EP4607002A1

EP4607002A1 - Strömungsmaschine mit einem strömungskanal

Info

Publication number: EP4607002A1
Application number: EP25157441.4A
Authority: EP
Inventors: Harsimar Sahota
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2024-02-21
Filing date: 2025-02-12
Publication date: 2025-08-27
Also published as: US12435735B2; DE102024104891A1; US20250243876A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine (10) mit einem Strömungskanal (11) mit einer ringförmigen Eintrittsöffnung (31) und einer ringförmigen Austrittsöffnung (41), wobei die Eintrittsöffnung (31) und die Austrittsöffnung (41) mittels jeweils einer inneren und einer äußeren Mantelfläche (24, 25) verbunden sind, die den Strömungskanal (11) radial begrenzen, wobei der Strömungskanal (11) mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete radial verlaufende Streben (21) aufweist, deren Vorderkanten (21a) in einem Abstand (D<sub>1</sub>) zu Hinterkanten (22b) von stromaufwärts angeordneten Leitschaufeln (22) angeordnet sind und deren Hinterkanten (21b) in einem Abstand (D<sub>2</sub>) zu Vorderkanten (23a) von stromabwärts angeordneten Leitschaufeln (23) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einem Strömungskanal mit einer ringförmigen Eintrittsöffnung und einer ringförmigen Austrittsöffnung, wobei die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung mittels jeweils einer inneren und einer äußeren Mantelfläche verbunden sind, die den Strömungskanal radial begrenzen, wobei der Strömungskanal mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete radial verlaufende Streben aufweist, die zwischen stromaufwärts und stromabwärts angeordneten Leitschaufeln angeordnet sind.
Strömungsmaschinen, beispielsweise für Flugantriebe, verfügen in der Regel über mehrere Verdichter, mehrere Turbinen und eine Brennkammer. Bei den mehreren Verdichtern handelt es sich in der Regel um einen Niederdruckverdichter sowie um einen Hochdruckverdichter, bei den mehreren Turbinen um eine Hochdruckturbine sowie um eine Niederdruckturbine. Die Strömungsmaschine wird in axialer Richtung durchströmt, wobei der Niederdruckverdichter stromaufwärts des Hochdruckverdichters und die Hochdruckturbine stromaufwärts der Niederdruckturbine positioniert ist. Hierbei kann beispielsweise zwischen dem Niederdruckverdichter und dem Hochdruckverdichter ein Übergangskanal angeordnet sein, um die Strömung zwischen diesen beiden Verdichtern zu führen. Ebenso kann zwischen der Hochdruckturbine und der Niederdruckturbine ein solcher Übergangskanal positioniert sein. Eine Strömungsführung einer Gasströmung innerhalb der Strömungsmaschine und somit auch in einem solchen Übergangskanal kann insbesondere günstige Auswirkungen auf einen Wirkungsgrad der Strömungsmaschine haben.
Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Strömungsmaschine insbesondere für einen Flugantrieb vorzuschlagen. Insbesondere soll durch die Strömungsmaschine eine Baulängenverkürzung und/ oder eine Wirkungsgradverbesserung ermöglicht werden. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre des unabhängigen Anspruchs erreicht. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Strömungsmaschine, insbesondere für einen Flugantrieb, mit einem Strömungskanal mit einer ringförmigen Eintrittsöffnung und einer ringförmigen Austrittsöffnung vorgeschlagen, wobei die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung mittels jeweils einer inneren und einer äußeren Mantelfläche verbunden sind, die den Strömungskanal radial begrenzen. Der Strömungskanal weist dabei mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete radial verlaufende Streben auf, deren Vorderkanten in einem Abstand zu Hinterkanten von stromaufwärts angeordneten Leitschaufeln angeordnet sind und deren Hinterkanten in einem Abstand zu Vorderkanten von stromabwärts angeordneten Leitschaufeln angeordnet sind. Dabei ist die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung des Strömungskanals jeweils im halben Abstand zwischen den Vorder- bzw. Hinterkanten der Streben und den Vorder- und Hinterkanten der benachbarten Leitschaufeln entlang einer sich zwischen den Leitschaufeln erstreckenden Mittelgeometrie angeordnet, wobei jeder Punkt der Mittelgeometrie in dazu senkrechter Richtung gleich beabstandet zu der inneren und der äußeren Mantelfläche angeordnet ist. Eine bezogen auf die Drehachse der Strömungsmaschine axiale Länge des Strömungskanals erstreckt sich von einem Schnittpunkt der Eintrittsöffnung mit der Mittelgeometrie in axialer Richtung zu einem Schnittpunkt der Austrittsöffnung mit der Mittelgeometrie und eine radiale Höhe des Strömungskanals erstreckt sich von dem Schnittpunkt der Eintrittsöffnung mit der Mittelgeometrie in radialer Richtung zu einem Schnittpunkt der Austrittsöffnung mit der Mittelgeometrie. Dabei liegt ein Längenverhältnis der axialen Länge und der radialen Höhe und ein Querschnittsverhältnis des Querschnitts der Eintrittsöffnung und des Querschnitts der Austrittsöffnung in einem Bereich, der ein Querschnittsverhältnis zwischen etwa 1 und etwa 1,2 und ein Längenverhältnis zwischen etwa 0,9 und etwa 1,5 aufweist.
Durch die hiermit vorgeschlagenen Vorgaben für das Längenverhältnis, kann der Strömungskanal eine vergleichsweise steile bzw. aggressive Steigung aufweisen, was eine Baulängenverkürzung ermöglicht, wobei durch die vorgeschlagenen Vorgaben betreffend das Querschnittsverhältnis, eine, insbesondere vorbestimmte, Verzögerung einer den Strömungskanal durchströmenden Gasströmung bereitgestellt werden kann, um ein Risiko von Strömungsablösungen zu reduzieren. Durch die so ermöglichte Baulängenverkürzung der Strömungsmaschine kann eine Reduktion eines Brennstoffbedarfs und/ oder eine Wirkungsgradverbesserung für die Strömungsmaschine erzielt werden.
Eine hier vorgeschlagene Strömungsmaschine kann zur Verwendung in einem Flugantrieb vorgesehen sein und weist insbesondere einen Fan, einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine auf und kann beispielsweise als Mantelstromtriebwerk ausgebildet sein. Mittels des Fans kann Umgebungsluft als Arbeitsfluid bzw. Gasströmung angesaugt und zur, insbesondere in Strömungsrichtung fortschreitenden, Druckerhöhung in dem Verdichter komprimiert werden. In der in Strömungsrichtung des Triebwerks nach dem Verdichter angeordneten Brennkammer kann das komprimierte Arbeitsfluid mit einem Brennstoff verbrannt werden, um Verbrennungsgase mit hohem Druck und hoher Temperatur zu erzeugen. Die Verbrennungsgase strömen als Gasströmung von der Brennkammer zur Turbine, wo sie sich ausdehnen, um Arbeit zu verrichten. Insbesondere treibt die Expansion der Verbrennungsgase im Turbinenabschnitt einen Rotor bzw. eine Welle an. Hierbei kann beispielsweise eine Hochdruckturbine über eine Hochdruckwelle einen Hochdruckverdichter des Verdichters und/ oder eine Niederdruckturbine über eine Niederdruckwelle den Fan antreiben.
Bei einer Ausführungsform ist der Strömungskanal eingerichtet, wenigstens zwei mit einer Gasströmung durchströmbare Komponenten einer Strömungsmaschine zu verbinden. Entsprechend kann der Strömungskanal ausgebildet sein, zwei Verdichter der Strömungsmaschine zu verbinden und insbesondere einen Hochdruckverdichter und einen diesem in Strömungsrichtung der Gasströmung nachgeordneten Niederdruckverdichter der Strömungsmaschine zu verbinden. Entsprechend kann der Strömungskanal zwischen zwei mit der Gasströmung durchströmbare Komponenten, zwischen zwei Verdichtern bzw. zwischen dem Niederdruckverdichter und dem Hochdruckverdichter angeordnet sein.
