EP4227489A1 - Leitschaufel für eine strömungsmaschine - Google Patents

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EP4227489A1
EP4227489A1 EP23151613.9A EP23151613A EP4227489A1 EP 4227489 A1 EP4227489 A1 EP 4227489A1 EP 23151613 A EP23151613 A EP 23151613A EP 4227489 A1 EP4227489 A1 EP 4227489A1
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EP
European Patent Office
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guide vane
trailing edge
airfoil
turbomachine
blade
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23151613.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Kislinger
Markus Brettschneider
Detlef Korte
Klaus Wittig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

Definitions

  • the invention relates to a vane for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, with a blade having a leading edge and a trailing edge, which are connected to one another by a suction side and a pressure side, the blade being located essentially in the radial direction between an inner platform and a outer platform extends.
  • a turbomachine generally includes a compressor section, a combustor section, and a turbine section.
  • the compression section progressively increases the pressure of a working fluid entering the turbomachine and supplies this compressed working fluid to the combustion section.
  • the compressed working fluid and a fuel mix within the combustor section and combust in a combustor to produce high pressure, high temperature combustion gases.
  • the combustion gases flow from the combustor section into the turbine section where they expand to do work.
  • the turbine section includes a plurality of stator shrouds with stator vanes positioned within the flow of combustion gases.
  • An airfoil of such a vane extends radially outward from a radially inner platform to a radially outer platform within a gas passage. Operational excitation of blades, in particular guide blades, to vibrate can have disadvantageous effects, for example reducing the service life of the components concerned.
  • a blade with circumferential inclination is, for example, from DE 10 2018 202 888 A1 known.
  • a guide vane for a turbomachine in particular for an aircraft engine, in particular for a turbine stage, preferably a high-speed and/or low-pressure turbine stage, of an aircraft engine is proposed, with a blade having a leading edge and a trailing edge, which is separated by a suction side and a pressure side are connected to one another, wherein the airfoil extends substantially in the radial direction between an inner platform or an inner shroud segment and an outer platform or an outer shroud segment.
  • the trailing edge Seen in the axial direction of the turbomachine on the trailing edge, the trailing edge runs radially outwards with respect to the radial direction at a circumferential position at which the trailing edge meets the outer platform, inclined to the pressure side at a first angle ⁇ , the first angle ⁇ between of the trailing edge and a tangent to the outer platform at a transition from the outer platform to the trailing edge is between 72° and 84°, preferably between 74° and 82°, in particular between 76° and 80°.
  • a connecting straight line through the profile centroids at 0% and 10% of a radially outwardly extending blade height of the vane is inclined by a maximum of 10° compared to a radial direction through the profile centroid at 10% of the blade height.
  • a face edge of the leading edge has an arcuate path across the airfoil height when viewed circumferentially and is inclined radially outward and radially inward from the radial direction.
  • the first angle ⁇ can bring about a translocation of the trailing edge and/or the leading edge, in particular in their course radially outwards, in relation to the radial direction, as a result of which an inclination in the axial direction of the turbomachine is brought about.
  • This inclination in the axial direction is also referred to as the "bow" of the guide vane or the vane blade.
  • at least one section of the trailing edge and/or leading edge in particular one that faces the outer platform and/or is at a distance from the inner platform, can be arranged offset in a direction downstream, which makes it possible to reduce the vibration load on the guide vane caused by the wake of a rotor blade arrangement arranged upstream can.
  • the airfoil height of the guide vane corresponds to the channel height in the area of the turbomachine in which the guide vane is arranged.
  • the connecting straight line through the profile centroids runs in particular through the centroids of cross-sectional areas of the airfoil. Due to the fact that this connecting straight line is inclined by a maximum of 10° at 10% of the airfoil height relative to the radial direction through the center of gravity of the profile, the airfoil or guide vane has an inclination in the circumferential direction of the turbomachine, in particular in a direction on the pressure side. This inclination in the circumferential direction is also referred to as the “lean” of the guide vane or the vane blade. As a result, a decoupling or a reduced excitation of the trailing and/or leading row of moving blades or moving blade arrangement and/or the guide blade itself can be made possible.
  • the arcuately curved course makes it possible to reduce the oscillating load on the guide vane due to the wake of the upstream rotor cascade due to the displacement of the leading edge downstream over a large part of the radial extent and at the same time to reduce the axial distance to the rotor blade ring adjacent upstream at the radially inner and outer suspension points hold.
  • This enables a space and weight-saving, axially compact arrangement.
  • the guide vane according to the invention thus offers a particularly advantageous compromise between low excitation, favorable aerodynamics and Compactness of construction (weight), and is therefore particularly advantageous in terms of efficiency and vibration loads.
  • the first angle ⁇ and/or the second angle ⁇ is/are determined in such a way that during operation of the guide vane or turbomachine, excitation due to the after-running of the rotor blade cascade adjacent upstream is reduced.
  • the slopes in the circumferential and axial directions run along the radial direction in such a way that the excitation is reduced.
  • operation can be the state of the ADP (“aerodynamic design point”) and/or the operating state at cruising altitude (“cruise condition”).
  • the slopes in the circumferential and axial directions run along the radial direction in such a way that the excitation is reduced.
  • the invention thus relates in particular to a guide vane for a turbomachine, in particular an aircraft engine, in particular a turbine stage, in particular a low-pressure turbine stage, of the aircraft engine, with a blade blade which is inclined at least in sections both in the circumferential direction and in the axial direction in such a way that, during operation, excitation by the Trail of the upstream adjacent blade cascade is reduced.
  • a turbomachine By means of its axis of rotation, a turbomachine defines an axial direction, a radial direction perpendicular to the axial direction and a circumferential direction extending concentrically around the axial direction.
  • the vane or airfoil extends radially between an inner platform of a vane assembly and an outer platform of the vane assembly.
  • the airfoil has a leading edge extending from the inner platform to the outer platform and a trailing edge located downstream of the leading edge along a direction of flow and extending from the inner platform to the outer platform.
  • the suction side and the pressure side extend between the leading edge and the trailing edge, these being arranged opposite one another.
  • the turbomachine has a turbine or a turbine section, which can have a high-pressure turbine and/or a low-pressure turbine, for example.
  • a turbine has a number of stages, with each stage having a stationary vane arrangement and a rotor blade arrangement arranged downstream such that it can rotate about the axis of rotation of the turbomachine.
  • Such a guide vane arrangement has one or more guide vane segments with at least one guide vane, wherein a guide vane arrangement has, in particular, a plurality of guide vanes of the same construction all around.
  • a guide vane segment or cluster with exactly one, exactly two, exactly three, exactly four, exactly five or more guide vanes according to an embodiment described herein is proposed.
  • a guide vane segment or cluster with at least one or more guide vanes proposed herein, as well as a turbine stage, in particular a low-pressure turbine stage, in particular a high-speed low-pressure turbine stage, with such a guide vane is also proposed.
