EP3492701B1 - Turbomaschinen-strömungskanal - Google Patents

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EP3492701B1
EP3492701B1 EP18205690.3A EP18205690A EP3492701B1 EP 3492701 B1 EP3492701 B1 EP 3492701B1 EP 18205690 A EP18205690 A EP 18205690A EP 3492701 B1 EP3492701 B1 EP 3492701B1
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EP
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flow passage
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guide vanes
passage
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MTU Aero Engines AG
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/97—Reducing windage losses

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a flow channel for a turbomachine as well as a flow channel and a turbomachine, in particular a gas turbine, with the flow channel.
  • GB 2 226 600 A discloses a turbine assembly having an annular shroud and support rib assembly that provides mechanical strength to the turbine assembly and supports the rear rotor bearing.
  • the turbine assembly also includes an exhaust stator downstream of the shroud and support rib assembly.
  • An object of the present invention is to improve a turbomachine.
  • Claim 12 protects a turbomachine with at least one flow channel described here.
  • Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
  • an axial direction is parallel to a rotation or
  • a first element is downstream of a second element if it is (axially) closer to an outlet of the flow channel or the turbomachine than the second element. Accordingly, in one embodiment, a first element is upstream of a second element if it is (axially) closer to an inlet of the flow channel or the turbomachine than the second element.
  • one or more of the support ribs have flow resistance-reducing, in particular symmetrical or asymmetrical, outer profiles; in a further development, the support rib(s) is/are each covered with a flow resistance-reducing hollow profile; in another development, the flow resistance-reducing outer profile is integral with a Core of the support rib is formed.
  • a pressure loss and/or vibration excitation can be advantageously reduced.
  • the guide vanes of the guide grille each have a pressure side and a different suction side for flow deflection.
  • a design of at least one (of) the flow passage(s), which is downstream of a support rib, in particular adjacent is adapted to this support rib in such a way that a pressure loss, in particular at least between an upstream front edge of the support rib and a downstream rear edge of one of the guide blades delimiting this flow passage, and / or a vibration excitation, in particular of the support rib, the guide blades delimiting the flow passage and / or a running grid axially following the guide grille, reduced, in particular minimized, for at least the majority of all supporting ribs of the supporting rib arrangement successive in the circumferential direction, a design of a flow passage of the guide grid downstream of this supporting rib, in particular adjacent, is adapted to this supporting rib in order to avoid a pressure loss and/or vibration excitation to reduce, in particular to minimize.
  • the support rib(s) and the downstream flow passage(s) or upstream leading edges of the guide vanes delimiting them are spaced apart axially or by an axial gap.
  • the support rib(s) there is a distance between this support rib, in particular its downstream rear edge, and the flow passage downstream of it, the design of which is or is adapted to this support rib in order to reduce a pressure loss and/or vibration excitation , in particular axially and/or in the circumferential direction, smaller than all other flow passages of the guide grille.
  • this support rib in particular its downstream rear edge, and the flow passage downstream of it, the design of which is or is adapted to this support rib in order to reduce a pressure loss and/or vibration excitation , in particular axially and/or in the circumferential direction, smaller than all other flow passages of the guide grille.
  • the design of which is adapted to this supporting rib in order to reduce a pressure loss and/or vibration excitation is, (in each case) the flow passage of the guide grille closest or adjacent to this support rib downstream behind the support rib arrangement.
  • the efficiency and/or the service life of the turbomachine can be improved.
  • Adapting the design of several of the flow passages downstream of a support rib to these support ribs in order to reduce a pressure loss and/or vibration excitation includes positioning this flow passage in the circumferential direction relative to this support rib in such a way that a wake of the support rib intersects an inlet cross section of the flow passage in a central region of the inlet cross section.
  • one or the flow passage that is downstream of this support rib, in particular adjacent is positioned relative to this support rib in the circumferential direction in such a way that a wake of the support rib Entry cross section of the flow passage intersects in a central area.
  • a flow passage positioned in this way relative to a support rib is also referred to in the present case as (the) flow passage fed by this support rib for more compact representation or clear identification.
  • the wake of a support rib is limited in a conventional manner by the two streamlines that extend from sides of the support rib that are opposite one another in the circumferential direction.
  • the skeleton line or profile center line of a support rib is, in a conventional manner, the connecting line of the circle centers inscribed in a profile or a cross section of the support rib.