Dabei ist die ringförmige Eintrittsöffnung eingerichtet, an die stromaufwärts angeordnete Komponente der Strömungsmaschine, insbesondere stetig, anzuschließen, sodass eine störungsfreie, insbesondere laminare Strömungsführung ermöglicht sein kann. Die Austrittsöffnung ist eingerichtet, an eine stromabwärtige Komponente der Strömungsmaschine, insbesondere stetig, anzuschließen, um eine störungsfreie, insbesondere laminare Strömungsführung zu ermöglichen. Die Streben des Strömungskanals können strömungsführend und/ oder strömungslenkend ausgebildet sein und/ oder können eingerichtet sein, eine Anströmqualität für in Strömungsrichtung nachgeordnete Komponenten zu verbessern. Eine Vorderkante im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist diejenige Kante einer Strebe oder Leitschaufel der Strömungsmaschine, die in Strömungsrichtung stromaufwärts angeordnet ist, eine Hinterkante ist entsprechend eine in Strömungsrichtung stromabwärts angeordnete Kante einer Strebe oder Leitschaufel der Strömungsmaschine.
Die Leitschaufeln können jeweils Teil einer Strömungsmaschinenkomponente, wie beispielsweise eines Verdichters bzw. Niederdruckverdichters und/ oder Hochdruckverdichters sein. Hierbei können die stromaufwärts angeordneten Leitschaufeln beispielsweise ein Teil eines Austrittsleitrads (Outlet Guide Vane) eines Niederdruckverdichters sein und die stromabwärts angeordneten Leitschaufeln können Teil eines Eintrittsleitrads (Inlet Guide Vane) eines Niederdruckverdichters sein.
Die Mittelgeometrie kann beispielsweise als eine Fläche, die durch Rotation einer Kurve, insbesondere einer S-Kurve, um die Drehachse der Strömungsmaschine entsteht, beschrieben werden und im Wesentlichen eine Glockenform aufweisen. Hierbei kann die Mittelgeometrie an einer in einer Strömungsrichtung stromaufwärtigen Position einen größeren Durchmesser aufweisen als an einer stromabwärtigen Position in axialer Richtung und eine Steigung der Mittelgeometrie kann in einem stromaufwärtigen Bereich größer sein als in einem stromabwärtigen Bereich. Bei einigen Ausführungsformen kann die Eintrittsöffnung und/ oder die Austrittsöffnung senkrecht zu dieser Mittelgeometrie angeordnet sein.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, einen Strömungskanal derart zu gestalten, dass eine Verkürzung der Länge des Strömungskanals und damit auch der Strömungsmaschine bereitgestellt werden kann, wodurch eine Steigung bzw. Steilheit des Kanals impliziert ist bzw. sich ergibt. Im Rahmen der Erfindung wird daher ein Querschnittsverhältnis insbesondere innerhalb vorbestimmter Grenzen vorgeschlagen, welches eine Verzögerung der Gasströmung ermöglicht und gleichzeitig Strömungsablösungen und damit einhergehende Strömungsverluste im Strömungskanal zu vermeiden.
Hierfür wird ein Längenverhältnis des Strömungskanals bestimmt bzw. festgelegt, welches als Verhältnis der axialen Länge und der radialen Höhe des Strömungskanals definiert ist, und ein Querschnittsverhältnis, welches als Verhältnis des Querschnitts der Eintrittsöffnung und des Querschnitts der Austrittsöffnung definiert ist. Die axiale Länge und die radiale Höhe des Strömungskanals bestimmen sich durch zwei Punkte des Strömungskanals. Der erste Punkt ist ein Schnittpunkt der Eintrittsöffnung mit der Mittelgeometrie des Strömungskanals und der zweite Punkt ist ein Schnittpunkt der Austrittsöffnung mit der Mittelgeometrie des Strömungskanals. Die axiale Länge erstreckt sich dabei in axialer Richtung von dem ersten Punkt zu dem zweiten Punkt und die radiale Höhe des Strömungskanals erstreckt sich in radialer Richtung von dem ersten Punkt zu dem zweiten Punkt. Der Querschnitt der Eintrittsöffnung und der Querschnitt der Austrittsöffnung ist jeweils insbesondere durch eine Ringfläche definiert, welche radial durch die innere und äußere Mantelfläche des Strömungskanals begrenzt ist. Die Mittelgeometrie des Strömungskanals erstreckt sich zwischen den stromaufwärts und stromabwärts des Strömungskanals angeordneten Leitschaufeln der Strömungsmaschine, wobei jeder Punkt der Mittelgeometrie auf einer Normalen, also senkrecht zur Mittelgeometrie, mittig zwischen den beiden Mantelflächen des Strömungskanals angeordnet ist.
