EP3492701A1 - Turbomaschinen-strömungskanal - Google Patents

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EP3492701A1
EP3492701A1 EP18205690.3A EP18205690A EP3492701A1 EP 3492701 A1 EP3492701 A1 EP 3492701A1 EP 18205690 A EP18205690 A EP 18205690A EP 3492701 A1 EP3492701 A1 EP 3492701A1
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flow
vanes
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MTU Aero Engines AG
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    • F05D2260/97—Reducing windage losses

Definitions

  • the present invention relates to a method for laying out a flow channel for a turbomachine and a flow channel and a turbomachine, in particular gas turbine, with the flow channel.
  • An object of an embodiment of the present invention is to improve a turbomachine.
  • An axial direction is in an embodiment parallel to a rotational or (main) machine axis of the turbomachine, the circumferential direction corresponding in particular a rotational direction (a rotor or at least one of the guide grid following Laufgitters) of the turbomachine, a radial direction in particular perpendicular to this axial and circumferential direction.
  • a first element is in an embodiment downstream of a second element, when it is closer to an outlet of the flow channel or the turbomachine (axially) than the second element. Accordingly, in one embodiment, a first element is upstream of a second element when it is closer (axially) to an inlet of the flow channel or turbomachine than the second element.
  • the one or more of the support ribs has / have flow resistance reducing, in particular symmetrical or asymmetrical, outer profiles, in a development the support rib (s) is / are covered with a flow resistance reducing hollow profile, in another development the flow resistance reducing outer profile is covered formed integrally with a core of the support rib.
  • the guide vanes of the guide grid each have a pressure and a different suction side for flow deflection.
  • a design of at least one flow passage (s) downstream of a support rib downstream, in particular adjacent is adapted to this support rib such that a pressure loss, in particular at least between an upstream leading edge of the support rib and a downstream trailing edge of one of the flow passage defining vanes, and / or a vibration excitation, in particular the support rib, the flow passage limiting vanes and / or a guide grid axially following Laufgitters, is reduced, is minimized or, in a training for at least the plurality of circumferentially successive support ribs of the support rib assembly each have a design of a support rib downstream downstream, in particular adjacent, flow passage of the guide grid adapted to this support rib to reduce a pressure loss and / or vibration excitation, in particular to minimize.
  • the support rib (s) and their upstream downstream flow passage (s) and upstream leading edges of the limiting vanes are axially spaced by an axial gap.
  • the support rib (n each) is a distance of this support rib, in particular its downstream trailing edge, to its downstream downstream flow passage whose design is adapted to reduce a pressure loss and / or vibration excitation to this support rib or is , in particular axially and / or in the circumferential direction, smaller than to all other flow passages of the guide grid.
  • one or the support rib downstream downstream flow passage whose design is adapted to reduce a pressure loss and / or vibration excitation to this support rib is, (in each case) of this support rib nearest or adjacent flow passage of the guide grid downstream of the support rib assembly.
  • an efficiency and / or a service life of the turbomachine can be improved.
  • adjusting the design of one or more of the support rib downstream of the flow passage (s) to this support rib to reduce pressure loss and / or vibration excitation comprises (each) positioning that flow passage circumferentially relative thereto Support rib such that a wake of the support rib and / or a tangent at a point of a downstream end portion of a skeleton line of the support rib an inlet cross-section of the flow passage in a central region of the inlet cross section intersects.
  • one or the downstream flow passage downstream of, particularly adjacent to, the support rib is positioned circumferentially relative to said support rib such that a wake of the support rib and / or a tangent at a point of a downstream end portion of a skeleton line of the support rib intersects an entrance cross section of the flow passage in a central region.
  • a flow passage positioned relative to a support rib is referred to herein for more compact representation or identification as well as flow passage (s) fed by this support rib.
  • the wake of a support rib is limited in one embodiment in the usual way by the two streamlines, which depart from each other in the circumferential direction opposite sides of the support rib.
  • the skeleton line or profile center line of a support rib is in one embodiment in a customary manner, the connecting line of inscribed in a profile or a cross section of the support rib circle centers.
  • the end portion of the skeleton line extends in one embodiment from a downstream trailing edge of the support rib over at most 25%, in particular at most 10%, in an embodiment at most 5%, the length of the skeleton line.
  • the inlet cross-section of a flow passage extends in an embodiment, in particular in the circumferential direction, between the upstream leading edges of the flow passage limiting vanes, its central region in one embodiment over 80%, especially at most 60%, and / or at least 10%, in particular at least 25th %, of the inlet cross-section or its width in the circumferential direction and / or is equidistant from the two leading edges of the flow passage-limiting vanes (in the circumferential direction).
  • the guide grid is advantageously flown.
  • pressure loss and / or vibration excitation can be reduced particularly advantageously in one embodiment.