  • the end region of the skeleton line extends from a downstream rear edge of the support rib over a maximum of 25%, in particular a maximum of 10%, in one embodiment a maximum of 5%, of the length of the skeleton line.
  • the inlet cross section of a flow passage extends, in particular in the circumferential direction, between the upstream front edges of the guide vanes delimiting the flow passage, its central area in one embodiment extends over at most 80%, in particular at most 60%, and / or at least 10%, in particular at least 25 %, of the inlet cross section or its width in the circumferential direction and / or is equidistantly spaced (in the circumferential direction) from the two leading edges of the guide vanes delimiting the flow passage.
  • the flow is advantageously applied to the guide grid.
  • a pressure loss and/or vibration excitation can be particularly advantageously reduced.
  • the adjustment of the design of the flow passage downstream of this supporting rib to the supporting rib upstream thereof in order to reduce a pressure loss and/or vibration excitation in each case involves changing a shape, in particular also size, of this flow passage compared to one or more of the other flow passages of the guide grid, in particular an additional change in a shape, in particular also size, of several flow passage(s) loaded with support ribs, which are relative to (one) of the support rib(s). ) is or are positioned in the circumferential direction such that a wake of the support rib intersects an inlet cross section of the flow passage in a central area.
  • a shape, in particular also size, of several flow passages loaded with support ribs which is or are positioned relative to one of the support ribs in the circumferential direction in such a way that a wake of the support rib has an inlet cross section of the flow passage intersects in a central region, different (designed) from at least one other of the flow passages, which is not a flow passage adjacent to a support rib, in particular is not fed by a support rib.
  • a pressure loss can occur in one embodiment and/or vibration excitation can be particularly advantageously reduced.
  • this changing the shape, in particular also the size, of at least one (of) the flow passage(s), in particular loaded by a support rib, relative to at least one other (of the) flow passage(s), includes changing, in particular enlarging, one, in particular the middle one , 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%.
  • the support rib(s) for at least one (of) the support rib(s), in particular at least for the majority of all support ribs of the support rib arrangement successive in the circumferential direction, there is or is one, in particular average, maximum and/or minimum, channel width in the circumferential direction of the flow passage, the design of which is or is adapted to this support rib, in particular the flow passage adjacent to the support rib downstream, from at least one other of the flow passage (designed), in one embodiment by at least 1% and / or at most 50%, in particular at most 15%, in particular i.e.
  • a wake of the support rib is advantageously guided into the flow passage.
  • a pressure loss and/or vibration excitation can be particularly advantageously reduced.
  • changing the size and/or shape of at least one (of) the flow passage(s), in particular loaded by a support rib, relative to at least one other (of the) flow passage(s) includes changing a flow passage-side pressure side of one of the two Guide vanes and/or a suction side on the flow passage side of one of the two guide vanes that delimit one flow passage, and/or the profile of one of these two guide vanes or these two guide vanes relative to the other Flow passage or the guide vane or vanes delimiting it, in particular compared to the majority of the other flow passages.
  • Changing the shape of a support rib-loaded flow passage(s) relative to at least one other flow passage(s) includes changing a stagger angle of one or both vanes that delimit the flow passage relative to one or both vanes that delimit the other flow passage.
  • the stagger angle is the angle that the profile chord of the guide vane includes with the axial or circumferential direction.
  • a wake of the support rib is advantageously guided in the flow passage.
  • a pressure loss and/or vibration excitation can be particularly advantageously reduced.
  • the guide grille of the flow channel is a guide grille of a turbine of a gas turbine
  • the support rib arrangement is arranged in a turbine intermediate housing ("midturbine frame" MTF) for connecting two turbines of a gas turbine, in particular a turbine intermediate housing, which has a high and a middle - or low-pressure turbine or a medium and a low-pressure turbine connects to one another or is set up or used for this purpose.
  • Fig. 1 shows a part of a flow channel 1 of a turbomachine according to an embodiment of the present invention or a design 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 several guide vanes distributed in the circumferential direction and flow passages delimited by two successive guide vanes, of which in Fig. 1 exemplary guide vanes 20 - 24 and flow passages 50 - 54 (partially) limited by them are shown.
