EP3239533A1 - Axial turbomachine - Google Patents
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- EP3239533A1 EP3239533A1 EP16167671.3A EP16167671A EP3239533A1 EP 3239533 A1 EP3239533 A1 EP 3239533A1 EP 16167671 A EP16167671 A EP 16167671A EP 3239533 A1 EP3239533 A1 EP 3239533A1
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- EP
- European Patent Office
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- annular web
- housing
- radial grooves
- turbomachine according
- head gap
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/08—Sealings
- F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
- F04D29/161—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/164—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of an axial flow wheel
Definitions
- the invention relates to axial turbomachinery such as fans, pumps, compressors, air, steam and gas turbines.
- Such a turbomachine or turbomachine has a rotor which rotates about a fixed axis of rotation.
- the rotor includes a hub and a number of blades or rotor blades which project radially outwardly from the hub.
- the blades can but need not necessarily have a profiled cross section.
- the blades are also inclined so that they extend in the axial direction between a front edge and a trailing edge in the depth.
- the rotor with the blades is surrounded by a tubular housing.
- the tubular housing merges at its air inlet side into a funnel-shaped inlet nozzle of steadily widening radius.
- the head gap must not be made too small, but must not fall below a certain minimum, which is predetermined by construction and material.
- DE 4310104 A1 proposes to limit the noise emission of the turbomachine, a turbulence generator in the annular gap between the blade tips of the blades and the inner surface of the housing.
- This turbulence generator can be attached by a to the inner surface of the housing Sandpaper, a wire mesh or textile fabric or a roughening of the inner surface of the housing.
- EP 1 278 943 B and the associated WO 01/083950 describe a turbomachine with a sealing element between the rotor and the housing.
- the sealing member protrudes from the entire inner surface of the housing and into a gap extending between an outer surface of an annular tire and the inner surface of the housing to reduce swirls and minimize air leakage through the gap.
- the sealing element may be formed from fibers, bristles or threads.
- US Pat. No. 6,471,472 B1 or the parallel EP 1 081 388 B1 disclose a fan in which a blocking device in the form of a strip-shaped brush is provided between inlet side and pressure side.
- annular web and corresponding radial grooves Due to the inventive interaction of annular web and corresponding radial grooves which reduces the swirling secondary flow in the head gap or suppressed. This also reduces or prevents an interaction of the vortex-like secondary flow with other regions of the blade or neighboring blades and without the annular web of the invention and corresponding radial grooves, and ultimately the emission of flow-induced sound.
- the interaction of annular web and corresponding radial grooves leads to a better sealing effect between the pressure and suction side, without the minimum radial dimension of the head gap would have to be reduced.
- the head gap is folded only in its axial extent and thus somewhat extended, but with unchanged length of the housing and unchanged axial extension (depth) of the blades at the head end.
- the construction according to the invention has the great advantage that the radially encircling ring land can be produced in a very simple manner in terms of production and also that the introduction of the corresponding radial grooves into the blade heads does not require much effort. Another advantage is that even existing machines can be easily retrofitted. Ring web and radial grooves are not subject to greater wear than the machine itself, so that no disadvantages are to be feared in terms of stability.
- the head gap is defined in the region of the ring land by the contours of the ring land and the corresponding contours of the radial grooves on the blades.
- the minimum distance between housing and rotor is not required by the inventive displacement of the head gap in the region of the ring land inward, or at least not necessarily smaller than anyway necessary.
- the annular land projects at least a little way into the radial grooves. This creates a labyrinthine head gap with a particularly good sealing effect.
- the height of the annular web corresponds approximately to the depth of the corresponding radial grooves, and the distance between the annular web and the groove wall corresponds approximately to the dimension of the head gap outside the region of the annular web.
- the axial extent, ie the width of the annular web preferably has a dimension that is significantly smaller than the axial extension, that is to say the so-called depth of the blade at the head end.
- the optimal ratio between the width of the ring land and the depth of the blade is between 1: 5 and 1:10.
- the ring land may have rectangular, in particular square cross-section. Particularly preferred is a triangular cross section, in particular a cross section in the form of an approximately equilateral triangle, the tip of which points radially in the direction of the axis of rotation.
- the contour or cross-sectional shape of the radial grooves on the blades preferably follows the cross-sectional shape of the annular web, but also slightly different contours are conceivable. It is important, above all, that the annular web and radial grooves are precisely aligned in the axial direction.
- the annular land is advantageously integrally formed on the housing.
- a material for the housing in particular plastic or metal into consideration.
