DE10330084B4 - Rezirkulationsstruktur für Turboverdichter - Google Patents
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Abstract
Rezirkulationsstruktur für Turboverdichter, insbesondere von Gasturbinen, mit einer konzentrisch zur Verdichterachse im Bereich der freien Schaufelenden eines Schaufelkranzes angeordneten Ringkammer, deren axiale Mitte stromaufwärts, d. h. vorderhalb der axialen Mitte der freien Schaufelenden liegt, und die radial an die Kontur des Hauptströmungskanales, des sogenannten Ringraumes, angrenzt, und mit einer Vielzahl von in der Ringkammer angeordneten, über deren Umfang verteilten Leitelementen, wobei die Ringkammer einen Strömungsdurchtritt in Umfangsrichtung ermöglicht, die Leitelemente mit zumindest einer Wand der Ringkammer verbunden und im übrigen freistehend ausgeführt sind, und die ringraumzugewandten Spitzen der Leitelemente auf und/oder nahe bei der Kontur des Hauptströmungskanales verlaufen und axial mit den freien Schaufelenden überlappen oder axial an den Bereich der freien Schaufelenden angrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (29 bis 32, 53) im vorderen und/oder hinteren Bereich einen Strömungsdurchtritt in Umfangsrichtung ermöglicht, und dass der Strömungsdurchtritt in Umfangsrichtung durch Öffnungen (58, 59) im vorderen und/oder hinteren Bereich der Leitelemente...
Description
- Die Erfindung betrifft eine Rezirkulationsstruktur für Turboverdichter, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, einen Turboverdichter sowie ein Flugtriebwerk und eine stationäre Gasturbine.
- Rezirkulationsstrukturen für Turboverdichter sind seit geraumer Zeit bekannt und werden in der Fachwelt in der Regel als „Casing Treatments” bezeichnet. Diese haben primär die Aufgabe, den aerodynamisch stabilen Betriebsbereich des Verdichters zu erhöhen, wobei die sogenannte Pumpgrenze zu höheren Verdichterdrücken, d. h. zu einer höheren Verdichterbelastung hin, verschoben wird. Die für einen örtlichen Strömungsabriss und letztlich für das Pumpen des Verdichters verantwortlichen Störungen treten gehäuseseitig an den Laufschaufelenden einer bzw. mehrerer Verdichterstufen, nabenseitig an den radial innenliegenden Leitschaufelenden auf, da in diesen Bereichen die aerodynamische Belastung am höchsten ist. Durch Rezirkulation der zwischen den Schaufelspitzen mit Schaufeldrehzahl umlaufenden, eine reduzierte Energie aufweisenden „Luftteilchen” in den Hauptstrom unter Energiezunahme wird die Strömung im Bereich der Schaufelenden wieder stabilisiert. Da Strömungsstörungen in der Regel nicht gleichmäßig über den Stufenumfang auftreten, sollte strömungstechnisch auch ein Ausgleich in Umfangsrichtung, zusätzlich zur im wesentlichen axialen Rezirkulation, möglich sein. Der Hauptnachteil der bekannten „Casing Treatments” liegt darin, dass sie zwar die Pumpgrenze erhöhen, aber gleichseitig den Verdichterwirkungsgrad reduzieren.