Liegt nun das Längenverhältnis und das Querschnittsverhältnis in dem vorgeschlagenen Bereich, kann eine Geometrie für den Strömungskanal erzielt werden, der zum einen eine Reduktion einer axialen Länge des Strömungskanals erlaubt und zum andere eine, insbesondere angemessene, Verzögerung der Gasströmung bewirken kann, insbesondere auch um eine (Nah-)Ablösung der Gasströmung in dem Strömungskanal und dadurch entstehende Strömungsverluste zu vermeiden.
Bei einer Ausführungsform weist der vorgeschlagene Bereich von Querschnitts- und Längenverhältnis einen ersten Bereich auf, dessen Längenverhältnis zwischen etwa 0,9 und etwa 1,1 liegt und einen zweiten Bereich, dessen Längenverhältnis einen Betrag zwischen etwa 1,2 und etwa 1,5 aufweist. Das Längenverhältnis der axialen Länge und der radialen Höhe und das Querschnittsverhältnis des Querschnitts der Eintrittsöffnung und des Querschnitts der Austrittsöffnung liegen dabei entweder in dem ersten genannten Bereich oder in dem zweiten genannten Bereich. Durch diese beiden Bereiche kann ein Längenverhältnis für den Strömungskanal festgelegt sein, welches, insbesondere in Verbindung mit einem geeigneten, nachfolgend beschriebenen Querschnittsverhältnis, eine günstige Strömungsführung bzw. axiale Baulänge ermöglicht.
Bei einigen Ausführungsformen weist der erste Bereich ein Querschnittsverhältnis zwischen etwa 1,05 und etwa 1,19, insbesondere zwischen etwa 1,05 und etwa 1,11 oder zwischen etwa 1,11 und etwa 1,19 auf. Bei einigen Ausführungsformen weist der zweite Bereich ein Querschnittsverhältnis zwischen etwa 1,02 und etwa 1,16, insbesondere zwischen etwa 1,02 und etwa 1,10 und/ oder zwischen etwa 1,10 und etwa 1,16 auf. Hierdurch kann eine geeignete Verzögerung für die Gasströmung innerhalb des Strömungskanals entsprechend seines Längenverhältnisses bestimmt sein.
Bei einigen Ausführungsformen weist der erste Bereich ein Längenverhältnis zwischen etwa 0,9 und etwa 1,05, insbesondere zwischen etwa 0,95 und etwa 1,0 und/ oder zwischen etwa 1,0 und etwa 1,1 auf. Bei einigen Ausführungsformen weist der zweite Bereich ein Längenverhältnis zwischen etwa 1,23 und etwa 1,45, insbesondere zwischen etwa 1,23 und etwa 1,3 und/ oder zwischen etwa 1,3 und etwa 1,45 auf. Hierdurch kann das Längenverhältnis so gewählt sein, dass sich eine für den jeweiligen Einsatzbereich des Strömungskanals eine geeignete axiale Länge ergibt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Im Allgemeinen gilt, dass Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen beispielhaften Aspekte und/oder Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern dies im Zusammenhang mit der Offenbarung nicht eindeutig ausgeschlossen ist. Insbesondere stellen die hierin genannten Verhältnisangaben keine harten Grenzwerte dar, bei deren Unter- oder Überschreiten die erfindungsgemäßen Vorteile nicht mehr erreicht werden könnten. Viel mehr sind die außerhalb der Grenzen erreichbaren Vorteile geringer. Die genannten Werte definieren besonders geeignete Bereiche, deren offenbarten Randwerte im Rahmen der Angabe "zwischen zwei Werten" nicht ausgeschlossen sind, sondern jeweils als Teil des definierten Bereichs zu verstehen sind.