- a housing with an inventive annular web can be produced very easily, for example by injection molding.
- the ring land can of course be made separately and subsequently applied to the inner wall of the housing, for example by gluing.
- the ring land can also be prefabricated as an open ring, so that it can easily be subsequently inserted into the tubular housing.
- annular web could also be produced by a constriction or, in the case of a metal housing, by rolling. This results in rather round contours or cross-sectional shapes of annular web and corresponding radial grooves.
- annular web is preferably made of the same material as the rest of the housing, it may be advantageous in special cases when the Alternatively, ring bridge is made of a softer, easily removable material.
- the ring land can also be designed as a replaceable wearing part.
- an axial position of the annular land and the corresponding radial grooves not exactly in the middle of the axial extent or depth of the blade heads, but an asymmetrical position in the region of the rear blade edge. This has proven to be particularly acoustically particularly advantageous.
- FIG. 1a shows an axial turbomachine with a rotor 1, which rotates about a fixed axis of rotation 2.
- the rotor 1 comprises a hub 3 and radially outwardly projecting blades 4.
- a fixed, designed as a round tube housing 5 surrounds the rotor 1 coaxially.
- the rotor 1 is driven by a motor (not shown). Air or another gaseous fluid is sucked in on the inlet side (here on the left), compressed and blown out again on the outlet side (on the right).
- the head gap 6 represents a non-contact seal between the suction and pressure chamber of the machine.
- the smaller the dimension S of the head gap the greater the sealing effect and the higher the efficiency of the turbomachine.
- the head gap flow causes noise.
- FIG. 1b explains the principle of the invention.
- a radial annular web 7 is applied on the inner wall of the housing 5.
- the blades 4 have a radial groove 8, which corresponds to the annular web 7 in position and cross section. Without the radial groove 8, the applied annular web 7 would reduce the diameter of the housing 5 and reduce the head gap 6 to the dimension S '. However, such a small head gap would not be sufficient to reliably prevent the starting of the blades 4.
- the radial groove 8, in shape and dimensions corresponds to the contour of the annular web 7, ensures a sufficiently large head gap 6, approximately with the dimension S, over the entire axial length of the blade 4 and in particular in the region of the annular web. 7
- the turbomachine according to FIG. 2a has a rotor 10 which rotates about a rotation axis 20.
- the rotor 10 has a hub 30 which carries a number of radially outwardly projecting blades 40.
- a designed as a short round tube housing 50 surrounds the rotor 10 coaxially. To release the view of the blades 40 is in FIG. 2a the housing 50 drawn in a horizontal section through the axis of rotation 20.
- annular ridge 70 On the inner wall of the housing 50, a small annular ridge 70 is applied.
- the contour of the annular web 70 corresponds approximately to an equilateral triangle whose tip points radially inwards to the axis of rotation 20.
- radial grooves 80 are incorporated, which correspond to the annular ridge 70, that is, they also have triangular contour.
- the housing 50 widens in a funnel shape to a suction nozzle 51.
- the housing 50 is made of metal, but may as well be made of plastic.
- the annular ridge 70 is integrally formed.
- the rotor 10 is driven by a motor 90 via a shaft 100.
- FIG. 2b shows the non-contact engagement of the annular ridge 70 and the corresponding radial groove 80 on one of the blades 40.
- the two oblique edges of the annular ridge 70 are approximately parallel to the opposite walls of the radial groove 80.
- the tip of the annular ridge 70 and the triangle or V of the radial groove 80 aligned in the axial direction.
- the flanks of the annular web 70 and the walls of the radial groove 80 are at a distance from each other; In this area, the head gap 60 is thus defined by the contours of the annular web 70 and the corresponding radial groove 80.
- the blades 40 have a wing-like profiling.
- the blades 40 are at an oblique angle relative to the axis of rotation 20 (see. FIG. 2a ) and also show a twist.
- the blade heads 41 have a smaller width than the blade roots 42.
- the axial extent or depth between the leading edge 44 and the trailing edge 45 is smallest at the upper end of the blade heads 41.
- the blade heads 41 have end surfaces 43; these are cylindrically curved in the radial direction and extend coaxially to the inner wall of the housing 50.
- the axial position of the annular web 70 is located near the trailing edge 45 of the blade head 41.
- the end surfaces 43 are additionally contoured in the axial direction, the head gap narrows thereby constantly up to a minimum between Schaufelvorder- and trailing edge.
- wing-like profiled blades 40 as well as simple blades with a constant thickness, in particular pressed from a piece of sheet metal blades can be used.
