EP4567255A1 - Gasturbine mit im übergangskanal angeordnetem austrittsleitgitter - Google Patents

Gasturbine mit im übergangskanal angeordnetem austrittsleitgitter Download PDF

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EP4567255A1
EP4567255A1 EP24218260.8A EP24218260A EP4567255A1 EP 4567255 A1 EP4567255 A1 EP 4567255A1 EP 24218260 A EP24218260 A EP 24218260A EP 4567255 A1 EP4567255 A1 EP 4567255A1
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EP
European Patent Office
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blade
blades
upstream
support struts
adjacent support
Prior art date
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Pending
Application number
EP24218260.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Voss
Thomas Dygutsch
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.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Pending legal-status Critical Current

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    • F01D5/14—Form or construction
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F05D2260/961—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by mistuning rotor blades or stator vanes with irregular interblade spacing, airfoil shape

Definitions

  • the present invention relates to a gas turbine according to the preamble of claim 1.
  • Compressor systems in gas turbines are operated at a fixed distance from the surge limit in order to ensure safe operation.
  • the compressor system in aircraft gas turbines consists of a low-pressure compressor and a high-pressure compressor, which are connected via a transition duct.
  • Large support struts arranged in the transition duct pose a problem. Due to their function of transmitting power between the engine and the aircraft, the support struts must be relatively thick. This leads to the formation of a potential field in front of the strut, in which the flow accumulates at the leading edge of the support strut, resulting in an increase in the static pressure in front of the strut. This local change in pressure also propagates against the direction of flow and causes the upstream grilles or rotors to be subjected to higher aerodynamic loads than originally intended.
  • the outlet guide vanes and the last rotor of the low-pressure compressor are placed as far upstream as possible so that the influence of the pressure change in front of the strut on the rotor is as small as possible, thus ensuring as far as possible that the rotor is exposed to a homogeneous backpressure and that all rotor passages are subjected to essentially the same load.
  • FIG. 1 A row of blades 5 of an outlet guide vane 1 is shown schematically.
  • the blades 5 are arranged with a uniform stagger angle ⁇ and uniform distances a of the blade trailing edges 5a in the circumferential direction
  • the static pressure (in Fig. 1 shown schematically at the appropriate point) is increased in front of the support strut leading edge 3a of the support strut 3 and continues through the outlet guide vane 1 in the upstream direction, so that the static pressure in the area 7 in front of the outlet guide vane 1 is also increased at the appropriate point.
  • the invention is defined by the features of claim 1.
  • the invention provides that the outlet guide vanes located in front of the support strut have different stagger angles ⁇ 1 , ⁇ 2 , so that a passage is formed between the first and second blades that widens in the direction of flow. Furthermore, the passage inlet between the first and second blades is smaller than that of the neighboring blades, so that a smaller proportion of the flow flows between the first and second blades compared to the other passages. By widening the passage formed between the first and second blades, the flow is decelerated, thereby reducing the pressure.
  • a third blade of the outlet guide vane is arranged upstream of the support strut, which is arranged circumferentially next to the second blade on the side applied by the first blade, wherein the third blade is arranged at a larger stagger angle ⁇ 3 than the stagger angle ⁇ 2 of the second blade, so that the leading edges of the second and third blades have a smaller distance in the circumferential direction than the trailing edges of the second and third blades.
  • three blades, the first, the second and the third blade can be arranged, wherein the passages formed between the blades widen in the flow direction. Just as with the passage between the first and second blade, the flow is slowed down in the passage between the second and third blades, so that the pressure drops and thus there is less static pressure from the flow that hits the strut leading edge between the second and third blades.
  • the design of the first and second blades or of the first and second and third blades is further selected such that the flow around the leading edge of the support struts takes place in an advantageous manner.
  • the first, the second, or the first, second, and third blades can have the same curvature and/or profile.
  • all blades of the outlet guide vane have the same curvature and/or profile.
  • the blades of the outlet guide vane have the same shape and differ only in their spacing and stagger angle. This results in a comparatively simple design of the outlet guide vane.
  • At least individual blades of the outlet guide vane which are arranged outside the projection areas of the support struts formed upstream in the flow direction, can have stagger angles ⁇ i adapted to the stagger angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the first and second blades or to the stagger angles ⁇ 1 and ⁇ 3 of the first and third blades.
  • the blades that are arranged between the areas of the first and second blade or the first and second and third blades and are thus not in the projection area of a support strut have a stagger angle that is adapted to the stagger angles of the first, second or third blade.
  • a region may be formed between a third blade arranged in front of a first support strut and a first blade arranged in front of a further support strut, wherein the blades in this region which are closer to the third blade have stagger angles which are approximate to the stagger angle ⁇ 3 , whereas the blades which closer to the first blade, have stagger angles that are close to the stagger angle ⁇ 1 .
