WO2021234115A1 - Strömungsleitvorrichtung für eine strömungsmaschine - Google Patents

Strömungsleitvorrichtung für eine strömungsmaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2021234115A1
WO2021234115A1 PCT/EP2021/063531 EP2021063531W WO2021234115A1 WO 2021234115 A1 WO2021234115 A1 WO 2021234115A1 EP 2021063531 W EP2021063531 W EP 2021063531W WO 2021234115 A1 WO2021234115 A1 WO 2021234115A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow
base body
section
flow channel
blades
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/063531
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes GROB
Björn BÜLTEN
Original Assignee
turbonik GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by turbonik GmbH filed Critical turbonik GmbH
Publication of WO2021234115A1 publication Critical patent/WO2021234115A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/142—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
    • F01D5/143—Contour of the outer or inner working fluid flow path wall, i.e. shroud or hub contour
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/145—Means for influencing boundary layers or secondary circulations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved
    • F05D2250/711—Shape curved convex
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved
    • F05D2250/712—Shape curved concave
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to a flow guiding device, for example for a flow machine, in particular a steam turbine.
  • the flow guide device has at least one base body.
  • the base body extends along a longitudinal axis L.
  • the base body has at least one flow channel on a base body circumference. The extent of the flow channel, in particular between a flow inlet and a flow outlet, is delimited by a base body jacket surface and by two surfaces facing one another.
  • Flow guiding devices in particular for turbo machines, are known in the prior art in a large number of configurations.
  • energy is transferred between a fluid and the components of the flow machine in an open space through a flow according to the laws of fluid dynamics.
  • Flow guide devices are, for example, guide wheels or impellers of a turbine which have at least one flow channel or a plurality of flow channels for interaction with the flow on a base body circumference of a base body.
  • a Laval nozzle profile is typically used as the profile for the flow channel or channels.
  • the Laval nozzle profile has a convergent-divergent course with respect to a smallest cross section.
  • the flow in the flow channel comes with a strongly curved one Base body surface in contact and thus experiences a strong acceleration in the course of the flow channel.
  • this acceleration is only unilateral. Due to the partially high speed, the flow at the outlet of the flow channel is very inhomogeneous.
  • the flow channel for. B. with the profile of a Laval nozzle, not operated in the optimal design pressure ratio who the. This leads to losses, which results in a reduced degree of efficiency. Furthermore, certain geometries of the flow channel, which correspond to an optimal design, can only be manufactured with great effort and thus high costs.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a flow guide device, in particular for a turbo machine, in which an increased efficiency is achieved while at the same time being inexpensive to manufacture.
  • the aforementioned object is achieved in a generic flow guide device with the features of the characterizing part of claim 1, namely in that the base body jacket surface is designed in such a way that the two surfaces delimiting the flow channel and facing each other in at least one blade section plane S have a different surface height H from one another aufwei sen, and that the longitudinal axis L is a plane normal to the blade section plane S.
  • the flow guide device is designed, for example, as a guide wheel for a flow machine, for example a steam turbine.
  • the flow guide device is z. B. can be arranged as a standing component in a turbomachine.
  • a plurality of flow guiding devices are preferably arranged in a multistage flow machine.
  • the flow guide device is mounted with its base body, which is designed, for example, as a hub, preferably rotatable, in a housing of the turbomachine.
  • the base body has in particular a recess for a rotating shaft passing through the base body.
  • the flow guide device is designed, for example, as an impeller of a turbo machine.
  • the flow guide device is then attached to the base body on a rotating shaft.
  • the flow guide device is also used in steam jet refrigeration machines, compressors, gas turbines or engines, in particular aircraft turbines, ORC turbines, hydrogen turbines or hydrogen compressors.
  • the flow guide device is preferably designed for operation with liquid and / or gaseous fluids, in particular water vapor, CO 2, hydrogen, organic media, silicone oils, refrigerants.
  • the flow guide device has at least one, in particular disk-shaped or ring-shaped, base body.
  • the base body circumference is, for example, circular or polygonal.
  • At least one flow channel is formed on or in the base body circumference, which extends, for example, from an inflow side of the base body, in particular with portions parallel to the longitudinal axis L, to an outflow side of the base body.
  • the remaining base body circumference is, for example, cut by at least one Blockadeab, in particular the base body, for the passage of a flow medium - in the assembled state - blocked.
  • the inflow side and the outflow side of the Grundkör pers preferably extend parallel to one another.
  • the extent of the flow channel between a flow inlet and a flow outlet is closed at its base by a base body jacket surface the two sides of two mutually facing surfaces - pressure-side surface and suction-side surface - limited.
  • the mutually facing surfaces are, in particular at least in a section of the flow channel, made to the longitudinal axis of the base body.
  • Ange means that the surfaces are inclined at an angle, in particular of at least 20 °, at least 30 °, at least 40 °, at least 50 °, at least 75 ° or at least 85 °, to the longitudinal axis of the base body.
  • the flow channel is completely closed and for this purpose is limited, in particular radially opposite to the base body jacket surface, by at least one cover ring, inner ring or a housing. If the flow channel in the direction of the base body is limited, for example, by a surface of another component, for example a blade in the case of assembled blade rings, then the surface oriented in the direction of the base body is to be equated with the base body jacket surface.
  • the at least one flow channel is arranged on the base body circumference designed as the outer circumference. If the base body is, for example, ring-shaped, the min least one flow channel is arranged from a base body configured as an inner circumference. In the case of the ring-shaped configuration of the base body, the at least one flow channel is delimited by an inner disk.
  • a plurality of flow channels are formed on the base body circumference.
  • the flow channels are distributed evenly or asymmetrically on the base body circumference.
  • the flow channel cross-section in particular the course of the flow channel cross-section, is influenced by the base body surface area, in particular the shape and the direction of the base body surface area.
  • the flow channel cross section is between flow inlet and flow outlet, for example, constant or varied.
  • the flow channel cross-section is divergent - that is, it increases too convergent from the flow inlet to the flow outlet - that is, increases from the flow inlet to the flow outlet -, convergent and divergent or has a different profile.
  • the “cross section” of the flow channel or “flow channel cross section” always means the cross-sectional area of the flow channel. In the case of a plurality of flow channels, all flow channels are advantageously designed identically.
  • the base body jacket surface in the flow channel is designed, in particular in at least one section, in such a way that the two surfaces laterally delimiting the flow channel have a surface height H that differs from one another in at least one blade section plane S.
  • the blade section plane S is an imaginary plane to which the longitudinal axis L of the base body is a plane normal.
  • the base body jacket surface is preferably designed in such a way that the surface heights H are different in at least one blade section plane S at at least one point along the longitudinal axis L in the section. It is further provided that the surface heights H in several blade section planes S are each different from one another at several points along the longitudinal axis L of the base body. This varies the cross section of the flow channel.
  • the Grundkör permantel nature is preferably designed without interruption in its course, so has no joints.
  • the surface heights H in at least one blade section plane S have a height difference of at least 3%, in particular at least 5%, at least 10%, at least 20%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 75% or have at least 90%. It is furthermore preferably provided that in at least one first blade section plane S at at least one first point on the longitudinal axis L in the course of the flow channel, the surface heights H are different from one another, that in at least a second blade section plane S at at least a second point of the longitudinal axis L in the course of the flow channel, the surface heights H are different from each other, and that the surface heights H in the first blade section plane are greater or smaller than the surface heights in the second blade section plane.
  • the surface height H of the surface arranged upstream in a blade section plane S, in particular on the pressure side, is smaller than the upper surface height H of the surface arranged downstream, preferably on the suction side.
  • the base body surface area is aligned inclined in the direction of the flow outlet.
  • the surface height H of the respective - pressure-side or suction-side - surface is the distance swept over, in particular in the blade section plane S or the flow channel section plane E, between the base body jacket surface and the end of the surface facing away from the base body. This applies in particular to surfaces that are inclined in the direction of the flow channel or away from it. Slightly compliant, in particular production-related, radii in the area between the base body jacket surface and the surfaces are not taken into account, larger radii are added to the base body jacket surface. In the event that the surfaces are aligned radially to the longitudinal axis L of the base body, the surface height H of the surfaces corresponds to the height of the surfaces in the radial direction - the radial height.
  • different surface heights H of the surfaces in the blade section plane S can be achieved, for example, via a correspondingly designed shape and orientation of the base body jacket surface - at least in one section.
  • the surface heights H of the two surfaces delimiting the flow channel in a blade section plane S at the flow inlet - at a point on the longitudinal axis L at the flow inlet - are the same and / or that the surface heights H of the two surfaces delimiting the flow channel in a blade section plane S at the flow outlet - at a point on the longitudinal axis L at the flow outlet - are the same.
  • the base body jacket surface occurs at least at the flow inlet and / or at least at the flow outlet is convexly curved with a radius. In the blade section plane S at the flow inlet and / or at the flow outlet, the base body surface area is a convex curved line in such a configuration.
  • the base body jacket surface is further designed and arranged in such a way that the surface heights H of the surfaces facing each other are essentially the same in at least one flow channel section plane E, where the flow channel section plane E is oriented in such a way that that the flow channel section plane E is traversed by a mean stream filament - according to stream filament theory - in the normal direction.
  • the flow filament passes through the flow channel section plane E at the point in the course of the longitudinal axis L at which the blade section plane S is also considered.
  • an intersection of the flow channel section plane E and the blade section plane S intersects the flow path of the flow channel.
  • the base body surface is consequently designed so that when viewed at least at one point in the course of the longitudinal axis L of the base body in a blade section plane S, the surface heights H are different from one another and the surface heights H in an associated flow channel section plane E - when viewed along the same point the longitudinal axis L - are essentially the same.
  • the surface heights H in the two planes under consideration relate to different areas of the surfaces in the flow channel that laterally delimit the flow channel.
  • the surface height H of the two surfaces delimiting the flow channel is consequently essentially the same in the flow channel section plane E, the flow channel section plane E from the central flow filament of the flow channel - at the same point along the longitudinal axis L of the base body in which the blade section plane S is considered - will pass through orthogonally.
  • the base body jacket surface is designed in such a way that it is a straight line, a convex line, a concave line in at least one flow channel sectional plane E at a point along the central flow path, preferably in a plurality of flow channel planes E along the central flow path or a line with at least one straight section and at least two convex or concave sections - curvature, in particular radii in the edge regions of the base body jacket surface - shown.
  • Another embodiment of the flow guide device provides that at least one blade is arranged on the base body circumference.
  • two flow channels are formed, namely between the two surfaces of the blade and one surface of a blockage section in each case. It is particularly preferably provided that at least two blades are arranged on the base body circumference, and that the at least one flow channel is formed between the blades.
  • the surfaces facing each other laterally delimiting the flow channel are preferably the corresponding surfaces of the blades, that is to say the pressure-side surface of one blade and the suction-side surface of the other blade.
  • the surface heights H then correspond to the extent of the blades in the respective plane E, S or the radial height of the respective blade with radial alignment of the blades.
  • the surface height H of one blade in the blade section plane S is according to the invention larger or smaller than the surface height H of the other blade in the blade section plane.
  • the surface height H in the associated flow channel sectional plane E is approximately the same for both blades.
  • At least two further flow channels are arranged on the base body circumference, which in particular are delimited by a blade and the base body or the at least one blocking section.
  • a flow channel is formed between a pressure-side surface of one blade and a - suction-side - surface of the blocking section and a suction-side surface of the other blade and a - pressure-side - surface of the blocking section.
  • a plurality of blades are arranged on the base body circumference - outer circumference or inner circumference.
  • the blades are, for example, arranged symmetrically or asymmetrically distributed on the base body circumference.
  • each flow channel is fully closed in its course in the operating state.
  • the base body is finally delimited by a cover ring or a housing of the machine that is preferably applied, in particular shrunk, to an outer circumference of the blades.
  • a cover ring or a housing of the machine that is preferably applied, in particular shrunk, to an outer circumference of the blades.
  • an inner circumference For example, annularly formed, base body arranged blades who the flow channels finally bordered, for example, by an inner disk be.
  • Partial application of the flow guide device is provided, in which only a certain proportion of the base body circumference is provided with blades, for example about 50% of the base body circumference.
  • the base body with the plurality of blades is preferably designed for partial admission.
  • the remaining part of the base body circumference is closed to a flow.
  • part of the flow channels is formed between a respective blade and a blockade section, the surface of a blockage section partially delimiting a flow channel in each case having the profile of a corresponding surface of a blade.
  • At least one flow channel is formed between each two adjacent blades, so that a plurality of flow channels are formed on the base body circumference.
  • the mutually facing surfaces of the respective neighboring blades meet the requirements described above with regard to the surface height H in order to design an advantageous base body jacket surface.
  • each flow channel has at least one section in its course in which the adjacent blades in the - imagined - blade section plane S have a different surface height H, which corresponds in particular to the radial height of the blade.
  • Such different heights of the blades in the blade sectional plane S can be achieved, for example, via a correspondingly designed surface profile of the base body jacket surface.
  • the surface height H is identical to the radial height.
  • the radial height of a blade at a certain point is determined between the base body jacket surface and the end of the blade facing away from the base body - in the radial direction, starting from the longitudinal axis L -.
  • the radial height of a blade is measured starting from a certain point on the base body jacket surface on a radial line starting from the longitudinal axis L of the base body.
  • the two adjacent blades each delimiting a flow channel, preferably have a varying surface height H, in particular a radial height H, in the course of the flow channel. Consequently, the surface height H of the blades varies in the course of the extent of the flow channel, each considered in a plurality of flow channel sectional planes E, which are each aligned so that the middle flow filament passes through the respective flow channel sectional plane E as a plane normal.
  • the surface height H of the two blades in each individual blade section plane E are preferably the same.
  • the surface height H of the blades varies in the course of the flow channel, in particular in the flow channel sectional plane E considered, identically for both blades. It is also provided that the surface heights H of the two mutually facing surfaces, in particular of the blades, are different from one another in at least one flow channel sectional plane S along the flow channel.
  • the cross section of the flow channels i.e. each individual flow channel, is varied at least in sections by a changing surface height H of at least one of the blades laterally limiting the flow channel, in particular a changing surface height H of both blades laterally limiting the flow channel.
  • the end regions or the ends of all blades have a common diameter, in particular a common outer diameter, for example in the case of a disk-shaped base body, or a common inner diameter, for example in the case of an annular base body, and inwardly directed blades. It is provided that the entire end face of each blade lies on a single diameter, or that - for example in the case of blades that change their outer diameter in the course of the flow channel - at least the end of each blade furthest away from the base body on a common diameter lies.
  • the surface heights H of the two blades delimiting the flow channel in a blade section plane S at the flow inlet - at a point on the longitudinal axis L at the flow inlet - are the same and / or that the surface heights H of the two blades delimit the flow channel in a blade section plane S at the flow outlet - at a point on the longitudinal axis L at the flow outlet - are the same.
  • the flow inlet he stretches between the respective leading edges of the blades, the flow outlet between the trailing edges of the two blades.
  • the leading edges of the two blades lie on a common first diameter and / or the trailing edges of the two blades on a common one second diameter.
  • the second diameter is preferably less than the first diameter.
  • the base body jacket surface is curved convexly with a radius at least at the flow inlet and / or at least at the flow outlet.
  • the base body surface area is a convexly curved line between the two blades in such a configuration.
  • the flow guiding device is preferably formed for a flow against the blades in a direction essentially parallel to a longitudinal axis of the base body.
  • the blades are flown with a swirl.
  • the flow guide device is provided in particular for an axial machine.
  • the longitudinal axis L of the base body coincides with the axis of rotation of a shaft that preferably passes through the base body.
  • the flow guiding device rotates about the longitudinal axis L.
  • the base body jacket surface has at least two sections with different surface shapes in its course in the flow channel.
  • the surface shape differs from one another in the at least two sections, so that the base body surface area is flat in at least one section and is curved with a radius in at least one further section.
  • Two consecutively arranged, for example flat or curved, sections also have a different surface shape if the inclinations of the consecutively arranged flat sections or the degree of curvature of the consecutively arranged, curved sections differ.
  • the base body jacket surface has at least three, at least four or at least five sections that differ from one another in its course along the flow channel. It is preferably provided that the surface shape in each section is different from each further section. However, it is also provided that only the surface shape of each section following in the flow direction is different from the preceding section.
  • the surface shape of at least one section of the base body jacket surface is designed differently from a surface shape of the base body upstream and / or downstream of the flow channel, i.e. before the flow inlet and / or after the flow outlet.
  • the surface shape of the base body in front of and behind the flow channel is circular with a radius, the radius in front of the flow channel preferably being greater than the radius behind the flow channel.