  • the flow channel 1 further has a support rib arrangement with a plurality of support ribs distributed in the circumferential direction, of which in Fig. 1
  • a support rib 10 which is adjacent to the flow passage 51 downstream
  • a support rib 100 which is adjacent to the flow passage 54 downstream
  • the support ribs 10, 100 run parallel to the axial direction, ie they are not arranged or oriented at an angle to the axial direction. 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 with an angle between 5° and 10°, such as 5°, 6°, 7°, 8° , 9° or 10°.
  • a design of these flow passages 51, 54 adjacent to a support rib downstream is or is respectively adapted to the support rib 10 adjacent to it upstream or 100 adjusted to reduce pressure loss and/or vibration excitation.
  • the flow passage 51 is or will be in the circumferential direction (vertically in Fig. 1 ) positioned relative to the support rib 10 in such a way that a caster 12 (cf. Fig. 1 ) and a tangent 14 at a point of a downstream end region of a skeleton line 13 of the support rib 10 intersects an inlet cross section E of the flow passage 51 in a central region, as shown in Fig. 2 is shown.
  • the flow passage 54 is or will be positioned in the circumferential direction relative to the support rib 100 such that a wake or a tangent in a point of a downstream end region of a skeleton line of the support rib 100 intersects an inlet cross section of the flow passage 54 in a central region (not shown).
  • a flow passage-side pressure side 41 of the guide vane 21, which delimits the flow passage 51 is or is changed or adjusted, in particular compared to the flow passage-side pressure sides 40 and 43 of the guide vanes 20 and 23, which delimit the flow passage 50 and 53, respectively.
  • a flow passage-side suction side 32 of the guide vane 22, which delimits the flow passage 51 is or is changed or adapted, in particular compared to the flow passage-side suction sides 30 and 33 of the guide vanes 20 and 23, which delimit the flow passage 50 and 53, respectively.
  • stagger angles ⁇ 51 , ⁇ 52 of the guide vanes 21, 22, which delimit the flow passage 51 are or are changed or adjusted, in particular compared to the stagger angle ⁇ 50 of the guide vanes 20, which delimits the flow passage 50, as in Fig. 2 shown.
  • a running grid 70 of a turbine or a compressor is arranged downstream behind the guide grid with the guide blades 20-24.
  • a running grid 60 of another turbine is arranged upstream in front of the support rib arrangement with the support ribs 10, 100.
  • a compressor guide grid 60 is arranged upstream in front of the support rib arrangement with the support ribs 10, 100.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung 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.
  • GB 2 226 600 A offenbart eine Turbinenanordnung mit einer ringförmigen Verkleidungs- und Stützrippenbaugruppe, die der Turbinenanordnung mechanische Festigkeit verleiht und das hintere Rotorlager stützt. Die Turbinenanordnung weist außerdem ein Austrittsleitrad auf, das der Verkleidungs- und Stützrippenbaugruppe nachgelagert ist.
  • Eine weitere Anordnung ist aus dem Dokument US20150260103A1 bekannt. Eine Aufgabe 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 5 gelöst. Anspruch 12 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 mehreren Stützrippen, 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 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, und zwar 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.
  • Das Anpassen der Gestaltung mehrerer der jeweils einer Stützrippe stromabwärts nachgelagerten Strömungspassagen an diese Stützrippen, um einen Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung zu reduzieren, umfasst jeweils ein Positionieren dieser Strömungspassage in Umfangsrichtung relativ zu dieser Stützrippe derart, dass ein Nachlauf der Stützrippe einen Eintrittsquerschnitt der Strömungspassage in einem mittleren Bereich des Eintrittsquerschnitts schneidet.
  • Erfindungsgemäß ist bzw. wird 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 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 zu einer solchen Umfangspositionierung umfasst 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 Form, insbesondere auch Größe, dieser Strömungspassage gegenüber einer oder mehrerer anderer der Strömungspassagen des Leitgitters, insbesondere also ein zusätzliches Verändern einer Form, insbesondere auch Größe, 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 einen Eintrittsquerschnitt der Strömungspassage in einem mittleren Bereich schneidet.