  • the blades which are arranged outside the projection areas formed upstream in the flow direction of two adjacent support struts between the first blade arranged upstream of one of the adjacent support struts and the second blade arranged upstream of the other of the adjacent support struts have stagger angles ⁇ i which are interpolated between the stagger angle ⁇ 1 of the first blade arranged upstream of one of the adjacent support struts and the stagger angle ⁇ 2 of the second blade arranged upstream of the other of the adjacent support struts.
  • the blades which are arranged outside the projection areas formed upstream in the flow direction of two adjacent support struts between the first blade arranged upstream of one of the adjacent support struts and the third blade arranged upstream of the other of the adjacent support struts have stagger angles ⁇ i which are interpolated between the stagger angle ⁇ 1 of the first blade arranged upstream of one of the adjacent support struts and the stagger angle ⁇ 3 of the third blade arranged upstream of the other of the adjacent support struts.
  • the stagger angles ⁇ i of the blades arranged in the region between two adjacent support struts can be interpolated between the stagger angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the adjacent first and second blades or the stagger angles ⁇ 1 and ⁇ 3 of the adjacent first and third blades.
  • the distance between the trailing edges of the blades of the outlet guide vane array that are arranged outside the projection regions of the support struts formed upstream in the flow direction can be greater than the distance between the trailing edges of the first and second blades or the distance between the trailing edges of the second and third blades.
  • the distances between the leading edges of the blades of the outlet guide vane array that are arranged outside the projection regions of the support struts formed upstream in the flow direction can also be greater than the distances between the leading edges of the first and second blades or the distances between the trailing edges of the second and third blades.
  • the passages between the blades of the outlet guide vane array that are arranged outside the projection regions of the support struts formed upstream in the flow direction are thus wider than the passages formed by the first and second or the second and third blades.
  • the flow in these regions can be guided advantageously.
  • distances between the trailing edges of blades which are arranged outside the projection areas of two adjacent support struts formed upstream in the flow direction and are arranged between the first blade arranged upstream of one of the adjacent support struts and the second blade arranged upstream of the other of the adjacent support struts become larger in the circumferential direction towards the center between the first and the second blade.
  • distances between the trailing edges of blades which are arranged outside the projection areas of two adjacent support struts formed upstream in the flow direction and are arranged between the first blade arranged upstream in front of one of the adjacent support struts and the third blade arranged upstream in front of the other of the adjacent support struts become larger in the circumferential direction towards the center between the first and the third blade.
  • the distances of the trailing edge of the blades from a region of the first and with the first and second blade or with the first, second, and third blade increase with increasing distance from this region and then decrease again towards the next region with the first and second blade or with the first, second, and third blade. This avoids major changes in neighboring blades and the passages formed by them, so that the flow remains comparatively uniform.
  • FIG. 1 The static pressures are shown graphically in the corresponding sections. Due to the strut leading edge 3a, there is an increased static Pressure in the area behind the outlet guide vane in front of the support strut 3. This also causes an increased static pressure in the area 7 in front of the outlet guide vane 1, so that this static pressure is also impressed on a rotor of the low-pressure compressor.
  • outlet guide vanes 10 In the Fig. 2 and 3 Two exemplary embodiments of outlet guide vanes 10 according to the invention are shown.
  • the outlet guide vane 10 is arranged at an outlet 70 of a low-pressure compressor section of the gas turbine upstream of an annular transition channel 80.
  • Support struts 30 are arranged in the transition channel 80.
  • the outlet guide vane 10 has a plurality of profiled blades 50, 52, 54 arranged next to one another in the circumferential direction, each of which is arranged at a staggered angle ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ i .
  • a first blade 52 and a second blade 54 are arranged.
  • the first blade 52 is arranged at a smaller stagger angle ⁇ 1 than the stagger angle ⁇ 2 of the second blade 54.
  • the leading edges 52b, 54b of the first and second blades 52, 54 are arranged at a smaller distance a 1 in the circumferential direction than the trailing edges 52a, 54a of the first and second blades 52, 54.
  • the passage formed between the first and second blades 52, 54 thus widens in the flow direction, so that the static pressure of the flow in this passage decreases in the flow direction.
  • a third blade 56 is also located in the projection area 20 of the support strut 30.
  • the third blade 56 is arranged on the side opposite the first
  • the second blade 54 is arranged on the side of the second blade 54 facing away from the blade 52 and has a larger stagger angle ⁇ 3 than the stagger angle ⁇ 2 of the second blade 54.
  • the passage formed between the second and third blades 54, 56 is also designed such that it widens in the flow direction.