Abstract
Eine axiale Turbomaschine umfasst einen Rotor (1) mit Nabe (3) und Schau-feln (4) sowie ein feststehendes rohrartiges Gehäuse (5). Auf der Innenwand des Gehäuses (5) ist ein radial umlaufender Ringsteg (7) aufgebracht. Die Schaufeln (4) haben an ihren Enden korrespondierende Radialnuten (8). Im Bereich des Ringstegs (7) wird der Kopfspalt (6) durch die Konturen des Ringstegs (7) und der korrespondierenden Radialnuten (8) definiert. Hierdurch ergibt sich ein höherer Wirkungsgrad und ein leiseres Betriebsgeräusch.An axial turbomachine comprises a rotor (1) with hub (3) and blades (4) and a fixed tubular housing (5). On the inner wall of the housing (5) a radially encircling annular web (7) is applied. The blades (4) have at their ends corresponding radial grooves (8). In the area of the annular web (7), the head gap (6) is defined by the contours of the annular web (7) and the corresponding radial grooves (8). This results in a higher efficiency and a quieter operating noise.
Description
Die Erfindung betrifft axiale Turbomaschinen wie zum Beispiel Ventilatoren, Pumpen, Kompressoren, Luft-, Dampf- und Gasturbinen.The invention relates to axial turbomachinery such as fans, pumps, compressors, air, steam and gas turbines.
Eine solche Turbomaschine bzw. Strömungsmaschine hat einen Rotor, der um eine feste Drehachse umläuft. Der Rotor umfasst eine Nabe und eine Anzahl von Schaufeln oder Rotorblättern, welche von der Nabe radial nach außen abstehen. Die Schaufeln können, müssen aber nicht unbedingt einen profilierten Querschnitt haben. Die Schaufeln stehen zudem schräg, so dass sie sich in axialer Richtung zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante in die Tiefe erstrecken.Such a turbomachine or turbomachine has a rotor which rotates about a fixed axis of rotation. The rotor includes a hub and a number of blades or rotor blades which project radially outwardly from the hub. The blades can but need not necessarily have a profiled cross section. The blades are also inclined so that they extend in the axial direction between a front edge and a trailing edge in the depth.
Der Rotor mit den Schaufeln wird von einem rohrartigen Gehäuse umgeben. Bei bestimmten Turbomaschinen geht das rohrartige Gehäuse an seiner Lufteinlassseite in eine trichterförmige Einlassdüse mit stetig sich erweiterndem Radius über.The rotor with the blades is surrounded by a tubular housing. In certain turbomachinery, the tubular housing merges at its air inlet side into a funnel-shaped inlet nozzle of steadily widening radius.
Zwischen den radialen Enden der Schaufelköpfe und der Innenwandung des Gehäuses ergibt sich konstruktiv unvermeidbar ein radialer Kopfspalt, der als berührungslose Dichtung zwischen Saug- und Druckraum bzw. Ein- und Auslassseite der Maschine funktioniert. Die aufgrund des Druckunterschieds zwischen Vorder- und Rückseite des Rotors unvermeidliche Strömung über den Kopfspalt reduziert den Gesamtwirkungsgrad der Maschine und erhöht gleichzeitig die Emission strömungsinduzierten Schalls. Ursache hierfür sind wirbelartige sekundäre Strömungsphänomene im Bereich des Kopfspalts.Between the radial ends of the blade heads and the inner wall of the housing results structurally unavoidable, a radial head gap, which works as a non-contact seal between the suction and pressure chamber or inlet and outlet side of the machine. The unavoidable flow across the head gap due to the pressure difference between the front and back of the rotor reduces the overall efficiency of the engine while increasing the emission of flow-induced sound. This is due to vortex-like secondary flow phenomena in the region of the head gap.
Zur Reduzierung von Druckverlusten und zur Verringerung unerwünschter Schallabstrahlung ist man bestrebt, den radialen Kopfspalt so klein wie möglich zu halten. Dem sind allerdings konstruktive Grenzen gesetzt. Denn zum einen können Rotor und Gehäuse fertigungsbedingt leicht unrund sein. Ferner kann der Rotor aufgrund von Fertigungstoleranzen exzentrische oder Taumelbewegungen ausführen, so dass die Gefahr besteht, dass die Schaufelköpfe in Kontakt mit der Innenwand des Gehäuses geraten. Aufgrund von Restunwuchten kann der Rotor auch in der Rotorebene schwingen.In order to reduce pressure losses and to reduce unwanted sound radiation, it is endeavored to keep the radial head gap as small as possible. However, there are constructive limits. Because on the one hand rotor and housing can be slightly out of round due to production. Further, due to manufacturing tolerances, the rotor may make eccentric or tumbling movements, so that there is a risk that the blade heads will come into contact with the inner wall of the housing. Due to residual imbalances, the rotor can also vibrate in the rotor plane.