  • the surface shape at least in a section of the base body jacket surface within the flow channel is, for example, either curved with a different radius than in front of and behind the flow channel or is designed, for example, as a flat surface.
  • the first section of the base body jacket surface behind the flow inlet is convexly curved with a single, first radius and / or that the last section of the base body jacket surface in front of the flow outlet is convexly curved with a single, second radius.
  • the first radius and the second radius are different from one another, in particular the second radius is smaller than the first radius.
  • the base body jacket surface of a section arranged upstream is oriented essentially tangentially to the base body jacket surface of a downstream section at least in at least one section transition disposed between the two sections. The slope of the two sections is identical at least in the section transition.
  • the tangential arrangement means that the section arranged upstream is arranged tangentially to the section arranged downstream at each point of its extent in the section transition.
  • the section transition is aligned parallel to the longitudinal axis of the base body.
  • the tangential arrangement in the section transition to the circumference in the section arranged downstream can advantageously be ensured.
  • the surfaces facing one another, in particular the blades are positioned at least in the areas relative to the longitudinal axis of the base body, that is to say are inclined at an angle at which the section transition is arranged.
  • the section transition is aligned parallel to the longitudinal axis of the base body.
  • This preferably also applies to at least one section transition from a section with a different surface shape to a section that is curved, in particular with a radius.
  • the section of the base body jacket surface that is closest to the flow outlet is arched with a radius.
  • the radius preferably corresponds to the radius of the base body at the flow outlet.
  • the section arranged upstream in the flow channel which is designed, for example, as a flat surface or as a concave surface, is aligned in the transition section tangentially to the curved surface of the section arranged downstream.
  • acceptable flow properties are achieved if the base body surface area is only oriented essentially tangentially, that is to say approximately tangentially. For example, deviations of ⁇ 15%, in particular ⁇ 5%, are acceptable.
  • At least two sections of the base body shell surface are designed and aligned with one another in such a way that a Prandtl-Meyer expansion is ensured at the section transition.
  • This is preferably the section of the base body jacket surface arranged closest to the flow outlet and the section arranged upstream therefrom.
  • each flow channel advantageously has the profile of a laval nozzle.
  • the cross section decreases down to the smallest cross section of the flow channels. From this smallest cross section, the cross section increases again continuously up to a flow outlet, so that a Laval nozzle is implemented for the flow.
  • the cross section is consequently converging up to the smallest cross section and diverging from the smallest cross section. As a result, the fluid can be accelerated to ultrasonic speed without compression shocks occurring.
  • the cross-section of the flow channels preferably increases, starting from an inlet cross-section at the beginning of the flow channels, in particular continuously, to to a smallest cross section and decreases - that is, downstream - of the minimum cross section, in particular continuously up to an outlet cross section of the flow channels again.
  • the cross-section of the flow channels can only be varied by changing the cross-sectional height H of the blades, in particular across the body shell surface, for example with the same distance between the two adjacent blades.
  • the surface height H of the blades - viewed in flow channel sectional planes E - decreases up to the smallest cross section and continuously increases again from the smallest cross section.
  • the course of the base body jacket surface is advantageously adapted.
  • the cross section of the flow channels is varied by means of the distance between the mutually facing surfaces of the adjacent blades, in particular orthogonal to the direction of flow, and by means of the surface height H of the blades.
  • the cross-sectional profile of each flow channel between two blades is consequently varied via two degrees of freedom, i.e. both via the distance between two mutually facing surfaces of the blades and via the surface height H of the blades.
  • the smallest cross section is angeord net at the flow inlet and, based on this, the cross section increases in the course of the flow channel. It is also provided that the smallest cross section is arranged at the flow outlet.
  • This configuration has the advantage over the prior art that the generation of a smallest cross-sectional area in each flow channel between two adjacent blades now not only depends on the distance between the two blades, but can also be influenced via the course of the base body surface area. Despite a greater distance between the surfaces of the adjacent blades, smaller cross-sectional areas for the minimal cross-section can thereby be realized, for example, by locally reducing the surface height H, in particular the radial height, of the blades.
  • a minimum diameter for the milling head is no longer the limiting factor for the smallest possible cross-section of the flow channel, for example, since the cross-sectional area can also be achieved with a reduced penetration depth of the milling head.
  • the advantageous flow guiding device can thereby be manufactured inexpensively.
  • the The base body jacket surface in the flow channel in particular in at least one section of the base body jacket surface, is at least partially planar and / or concave and / or convex.
  • the base body jacket surface has at least one convex section and / or at least one concave section and / or at least one flat section in its course between the flow inlet and the flow outlet.
  • the course of the base body jacket surface is spline-shaped.
  • the convex and / or concave curvature of the base body preferably extends only in the direction of flow. Furthermore, it is also provided that the convex and concave curvature of the base body jacket surface extends both in the flow direction and orthogonally thereto.
  • the base body jacket surface then has, for example, a shape that is curved in two directions.
  • At least one flat or curved section of the base body jacket surface is arranged inclined in the direction of flow and / or transversely to the direction of flow. If the base body shell surface is designed as a flat surface with a slope in one section, this section bridges the difference between the larger diameter of the base body at the smallest cross section of the flow channel and a smaller diameter at the flow outlet of the flow channel, for example.
  • the base body outer surface is in particular designed in a special ramp-like manner. To bridge this difference, the section is aligned inclined.
  • the base body jacket surface is concave and / or convex, at least in sections, in particular completely, in the course of the flow channels.
  • a concave base body jacket surface is particularly preferably arranged between the smallest cross section and a section transition to the last section before the flow outlet. It is provided that the base body jacket surface is completely continuous in the course of the flow channel or has at least one discontinuity, in particular at least two discontinuities.
  • the base body jacket surface downstream and / or upstream of the smallest cross section is at least partially flat and / or concave and / or convex.
  • the base body jacket surface downstream of the smallest cross section initially has a section that is convex, in particular in the direction of flow, then a concave or flat section and finally a convex section with a radius.
  • the surface height H of the blades at the flow inlet and / or the smallest cross section is smaller than the surface height H of the blades at the flow outlet.
  • the cross section of the flow channel is preferably varied substantially over the surface height H of the blades in the course of the flow channel.
  • the surface height H of the blades at the flow inlet and / or at the smallest cross section is greater than the surface height H of the blades at the flow outlet.
  • Another embodiment provides that the surface height H of the blades, starting from the smallest cross section, increases in the direction of the flow outlet and / or that of the flow outlet of the flow channels.
  • the surface height of the blades increases steadily or discontinuously in the course of the flow channel, starting from the smallest cross section in the direction of the flow outlet and / or flow inlet.
  • Another embodiment of the flow guiding device provides that at least one surface of the two surfaces facing each other, in particular the adjacent blades in front of and / or behind the smallest cross section of the flow channels is at least partially, in particular completely, flat and / or convex and / or concave.
  • the two mutually facing surfaces of the blades delimiting the flow channel are, for example, the surface on the suction side of a first blade and the surface on the pressure side of a second blade. It is preferably provided that both facing surfaces of the adjacent blades in the flow direction in front of and / or behind a smallest cross section of the flow channels are at least partially, in particular completely, flat and / or concave and / or convex.
  • one of the surfaces is both partially convex and partially concave, it has a spline-shaped configuration.
  • at least one of the surfaces is convex and / or concave in the direction of flow or at least one of the two surfaces is convex and / or concave both in the direction of flow and orthogonally thereto.
  • the mutually facing surfaces of the adjacent blades in the direction of flow behind the narrowest cross section of the flow channels are designed to be completely flat. Downstream of the point with the narrowest cross-section, both mutually facing surfaces of the adjacent blades are designed as completely flat surfaces.
  • the two surfaces are preferably arranged diverging from one another, d. H. Their distance increases as the course of the flow channel increases, that is, in the direction of the flow outlet. This planar configuration allows the blades to be manufactured in a simple manner.
  • the surface on the suction side of a first blade behind the smallest cross section is completely flat and the surface on the pressure side of a second blade behind the smallest cross section is completely flat.
  • the surfaces facing one another, in particular of the adjacent blades are in front of a narrowest one in the direction of flow
  • Cross-section of the flow channels are convex or concave.
  • one of the surfaces is convex and one of the surfaces is concave.
  • the blades are positioned relative to the longitudinal axis of the base body, so that each blade has a deflecting surface - especially on the pressure side - for the flow.
  • the deflecting surface is preferably concave, and the opposite - rear side - of the adjacent blade - in particular the suction side - is convex.
  • the order deflection surface is preferably concave up to the narrowest cross section of the flow channel.
  • advantageous cross-sectional profiles for the flow channels can be designed to increase the efficiency.
  • a further embodiment of the flow guide device provides that a diameter of the base body upstream of the flow channel, in particular the flow channels, is greater than the diameter of the base body downstream of the flow channel or vice versa.
  • the diameter of the base body, viewed in particular in the direction of flow, in front of the flow channel is greater than the diameter of the base body, in particular in the flow direction, behind the flow channel.
  • the base body has the largest diameter at the flow inlet of the flow channel and the smallest diameter at the flow outlet of the flow channel.
  • the flow channel in particular the body shell surface and the surface height H of the blades, is designed in such a way that the difference in diameter is bridged. It is preferably provided that the diameter of the base body in the flow channel is constant up to a point with the smallest cross section of the flow channel.
  • the base body jacket surface has a shape, for example down to the smallest cross section, which corresponds to the surface shape of the base body before the flow inlet.
  • the base body jacket surface has a section that is designed as a flat surface or as a concave surface Surface is formed. This is followed by a section that stretches to the flow outlet, and the convex with the diameter of the base body at the flow outlet is arched.
  • the diameter reduction between the diameter before the flow inlet and after the flow outlet - in particular of the last section - is preferably about 5% to 15%, preferably about 10%.
  • the base body and the flow channel in particular the base body and the blades, are formed in one piece.
  • the base body and the flow channel, in particular the blades, are consequently formed from a single material. It is particularly advantageously provided that the base body and the flow channel, in particular the blades, are formed from the solid by milling.
  • the base body and the flow channel, in particular the blades are formed by an additive setting method.
  • Direct metal laser sintering (DMLS), electron beam melting (EBM), selective laser sintering (SLS), selective laser melting (SLM), metal binder jetting and nanoparticle jetting have proven to be particularly advantageous processes.
  • Advantageous cross-sectional profiles of the flow channel, in particular, for example, also with flinter cuts, can be realized by means of the additive manufacturing process.
  • a flow guide device can also be described as follows: flow guide device, in particular for a flow machine, having at least one base body and a plurality of blades, the blades being distributed over a circumference on the base body, with at least one flow channel being formed between two adjacent blades so that a plurality of flow channels are formed, the flow channel having a larger diameter at the flow inlet than at the flow outlet, with
  • Each flow channel is delimited by a base body jacket surface, characterized in that the base body jacket surface is designed like a ramp in at least one section, so that the difference between the diameter at the flow inlet and the flow outlet is bridged, and that the surface height H of the blades is orthogonal to the central flow path every point is the same, but varies at different points.
  • the surface height H of the blades is varied in the course of the flow channel.
  • a flow guide device in particular for a flow machine, having at least one base body and a plurality of blades, the base body extending along a longitudinal axis, the blades being arranged on the base body distributed over a circumference, each blade having a suction side and a pressure side, with at least one flow channel being formed between two adjacent blades so that each flow channel is at least partially delimited by the suction side of a first blade and the pressure side of a second blade and a plurality of flow channels is formed is, and wherein the base body delimits each flow channel in its course with a base body jacket surface, characterized in that the suction side of the first blade and the pressure side of the second blade in the course of each flow channel respectively eils have a varying surface height H, and that each flow channel has in its course at least one section in which the suction side of the first blade and the pressure side of the second blade have a different surface height H in the blade section plane S, the longitudinal axis being
  • a flow guide device can also be described as follows: flow guide device, in particular for a flow machine, having at least one base body and a plurality of blades, the blades being distributed over a circumference on the base body, in particular those of the base body remote ends of all blades are arranged on a common diameter, with at least one flow channel being formed between two adjacent blades, so that a plurality of flow channels are formed, each flow channel having a varying cross section in its course, preferably where there is an oncoming flow of the blades with a median component of the inflow speed is provided parallel to a longitudinal axis of the base body, characterized in that the cross section of the flow channels is at least partially due to a changing surface height he at least one of the two adjacent blades is varied. In particular, that the surface height H of the blades orthogonally to the flow direction - orthogonally to the middle flow path - is varied equally.
  • Flow guide device with at least one base body, the base body extending along a longitudinal axis, the base body having at least one flow channel on a base body circumference, the flow channel extending in its extension from a base body jacket surface and is delimited by two mutually facing surfaces, the surfaces being inclined to the longitudinal axis of the base body, the base body shell surface being designed such that the two mutually facing surfaces in at least one blade section plane have a different surface height H, and the longitudinal axis is a plane normal to the blade section is that the base body jacket surface has at least two sections with different surface shapes in its course, and that the base body jacket surface is arranged upstream thin section at least in a section transition arranged between the two sections essentially tangential tial to the base body jacket surface of a downstream section is aligned, in particular wherein the base body jacket surface of the downstream section is curved with a radius.
  • the invention also relates to a turbomachine, with at least one, preferably a plurality of flow guiding devices according to one of the exemplary embodiments described above.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a flow guide device in a perspective view with a view of the flow outlet
  • FIG. 2 shows the embodiment of a flow guide device according to FIG. 1 in a perspective view with a view of the flow inlet
  • FIGS. 1 and 2 show a perspective view of the flow outlet of an exemplary embodiment of a flow guide device according to FIGS. 1 and 2,
  • FIGS. 1 and 2 show a plan view of an embodiment of a flow guiding device according to FIGS. 1 and 2,
  • FIGS. 1 and 2 show an exemplary embodiment of a flow guide device according to FIGS. 1 and 2 with a view into the flow channel, starting from the flow outlet
  • 6 shows an embodiment of a flow guide device according to
  • FIG. 7 shows a section of an embodiment of a flow guiding device in a first blade section plane
  • Fig. 8 is a section of the embodiment of a flow guide device according to FIG. 7 in a second blade section plane
  • FIGS. 7 and 8 show a section of the embodiment of a flow guide device according to FIGS. 7 and 8 in a third blade section plane
  • Fig. 10 is a section of the embodiment of a flow guide device according to Fig. 7, Fig. 8 and Fig. 9 in a fourth blade sectional plane,
  • 11a shows an embodiment of a development of a blade cross-section for a blade of a flow guide device
  • 11b shows an embodiment of a development of a blade cross section for a blade of a flow guide device.
  • Embodiment also detached from all others in connection with it Written partial features for themselves and also in combination with any Merkma len of another exemplary embodiment of importance for the subject matter of the invention.
  • FIGS. 1 to 6 show an exemplary embodiment of a flow guide device 1 in different views and enlargements.
  • the flow guide device 1 has a base body 3 and a plurality of blades 4.
  • the blades 4 are evenly distributed over a base body circumference 5 of the base body 3 angeord net.
  • a flow channel 6 is laterally bounded by two adjacent blades 4, so that a plurality of flow channels 6 are formed distributed over the circumference 5 of the base body 3.
  • the number of flow channels 6 depends on the number of blades 4.
  • Each flow channel 6 has a varying cross section in its course between flow inlet 7 and flow outlet 2.
  • the flow inlet 7 extends on the upstream side for each flow channel 6 between a leading edge 4a of one blade 4 and a front edge 4a of the other blade 4 - see Fig. 2.
  • the flow outlet 2 extends for each flow channel on the downstream side between a flinter edge 4b of one blade and a trailing edge 4b of the other blade 4 - FIG. 1.
  • the base body 3 is designed as a hub in this embodiment. An opening for the passage of a shaft is not shown.
  • FIG. 1 shows a view from an outflow side of the flow guide device 1 when used as a guide wheel.
  • Fig. 2 shows the upstream side when used as a stator.
  • the facing away from the base body 3 ends 8 of the show panels 4 are on a common diameter D1.
  • the entire end 8 of each blade lies in a curved surface, each point of which lies on the common diameter D1.
  • the base body 3 has a flow inlet 7 of the flow channels 6 Diameter D2 - see FIG. 2, which is approximately 10% larger than a diameter D3 at the flow outlet 2 - see FIG. 1.
  • each flow channel 6 begins between two adjacent blades 4 at the flow inlet 7 - between the leading edges 4a.
  • the blades 4 are set at an angle of approximately 10 ° to the longitudinal axis L of the base body 3, so that the flow flowing onto the blades 4 is deflected by the flow channels 6.