- Die
DE 33 22 295 C3 schützt einen Axialventilator mit einem „Casing Treatment”. Man erkennt dort eine Ringkammer (8 ), in der Leitelemente (9 ) fest angeordnet sind. Im stromabwärtigen Bereich über den Laufschaufelenden befindet sich ein in Umfangsrichtung offener Bereich, in den sich die Leitelemente nicht erstrecken. Charakteristisch für diese Art „Casing Treatment” ist ein etwa mit der Kontur des Hauptströmungskanales fluchtender, geschlossener Ring (7 ), der den hinteren Eintrittsbereich vom vorderen Austrittsbereich der Rezirkulationsstruktur trennt und einen glatten, geschlossenen Oberflächenbereich bildet. - Ein ganz ähnliches „Casing Treatment” ist aus der
DE 35 39 604 C1 bekannt, wobei hier im vorderen und hinteren Bereich der Ringkammer (7 ) ein in Umfangsrichtung offener Bereich vorhanden ist. Man beachte auch hier den radial innenliegenden Ring6 . - Ein neueres „Casing Treatment” ist aus der
US 5,282,718 A bekannt. Hier sind die Ringkammer (18 ,28 ) und die Leitelemente (24 ) strömungstechnisch verfeinert. Auch hier sind Ein- und Austritt der Rezirkulationsströmung durch einen massiven, zu den Schaufeln hin glatten und geschlossenen Ring getrennt. Derartige Ringe im Schaufelbereich müssen für den Fall der Berührung mit den Schaufelspitzen in der Regel mit einem Anstreif- bzw. Einlaufbelag versehen werden. - Es gibt weitere „Casing Treatments” mit axialen bzw. axial schrägen Nuten, wie z. B. in der
US 5,137,419 A offenbart. Diese bleiben hier deshalb außer Betracht, da mangels Verbindung der Nuten untereinander bei diesen Versionen kein Strömungsausgleich in Umfangsrichtung möglich ist. - Die
US 4,51 1,308 A schützt Ventilatoren (fans, blowers) mit unterschiedlich ausgeführten „Casing Treatments”. Die einfachste Ausführung gemäß6 besitzt nur eine Ringkammer ohne Leitelemente. Bei den Ausführungen gemäß1 und3 sind Leitelemente in der Ringkammer befestigt, die stromaufwärtige Gehäusewand (22 ) ist nach Art eines zylindrischen bzw. konischen Rohrstutzens bis über die radial inneren Kanten der Leitelemente (21 ) verlängert, so dass am stromaufwärtigen, vorderen Ende der Ringkammer kein Austritt der Rezirkulationsströmung in die Hauptströmung möglich ist.5 zeigt Leitelemente (21 ), die an der vorderen Stirnwand und am Außenumfang der Ringkammer befestigt sind und im übrigen freistehend ausgeführt sind. Hier gibt es kein rohr- oder ringartiges, die Leitelemente in Umfangsrichtung verbindendes bzw. abdeckendes Element. Die freien, radial inneren Kanten der Leitelemente (21 ) steigen von vorne nach hinten vom Durchmesser des Eintrittsgehäuses (15 ) bis zum größten Durchmesser der Ringkammer (16 ) an. Somit überlappen sich die Leitelemente im stromabwärtigen Bereich zwar axial mit dem stromaufwärtigen Bereich der Schaufelenden (14 ), durch den großen radialen Abstand zwischen den Leitelementen (21 ) und den Schaufelenden (14 ) ist aber keine wirksame und definierte Führung der Rezirkulationsluft möglich. Nachteilig ist weiterhin das große Volumen der Ringkammer (16 ) in Relation zu den Laufschaufelabmessungen. Eine derartige Ausführung ist weder aerodynamisch noch konstruktiv für einen Turboverdichter geeignet. - Die
US 5 762 470 A schützt eine Rezirkulationsstruktur für Turboverdichter mit einer Ringkammer (3 ), in der eine Vielzahl von Leitelementen (4 ) angeordnet ist, wobei die Leitelemente eng benachbart nach Art eines Rippengitters positioniert sind. Die Leitelemente (4 ) sind – bei axialer Blickrichtung – in Umfangsrichtung um einen Winkel zur Radialrichtung geneigt und in ihrem Verlauf vom axial vorderen zum axial hinteren Ende gekrümmt ausgeführt. Das Besondere hier ist, dass die Leitelemente (4 ) sich von der Kontur des Hauptströmungskanales in die Ringkammer (3 ) hinein nur bis zu einem Durchmesser erstrecken, der deutlich kleiner ist, als der maximale Innendurchmesser der Ringkammer (3 ). Somit ist der radial äußere Bereich der Ringkammer (3 ) frei von Leitelementen (4 ), so dass dort ein freier Strömungsdurchtritt in Umfangsrichtung über die gesamte, axiale Kammerlänge möglich ist. Es ist davon auszugehen, dass die Rezirkulationsströmung mit dieser Konstruktion nicht optimal geführt wird und relevante Verluste auftreten. - Aus der nachveröffentlichten, prioritätsälteren
WO 03/072949 A1 - Angesichts der Nachteile dieser Lösungen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Rezirkulationsstruktur für Turboverdichter bereitzustellen, die eine deutliche Erhöhung der Pumpgrenze und somit eine deutliche Vergrößerung des stabilen Betriebsbereiches ohne relevante Verschlechterung des Verdichterwirkungsgrades ermöglicht und die festigkeitstechnisch vorteilhaft ist.
- Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst, in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen in dessen Oberbegriff.
- Erfindungsgemäß weist die Ringkammer nur im vorderen und/oder hinteren Bereich einen Strömungsdurchtritt in Umfangsrichtung auf, so dass zumindest im axial mittleren Bereich eine zuverlässige Strömungsführung durch die Leitelemente gewährleistet ist. Dabei ist jedes Leitelement im vorderen und/oder hinteren Bereich mit einer Öffnung versehen, so dass auch im Bereich der Kontur des Hauptströmungskanales eine mechanisch stabile Anbindung der Leitelemente an die axial vordere und/oder hintere Wand der Ringkammer gegeben ist.
- Das Verhältnis der axialen Länge der Ringkammer zur axialen Länge der Schaufelenden beträgt vorzugsweise 0,2 bis 1,5. Bei breiten Schaufeln mit großer axialer Erstreckung am Schaufelende wird das Verhältnis näher bei 0,2, bei schlanken Schaufeln mit geringer axialer Erstreckung am Schaufelende näher bei 1,5 liegen.
- In bevorzugter Ausgestaltung beträgt das Verhältnis der radialen Höhe zur axialen Länge der Ringkammer 0,1 bis 1,0. Bei Flugtriebwerken mit sehr strengen Vorgaben hinsichtlich Platzbedarf, Konturverlauf etc. wird man versuchen, mit einem eher kleinen Verhältnis, d. h. geringer radialer Höhe, auszukommen. Bei stationären Anwendungen mit ausreichenden Platzangebot kann man eher an die obere Grenze gehen. Auch bei axial kurzen Ringkammern wird man sich mehr der oberen Grenze annähern.
- Weiterhin wird bevorzugt, dass die ringraumzugewandten Spitzen der Leitelemente zumindest im Bereich der freien Schaufelenden radial so weit zurückgesetzt sind, dass im Normalbetrieb keine Berührung zwischen den Schaufelenden und den Leitelementen erfolgt. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass die Laufschaufelspitzen beim Anstreifen beschädigt werden können, insbesondere an harten, unnachgiebigen Leitelementspitzen. Das Zurücksetzen der Leitelementspitzen steht nicht im Widerspruch zu der Forderung, dass die Spitzen auf bzw. nahe bei der Kontur des Hauptströmungskanales liegen sollen, da die geringen radialen Spaltmaße zur Vermeidung des Anstreifens strömungstechnisch praktisch ohne Belang sind, d. h. die Rezirkulation nicht negativ beeinflussen.
- Auch in den weiteren Unteransprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen der Rezirkulationsstruktur nach dem Hauptanspruch sowie ein Turboverdichter, eine Fluggasturbine und eine stationäre Gasturbine gekennzeichnet.
- Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung:
-
1 einen Teillängsschnitt durch einen Verdichter in Axialbauart im Bereich einer gehäuseseitigen Rezirkulationsstruktur, -
2 einen vergleichbaren Teillängsschnitt im Bereich einer nabenseitigen Rezirkulationsstruktur, -
3 einen Teilquerschnitt durch die Rezirkulationsstruktur gemäß1 , -
4 eine Teilansicht der Rezirkulationsstruktur gemäß1 und3 radial von Innen, -
5 einen Teillängsschnitt im Bereich einer gehäuseseitigen, gegenüber1 modifizierten Rezirkulationsstruktur, -
6 einen Teillängsschnitt im Bereich einer gehäuseseitigen, gegenüber1 und5 modifizierten Rezirkulationsstruktur, und -
7 einen weiteren Teillängsschnitt im Bereich einer gehäuseseitigen, nochmals modifizierten Rezirkulationsstruktur. - Die Rezirkulationsstruktur