  • “High-speed” means that the turbine stage is geared to the fan and rotates faster than the fan during operation.
  • a turbine stage in particular a low-pressure turbine stage, in particular a high-speed low-pressure turbine stage, is proposed with a guide vane ring with a guide vane and/or a guide vane segment or cluster according to an embodiment described herein.
  • a high-speed low-pressure turbine stage is designed in particular in such a way that the turbine stage is coupled to a turbine-driven blower ("fan") via a gearbox and rotates faster than the fan during operation.
  • fan turbine-driven blower
  • each guide vane or each guide vane segment of the guide vane ring can be designed according to the invention.
  • a blade arrangement for a turbomachine wherein at least one guide vane segment according to an embodiment described herein is arranged between two running rings or rotor blade arrangements, in particular within a turbine stage according to an embodiment described herein, in particular a low-pressure turbine and/or high-speed turbine of an aircraft engine is.
  • the invention is based, among other things, on the idea of adapting a guide vane of a guide vane arrangement or a guide vane cascade to an after-run of a moving blade arrangement or a moving blade cascade arranged upstream of it, in order to enable a reduction in excitation of the moving blade cascade and/or the moving blade arrangement. It is proposed to match the excited downstream vane cascade to the wake of the upstream blade cascade.
  • the connecting straight line through the profile centroids is at 0% and 10%, preferably at 0% and 15%, in particular at 0% and 24% of a blade height extending radially outward by a maximum of 10°, preferably a maximum of 5° , inclined to the radial direction through the 0% profile centroid.
  • the guide vane or the blade leaf is inclined towards its pressure side, and in particular not inclined towards the suction side, which can result in aerodynamic advantages on the guide vane, which can result in a reduction in power losses on the guide vane in the hub area of a guide vane arrangement.
  • a circumferential distance at 90% of a duct height of the turbomachine is between the circumferential position of a first centroid of the vane at 10% of the radially outwardly extending airfoil height and the circumferential position of a second centroid of the vane at 90% of the radially inward outwardly extending airfoil height at least 0.3 times, in particular 0.6 times, and/or at most twice, in particular 1.2 times, a minimum airfoil spacing at 90% of the channel height, in particular at the location of the guide vane.
  • the circumferential position of the second profile centroid is offset in particular relative to the circumferential position of the first profile centroid towards the pressure side or preferably towards the suction side.
  • the circumferential distance can in particular be taken along an arc of a circle between the relevant circumferential positions of the respective profile centroids.
  • the minimum airfoil spacing can also be referred to as the "bottleneck", which corresponds to the diameter of the smallest circle that can be inscribed at the relevant radial height between the pressure and suction sides of adjacent airfoils tangent to them, with the center of the circle in particular being located at the relevant channel height.
  • the visible edge of the leading edge partially encloses a second angle ( ⁇ ) with the radial direction when viewed in the circumferential direction, with the second angle ( ⁇ ) on the inner platform being in a range from 4° to 16°, in particular in a range from 7° to 13° and/or on the outer platform in a range from 12° to 24°, in particular in a range from 15° to 21°.
  • the guide vane or the vane blade can be inclined in the axial direction in a radially inner region, thereby enabling a reduction in vibration stress on the guide vane or a guide vane arrangement with such a guide vane due to the wake of a rotor blade arrangement arranged upstream.
  • a compact arrangement of the guide blade(s) on an inner platform can be made possible by such a configuration, as a result of which space and weight can be saved.
  • a visible edge of the trailing edge encloses a third angle ⁇ relative to the radial one, at least in sections, when viewed in the circumferential direction direction, at the circumferential position where the trailing edge meets the outer platform.
  • a further angle between the trailing edge and a tangent to an outer platform or a radially outer annular space wall of the turbomachine can be between 72° and 84°, preferably between 74° and 82° and in particular between 76 ° and 80°.
  • a greater inclination can thus be formed in a radially outer region of the guide vane or the airfoil, as a result of which less excitation of a trailing and/or leading rotor blade arrangement and the guide vane or the airfoil can be achieved.
  • the line of sight of the leading edge and/or the trailing edge when viewed in the circumferential direction extends over at least 50%, in particular at least 60%, in particular at least 70%, in particular at least 80%, in particular at least 90% of the radial airfoil height or over the entire radial Airfoil height a curvature, in particular with the same sign on.
  • the course of the inclination in the axial direction in particular the course of a leading edge line of sight and/or trailing edge line of sight in the radial direction, is a curved course. The excitation can be further reduced by this curved or arched course of the guide vane or the vane blade.
  • the course of the vane or the blade leaf can alternatively or additionally be designed in such a way that at a radially inner end of the blade leaf and/or at a radially outer end of the blade leaf an inclination to the radial direction is oriented in the opposite direction, with the course between the ends being continuous, in particular without a change in curvature , is formed or the radially inner and outer contours of the leading edge line of sight and/or trailing edge line of sight merge into one another.
  • turbomachine 1 shows an embodiment of a turbomachine 1 according to the invention, here by way of example a turbofan engine, in an axial section.
  • the turbomachine 1 is functionally divided into a compressor 1a, a combustion chamber 1b and a turbine 1c.
  • Both the compressor 1a and the turbine 1c are each constructed from a plurality of stages, each stage being composed of a guide vane arrangement and a moving vane arrangement arranged downstream in the direction of flow.
  • Such a turbine stage in particular a low-pressure turbine stage, in particular a high-speed low-pressure turbine stage, can have a guide vane according to the invention and/or a guide vane cluster according to the invention.
  • the rotor blade arrangements rotate about the longitudinal axis 2 of the turbomachine 1.
  • the intake air is compressed in the compressor 1a and then burned in the downstream combustion chamber 1b with added fuel.
  • the resulting flow flows through a hot gas duct 3 and thereby drives the rotor blade arrangements arranged there, which rotate about the longitudinal axis 2 .
  • Figure 2a shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a guide vane cluster 11 or guide vane segment according to the invention, having a number of guide vanes 10 according to the invention, looking in the axial direction at trailing edges 12 of the guide vanes 10 or their vane blades 20.
  • Such a guide vane cluster 11 can be part of a guide vane arrangement or a guide vane ring. At least one guide vane segment of this type can be arranged between two ring rings or rotor blade arrangements, in particular within a turbine stage described herein.
  • An airfoil 20 of a guide vane 10 has a leading edge, not shown, with the leading edge and the trailing edge 12 being connected to one another by a suction side and a pressure side 13 .
  • the airfoil 20 extends essentially in the radial direction in relation to a longitudinal axis 2 of a turbomachine between an inner platform 14 and an outer platform 15.
  • Figure 2b 12 shows a schematic representation of an airfoil 20 of a guide vane 10 according to the invention Figure 2a seen in the axial direction of the turbomachine.
  • a trailing edge 12 extends - at a circumferential position where the trailing edge 12 meets the outer platform 15 - with respect to the radial direction R radially outwardly inclined towards the pressure side at a first angle ⁇ .