  • all of the blades 4 and thus all of the flow channels 6 are of identical design.
  • a surface Hi of the blades 4 at the flow inlet 7 is less than a surface height H2 of the blades 4 at the flow outlet 2.
  • the blades 4 are aligned radially, so that the surface height H is the radial Height corresponds to.
  • the radial height - and here also the surface height H - of the blades 4 is determined in the radial direction along a line starting from the longitudinal axis L of the base body 3 - see FIG. 1. The radial height is measured between a surface of the base body 3 along this Line and the end 8 of the blades 4 facing away from the base body 3 - see FIG. 1.
  • the flow channels 6 have a changing cross section in their course between flow inlet 7 and flow outlet 2.
  • the cross section of the flow channels 6 is influenced by a varying spacing of the blades 4 from one another, orthogonal to the direction of flow, as well as by the changing surface height H of the blades 4 in the course of the flow channels 6.
  • Each flow channel 6 has a smallest cross section 9.
  • Each flow channel 6 is laterally bounded by the mutually facing surfaces 10, 11, namely - viewed in the direction of flow - a rear surface 10 - here suction-side surface 10 - of a blade 4 and a front surface 11 of a blade 4 - here pressure-side surface 11.
  • Each of the Oberflä chen 10, 11 has at least a first surface portion 10a, 11a before smallest cross section 9 and a second surface section 10b, 11b after the smallest cross section 9.
  • the first surface section 10a of the surface 10 is convex upstream of the smallest cross section 9.
  • the first surface section 11 a of the surface 11, which faces the surface 10 to limit the flow channel 6, is concave up to the smallest cross section 9.
  • the surface sections 10a, 11a are aligned converging to one another, so that their distance is reduced in the direction of the smallest cross section 9.
  • the surface height Hi of the blades 4 and the diameter D2 of the base body 3 are constant up to the smallest cross section 9.
  • the second surface section 10b of the surface 10 downstream of the smallest cross section 9 is completely flat.
  • the second surface section 11 b of the surface 11 downstream of the smallest cross section 9 is completely flat.
  • the surface sections 10b, 11b or the surfaces 10, 11 are aligned diverging from one another, so that their distance in the direction of the flow outlet 2 increases.
  • the surface height F1 of the blades 4 increases continuously up to the fleas FI2 at the flow outlet 2.
  • the diameter D2 of the base body 2 decreases in the course of the flow channel 6 to the diameter D3 at the flow outlet 2.
  • each flow channel 6 is delimited in its course by a base body jacket surface 12. In the assembled state, each flow channel 6 is further limited by a cover ring (not shown) at the end 8 of the blades 4.
  • the base body jacket surface 12 has a first section 12a in front of the smallest cross section 9, a second section 12b behind the smallest cross section 9 and a third section 12c directly at the flow outlet 2.
  • the first section 12a of the base body surface 12 is convex and has the diameter D2 up to the smallest cross section 9 - see FIGS. 2, 4 and 5.
  • the second section immediately behind the smallest cross section 9 is concave in the direction of flow.
  • the second section 12b is inclined in the direction of flow and extends up to a section transition 13 - see FIGS. 1, 3, 5 and 6. From the section transition 13, a third section 12c of the base body jacket surface 12 follows, which is convex and has a diameter D3 at the flow outlet 2 - see FIGS. 1, 3, 5 and 6.
  • the flow channels 4 are designed as Laval nozzles.
  • the cross-section of the flow channel 6 is rectangular in its course at each point, so that the cross-section is calculated by multiplying the surface height of the blade 4 and the distance between the surfaces 10, 11 at the respective point .
  • the surface height Fis for the upper surfaces 10b, 11b is essentially the same in each flow channel sectional plane E along and orthogonally to the central flow filament.
  • a flow channel sectional plane E of many flow channel sectional planes E in the course of the flow channel 6 with the associated surface height Fis is shown, namely at the section transition 13 between the second section 12b and the third section 12c.
  • the second section 12b of the base body jacket surface 12 in the section transition 13 to the third section 12c is oriented tangentially to the base body jacket surface 12 in the third section 12c in order to ensure an optimal transition of the flow .
  • the slope of the second section 12b of the base body jacket surface 12 in the section transition 13 is essentially identical to the slope of the third section 12c of the base body jacket surface 12.
  • the third section 12c behind the section transition 13 has a diameter D3 according to FIG.
  • the third section 12c is convex, in particular circular, formed between the blades 4, in particular between the flint edges 4b of the blades 4.
  • the section transition 13 between the second section 12b and the third section 12c is aligned parallel to the longitudinal axis (L) of the base body (3).
  • the base body 3 and the blades 4 are formed in one piece, namely milled from the solid.
  • the diameter of a milling head was the limiting variable for the distance between the surfaces 10, 11 orthogonal to the direction of flow or the central flow filament at the smallest cross section 9. Because, according to the invention, the surface height H in the area of the smallest cross section 9 can now also be influenced, smaller, smallest cross-sections can be realized without changing the diameter of the milling head.
  • 7 to 10 show sections through a flow guide device 1 according to the exemplary embodiments of FIGS. 1 to 6 in four different blade section planes S.
  • the blade section planes S are arranged in such a way that they are from the longitudinal axis L of the base body 3 as plane normals will pass through. Starting from the flow inlet 7, the four sections in FIGS. 7 to 10 are arranged with increasing spacing along the longitudinal axis L of the base body 3. The blade section plane S according to FIG. 10 is furthest away from the flow inlet 7 along the longitudinal axis L.
  • the blade section plane S at one point on the longitudinal axis L according to FIG. 7 intersects the first section 12a and the second section 12b of the base body jacket surface 12.
  • the base body jacket surface has a discontinuity.
  • the blade section plane S at a further point of the longitudinal axis L according to FIG. 8 intersects the basic body surface in the second section 12b.
  • the blade section plane S at a third point on the longitudinal axis L according to FIG. 9 intersects the base body jacket surface 12 in the second section 12b.
  • the blade section plane S at a fourth point according to FIG. 10 of the longitudinal axis L intersects the base body jacket surface 12 in the second section 12b and in the third section 12c.
  • the section transition 14 on the smallest cross section 9 is aligned parallel to the longitudinal axis L of the base body 3.
  • a surface height H3 of the blade 4 on the - here on the pressure side - surface 11 is different from a surface height FU on the opposite in relation to the flow channel 6 - here on the suction side - surface 10 of the adjacent blade.
  • the surface height H of the blades 4, in particular the course of the base body jacket surface 12, is designed so that the upper surface height H3 is always smaller than the surface height FU.
  • an advantageous cross-sectional shape for the flow channel 6 can be generated, namely if, as here, the diameter D3 at the flow outlet 2 is smaller than the diameter D2 at the flow inlet 7 and the base body jacket surface 12 downstream of the smallest cross-section 9 is designed as a concavely curved surface , which bridges the diameter difference, in particular with the second section 12b.
  • the blade section plane S intersects at a fourth point of the longitudinal axis L the base body jacket surface 12 in the second section 12b and in the third section 12c.
  • the slope of the second section 12b and the third section 12c is identical.
  • the second section 12b merges tangentially into the third section 12c.
  • the third section 12c is arched with the diameter D3, so that the base body jacket surface 12 at the flow outlet 2 is circular.
  • 11a and 11b show two developed cross sections for blades 4 for flow guide devices 1 according to FIGS. 1 to 6.
  • the second surface sections 10b, 11b are completely flat and divergent to one another.
  • the first surface section 10a of the surface 10 - here the suction-side surface 10 - is convex up to the smallest cross section 9 and the first surface section 11a of the surface 11 - here the pressure-side surface 11 - is concave.
  • the surfaces 10, 11 up to the smallest cross section 9, that is to say the first surface sections 10a, 11a, are identical to the embodiment of FIG. 11a.
  • the second surface section 10b of the surface 10 - here the suction-side surface 10 - is completely flat and the second surface section 11b of the surface 11 - here the pressure-side surface 11 - is concave up to the flow outlet 2.
  • the cross-sectional profile of the flow channel 6 can advantageously be constructed on the basis of the design.
  • both the section transition 14 at the smallest cross section 14 - represented by the two opposite points - and the section transition 13 at the flow outlet 2 - again shown by the two opposite points - parallel to the longitudinal axis L of the base 3 orien benefits.
  • the invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, but rather also includes all of the statements that have the same effect within the meaning of the invention. It is expressly emphasized that the exemplary embodiments are not limited to all features in combination; rather, each individual sub-feature can also have an inventive significance in isolation from all other sub-features. Furthermore, the invention has not yet been restricted to the combination of features defined in claim 1, but can also be defined by any other combination of specific features of all the individual features disclosed. This means that in principle practically every individual feature of claim 1 can be omitted or replaced by at least one individual feature disclosed elsewhere in the application.
  • H4 surface height from 4 to 10 in S.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsleitvorrichtung (1), insbesondere für eine Strömungsmaschine, mit mindestens einem Grundkörper (3), wobei sich der Grundkörper (3) entlang einer Längsachse (L) erstreckt, wobei der Grundkörper (3) auf einem Grundkörperumfang (5) mindestens einen Strömungskanal (6) aufweist, wobei der Strömungskanal (6) in seiner Erstreckung von einer Grundkörpermantelfläche (12) und von zwei zueinander weisenden Oberflächen (10,11) begrenzt wird Eine Strömungsleitvorrichtung (1), bei der eine kostengünstige Herstellung bei gleichzeitig gesteigertem Wirkungsgrad möglich ist, wird dadurch realisiert, dass die Grundkörpermantelfläche (12) derart ausgebildet ist, dass die beiden zueinander weisenden Oberflächen (10,11) in mindestens einer Schaufelschnittebene (S) eine voneinander verschiedene Oberflächenhöhe (H) aufweisen, und dass die Längsachse (L) eine Ebenennormale zur Schaufelschnittebene (S) ist.

Description

„Strömungsleitvorrichtung für eine Strömungsmaschine“
Die Erfindung betrifft eine Strömungsleitvorrichtung beispielsweise für eine Strö mungsmaschine, insbesondere eine Dampfturbine. Die Strömungsleitvorrichtung weist mindestens einen Grundkörper auf. Der Grundkörper erstreckt sich entlang ei ner Längsachse L. Auf einem Grundkörperumfang weist der Grundkörper mindestens einen Strömungskanal auf. Der Strömungskanal wird in seiner Erstreckung, insbeson dere zwischen einem Strömungseintritt und einem Strömungsaustritt, von einer Grundkörpermantelfläche und von zwei zueinander weisenden Oberflächen begrenzt.
Strömungsleitvorrichtungen, insbesondere für Strömungsmaschinen, sind im Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausgestaltungen bekannt. In einer Strömungsma schine erfolgt eine Energieübertragung zwischen einem Fluid und den Bauteilen der Strömungsmaschine in einem offenen Raum durch eine Strömung nach den Geset zen der Fluiddynamik. Strömungsleitvorrichtungen sind beispielsweise Leiträder oder Laufräder einer Turbine, die mindestens einen Strömungskanal oder eine Mehrzahl von Strömungskanälen zur Interaktion mit der Strömung auf einem Grundkörperum fang eines Grundkörpers aufweisen.
Bei Abbau eines hohen Enthalpiegefälles, insbesondere in einstufigen Strömungsma schinen, wird als Profil für die den Strömungskanal oder die Strömungskanäle typi scherweise ein Lavaldüsenprofil verwendet. Das Lavaldüsenprofil weist einen mit Be zug auf einen kleinsten Querschnitt konvergent-divergenten Verlauf auf.
Insbesondere bei auf einem Außenumfang eines Grundkörpers angeordnetem Strö mungskanal und bei sehr kleinen Durchmessern des Grundkörpers der Strömungs leitvorrichtung kommt die Strömung im Strömungskanal mit einer stark gekrümmten Grundkörpermantelfläche in Kontakt und erfährt dadurch im Verlauf des Strömungs kanals eine starke Beschleunigung. Diese Beschleunigung erfolgt jedoch nur einsei tig. Durch die partiell hohe Geschwindigkeit ist die Strömung am Austritt des Strö mungskanals stark inhomogen.
Aufgrund dieser Inhomogenität der Strömung kann der Strömungskanal, z. B. mit dem Profil einer Lavaldüse, nicht im optimalen Auslegungsdruckverhältnis betrieben wer den. Dadurch kommt es zu Verlusten, woraus ein reduzierter Wirkungsgrad resultiert. Ferner lassen sich bestimmte Geometrien des Strömungskanals, die einer optimalen Auslegung entsprechen, nur mit hohem Aufwand und damit hohen Kosten fertigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsleitvor richtung, insbesondere für eine Strömungsmaschine, anzugeben, bei der ein gestei gerter Wirkungsgrad bei gleichzeitig kostengünstiger Herstellung realisiert ist.
Die vorgenannte Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Strömungsleitvorrichtung mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst, nämlich dadurch, dass die Grundkörpermantelfläche derart ausgebildet ist, dass die beiden, den Strö mungskanal begrenzenden, zueinander weisenden Oberflächen in mindestens einer Schaufelschnittebene S eine voneinander verschiedene Oberflächenhöhe H aufwei sen, und dass die Längsachse L eine Ebenennormale zur Schaufelschnittebene S ist.
Die nachstehenden Erläuterungen von bevorzugten Ausführungsbeispielen sind über wiegend auf die Verwendung der Strömungsleitvorrichtung bei der Entspannung eines Fluides bezogen. Bei einer Verwendung bzw. Betrachtung der Strömungsleitvorrich tung im Rahmen eines Verdichters sind die Erläuterungen, insbesondere in Bezug auf die Verwendung der Begriffe "Strömungskanaleintritt" und "Strömungskanalaustritt" sowie "stromauf" und "stromab", entsprechend umgekehrt auszulegen bzw. zu verste hen.
Die Strömungsleitvorrichtung ist beispielsweise als Leitrad für eine Strömungsma schine, beispielsweise eine Dampfturbine, ausgebildet. Die Strömungsleitvorrichtung ist z. B. als stehendes Bauteil in einer Strömungsmaschine anordenbar. Vorzugsweise sind eine Mehrzahl von Strömungsleitvorrichtungen in einer mehrstufigen Strömungs maschine angeordnet. Die Strömungsleitvorrichtung ist mit ihrem Grundkörper, der beispielsweise als Nabe ausgebildet ist, vorzugsweise drehtest, in einem Gehäuse der Strömungsmaschine montiert. Der Grundkörper weist insbesondere eine Ausneh mung für eine den Grundkörper durchtretende, rotierende Welle auf.
Ferner ist vorgesehen, dass die Strömungsleitvorrichtung beispielsweise als Laufrad einer Strömungsmaschine ausgebildet ist. Die Strömungsleitvorrichtung ist dann mit dem Grundkörper an einer rotierenden Welle befestigt.
Es ist ferner eine Verwendung der Strömungsleitvorrichtung in Dampfstrahlkältema schinen, Verdichtern, Gasturbinen oder Triebwerken, insbesondere Flugzeugturbi nen, ORC-Turbinen, Wasserstoffturbinen oder Wasserstoffverdichtern vorgesehen. Die Strömungsleitvorrichtung ist vorzugsweise zum Betrieb mit flüssigen und/oder gasförmigen Fluiden, insbesondere Wasserdampf, CO2, Wasserstoff, organischen Medien, Silikonölen, Kältemitteln, ausgebildet.
Die Strömungsleitvorrichtung weist mindestens einen, insbesondere scheibenförmig oder ringförmig ausgebildeten, Grundkörper auf. Der Grundkörperumfang ist bei spielsweise kreisförmig oder polygonförmig ausgebildet. Auf dem bzw. in dem Grund körperumfang ist mindestens ein Strömungskanal ausgebildet, der sich beispiels weise von einer Anströmseite des Grundkörpers, insbesondere mit Anteilen parallel zur Längsachse L, bis zu einer Abströmseite des Grundkörpers erstreckt. Der verblei bende Grundkörperumfang ist, beispielsweise durch mindestens einen Blockadeab schnitt, insbesondere des Grundkörpers, für den Durchtritt eines Strömungsmediums - im Montagezustand - blockiert. Anströmseite und die Abströmseite des Grundkör pers erstrecken sich vorzugsweise parallel zueinander.
Der Strömungskanal wird in seiner Erstreckung zwischen einem Strömungseintritt und einem Strömungsaustritt an seinem Grund von einer Grundkörpermantelfläche und zu den beiden Seiten von zwei zueinander weisenden Oberflächen - druckseitige Ober fläche und saugseitige Oberfläche - begrenzt.