1 gemäß1 ist in das Gehäuse5 eines Turboverdichters integriert und somit als „Casing Treatment” zu bezeichnen. Die Strömungsrichtung im beschaufelten Hauptströmungskanal9 ist links mit einem Pfeil angedeutet, sie verläuft also von links nach rechts. Die Strömung trifft im gezeigten Bereich zunächst auf einen Leitschaufelkranz13 , dann auf einen Laufschaufelkranz20 und schließlich wieder auf einen Leitschaufelkranz14 . Die radial äußere Kontur11 des Hauptströmungskanals9 entspricht der inneren Kontur des Gehäuses5 und ist zur Verdeutlichung links und rechts der eigentlichen Darstellung strichpunktiert fortgesetzt. Die statische Rezirkulationsstruktur1 wirkt mit dem Laufschaufelkranz20 zusammen und liegt großteils axial vor diesem, d. h. stromaufwärts. Die zusammen mit den Leitelementen37 die Rezirkulationsstruktur1 bildende Ringkammer29 grenzt radial von außen an den Hauptströmungskanal9 an und ist zu diesem hin offen. Die Spitzen41 der Leitelemente37 liegen auf oder nahe bei der Kontur11 des Hauptströmungskanales9 , d. h. sie fluchten zumindest annähernd mit der Gehäuseinnenkontur. Die Leitelemente37 können aus einem Metall, wie einer Ni-Basislegierung, oder aus einem Leichtmetall, wie Al, oder aus einem Kunststoff, wie Thermoplaste, Duroplaste oder Elastomere, bestehen. Die vordere Wand33 und die hintere Wand34 der Ringkammer29 sind ausgehend von ihren radial inneren Kanten35 ,36 nach vorne geneigt, um für die mit einem kleinen Pfeil angedeutete Rezirkulation strömungsgünstig zu sein. - Der Neigungswinkel der vorderen Wand ist mit α bezeichnet, er kann gleich oder unterschiedlich in Relation zum Winkel der hinteren Wand
34 sein. Zwischen der vorderen Wand33 , den Leitelementen37 und der hinteren Wand34 sind Aussparungen45 ,46 vorhanden, die Strömungsvorgänge innerhalb der Ringkammer in Umfangsrichtung zulassen, zusätzlich zur vorwiegend axial verlaufenden Rezirkulation. Mit25 sind die freien Schaufelenden des Laufschaufelkranzes20 bezeichnet, in deren Bereich Strömungsstörungen am ehesten auftreten. Die axiale Überlappung zwischen den Leitelementen37 und den Schaufelenden25 ist mit UE1 bezeichnet. - Im Unterschied zu
1 zeigt2 eine in eine rotierende Nabe8 integrierte Rezirkulationsstruktur2 . Man erkennt im Hauptströmungskanal10 von links nach rechts einen Laufschaufelkranz21 , einen Leitschaufelkranz15 mit radial inneren, freien Schaufelenden26 und einen Laufschaufelkranz22 . Eine solche, neue Anordnung einer Rezirkulationsstruktur wäre konsequenterweise als „Hub Treatment” zu bezeichnen. Die aus Ringkammer30 und Leitelementen38 bestehende Rezirkulationsstruktur2 mit vorderen und hinteren Aussparungen47 ,48 zwischen der vorderen und hinteren Wand der Ringkammer30 und den dazu beabstandeten Leitelemente38 wirkt mit einem großteils stromabwärts liegenden Leitschaufelkranz15 zusammen. Da hier das „Hub Treatment” rotiert und der Leitschaufelkranz15 steht, wirkt die Rotordrehzahl voll als Differenzdrehzahl. Die Wirkungsweise unterschiedet sich prinzipiell nicht von der eines „Casing Treatments”. In einem Turboverdichter können ”Casing Treatment” und „Hub Treatment” auch kombiniert werden und in mehreren Stufen zur Anwendung kommen. Die radial innere Kontur12 des Hauptströmungskanals entspricht hier der Außenkontur der Nabe8 . UE2 ist die axiale Überlappung der Leitelemente38 mit den Schaufelenden26 des Leitschaufelkranzes15 . Die Leitelemente38 sind am Übergang zu den Wänden der Ringkammer30 festigkeitserhöhend gerundet. -
3 zeigt im Querschnitt ein Detail aus1 . Die Leitelemente37 sind um einen Winkel β so zur Radialen geneigt, dass die Schaufelenden25 des Laufschaufelkranzes20 die Rezirkulationsströmung ohne größere Verluste in die Ringkammer29 hineinfördern, wobei die Drehrichtung (siehe Pfeil) zu beachten ist. Der Neigungswinkel β kann von radial Innen nach Außen bis auf den Wert „Null” abnehmen bei entsprechend gekrümmten Leitelementen. - Eine radiale Anordnung der Leitelemente, d. h. β = 0° ist möglich, aber weniger strömungsgünstig.