  • This first angle ⁇ is enclosed between the trailing edge 12 and a tangent T of the outer platform 15 at a transition from the outer platform 15 to the trailing edge 12 and can be between 72° and 84°, preferably between 74° and 82°, in particular between 76° and 80°.
  • the resulting inclination in the axial direction is also referred to as the "bow" of the guide vane or the vane blade.
  • a connecting straight line 16 through the profile centroids at 0% and 10% of a radially outwardly extending airfoil height of the guide vane (10) is inclined by a maximum of 10° relative to a radial direction (R) through the profile centroid at 10% of the airfoil height, whereby the guide vane 10 has an inclination in the circumferential direction or a so-called "lean".
  • the connecting straight line 16 through the profile centroids runs through the centroids of cross-sectional areas of the airfoil 20.
  • the straight connecting line 16 can pass through the profile centroids at 0% and 10%, preferably at 0% and 15% and in particular at 0% and 24% of a radially outwardly extending airfoil height by a maximum of 10° and preferably a maximum of 5° to the radial direction be inclined towards the 0% center of gravity of the profile.
  • the inclination in the circumferential direction of the turbomachine 1 can arise, as a result of which a decoupling or a reduced excitation of the blade leaf 20 or the guide blade blade 10 and/or a guide blade arrangement is made possible.
  • the airfoil 201 shown has a first profile centroid P 1 at 10% of the radially outwardly extending airfoil height and a second profile centroid P 2 at 90% of the radially outwardly extending airfoil height.
  • the circumferential position U 1 of the first profile centroid P 1 lies on a straight line U 1 running radially through the first profile centroid P 1 or corresponds to this straight line U 1 .
  • the circumferential position U 2 of the second profile centroid P 2 lies on a straight line U 2 running radially through the second profile centroid P 2 or corresponds to this straight line U 2 .
  • a circumferential distance A U (along an arc of a circle) between the circumferential position U 1 of the first profile centroid P 1 and the circumferential position U 2 of the second profile centroid P 2 is at least 0.3 times, in particular 0.6 times and/or at most 2 times, in particular 1.2 times, a minimum airfoil spacing at 90% of the channel height H K .
  • the circumferential position U 2 of the second profile centroid P 2 can also be offset toward the suction side in relation to the circumferential position U 1 of the first profile centroid P 1 .
  • Figure 3a shows a schematic representation of the exemplary embodiment of a guide vane 10 according to the invention in a viewing direction in the circumferential direction of a turbomachine 1.
  • the leading edge 17 and the trailing edge 12 of the airfoil 20 of the vane 10 extend essentially in the radial direction between the inner platform 14 and the outer platform 15.
  • the leading edge 17 and trailing edge 12 or their lines of sight are obviously curved or arcuate.
  • the line of sight of the leading edge 17 and/or trailing edge 12 can extend over at least 50%, in particular at least 60%, in particular at least 70%, in particular at least 80%, in particular at least 90% of a radial airfoil height or over the entire radial height when viewed in the circumferential direction
  • Airfoil height have a curvature, in particular with the same sign.
  • the curvatures of the front edge 17 and the rear edge 12 have the same sign, ie are curved in the same direction.
  • Figure 3b 12 shows a schematic representation of an airfoil 20 of a guide vane 10 according to the invention Figure 3a Seen in the circumferential direction, the blade leaf 20 extending from the radially inner annular space wall 31 of the turbomachine 1 to a radially outer annular space wall 32 of the turbomachine 1 .
  • a visible edge of the front edge 17 encloses a second angle ⁇ relative to the radial direction R, at least in sections.
  • An inclination of the guide vane 10 in the axial direction or a "bow" can be brought about, so that the leading edge 17 and/or the trailing edge 12 can be arranged offset in a direction downstream in order to reduce the vibration load on the guide vane 10 due to the wake of a to allow upstream blade assembly.
  • the second angle ⁇ on the inner platform 14 in a range of 4 ° to 16 °, in particular in a range of 7 ° to 13 ° and on the outer platform 15 in a range of 12 ° to 24 °, in particular in a range from 15° to 21°.
  • the visible edge of the trailing edge 12 can enclose a third angle ⁇ with respect to the radial direction R, at least in sections, when viewed in the circumferential direction.
  • the representations are drawn with a disproportionate inclination for illustration purposes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel (10) für eine Strömungsmaschine (1), insbesondere für ein Flugtriebwerk, mit einem Schaufelblatt (20) aufweisend eine Vorderkante (17) und eine Hinterkante (13), welche durch eine Saugseite und eine Druckseite (13) miteinander verbunden sind, wobei sich das Schaufelblatt (10) im Wesentlichen in radialer Richtung (R) zwischen einer inneren Plattform (14) und einer äußeren Plattform (15) erstreckt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, mit einem Schaufelblatt aufweisend eine Vorderkante und eine Hinterkante, welche durch eine Saugseite und eine Druckseite miteinander verbunden sind, wobei sich das Schaufelblatt im Wesentlichen in radialer Richtung zwischen einer inneren Plattform und einer äußeren Plattform erstreckt.
  • Eine Strömungsmaschine umfasst im Allgemeinen einen Verdichterabschnitt, einen Brennkammerabschnitt und einen Turbinenabschnitt. Der Verdichterabschnitt erhöht fortschreitend den Druck eines in die Strömungsmaschine eintretenden Arbeitsfluids und führt dieses komprimierte Arbeitsfluid dem Verbrennungsabschnitt zu. Das komprimierte Arbeitsfluid und ein Brennstoff vermischen sich innerhalb des Brennkammerabschnitts und verbrennen in einer Brennkammer, um Verbrennungsgase mit hohem Druck und hoher Temperatur zu erzeugen. Die Verbrennungsgase strömen von dem Brennkammerabschnitt in den Turbinenabschnitt, wo sie sich ausdehnen, um Arbeit zu verrichten.
  • Der Turbinenabschnitt umfasst mehrere Statorleitkränze mit Statorleitschaufeln, die innerhalb des Stroms der Verbrennungsgase positioniert sind. Ein Schaufelblatt einer solchen Leitschaufel erstreckt sich innerhalb eines Gaskanals von einer radial inneren Plattform nach radial außen zu einer radial äußeren Plattform . Eine betriebsbedingte Anregung von Schaufeln, insbesondere Leitschaufeln, zu Schwingungen kann nachteilige Auswirkungen haben, beispielsweise die Lebensdauer der betreffenden Bauteile reduzieren.
  • Um eine solche Anregung zu reduzieren sind geneigte Schaufelblätter von Schaufeln für Strömungsmaschinen bekannt. Eine Schaufel mit Umfangsneigung ist beispielsweise aus der DE 10 2018 202 888 A1 bekannt.
  • Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Leitschaufel für eine Strömungsmaschine vorzuschlagen, durch welche eine betriebsbedingte Anregung zu Schwingungen reduziert werden kann. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird eine Leitschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, insbesondere für eine Turbinenstufe, vorzugsweise schnelldrehenden und/oder Niederdruckturbinenstufe, eines Flugtriebwerks , vorgeschlagen, mit einem Schaufelblatt aufweisend eine Vorderkante und eine Hinterkante, welche durch eine Saugseite und eine Druckseite miteinander verbunden sind, wobei sich das Schaufelblatt im Wesentlichen in radialer Richtung zwischen einer inneren Plattform bzw. einem Innendeckbandsegment und einer äußeren Plattform bzw. einem Außendeckbandsegment erstreckt. In axialer Richtung der Strömungsmaschine auf die Hinterkante gesehen, verläuft die Hinterkante in Bezug auf die radiale Richtung radial außen an einer Umfangsposition, an welcher die Hinterkante auf die äußere Plattform trifft, zur Druckseite in einem ersten Winkel α geneigt, wobei der erste Winkel α zwischen der Hinterkante und einer Tangente an der äußeren Plattform an einem Übergang der äußeren Plattform zur Hinterkante zwischen 72° und 84°, vorzugsweise zwischen 74° und 82° , insbesondere zwischen 76° und 80° liegt. In axialer Richtung der Strömungsmaschine gesehen ist eine Verbindungsgerade durch die Profilschwerpunkte bei 0% und 10% einer sich radial nach außen erstreckenden Schaufelblatthöhe der Leitschaufel gegenüber einer radialen Richtung durch den Profilschwerpunkt bei 10% der Schaufelblatthöhe um maximal 10° geneigt. Eine Sichtkante der Vorderkante hat über die Schaufelblatthöhe bei einer Betrachtung in Umfangsrichtung einen bogenförmig gekrümmten Verlauf und ist radial außen und radial innen gegenüber der radialen Richtung geneigt.
  • Der erste Winkel α kann eine Translokation der Hinterkante und/oder der Vorderkante, insbesondere in ihrem Verlauf nach radial außen, gegenüber der radialen Richtung bewirken, wodurch eine Neigung in axialer Richtung der Strömungsmaschine bewirkt wird. Diese Neigung in axialer Richtung wird auch als "bow" der Leitschaufel bzw. des Schaufelblatts bezeichnet. Hierdurch kann wenigstens ein, insbesondere der äußeren Plattform zugewandter und/oder von der inneren Plattform beabstandeter, Abschnitt der Hinterkante und/oder Vorderkante in eine Richtung stromabwärts versetzt angeordnet sein, wodurch eine Reduzierung einer Schwingungsbelastung der Leitschaufel durch den Nachlauf einer stromaufwärts angeordneten Laufschaufelanordnung ermöglicht werden kann. Die Schaufelblatthöhe der Leitschaufel entspricht der Kanalhöhe in dem Bereich der Strömungsmaschine, in dem die Leitschaufel angeordnet ist.
  • Die Verbindungsgerade durch die Profilschwerpunkte verläuft insbesondere durch die Schwerpunkte von Querschnittsflächen des Schaufelblatts. Dadurch, dass diese Verbindungsgerade gegenüber der radialen Richtung ) durch den Profilschwerpunkt bei 10% der Schaufelblatthöhe um maximal 10° geneigt ist, weist das Schaufelblatt bzw. die Leitschaufel eine Neigung in Umfangsrichtung der Strömungsmaschine, insbesondere in eine druckseitige Richtung, auf. Diese Neigung in Umfangsrichtung wird auch als "lean" der Leitschaufel bzw. des Schaufelblatts bezeichnet. Hierdurch kann eine Entkopplung bzw. eine reduzierte Anregung der nachlaufenden- und/oder vorlaufenden Laufschaufelreihe bzw. Laufschaufelanordnung und/oder der Leitschaufel selbst ermöglicht werden.
  • Es hat sich gezeigt, dass durch ein kombiniertes Neigen in Umfangs- und Axialrichtung die Anregung signifikant gegenüber einer ausschließlichen Neigung in Umfangsrichtung reduzieren lässt. Somit kann mit einer Leitschaufel bzw. einem Schaufelblatt, welche sowohl einen "lean" als auch einen "bow" aufweist, ein vorteilhafter Kompromiss zwischen einer geringen Schwingungsanregung, einer günstigen Aerodynamik und Kompaktheit der Bauweise und insbesondere einer damit einhergehenden Gewichtsreduktion geschaffen werden.
    Die Umfangsneigung in einem starken Maße nach radial außen zur Druckseite ermöglicht eine geringere Anregung der nach- und/oder vorlaufenden Laufschaufelreihe und gleichzeitig auch der Leitschaufel selbst, wobei durch die geringe Umfangsneigung radial innen die Verluste an der Leitschaufel im Nabenbereich verringert werden können, was aerodynamisch vorteilhaft ist.
  • Der bogenförmig gekrümmte Verlauf gestattet es, die Schwingbelastung der Leitschaufel durch den Nachlauf des stromaufwärtigen Laufgitters aufgrund von Versatz der Vorderkante nach stromabwärts auf einem Großteil der radialen Erstreckung zu reduzieren und gleichzeitig den axialen Abstand zum stromaufwärts benachbarten Laufschaufelkranz an den Aufhängepunkten radial innen und außen gering zu halten. Dies ermöglicht eine platz- und gewichtsparende, axial kompakte Anordnung. Die erfindungsgemäße Leitschaufel bietet damit einen besonders vorteilhaften Kompromiss zwischen geringer Anregung, günstiger Aerodynamik und Kompaktheit der Bauweise (Gewicht), und ist damit besonders vorteilhaft hinsichtlich Effizienz und Schwingbelastung.
  • Insbesondere ist hierbei der erste Winkel α und/oder der zweite Winkel β derart bestimmt, dass in einem Betrieb der Leitschaufel bzw. der Strömungsmaschine eine Anregung durch den Nachlauf des stromaufwärts benachbarten Laufschaufelgitters verringert ist. Vorzugsweise verlaufen die Neigungen in Umfangs- und Axialrichtung entlang der radialen Richtung derart, dass die Anregung reduziert ist. Ein Betrieb kann beispielsweise in einem Flugtriebwerk der Zustand des ADP ("aerodynamic design point") und/oder der Betriebszustand auf Reiseflughöhe ("cruise condition") sein. Vorzugsweise verlaufen die Neigungen in Umfangs- und Axialrichtung entlang der radialen Richtung derart, dass die Anregung reduziert ist.
  • Die Erfindung betrifft somit insbesondere eine Leitschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere Flugtriebwerk, insbesondere einer Turbinenstufe, insbesondere Niederdruckturbinenstufe, des Flugtriebwerks, mit einem Schaufelblatt, welches zumindest abschnittsweise sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung derart geneigt ist, dass im jeweiligen Betrieb eine Anregung durch den Nachlauf des stromaufwärts benachbarten Laufschaufelgitters verringert ist.