  • the stagger angle ⁇ i of the blades 50 which are located outside the projection areas 20 of the support struts 30, are adapted to the stagger angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the first and second blades 52, 54 or the stagger angle ⁇ 1 and ⁇ 3 of the first and third blades 52, 56.
  • the stagger angles ⁇ i of the blades 50 located to the right of the projection area 20 are adapted to the stagger angle ⁇ 2 of the second blade 54
  • the stagger angles ⁇ 1 of the blades 50 located to the left of the projection area 20 are adapted to the stagger angle ⁇ 1 of the first blade 52.
  • the stagger angles ⁇ i of the blades 50 arranged between a projection area 20 of a support strut 30 and the projection area 20 of an adjacent support strut 30 are interpolated, so that the stagger angle ⁇ i changes in small steps.
  • the distances a i of the trailing edges 50a of the blades 50 are greater than the distance a i between the trailing edges 52a and 54a of the first and second blades 52, 54 and than the distance a 2 of the trailing edges 54a, 56a of the second and third blades 54, 56.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Gasturbine mit einem Niederdruckverdichterabschnitt und einem Hochdruckverdichterabschnitt, mit einem ringförmigen Übergangskanal, der den Niederdruckverdichterabschnitt mit dem Hochdruckverdichterabschnitt verbindet, und mit in dem Übergangskanal (80) angeordneten Stützstreben (30), wobei an einem Ausgang des Niederdruckverdichterabschnitt ein Austrittsleitgitter (10) mit mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten, profilierten Schaufeln (50, 52, 54, 56) angeordnet ist, wobei die Schaufeln (50, 52, 54, 56) jeweils in einem Staffelungswinkel angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils im in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereich (20) einer Stützstrebe (30) stromauf vor der jeweiligen Stützstrebe (30) zumindest eine erste Schaufel (52) des Austrittsleitgitters (10) und eine zweite Schaufel (54) des Austrittsleitgitters (10) angeordnet sind, wobei die zweite Schaufel (54) in Umfangsrichtung zu der ersten Schaufel (52) benachbart angeordnet ist und wobei die erste Schaufel (52) in einem kleineren Staffelungswinkel β1 angeordnet ist als der Staffelungswinkel β2 der zweiten Schaufel (54), so dass die Vorderkanten (52b, 54b) der ersten und zweiten Schaufel (52, 54) einen geringeren Abstand in Umfangsrichtung zueinander aufweisen als die Hinterkanten (52a, 54a) der ersten und zweiten Schaufel (52, 54).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei Verdichtersystemen in Gasturbinen, beispielsweise Fluggasturbinen, erfolgt ein Betrieb mit einem fest definierten Abstand zur Pumpgrenze, um einen sicheren Betrieb gewährleisten zu können.
  • Das Verdichtersystem bei Fluggasturbinen besteht aus einem Niederdruckverdichter und einem Hochdruckverdichter, die über einen Übergangskanal verbunden sind. Problematisch sind große Stützstreben, die im Übergangskanal angeordnet sind. Die Stützstreben müssen aufgrund ihrer Aufgabe der Kraftübertragung zwischen Triebwerk und Flugzeug relativ dick ausgeführt werden. Dies führt zur Ausbildung eines Potenzialfeldes vor der Strebe, bei dem sich die Strömung an der Vorderkante der Stützstrebe aufstaut, was zu einer Steigerung des statischen Drucks vor der Strebe führt. Diese lokale Änderung des Drucks breitet sich auch entgegen der Strömungsrichtung aus und führt dazu, dass die stromauf befindlichen Gitter oder Rotoren höheren aerodynamischen Belastungen ausgesetzt sind als eigentlich in der Auslegung vorgesehen. Daher werden die Austrittsleitgitter und der letzte Rotor des Niederdruckverdichters möglichst weit stromauf platziert, sodass der Einfluss der Druckveränderung vor der Strebe auf den Rotor möglichst gering ist, sodass weitestgehend sichergestellt ist, dass der Rotor einem homogenen Gegendruck ausgesetzt ist und alle Rotorpassagen im Wesentlichen gleich stark belastet sind.
  • In Fig. 1 ist eine Reihe von Schaufeln 5 eines Austrittsleitgitters 1 schematisch dargestellt. Die Schaufeln 5 sind mit gleichmäßigem Staffelungswinkel β und gleichmäßigen Abständen a der Schaufelhinterkanten 5a in Umfangsrichtung angeordnet. Der statische Druck (in Fig. 1 an entsprechender Stelle schematisch dargestellt) ist vor der Stützstrebenvorderkante 3a der Stützstrebe 3 erhöht und setzt sich durch das Austrittsleitgitter 1 in Stromaufrichtung fort, sodass der statische Druck in dem Bereich 7 vor dem Austrittsleitgitter 1 an entsprechender Stelle ebenfalls erhöht ist.