  • adjusting the configuration of the downstream flow passage to that support rib upstream of the support rib upstream thereof comprises a pressure loss and / or to reduce vibration excitation, (in each case) changing a size and / or shape of this flow passage with respect to one or more other of the flow passages of the guide grid, in particular thus additionally changing a size and / or shape of the or one or more support ribs charged flow passage (s) circumferentially positioned relative to (one) of the support rib (s) such that a wake of the support rib and / or a tangent at a point of a downstream end portion s a skeleton line of the support rib intersects an inlet cross section of the flow passage in a central region.
  • a pressure drop and / or a vibration excitation can be reduced particularly advantageous.
  • this changing of the size and / or shape of at least one flow passage (s), in particular fed by a support rib, relative to at least one other flow passage (s) comprises changing, in particular enlarging, one, especially middle, maximum and / or minimum, channel width in the circumferential direction, in one embodiment by at least 1% and / or at most 50%, in particular at most 15%.
  • changing the size and / or shape of at least one flow passage (s), in particular fed by a support rib, relative to at least one other flow passage (s) comprises modifying a flow passage side pressure side of one of the two Guide vanes and / or a flow passage-side suction side of one of the two guide vanes delimiting the one flow passage, and / or a staggering angle and / or profile of one of these two vanes or these two vanes with respect to the other flow passage or the guide vanes or guide vanes bounding them, in particular opposite to the majority of the other flow passages.
  • the stagger angle is, in one embodiment, the angle that the chord of the vane encloses with the axial or circumferential direction.
  • the guide rail of the flow channel is a Vorleitgitter a turbine of a gas turbine, in a further development, the support rib assembly in a turbine midframe ("MTF") for connecting two Turbines arranged a gas turbine, in particular a turbine intermediate housing, which connects a high and a medium or low pressure turbine or a medium and a low-pressure turbine with each other or is set up for this or is used.
  • MTF turbine midframe
  • Fig. 1 shows a portion of a flow channel 1 of a turbomachine according to an embodiment of the present invention and a layout of the flow channel 1 according to a method according to an embodiment of the present invention.
  • the flow channel 1 has a guide grid with a plurality of guide vanes distributed in the circumferential direction and flow passages delimited by two successive guide vanes, of which FIGS Fig. 1 exemplary guide vanes 20 - 24 and through these (partially) limited flow passages 50 - 54 are shown.
  • the flow channel 1 further comprises a support rib arrangement with a plurality of circumferentially distributed support ribs, of which in Fig. 1 by way of example a support rib 10 which is adjacent the flow passage 51 downstream and a support rib 100 which is adjacent the flow passage 54 downstream are shown.
  • the support ribs 10, 100 extend parallel to the axial direction, ie they are not inclined to the axial direction or oriented. In other embodiments, not shown, the support ribs 10 and / or 100 are inclined to the axial direction or oriented in relation to the axial direction, for example at an angle between 5 ° and 10 °, such as 5 °, 6 °, 7 °, 8 ° , 9 ° or 10 °.
  • a configuration of these flow passages 51, 54, which are adjacent to a support rib downstream, is respectively adapted to the support ribs 10, 100 adjoining it upstream, in order to reduce pressure loss and / or vibration excitation.
  • the flow passage 51 is in the circumferential direction (vertically in Fig. 1 ) positioned relative to the support rib 10 such that a caster 12 (see. Fig. 1 ) and a tangent 14 at a point of a downstream end portion of a skeleton line 13 of the support rib 10 intersects an entrance cross section E of the flow passage 51 in a central region, as shown in FIG Fig. 2 is shown.
  • the flow passage 54 is positioned circumferentially relative to the support rib 100 such that a tangent at a point of a downstream end portion of a skeleton line of the support rib 100 intersects an entrance cross section of the flow passage 54 in a middle region (FIG. not shown).
  • a channel width B in the circumferential direction (cf. Fig. 2 ) of the flow passage 51 with respect to the flow passages 50, 52 and 53 increases.
  • a flow passage side pressure side 41 of the stator blade 21 that defines the flow passage 51 is changed, particularly, with respect to the flow passage side pressure sides 40 and 43 of the guide vanes 20 and 23 defining the flow passages 50 and 53, respectively.
  • a flow passage side suction side 32 of the vane 22 defining the flow passage 51 is changed, particularly, with respect to the flow passage side suction sides 30 and 33 of the vanes 20 and 23 defining the flow passages 50 and 53, respectively.
  • stagger angles ⁇ 51 , ⁇ 52 of the vanes 21, 22 delimiting the flow passage 51 are changed from the stagger angle ⁇ 50 of the vanes 20 defining the flow passage 50, as shown in FIG Fig. 2 shown.
  • a walker 70 of a turbine or compressor is located downstream of the baffle with the vanes 20-24.
  • a walker 60 of another turbine upstream of the support rib assembly with the support ribs 10, 100 is arranged.