  • Eine Strömungsmaschine definiert mittels ihrer Drehachse eine axiale Richtung, eine radiale Richtung senkrecht zur axialen Richtung und eine sich konzentrisch um die axiale Richtung erstreckende Umfangsrichtung. Die Leitschaufel bzw. das Schaufelblatt erstreckt sich radial zwischen einer inneren Plattform einer Leitschaufelanordnung und einer äußeren Plattform der Leitschaufelanordnung. Das Schaufelblatt weist eine Vorderkante, welche sich von der inneren Plattform zur äußeren Plattform erstreckt, und eine Hinterkante, welche stromabwärts der Vorderkante entlang einer Strömungsrichtung angeordnet ist und sich von der inneren Plattform zur äußeren Plattform erstreckt, auf. Zwischen der Vorderkante und der Hinterkante erstreckt sich die Saugseite und die Druckseite, wobei diese einander gegenüberliegend angeordnet sind.
  • Die Strömungsmaschine weist eine Turbine bzw. einen Turbinenabschnitt auf, die/der beispielsweise eine Hochdruckturbine und/oder eine Niederdruckturbine aufweisen kann. Eine Turbine weist dabei mehrere Stufen auf, wobei jede Stufe eine stationäre Leitschaufelanordnung und eine darauffolgend stromabwärts um die Drehachse der Strömungsmaschine rotierbar angeordnete Laufschaufelanordnung aufweist. Eine solche Leitschaufelanordnung weist ein oder mehrere Leitschaufelsegmente mit wenigstens einer Leitschaufel auf, wobei eine Leitschaufelanordnung umlaufend insbesondere eine Mehrzahl baugleicher Leitschaufeln aufweist.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts wird ein Leitschaufelsegment oder -Cluster mit genau einer, genau zwei, genau drei, genau vier, genau fünf oder mehreren Leitschaufel(n) gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform vorgeschlagen.
  • Entsprechend wird auch ein Leitschaufelsegment oder -Cluster mit mindestens einer oder mehreren hierin vorgeschlagenen Leitschaufeln sowie eine Turbinenstufe, insbesondere Niederdruckturbinenstufe, insbesondere schnelldrehende Niederdruckturbinenstufe, mit einer solchen Leitschaufel vorgeschlagen. "Schnelldrehend" bedeutet, dass die Turbinenstufe über ein Getriebe an den Fan gekoppelt ist und im Betrieb schneller dreht als der Fan.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts wird eine Turbinenstufe, insbesondere Niederdruckturbinenstufe, insbesondere schnelldrehende Niederdruckturbinenstufe, mit einem Leitschaufelkranz mit einer Leitschaufel und/oder einem Leitschaufelsegment oder -Cluster gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform vorgeschlagen. Eine schnelldrehende Niederdruckturbinenstufe ist insbesondere derart ausgebildet, dass die Turbinenstufe über ein Getriebe an ein turbinengetriebenes Gebläse ("Fan") gekoppelt ist und im Betrieb schneller dreht als der Fan. Insbesondere kann jede Leitschaufel bzw. jedes Leitschaufelsegment des Leitschaufelkranzes erfindungsgemäß ausgeführt sein.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts wird eine Schaufelblattanordnung für eine Strömungsmaschine vorgeschlagen, wobei wenigstens ein Leitschaufelsegment gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform zwischen zwei Laufkränzen bzw. Laufschaufelanordnungen, insbesondere innerhalb einer Turbinenstufe gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform, insbesondere einer Niederdruckturbine und/oder schnelldrehenden Turbine eines Flugtriebwerks, angeordnet ist.
  • Die Erfindung basiert unter anderem auf der Idee, eine Leitschaufel einer Leitschaufelanordnung bzw. eines Leitschaufelgitters an einen Nachlauf einer stromaufwärts zu diesem angeordneten Laufschaufelanordnung bzw. eines Laufschaufelgitters anzupassen, um so eine Reduzierung einer Anregung des Laufschaufelgitters und/oder der Laufschaufelanordnung zu ermöglichen. Es wird vorgeschlagen, das angeregte, stromabwärtige Leitgitter an den Nachlauf (engl. "wake") des stromaufliegenden Laufschaufelgitters anzupassen.
  • Dadurch kann eine Anpassung des Nachlaufs des stromaufwärtigen Laufschaufelgitters durch Veränderung des stromaufwärtigen Laufschaufelgitters auf das nachfolgende Leitgitter vermieden werden. Dies hat den Vorteil, dass die in Bezug auf die Erfüllung unterschiedlicher Auslegungskriterien ausgelegten Laufschaufeln des Laufschaufelgitters nicht in Bezug auf diese Auslegungskriterien, welche z.B. einen Kräfteausgleich zwischen aerodynamischer Gaskraft und Fliehkraft umfassen können, in nachteiliger Weise verändert werden müssen.
  • Es kann Vorteile haben, anstatt der rotierenden Laufschaufeln die nachfolgenden Leitschaufeln zu neigen. Durch das Neigen wird der Schwerpunkt verschoben, was beim Neigen der Laufschaufeln zu strukturmechanischen Nachteilen führt. Deshalb kann es nachteilig sein, wenn die Laufschaufeln zusätzlich geneigt werden.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Verbindungsgerade durch die Profilschwerpunkte bei 0% und 10%, vorzugsweise bei 0% und 15%, insbesondere bei 0% und 24% einer bzw. der sich radial nach außen erstreckenden Schaufelblatthöhe um maximal 10°, vorzugsweise maximal 5°, zur Radialrichtung durch den 0%-Profilschwerpunkt geneigt. Hierdurch ist die Leitschaufel bzw. das Schaufelblatt zu seiner Druckseite hin geneigt, und insbesondere nicht in Richtung der Saugseite geneigt, wodurch sich aerodynamische Vorteile an der Leitschaufel ergeben können, die in einer Reduktion von Leistungsverlusten an der Leitschaufel im Nabenbereich einer Leitschaufelanordnung resultieren können.
  • Bei einer Ausführungsform beträgt ein Umfangsabstand auf 90% einer Kanalhöhe der Strömungsmaschine zwischen der Umfangsposition eines ersten Profilschwerpunkts der Leitschaufel bei 10% der sich radial nach außen erstreckenden Schaufelblatthöhe und der Umfangsposition eines zweiten Profilschwerpunkts der Leitschaufel bei 90% der sich radial nach außen erstreckenden Schaufelblatthöhe mindestens das 0,3-Fache, insbesondere 0,6-Fache, und/oder höchstens das 2-Fache, insbesondere 1,2-Fache, eines minimalen Schaufelblattabstands bei 90% der Kanalhöhe, insbesondre an der Stelle der Leitschaufel. Dabei ist die Umfangsposition des zweiten Profilschwerpunkts insbesondere gegenüber der Umfangsposition des ersten Profilschwerpunkts zur Druckseite oder vorzugsweise zur Saugsseite hin versetzt.