Im folgenden Teil der Beschreibung wird auf die Figuren Bezug genommen, die zur Veranschaulichung spezifischer Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Es versteht sich, dass andere Aspekte verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen der illustrierten Ausführungsformen möglich sind, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die folgende Beschreibung der Figuren ist daher nicht einschränkend zu verstehen. Es zeigt

Fig. 1: eine schematische beispielhafte Darstellung einer beispielhaften Strömungsmaschine mit einem Strömungskanal gemäß der vorliegenden Offenbarung;
Fig. 2: eine schematische beispielhafte Darstellung eines Ausschnitts einer beispielhaften Strömungsmaschine mit einem Strömungskanal gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
Fig. 3: eine schematisches Diagramm eines Querschnittsverhältnis und eines Längenverhältnis für einen Strömungskanal einer beispielhaften Strömungsmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung.

Fig. 1 zeigt eine beispielhafte schematische beispielhafte Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine 10 in einer schematischen Schnittansicht.
Die beispielhafte Strömungsmaschine 10 ist als Getriebefantriebwerk ausgebildet, wie es in Flugzeugen zur Verwendung kommt. Entlang einer Drehachse X weist die Strömungsmaschine 10 in Strömungsrichtung R hintereinander angeordnet einen Fan 110 mit wenigstens einer Fanstufe, einen Verdichter 120, eine Brennkammer 130 und eine Turbine 140 sowie eine Auslassdüse 150 auf. Der Verdichter 120 weist dabei in Strömungsrichtung R aufeinander folgend angeordnet einen Niederdruckverdichter 12 und einen Hochdruckverdichter 13 auf. Die Turbine 140 weist in Strömungsrichtung R aufeinanderfolgend angeordnet eine Hochdruckturbine 141 und eine Niederdruckturbine 142 auf.
Der Niederdruckverdichter 12 ist eingerichtet eine durch den Fan 110 angesaugte Gasströmung zu verdichten, bevor sie in den Hochdruckverdichter 13 gelangt, in dem eine weitere Verdichtung erfolgen kann. Dabei ist zwischen dem Niederdruckverdichter 12 und dem Hochdruckverdichter 13 ein beispielhafter Strömungskanal 11 ausgebildet, welcher im Nachfolgenden näher beschrieben ist.
Die verdichtete Luft bzw. Gasströmung, die aus dem Hochdruckverdichter 13 austritt, wird in die Brennkammer 130 geführt, wo sie mit Brennstoff zur Verbrennung gebracht wird. Die heißen Verbrennungsgase werden in der Hochdruckturbine 141 und in der Niederdruckturbine 142 entspannt, bevor sie durch die Auslassdüse 150 austreten und somit zusätzlichen Schub liefern. Dabei können die Hochdruckturbine 141 und die Niederdruckturbine 142 über Wellenvorrichtungen 160 jeweils den Hochdruckverdichter 13, den Niederdruckverdichter 12 und/ oder den Fan 110 antreiben.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer beispielhaften erfindungsgemäßen Strömungsmaschine 10 mit einem Strömungskanal 11 in einer schematischen Schnittdarstellung in einer Ebene der Drehachse X der Strömungsmaschine 10.
Der Strömungskanal 11 des dargestellten Ausführungsbeispiels ist zwischen einem Niederdruckverdichter 12 und einem Hochdruckverdichter 13 eines Verdichters der Strömungsmaschine 10 angeordnet und ist eingerichtet, diese mit einer Gasströmung G durchströmbar zu verbinden. Eine ringförmige Eintrittsöffnung 31 und eine ringförmige Austrittsöffnung 41 des Strömungskanals 11 sind mittels einer inneren Mantelfläche 24 und einer äußeren Mantelfläche 25 verbunden. Dabei weisen die Eintrittsöffnung 31 und die Austrittsöffnung 41 jeweils einen Querschnitt A₁, A₂ bzw. eine Querschnittsfläche auf, die jeweils durch die innere Mantelfläche 24 und äußere Mantelfläche 25 begrenzt wird.