  • a Ver emphasizerleitgitter 60 upstream of the support rib assembly with the support ribs 10, 100 is arranged.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslegen eines Strömungskanals (1) für eine Turbomaschine, insbesondere eine Gasturbine, der ein Leitgitter mit mehreren in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln (20-24) und durch je zwei aufeinanderfolgende Leitschaufeln begrenzte Strömungspassagen (50-54) und eine Stützrippenanordnung mit wenigstens einer Stützrippe (10, 100) aufweist, wobei eine Gestaltung einer der Strömungspassagen (51, 54) an diese Stützrippe, der sie stromabwärts nachgelagert ist, angepasst wird, um einen Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung zu reduzieren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslegen eines Strömungskanals für eine Turbomaschine sowie einen Strömungskanal und eine Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, mit dem Strömungskanal.
  • Aus der US 8,061,969 B2 ist ein Turbinenzwischengehäuse mit Stützstreben und einem diesen stromabwärts folgenden Leitgitter mit einer Anzahl Leitschaufeln bekannt, die größer als die Anzahl der Stützstreben bzw. Hohlprofile ist.
  • Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Turbomaschine zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. einen Strömungskanal mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Anspruch 8 stellt eine Turbomaschine mit wenigstens einem hier beschriebenen Strömungskanal unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Strömungskanal für eine, insbesondere einer, Turbomaschine, insbesondere axiale(n) Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks, auf:
    • ein Leitgitter mit mehreren in Umfangsrichtung verteilten bzw. nebeneinander bzw. aufeinanderfolgend angeordneten Leitschaufeln zur Strömungsumlenkung und mit Strömungspassagen, die jeweils durch zwei aufeinanderfolgende (dieser) Leitschaufeln begrenzt sind; und
    • eine Stützrippenanordnung mit einer oder mehreren Stützrippe(n), die in einer Ausführung (jeweils) eine radial innere und eine radial äußere Mantelfläche des Strömungskanals miteinander verbindet, insbesondere gegeneinander abstützt bzw. hierzu bzw. zur Übertragung von Druck- und/oder Zuglasten eingerichtet ist bzw. verwendet wird, und/oder fest mit einem Gehäuse der Turbomaschine verbunden ist.
  • Eine Axialrichtung ist in einer Ausführung parallel zu einer Rotations- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Turbomaschine, die Umfangsrichtung entsprechend insbesondere eine Rotationsrichtung (eines Rotors bzw. wenigstens eines dem Leitgitter folgenden Laufgitters) der Turbomaschine, eine Radialrichtung insbesondere senkrecht zu dieser Axial- und Umfangsrichtung. Ein erstes Element ist in einer Ausführung stromabwärts von einem zweiten Element, wenn es einem Auslass des Strömungskanals bzw. der Turbomaschine (axial) näher liegt als das zweite Element. Entsprechend ist in einer Ausführung ein erstes Element stromaufwärts von einem zweiten Element, wenn es einem Einlass des Strömungskanals bzw. der Turbomaschine (axial) näher liegt als das zweite Element.
  • In einer Ausführung weist/weisen die bzw. eine oder mehrere der Stützrippen strömungswiderstandreduzierende, insbesondere symmetrische oder asymmetrische, Außenprofile auf, in einer Weiterbildung ist/sind die Stützrippe(n jeweils) mit einem strömungswiderstandreduzierenden Hohlprofil verkleidet, in einer anderen Weiterbildung ist das strömungswiderstandreduzierende Außenprofil integral mit einem Kern der Stützrippe ausgebildet. Dadurch kann in einer Ausführung ein Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung vorteilhaft reduziert werden. In einer Ausführung weisen die Leitschaufeln des Leitgitters jeweils eine Druck- und eine hiervon verschiedene Saugseite zur Strömungsumlenkung auf.
  • Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist bzw. wird beim Auslegen des Strömungskanals eine Gestaltung wenigstens einer (der) Strömungspassage(n), die einer Stützrippe stromabwärts nachgelagert, insbesondere benachbart, ist, an diese Stützrippe derart angepasst, dass ein Druckverlust, insbesondere wenigstens zwischen einer stromaufwärtigen Vorderkante der Stützrippe und einer stromabwärtigen Hinterkante einer der diese Strömungspassage begrenzenden Leitschaufeln, und/oder eine Schwingungsanregung, insbesondere der Stützrippe, der die Strömungspassage begrenzenden Leitschaufeln und/oder eines dem Leitgitter axial folgenden Laufgitters, reduziert, insbesondere minimiert wird bzw. ist, in einer Weiterbildung für wenigstens die Mehrzahl aller in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Stützrippen der Stützrippenanordnung jeweils eine Gestaltung einer dieser Stützrippe stromabwärts nachgelagerten, insbesondere benachbarten, Strömungspassage des Leitgitters an diese Stützrippe angepasst, um einen Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung zu reduzieren, insbesondere zu minimieren.