Berührungen zwischen den Schaufelenden und der Gehäuseinnenwand können insbesondere bei schnell rotierenden Schaufeln starke Geräusche, Funkenbildung oder sogar Abriss einer Schaufel mit Totalausfall der Maschine zur Folge haben. Deshalb darf der Kopfspalt nicht zu klein ausgeführt werden, sondern darf ein bestimmtes Mindestmaß, das durch Konstruktion und Material vorgegeben ist, nicht unterschreiten.Contact between the blade ends and the inner wall of the housing, especially in the case of rapidly rotating blades, can result in strong noises, sparking or even tearing off of a blade with total failure of the machine. Therefore, the head gap must not be made too small, but must not fall below a certain minimum, which is predetermined by construction and material.
Es wurden unterschiedliche konstruktive Maßnahmen zur Verbesserung des Wirkungsgrades und zur Reduzierung des Kopfspaltgeräusches vorgeschlagen.There have been proposed various constructive measures to improve the efficiency and to reduce the Kopfspaltgeräusches.
Eine weitere bekannte Maßnahme, um sehr kleine Kopfspalte zuzulassen, liegt in der Auskleidung oder Beschichtung der Innenwand des Gehäuses mit einem leicht abtragbaren Material, wie zum Beispiel Schaumstoff oder porösem Kunststoff, so dass eine kurzzeitige Berührung der Schaufeln, so genanntes Anlaufen, ohne nennenswerte Schäden bleibt. Im laufenden Betrieb wird dieses zusätzliche weiche Material so abgetragen, dass sich von selbst ein ausreichender Kopfspalt einstellt. Nachteile sind die deutlich erhöhten Fertigungskosten und die geringe Standfestigkeit des Materials, zudem Probleme in der Einlaufphase.Another known measure to allow very small head gaps lies in the lining or coating of the inner wall of the housing with an easily abradable material, such as foam or porous plastic, so that a brief contact of the blades, so-called tarnishing, without significant damage remains. During operation, this additional soft material is removed so that automatically sets a sufficient head gap. Disadvantages are the significantly increased production costs and the low stability of the material, as well as problems in the break-in phase.
Zur Reduktion des Geräuschs durch die Sekundärströmung am Kopfspalt zwischen Laufschaufel und Gehäuse wurde auch schon versucht, diese Sekundärströmung an den Schaufelspitzen durch ein mitrotierendes Band zu mindern und gleichzeitig die unvermeidbare Rezirkulationsströmung im Bereich des Spalts dem Rotor wieder geordnet zuzuführen.To reduce the noise caused by the secondary flow at the head gap between the blade and the housing, it has also been attempted to reduce this secondary flow at the blade tips by a co-rotating belt and at the same time supply the unavoidable recirculation flow in the region of the gap to the rotor.
Alle diese beschriebenen Maßnahmen sind konstruktiv aufwendig, haben mäßige Wirkung und/oder reduzieren die Standzeiten der Maschine.All of these measures described are structurally complex, have moderate effect and / or reduce the service life of the machine.
Das zu lösende technische Problem besteht somit in der konstruktiven Gestaltung einer axialen Turbomaschine der eingangs beschriebenen Art so, dass ohne wesentliche Reduzierung des Kopfspalts eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades und ein leiserer Lauf erzielt wird.The technical problem to be solved is thus in the structural design of an axial turbomachine of the type described above so that a significant improvement in the efficiency and a quieter run is achieved without substantial reduction of the head gap.