In dem Strömungskanal 11 sind in Umfangsrichtung verteilt mehrere radial verlaufende Streben 21 angeordnet, wobei eine dieser Streben 21 in der Schnittebene gezeigt ist. Eine Vorderkante 21a der Strebe 21 ist in einem Abstand D₁ zu einer Hinterkante 22b einer ebenfalls in der Schnittebene dargestellten stromaufwärts angeordneten Leitschaufel 22 des Niederdruckverdichters 12 angeordnet. Eine Hinterkante 21b der Strebe 21 ist in einem Abstand D₂ zu einer Vorderkante 23a einer ebenfalls in der Schnittebene dargestellten stromabwärts angeordneten Leitschaufel 23 des Hochdruckverdichters 13 angeordnet.
Die Eintrittsöffnung 31 ist in halben Abstand D₁ zwischen der Vorderkante 21a der Strebe 21 und der Hinterkante 22b der Hinterkante 22b der Leitschaufel 22 des Niederdruckverdichters 12 angeordnet und die Austrittsöffnung 41 des Strömungskanals 11 ist im halben Abstand D₂ zwischen der Hinterkante 21b der Strebe 21 und der Vorderkante 23a der Leitschaufel 23 des Hochdruckverdichters 13 angeordnet.
Eine Mittelgeometrie 15 des Strömungskanals 11 erstreckt sich zwischen den Leitschaufeln 22, 23, wobei jeder Punkt der Mittelgeometrie 15 in radialer Richtung gleich beabstandet zu der inneren und der äußeren Mantelfläche 24, 25 angeordnet ist. Dabei ist die Eintrittsöffnung 31 und die Austrittsöffnung 41 senkrecht zu dieser Mittelgeometrie 15 angeordnet.
Bezogen auf die Drehachse X der Strömungsmaschine 10 erstreckt sich eine axiale Länge l des Strömungskanals 11 von einem Schnittpunkt S₁ der Eintrittsöffnung 31 mit der Mittelgeometrie 15 in axialer Richtung zu einem Schnittpunkt S₂ der Austrittsöffnung 41 mit der Mittelgeometrie 15. Eine radiale Höhe h des Strömungskanals 11 erstreckt sich von dem Schnittpunkt S₁ der Eintrittsöffnung 31 mit der Mittelgeometrie 15 in radialer Richtung zu einem Schnittpunkt S₂ der Austrittsöffnung 41 mit der Mittelgeometrie 15.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm 50 eines Querschnittsverhältnis A und eines Längenverhältnis L für den Strömungskanal 11 der beispielhaften Strömungsmaschine 10 aus Fig. 2.
Dabei bestimmt sich das Längenverhältnis L des Strömungskanals 11 aus einem Verhältnis der axialen Länge 1 und der radialen Höhe h (L=l/h) und das Querschnittsverhältnis A bestimmt sich aus einem Verhältnis des Querschnitts A₁ der Eintrittsöffnung 31 und des Querschnitts A₂ der Austrittsöffnung 41 (A=A₁/A₂). Für einen Strömungskanal 11 der vorliegenden Offenbarung liegt das Längenverhältnis L und das Querschnittsverhältnis A in einem Bereich B, der ein Querschnittsverhältnis A zwischen 1 und 1,2 und ein Längenverhältnis L zwischen 0,9 und 1,5 aufweist.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist der Bereich B einen ersten Bereich B₁ und einen zweiten Bereich B₂ auf, wobei das Längenverhältnis L der axialen Länge l und der radialen Höhe h und das Querschnittsverhältnis A des Querschnitts A₁ der Eintrittsöffnung 31 und des Querschnitts A₂ der Austrittsöffnung 41 dabei entweder in dem ersten Bereich B₁ oder in dem zweiten genannten Bereich B₂ liegen. Dabei kann das Längenverhältnis L des ersten Bereichs B₁ zwischen 0,9 und 1,1, zwischen 0,95 und 1,05, zwischen 0,9 und 1,0 oder zwischen 1,0 und 1,1 sein. Das Querschnittsverhältnis A des ersten Bereichs B₁ kann zwischen 1,05 und 1,19, zwischen 1,05 und 1,11 oder zwischen 1,11 und 1,19 betragen.