  • In einer Ausführung ist bzw. sind die Stützrippe(n) und die ihr stromabwärts nachgelagerte(n) Strömungspassage(n) bzw. stromaufwärtige Vorderkanten der diese begrenzenden Leitschaufeln axial bzw. durch einen Axialspalt beabstandet.
  • Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung für die Stützrippe(n jeweils) ein Abstand dieser Stützrippe, insbesondere ihrer stromabwärtigen Hinterkante, zu der ihr stromabwärts nachgelagerten Strömungspassage, deren Gestaltung zur Reduzierung eines Druckverlusts und/oder einer Schwingungsanregung an diese Stützrippe angepasst ist bzw. wird, insbesondere axial und/oder in Umfangsrichtung, kleiner als zu allen anderen Strömungspassagen des Leitgitters. Mit anderen Worten ist in einer Ausführung, insbesondere für wenigstens die Mehrzahl aller in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Stützrippen der Stützrippenanordnung jeweils, eine bzw. die einer Stützrippe stromabwärts nachgelagerte Strömungspassage, deren Gestaltung zur Reduzierung eines Druckverlusts und/oder einer Schwingungsanregung an diese Stützrippe angepasst ist bzw. wird, (jeweils) die dieser Stützrippe nächstgelegene bzw. benachbarte Strömungspassage des Leitgitters stromabwärts hinter der Stützrippenanordnung.
  • Hierdurch kann in einer Ausführung ein Wirkungsgrad und/oder eine Lebensdauer der Turbomaschine verbessert werden.
  • In einer Ausführung umfasst das Anpassen der Gestaltung einer oder mehrerer der (jeweils) einer Stützrippe stromabwärts nachgelagerten Strömungspassage(n) an diese Stützrippe, um einen Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung zu reduzieren, (jeweils) ein Positionieren dieser Strömungspassage in Umfangsrichtung relativ zu dieser Stützrippe derart, dass ein Nachlauf der Stützrippe und/oder eine Tangente in einem Punkt eines stromabwärtigen Endbereichs einer Skelettlinie der Stützrippe einen Eintrittsquerschnitt der Strömungspassage in einem mittleren Bereich des Eintrittsquerschnitts schneidet.
  • Entsprechend ist bzw. wird in einer Ausführung für wenigstens eine (der) Stützrippe(n), insbesondere für wenigstens die Mehrzahl aller in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Stützrippen der Stützrippenanordnung jeweils, eine bzw. die Strömungspassage, die dieser Stützrippe stromabwärts nachgelagert, insbesondere benachbart, ist, relativ zu dieser Stützrippe in Umfangsrichtung derart positioniert, dass ein Nachlauf der Stützrippe und/oder eine Tangente in einem Punkt eines stromabwärtigen Endbereichs einer Skelettlinie der Stützrippe einen Eintrittsquerschnitt der Strömungspassage in einem mittleren Bereich schneidet. Eine solcherart relativ zu einer Stützrippe positionierte Strömungspassage wird vorliegend zur kompakteren Darstellung bzw. eindeutigen Identifizierung auch als (die) von dieser Stützrippe beschickte Strömungspassage bezeichnet.
  • Der Nachlauf einer Stützrippe ist in einer Ausführung in fachüblicher Weise durch die zwei Stromlinien begrenzt, die von einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten der Stützrippe abgehen. Die Skelettlinie bzw. Profilmittellinie einer Stützrippe ist in einer Ausführung in fachüblicher Weise die Verbindungslinie der in ein Profil bzw. einen Querschnitt der Stützrippe einbeschriebenen Kreismittelpunkte. Der Endbereich der Skelettlinie erstreckt sich in einer Ausführung von einer stromabwärtigen Hinterkante der Stützrippe über höchstens 25%, insbesondere höchstens 10%, in einer Ausführung höchstens 5%, der Länge der Skelettlinie. Der Eintrittsquerschnitt einer Strömungspassage erstreckt sich in einer Ausführung, insbesondere in Umfangsrichtung, zwischen den stromaufwärtigen Vorderkanten der die Strömungspassage begrenzenden Leitschaufeln, sein mittlerer Bereich in einer Ausführung über höchstens 80%, insbesondere höchstens 60%, und/oder wenigstens 10%, insbesondere wenigstens 25%, des Eintrittsquerschnitts bzw. seiner Breite in Umfangsrichtung und/oder ist von den beiden Vorderkanten der die Strömungspassage begrenzenden Leitschaufeln (in Umfangsrichtung) äquidistant beabstandet. Hierdurch wird in einer Ausführung das Leitgitter vorteilhaft angeströmt. Dadurch kann in einer Ausführung ein Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung besonders vorteilhaft reduziert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ zu einer solchen Umfangspositionierung umfasst in einer Ausführung für wenigstens eine Stützrippe, insbesondere für wenigstens die Mehrzahl aller in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Stützrippen der Stützrippenanordnung jeweils, das Anpassen der Gestaltung der dieser Stützrippe stromabwärts nachgelagerten Strömungspassage an die ihr stromaufwärts vorgelagerte Stützrippe, um einen Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung zu reduzieren, (jeweils) ein Verändern einer Größe und/oder Form dieser Strömungspassage gegenüber einer oder mehrerer anderer der Strömungspassagen des Leitgitters, insbesondere also ein zusätzliches Verändern einer Größe und/oder Form der bzw. einer oder mehrerer von Stützrippen beschickter Strömungspassage(n), die relativ zu (einer) der Stützrippe(n) in Umfangsrichtung derart positioniert ist bzw. sind, dass ein Nachlauf der Stützrippe und/oder eine Tangente in einem Punkt eines stromabwärtigen Endbereichs einer Skelettlinie der Stützrippe einen Eintrittsquerschnitt der Strömungspassage in einem mittleren Bereich schneidet.