  • Um kompakte Gasturbinen herstellen zu können, ist es jedoch wünschenswert, die Austrittsleitgitter näher an die Stützstrebens des Übergangskanals heranrücken zu können.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasturbine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Einfluss der Stützstrebens des Übergangskanals auf das Austrittsleitgitter bzw. den sich stromauf davon befindlichen Rotor des Niederdruckverdichters gering ist.
  • Die Erfindung ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Bei der erfindungsgemäßen Gasturbine mit einem Niederdruckverdichterabschnitt und einem Hochdruckverdichterabschnitt, mit einem ringförmigen Übergangskanal, der den Niederdruckverdichterabschnitt und den Hochdruckverdichterabschnitt verbindet, und mit in dem Übergangskanal angeordneten Stützstreben, wobei an einem Ausgang des Niederdruckverdichterabschnitts ein Austrittsleitgitter mit mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten profilierten Schaufeln angeordnet ist, wobei die Schaufeln jeweils in einem Staffelungswinkel angeordnet sind, ist vorgesehen, dass jeweils im in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereich einer Stützstrebe stromauf vor der jeweiligen Stützstrebe zumindest eine erste Schaufel des Austrittsleitgitters und eine zweite Schaufel des Austrittsleitgitters angeordnet sind, wobei die zweite Schaufel in Umfangsrichtung zu der ersten Schaufel benachbart angeordnet ist und wobei die erste Schaufel in einem kleineren Staffelungswinkel β1 angeordnet ist als der Staffelungswinkel β2 der zweiten Schaufel, sodass die Vorderkanten der ersten und zweiten Schaufel einen geringeren Abstand in Umfangsrichtung zueinander aufweisen als die Hinterkanten der ersten und zweiten Schaufel.
  • Im Gegensatz zu herkömmlichen Austrittsleitgittern, bei denen alle Schaufeln im gleichen Staffelungswinkel angeordnet sind, sieht die Erfindung vor, dass die Austrittsleitgitter, die sich vor der Stützstrebe befinden, unterschiedliche Staffelungswinkel β1, β2 aufweisen, sodass sich zwischen der ersten und zweiten Schaufel eine Passage bildet, die sich in Strömungsrichtung erweitert. Ferner ist der Passageneintritt zwischen der ersten und zweiten Schaufel im Vergleich zu den benachbarten Schaufeln verkleinert, sodass ein im Vergleich zu den anderen Passagen geringerer Anteil der Strömung zwischen der ersten und zweiten Schaufel strömt. Durch die Erweiterung der zwischen der ersten und zweiten Schaufel gebildeten Passage wird die Strömung verzögert, wodurch der Druck verringert wird. Dadurch wird erreicht, dass der statische Druck vor der Stützstrebenvorderkante der Stützstrebe geringer ist, sodass auch die Auswirkung des statischen Drucks vor der Stützstrebe auf den Bereich stromauf und insbesondere den Bereich in Strömungsrichtung vor dem Austrittsleitgitter geringgehalten wird. Dadurch ist der letzte Rotor des Niederdruckverdichters einem relativ gleichmäßigen statischen Druck ausgesetzt.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass in dem in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereich der jeweiligen Stützstrebe stromauf vor der Stützstrebe eine dritte Schaufel des Austrittsleitgitters angeordnet ist, die in Umfangsrichtung neben der zweiten Schaufel auf der von der ersten Schaufel angewandten Seite angeordnet ist, wobei die dritte Schaufel in einem größeren Staffelungswinkel β3 angeordnet ist als der Staffelungswinkel β2 der zweiten Schaufel, sodass die Vorderkanten der zweiten und dritten Schaufel einen geringeren Abstand in Umfangsrichtung aufweisen als die Hinterkanten der zweiten und dritten Schaufel. Mit anderen Worten: In dem stromauf gerichteten Projektionsbereich einer Stützstreben können drei Schaufeln, die erste, die zweite und die dritte Schaufel, angeordnet sein, wobei die jeweils zwischen den Schaufeln gebildeten Passagen sich in Strömungsrichtung erweitern. Genauso wie bei der Passage zwischen der ersten und zweiten Schaufel wird in der Passage zwischen der zweiten und dritten Schaufel erreicht, dass die Strömung verzögert wird, sodass der Druck sinkt und somit ein geringerer statischer Druck durch die Strömung, die zwischen der zweiten und dritten Schaufel auf die Stützstrebenvorderkante trifft, herrscht.
  • Die Ausgestaltung der ersten und zweiten Schaufel oder der ersten und zweiten und dritten Schaufel ist dabei ferner so gewählt, dass eine Umströmung der Stützstrebenvorderkante in vorteilhafter Weise erfolgt.