Die zueinander weisenden Oberflächen sind, insbesondere zumindest in einem Ab schnitt des Strömungskanals, zur Längsachse des Grundkörpers angestellt. Ange stellt bedeutet, dass die Oberflächen in einem Winkel, insbesondere von mindestens 20°, mindestens 30°, mindestens 40°, mindestens 50°, mindestens 75° oder mindes tens 85°, zur Längsachse des Grundkörpers geneigt sind.
Im Montagezustand ist der Strömungskanal vollumfänglich geschlossen und wird dazu, insbesondere radial gegenüberliegend zur Grundkörpermantelfläche, ferner durch mindestens einen Deckelring, Innenring oder ein Gehäuse begrenzt. Wird der Strömungskanal in Richtung des Grundkörpers beispielsweise durch eine Oberfläche eines anderen Bauteils, beispielsweise einer Schaufel bei zusammengesetzten Schaufelringen, begrenzt, so ist die in Richtung des Grundkörpers orientierte Fläche der Grundkörpermantelfläche gleichzusetzen.
Wenn der Grundkörper beispielsweise als Nabe ausgebildet ist, ist der mindestens eine Strömungskanal auf dem als Außenumfang ausgebildeten Grundkörperumfang angeordnet. Ist der Grundkörper beispielsweise ringförmig ausgebildet, ist der min destens eine Strömungskanal aus einem als Innenumfang ausgebildeten Grundkör perumfang angeordnet. Bei der ringförmigen Ausgestaltung des Grundkörper ist der mindestens eine Strömungskanal durch eine Innenscheibe begrenzt.
Es ist ferner vorgesehen, dass an dem Grundkörperumfang eine Mehrzahl von Strö mungskanälen ausgebildet sind. Beispielsweise sind die Strömungskanäle gleichmä ßig oder asymmetrisch an dem Grundkörperumfang verteilt angeordnet.
Der Strömungskanalquerschnitt, insbesondere der Verlauf des Strömungskanalquer schnitts, wird von der Grundkörpermantelfläche, insbesondere der Form und der Aus richtung der Grundköpermantelfläche, beeinflusst. Der Strömungskanalquerschnitt ist zwischen Strömungseintritt und Strömungsaustritt beispielsweise konstant oder vari iert. Vorteilhaft ist der Strömungskanalquerschnitt im Verlauf, divergent - nimmt also vom Strömungseintritt zum Strömungsaustritt zu konvergent - nimmt also vom Strö mungseintritt zum Strömungsaustritt zu -, konvergent und divergent oder weist ein anderes Profil auf. Mit dem "Querschnitt" des Strömungskanals oder "Strömungska nalquerschnitt" ist stets die Querschnittsfläche des Strömungskanals gemeint. Bei ei ner Mehrzahl von Strömungskanälen sind vorteilhaft alle Strömungskanäle identisch ausgebildet.
Die Grundkörpermantelfläche im Strömungskanal ist erfindungsgemäß, insbesondere in mindestens einem Abschnitt, derart ausgebildet, dass die beiden den Strömungs kanal seitlich begrenzenden Oberflächen in mindestens einer Schaufelschnittebene S eine voneinander verschiedene Oberflächenhöhe H aufweisen. Die Schaufelschnitt ebene S ist eine gedachte Ebene, zu der die Längsachse L des Grundkörpers eine Ebenennormale ist.
Die Grundkörpermantelfläche ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass in mindestens einer Schaufelschnittebene S an mindestens einer Stelle entlang der Längsachse L in dem Abschnitt die Oberflächenhöhen H unterschiedlich sind. Ferner ist vorgesehen, dass die Oberflächenhöhen H in mehreren Schaufelschnittebenen S an mehreren Stellen entlang der Längsachse L des Grundkörpers jeweils unterschiedlich zueinan der sind. Dadurch wird der Querschnitt des Strömungskanals variiert. Die Grundkör permantelfläche ist in ihrem Verlauf vorzugweise unterbrechungsfrei ausgebildet, weist also keine Stoßstellen auf.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Oberflächenhöhen H in mindestens einer Schaufelschnittebene S eine Höhendifferenz von mindestens 3%, insbesondere min destens 5%, mindestens 10%, mindestens 20%, mindestens 30%, mindestens 40%, mindestens 50%, mindestens 75% oder mindestens 90% aufweisen. Es ist des Wei teren bevorzugt vorgesehen, dass in mindestens einer ersten Schaufelschnittebene S an mindestens einer ersten Stelle der Längsachse L im Verlauf des Strömungska nals die Oberflächenhöhen H unterschiedlich zueinander sind, dass in mindestens einer zweiten Schaufelschnittebene S an mindestens einer zweiten Stelle der Längs achse L im Verlauf des Strömungskanals die Oberflächenhöhen H unterschiedlich zu einander sind, und dass die Oberflächenhöhen H in der ersten Schaufelschnittebene größer oder kleiner als die Oberflächenhöhen in der zweiten Schaufelschnittebene sind.
Ferner ist vorgesehen, dass die Oberflächenhöhe H der in einer Schaufelschnittebene S stromauf, insbesondere druckseitig, angeordneten Oberfläche kleiner als die Ober flächenhöhe H der stromab, bevorzugt saugseitig, angeordneten Oberfläche ist. Dadurch ist die Grundkörpermantelfläche in Richtung des Strömungsaustritts geneigt ausgerichtet.
Die Oberflächenhöhe H der jeweiligen - druckseitigen oder saugseitigen - Oberfläche ist die, insbesondere in der Schaufelschnittebene S oder der Strömungskanalschnitt ebene E, zwischen Grundkörpermantelfläche und dem vom Grundkörper wegge wandten Ende der Oberfläche überstrichene Strecke. Das gilt insbesondere für in Richtung des Strömungskanals oder von diesem weg geneigte Oberflächen. Gering fügige, insbesondere fertigungsbedingte, Radien im Bereich zwischen Grundkörper mantelfläche und den Oberflächen bleiben unberücksichtigt, größere Radien werden der Grundköpermantelfläche zugerechnet. Für den Fall, dass die Oberflächen radial zur Längsachse L des Grundkörpers ausgerichtet sind, entspricht die Oberflächen höhe H der Oberflächen der Höhe der Oberflächen in radialer Richtung - die radiale Höhe.
Erfindungsgemäß voneinander verschiedene Oberflächenhöhen H der Oberflächen in der Schaufelschnittebene S lassen sich beispielsweise über eine entsprechend ge staltete Form und Ausrichtung der Grundkörpermantelfläche - zumindest in einem Ab schnitt - erzielen.
Auf diese Weise ist eine vorteilhafte Ausrichtung der Grundkörpermantelfläche ge währleistet, die eine Inhomogenität der Strömungsgeschwindigkeit reduziert und den Wirkungsgrad steigert. Besonders bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass die Oberflächenhöhen H der beiden den Strömungskanal begrenzenden Oberflächen in einer Schaufelschnittebene S am Strömungseintritt - an einer Stelle auf der Längsachse L am Strömungseintritt - gleich sind und/oder dass die Oberflächenhöhen H der beiden den Strömungskanal begren zenden Oberflächen in einer Schaufelschnittebene S am Strömungsaustritt - an einer Stelle auf der Längsachse L am Strömungsaustritt - gleich sind. Ferner ist vorzugs weise vorgesehen, dass die Grundkörpermantelfläche zumindest am Strömungsein tritt und/oder zumindest am Strömungsaustritt konvex mit einem Radius gewölbt ist. In der Schaufelschnittebene S am Strömungseintritt und/oder am Strömungsaustritt ist die Grundkörpermantelfläche bei einer derartigen Ausgestaltung eine konvex ge wölbte Linie.
Durch die vorstehende Weiterbildung ist gewährleistet, dass trotz des erfindungsge mäßen Verlaufes der Grundkörpermantelfläche zumindest in einem Abschnitt im Strö mungskanal, am Strömungseintritt und/oder am Strömungsaustritt gleichwohl eine "Standardschnittstelle" zu weiteren Komponenten, z.B. Lauf- oder Leiträdern, ausge bildet ist. Die erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung ist dadurch im Strömungs pfad innerhalb einer Maschine ohne Weiteres kompatibel zu aus dem Stand der Tech nik bekannten Komponenten.
Gemäß einer ersten, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Strömungsleitvorrich tung ist vorgesehen, dass die Grundkörpermantelfläche ferner derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Oberflächenhöhen H der zueinander weisenden Oberflächen in mindestens einer Strömungskanalschnittebene E im Wesentlichen gleich sind, wo bei die Strömungskanalschnittebene E derart ausgerichtet ist, dass die Strömungska nalschnittebene E von einem mittlerer Stromfaden - gemäß Stromfadentheorie - in Normalenrichtung durchtreten wird. Der Stromfaden durchtritt die Strömungskanal schnittebene E an der Stelle im Verlauf der Längsachse L, an der auch die jeweilige Betrachtung der Schaufelschnittebene S erfolgt. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Schnittlinie der Strömungskanalschnittebene E und der Schaufelschnittebene S den Stromfaden des Strömungskanals schneidet.
Die Grundkörpermantelfläche ist folglich so ausgebildet, dass bei Betrachtung an min destens einer Stelle im Verlauf der Längsachse L des Grundkörpers in einer Schau felschnittebene S die Oberflächenhöhen H voneinander verschieden sind und die Oberflächenhöhen H in einer zugehörigen Strömungskanalschnittebene E - bei Be trachtung an derselben Stelle entlang der Längsachse L - im Wesentlichen gleich sind. Durch einen schrägen und/oder gekrümmten Verlauf des Strömungskanals betreffen die Oberflächenhöhen H in den beiden betrachteten Ebenen unterschiedliche Berei che der den Strömungskanal seitlich begrenzenden Oberflächen im Strömungskanal.
Die Oberflächenhöhe H der beiden den Strömungskanal begrenzenden Oberflächen ist folglich in der Strömungskanalschnittebene E im Wesentlichen gleich, wobei die Strömungskanalschnittebene E von dem mittleren Stromfaden des Strömungskanals - an der gleichen Stelle entlang der Längsachse L des Grundkörpers, in der die Be trachtung der Schaufelschnittebene S erfolgt - orthogonal durchtreten wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Grundkörpermantelfläche derartig gestaltet ist, dass sie in mindestens einer Strömungskanalschnittebene E an einer Stelle entlang des mittleren Strompfades, vorzugsweise in einer Mehrzahl von Strömungskanalebe nen E entlang des mittleren Strompfades, eine gerade Linie, eine konvexe Linie, eine konkave Linie oder eine Linie mit mindestens einem geraden Abschnitt und mindes tens zwei konvexen oder konkaven Abschnitten - Krümmung, insbesondere Radien in den Randbereichen der Grundkörpermantelfläche - dargestellt.
Eine weitere Ausgestaltung der Strömungsleitvorrichtung sieht vor, dass mindestens eine Schaufel auf dem Grundkörperumfang angeordnet ist. Dabei werden zwei Strö mungskanäle ausgebildet, nämlich zwischen den beiden Oberflächen der Schaufel und jeweils einer Oberfläche eines Blockadeabschnitts. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass mindestens zwei Schaufeln auf dem Grundkörperumfang angeordnet sind, und dass der mindestens eine Strömungskanal zwischen den Schaufeln ausgebildet ist. Die den Strömungskanal seitlich begrenzen den, zueinander weisenden Oberflächen sind vorzugsweise die entsprechenden Oberflächen der Schaufeln, also die druckseitige Oberfläche der einen Schaufel und die saugseitige Oberfläche der anderen Schaufel. Die Oberflächenhöhen H entspre chen dann der Erstreckung der Schaufeln in der jeweils betrachteten Ebene E,S oder der radialen Höhe der jeweiligen Schaufel bei radialer Ausrichtung der Schaufeln. Die Oberflächenhöhe H der einen Schaufel in der Schaufelschnittebene S ist erfindungs gemäß größer oder kleiner aus die Oberflächenhöhe H der anderen Schaufel in der Schaufelschnittebene. Insbesondere ist die Oberflächenhöhe H in der zugehörigen Strömungskanalschnittebene E für beide Schaufeln etwa gleich.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mindestens zwei weitere Strömungskanäle auf dem Grundkörperumfang angeordnet sind, die insbesondere von jeweils einer Schau fel und dem Grundköper bzw. dem mindestens einen Blockadeabschnitt begrenzt wer den. Beispielsweise ist jeweils ein Strömungskanal zwischen einer druckseitigen Oberfläche der einen Schaufel und einer - saugseitigen - Oberfläche des Blockade abschnitts und einer saugseitigen Oberfläche der anderen Schaufel und einer - druck seitigen - Oberfläche des Blockadeabschnitts ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Strömungsleitvorrichtung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Schaufeln auf dem Grundkörperumfang - Au ßenumfang oder Innenumfang - angeordnet ist. Die Schaufeln sind beispielsweise symmetrisch oder asymmetrisch auf dem Grundkörperumfang verteilt angeordnet.
Insbesondere ist jeder Strömungskanal in seinem Verlauf im Betriebszustand vollum fänglich geschlossen. Bei auf einem Außenumfang des Grundkörpers angeordneten Schaufeln wird der Grundkörper abschließend durch einen, vorzugsweise auf einen Außenumfang der Schaufeln aufgebrachten, insbesondere aufgeschrumpften, De ckelring oder ein Gehäuse der Maschine begrenzt. Bei auf einem Innenumfang eines, beispielsweise ringförmig ausgebildeten, Grundkörpers angeordneten Schaufeln wer den die Strömungskanäle abschließend beispielsweise durch eine Innenscheibe be grenzt.
Es ist eine Teilbeaufschlagung der Strömungsleitvorrichtung vorgesehen, bei der nur ein bestimmter Anteil des Grundkörperumfangs mit Schaufeln versehen ist, beispiel weise etwa 50% des Grundkörperumfangs. Der Grundkörper mit der Mehrzahl an Schaufeln ist vorzugsweise für eine Teilbeaufschlagung ausgebildet. Der verblei bende Anteil des Grundkörperumfangs ist für eine Strömung verschlossen. Bei derar tigen Ausführungsbeispielen ist ein Teil der Strömungskanäle zwischen jeweils einer Schaufel und einem Blockadeabschnitt gebildet, wobei die jeweils einen Strömungs kanal teilweise begrenzende Oberfläche eines Blockadeabschnitts das Profil einer entsprechenden Oberfläche einer Schaufel aufweist.
Zwischen jeweils zwei benachbarten Schaufeln ist mindestens ein Strömungskanal ausgebildet ist, so dass auf dem Grundkörperumfang eine Mehrzahl von Strömungs kanälen ausgebildet sind. Die zueinander weisenden Oberflächen der jeweils benach barten Schaufeln erfüllen die vorstehend beschriebenen Anforderungen in Bezug auf die Oberflächenhöhe H, um eine vorteilhafte Grundkörpermantelfläche zu gestalten.
Sofern bei den vorstehenden oder nachfolgenden Ausführungen auf einen einzigen Strömungskanal zwischen zwei benachbarten Schaufeln Bezug genommen wird, gel ten die beschriebenen Eigenschaften gleichermaßen für jeden Strömungskanal jedes Schaufelpaares auf dem Umfang des Grundkörpers.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jeder Strömungskanal in seinem Verlauf zu mindest einen Abschnitt aufweist, in dem die benachbarten Schaufeln in der - ge dachten - Schaufelschnittebene S eine voneinander verschiedene Oberflächenhöhe H, aufweisen, die insbesondere der radialen Höhe der Schaufel entspricht. Derartig voneinander verschiedene Höhen der Schaufeln in der Schaufelschnittebene S lassen sich beispielsweise über einen entsprechend gestalteten Oberflächenverlauf der Grundkörpermantelfläche erreichen. Bei radial ausgerichteten Oberflächen, insbesondere Oberflächen der Schaufeln, ist die Oberflächenhöhe H identisch mit der radialen Höhe. Die radiale Höhe einer Schau fel an einer bestimmten Stelle wird zwischen der Grundkörpermantelfläche und dem von dem Grundkörper weggewandten Ende der Schaufel - in radialer Richtung, aus gehend von der Längsachse L - bestimmt. Beispielsweise wird die radiale Höhe einer Schaufel ausgehend von einem bestimmten Punkt auf der Grundkörpermantelfläche auf einer radialen Linie ausgehend von der Längsachse L des Grundkörpers gemes sen.