  • Entsprechend ist bzw. wird in einer Ausführung für wenigstens eine (der) Stützrippe(n), insbesondere wenigstens für die Mehrzahl aller in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Stützrippen der Stützrippenanordnung jeweils, eine Größe und/oder Form einer bzw. der dieser Stützrippe stromabwärts nachgelagerten, insbesondere benachbarten, Strömungspassage, deren Gestaltung an diese Stützrippe angepasst ist bzw. wird, von wenigstens einer anderen der Strömungspassage verschieden (ausgelegt), insbesondere also zusätzlich eine Größe und/oder Form der bzw. einer oder mehrerer von Stützrippen beschickter Strömungspassage(n), die relativ zu (einer) der Stützrippe(n) in Umfangsrichtung derart positioniert ist bzw. sind, dass ein Nachlauf der Stützrippe und/oder eine Tangente in einem Punkt eines stromabwärtigen Endbereichs einer Skelettlinie der Stützrippe einen Eintrittsquerschnitt der Strömungspassage in einem mittleren Bereich schneidet, von wenigstens einer anderen der Strömungspassagen verschieden (ausgelegt), insbesondere von wenigstens einer anderen der Strömungspassagen verschieden, die nicht von einer Stützrippe beschickt und/oder keine einer Stützrippe benachbarte Strömungspassage ist.
  • Durch eine solche Anpassung bzw. spezifisch(angepasst)e Profilierung einer oder mehrerer der Strömungspassage(n), die (jeweils) einer Stützrippe stromabwärts nachgelagert, insbesondere benachbart bzw. von einer Stützrippe beschickt, ist bzw. sind, kann in einer Ausführung ein Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung besonders vorteilhaft reduziert werden.
  • In einer Ausführung umfasst dieses Verändern der Größe und/oder Form wenigstens einer (der), insbesondere von einer Stützrippe beschickten, Strömungspassage(n) gegenüber wenigstens einer anderen (der) Strömungspassage(n) ein Verändern, insbesondere Vergrößern, einer, insbesondere mittleren, maximalen und/oder minimalen, Kanalbreite in Umfangsrichtung, in einer Ausführung um wenigstens 1% und/oder höchstens 50%, insbesondere höchstens 15%.
  • Entsprechend ist bzw. wird in einer Ausführung für wenigstens eine (der) Stützrippe(n), insbesondere wenigstens für die Mehrzahl aller in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Stützrippen der Stützrippenanordnung jeweils, eine, insbesondere mittlere, maximale und/oder minimale, Kanalbreite in Umfangsrichtung der Strömungspassage, deren Gestaltung an diese Stützrippe angepasst ist bzw. wird, insbesondere der der Stützrippe stromabwärts benachbarten Strömungspassage, von wenigstens einer anderen der Strömungspassage verschieden (ausgelegt), in einer Ausführung um wenigstens 1% und/oder höchstens 50%, insbesondere höchstens 15%, insbesondere also eine Kanalbreite der bzw. einer oder mehrerer Strömungspassage(n), die relativ zu (einer) der Stützrippe(n) in Umfangsrichtung derart positioniert ist bzw. sind, dass ein Nachlauf der Stützrippe und/oder eine Tangente in einem Punkt eines stromabwärtigen Endbereichs einer Skelettlinie der Stützrippe einen Eintrittsquerschnitt der Strömungspassage in einem mittleren Bereich schneidet, von wenigstens einer anderen der Strömungspassage verschieden (ausgelegt), insbesondere von der Mehrzahl der anderen Strömungspassagen.
  • Hierdurch wird in einer Ausführung ein Nachlauf der Stützrippe vorteilhaft in die Strömungspassage geführt. Dadurch kann in einer Ausführung ein Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung besonders vorteilhaft reduziert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ umfasst in einer Ausführung das Verändern der Größe und/oder Form wenigstens einer (der), insbesondere von einer Stützrippe beschickten, Strömungspassage(n) gegenüber wenigstens einer anderen (der) Strömungspassage(n) ein Verändern einer strömungspassagenseitigen Druckseite einer der beiden Leitschaufeln und/oder einer strömungspassagenseitigen Saugseite einer der beiden Leitschaufeln, die die eine Strömungspassage begrenzen, und/oder eines Staffelungswinkels und/oder Profils einer dieser beiden Leitschaufeln oder dieser beider Leitschaufeln gegenüber der anderen Strömungspassage bzw. der diese begrenzenden Leitschaufel bzw. Leitschaufeln, insbesondere gegenüber der Mehrzahl der anderen Strömungspassagen.