Bei der Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von einer axialen Turbomaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Gelöst wird das Problem gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs dadurch, dass auf der Innenwand des Gehäuses ein radial umlaufender Ringsteg aufgebracht ist, und dass die Schaufelköpfe korrespondierende Radialnuten aufweisen.In solving this problem is based on an axial turbomachine according to the preamble of
Durch das erfindungsgemäße Zusammenwirken von Ringsteg und korrespondierenden Radialnuten wird die die wirbelartige sekundäre Strömung im Kopfspalt reduziert oder unterdrückt. Dadurch wird auch eine Interaktion der - ohne den erfindungsgemäßen Ringsteg und korrespondierende Radialnuten entstehenden - wirbelartigen Sekundärströmung mit anderen Bereichen der Schaufel oder Nachbarschaufeln und letztlich die Emission strömungsinduzierten Schalls reduziert oder verhindert. Darüber hinaus führt das Zusammenwirken von Ringsteg und korrespondierenden Radialnuten zu einer besseren Dichtwirkung zwischen Druck- und Saugseite, ohne dass das minimale radiale Maß des Kopfspalts verringert werden müsste. Der Kopfspalt wird lediglich in seiner axialen Erstreckung gefaltet und damit etwas verlängert, allerdings bei unveränderter Baulänge des Gehäuses und unveränderter axialer Erstreckung (Tiefe) der Schaufeln am Kopfende.Due to the inventive interaction of annular web and corresponding radial grooves which reduces the swirling secondary flow in the head gap or suppressed. This also reduces or prevents an interaction of the vortex-like secondary flow with other regions of the blade or neighboring blades and without the annular web of the invention and corresponding radial grooves, and ultimately the emission of flow-induced sound. In addition, the interaction of annular web and corresponding radial grooves leads to a better sealing effect between the pressure and suction side, without the minimum radial dimension of the head gap would have to be reduced. The head gap is folded only in its axial extent and thus somewhat extended, but with unchanged length of the housing and unchanged axial extension (depth) of the blades at the head end.
Messungen ergaben eine Erhöhung des Wirkungsgrads von bis zu 10 Prozent im Vergleich zu einer baugleichen Turbomaschine ohne Ringsteg und korrespondierende Radialnuten.Measurements showed an increase in efficiency of up to 10 percent in comparison to a structurally identical turbomachine without an annular web and corresponding radial grooves.
Akustische Messungen ergaben eine überraschend große Absenkung des Schalldrucks von mehr als 5 dB im hörbaren Frequenzbereich und in bestimmten Frequenzbereichen sogar eine Schalldruckminderung um mehr als 10 dB.Acoustic measurements resulted in a surprisingly large reduction of the sound pressure of more than 5 dB in the audible frequency range and in certain frequency ranges even a sound pressure reduction of more than 10 dB.
Die erfindungsgemäße Konstruktion hat den großen Vorteil, dass der radial umlaufende Ringsteg fertigungstechnisch sehr einfach realisierbar ist und auch die Einbringung der korrespondierenden Radialnuten in die Schaufelköpfe keinen großen Aufwand erfordert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch vorhandene Maschinen problemlos nachgerüstet werden können. Ringsteg und Radialnuten unterliegen auch keinem größeren Verschleiß als die Maschine selbst, so dass auch hinsichtlich der Standfestigkeit keine Nachteile zu befürchten sind.The construction according to the invention has the great advantage that the radially encircling ring land can be produced in a very simple manner in terms of production and also that the introduction of the corresponding radial grooves into the blade heads does not require much effort. Another advantage is that even existing machines can be easily retrofitted. Ring web and radial grooves are not subject to greater wear than the machine itself, so that no disadvantages are to be feared in terms of stability.
Der Kopfspalt wird im Bereich des Ringstegs durch die Konturen des Ringstegs und die korrespondierenden Konturen der Radialnuten an den Schaufeln definiert. Der minimale Abstand zwischen Gehäuse und Rotor wird durch die erfindungsgemäße Verlagerung des Kopfspalts im Bereich des Ringstegs nach innen nicht oder jedenfalls nicht notwendigerweise kleiner als ohnehin notwendig. Allerdings ist es möglich, den minimalen Abstand zwischen den Wandungen des Ringstegs und des der Radialnuten gegebenenfalls auch größer zu wählen als das Maß des Kopfspalts außerhalb des Bereichs des Ringstegs, beispielsweise, um die Gefahr des Anlaufens speziell im Bereich des Ringstegs weiter herabzusetzen.The head gap is defined in the region of the ring land by the contours of the ring land and the corresponding contours of the radial grooves on the blades. The minimum distance between housing and rotor is not required by the inventive displacement of the head gap in the region of the ring land inward, or at least not necessarily smaller than anyway necessary. However, it is possible to optionally select the minimum distance between the walls of the annular web and the radial grooves as the measure of the head gap outside the region of the annular land, for example, to further reduce the risk of tarnishing especially in the region of the annular land.