- Die Ansicht gemäß
4 zu3 zeigt die Schaufelprofilierung des Laufschaufelkranzes20 in Verbindung mit seiner Drehrichtung (Pfeil) und vermittelt eine gute Vorstellung von der strömungsgünstigen Profilierung und Krümmung der Leitelemente37 . Der Fachmann vermag zu erkennen, dass der Rezirkulationsaustritt im Bereich der stromaufwärtigen Kante35 der Ringkammer29 in Relation zum Laufschaufelkranz20 hier mit Gegendrall erfolgen soll. Mit36 ist die stromabwärtige Kante der Ringkammer bezeichnet. - Die Rezirkulationsstruktur
3 gemäß5 ist ein „Casing Treatment” mit einer in ein Gehäuse6 integrierten Ringkammer31 . Die Leitelemente39 reichen hier bis zur vorderen Wand der Ringkammer31 , im hinteren Bereich sind Aussparungen49 vorhanden, in unmittelbarer Nähe der Schaufelenden27 des Laufschaufelkranzes23 . UE3 bezeichnet die axiale Überlappung der Leitelemente39 mit den Schaufelenden27 . LR ist die axiale Länge der Ringkammer31 , HR deren radiale Höhe. Mit LS ist die axiale Länge der Schaufelenden27 bezeichnet. Das Verhältnis LR zu LS soll 0,2 bis 1,5 betragen, das Verhältnis HR zu LR 0,1 bis 1,0. Die Spitzen43 der Leitelemente39 sind hier im Rotationsbereich der Schaufelenden27 radial nach außen versetzt, um eine Berührung zu vermeiden. Mit16 und17 sind Leitschaufelkränze bezeichnet. - Die Rezirkulationsstruktur
4 in6 mit Ringkammer32 und Leitelementen40 ist ebenfalls ein „Casing Treatment”, das in ein Gehäuse7 integriert ist und mit einem Laufschaufelkranz24 zusammenwirkt. Im Unterschied zu5 reichen hier die Leitelemente40 bis zur hinteren Wand der Ringkammer32 . Aussparungen50 sind hier aufgrund der zur vorderen Wand der Ringkammer32 beabstandeten Leitelemente40 im vorderen Bereich vorgesehen. Die Spitzen44 der Leitelemente40 reichen bis in den Rotationsbereich der Schaufelenden28 . - Die Rezirkulationsstruktur
51 gemäß7 unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungen dadurch, dass für Strömungsvorgänge in Umfangsrichtung der Ringkammer53 allseitig begrenzte Öffnungen58 ,59 im vorderen und hinteren Bereich der Leitelemente56 vorhanden sind. Somit verbleiben festigkeitserhöhende Stege60 ,61 , über welche die Leitelemente56 mit der vorderen und hinteren Wand54 ,55 der Ringkammer53 im Gehäuse52 fest verbunden sind. Alternativ kann eine Öffnung58 bzw.59 durch eine zuvor beschriebene Aussparung aufgrund einer Beabstandung der Leitelemente zur Wand der Ringkammer53 ersetzt sein. Es versteht sich, dass auch nur eine Öffnung58 bzw.59 im vorderen oder hinteren Bereich der Leitelemente vorgesehen sein kann. - Für alle Ausgestaltungen der Rezirkulationsstruktur gilt, dass die Spitzen
41 bis44 und57 der Leitelemente37 bis40 und56 nicht radial nach außen versetzt sein müssen, wenn die Leitelemente aus einem weichen Leichtmetall oder einem Kunststoff hergestellt sind, weil eine Berührung mit den Schaufelenden25 bis28 zugelassen werden kann, ohne dass die Schaufeln beschädigt werden.