  • Der Umfangsabstand kann dabei insbesondere entlang eines Kreisbogens zwischen den betreffenden Umfangspositionen der jeweiligen Profilschwerpunkte genommen werden. Der minimale Schaufelblattabstands kann auch als "Engstelle" bezeichnet werden, welche dem Durchmesser des kleinsten Kreises entspricht, der auf der betreffenden Radialhöhe zwischen Druck- und Saugseite benachbarter Schaufelblätter diese tangierend einbeschrieben werden kann, wobei sich insbesondere der Kreismittelpunkt auf der betreffenden Kanalhöhe befindet.
  • Bei einer Ausführungsform schließt die Sichtkante der Vorderkante bei einer Betrachtung in Umfangsrichtung abschnittsweise einen zweiten Winkel (γ) mit der radialen Richtung ein, wobei der zweite Winkel (γ) an der inneren Plattform in einem Bereich von 4° bis 16°, insbesondere in einem Bereich von 7° bis 13° und/oder an der äußeren Plattform in einem Bereich von 12° bis 24°, insbesondere in einem Bereich von 15° bis 21°. Hierdurch kann eine Neigung der Leitschaufel bzw. des Schaufelblatts in axialer Richtung in einem radial inneren Bereich ausgebildet werden, wodurch eine Reduktion einer Schwingungsbelastung der Leitschaufel bzw. einer Leitschaufelanordnung mit einer solchen Leitschaufel durch den Nachlauf einer stromaufwärtig angeordneten Laufschaufelanordnung ermöglicht ist. Zudem kann durch eine solche Ausgestaltung eine kompakte Anordnung der Leitschaufel(n) an einer inneren Plattform ermöglicht werden, wodurch Platz und Gewicht eingespart werden kann.
  • Es ist eine Anordnung der Vorderkante in eine Richtung stromabwärts bzw. ein Versatz der Vorderkante nach "downstream", insbesondere über einen Großteil seiner radialen Erstreckung, ermöglicht. Dies ermöglicht eine kompakte Anordnung von Leitschaufeln an einer äußeren Plattform, wodurch Platz und Gewicht eingespart werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform schließt eine Sichtkante der Hinterkante bei einer Betrachtung in Umfangsrichtung wenigstens abschnittsweise einen dritten Winkel δ gegenüber der radialen Richtung, an der Umfangsposition, an welcher die Hinterkante auf die äußere Plattform trifft, ein. Insbesondere kann, bei Sicht in Axialrichtung auf die Hinterkante, ein weiterer Winkel zwischen der Hinterkante und einer Tangente an eine äußere Plattform bzw. eine radial äußere Ringraumwand der Strömungsmaschine zwischen 72° und 84°, vorzugsweise zwischen 74° und 82° und insbesondere zwischen 76° und 80° liegen. Somit kann in einem radial äußeren Bereich der Leitschaufel bzw. des Schaufelblatts eine stärkere Neigung ausgebildet sein, wodurch eine geringere Anregung einer nach- und/oder vorlaufenden Laufschaufelanordnung und der Leitschaufel bzw. des Schaufelblatts erzielbar sein kann.
  • Bei einer Ausführungsform weist die Sichtlinie der Vorderkante und/oder der Hinterkante bei einer Blickrichtung in Umfangsrichtung über mindestens 50%, insbesondere mindestens 60%, insbesondere mindestens 70%, insbesondere mindestens 80%, insbesondere mindestens 90% der radialen Schaufelblatthöhe oder über die gesamte radiale Schaufelblatthöhe eine Krümmung, insbesondere mit gleichem Vorzeichen, auf. Insbesondere ist, bei einer Blickrichtung in Umfangsrichtung der Strömungsmaschine, der Neigungsverlauf in Axialrichtung, insbesondere der Verlauf einer Vorderkantensichtlinie und/oder Hinterkantensichtlinie in Radialrichtung, ein bogenförmiger Verlauf. Durch diesen gekrümmten bzw. bogenförmigen Verlauf der Leitschaufel bzw. des Schaufelblatts kann die Anregung weiter reduziert werden. Hierbei kann der Verlauf der Leitschaufel bzw. des Schaufelblatts alternativ oder zusätzlich derart ausgebildet sein, dass an einem radial inneren Schaufelblattende und/oder an einem radial äußeren Schaufelblattende eine Neigung zur Radialrichtung entgegengesetzt orientiert ist, wobei der Verlauf zwischen den Enden kontinuierlich, insbesondere ohne Krümmungswechsel, ausgebildet ist bzw. die radial innen und außen liegenden Konturen der Vorderkantensichtlinie und/oder Hinterkantensichtlinie ineinander übergehen.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Strömungsmaschine in einem Axialschnitt;
    Fig. 2a, 2b
    eine schematische Darstellungen eines beispielhaften erfindungsgemäßen Leitschaufelclusters und einer erfindungsgemäßen Leitschaufel in einer Blickrichtung in Axialrichtung der Strömungsmaschine;
    Figs. 3a, 3b
    eine schematische Darstellungen einer beispielhaften erfindungsgemäßen Leitschaufel in einer Blickrichtung in Umfangsrichtung der Strömungsmaschine;
  • Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine 1, hier beispielhaft ein Mantelstromtriebwerk, in einem Axialschnitt. Die Strömungsmaschine 1 gliedert sich funktional in Verdichter 1a, Brennkammer 1b und Turbine 1c. Sowohl der Verdichter 1a als auch die Turbine 1c sind jeweils aus mehreren Stufen aufgebaut, jede Stufe setzt sich aus einer Leitschaufelanordnung und einer in Strömungsrichtung darauffolgend angeordneten Laufschaufelanordnung zusammen. Eine solche Turbinenstufe, insbesondere eine Niederdruckturbinenstufe, insbesondere schnelldrehende Niederdruckturbinenstufe, kann eine erfindungsgemäße Leitschaufel und/oder ein erfindungsgemäßes Leitschaufelcluster aufweisen.
  • Die Laufschaufelanordnungen rotieren im Betrieb um die Längsachse 2 der Strömungsmaschine 1. Im Verdichter 1a wird die angesaugte Luft komprimiert, und dann in der nachgelagerten Brennkammer 1b mit hinzugemischtem Brennstoff verbrannt. Die hierdurch entstehende Strömung durchströmt einen Heißgaskanal 3 und treibt dabei die dort angeordneten Laufschaufelanordnungen an, die um die Längsachse 2 rotieren.
  • Fig. 2a zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leitschaufelclusters 11 bzw. Leitschaufelsegments aufweisend eine Anzahl an erfindungsgemäßen Leitschaufeln 10 bei einer Blickrichtung in Axialrichtung auf Hinterkanten 12 der Leitschaufeln 10 bzw. deren Schaufelblätter 20.
  • Ein solches Leitschaufelcluster 11 kann Teil einer Leitschaufelanordnung bzw. eines Leitschaufelkranzes sein. Wenigstens ein solches Leitschaufelsegment kann zwischen zwei Laufkränzen bzw. Laufschaufelanordnungen, insbesondere innerhalb einer hierin beschriebenen Turbinenstufe, angeordnet sein.