Das Längenverhältnis L des zweiten Bereichs B₂ kann zwischen 1,2 und 1,5, zwischen 1,23 und 1,45, zwischen 1,23 und 1,45, zwischen 1,23 und 1,3 oder zwischen 1,3 und 1,45 aufweisen. Das Querschnittsverhältnis A des zweiten Bereichs B₂ kann zwischen 1,02 und 1,16, zwischen 1,02 und 1,10 oder zwischen 1,10 und 1,16 betragen.
Durch solche Kombinationen für Längenverhältnis L und Querschnittsverhältnis A kann ein Strömungskanal 11 bereitgestellt werden, welcher ein günstiges Zusammenwirken einer Strömungskanalsteigung und einer Gasströmungsverzögerung ermöglicht, um einen Wirkungsgrad der Strömungsmaschine 11 zu verbessern.

BEZUGSZEICHENLISTE

10: Strömungsmaschine
11: Strömungskanal
12: Niederdruckverdichter
13: Hochdruckverdichter
15: Mittelgeometrie
21: Strebe
21a: Vorderkante einer Strebe
21b: Hinterkante einer Strebe
22: Leitschaufel
22b: Hinterkante einer Leitschaufel
23: Leitschaufel
23a: Vorderkante einer Leitschaufel
24: innere Mantelfläche
25: äußere Mantelfläche
31: Eintrittsöffnung
41: Austrittsöffnung
50: Diagramm
110: Fan
120: Verdichter
130: Brennkammer
140: Turbine
150: Auslassdüse
160: Wellenvorrichtungen
l: axiale Länge des Strömungskanals
h: radialen Höhe des Strömungskanals
A: Querschnittsverhältnis
A1: Querschnitt der Eintrittsöffnung
A2: Querschnitt der Austrittsöffnung
B: Bereich
B1: erster Bereich
B2: zweiter Bereich
D1: Abstand
D2: Abstand
G: Gasströmung
L: Längenverhältnis
R: Strömungsrichtung
S1, S2: Schnittpunkte
X: Drehachse der Strömungsmaschine

Claims

Strömungsmaschine (10) mit einem Strömungskanal (11), der insbesondere zwischen zwei Verdichtern angeordnet ist, mit einer ringförmigen Eintrittsöffnung (31) und einer ringförmigen Austrittsöffnung (41), wobei die Eintrittsöffnung (31) und die Austrittsöffnung (41) mittels jeweils einer inneren und einer äußeren Mantelfläche (24, 25) verbunden sind, die den Strömungskanal (11) radial begrenzen, wobei der Strömungskanal (11) mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete radial verlaufende Streben (21) aufweist, deren Vorderkanten (21a) in einem Abstand (D₁) zu Hinterkanten (22b) von stromaufwärts angeordneten Leitschaufeln (22) angeordnet sind und deren Hinterkanten (21b) in einem Abstand (D₂) zu Vorderkanten (23a) von stromabwärts angeordneten Leitschaufeln (23) angeordnet sind, wobei die Eintrittsöffnung (31) und die Austrittsöffnung (41) des Strömungskanals (11) jeweils im halben Abstand (D₁, D₂) zwischen den Vorder- bzw. Hinterkanten (21a, 21b) der Streben (21) und den Vorder- und Hinterkanten (23a, 22b) der benachbarten Leitschaufeln (22, 23) entlang einer sich zwischen den Leitschaufeln (22, 23) erstreckenden Mittelgeometrie (15) angeordnet ist, wobei jeder Punkt der Mittelgeometrie (15) in dazu senkrechter Richtung gleich beabstandet zu der inneren und der äußeren Mantelfläche (24, 25) angeordnet ist, und sich eine bezogen auf die Drehachse der Strömungsmaschine (10) axiale Länge (l) des Strömungskanals (11) von einem Schnittpunkt (S₁) der Eintrittsöffnung (31) mit der Mittelgeometrie (15) in axialer Richtung zu einem Schnittpunkt (S₂) der Austrittsöffnung (41) mit der Mittelgeometrie (15) erstreckt und sich eine radiale Höhe (h) des