  • Entsprechend ist bzw. wird in einer Ausführung für wenigstens eine (der) Stützrippe(n), insbesondere wenigstens für die Mehrzahl aller in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Stützrippen der Stützrippenanordnung jeweils,
    • eine strömungspassagenseitige Druckseite einer der beiden Leitschaufeln, die eine, insbesondere von dieser Stützrippe beschickte, Strömungspassage begrenzen, deren Gestaltung zur Reduzierung eines Druckverlusts und/oder einer Schwingungsanregung an diese Stützrippe angepasst ist bzw. wird, insbesondere eine Strömungspassage begrenzen, die dieser Stützrippe stromabwärts benachbart ist, von der strömungspassagenseitigen Druckseite einer der beiden Leitschaufeln, die eine andere Strömungspassage begrenzen, insbesondere von den strömungspassagenseitigen Druckseiten der Leitschaufeln, die die Mehrzahl der anderen Strömungspassagen begrenzen; und/oder
    • eine strömungspassagenseitige Saugseite einer der beiden Leitschaufeln, die eine, insbesondere von dieser Stützrippe beschickte, Strömungspassage begrenzen, deren Gestaltung zur Reduzierung eines Druckverlusts und/oder einer Schwingungsanregung an diese Stützrippe angepasst ist bzw. wird, insbesondere eine Strömungspassage begrenzen, die dieser Stützrippe stromabwärts benachbart ist, von der strömungspassagenseitigen Saugseite einer der beiden Leitschaufeln, die eine andere Strömungspassage begrenzen, insbesondere von den strömungspassagenseitigen Saugseiten der Leitschaufeln, die die Mehrzahl der anderen Strömungspassagen begrenzen; und/oder
    • ein Staffelungswinkel einer der beiden Leitschaufeln oder beider Leitschaufeln, die eine, insbesondere von dieser Stützrippe beschickte, Strömungspassage begrenzen, deren Gestaltung zur Reduzierung eines Druckverlusts und/oder einer Schwingungsanregung an diese Stützrippe angepasst ist bzw. wird, insbesondere eine Strömungspassage begrenzen, die dieser Stützrippe stromabwärts benachbart ist, von einem Staffelungswinkel wenigstens einer der eine andere Strömungspassage begrenzenden Leitschaufeln, insbesondere von den Staffelungswinkeln der Leitschaufeln, die die Mehrzahl der anderen Strömungspassagen begrenzen; und/oder
    • ein Profil einer der beiden Leitschaufeln oder beider Leitschaufeln, die eine, insbesondere von dieser Stützrippe beschickte, Strömungspassage begrenzen, deren Gestaltung zur Reduzierung eines Druckverlusts und/oder einer Schwingungsanregung an diese Stützrippe angepasst ist bzw. wird, insbesondere eine Strömungspassage begrenzen, die dieser Stützrippe stromabwärts benachbart ist, von einem Profil wenigstens einer der eine andere Strömungspassage begrenzenden Leitschaufeln, insbesondere von den Profilen der Leitschaufeln, die die Mehrzahl der anderen Strömungspassagen begrenzen
    verschieden (ausgelegt).
  • Der Staffelungswinkel ist in einer Ausführung der Winkel, den die Profilsehne der Leitschaufel mit der Axial- oder Umfangsrichtung einschließt.
  • Hierdurch wird in einer Ausführung ein Nachlauf der Stützrippe vorteilhaft in der Strömungspassage geführt. Dadurch kann in einer Ausführung ein Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung besonders vorteilhaft reduziert werden.
  • In einer Ausführung ist das Leitgitter des Strömungskanals ein Vorleitgitter einer Turbine einer Gasturbine, in einer Weiterbildung ist die Stützrippenanordnung in einem Turbinenzwischengehäuse ("midturbine frame" MTF) zur Verbindung zweier Turbinen einer Gasturbine angeordnet, insbesondere einem Turbinenzwischengehäuse, das eine Hoch- und eine Mittel- oder Niederdruckturbine oder eine Mittel- und eine Niederdruckturbine miteinander verbindet bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
  • Dies stellt eine besonders vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung dar.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
    • Fig. 1
    einen Teil eines Strömungskanals einer Turbomaschine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
    Fig. 2
    einen Teil der Fig. 1.