  • Die erste, die zweite oder die erste, zweite und dritte Schaufel können einen gleichen Krümmungsverlauf und/oder eine gleiche Profilierung aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass alle Schaufeln des Austrittsleitgitters den gleichen Krümmungsverlauf und/oder die gleiche Profilierung aufweisen. Mit anderen Worten: Es kann vorgesehen sein, dass die Schaufeln des Austrittsleitgitters die gleiche Form aufweisen und sich lediglich in ihrem Abstand und dem Staffelungswinkel unterscheiden. Dadurch ist eine vergleichsweise einfache Konstruktion des Austrittsleitgitters verwirklicht.
  • Zumindest einzelne Schaufeln des Austrittsleitgitters, die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche der Stützstreben angeordnet sind, können an die Staffelungswinkel β1 und β2 der ersten und zweiten Schaufeln oder an die Staffelungswinkel β1 und β3 der ersten und dritten Schaufeln angepasste Staffelungswinkel βi aufweisen. Mit anderen Worten: Die Schaufeln, die zwischen den Bereichen der ersten und zweiten Schaufel bzw. der ersten und zweiten und dritten Schaufel angeordnet sind und somit nicht im Projektionsbereich einer Stützstrebe sind, besitzen einen Staffelungswinkel, der an die Staffelungswinkel der ersten, zweiten oder dritten Schaufel angepasst ist. Beispielsweise kann in einem Austrittsleitgitter ein Bereich zwischen einer dritten Schaufel, die vor einer ersten Stützstrebe angeordnet ist, und einer ersten Schaufel, die vor einer weiteren Stützstrebe angeordnet ist, gebildet sein, wobei die Schaufeln in diesem Bereich, die näher an der dritten Schaufel sind, Staffelungswinkel aufweisen, die dem Staffelungswinkel β3 angenähert sind, wohingegen die Schaufeln, die näher an der ersten Schaufel sind, Staffelungswinkel aufweisen, die dem Staffelungswinkel β1 angenähert sind.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Schaufeln, die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche zweier benachbarter Stützstreben zwischen der stromauf vor einer der benachbarten Stützstreben angeordneten ersten Schaufel und stromauf vor der anderen der benachbarten Stützstreben angeordneten zweiten Schaufel angeordnet sind, Staffelungswinkel βi aufweisen, die zwischen dem Staffelungswinkel β1 der stromauf vor einer der benachbarten Stützstreben angeordneten ersten Schaufel und dem Staffelungswinkel β2 der stromauf vor der anderen der benachbarten Stützstreben angeordneten zweiten Schaufel interpoliert sind.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass die Schaufeln, die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche zweier benachbarter Stützstreben zwischen der stromauf vor einer der benachbarten Stützstreben angeordneten ersten Schaufel und stromauf vor der anderen der benachbarten Stützstreben angeordneten dritten Schaufel angeordnet sind, Staffelungswinkel βi aufweisen, die zwischen dem Staffelungswinkel β1 der stromauf vor einer der benachbarten Stützstreben angeordneten ersten Schaufel und dem Staffelungswinkel β3 der stromauf vor der anderen der benachbarten Stützstreben angeordneten dritten Schaufel interpoliert sind.
  • Somit können die Staffelungswinkel βi der Schaufeln, die im Bereich zwischen zwei benachbarten Stützstreben angeordnet sind, interpoliert sein zwischen den Staffelungswinkeln β1 und β2 der angrenzenden ersten und zweiten Schaufeln oder den Staffelungswinkeln β1 und β3 der angrenzenden ersten und dritten Schaufeln.
  • Dadurch werden in den Bereichen zwischen zwei Stützstreben starke Sprünge in den Staffelungswinkeln vermieden, wodurch Ungleichmäßigkeiten in den statischen Drücken reduziert werden.