  • Ein Schaufelblatt 20 einer Leitschaufel 10 weist eine nicht dargestellte Vorderkante auf, wobei die Vorderkante und die Hinterkante 12 durch eine Saugseite und eine Druckseite 13 miteinander verbunden sind. Das Schaufelblatt 20 erstreckt sich im Wesentlichen in radialer Richtung in Bezug auf eine Strömungsmaschinenlängsachse 2 zwischen einer inneren Plattform 14 und einer äußeren Plattform 15.
  • Fig. 2b zeigt eine schematische Darstellung eines Schaufelblatts 20 einer erfindungsgemäßen Leitschaufel 10 aus Fig. 2a in axialer Richtung der Strömungsmaschine gesehen. Eine Hinterkante 12 verläuft - an einer Umfangsposition, an welcher die Hinterkante 12 auf die äußere Plattform 15 trifft - in Bezug auf die radiale Richtung R radial außen zur Druckseite in einem ersten Winkel α geneigt. Dieser erste Winkel α wird zwischen der Hinterkante 12 und einer Tangente T der äußeren Plattform 15 an einem Übergang der äußeren Plattform 15 zur Hinterkante 12 eingeschlossen und kann zwischen 72° und 84°, vorzugsweise zwischen 74° und 82° , insbesondere zwischen 76° und 80° liegen. Die hierdurch bedingte Neigung in axialer Richtung wird auch als "bow" der Leitschaufel bzw. des Schaufelblatts bezeichnet.
  • Eine Verbindungsgerade 16 durch die Profilschwerpunkte bei 0% und 10% einer sich radial nach außen erstreckenden Schaufelblatthöhe der Leitschaufel (10) ist gegenüber einer radialen Richtung (R) durch den Profilschwerpunkt bei 10% der Schaufelblatthöhe um maximal 10° geneigt, wodurch die Leitschaufel 10 eine Neigung in Umfangsrichtung bzw. einen sogenannten "lean" aufweist. Die Verbindungsgerade 16 durch die Profilschwerpunkte verläuft durch die Schwerpunkte von Querschnittsflächen des Schaufelblatts 20.
  • Dabei kann die Verbindungsgerade 16 durch die Profilschwerpunkte bei 0% und 10%, vorzugsweise bei 0% und 15% und insbesondere bei 0% und 24% einer sich radial nach außen erstreckenden Schaufelblatthöhe um maximal 10°, und vorzugsweise maximal 5° zur Radialrichtung durch den 0%-Profilschwerpunkt geneigt sein. Hierdurch kann die Neigung in Umfangsrichtung der Strömungsmaschine 1 entstehen, wodurch eine Entkopplung bzw. eine reduzierte Anregung des Schaufelblatts 20 bzw. des Leitschaufelblatts 10 und/oder einer Leitschaufelanordnung ermöglicht ist.
  • Ein weiteres in Fig. 2a gezeigtes Schaufelblatts 201 hat einen ersten Profilschwerpunkt P1 bei 10% der sich radial nach außen erstreckenden Schaufelblatthöhe und einen zweiten Profilschwerpunkt P2 bei 90% der sich radial nach außen erstreckenden Schaufelblatthöhe. Die Umfangsposition U1 des ersten Profilschwerpunkt P1 liegt auf einer radial durch den ersten Profilschwerpunkt P1 verlaufenden Geraden U1 oder entspricht dieser Geraden U1. Die Umfangsposition U2 des zweiten Profilschwerpunkt P2 liegt auf einer radial durch den zweiten Profilschwerpunkt P2 verlaufenden Geraden U2 oder entspricht dieser Geraden U2.
  • Auf 90% einer Kanalhöhe HK im Bereich des Schaufelblatts 201 beträgt ein Umfangsabstand AU (entlang eines Kreisbogens) zwischen der Umfangsposition U1 des ersten Profilschwerpunkts P1 und der Umfangsposition U2 des zweiten Profilschwerpunkts P2 mindestens das 0,3-Fache, insbesondere 0,6-Fache, und/oder höchstens das 2-Fache, insbesondere 1,2-Fache, eines minimalen Schaufelblattabstands bei 90% der Kanalhöhe HK.
  • Im Beispiel der Fig. 2a ist die Umfangsposition U2 des zweiten Profilschwerpunkts P2 gegenüber der Umfangsposition U1 des ersten Profilschwerpunkts P1 zur Druckseite 13 hin versetzt.
  • Alternativ kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Umfangsposition U2 des zweiten Profilschwerpunkts P2 gegenüber der Umfangsposition U1 des ersten Profilschwerpunkts P1 auch zur Saugseite hin versetzt sein.
  • Fig. 3a zeigt eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leitschaufel 10 bei einer Blickrichtung in Umfangsrichtung einer Strömungsmaschine 1.
  • Die Vorderkante 17 und die Hinterkante 12 des Schaufelblatts 20 der Leitschaufel 10 erstrecken sich im Wesentlichen in radialer Richtung zwischen der inneren Plattform 14 und der äußeren Plattform 15. Die Vorderkante 17 und Hinterkante 12 bzw. deren Sichtlinien verlaufen erkennbar gekrümmt bzw. bogenförmig. Hierbei kann die Sichtlinie der Vorderkante 17 und/oder Hinterkante 12 bei einer Blickrichtung in Umfangsrichtung über mindestens 50%, insbesondere mindestens 60%, insbesondere mindestens 70%, insbesondere mindestens 80%, insbesondere mindestens 90% einer radialen Schaufelblatthöhe oder über die gesamte radiale Schaufelblatthöhe eine Krümmung, insbesondere mit gleichem Vorzeichen, aufweisen. Wie in Fig. 3a zu erkennen ist haben die Krümmungen der Vorderkante 17 und der Hinterkante 12 das gleiche Vorzeichen, sind also in gleicher Richtung gekrümmt.
  • Fig. 3b zeigt eine schematische Darstellung eines Schaufelblatts 20 einer erfindungsgemäßen Leitschaufel 10 aus Fig. 3a in Umfangsrichtung gesehen, wobei sich das Schaufelblatt 20 von radial inneren Ringraumwand 31 der Strömungsmaschine 1 zu einer radial äußeren Ringraumwand 32 der Strömungsmaschine 1 erstreckt.
  • Eine Sichtkante der Vorderkante 17 schließt wenigstens abschnittsweise einen zweiten Winkel γ gegenüber der radialen Richtung R ein. Dabei kann eine Neigung der Leitschaufel 10 in axialer Richtung bzw. ein "bow" bewirkt werden, sodass die Vorderkante 17 und/oder die Hinterkante 12 in eine Richtung stromabwärts versetzt angeordnet sein kann, um eine Reduzierung einer Schwingungsbelastung der Leitschaufel 10 durch den Nachlauf einer stromaufwärts angeordneten Laufschaufelanordnung zu ermöglichen.