  • Fig. 1 zeigt einen Teil eines Strömungskanals 1 einer Turbomaschine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bzw. ein Auslegen des Strömungskanals 1 nach einem Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • Der Strömungskanal 1 weist ein Leitgitter mit mehreren in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln und durch je zwei aufeinanderfolgende Leitschaufeln begrenzte Strömungspassagen auf, von denen in Fig. 1 exemplarisch Leitschaufeln 20 - 24 und durch diese (teilweise) begrenzte Strömungspassagen 50 - 54 dargestellt sind.
  • Der Strömungskanal 1 weist weiter eine Stützrippenanordnung mit mehreren in Umfangsrichtung verteilten Stützrippen auf, von denen in Fig. 1 exemplarisch eine Stützrippe 10, der die Strömungspassage 51 stromabwärts benachbart ist, und eine Stützrippe 100, der die Strömungspassage 54 stromabwärts benachbart ist, dargestellt sind.
  • In der dargestellten Ausführungsform der Fig. 1 verlaufen die Stützrippen 10, 100 parallel zur Axialrichtung, d.h. sie sind nicht geneigt zur Axialrichtung angeordnet oder orientiert. In anderen nicht dargestellten Ausführungsform sind die Stützrippen 10 und/oder 100 zur Axialrichtung geneigt bzw. in Bezug auf die Axialrichtung angestellt orientiert, beispielsweise mit einem Winkel zwischen 5° und 10°, wie etwa 5°, 6°, 7°, 8°, 9° oder 10°.
  • Eine Gestaltung dieser einer Stützrippe stromabwärts benachbarten Strömungspassagen 51, 54 wird bzw. ist jeweils an die ihr stromaufwärts benachbarte Stützrippe 10 bzw. 100 angepasst, um einen Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung zu reduzieren.
  • Hierzu ist bzw. wird die Strömungspassage 51 in Umfangsrichtung (vertikal in Fig. 1) relativ zu der Stützrippe 10 derart positioniert, dass ein Nachlauf 12 (vgl. Fig. 1) und eine Tangente 14 in einem Punkt eines stromabwärtigen Endbereichs einer Skelettlinie 13 der Stützrippe 10 einen Eintrittsquerschnitt E der Strömungspassage 51 in einem mittleren Bereich schneidet, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. In gleicher Weise ist bzw. wird auch die Strömungspassage 54 in Umfangsrichtung relativ zu der Stützrippe 100 derart positioniert, dass ein Nachlauf bzw. eine Tangente in einem Punkt eines stromabwärtigen Endbereichs einer Skelettlinie der Stützrippe 100 einen Eintrittsquerschnitt der Strömungspassage 54 in einem mittleren Bereich schneidet (nicht dargestellt).
  • Zusätzlich ist bzw. wird eine Kanalbreite B in Umfangsrichtung (vgl. Fig. 2) der Strömungspassage 51 gegenüber den Strömungspassagen 50, 52 und 53 vergrößert.
  • Zusätzlich ist bzw. wird eine strömungspassagenseitige Druckseite 41 der Leitschaufel 21, die die Strömungspassage 51 begrenzt, insbesondere gegenüber den strömungspassagenseitigen Druckseiten 40 und 43 der Leitschaufeln 20 bzw. 23, die die Strömungspassage 50 bzw. 53 begrenzen, verändert bzw. angepasst.
  • Zusätzlich ist bzw. wird eine strömungspassagenseitige Saugseite 32 der Leitschaufel 22, die die Strömungspassage 51 begrenzt, insbesondere gegenüber den strömungspassagenseitigen Saugseiten 30 und 33 der Leitschaufeln 20 bzw. 23, die die Strömungspassage 50 bzw. 53 begrenzen, verändert bzw. angepasst.
  • Zusätzlich sind bzw. werden die Staffelungswinkel β51, β52 der Leitschaufeln 21, 22, die die Strömungspassage 51 begrenzen, insbesondere gegenüber dem Staffelungswinkel β50 der Leitschaufeln 20, die die Strömungspassage 50 begrenzt, verändert bzw. angepasst, wie in Fig. 2 dargestellt.
  • Gleiches gilt analog für die Strömungspassage 54 bzw. die sie begrenzenden Leitschaufeln, von denen in Fig. 1 nur die Leitschaufel 24 gezeigt ist.
  • Ein Laufgitter 70 einer Turbine oder eines Verdichters ist stromabwärts hinter dem Leitgitter mit den Leitschaufeln 20 - 24 angeordnet. Im Falle einer Turbine ist ein Laufgitter 60 einer weiteren Turbine stromaufwärts vor der Stützrippenanordnung mit den Stützrippen 10, 100 angeordnet. Im Falle eines Verdichters ist ein Verdichterleitgitter 60 stromaufwärts vor der Stützrippenanordnung mit den Stützrippen 10, 100 angeordnet.
  • Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei daraufhingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Strömungskanal
    10
    Stützrippe
    11
    stromabwärtige Hinterkante der Stützrippe 10
    12
    Nachlauf der Stützrippe 10
    13
    Skelettlinie der Stützrippe 10
    14
    Tangente an Endbereich der Skelettlinie 13
    20 - 24
    Leitschaufel
    30-34
    Saugseite
    40 - 44
    Druckseite
    50 - 54
    Strömungspassage
    60
    Leit- oder Laufgitter
    70
    Laufgitter
    100
    Stützrippe
    B
    Kanalbreite
    E
    Eintrittsquerschnitt
    β50 - β52
    Staffelungswinkel

Claims (8)

  1. Verfahren zum Auslegen eines Strömungskanals (1) für eine Turbomaschine, insbesondere eine Gasturbine, der ein Leitgitter mit mehreren in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln (20-24) und durch je zwei aufeinanderfolgende Leitschaufeln begrenzte Strömungspassagen (50-54) und eine Stützrippenanordnung mit wenigstens einer Stützrippe (10, 100) aufweist, wobei eine Gestaltung einer der Strömungspassagen (51, 54) an diese Stützrippe, der sie stromabwärts nachgelagert ist, angepasst wird, um einen Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung zu reduzieren.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens die Mehrzahl aller in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Stützrippen der Stützrippenanordnung jeweils eine Gestaltung einer Strömungspassage des Leitgitters, die dieser Stützrippe stromabwärts nachgelagert ist, an diese Stützrippe angepasst wird, um einen Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung zu reduzieren.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der Gestaltung wenigstens einer dieser Strömungspassagen an die Stützrippe, der sie stromabwärts nachgelagert ist, ein Positionieren dieser Strömungspassage (51, 54) in Umfangsrichtung relativ zu dieser Stützrippe (10, 100) derart, dass ein Nachlauf (12) und/oder eine Tangente (14) in einem Punkt eines stromabwärtigen Endbereichs einer Skelettlinie (13) der Stützrippe einen Eintrittsquerschnitt (E) der Strömungspassage in einem mittleren Bereich schneidet, umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der Gestaltung wenigstens einer dieser Strömungspassagen an die Stützrippe, der sie stromabwärts nachgelagert ist, ein Verändern einer Größe und/oder Form dieser Strömungspassage (51, 54) gegenüber wenigstens einer anderen der Strömungspassagen (50, 52, 53) umfasst.
  5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verändern der Größe und/oder Form der einen Strömungspassage (51, 54) gegenüber der wenigstens einen anderen Strömungspassage (50, 52, 53) ein Verändern, insbesondere Vergrößern, einer Kanalbreite (B) in Umfangsrichtung und/oder ein Verändern einer strömungspassagenseitigen Druckseite (41, 44) einer der beiden Leitschaufeln (21, 24) und/oder einer strömungspassagenseitigen Saugseite (32) einer der beiden Leitschaufeln (22), die die eine Strömungspassage begrenzen, und/oder eines Staffelungswinkels (β51, β52) und/oder Profils wenigstens einer dieser beiden Leitschaufeln (21, 22, 24) gegenüber der anderen Strömungspassage (50, 52, 53) bzw. der diese begrenzenden Leitschaufel bzw. Leitschaufeln (20, 23) umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitgitter ein Vorleitgitter einer Turbine einer Gasturbine ist, insbesondere die Stützrippenanordnung in einem Turbinenzwischengehäuse zur Verbindung zweier Turbinen einer Gasturbine angeordnet ist.
  7. Strömungskanal (1) für eine Turbomaschine, insbesondere eine Gasturbine, der ein Leitgitter mit mehreren in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln (20-24) und durch je zwei aufeinanderfolgende Leitschaufeln begrenzte Strömungspassagen (50-54) und eine Stützrippenanordnung mit wenigstens einer Stützrippe (10, 100) aufweist, wobei der Strömungskanal nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist und/oder für die wenigstens eine Stützrippe, insbesondere für wenigstens die Mehrzahl aller in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Stützrippen der Stützrippenanordnung jeweils, eine Strömungspassage (51, 54), die dieser Stützrippe (10, 100) stromabwärts nachgelagert, insbesondere benachbart, ist, relativ zu dieser Stützrippe in Umfangsrichtung derart positioniert ist, dass ein Nachlauf (12) und/oder eine Tangente (14) in einem Punkt eines stromabwärtigen Endbereichs einer Skelettlinie (13) der Stützrippe einen Eintrittsquerschnitt (E) der Strömungspassage in einem mittleren Bereich schneidet und/oder eine Größe und/oder Form dieser Strömungspassage von wenigstens einer anderen der Strömungspassage verschieden ist, insbesondere ihre Kanalbreite (B) in Umfangsrichtung und/oder eine strömungspassagenseitige Druckseite (41, 44) einer der beiden Leitschaufeln und/oder eine strömungspassagenseitige Saugseite (32) einer der beiden Leitschaufeln, die diese eine Strömungspassage begrenzen, und/oder ein Staffelungswinkel (β51, β52) und/oder Profil wenigstens einer dieser beiden Leitschaufeln.
  8. Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, mit wenigstens einem Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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