Vorteilhaft ragt der Ringsteg zumindest ein Stück weit in die Radialnuten hinein. Dadurch entsteht ein labyrinthartiger Kopfspalt mit besonders guter Dichtwirkung. Bevorzugt entspricht die Höhe des Ringstegs in etwa der Tiefe der korrespondierenden Radialnuten, und entspricht der Abstand zwischen Ringsteg und Nutenwandung ungefähr dem Maß des Kopfspalts außerhalb des Bereichs des Ringstegs.Advantageously, the annular land projects at least a little way into the radial grooves. This creates a labyrinthine head gap with a particularly good sealing effect. Preferably, the height of the annular web corresponds approximately to the depth of the corresponding radial grooves, and the distance between the annular web and the groove wall corresponds approximately to the dimension of the head gap outside the region of the annular web.
Die axiale Erstreckung, also die Breite des Ringstegs, hat bevorzugt ein Maß, das deutlich kleiner ist als die axiale Erstreckung, also die so genannte Tiefe der Schaufel am Kopfende. Als optimal hat sich ein Verhältnis zwischen Breite des Ringstegs und Tiefe der Schaufel zwischen 1:5 und 1:10 herausgestellt.The axial extent, ie the width of the annular web, preferably has a dimension that is significantly smaller than the axial extension, that is to say the so-called depth of the blade at the head end. The optimal ratio between the width of the ring land and the depth of the blade is between 1: 5 and 1:10.
Der Ringsteg kann rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt haben. Besonders bevorzugt wird ein dreieckiger Querschnitt, insbesondere ein Querschnitt in Form eines etwa gleichseitigen Dreiecks, dessen Spitze radial in Richtung der Drehachse weist. Die Kontur bzw. Querschnittsform der Radialnuten an den Schaufeln folgt vorzugsweise der Querschnittsform des Ringstegs, wobei aber auch leicht unterschiedliche Konturen denkbar sind. Wichtig ist vor allem, dass Ringsteg und Radialnuten in axialer Richtung genau fluchten.The ring land may have rectangular, in particular square cross-section. Particularly preferred is a triangular cross section, in particular a cross section in the form of an approximately equilateral triangle, the tip of which points radially in the direction of the axis of rotation. The contour or cross-sectional shape of the radial grooves on the blades preferably follows the cross-sectional shape of the annular web, but also slightly different contours are conceivable. It is important, above all, that the annular web and radial grooves are precisely aligned in the axial direction.
Der Ringsteg ist vorteilhaft einstückig an das Gehäuse angeformt. Als Material für das Gehäuse kommen insbesondere Kunststoff oder Metall in Betracht. Insbesondere in Kunststoff lässt sich ein Gehäuse mit erfindungsgemäßem Ringsteg sehr leicht herstellen, zum Beispiel im Spritzgussverfahren.The annular land is advantageously integrally formed on the housing. As a material for the housing in particular plastic or metal into consideration. In particular in plastic, a housing with an inventive annular web can be produced very easily, for example by injection molding.
Alternativ kann der Ringsteg natürlich auch separat hergestellt und nachträglich auf die Innenwand des Gehäuses aufgebracht werden, zum Beispiel durch Aufkleben. Gegebenenfalls kann der Ringsteg auch als offener Ring vorgefertigt werden, so dass er leicht nachträglich in das rohrartige Gehäuse eingesetzt werden kann.Alternatively, the ring land can of course be made separately and subsequently applied to the inner wall of the housing, for example by gluing. Optionally, the ring land can also be prefabricated as an open ring, so that it can easily be subsequently inserted into the tubular housing.
Da die Außenform des Gehäuses keinen Einfluss auf die aerodynamischen Eigenschaften der Maschine hat, könnte der Ringsteg auch durch eine Einschnürung oder, im Falle eines Metallgehäuses, durch Rollierung hergestellt werden. Dabei ergeben sich eher runde Konturen bzw. Querschnittsformen von Ringsteg und korrespondierenden Radialnuten.Since the outer shape of the housing has no influence on the aerodynamic properties of the machine, the annular web could also be produced by a constriction or, in the case of a metal housing, by rolling. This results in rather round contours or cross-sectional shapes of annular web and corresponding radial grooves.
Auch wenn der Ringsteg bevorzugt aus demselben Material besteht wie das übrige Gehäuse, kann es in speziellen Fällen vorteilhaft sein, wenn der Ringsteg alternativ aus einem weicheren, leicht abtragbaren Material besteht. Der Ringsteg kann auch als auswechselbares Verschleißteil ausgebildet sein.Although the annular web is preferably made of the same material as the rest of the housing, it may be advantageous in special cases when the Alternatively, ring bridge is made of a softer, easily removable material. The ring land can also be designed as a replaceable wearing part.