Vorzugsweise weisen die beiden jeweils einen Strömungskanal begrenzenden, be nachbart angeordneten Schaufeln im Verlauf des Strömungskanals eine variierende Oberflächenhöhe H, insbesondere radiale Höhe H, auf. Folglich variiert die Oberflä chenhöhe H der Schaufeln im Lauf der Erstreckung des Strömungskanals, jeweils be trachtet in einer Vielzahl von Strömungskanalschnittebenen E, die jeweils so ausge richtet sind, dass der mittlere Stromfaden die jeweilige Strömungskanalschnittebene E als Ebenennormale durchtritt. Dabei sind die Oberflächenhöhe H der beiden Schau feln in jeder einzelnen Schaufelschnittebene E vorzugsweise gleich.
Die Oberflächenhöhe H der Schaufeln variiert im Verlauf des Strömungskanals, ins besondere in der jeweils betrachteten Strömungskanalschnittebene E, identisch für beide Schaufeln. Es ist auch vorgesehen, dass die Oberflächenhöhen H der beiden zueinander gewandten Oberflächen, insbesondere der Schaufeln, in mindestens einer Strömungskanalschnittebene S entlang des Strömungskanals voneinander verschie den sind.
Durch die Variation der Oberflächenhöhen H der Schaufeln im Verlauf des Strömungs kanals, mit der Randbedingung der unterschiedlichen Oberflächenhöhen H in mindes tens einer Schaufelschnittebene S im Verlauf des Strömungskanals, lassen sich vor teilhafte Querschnittsverläufe für den Strömungskanal gestalten, insbesondere in min destens einem Abschnitt, die den Wirkungsgrad steigern. Je nach Verwendung der Strömungsleitvorrichtung ist vorgesehen, dass der Quer schnitt des Strömungskanals - trotz der Veränderung der Oberflächenhöhe H der Schaufeln - über den Verlauf des Strömungskanals konstant ist, oder dass der Quer schnitt im Verlauf des Strömungskanals variiert.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass der Querschnitt der Strömungskanäle, also jedes einzelnen Strömungskanals, zumindest abschnittsweise durch eine sich verändernde Oberflächenhöhe H mindestens einer der den Strömungskanal seitlich begrenzenden Schaufeln, insbesondere eine sich verändernde Oberflächenhöhe H beider den Strö mungskanal seitlich begrenzenden Schaufeln, variiert wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Endbereiche bzw. die Enden aller Schaufeln auf einem gemeinsamen Durchmesser, insbesondere einem gemeinsamen Außen durchmesser, beispielsweise bei einem scheibenförmigen Grundkörper, oder einem gemeinsamen Innendurchmesser, beispielsweise bei einem ringförmigen Grundkör per, und nach innen gerichteten Schaufeln liegen. Es ist sowohl vorgesehen, dass die gesamte Endfläche jeder Schaufel auf einem einzigen Durchmesser liegt, oder dass - beispielsweise bei Schaufeln, die im Verlauf des Strömungskanals ihren Außen durchmesser verändern - zumindest das jeweils am weitesten von dem Grundkörper entfernte Ende jeder Schaufel auf einem gemeinsamen Durchmesser liegt.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Oberflächenhöhen H der beiden den Strö mungskanal begrenzenden Schaufeln in einer Schaufelschnittebene S am Strö mungseintritt - an einer Stelle auf der Längsachse L am Strömungseintritt - gleich sind und/oder dass die Oberflächenhöhen H der beiden den Strömungskanal begrenzen den Schaufeln in einer Schaufelschnittebene S am Strömungsaustritt - an einer Stelle auf der Längsachse L am Strömungsaustritt - gleich sind. Der Strömungseintritt er streckt sich vorzugsweise zwischen den jeweiligen Vorderkanten der Schaufeln, der Strömungsaustritt zwischen den Hinterkanten der beiden Schaufeln. Insbesondere lie gen die Vorderkanten der beiden Schaufeln auf einem gemeinsamen ersten Durch messer und/oder die Hinterkanten der beiden Schaufeln auf einem gemeinsamen zweiten Durchmesser. Der zweite Durchmesser ist vorzugsweise geringer als der erste Durchmesser.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Grundkörpermantelfläche zumindest am Strömungseintritt und/oder zumindest am Strömungsaustritt konvex mit einem Ra dius gewölbt ist. In der Schaufelschnittebene S am Strömungseintritt und/oder am Strömungsaustritt ist die Grundkörpermantelfläche bei einer derartigen Ausgestaltung eine konvex gewölbte Linie zwischen den beiden Schaufeln.
Insbesondere durch Hinterkanten mit identischer Oberflächenhöhe H in Verbindung mit einer kreisrund gewölbten Grundkörpermantelfläche am Strömungsaustritt, insbe sondere in einem Abschnitt vor dem Strömungsaustritt, kann die Strömung optimal die Strömungsleitvorrichtung verlassen und ein ggf. anschließendes Laufrad anströmen. Entsprechende Vorteile werden durch Vorderkanten mit identischer Oberflächenhöhe H in Verbindung mit einer kreisrund gewölbten Grundkörpermantelfläche am Strö mungseintritt realisiert. Durch eine derartige Gestaltung wird ein gesteigerter Wir kungsgrad erreicht.
Die Strömungsleitvorrichtung ist vorzugsweise für eine Anströmung der Schaufeln in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Grundkörpers aus gebildet. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Strömungsleitvorrichtung derart an geströmt wird, dass die Meridiankomponente der Anströmgeschwindigkeit parallel zur Längsachse L ist. Es ist auch vorgesehen, dass die Schaufeln mit einem Drall ange strömt werden. Die Strömungsleitvorrichtung ist insbesondere für eine Axialmaschine vorgesehen. Bei einer Ausgestaltung als Leitrad fällt die Längsachse L des Grundkör pers mit der Rotationsachse einer, vorzugsweise den Grundkörper durchtretenden, Welle zusammen. Bei einer Ausgestaltung als Laufrad rotiert die Strömungsleitvor richtung um die Längsachse L.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Strömungsleitvorrichtung ist vorgesehen, dass die Grundkörpermantelfläche in ihrem Verlauf im Strömungskanal mindestens zwei Abschnitte mit unterschiedlicher Oberflächenform aufweist. Die Oberflächenform in den mindestens zwei Abschnitten unterscheidet sich voneinander, so dass die Grundkörpermantelfläche beispielsweise in mindestens einem Abschnitt eben ausge bildet ist und in mindestens einem weiteren Abschnitt mit einem Radius gewölbt ist. Zwei hintereinander angeordnete, beispielweise ebene oder gewölbte, Abschnitte weisen auch dann eine unterschiedliche Oberflächenform auf, wenn sich die Neigun gen der hintereinander angeordneten ebenen Abschnitte oder der Grad der Wölbung der hintereinander angeordneten, gewölbten Abschnitte unterscheidet.
Beispielsweise weist die Grundkörpermantelfläche in ihrem Verlauf entlang des Strö mungskanals mindestens drei, mindestens vier oder mindestens fünf voneinander verschiedene Abschnitte auf. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Oberflächen form in jedem Abschnitt von jedem weiteren Abschnitt verschieden ist. Es ist aber auch vorgesehen, dass nur die Oberflächenform von jedem in Strömungsrichtung fol genden Abschnitt verschieden von dem vorgehenden Abschnitt ist.
Insbesondere ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Oberflächenform mindestens eines Abschnitts der Grundkörpermantelfläche abweichend von einer Oberflächenform des Grundkörpers stromauf und/oder stromab des Strömungskanals also vor dem Strömungseintritt und/oder nach dem Strömungsaustritt, ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Oberflächenform des Grundkörpers vor und hinter dem Strö mungskanal kreisrund mit einem Radius ausgebildet, wobei vorzugsweise der Radius vor dem Strömungskanal größer als der Radius hinter dem Strömungskanal ist. Die Oberflächenform zumindest in einem Abschnitt der Grundkörpermantelfläche inner halb des Strömungskanals ist beispielsweise entweder mit einem anderen Radius als vor und hinter dem Strömungskanal gekrümmt oder ist beispielsweise als ebene Flä che ausgebildet. Insbesondere ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt der Grund körpermantelfläche hinter dem Strömungseintritt konvex mit einem einzigen, ersten Radius gewölbt ist und/oder dass der letzte Abschnitt der Grundkörpermantelfläche vor dem Strömungsaustritt konvex mit einem einzigen, zweiten Radius gewölbt ist. Der erste Radius und der zweite Radius sind voneinander verschieden, insbesondere ist der zweite Radius kleiner als der erste Radius. Besonders bevorzugt ist bei den vorstehenden Ausgestaltungen vorgesehen, dass die Grundkörpermantelfläche eines stromauf angeordneten Abschnitts zumindest in min destens einem zwischen den beiden Abschnitten angeordneten Abschnittsübergang im Wesentlichen tangential zur Grundkörpermantelfläche eines stromab angeordne ten Abschnitts ausgerichtet ist. Die Steigung der beiden Abschnitte ist zumindest im Abschnittsübergang identisch ausgebildet.
Die tangentiale Anordnung bedeutet, dass der stromauf angeordnete Abschnitt an je der Stelle seiner Erstreckung im Abschnittsübergang tangential zum stromab ange ordneten Abschnitt angeordnet ist. Beispielsweise ist vorgesehen, dass der Ab schnittsübergang parallel zur Längsachse des Grundkörpers ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft die tangentiale Anordnung im Abschnittsübergang auf den Umfang im stromab angeordneten Abschnitt gewährleistet werden. Es ist bevor zugt vorgesehen, dass die zueinander weisenden Oberflächen, insbesondere die Schaufeln, zumindest in den Bereichen zur Längsachse des Grundkörpers angestellt, also in einem Winkel geneigt sind, in dem der Abschnittsübergang angeordnet ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass in mindestens einem Abschnittsübergang von ei ner, insbesondere mit einem Radius, gewölbten Fläche auf einen Abschnitt mit einer anderen Oberflächenform, der Abschnittsübergang parallel zur Längsachse des Grundkörpers ausgerichtet ist. Bevorzugt gilt das auch für mindestens einen Ab schnittsübergang von einem Abschnitt mit einer anderen Oberflächenform auf einen, insbesondere mit einem Radius, gewölbten Abschnitt.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass der am nächsten zum Strömungsaustritt ange ordnete Abschnitt der Grundkörpermantelfläche mit einem Radius gewölbt ausgebil det ist. Der Radius entspricht vorzugsweise dem Radius des Grundkörpers am Strö mungsaustritt. Der im Strömungskanal stromauf angeordnete Abschnitt, der beispiels weise als ebene Fläche oder als konkave Fläche ausgebildet ist, ist im Abschnitts übergang tangential zur gewölbten Oberfläche des stromab angeordneten Abschnitts ausgerichtet. Es hat sich allerdings auch herausgestellt, dass akzeptable Strömungseigenschaften erzielt werden, wenn die Grundkörpermantelfläche lediglich im Wesentlichen tangen tial, also annähernd tangential ausgerichtet ist. Beispielsweise sind Abweichungen von ± 15%, insbesondere ± 5% akzeptabel.
Mit dieser Ausgestaltung der Grundkörpermantelfläche wird vorteilhaft ein stetiges, sprungfreies Überleiten der Strömung in den anschließenden Abschnitt, insbesondere den letzten Abschnitt, der Grundkörpermantelfläche vor dem Strömungsaustritt reali siert.
Ferner bevorzugt ist vorgesehen, dass mindestens zwei Abschnitte der Grundkörper mantelfläche derart ausgebildet und zueinander ausgerichtet sind, dass am Ab schnittsübergang eine Prandtl-Meyer-Expansion gewährleistet ist. Vorzugsweise han delt es sich dabei um den am nächsten zum Strömungsaustritt angeordneten Ab schnitt der Grundkörpermantelfläche und den dazu stromauf angeordneten Abschnitt.
In Bezug auf den Wirkungsgrad lassen sich vorteilhafte Ergebnisse im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Strömungsleitvorrichtung realisieren, indem vorgesehen ist, dass der Strömungskanal, insbesondere jeder Strömungskanal, in seinem Verlauf einen kleinsten Querschnitt aufweist.
Vorteilhaft weist der Querschnittsverlauf jedes Strömungskanals das Profil einer La- valdüse auf. Ausgehend von dem Strömungseintritt der Strömungskanäle nimmt der Querschnitt bis zu einem kleinsten Querschnitt der Strömungskanäle ab. Ab diesem kleinsten Querschnitt vergrößert sich der Querschnitt wieder kontinuierlich bis zu ei nem Strömungsaustritt, so dass eine Lavaldüse für die Strömung realisiert ist. Der Querschnitt ist folglich bis zum kleinsten Querschnitt konvergierend und ab dem kleinsten Querschnitt divergierend ausgebildet. Das Fluid kann dadurch auf Über schallgeschwindigkeit beschleunigt werden, ohne dass Verdichtungsstöße auftreten.
Vorzugsweise nimmt der Querschnitt der Strömungskanäle ausgehend von einem Eintrittsquerschnitt am Beginn der Strömungskanäle, insbesondere kontinuierlich, bis zu einem kleinsten Querschnitt ab und nimmt ab - also stromabwärts - des minimalen Querschnitts, insbesondere kontinuierlich bis zu einem Austrittsquerschnitt der Strö mungskanäle wieder zu.
Durch eine Veränderung der Oberflächenhöhe H der Schaufeln kann beispielsweise bei gleichbleibendem Abstand zwischen den beiden zueinander benachbarten Schau feln der Querschnitt der Strömungskanäle nur über eine Veränderung der Quer schnittshöhe H der Schaufeln, insbesondere über die Grundkörpermantelfläche, vari iert werden. Beispielsweise ist dazu vorgesehen, dass die Oberflächenhöhe H der Schaufeln - Betrachtet in Strömungskanalschnittebenen E - bis zu dem kleinsten Querschnitt abnimmt und ab dem kleinsten Querschnitt kontinuierlich wieder zunimmt. Zur Veränderung der Oberflächenhöhe H der benachbarten Schaufeln wird vorteilhaft der Verlauf der Grundkörpermantelfläche angepasst.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Querschnitt der Strömungskanäle so wohl mittels des Abstands der zueinander gewandten Oberflächen der benachbarten Schaufeln, insbesondere orthogonal zur Strömungsrichtung, als auch mittels der Oberflächenhöhe H der Schaufeln variiert wird. Der Querschnittsverlauf jedes Strö mungskanals zwischen zwei Schaufeln wird folglich über zwei Freiheitsgrade, also sowohl über den Abstand zwischen zwei zueinander weisenden Oberflächen der Schaufeln als auch über die Oberflächenhöhe H der Schaufeln variiert.
Ferner vorzugsweise erfolgt bis zu dem kleinsten Querschnitt eine Veränderung des Querschnitts lediglich über eine Veränderung des Abstandes und der Form der sich jeweils zugewandten Oberflächen der beiden benachbarten Schaufeln. Die Oberflä chenhöhe Fl der Schaufeln - betrachtet in der Strömungskanalschnittebene E - ist bis zum kleinsten Querschnitt des Strömungskanals konstant. Ab dem kleinsten Quer schnitt wird der Querschnitt sowohl über einen zunehmenden Abstand bzw. die Form der sich zugewandten Oberflächen der Schaufeln, als auch über eine kontinuierliche Vergrößerung der Oberflächenhöhe Fl der Schaufeln - betrachtet in Schaufelschnitt ebenen E - erreicht. Mit Strömungskanälen, die jeweils als Lavaldüse ausgestaltet sind, lassen sich optimale Ergebnisse in Bezug auf den Wirkungsgrad erzielen. Beispielsweise ist vorgesehen, dass ein Abschnittsübergang am kleinsten Querschnitt und/oder an einem Abschnittsübergang an einem letzten Abschnitt vor dem Strö mungsaustritt parallel zur Längsachse des Grundkörpers ausgerichtet ist.
Es ist auch vorgesehen, dass der kleinste Querschnitt am Strömungseintritt angeord net ist und sich der Querschnitt davon ausgehend im Verlauf des Strömungskanals vergrößert. Ferner ist vorgesehen, dass der kleinste Querschnitt am Strömungsaustritt angeordnet ist.
Diese Ausgestaltung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Er zeugung einer kleinsten Querschnittsfläche in jedem Strömungskanal zwischen zwei benachbarten Schaufeln nunmehr nicht lediglich vom Abstand zwischen den beiden Schaufeln abhängt, sondern auch über den Verlauf der Grundkörpermantelfläche be einflusst werden kann. Trotz eines größeren Abstandes zwischen den Oberflächen der benachbarten Schaufeln, lassen sich dadurch beispielsweise kleinere Quer schnittsflächen für den minimalen Querschnitt realisieren, indem die Oberflächenhöhe H, insbesondere die radiale Höhe, der Schaufeln lokal reduziert wird.