  • Der Abstand der Hinterkante der Schaufeln des Austrittsleitgitters, die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche der Stützstreben angeordnet sind, kann größer sein als der Abstand der Hinterkante der ersten und zweiten Schaufeln oder der Abstand der Hinterkante der zweiten und dritten Schaufeln. Dabei können insbesondere auch die Abstände der Vorderkanten der Schaufeln des Austrittsleitgitters, die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche der Stützstreben angeordnet sind, größer sein als die Abstände der Vorderkanten der ersten und zweiten Schaufeln oder die Abstände der Hinterkante der zweiten und dritten Schaufeln. Mit anderen Worten: Die Passagen, die zwischen den Schaufeln des Austrittsleitgitters, die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereichen der Stützstreben angeordnet sind, sind somit breiter als die durch die erste und zweite oder die zweite und dritte Schaufeln gebildeten Passagen. Dadurch kann die Strömung in diesen Bereichen in vorteilhafter Weise geleitet werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass Abstände der Hinterkanten von Schaufeln, die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche zweier benachbarter Stützstreben angeordnet sind, und zwischen der stromauf vor einer der benachbarten Stützstreben angeordneten ersten Schaufel und stromauf vor der anderen der benachbarten Stützstreben angeordneten zweiten Schaufel angeordnet sind, in Umfangsrichtung zu der Mitte zwischen der ersten und der zweiten Schaufel hin größer werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass Abstände der Hinterkanten von Schaufeln, die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche zweier benachbarter Stützstreben angeordnet sind, und zwischen der stromauf vor einer der benachbarten Stützstreben angeordneten ersten Schaufel und stromauf vor der anderen der benachbarten Stützstreben angeordneten dritten Schaufel angeordnet sind, in Umfangsrichtung zu der Mitte zwischen der ersten bzw. der dritten Schaufel hin größer werden.
  • In einem Bereich des Austrittsleitgitters, der in Umfangsrichtung zwischen einem Bereich mit einer ersten und zweiten Schaufel bzw. einer ersten, zweiten und dritten Schaufel und einem Bereich mit einer ersten und zweiten Schaufel bzw. mit einer ersten, zweiten und dritten Schaufel angeordnet ist, ist somit vorgesehen, dass die Abstände der Hinterkante der Schaufeln von einem Bereich der ersten und mit erster und zweiter Schaufel bzw. mit erster, zweiter und dritter Schaufel mit zunehmender Entfernung von diesem Bereich zunehmen und dann anschließend wieder zu dem nächsten Bereich mit erster und zweiter Schaufel bzw. mit erster, zweiter und dritter Schaufel hin abnehmen. Dadurch werden große Änderungen von benachbarten Schaufeln und durch diese gebildete Passagen vermieden, sodass die Strömung vergleichsweise gleichmäßig verbleibt.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Austrittsleitgitters gemäß herkömmlicher Anordnung der Schaufeln,
    Fig. 2
    ein Austrittsleitgitter einer erfindungsgemäßen Gasturbine mit zwei vor einer Stützstrebe verändert angeordneten Schaufeln und
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung eines Austrittsleitgitters einer erfindungsgemäßen Gasturbine mit drei vor einer Stützstrebe angeordneten Schaufeln.
  • In Fig. 1 ist ein herkömmliches Austrittsleitgitter 1 einer Gasturbine schematisch dargestellt. Wie bereits zuvor beschrieben sind die Schaufeln 5 des herkömmlichen Austrittsleitgitters mit dem gleichen Staffelungswinkel β und dem gleichen Abstand a angeordnet.
  • In Fig. 1 sind die statischen Drücke in den entsprechenden Abschnitten graphisch dargestellt. Aufgrund der Stützstrebenvorderkante 3a liegt ein erhöhter statischer Druck in dem Bereich hinter dem Austrittsleitgitter vor der Stützstrebe 3 vor. Dieser bewirkt auch einen erhöhten statischen Druck in dem Bereich 7 vor dem Austrittsleitgitter 1, sodass dieser statische Druck auch auf einen Rotor des Niederdruckverdichters aufgeprägt wird.
  • In den Fig. 2 und 3 sind zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Austrittsleitgittern 10 gezeigt. Das Austrittsleitgitter 10 ist an einem Ausgang 70 eines Niederdruckverdichterabschnitts der Gasturbine vor einem ringförmigen Übergangskanal 80 angeordnet. In dem Übergangskanal 80 sind Stützstreben 30 angeordnet.
  • Das Austrittsleitgitter 10 weist mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete, profilierte Schaufeln 50, 52, 54 auf, die jeweils in einem Staffelungswinkel β1, β2, βi angeordnet sind.
  • In einem Projektionsbereich 20 der Stützstrebe 30, der stromauf gebildet ist, sind bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine erste Schaufel 52 und eine zweite Schaufel 54 angeordnet. Die erste Schaufel 52 ist in einem kleineren Staffelungswinkel β1 angeordnet als der Staffelungswinkel β2 der zweiten Schaufel 54. Dadurch sind die Vorderkanten 52b, 54b der ersten und zweiten Schaufel 52, 54 in einem geringeren Abstand a1 in Umfangsrichtung angeordnet als die Hinterkanten 52a, 54a der ersten und zweiten Schaufel 52, 54. Die zwischen der ersten und zweiten Schaufel 52, 54 gebildete Passage erweitert sich somit in Strömungsrichtung, sodass der statische Druck der Strömung in dieser Passage in Strömungsrichtung abnimmt. Dadurch ist der statische Druck vor der Stützstrebenvorderkante 30a der Stützstrebe 30 im Vergleich zu der herkömmlichen Anordnung geringer. Gleichzeitig wird eine vorteilhafte Umströmung der Stützstrebenvorderkante 30a erreicht, wie durch die entsprechenden Pfeile angedeutet ist.
  • Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich in dem Projektionsbereich 20 der Stützstrebe 30 neben der ersten und zweiten Schaufel 52, 54 auch eine dritte Schaufel 56. Die dritte Schaufel 56 ist auf der von der ersten Schaufel 52 abgewandten Seite der zweiten Schaufel 54 angeordnet und weist einen größeren Staffelungswinkel β3 auf als der Staffelungswinkel β2 der zweiten Schaufel 54. Dadurch ist auch die Passage, die zwischen der zweiten und dritten Schaufel 54, 56 gebildet ist, derart ausgestaltet, dass sie sich in Strömungsrichtung erweitert. Auch bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine vorteilhafte Umströmung der Stützstrebenvorderkante 30a erreicht und aufgrund der Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit ein niedrigerer statischer Druck in dem Austrittsleitgitter 10 erreicht.
  • Der Staffelungswinkel βi der Schaufeln 50, die sich außerhalb der Projektionsbereiche 20 der Stützstreben 30 befinden, sind dabei an die Staffelungswinkels β1 und β2 der ersten und zweiten Schaufel 52, 54 oder den Staffelungswinkel β1 und β3 der ersten und dritten Schaufel 52, 56 angepasst.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind beispielsweise die Staffelungswinkel βi der sich rechts von dem Projektionsbereich 20 befindlichen Schaufeln 50 an den Staffelungswinkel β2 der zweiten Schaufel 54 angepasst, wohingegen die Staffelungswinkel β1 der Schaufeln 50, die sich links von dem Projektionsbereich 20 befinden, an den Staffelungswinkel β1 der ersten Schaufel 52 angepasst sind. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Staffelungswinkel βi der Schaufeln 50, die zwischen einem Projektionsbereich 20 einer Stützstrebe 30 und dem Projektionsbereich 20 einer benachbarten Stützstrebe 30 angeordnet sind, interpoliert sind, so dass sich der Staffelungswinkel βi in kleinen Schritten ändert.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass die Abstände ai der Hinterkanten 50a der Schaufeln 50 größer sind als der Abstand ai zwischen den Hinterkanten 52a und 54a der ersten und zweiten Schaufel 52, 54 und als der Abstand a2 der Hinterkanten 54a, 56a der zweiten und dritten Schaufel 54, 56.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    herkömmliches Austrittsleitgitter
    3
    Stützstrebe
    3a
    Stützstrebenvorderkante
    5
    Schaufel
    5a
    Schaufelhinterkante
    7
    Bereich
    10
    Austrittsleitgitter
    20
    Projektionsbereich
    30
    Stützstrebe
    30a
    Stützstrebenvorderkante
    50
    Schaufel
    50a
    Hinterkante
    52
    erste Schaufel
    52a
    Hinterkante
    52b
    Vorderkante
    54
    zweite Schaufel
    54a
    Hinterkante
    54b
    Vorderkante
    56
    dritte Schaufel
    56a
    Hinterkante
    56b
    Vorderkante
    70
    Ausgang
    80
    Übergangskanal
    a1
    Abstand
    a2
    Abstand
    ai
    Abstand
    β1
    Staffelungswinkel
    β2
    Staffelungswinkel
    β3
    Staffelungswinkel
    ßi
    Staffelungswinkel

Claims (10)

  1. Gasturbine mit einem Niederdruckverdichterabschnitt und einem Hochdruckverdichterabschnitt, mit einem ringförmigen Übergangskanal (80), der den Niederdruckverdichterabschnitt mit dem Hochdruckverdichterabschnitt verbindet, und mit in dem Übergangskanal (80) angeordneten Stützstreben (30), wobei an einem Ausgang des Niederdruckverdichterabschnitt ein Austrittsleitgitter (10) mit mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten, profilierten Schaufeln (50, 52, 54, 56) angeordnet ist, wobei die Schaufeln (50, 52, 54, 56) jeweils in einem Staffelungswinkel angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jeweils im in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereich (20) einer Stützstrebe (30) stromauf vor der jeweiligen Stützstrebe (30) zumindest eine erste Schaufel (52) des Austrittsleitgitters (10) und eine zweite Schaufel (54) des Austrittsleitgitters (10) angeordnet sind, wobei die zweite Schaufel (54) in Umfangsrichtung zu der ersten Schaufel (52) benachbart angeordnet ist und wobei die erste Schaufel (52) in einem kleineren Staffelungswinkel β1 angeordnet ist als der Staffelungswinkel β2 der zweiten Schaufel (54), so dass die Vorderkanten (52b, 54b) der ersten und zweiten Schaufel(52, 54) einen geringeren Abstand in Umfangsrichtung zueinander aufweisen als die Hinterkanten (52a, 54a) der ersten und zweiten Schaufel (52, 54).