Besonders bevorzugt wird eine axiale Position des Ringstegs und der korrespondierenden Radialnuten nicht genau in der Mitte der axialen Erstreckung bzw. Tiefe der Schaufelköpfe, sondern eine asymmetrische Position im Bereich der hinteren Schaufelkante. Dies hat sich insbesondere akustisch als besonders vorteilhaft erwiesen.Particularly preferred is an axial position of the annular land and the corresponding radial grooves not exactly in the middle of the axial extent or depth of the blade heads, but an asymmetrical position in the region of the rear blade edge. This has proven to be particularly acoustically particularly advantageous.
Das erfindungsgemäße Vorsehen eines Ringstegs an der Gehäuseinnenwandung und von korrespondierenden Radialnuten an den Schaufelenden hat sich insbesondere bei solchen Turbomaschinen als sehr vorteilhaft und wirksam erwiesen, bei denen die Schaufelköpfe an ihren radial äußeren Enden zylindrische Endflächen aufweisen, welche koaxial zur Innenwandung des Gehäuses verlaufen und damit den Kopfspalt definieren. Die Radialnuten liegen dann in diesen zylindrischen Endflächen, zwischen Vorderkante und Hinterkante der Schaufelköpfe. Aufgrund der Schrägstellung der Schaufel verläuft die Radialnut dabei nicht parallel zur Hauptachse des Schaufelprofils, sondern notwendigerweise exakt in Umfangsrichtung, dass heißt, die Mittelachse der Radialnut verläuft schräg gegenüber der Profil-Hauptachse.The provision according to the invention of an annular web on the inner wall of the housing and of corresponding radial grooves on the blade ends has proved to be very advantageous and effective, in particular in turbomachines in which the blade heads have cylindrical end surfaces at their radially outer ends, which extend coaxially to the inner wall of the housing and thus define the head gap. The radial grooves are then in these cylindrical end surfaces, between the leading edge and trailing edge of the blade heads. Due to the inclination of the blade, the radial groove does not run parallel to the main axis of the blade profile, but necessarily exactly in the circumferential direction, that is, the central axis of the radial groove extends obliquely relative to the main profile axis.
Anstelle von Schaufeln mit tragflächenartiger Profilierung können ebensogut auch einfache, aus Blech gepresste Schaufeln mit konstanter Dicke eingesetzt werden. Auch mit solchen Schaufeln funktioniert die Erfindung ganz hervorragend.Instead of blades with airfoil-like profiling, it is equally possible to use simple blades pressed from sheet metal with a constant thickness. Even with such blades, the invention works very well.
Das Prinzip der Erfindung sowie ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Turbomaschine werden nachstehend anhand der beigefügten Abbildungen weiter erläutert. Es zeigen:
- Figur 1a
- eine axiale Turbomaschine nach dem Stand der Technik, in einem stark vereinfachten Prinzipbild;
- Figur 1b
- eine erfindungsgemäße Turbomaschine im Prinzip;
- Figur 2a
- eine erfindungsgemäße Turbomaschine in einer Ansicht von der Seite, teilweise geschnitten;
- Figur 2b
- eine Ausschnittsvergrößerung des Bereichs A von
Figur 2a - Figur 2c
- eine vergrößerte Draufsicht auf das Kopfende der Schaufel im Bereich B von
Figur 2a ; Figur 3- Gehäuse und Rotor der Turbomaschine gemäß
Figur 2a , perspektivisch.
- FIG. 1a
- an axial turbomachine according to the prior art, in a simplified schematic diagram;
- FIG. 1b
- a turbomachine according to the invention in principle;
- FIG. 2a
- a turbomachine according to the invention in a view from the side, partially in section;
- FIG. 2b
- a detail enlargement of the area A of
FIG. 2a - Figure 2c
- an enlarged plan view of the head end of the blade in the area B of
FIG. 2a ; - FIG. 3
- Housing and rotor of the turbomachine according to
FIG. 2a , in perspective.
