des Sekundärströmungskanals (1) im Stützbauteil (21) oder einem in das Stützbauteil (21) eingesetzten Adapter ausgebildet ist.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the openings (111, 112) of the secondary flow channel (1) in the support member (21) or in the support member (21) inserted adapter is formed. Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärströmungskanal (1) in mindestens einem Teilabschnitt (12, 13) im Stützbauteil (21) und in mindestens einem Teilabschnitt (11) im Verbindungsbauteil (22, 23) realisiert ist.An assembly according to claim 3, characterized in that the secondary flow channel (1) in at least one subsection (12, 13) in the support member (21) and in at least one subsection (11) in the connecting member (22, 23) is realized. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützbauteil (21) als Ringgehäuse einer Strömungsmaschine, als Halbschalengehäuse einer Strömungsmaschine, ringartig an der Nabe einer Strömungsmaschine, oder halbringartig an der Nabe einer Strömungsmaschine ausgebildet ist.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the support member (21) is designed as an annular housing of a turbomachine, as a half-shell housing a turbomachine, ring-like on the hub of a turbomachine, or semi-annular on the hub of a turbomachine. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sekundärströmungskanal (1) durch eine Anordnung gebildet wird, bei der sich ein Einzelkanal entlang seines Verlaufes in wenigstens zwei Kanäle aufteilt und eine Art "Hosenkonfiguration" bildet, wobei eine Einströmöffnung und mehrere Ausströmöffnungen zu einem Sekundärströmungskanal (1) gehören, oder bei der wenigstens zwei Kanäle zu einem zusammengeführt werden, wobei mehrere Einströmöffnungen und eine Ausströmöffnung zu einem Sekundärströmungskanal (1) gehören.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that at least one secondary flow channel (1) is formed by an arrangement in which a single channel is divided along its course in at least two channels and forms a kind of "pants configuration", wherein an inflow opening and a plurality of outflow openings belong to a secondary flow channel (1), or in which at least two channels are merged into one, wherein a plurality of inflow openings and an outflow opening to a secondary flow channel (1) belong. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der in den Hauptströmungspfad mündenden Teilabschnitte (12, 13) des Sekundärströmungskanals (1) direkt im Stützbauteil (21) ausgebildet ist.Assembly according to one of the preceding claims, as far as referred to claim 2, characterized in that at least one of the opening into the main flow path sections (12, 13) of the secondary flow channel (1) directly in the support member (21) is formed. Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide in den Hauptströmungspfad mündenden Teilabschnitte (12, 13) des Sekundärströmungskanals (1) direkt im Stützbauteil (21) vorgesehen sind.An assembly according to claim 7, characterized in that both in the main flow path opening portions (12, 13) of the secondary flow channel (1) are provided directly in the support member (21). Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der in den Hauptströmungspfad mündenden Teilabschnitte (12, 13) eines Sekundärströmungskanals (1) wenigstens teilweise als Zylinder mit elliptischem oder kreisrundem Querschnitt im Stützbauteil (21) ausgeführt ist.Assembly according to one of the preceding claims, as far as dependent on claim 2, characterized in that at least one of the opening into the main flow path sections (12, 13) of a Secondary flow channel (1) is at least partially designed as a cylinder with elliptical or circular cross section in the support member (21). Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der hauptströmungspfadabgewandten Seite des Stützbauteils (21) örtlich am Umfang wenigstens ein Stutzen (212) zur Ausbildung bzw. Durchführung wenigstens einer der Sekundärströmungskanalteilabschnitte (12, 13) vorgesehen ist, und/oder dass an der hauptströmungspfadabgewandten Seite des Stützbauteils (21) wenigstens ein, wenigstens entlang eines Teils des Umfangs durchgehend verlaufender Steg (211) zur Ausbildung bzw. Durchführung wenigstens einer der Sekundärströmungskanalteilabschnitte (12, 13) vorgesehen ist.Assembly according to one of the preceding claims, as far as referred to claim 2, characterized in that on the main flow path side facing away from the support member (21) locally on the circumference at least one nozzle (212) for training or implementation of at least one of the Sekundärströmungskanalteilabschnitte (12, 13) is, and / or that on the main flow path side facing away from the support member (21) at least one, at least along a portion of the circumference continuously extending web (211) for training or implementation of at least one of the Sekundärströmungskanalteilabschnitte (12, 13) is provided. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (22, 23) sich sowohl an einen ersten direkt in das Stützbauteil (21) eingebrachten Teilabschnitt (12) als auch an einen zweiten direkt in das Stützbauteil (21) eingebrachten Teilabschnitt (13) anschließt, wobei das Verbindungsbauteil (22, 23) einen dritten Teilabschnitt (11) des Sekundärströmungskanals (1) bildet oder umschließt und die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Teilabschnitten (12, 13) bildet.Subassembly according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting component (22, 23) extends both to a first subsection (12) introduced directly into the support component (21) and to a second subsection (21) directly inserted into the support component (21). 13), wherein the connecting component (22, 23) forms or encloses a third subsection (11) of the secondary flow channel (1) and forms the connection between the first and second subsections (12, 13). Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (24) wenigstens im Bereich eines Endes eines Sekundärströmungskanals (1) in Öffnungen (213, 214) im Stützbauteil (21) eingesetzt ist und auf diese Weise direkt an den Hauptströmungspfad grenzt.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting member (24) at least in the region of one end of a secondary flow channel (1) in openings (213, 214) in the support member (21) is inserted and in this way directly adjacent to the main flow path. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (22, 23, 24) nur einen Sekundärströmungskanal (1) beherbergt und wenigstens teilweise als eine Leitung, insbesondere als Rohrleitung oder Schlauch frei im Raum außerhalb des Stützbauteils (21) angeordnet ist.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting member (22, 23, 24) accommodated only a secondary flow channel (1) and at least partially as a conduit, in particular as a pipe or hose freely in the space outside of the support member (21) is arranged , Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (22, 23, 24) als Ringsektor ausgebildet ist und mindestens zwei Sekundärströmungskanäle (1) beherbergt.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting member (22, 23, 24) is formed as a ring sector and accommodates at least two secondary flow channels (1). Strömungsmaschine mit einer Strukturbaugruppe gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.Turbomachine with a structural assembly according to one of the preceding claims.
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