Bei der Fertigung durch Fräsen aus dem Vollen ist für den geringstmöglichen Quer schnitt des Strömungskanals dann beispielsweise nicht mehr ein Mindestdurchmes ser für den Fräskopf der limitierende Faktor, da die Querschnittsfläche auch über eine reduzierte Eindringtiefe des Fräskopfes realisierbar ist. Die vorteilhafte Strömungsleit vorrichtung ist dadurch kostengünstig fertigbar.
Mit den vorstehenden Ausgestaltungen lassen sich eine Vielzahl von charakteristi schen Querschnittsflächenverläufen der Strömungskanäle konstruieren, um die Strö mungskanäle möglichst nach den Auslegungsparametern zu betreiben und den Wir kungsgrad zu steigern.
Insbesondere um die Oberflächenhöhe H der Schaufeln im Verlauf des Strömungska nals zur variieren, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Grundkörpermantelfläche im Strömungskanal, insbesondere in mindestens einem Ab schnitt der Grundkörpermantelfläche, zumindest teilweise eben und/oder konkav und/oder konvex ausgebildet ist.
Beispielsweise weist die Grundkörpermantelfläche in ihrem Verlauf zwischen Strö mungseintritt und Strömungsaustritt mindestens einen konvexen Abschnitt und/oder mindestens einen konkaven Abschnitt und/oder mindestens einen ebenen Abschnitt auf. Bei einer Anordnung von konvexen und konkaven Abschnitten ist der Verlauf der Grundkörpermantelfläche splineförmig ausgebildet.
Vorzugsweise erstreckt sich die konvexe und/oder konkave Wölbung der Grundkör permantelfläche nur in Strömungsrichtung. Ferner ist auch vorgesehen, dass sich die konvexe und konkave Wölbung der Grundkörpermantelfläche sowohl in Strömungs richtung als auch orthogonal dazu erstreckt. Die Grundkörpermantelfläche weist dann beispielsweise eine in zwei Richtungen gewölbte Form auf.
Ferner ist vorgesehen, dass zumindest ein eben oder gewölbt ausgebildeter Abschnitt der Grundkörpermantelfläche in Strömungsrichtung und/oder quer zur Strömungsrich tung geneigt angeordnet ist. Wenn die Grundkörpermantelfläche in einem Abschnitt als ebene Fläche mit einer Neigung ausgebildet ist, überbrückt dieser Abschnitt bei spielsweise die Differenz zwischen dem größeren Durchmesser des Grundkörpers an dem kleinsten Querschnitt des Strömungskanals und einem kleineren Durchmesser am Strömungsaustritt des Strömungskanals. Die Grundkörpermantelfläche ist insbe sondere rampenartig ausgebildet. Zur Überbrückung dieser Differenz ist der Abschnitt geneigt ausgerichtet. Es ist auch vorgesehen, dass die Grundkörpermantelfläche im Verlauf der Strömungskanäle zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, konkav und/oder konvex ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist eine konkave Grundkörpermantelfläche zwischen dem kleinsten Querschnitt und einem Abschnitts übergang zu dem letzten Abschnitt vor dem Strömungsaustritt angeordnet. Es ist vorgesehen, dass die Grundkörpermantelfläche im Verlauf des Strömungska nals vollständig stetig ist oder mindestens eine Unstetigkeit, insbesondere mindestens zwei Unstetigkeiten, aufweist.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Grundkörpermantelfläche stromab und/oder stromauf des kleinsten Querschnitts zumindest teilweise eben und/oder konkav und/o der konvex ausgebildet ist. Besonders bevorzugt weist die Grundkörpermantelfläche stromab des kleinsten Querschnitts zunächst einen - insbesondere in Strömungsrich tung - konvexen Abschnitt, anschließend einen konkaven oder ebenen Abschnitt und abschließend einen konvexen Abschnitt mit einem Radius auf.
Als vorteilhaft hat sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung herausgestellt, wenn vor gesehen ist, dass die Oberflächenhöhe H der Schaufeln am Strömungseintritt und/o der am kleinsten Querschnitt kleiner als die Oberflächenhöhe H der Schaufeln am Strömungsaustritt ist. Bei dieser Ausgestaltung wird vorzugsweise der Querschnitt des Strömungskanals wesentlich über die Oberflächenhöhe H der Schaufeln im Ver lauf des Strömungskanals variiert.
Ferner ist auch vorgesehen, dass die Oberflächenhöhe H der Schaufeln am Strö mungseintritt und/oder am kleinsten Querschnitt größer als die Oberflächenhöhe H der Schaufeln am Strömungsaustritt ist.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Oberflächenhöhe H der Schaufeln, ausgehend von dem kleinsten Querschnitt, in Richtung des Strömungsaustritts und/o der des Strömungsaustritts der Strömungskanäle zunimmt. Die Oberflächenhöhe der Schaufeln nimmt im Verlauf des Strömungskanals ausgehend von dem kleinsten Querschnitt in Richtung des Strömungsaustritts und/oder Strömungseintritts stetig o- der unstetig zu.
Eine weitere Ausgestaltung der Strömungsleitvorrichtung sieht vor, dass mindestens eine Oberfläche der beiden zueinander weisenden Oberflächen, insbesondere der be- nachbarten Schaufeln vor und/oder hinter dem kleinsten Querschnitt der Strömungs kanäle zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, eben und/oder konvex und/oder konkav ausgebildet ist. Bei den beiden zueinander weisenden Oberflächen der den Strömungskanal begrenzenden Schaufeln handelt es sich beispielweise um die Oberfläche auf der Saugseite einer ersten Schaufel und die Oberfläche auf der Druckseite einer zweiten Schaufel. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass beide zuei nander weisenden Oberflächen der benachbarten Schaufeln in Strömungsrichtung vor und/oder hinter einem kleinsten Querschnitt der Strömungskanäle zumindest ab schnittsweise, insbesondere vollständig, eben und/oder konkav und/oder konvex aus gebildet sind.
Ist eine der Oberflächen sowohl teilweise konvex als auch teilweise konkav ausgebil det, hat sie eine splineförmige Ausgestaltung. Beispielsweise ist mindestens eine der Oberflächen in Strömungsrichtung konvex und/oder konkav oder ist mindestens eine der beiden Oberflächen sowohl in Strömungsrichtung als auch orthogonal dazu kon vex und/oder konkav ausgebildet.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die zueinander weisenden Oberflächen der be nachbarten Schaufeln in Strömungsrichtung hinter dem engsten Querschnitt der Strö mungskanäle vollständig eben ausgebildet sind. Stromab der Stelle mit dem engsten Querschnitt sind beide zueinander gewandten Oberflächen der benachbarten Schau feln als vollständig ebene Flächen ausgebildet. Die beiden Oberflächen sind vorzugs weise divergierend zueinander angeordnet, d. h. ihr Abstand wird mit zunehmendem Verlauf des Strömungskanals, also in Richtung des Strömungsaustritts, größer. Durch diese ebene Ausgestaltung lassen sich die Schaufeln auf einfache Weise fertigen.
Insbesondere ist die Oberfläche auf der Saugseite einer ersten Schaufel hinter dem kleinsten Querschnitt vollständig eben und die Oberfläche auf der Druckseite einer zweiten Schaufel hinter dem kleinsten Querschnitt vollständig eben ausgebildet.
Ferner ist beispielsweise vorgesehen, dass die zueinander weisenden Oberflächen, insbesondere der benachbarten Schaufeln, in Strömungsrichtung vor einem engsten Querschnitt der Strömungskanäle konvex oder konkav ausgebildet sind. Vorzugs weise ist eine der Oberflächen konvex und eine der Oberflächen konkav ausgebildet. Die Schaufeln sind zur Längsachse des Grundkörpers angestellt, so dass jede Schau fel eine Um lenkfläche - insbesondere auf der Druckseite - für die Strömung aufweist. Vorzugsweise ist die Umlenkfläche konkav ausgebildet, und die gegenüberliegende - Rückseite - der benachbarten Schaufel - insbesondere die Saugseite - ist konvex ausgebildet. Die Um lenkfläche ist vorzugsweise bis zum engsten Querschnitt des Strömungskanals konkav ausgebildet.
Mit diesem Ausführungsbeispiel lassen sich insbesondere zusammen mit der gleich zeitigen Variation der Höhe der Schaufeln, insbesondere über die Form und den Ver lauf der Grundkörpermantelfläche, vorteilhafte Querschnittsverläufe für die Strö mungskanäle gestalten, um den Wirkungsgrad zu steigern.
Eine weitere Ausgestaltung der Strömungsleitvorrichtung sieht vor, dass ein Durch messer des Grundkörpers stromauf des Strömungskanals, insbesondere der Strö mungskanäle, größer ist als der Durchmesser des Grundkörpers stromab des Strö mungskanals oder umgekehrt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Durchmesser des Grundkörpers, insbesondere in Strömungsrichtung betrachtet, vor dem Strö mungskanal größer ist, als der Durchmesser des Grundkörpers, insbesondere in Strö mungsrichtung, hinter dem Strömungskanal. Beispielsweise hat der Grundkörper am Strömungseintritt des Strömungskanals den größten Durchmesser und am Strö mungsaustritt des Strömungskanals den geringsten Durchmesser.
Der Strömungskanal, insbesondere die Grundkörpermantelfläche und die Oberflä chenhöhe H der Schaufeln, ist so gestaltet, dass die Differenz der Durchmesser über brückt wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Durchmesser des Grundkörpers im Strömungskanal bis zu einer Stelle mit dem geringsten Querschnitt des Strömungs kanals konstant ist. Folglich weist die Grundkörpermantelfläche beispielsweise bis zum kleinsten Querschnitt eine Form auf, die der Oberflächenform des Grundkörpers vor dem Strömungseintritt entspricht. Nach dem kleinsten Querschnitt weist die Grundkörpermantelfläche einen Abschnitt auf, der als ebene Fläche oder als konkave Fläche ausgebildet ist. Es folgt ein Abschnitt, der sich bis zum Strömungsaustritt er streckt, und der konvex mit dem Durchmesser des Grundkörpers am Strömungsaus tritt gewölbt ist. Vorzugsweise beträgt die Durchmesserreduzierung zwischen dem Durchmesser vor dem Strömungseintritt und nach dem Strömungsaustritt - insbeson dere des letzten Abschnitts - etwa 5% bis 15%, vorzugsweise etwa 10%.
Insbesondere um die Fertigung zu vereinfachen, ist gemäß einer weiteren Ausgestal tung vorgesehen, dass der Grundkörper und der Strömungskanal, insbesondere der Grundkörper und die Schaufeln, einstückig ausgebildet sind. Der Grundkörper und der Strömungskanal, insbesondere die Schaufeln, sind folglich aus einem einzigen Mate rial ausgeformt. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Grundkörper und der Strömungskanal, insbesondere die Schaufeln, durch Fräsen aus dem Vollen ausge bildet sind.
Durch die Beeinflussung des Querschnitts des Strömungskanals über die Oberflä chenhöhe Fl der Schaufeln bzw. über Gestaltung der Grundkörpermantelfläche lassen sich mittels eines Fräsers vorteilhafte Querschnittsverläufe für den Strömungskanal erstellen, da der engste Querschnitt nunmehr auch über die Eindringtiefe - bei gege benem Fräskopfdurchmesser - eingestellt werden kann.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Grundkörper und der Strömungskanal, insbe sondere die Schaufeln, durch ein additives Fierstellungsverfahren ausgebildet sind. Als besonders vorteilhafte Verfahren haben sich beispielsweise das direkte Metall- Lasersintern (DMLS), das Elektronenstrahlschmelzen (EBM), das selektive Lasersin tern (SLS), das selektive Laserschmelzen (SLM), das Metal Binder Jetting und das Nanopartikel Jetting herausgestellt. Mittels der additiven Fertigungsverfahren lassen sich vorteilhafte Querschnittsverläufe des Strömungskanals, insbesondere beispiels weise auch mit Flinterschnitten, realisieren.
Eine erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung kann auch folgendermaßen be schrieben werden: Strömungsleitvorrichtung, insbesondere für eine Strömungsma schine, aufweisend mindestens einen Grundkörper und eine Mehrzahl von Schaufeln, wobei die Schaufeln über einen Umfang verteilt an dem Grundkörper angeordnet sind, wobei zwischen zwei benachbarten Schaufeln jeweils mindestens ein Strömungska nal gebildet ist, so dass eine Mehrzahl von Strömungskanälen ausgebildet sind, wobei der Strömungskanal am Strömungseintritt einen größeren Durchmesser als am Strö mungsaustritt aufweist, wobei jeder Strömungskanal durch eine Grundkörpermantel fläche begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, die Grundkörpermantelfläche in mindes tens einem Abschnitt rampenartig ausgebildet ist, so dass die Differenz der Durch messer am Strömungseintritt und am Strömungsaustritt überbrückt wird, und dass die Oberflächenhöhe H der Schaufeln orthogonal zum mittleren Strompfad an jeder Stelle gleich ist, an unterschiedlichen Stellen aber variiert. Die Oberflächenhöhe H der Schaufeln wird im Verlauf des Strömungskanals variiert.
Eine erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung kann ferner auch folgendermaßen beschrieben werden: Strömungsleitvorrichtung, insbesondere für eine Strömungsma schine, aufweisend mindestens einen Grundkörper und eine Mehrzahl von Schaufeln, wobei sich der Grundkörper entlang einer Längsachse erstreckt, wobei die Schaufeln über einen Umfang verteilt an dem Grundkörper angeordnet sind, wobei jede Schaufel eine Saugseite und eine Druckseite aufweist, wobei zwischen zwei benachbarten Schaufeln jeweils mindestens ein Strömungskanal ausgebildet ist, so dass jeder Strö mungskanal zumindest teilweise von der Saugseite einer ersten Schaufel und der Druckseite einer zweiten Schaufel begrenzt wird und eine Mehrzahl von Strömungs kanälen ausgebildet ist, und wobei der Grundkörper jeden Strömungskanal in dessen Verlauf mit einer Grundkörpermantelfläche begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite der ersten Schaufel und die Druckseite der zweiten Schaufel im Verlauf jedes Strömungskanals jeweils eine variierende Oberflächenhöhe H aufweisen, und dass jeder Strömungskanal in seinem Verlauf zumindest einen Abschnitt aufweist, in dem die Saugseite der ersten Schaufel und die Druckseite der zweiten Schaufel eine voneinander verschiedene Oberflächenhöhe H in der Schaufelschnittebene S aufwei sen, wobei die Längsachse eine Ebenennormale zur Schaufelschnittebene S ist. Eine erfindungsgemäße Strömungsleitvorrichtung kann des Weiteren auch folgender maßen beschrieben werden: Strömungsleitvorrichtung, insbesondere für eine Strö mungsmaschine, aufweisend mindestens einen Grundkörper und eine Mehrzahl von Schaufeln, wobei die Schaufeln über einen Umfang verteilt an dem Grundkörper an geordnet sind, insbesondere wobei die von dem Grundkörper abgewandten Enden aller Schaufeln auf einem gemeinsamen Durchmesser angeordnet sind, wobei zwi schen zwei benachbarten Schaufeln jeweils mindestens ein Strömungskanal gebildet ist, so dass eine Mehrzahl von Strömungskanälen ausgebildet sind, wobei jeder Strö mungskanal in seinem Verlauf einen variierenden Querschnitt aufweist, bevorzugt wo bei eine Anströmung der Schaufeln mit einer Mediankomponente der Anströmge schwindigkeit parallel zu einer Längsachse des Grundkörpers vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Strömungskanäle zumindest ab schnittsweise durch eine sich verändernde Oberflächenhöhe mindestens einer der beiden jeweils benachbarten Schaufeln variiert wird. Insbesondere dass die Oberflä chenhöhe H der Schaufeln orthogonal zur Strömungsrichtung - orthogonal zum mitt leren Strompfad - gleich variiert wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist folgende Ausgestaltung einer Strömungsleit vorrichtung bevorzugt: Strömungsleitvorrichtung mit mindestens einem Grundkörper, wobei sich der Grundkörper entlang einer Längsachse erstreckt, wobei der Grundkör per auf einem Grundkörperumfang mindestens einen Strömungskanal aufweist, wobei der Strömungskanal in seiner Erstreckung von einer Grundkörpermantelfläche und von zwei zueinander weisenden Oberflächen begrenzt wird, wobei die Oberflächen zur Längsachse des Grundkörpers angestellt sind, wobei die Grundkörpermantelflä che derart ausgebildet ist, dass die beiden zueinander weisenden Oberflächen in min destens einer Schaufelschnittebene eine voneinander verschiedene Oberflächenhöhe H aufweisen, und wobei die Längsachse eine Ebenennormale zur Schaufelschnitt ebene ist, dass die Grundkörpermantelfläche in ihrem Verlauf mindestens zwei Ab schnitte mit unterschiedlicher Oberflächenform aufweist, und dass die Grundkörper mantelfläche eines stromauf angeordneten Abschnitts zumindest in einem zwischen den beiden Abschnitten angeordneten Abschnittsübergang im Wesentlichen tangen- tial zur Grundkörpermantelfläche eines stromab angeordneten Abschnitts ausgerich tet ist, insbesondere wobei die Grundkörpermantelfläche des stromab angeordneten Abschnitts mit einem Radius gewölbt ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Strömungsmaschine, mit mindestens einer, vorzugs weise einer Mehrzahl von Strömungsleitvorrichtungen nach einem der vorstehend be schriebenen Ausführungsbeispiele.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung und den abhängigen Unteransprüchen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Strömungsleitvorrichtung in per spektivischer Ansicht mit Blick auf den Strömungsaustritt,
Fig. 2 das Ausführungsbeispiel einer Strömungsleitvorrichtung gemäß Fig. 1 in perspektivischer Ansicht mit Blick auf den Strömungsein tritt,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf den Strömungsaustritt eines Ausführungsbeispiels einer Strömungsleitvorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2,
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Strömungsleit vorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Strömungsleitvorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 mit Blick in den Strömungskanal, ausgehend vom Strömungsaustritt, Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Strömungsleitvorrichtung gemäß
Fig. 1 und Fig. 2 mit Blick auf den Strömungsaustritt des Strö mungskanals,
Fig. 7 einen Schnitt eines Ausführungsbeispiels einer Strömungsleitvor richtung in einer ersten Schaufelschnittebene,
Fig. 8 einen Schnitt des Ausführungsbeispiels einer Strömungsleitvor richtung gemäß Fig. 7 in einer zweiten Schaufelschnittebene,
Fig. 9 einen Schnitt des Ausführungsbeispiels einer Strömungsleitvor richtung gemäß Fig. 7 und Fig. 8 in einer dritten Schaufelschnitt ebene,
Fig. 10 einen Schnitt des Ausführungsbeispiels einer Strömungsleitvor richtung gemäß Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 9 in einer vierten Schaufel schnittebene,
Fig. 11a ein Ausführungsbeispiel einer Abwicklung eines Schaufelquer schnitts für eine Schaufel einer Strömungsleitvorrichtung, und
Fig. 11 b ein Ausführungsbeispiel einer Abwicklung eines Schaufelquer schnitts für eine Schaufel einer Strömungsleitvorrichtung.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit denselben
Bezugszeichen versehen.