Strömungskanals (11) von dem Schnittpunkt (S₁) der Eintrittsöffnung (31) mit der Mittelgeometrie (15) in radialer Richtung zu einem Schnittpunkt (S₂) der Austrittsöffnung (41) mit der Mittelgeometrie (15) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Längenverhältnis (L) der axialen Länge (l) und der radialen Höhe (h) und ein Querschnittsverhältnis (A) des Querschnitts (A₁) der Eintrittsöffnung und des Querschnitts (A₂) der Austrittsöffnung in einem Bereich (B) liegt, der ein Querschnittsverhältnis (A) zwischen 1 und 1,2 und ein Längenverhältnis (L) zwischen 0,9 und 1,5 aufweist.
Strömungsmaschine (10) nach Anspruch 1, wobei der Bereich (B) einen ersten Bereich (B₁) aufweist, dessen Längenverhältnis (L) zwischen 0,9 und 1,1 liegt und einen zweiten Bereich (B₂), dessen Längenverhältnis (L) zwischen 1,2 und 1,5 aufweist und ein Längenverhältnis (L) der axialen Länge (l) und der radialen Höhe (h) und ein Querschnittsverhältnis (A) des Querschnitts (A₁) der Eintrittsöffnung und des Querschnitts (A₂) der Austrittsöffnung in dem ersten Bereich (B₁) oder in dem zweiten Bereich (B₂) liegt.
Strömungsmaschine (10) nach Anspruch 2, wobei der erste Bereich (B₁) ein Querschnittsverhältnis (A) zwischen 1,05 und 1,19 aufweist.
Strömungsmaschine (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der erste Bereich (B₁) ein Querschnittsverhältnis (A) zwischen 1,05 und 1,11 aufweist.
Strömungsmaschine (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der erste Bereich (B₁) ein Querschnittsverhältnis (A) zwischen 1,11 und 1,19 aufweist.
Strömungsmaschine (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der erste Bereich (B₁) ein Längenverhältnis (L) zwischen 0,9 und 1,05 aufweist.
Strömungsmaschine (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der erste Bereich (B₁) ein Längenverhältnis (L) zwischen 0,95 und 1,0 aufweist.
Strömungsmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der erste Bereich (B₁) ein Längenverhältnis (L) zwischen 1,0 und 1,1 aufweist.
Strömungsmaschine (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der zweite Bereich (B₂) ein Querschnittsverhältnis (A) zwischen 1,02 und 1,16 aufweist.
Strömungsmaschine (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der zweite Bereich (B₂) ein Querschnittsverhältnis (A) zwischen 1,02 und 1,10 aufweist.
Strömungsmaschine (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der zweite Bereich (B₂) ein Querschnittsverhältnis (A) zwischen 1,10 und 1,16 aufweist.
Strömungsmaschine (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei der zweite Bereich (B₂) ein Längenverhältnis (L) zwischen 1,23 und 1,45, bevorzugt zwischen 1,23 und 1,3 aufweist.
Strömungsmaschine (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei der zweite Bereich (B₂) ein Längenverhältnis (L) zwischen 1,3 und 1,45 aufweist.
Strömungsmaschine (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungskanal (11) eingerichtet ist, wenigstens zwei mit einer Gasströmung (G) durchströmbare Komponenten (12, 13) einer Strömungsmaschine (10) zu verbinden.
Strömungsmaschine (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eintrittsöffnung (31) senkrecht zu der Mittelgeometrie (15) angeordnet ist.