Claims (20)
- Rezirkulationsstruktur für Turboverdichter, insbesondere von Gasturbinen, mit einer konzentrisch zur Verdichterachse im Bereich der freien Schaufelenden eines Schaufelkranzes angeordneten Ringkammer, deren axiale Mitte stromaufwärts, d. h. vorderhalb der axialen Mitte der freien Schaufelenden liegt, und die radial an die Kontur des Hauptströmungskanales, des sogenannten Ringraumes, angrenzt, und mit einer Vielzahl von in der Ringkammer angeordneten, über deren Umfang verteilten Leitelementen, wobei die Ringkammer einen Strömungsdurchtritt in Umfangsrichtung ermöglicht, die Leitelemente mit zumindest einer Wand der Ringkammer verbunden und im übrigen freistehend ausgeführt sind, und die ringraumzugewandten Spitzen der Leitelemente auf und/oder nahe bei der Kontur des Hauptströmungskanales verlaufen und axial mit den freien Schaufelenden überlappen oder axial an den Bereich der freien Schaufelenden angrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (
29 bis32 ,53 ) im vorderen und/oder hinteren Bereich einen Strömungsdurchtritt in Umfangsrichtung ermöglicht, und dass der Strömungsdurchtritt in Umfangsrichtung durch Öffnungen (58 ,59 ) im vorderen und/oder hinteren Bereich der Leitelemente (37 bis40 ,56 ) erfolgt. - Rezirkulationsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der axialen Länge (LR) der Ringkammer (
29 bis32 ,53 ) an der Kontur (11 ,12 ) des Hauptströmungskanales (9 ,10 ) zur axialen Länge (IS) der Schaufelenden (25 bis28 ) 0,2 bis 1,5 beträgt. - Rezirkulationsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der radialen Höhe (HR) zur axialen Länge (LR) der Ringkammer (
29 bis32 ,53 ) 0,1 bis 1,0 beträgt. - Rezirkulationsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axial vordere Wand (
33 ,54 ) und die axial hintere Wand (34 ,55 ) der Ringkammer (29 bis32 ,53 ) ausgehend von ihren kreisförmig umlaufenden Kanten (35 ,36 ) auf der Kontur (11 ) des Hauptströmungskanales (9 ) um den gleichen oder einen unterschiedlichen Winkel (α) stromaufwärts, d. h. schräg nach vorne, geneigt sind. - Rezirkulationsstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) der axial vorderen und der axial hinteren Wand der Ringkammer ausgehend von der Radialrichtung einen Wert im Bereich von 30° bis 60° aufweist.
- Rezirkulationsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (
37 bis40 ,56 ) schaufelartig, räumlich gekrümmt, mit variierender Dicke und mit definierten Profilschnitten ausgeführt sind. - Rezirkulationsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (
37 bis40 ,56 ) – bei axialer Blickrichtung – in Umfangsrichtung um einem Winkel (β) geneigt oder in Umfangsrichtung gekrümmt angeordnet sind, wobei der Winkel (β) über die Länge der Leitelemente (37 bis40 ,56 ) variieren kann und so gewählt ist, dass der Eintritt der Rezirkulationsströmung in die Ringkammer (29 bis32 ,53 ) strömungstechnisch erleichtert wird, d. h. strömungsgünstig erfolgt. - Rezirkulationsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringraumzugewandten Spitzen (
43 ) der Leitelemente (39 ) zumindest im Bereich der freien Schaufelenden (27 ) radial so weit zurückgesetzt sind, dass im Normalbetrieb des Turboverdichters keine Berührung zwischen den Schaufelenden (27 ) und den Leitelementen (39 ) erfolgt. - Rezirkulationsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (
37 bis40 ) aus einem Metall, wie Stahl oder einer Ni- oder einer Co-Basislegierung, einem Leichtmetall, wie Al, oder einem Kunststoff, wie Thermoplaste, Duroplaste oder Elastomere, bestehen. - Rezirkulationsstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ringraumzugewandten Spitzen (
41 bis44 ) der Leitelemente (37 bis40 ) im Fall von Leitelementen aus Leichtmetall oder Kunststoff so nahe bei den freien Schaufelenden (25 bis28 ) liegen, dass im Betrieb eine Berührung möglich ist. - Rezirkulationsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (
29 bis32 ,53 ) und die Leitelemente (37 bis40 ,56 ) integral mit einem sie aufnehmenden Bauteil (5 bis7 ,8 ,52 ) ausgebildet sind. - Rezirkulationsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (
29 bis32 ,53 ) einschließlich der Leitelemente (37 bis40 ,56 ) einstückig oder als zumindest zwei in Umfangsrichtung aneinandergrenzende Segmente ausgeführt und lösbar an einem diese aufnehmenden Bauteil (5 bis7 ,8 ,52 ) befestigt ist. - Rezirkulationsstruktur nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie gegossen, insbesondere feingegossen oder spanabhebend oder elektrochemisch (ECM) gefertigt ist.
- Rezirkulationsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (
37 bis40 ) separat als einzelne Bauteile oder Bauteilgruppen, insbesondere als Leitelementsegmente, ausgeführt und lösbar in der Ringkammer (29 bis32 ) befestigt sind. - Rezirkulationsstruktur nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (
37 bis40 ) durch Schmieden oder Gießen oder durch elektrochemische Bearbeitung (ECM) und/oder spanabhebend gefertigt sind. - Rezirkulationsstruktur nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (
29 bis32 ) spanabhebend und/oder durch Gießen oder Schmieden gefertigt ist. - Rezirkulationsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein- oder mehrfach gehäusefest, d. h. statisch, im Bereich eines oder mehrerer Laufschaufelkränze (
20 ,23 ,24 ) und/oder ein- oder mehrfach nabenfest, d. h. rotierend, im Bereich eines oder mehrerer Leitschaufelkränze (15 ) angeordnet ist. - Turboverdichter in Axial- und/oder Diagonal- und/oder Radialbauweise, umfassend wenigstens eine Rezirkulationsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
- Flugtriebwerk, umfassend einen Turboverdichter nach Anspruch 18.
- Stationäre Gasturbine, umfassend einen Turboverdichter nach Anspruch 18.
Priority Applications (11)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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US10/471,859 US7186072B2 (en) | 2002-08-23 | 2003-08-21 | Recirculation structure for a turbocompressor |
EP03747919A EP1530670B1 (de) | 2002-08-23 | 2003-08-21 | Rezirkulationsstruktur für turboverdichter |
RU2005108350/06A RU2296247C2 (ru) | 2002-08-23 | 2003-08-21 | Рециркулярное устройство для турбокомпрессоров |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
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DE102009013819A1 (de) * | 2009-03-18 | 2010-09-23 | Mtu Aero Engines Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelkranzes für eine Gasturbine sowie Leitschaufelkranz |
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4511308A (en) * | 1980-12-03 | 1985-04-16 | James Howden Australia Pty. Limited | Axial and mixed flow fans and blowers |
DE3539604C1 (de) * | 1985-11-08 | 1987-02-19 | Turbo Lufttechnik Gmbh | Axialgeblaese |
US5137419A (en) * | 1984-06-19 | 1992-08-11 | Rolls-Royce Plc | Axial flow compressor surge margin improvement |
US5282718A (en) * | 1991-01-30 | 1994-02-01 | United Technologies Corporation | Case treatment for compressor blades |
US5762470A (en) * | 1993-03-11 | 1998-06-09 | Central Institute Of Aviation Motors (Ciam) | Anti-stall tip treatment means |
WO2003072949A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-09-04 | Mtu Aero Engines Gmbh | Anti-stall tip treatment means for turbo-compressors |
-
2003
- 2003-07-03 DE DE10330084A patent/DE10330084B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4511308A (en) * | 1980-12-03 | 1985-04-16 | James Howden Australia Pty. Limited | Axial and mixed flow fans and blowers |
US5137419A (en) * | 1984-06-19 | 1992-08-11 | Rolls-Royce Plc | Axial flow compressor surge margin improvement |
DE3539604C1 (de) * | 1985-11-08 | 1987-02-19 | Turbo Lufttechnik Gmbh | Axialgeblaese |
US5282718A (en) * | 1991-01-30 | 1994-02-01 | United Technologies Corporation | Case treatment for compressor blades |
US5762470A (en) * | 1993-03-11 | 1998-06-09 | Central Institute Of Aviation Motors (Ciam) | Anti-stall tip treatment means |
WO2003072949A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-09-04 | Mtu Aero Engines Gmbh | Anti-stall tip treatment means for turbo-compressors |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018203304A1 (de) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | MTU Aero Engines AG | Gasturbinenverdichter |
US11686207B2 (en) | 2018-03-06 | 2023-06-27 | MTU Aero Engines AG | Gas turbine compressor |
DE102020200447A1 (de) * | 2020-01-15 | 2021-07-15 | Ziehl-Abegg Se | Gehäuse für einen Ventilator und Ventilator mit einem entsprechenden Gehäuse |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10330084A1 (de) | 2004-03-04 |
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