Zu der Beschreibung wird beansprucht, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungs beispiele und dabei nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merk malskombinationen beschränkt ist, vielmehr ist jedes einzelne Teilmerkmal des/jedes
Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit be- schriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkma len eines anderen Ausführungsbeispiels von Bedeutung für den Gegenstand der Er findung.
Fig. 1 bis Fig. 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Strömungsleitvorrichtung 1 in verschiedenen Ansichten und Vergrößerungen. Die Strömungsleitvorrichtung 1 weist einen Grundkörper 3 und eine Mehrzahl von Schaufeln 4 auf. Die Schaufeln 4 sind gleichmäßig über einen Grundkörperumfang 5 des Grundkörpers 3 verteilt angeord net. Von jeweils zwei benachbarten Schaufeln 4 wird jeweils ein Strömungskanal 6 seitlich begrenzt, so dass über den Umfang 5 des Grundkörpers 3 verteilt eine Mehr zahl von Strömungskanälen 6 ausgebildet sind. Die Anzahl der Strömungskanäle 6 ist abhängig von der Anzahl der Schaufeln 4. Jeder Strömungskanal 6 weist in seinem Verlauf zwischen Strömungseintritt 7 und Strömungsaustritt 2 einen variierenden Querschnitt auf. Der Strömungseintritt 7 erstreckt sich an der Anströmseite für jeden Strömungskanal 6 zwischen einer Vorderkante 4a der einen Schaufel 4 und einer Vor derkante 4a der anderen Schaufel 4 - siehe Fig. 2. Der Strömungsaustritt 2 erstreckt sich für jeden Strömungskanal an der Abströmseite zwischen einer Flinterkante 4b der einen Schaufel und einer Hinterkante 4b der anderen Schaufel 4 - Fig. 1 . Der Grund körper 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Nabe ausgebildet. Eine Öffnung für den Durchtritt einer Welle ist nicht dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht von einer Abströmseite der Strömungsleitvorrichtung 1 bei Verwendung als Leitrad. Fig. 2 zeigt die Anströmseite bei Verwendung als Leitrad. Gemäß Fig. 1 liegen die von dem Grundkörper 3 weggewandten Enden 8 der Schau feln 4 auf einem gemeinsamen Durchmesser D1 . Insbesondere liegt bei diesem Aus führungsbeispiel das gesamte Ende 8 jeder Schaufel in einer gewölbten Fläche, von der jeder Punkt auf dem gemeinsamen Durchmesser D1 liegt.
Im Montagezustand der Strömungsleitvorrichtung 1 ist auf die Enden 8 der Schaufeln 4 ein - nicht dargestellter - Deckelring aufgebracht, der die Strömungskanäle 6 be grenzt. Der Grundkörper 3 hat am Strömungseintritt 7 der Strömungskanäle 6 einen Durchmesser D2 - siehe Fig. 2 der um etwa 10% größer ist als ein Durchmesser D3 am Strömungsaustritt 2 - siehe Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 bis Fig. 6 beginnt der Verlauf jedes Strömungskanals 6 zwischen jeweils zwei benachbarten Schaufeln 4 am Strömungseintritt 7 - zwischen den Vorderkanten 4a. Die Schaufeln 4 sind zur Längsachse L des Grundkörpers 3 in einem Winkel von etwa 10° angestellt, so dass die die Schaufeln 4 anströmende Strömung von den Strö mungskanälen 6 umgelenkt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind alle Schaufeln 4 und damit alle Strömungskanäle 6 identisch ausgebildet.
Gemäß Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 6 ist eine Oberflächen Hi der Schaufeln 4 am Strö mungseintritt 7 geringer als eine Oberflächenhöhe H2 der Schaufeln 4 am Strömungs austritt 2. Die Schaufeln 4 sind radial ausgerichtet, so dass die Oberflächenhöhe H der radialen Höhe entspricht. Die radiale Höhe - und hier auch die Oberflächenhöhe H - der Schaufeln 4 wird in radialer Richtung entlang einer Linie ausgehend von der Längsachse L des Grundkörpers 3 ermittelt - siehe Fig. 1. Die radiale Höhe wird ge messen zwischen einer Oberfläche des Grundkörpers 3 entlang dieser Linie und dem von dem Grundkörper 3 weggewandten Ende 8 der Schaufeln 4 - siehe Fig. 1 .
Gemäß Fig. 1 bis Fig. 6 weisen die Strömungskanäle 6 in ihrem Verlauf zwischen Strömungseintritt 7 und Strömungsaustritt 2 einen sich verändernden Querschnitt auf. Der Querschnitt der Strömungskanäle 6 wird durch einen variierenden Abstand der Schaufeln 4 zueinander orthogonal zur Strömungsrichtung, als auch durch die sich im Verlauf der Strömungskanäle 6 ändernde Oberflächenhöhe H der Schaufeln 4 beein flusst. Jeder Strömungskanal 6 weist einen kleinsten Querschnitt 9 auf.
Jeder Strömungskanal 6 wird seitlich durch die zueinander gewandten Oberflächen 10, 11 , nämlich - in Strömungsrichtung betrachtet - eine rückseitige Oberfläche 10 - hier saugseitige Oberfläche 10 - einer Schaufel 4 und eine vorderseitige Oberfläche 11 einer Schaufel 4 - hier druckseitige Oberfläche 11 - begrenzt. Jede der Oberflä chen 10, 11 weist zumindest einen ersten Oberflächenabschnitt 10a, 11a vor dem kleinsten Querschnitt 9 und einen zweiten Oberflächenabschnitt 10b, 11 b nach dem kleinsten Querschnitt 9 auf.
Gemäß Fig. 1 bis Fig. 4 ist der erste Oberflächenabschnitt 10a der Oberfläche 10 vor stromauf des kleinsten Querschnitts 9 konvex ausgebildet. Der erste Oberflächenab schnitt 11 a der Oberfläche 11 , die der Oberfläche 10 zur Begrenzung des Strömungs kanals 6 zugewandt ist, ist bis zum kleinsten Querschnitt 9 konkav ausgebildet. Die Oberflächenabschnitte 10a, 11a sind konvergierend zueinander ausgerichtet, so dass sich ihr Abstand in Richtung des kleinsten Querschnitts 9 verringert. Die Oberflächen höhe Hi der Schaufeln 4 und der Durchmesser D2 des Grundkörpers 3 sind bis zum kleinsten Querschnitt 9 konstant.
Der zweite Oberflächenabschnitt 10b der Oberfläche 10 stromab des kleinsten Quer schnitts 9 ist vollständig eben ausgebildet. Auch der zweite Oberflächenabschnitt 11 b der Oberfläche 11 stromab des kleinsten Querschnitts 9 ist vollständig eben ausgebil det. Stromab des kleinsten Querschnitts 9 sind die Oberflächenabschnitte 10b, 11 b bzw. die Oberflächen 10, 11 divergierend zueinander ausgerichtet, so dass sich ihr Abstand in Richtung des Strömungsaustritts 2 vergrößert. Stromab des kleinsten Querschnitts 9 nimmt die Oberflächenhöhe Fl der Schaufeln 4 kontinuierlich bis zur Flöhe FI2 am Strömungsaustritt 2 zu. Der Durchmesser D2 des Grundkörpers 2 verrin gert sich im Verlauf des Strömungskanals 6 auf den Durchmesser D3 am Strömungs austritt 2.
Jeder Strömungskanal 6 wird in seinem Verlauf durch eine Grundkörpermantelfläche 12 begrenzt. Im Montagezustand wird jeder Strömungskanal 6 ferner durch einen - nicht dargestellten - Deckelring am Ende 8 der Schaufeln 4 begrenzt. Bei dem Aus führungsbeispiel der Fig. 1 bis Fig. 6 weist die Grundkörpermantelfläche 12 einen ers ten Abschnitt 12a vor dem kleinsten Querschnitt 9, einen zweiten Abschnitt 12b hinter dem kleinsten Querschnitt 9 und einen dritten Abschnitt 12c unmittelbar am Strö mungsaustritt 2 auf. Der erste Abschnitt 12a der Grundkörpermantelfläche 12 ist konvex ausgebildet und weist den Durchmesser D2 bis zum kleinsten Querschnitt 9 auf - siehe Fig. 2, 4 und 5. Der zweite Abschnitt unmittelbar hinter dem kleinsten Querschnitt 9 ist in Strö mungsrichtung konkav ausgebildet. Der zweite Abschnitt 12b ist in Strömungsrichtung geneigt ausgerichtet und erstreckt sich bis zu einem Abschnittsübergang 13 - siehe Fig. 1 , 3, 5 und 6. Ab dem Abschnittsübergang 13 folgt ein dritter Abschnitt 12c der Grundkörpermantelfläche 12, der konvex ausgebildet ist und den Durchmesser D3 am Strömungsaustritt 2 aufweist - siehe Fig. 1 , 3, 5 und 6.
Durch die geneigte Anordnung der Grundkörpermantelfläche 12 im zweiten Abschnitt 12b in den Strömungskanälen 6 nimmt die Oberflächenhöhe Fl der Schaufeln 4 im Verlauf der Strömungskanäle 6 zu, wodurch auch der Querschnitt des Strömungska nals 6 vergrößert wird. Die Strömungskanäle 4 sind als Lavaldüsen ausgebildet.
Dadurch, dass der Querschnitt der Strömungskanäle 6 nicht nur in seiner Breite - der Abstand der Oberflächen 10, 11 orthogonal zur Strömungsrichtung bzw. zum mittleren Stromfaden -, sondern auch in seiner Flöhe - Form und Verlauf der Grundkörperman telfläche 12 - verändert wird, lassen sich vielfältige Profi Iverläufe für den Strömungs kanal 6 auslegen und im Auslegungszustand betreiben, so dass der Wirkungsgrad der Strömungsmaschine durch eine derartige Strömungsleitvorrichtung 1 gesteigert wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 6 ist der Querschnitt des Strömungskanals 6 an jeder Stelle in seinem Verlauf rechteckig ausgebildet, so dass sich der Quer schnitt durch Multiplikation der Oberflächenhöhe der Schaufel 4 und dem Abstand der Oberflächen 10, 11 an der jeweiligen Stelle berechnet. Insbesondere im zweiten Ab schnitt 12b der Grundkörpermantelfläche 12 ist die Oberflächenhöhe Fis für die Ober flächen 10b, 11 b in jeder Strömungskanalschnittebene E entlang des und orthogonal zum mittleren Stromfaden im Wesentlichen gleich. In Fig. 6 ist beispielhaft eine Strö mungskanalschnittebene E von vielen Strömungskanalschnittebenen E im Verlauf des Strömungskanals 6 mit der zugehörigen Oberflächenhöhe Fis dargestellt, nämlich an dem Abschnittsübergang 13 zwischen dem zweiten Abschnitt 12b und dem dritten Abschnitt 12c.
Gemäß Fig. 1 , Fig. 3, Fig. 5 und Fig. 6 ist der zweite Abschnitt 12b der Grundkörper mantelfläche 12 im Abschnittsübergang 13 zum dritten Abschnitt 12c tangential zur Grundkörpermantelfläche 12 im dritten Abschnitt 12c ausgerichtet, um eine optimale Überleitung der Strömung zu gewährleisten. Die Steigung des zweiten Abschnitts 12b der Grundkörpermantelfläche 12 ist im Abschnittsübergang 13 im Wesentlichen iden tisch zur Steigung des dritten Abschnitts 12c der Grundkörpermantelfläche 12. Der dritte Abschnitt 12c hinter dem Abschnittsübergang 13 weist einen Durchmesser D3 gemäß Fig. 1 auf. Der dritte Abschnitt 12c ist zwischen den Schaufeln 4, insbesondere zwischen den Flinterkanten 4b der Schaufeln 4, konvex, insbesondere kreisrund, aus gebildet. Der Abschnittsübergang 13 zwischen dem zweiten Abschnitt 12b und dem dritten Abschnitt 12c ist parallel zur Längsachse (L) des Grundkörpers (3) ausgerich tet.
Durch die dünnen Hinterkanten 4b der Schaufeln 4 in Verbindung mit dem kreisrun den, dritten Abschnitt 12c der Grundkörpermantelfläche 12 vor dem Strömungsaustritt 2 kann eine Strömung optimal die Strömungsleitvorrichtung verlassen und ein ggf. anschließendes Laufrad anströmen. Hierdurch wird ein gesteigerter Wirkungsgrad er reicht.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis Fig. 6 sind der Grundkörper 3 und die Schaufeln 4 einstückig ausgebildet, nämlich aus dem Vollen gefräst. Bisher war der Durchmesser eines Fräskopfes die limitierende Größe für den Abstand der Oberflä chen 10, 11 orthogonal zur Strömungsrichtung bzw. dem mittleren Stromfaden am kleinsten Querschnitt 9. Dadurch, dass erfindungsgemäß nunmehr auch die Oberflä chenhöhe H im Bereich des kleinsten Querschnitts 9 beeinflussbar ist, lassen sich geringere kleinste Querschnitte bei unverändertem Durchmesser des Fräskopfes re alisieren. Fig. 7 bis Fig. 10 zeigen Schnitte durch eine Strömungsleitvorrichtung 1 gemäß den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis Fig. 6 in vier unterschiedlichen Schaufelschnitt ebenen S. Die Schaufelschnittebenen S sind so angeordnet, dass sie von der Längs achse L des Grundkörpers 3 als Ebenennormale durchtreten werden. Ausgehend vom Strömungseintritt 7 sind die vier Schnitte der Fig. 7 bis 10 mit zunehmendem Abstand entlang der Längsachse L des Grundkörpers 3 angeordnet. Die Schaufelschnittebene S gemäß Fig. 10 ist entlang der Längsachse L am weitesten vom Strömungseintritt 7 entfernt.