Das Prinzipbild von
Zwischen dem axial äußeren Ende der Schaufeln 4 und der Innenwand des Gehäuses 5 verbleibt ein radialer Kopfspalt 6, dessen Maß S nicht unterschritten werden darf, wenn ein Kontakt zwischen Schaufeln 4 und Gehäuse 5 im Betrieb zuverlässig vermieden werden soll. Der Kopfspalt 6 stellt eine berührungslose Dichtung zwischen Saug- und Druckraum der Maschine dar. Je kleiner das Maß S des Kopfspalts, desto größer ist die Dichtwirkung und desto höher ist der Wirkungsgrad der Turbomaschine. Die Kopfspaltströmung verursacht Geräusche.Between the axially outer end of the
Die Turbomaschine gemäß
Auf der Innenwand des Gehäuses 50 ist ein kleiner Ringsteg 70 aufgebracht. Die Kontur des Ringstegs 70 entspricht ungefähr einem gleichseitigen Dreieck, dessen Spitze radial nach innen zur Drehachse 20 weist. An den Enden der Schaufeln 40 sind Radialnuten 80 eingearbeitet, welche mit dem Ringsteg 70 korrespondieren, dass heißt, sie haben gleichfalls dreieckige Kontur.On the inner wall of the
Zur Saugseite hin erweitert sich das Gehäuse 50 trichterförmig zu einer Ansaugdüse 51. Das Gehäuse 50 besteht aus Metall, kann aber ebenso gut auch aus Kunststoff gefertigt sein. Der Ringsteg 70 ist einstückig angeformt.Towards the suction side, the
Der Rotor 10 wird durch einen Motor 90 über eine Welle 100 angetrieben.The
Insbesondere
Wie insbesondere aus
Aus
Insbesondere aus
Anstelle der tragflügelartig profilierten Schaufeln 40 können ebenso gut auch einfache Schaufeln mit konstanter Dicke, insbesondere aus einem Blechstück gepresste Schaufeln eingesetzt werden.Instead of the wing-like profiled
- 11
- Rotorrotor
- 22
- Drehachseaxis of rotation
- 33
- Nabehub
- 44
- Schaufelshovel
- 55
- Gehäusecasing
- 66
- Kopfspalthead gap
- 77
- Ringstegring land
- 88th
- Radialnutradial groove
- 1010
- Rotorrotor
- 2020
- Drehachseaxis of rotation
- 3030
- Nabehub
- 4040
- Schaufelshovel
- 4141
- Schaufelkopfshovel head
- 4242
- Schaufelwurzelblade root
- 4343
- Endflächeend face
- 4444
- Vorderkanteleading edge
- 4545
- Hinterkantetrailing edge
- 5050
- Gehäusecasing
- 5151
- Einlaufdüseinlet nozzle
- 6060
- Kopfspalthead gap
- 7070
- Ringstegring land
- 8080
- Radialnutradial groove
- 9090
- Motorengine
- 100100
- Wellewave
Claims (10)
wenigstens einen, um eine feste Drehachse (2, 20) umlaufenden Rotor (1, 10) mit einer Nabe (3, 30) und radial nach außen abstehenden Schaufeln (4, 40)
ein feststehendes rohrartiges Gehäuse (5, 50), das den Rotor (1, 10) koaxial derart umgibt, dass zwischen den Schaufelköpfen (41) und der Innenwand des Gehäuses (5, 50) ein radialer Kopfspalt (6, 60) verbleibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Innenwand des Gehäuses (5, 50) ein radial umlaufender Ringsteg (7, 70) aufgebracht ist,
die Schaufelköpfe (41) korrespondierende Radialnuten (8, 80) aufweisen, so dass der Kopfspalt (6, 60) im Bereich des Ringstegs (7, 70) durch die Konturen des Ringstegs (7, 70) und der korrespondierenden Radialnut (8, 80) definiert wird.Axial turbomachine comprising
at least one rotor (1, 10) revolving around a fixed axis of rotation (2, 20) with a hub (3, 30) and radially outwardly projecting blades (4, 40)
a stationary tubular housing (5, 50) coaxially surrounding the rotor (1, 10) such that a radial head gap (6, 60) remains between the blade heads (41) and the inner wall of the housing (5, 50),
characterized in that
on the inner wall of the housing (5, 50) a radially encircling annular web (7, 70) is applied,
the blade heads (41) corresponding radial grooves (8, 80), so that the head gap (6, 60) in the region of the annular web (7, 70) by the contours of the annular web (7, 70) and the corresponding radial groove (8, 80 ) is defined.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP16167671.3A EP3239533A1 (en) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | Axial turbomachine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP16167671.3A EP3239533A1 (en) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | Axial turbomachine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP3239533A1 true EP3239533A1 (en) | 2017-11-01 |
Family
ID=55862626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP16167671.3A Withdrawn EP3239533A1 (en) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | Axial turbomachine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3239533A1 (en) |
Citations (8)
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-
2016
- 2016-04-29 EP EP16167671.3A patent/EP3239533A1/en not_active Withdrawn
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PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
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