  2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereich (20) der jeweiligen Stützstrebe (30) stromauf vor der Stützstrebe (30) eine dritte Schaufel (56) des Austrittsleitgitters (10) angeordnet ist, die in Umfangsrichtung neben der zweiten Schaufel (54) auf der von der ersten Schaufel (52) abgewandten Seite angeordnet ist, wobei die dritte Schaufel (56) in einem größeren Staffelungswinkel β3 angeordnet ist als der Staffelungswinkel β2 der zweiten Schaufel (54), so dass die Vorderkanten (54b, 56b) der zweiten und dritten Schaufel (54, 56) einen geringeren Abstand in Umfangsrichtung aufweisen als die Hinterkanten (54a, 56a) der zweiten und dritten Schaufeln (54, 56).
  3. Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Schaufeln (52, 54) oder die ersten, zweiten und dritten Schaufeln (52,54, 56) einen gleichen Krümmungsverlauf und/oder eine gleiche Profilierung aufweisen.
  4. Gasturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schaufeln (50, 52, 54, 56) des Austrittsleitgitters (10) den gleichen Krümmungsverlauf und/oder die gleiche Profilierung aufweisen.
  5. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne Schaufeln (50) des Austrittsleitgitters (10), die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche (20) der Stützstreben (30) angeordnet sind, an die Staffelungswinkel β1 und β2 der ersten und zweiten Schaufeln (52, 54) oder an die Staffelungswinkel β1 und β3 der ersten und dritten Schaufeln (52, 56) angepasste Staffelungswinkel βi aufweisen.
  6. Gasturbine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (50), die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche (20) zweier benachbarter Stützstreben (30) zwischen der stromauf vor einer der benachbarten Stützstreben (30) angeordneten ersten Schaufel (52) und stromauf vor der anderen der benachbarten Stützstreben (30) angeordneten zweiten Schaufel (54) angeordnet sind, Staffelungswinkel βi aufweisen, die zwischen dem Staffelungswinkel β1 der stromauf vor einer der benachbarten Stützstreben (30) angeordneten ersten Schaufel (52) und dem Staffelungswinkel β2 der stromauf vor der anderen der benachbarten Stützstreben (30) angeordneten zweiten Schaufel (54) interpoliert sind.
  7. Gasturbine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (50), die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche (20) zweier benachbarter Stützstreben (30) zwischen der stromauf vor einer der benachbarten Stützstreben (30) angeordneten ersten Schaufel (52) und stromauf vor der anderen der benachbarten Stützstreben (30) angeordneten dritten Schaufel (56) angeordnet sind, Staffelungswinkel βi aufweisen, die zwischen dem Staffelungswinkel β1 der stromauf vor einer der benachbarten Stützstreben (30) angeordneten ersten Schaufel (52) und dem Staffelungswinkel β3 der stromauf vor der anderen der benachbarten Stützstreben (30) angeordneten dritten Schaufel (56) interpoliert sind.
  8. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand ai der Hinterkante (50a) der Schaufeln (50) des Austrittsleitgitters (10), die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche (20) der Stützstreben (30) angeordnet sind, größer ist als der Abstand a1 der Hinterkanten (52a, 54a) der ersten und zweiten Schaufeln oder der Abstand a2 der Hinterkanten (54a, 56a) der zweiten und dritten Schaufeln (54, 56).
  9. Gasturbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Abstände ai der Hinterkanten (50a) von Schaufeln (50), die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche (20) zweier benachbarter Stützstreben (30) angeordnet sind, und zwischen der stromauf vor einer der benachbarten Stützstreben (30) angeordneten ersten Schaufel (52) und stromauf vor der anderen der benachbarten Stützstreben (30) angeordneten zweiten Schaufel (54) angeordnet sind, in Umfangsrichtung zu der Mitte zwischen der ersten und der zweiten Schaufel (52, 54) hin größer werden.
  10. Gasturbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Abstände ai der Hinterkanten (50a) von Schaufeln (50), die außerhalb der in Strömungsrichtung stromauf gebildeten Projektionsbereiche (20) zweier benachbarter Stützstreben (30) angeordnet sind, und zwischen der stromauf vor einer der benachbarten Stützstreben (30) angeordneten ersten Schaufel (52) und stromauf vor der anderen der benachbarten Stützstreben (30) angeordneten dritten Schaufel (56) angeordnet sind, in Umfangsrichtung zu der Mitte zwischen der ersten und der dritten Schaufel (52,56) hin größer werden.
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