Die Schaufelschnittebene S an einer Stelle der Längsachse L gemäß Fig. 7 schneidet den ersten Abschnitt 12a und den zweiten Abschnitt 12b der Grundkörpermantelflä che 12. Am kleinsten Querschnitt 9, insbesondere am dortigen Abschnittsübergang 14, weist die Grundkörpermantelfläche eine Unstetigkeit auf. Die Schaufelschnitt ebene S an einerweiteren Stelle der Längsachse L gemäß Fig. 8 schneidet die Grund körpermantelfläche im zweiten Abschnitt 12b. Die Schaufelschnittebene S an einer dritten Stelle der Längsachse L gemäß Fig. 9 schneidet die Grundkörpermantelfläche 12 im zweiten Abschnitt 12b. Die Schaufelschnittebene S an einer vierten Stelle ge mäß Fig. 10 der Längsachse L schneidet die Grundkörpermantelfläche 12 im zweiten Abschnitt 12b und im dritten Abschnitt 12c. Der Abschnittsübergang 14 am kleinsten Querschnitt 9 ist parallel zur Längsachse L des Grundkörpers 3 ausgerichtet.
Gemäß Fig. 7 bis Fig. 10 ist eine Oberflächenhöhe H3 der Schaufel 4 an der - hier druckseitigen - Oberfläche 11 verschieden zu einer Oberflächenhöhe FU an der in Bezug auf den Strömungskanal 6 gegenüberliegenden - hier saugseitigen - Oberflä che 10 der benachbarten Schaufel. Die Oberflächenhöhe H der Schaufeln 4, insbe sondere der Verlauf der Grundkörpermantelfläche 12, ist so gestaltet, dass die Ober flächenhöhe H3 stets kleiner als die Oberflächenhöhe FU ist. Mit dieser Randbedin gung lässt sich ein vorteilhafter Querschnittsverlauf für den Strömungskanal 6 erzeu gen, wenn nämlich wie hier der Durchmesser D3 am Strömungsaustritt 2 geringer ist als der Durchmesser D2 am Strömungseintritt 7 und die Grundkörpermantelfläche 12 stromab des kleinsten Querschnitts 9 als konkav gewölbte Fläche ausgebildet ist, die die Durchmesserdifferenz, insbesondere mit dem zweiten Abschnitt 12b, überbrückt. Gemäß Fig. 10 schneidet die Schaufelschnittebene S an einer vierten Stelle der Längsachse L die Grundkörpermantelfläche 12 im zweiten Abschnitt 12b und im drit ten Abschnitt 12c. Im Abschnittsübergang 13 zwischen dem zweiten Abschnitt 12b und dem dritten Abschnitt 12c ist die Steigung des zweiten Abschnitts 12b und des dritten Abschnitts 12c identisch. Der zweite Abschnitt 12b geht tangential in den dritten Abschnitt 12c über. Der dritte Abschnitt 12c ist mit dem Durchmesser D3 gewölbt aus gebildet, so dass die Grundkörpermantelfläche 12 am Strömungsaustritt 2 kreisrund ausgebildet ist.
Fig. 11a und 11 b zeigen zwei abgewickelte Querschnitte für Schaufeln 4 für Strö mungsleitvorrichtungen 1 gemäß Fig. 1 bis Fig. 6. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10a sind stromab des kleinsten Querschnitts 9 die aufeinander gerichteten Ober flächen 10,11 der Schaufeln 4, insbesondere die zweiten Oberflächenabschnitte 10b, 11 b, vollständig eben und divergierend zueinander ausgebildet. Der erste Oberflä chenabschnitt 10a der Oberfläche 10 - hier saugseitige Oberfläche 10 - ist bis zum kleinsten Querschnitt 9 konvex und der erste Oberflächenabschnitt 11a der Oberflä che 11 - hier druckseitige Oberfläche 11 - ist konkav ausgebildet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 11 b sind die Oberflächen 10, 11 bis zum kleins ten Querschnitt 9, also die ersten Oberflächenabschnitte 10a,11a identisch zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 11a ausgebildet. Stromab des kleinsten Querschnitts 9 ist der zweite Oberflächenabschnitt 10b der Oberfläche 10 - hier saugseitige Oberflä che 10 - vollständig eben und der zweite Oberflächenabschnitt 11b der Oberfläche 11 - hier druckseitige Oberfläche 11 - bis zum Strömungsaustritt 2 konkav ausgebildet.
Durch diese Variation des Abstandes der Schaufeln 4 zueinander orthogonal zur Strö mungsrichtung lässt sich der Querschnittsverlauf des Strömungskanals 6 vorteilhaft anhand der Auslegung konstruieren.
Gemäß Fig. 11a und Fig. 11 b ist sowohl der Abschnittsübergang 14 am kleinsten Querschnitt 14 - dargestellt durch die zwei gegenüberliegenden Punkte - als auch der Abschnittsübergang 13 am Strömungsaustritt 2 - wieder dargestellt durch die zwei gegenüberliegenden Punkte - parallel zur Längsachse L des Grundkörpers 3 orien tiert.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Aus führungen. Es wird ausdrücklich betont, dass die Ausführungsbeispiele nicht auf alle Merkmale in Kombination beschränkt sind, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal auch losgelöst von allen anderen Teilmerkmalen für sich eine erfinderische Bedeutung haben. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 defi nierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige an dere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzel merkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzel merkmal des Anspruchs 1 weggelassen beziehungsweise durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Strömungsleitvorrichtung
2 Strömungsaustritt
3 Grundkörper
4 Schaufel
4a Vorderkante von 4
4b Hinterkante von 4
5 Grundkörperumfang
6 Strömungskanal
7 Strömungseintritt
8 von 3 weggewandtes Ende von 4
9 kleinster Querschnitt
10 Oberfläche von 4
10a erster Oberflächenabschnitt von 10 vor dem kleinsten Querschnitt 9 10b zweiter Oberflächenabschnitt von 10 nach dem kleinsten Querschnitt 9
11 Oberfläche von 4
11 a erster Oberflächenabschnitt von 11 vor dem kleinsten Querschnitt 9
11 b zweiter Oberflächenabschnitt von 11 nach dem kleinsten Querschnitt 9
12 Grundkörpermantelfläche
12a erster Abschnitt von 12
12b zweiter Abschnitt von 12
12c dritter Abschnitt von 12
13 Abschnittsübergang von 12
14 Abschnittsübergang von 12
D1 Durchmesser am Ende 8 von 4 D2 Durchmesser am Strömungseintritt 7 von 3 D3 Durchmesser am Strömungsaustritt 2 von 3 L Längsachse
Hi Oberflächenhöhe von 4 am Strömungseintritt 7
H2 Oberflächenhöhe von 4 am Strömungsaustritt 2 H3 Oberflächenhöhe von 4 an 11 in S
H4 Oberflächenhöhe von 4 an 10 in S
Hs Oberflächenhöhe von 4 an 10, 11 in E S Schaufelschnittebene
E Strömungskanalschnittebene

Claims

Ansprüche
1. Strömungsleitvorrichtung (1), insbesondere für eine Strömungsmaschine, mit mindestens einem Grundkörper (3), wobei sich der Grundkörper (3) entlang einer Längsachse (L) erstreckt, wobei der Grundkörper (3) auf einem Grund körperumfang (5) mindestens einen Strömungskanal (6) aufweist, wobei der Strömungskanal (6) in seiner Erstreckung von einer Grundkörpermantelfläche (12) und von zwei zueinander weisenden Oberflächen (10,11) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkörpermantelfläche (12) derart ausgebildet ist, dass die beiden zuei nander weisenden Oberflächen (10,11) in mindestens einer Schaufelschnitt ebene (S) eine voneinander verschiedene Oberflächenhöhe (H) aufweisen, und dass die Längsachse (L) eine Ebenennormale zur Schaufelschnittebene (S) ist.
2. Strömungsleitvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkörpermantelfläche (12) ferner derart ausgebildet ist, dass die Ober flächenhöhen (H) der zueinander weisenden Oberflächen (10,11) in mindes tens einer Strömungskanalschnittebene (E) im Wesentlichen gleich sind, wobei die Strömungskanalschnittebene (E) jeweils von einem mittleren Stromfaden in Normalenrichtung durchtreten wird, insbesondere dass eine Schnittlinie der Strömungskanalschnittebene (E) und der Schaufelschnittebene (S) einen mitt leren Stromfaden des Strömungskanals (6) schneidet.
3. Strömungsleitvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schaufel (4) auf dem Grundkörperumfang (5) angeordnet sind, bevorzugt dass mindestens zwei Schaufeln (4) auf dem Grundkörperum fang (5) angeordnet sind, und dass der Strömungskanal (6) zwischen den Schaufeln (4) ausgebildet ist.
4. Strömungsleitvorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Schaufeln (4) auf dem Grundkörperumfang (5) angeordnet ist, und dass jeweils zwischen zwei Schaufeln (4) mindestens ein Strömungs kanal (6) ausgebildet ist, so dass auf dem Grundkörperumfang (5) eine Mehr zahl von Strömungskanälen (6) ausgebildet sind.
5. Strömungsleitvorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkörpermantelfläche (12) in ihrem Verlauf mindestens zwei Abschnitte (12a, 12b, 12c) mit unterschiedlicher Oberflächenform aufweist, insbesondere dass die Grundkörpermantelfläche (12) eines stromauf angeordneten Ab schnitts (12b) zumindest in einem zwischen den beiden Abschnitten (12b, 12c) angeordneten Abschnittsübergang (13) im Wesentlichen tangential zur Grund köpermantelfläche (12) eines stromab angeordneten Abschnitts (12c) ausge richtet ist.
6. Strömungsleitvorrichtung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenform mindestens eines Abschnitts (12a, 12b, 12c) der Grundkör permantelfläche (12) abweichend von einer Oberflächenform des Grundkör pers (3) stromauf und/oder stromab des Strömungskanals (6) ausgebildet ist.
7. Strömungsleitvorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (6) in seinem Verlauf einen kleinsten Querschnitt (9) auf weist, insbesondere dass der Querschnittsverlauf des Strömungskanals (6) das Profil einer Lavaldüse aufweist.
8. Strömungsleitvorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkörpermantelfläche (12) zumindest teilweise eben und/oder konkav und/oder konvex ausgebildet ist, insbesondere dass die Grundkörpermantelflä che (12) stromab und/oder stromauf des kleinsten Querschnitts (9) zumindest teilweise eben und/oder konkav und/oder konvex ausgebildet ist.
9. Strömungsleitvorrichtung (1 ) einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenhöhe (H) der Schaufeln (4) am Strömungseintritt (7) und/oder am kleinsten Querschnitt (9) kleiner als die Oberflächenhöhe (H) der Schaufeln (4) am Strömungsaustritt (2) ist oder umgekehrt.
10. Strömungsleitvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenhöhe (H) der Schaufeln (4), ausgehend von dem kleinsten Querschnitt (9), in Richtung des Strömungsaustritts (2) und/oder des Strö mungseintritts (7) zunimmt.
11. Strömungsleitvorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Oberfläche (10,11) der zueinander weisenden Oberflächen (10,11), insbesondere der benachbarten Schaufeln (4), vor und/oder hinter dem kleinsten Querschnitt (9) der Strömungskanäle (6) eben und/oder konvex und/oder konkav ausgebildet ist, insbesondere dass beide zueinander weisen den Oberflächen (10,11), insbesondere der benachbarten Schaufeln (4), in Strömungsrichtung vor und/oder hinter einem kleinsten Querschnitt (9) der Strömungskanäle (6) eben und/oder konkav und/oder konvex ausgebildet sind.
12. Strömungsleitvorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (D2) des Grundkörpers (3) stromauf des Strömungskanals (6) größer ist als der Durchmesser (D3) des Grundkörpers (3) stromab des Strö mungskanals (6) oder umgekehrt.
13. Strömungsleitvorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) und der Strömungskanal (6), insbesondere der Grundkör per (3) und die Schaufeln (4), einstückig ausgebildet sind, insbesondere dass der Grundkörper (3) und der Strömungskanal (6), insbesondere die Schaufeln (4), durch Fräsen aus dem Vollen ausgebildet sind, oder dass der Grundkörper (3) und der Strömungskanal (6), insbesondere der Grundkörper (3) und die Schaufeln (4) durch ein additives Herstellungsverfahren ausgebildet sind.
14. Strömungsmaschine, insbesondere eine Dampfturbine, eine ORC-Turbine, eine Gasturbine, ein Verdichter, eine Wasserstoffturbine oder ein Wasser stoffverdichter, mit mindestens einer Strömungsleitvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als mindestens ein Laufrad oder als mindestens ein Leitrad.
PCT/EP2021/063531 2020-05-20 2021-05-20 Strömungsleitvorrichtung für eine strömungsmaschine WO2021234115A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020206365.6 2020-05-20
DE102020206365.6A DE102020206365A1 (de) 2020-05-20 2020-05-20 Strömungsleitvorrichtung für eine Strömungsmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021234115A1 true WO2021234115A1 (de) 2021-11-25

Family

ID=76250275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/063531 WO2021234115A1 (de) 2020-05-20 2021-05-20 Strömungsleitvorrichtung für eine strömungsmaschine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020206365A1 (de)
WO (1) WO2021234115A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5832903A (ja) * 1981-08-20 1983-02-26 Toshiba Corp 軸流タ−ビン
EP0846867A2 (de) * 1996-12-06 1998-06-10 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàœNchen Gmbh Turbomaschine mit transsonischer Verdichterstufe
EP1712737A1 (de) * 2005-04-14 2006-10-18 The General Electric Company Halbmondförmiger Turbinenschaufel-/Plattformübergang

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2918254A (en) 1954-05-10 1959-12-22 Hausammann Werner Turborunner
DE102015224420A1 (de) 2015-12-07 2017-06-08 MTU Aero Engines AG Ringraumkonturierung einer Gasturbine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5832903A (ja) * 1981-08-20 1983-02-26 Toshiba Corp 軸流タ−ビン
EP0846867A2 (de) * 1996-12-06 1998-06-10 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàœNchen Gmbh Turbomaschine mit transsonischer Verdichterstufe
EP1712737A1 (de) * 2005-04-14 2006-10-18 The General Electric Company Halbmondförmiger Turbinenschaufel-/Plattformübergang

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020206365A1 (de) 2021-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60310921T2 (de) Diffusor mit gesonderten kanälen
EP2829804B1 (de) Brennkammerschindel einer Gasturbine sowie Verfahren zu deren Herstellung
EP2886961B1 (de) Unterlegscheibe einer Brennkammerschindel einer Gasturbine
EP2356320B1 (de) Ringdiffusor für eine axialturbomaschine
DE102010002044A1 (de) Brennstoffdüse mit aerodynamisch geformten, spiralförmigen Umlenkschaufeln
DE102015219556A1 (de) Diffusor für Radialverdichter, Radialverdichter und Turbomaschine mit Radialverdichter
EP2495425A2 (de) Strahltriebwerksvorrichtung mit einem Nebenstromkanal
EP3408503A1 (de) Strömungsmaschine mit beschaufeltem diffusor
WO2006024273A1 (de) Rotor für ein triebwerk
EP1774179A1 (de) Verdichterschaufel sowie herstellung und verwendung einer verdichterschaufel
DE102005040574A1 (de) Spaltkontrollvorrichtung für eine Gasturbine
EP2455665A2 (de) Gasturbinenbrennkammer mit einer Kühlluftzuführvorrichtung
EP2103811A2 (de) Fluid-Injektor-Düse
EP1447568B1 (de) Lauf- und Leiträder für Verdichter und Ventilatoren
EP3155227A1 (de) Turbinenschaufel
WO2018015027A1 (de) Strömungsmaschine und verfahren zum herstellen desselben
WO2021013280A1 (de) Zwischenelement für eine schaufel-rotorscheiben-verbindung bei einem rotor einer strömungsmaschine, zugehöriger rotor für eine strömungsmaschine und strömungsmaschine
EP3236011A1 (de) Rotor mit überhang an laufschaufeln für ein sicherungselement
EP1706595B1 (de) Strömungsmaschine mit einem im gehäusemittelteil vorgesehenen spiralkanal
DE19548852A1 (de) Radialverdichter für Abgasturbolader
WO2021234115A1 (de) Strömungsleitvorrichtung für eine strömungsmaschine
EP0316470B1 (de) Radialgebläse mit Innenspirale
CH714391A2 (de) Turbinenleitapparat.
DE102017201899A1 (de) Brenner einer Gasturbine
EP2318664B1 (de) Gasturbinenanordnung mit nichtzylindrischer innengehäusenabe

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21729417

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: FESTSTELLUNG EINES RECHTSVERLUSTS NACH REGEL 112(1) EPUE (EPA FORM 1205A VOM 14.02.2023)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21729417

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1