  • Erfindungsgemäß ist bzw. wird wenigstens für die Mehrzahl aller in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Stützrippen der Stützrippenanordnung jeweils, eine Form, insbesondere auch Größe, 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), also zusätzlich eine Form, insbesondere auch Größe, mehrerer von Stützrippen beschickter Strömungspassagen, die relativ zu einer der Stützrippen in Umfangsrichtung derart positioniert ist bzw. sind, dass ein Nachlauf der Stützrippe einen Eintrittsquerschnitt der Strömungspassage in einem mittleren Bereich schneidet, von wenigstens einer anderen der Strömungspassagen, die keine einer Stützrippe benachbarte Strömungspassage ist, insbesondere nicht von einer Stützrippe beschickt ist, verschieden (ausgelegt).
  • 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 Form, insbesondere auch Größe, 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 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 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.
  • Das Verändern der Form von einer Stützrippe beschickten, Strömungspassage(n) gegenüber wenigstens einer anderen (der) Strömungspassage(n) umfasst ein Verändern eines Staffelungswinkels einer oder beider Leitschaufeln, die die Strömungspassage begrenzen gegenüber einer oder beider Leitschaufeln, die die andere Strömungspassage begrenzen.
  • 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 darauf hingewiesen, 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 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 (12)

  1. Verfahren zum Herstellen 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 mehreren Stützrippen (10, 100) aufweist, wobei für wenigstens die Mehrzahl aller in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Stützrippen der Stützrippenanordnung jeweils eine Gestaltung einer Strömungspassage (51, 54) des Leitgitters, die dieser Stützrippe stromabwärts nachgelagert ist, an diese Stützrippeangepasst wird, um einen Druckverlust und/oder eine Schwingungsanregung zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der Gestaltung der mehreren Strömungspassagen an die Stützrippen, der sie jeweils stromabwärts nachgelagert sind, ein Positionieren dieser Strömungspassage (51, 54) in Umfangsrichtung relativ zu dieser Stützrippe (10, 100) derart, dass ein Nachlauf (12) einen Eintrittsquerschnitt (E) der Strömungspassage in einem mittleren Bereich schneidet, umfasst, und ein Verändern einer Form dieser Strömungspassage gegenüber wenigstens einer anderen der Strömungspassagen (50, 52, 53) , die keine einer Stützrippe benachbarte Strömungspassage ist, umfasst, wobei das Verändern der Form ein Verändern eines Staffelungswinkels (β51, β52) wenigstens einer der beiden Leitschaufeln (22), die diese Strömungspassage begrenzen, gegenüber einer Leitschaufel, die eine andere Strömungspassage (50, 52, 53) begrenzt, umfasst.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der Gestaltung wenigstens einer dieser Strömungspassagen an die Stützrippe, der sie stromabwärts nachgelagert ist, ein Verändern einer Form dieser Strömungspassage (51, 54) gegenüber wenigstens einer anderen der Strömungspassagen (50, 52, 53) umfasst.
  3. 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 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.
  4. 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.
  5. 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 hergestellt ist.
  6. Strömungskanal (1) nach Anspruch 5, wobei 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) einen Eintrittsquerschnitt (E) der Strömungspassage in einem mittleren Bereich schneidet, wobei eine Form dieser Strömungspassage von wenigstens einer anderen der Strömungspassagen verschieden ist, wobei ein Staffelungswinkel (β51, β52) einer der beiden Leitschaufeln, die diese eine Strömungspassage begrenzen, von wenigstens einer anderen der Strömungspassagen verschieden ist.
  7. Strömungskanal (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Größe dieser Strömungspassage von wenigstens einer anderen der Strömungspassagen verschieden ist.
  8. Strömungskanal (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei eine Kanalbreite (B) dieser Strömungspassage in Umfangsrichtung von wenigstens einer anderen der Strömungspassagen verschieden ist.
  9. Strömungskanal (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei eine strömungspassagenseitige Druckseite (41, 44) einer der beiden Leitschaufeln, die diese eine Strömungspassage begrenzen, von wenigstens einer anderen der Strömungspassagen verschieden ist.
  10. Strömungskanal (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei eine strömungspassagenseitige Saugseite (32) einer der beiden Leitschaufeln, die diese eine Strömungspassage begrenzen, von wenigstens einer anderen der Strömungspassagen verschieden ist.
  11. Strömungskanal (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei ein Profil wenigstens einer der beiden Leitschaufeln, die diese eine Strömungspassage begrenzen, von wenigstens einer anderen der Strömungspassagen verschieden ist.
  12. Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, mit wenigstens einem Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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