  • Hierbei kann der zweite Winkel γ an der inneren Plattform 14 in einem Bereich von 4° bis 16°, insbesondere in einem Bereich von 7° bis 13° und an der äußeren Plattform 15 in einem Bereich von 12° bis 24°, insbesondere in einem Bereich von 15° bis 21° liegen. Alternativ oder zusätzlich kann die Sichtkante der Hinterkante 12 bei einer Betrachtung in Umfangsrichtung wenigstens abschnittsweise einen dritten Winkel δ gegenüber der radialen Richtung R einschließen.
  • Die Darstellungen sind zur Illustration mit einer überproportionalen Neigung gezeichnet.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Strömungsmaschine
    1a
    Verdichter
    1b
    Brennkammer
    1c
    Turbine
    2
    Längsachse
    3
    Heißgaskanal
    10
    Leitschaufel
    11
    Leitschaufelcluster
    12
    (Sichtlinie der) Hinterkante
    13
    Druckseite
    14
    innere Plattform
    15
    äußere Plattform
    16
    Verbindungslinie durch Profilschwerpunkte
    17
    (Sichtlinie der) Vorderkante
    20
    Schaufelblatt
    31
    radial innere Ringraumwand
    32
    radial äußere Ringraumwand
    A
    axiale Richtung der Strömungsmaschine
    R
    radiale Richtung der Strömungsmaschine

Claims (9)

  1. Leitschaufel (10) für eine Strömungsmaschine (1), insbesondere für ein Flugtriebwerk, mit einem Schaufelblatt (20) aufweisend eine Vorderkante (17) und eine Hinterkante (12), welche durch eine Saugseite und eine Druckseite (13) miteinander verbunden sind, wobei sich das Schaufelblatt (20) im Wesentlichen in radialer Richtung (R) zwischen einer inneren Plattform (14) und einer äußeren Plattform (15) erstreckt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in axialer Richtung (A) der Strömungsmaschine (1) auf die Hinterkante (12) gesehen, die Hinterkante (12) radial außen in Bezug auf die radiale Richtung (R) an einer Umfangsposition, an der die Hinterkante (12) auf die äußere Plattform (15) trifft, zur Druckseite (13) mit einem ersten Winkel (α) geneigt verläuft und der erste Winkel (α) zwischen der Hinterkante (12) und einer Tangente (T) an der äußeren Plattform (15) an einem Übergang der äußeren Plattform (15) zur Hinterkante (12) zwischen 72° und 84°, vorzugsweise zwischen 74° und 82°, insbesondere zwischen 76° und 80° liegt, in axialer Richtung (A) der Strömungsmaschine (1) gesehen, eine Verbindungsgerade (16) durch die Profilschwerpunkte bei 0% und 10% einer sich radial nach außen erstreckenden Schaufelblatthöhe der Leitschaufel (10) gegenüber einer radialen Richtung (R) durch den Profilschwerpunkt bei 10% der Schaufelblatthöhe um maximal 10° geneigt ist, und eine Sichtkante der Vorderkante (17) über die Schaufelblatthöhe bei einer Betrachtung in Umfangsrichtung einen bogenförmig gekrümmten Verlauf hat und radial außen und radial innen gegenüber der radialen Richtung (R) geneigt ist.
  2. Leitschaufel (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsgerade durch die Profilschwerpunkte bei 0% und 10%, vorzugsweise bei 0% und 15% und insbesondere bei 0% und 24% der sich radial nach außen erstreckenden Schaufelblatthöhe um maximal 10°, vorzugsweise maximal 5°, zur radialen Richtung (R) durch den 0%-Profilschwerpunkt geneigt ist.
  3. Leitschaufel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umfangsabstand AU auf 90% einer Kanalhöhe (HK) der Strömungsmaschine (1) zwischen der Umfangsposition (U1) eines ersten Profilschwerpunkts (P1) der Leitschaufel (10) bei 10% der sich radial nach außen erstreckenden Schaufelblatthöhe und der Umfangsposition (U2) eines zweiten Profilschwerpunkts (P2) der Leitschaufel (10) bei 90% der sich radial nach außen erstreckenden Schaufelblatthöhe mindestens das 0,3-Fache, insbesondere 0,6-Fache, und/oder höchstens das 2-Fache, insbesondere 1,2-Fache, eines minimalen Schaufelblattabstands bei 90% der Kanalhöhe (HK) beträgt, wobei die Umfangsposition (U2) des zweiten Profilschwerpunkts (P2) gegenüber der Umfangsposition (U1) des ersten Profilschwerpunkts (P 1) zur Druckseite (13) oder vorzugsweise zur Saugsseite hin versetzt ist.
  4. Leitschaufel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Betrachtung in Umfangsrichtung die Sichtkante der Vorderkante (17) abschnittsweise einen zweiten Winkel (γ) mit der radialen Richtung (R) einschließt, wobei der zweite Winkel (γ) an der inneren Plattform (14) in einem Bereich von 4° bis 16°, insbesondere in einem Bereich von 7° bis 13° liegt, und/oder an der äußeren Plattform (15) in einem Bereich von 12° bis 24°, insbesondere in einem Bereich von 15° bis 21° liegt.
  5. Leitschaufel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sichtkante der Hinterkante (12) bei einer Betrachtung in Umfangsrichtung wenigstens abschnittsweise einen dritten Winkel (δ) gegenüber der radialen Richtung (R) an der Umfangsposition, an welcher die Hinterkante (12) auf die äußere Plattform (15) trifft, einschließt.
  6. Leitschaufel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sichtlinie der Vorderkante (17) und/oder der Hinterkante (12) bei einer Blickrichtung in Umfangsrichtung über mindestens 50%, insbesondere mindestens 60%, insbesondere mindestens 70%, insbesondere mindestens 80%, insbesondere mindestens 90% der radialen Schaufelblatthöhe oder über die gesamte radiale Schaufelblatthöhe eine Krümmung, insbesondere mit gleichem Vorzeichen, aufweist.
  7. Leitschaufelsegment (11) oder -Cluster mit genau einer, genau zwei, genau drei, genau vier, genau fünf oder mehreren Leitschaufeln (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
  8. Turbinenstufe, insbesondere Niederdruckturbinenstufe, insbesondere schnelldrehende Niederdruckturbinenstufe, mit einem Leitschaufelkranz mit einer Leitschaufel (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einem Leitschaufelsegment (11) gemäß Anspruch 8.
  9. Schaufelblattanordnung für eine Strömungsmaschine (1), wobei wenigstens ein Leitschaufelsegment (11) gemäß Anspruch 8 zwischen zwei Laufkränzen, insbesondere innerhalb einer Turbinenstufe gemäß Anspruch 9, insbesondere einer Niederdruckturbine und/oder schnelldrehenden Turbine eines Flugtriebwerks, angeordnet ist.
EP23151613.9A 2022-02-11 2023-01-13 Leitschaufel für eine strömungsmaschine Pending EP4227489A1 (de)

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