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Axialverdichter, dessen Lauf- und/oder Leitschaufeln mit einem Deckband
versehen sind Die Erfindung betrifft einen Axialverdichter, dessen Lauf- und/oder
Leitschaufeln mit einem Deckband versehen sind, das gegebenenfalls aus mit den Schaufeln
einstückigen Teilen besteht.
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In der Regel bilden einerseits die Füße und anderseits die Deckbänder
solcher Schaufeln, zu denen jedoch keine Eintrittsleitschaufeln des Verdichters
gehören sollen, geschlossene Ringe und damit ringförmige Wandungen des Strömungskanals.
Da die Strömung entlang den betroffenen Schaufeln verzögert wird, besteht die Tendenz,
daß die Strömung an den Schaufeln - vor allem bei einer ungünstigen Belastung des
Verdichters - abreißt, was den Wirkungsgrad der Verdichtung erheblich beeinträchtigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorgenannten Mangel
zu beheben und Maßnahmen zu treffen, durch welche der Wirkungsgrad des Verdichters
verbessert und ein solches Abreißen der Strömung auch bei ungünstigen Arbeitsbedingungen
des Verdichters nach Möglichkeit vermieden wird.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch
gelöst, daß im Bereich der Verbindungsstellen zwischen einem Deckband und den zugehörigen
Schaufeln je Schaufel zumindest je ein Querverbindungsweg vorgesehen ist, durch
welchen die im übrigen durch die Schaufeln voneinander getrennten benachbarten Strömungskanäle
miteinander verbunden sind.
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Durch solche Ouerverbindungswege kann ein bei stirnseitig freien Schaufeln
von selbst erfolgender, durch die bisher üblichen Deckbänder jedoch verhinderter,
einem Abreißen der Strömung entgegenwirkender Strömungsausgleich auch an den über
Deckbänder miteinander verbundenen Stirnseiten der Schaufeln erfolgen.
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Ausgestaltungen der Erfindung betreffen eine Anzahl konstruktiv unterschiedlicher
Ausführungsformen und eine zusätzliche Anwendungsform der erfindungsgemäßen Querverbindungswege.
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Gemäß einem älteren Vorschlag ist bereits eine Längsteilung einer
insbesondere für Dampf- und Gasturbinen bestimmten Schaufel vorgeschlagen, durch
welche sich im Falle der Anordnung eines Deckbandes ebenfalls zugleich ein Ouerverbindungsweg
zwischen den beiden gegenüberliegenden Schaufelseiten ergibt. Hier fehlt jedoch
das für die vorliegende Erfindung wesentliche Merkmal, daß die beiderseits der Schaufel
befindlichen benachbarten Strömungswege des Strömungsmediums im übrigen durch die
Schaufeln voneinander getrennt sind. Mangels einer solchen Trennung könnte die bekannte
Schaufel bei einem hier betroffenen Axialverdichter niemals solche Leistungen bewirken,
wie sie mit den erfindungsgemäßen Schaufeln zu erreichen sind. Die Erfindung ist
nachstehend an Hand der Zeichnung in einigen konstruktiven Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit einem mehrstufigen Axialverdichter veranschaulicht. Es zeigt Fig.
1 einen axialen Teillängsschnitt durch den Verdichter mit den verschiedenen Schaufeln
der aufeinanderfolgenden Verdichtungsstufen, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den
Axialverdichter nach der Linie il-II der Fig.1. Fig. 3 einen Längsschnitt durch
den Axialverdichter nach der Linie III-III der Fig. 1.
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Das Gehäuse 1 des dem Ausführungsbeispiel entsprechenden Axialverdichters
trägt an der Eintrittsseite der Luftströmung die einen Leitschaufelkranz bildenden
Eintrittsleitschaufeln 3 und daran anschließend jeweils zwischen den Laufschaufeln
befindliche Leitschaufelkränze aus Leitschaufeln 5, 7, 9 und 11. Der Läufer trägt
jeweils im Anschluß an jeden Leitschaufelkranz selbst einen Schaufelkranz mit den
Schaufeln 4, 6, 8, 10 und 12. Die Schaufeln jedes Lauf- und Leitschaufelkranzes
bilden eine Vielzahl von Strömungskanälen für das Arbeitsmittel des Verdichters.
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Die einzelnen Schaufeln 4 des Läufers 2 weisen je einen Schaufelfuß
13 mit beiderseits in Längsrichtung des Läufers vorgesehenen Ansätzen 14 auf, die
in entsprechende Nuten 15 des Läufers eingreifen. Die einzelnen Schaufeln 4 sind
an ihren in radialer Richtung des Läufers 2 äußeren Enden durch ein Deckband 16
miteinander verbunden, das einen äußeren Einfassungkranz
bildet.
Das Deckband 16 kann aus einem ununterbrochenen einheitlichen Ring bestehen oder
aus zwei oder mehr Ringabschnitten zusammengesetzt sein, die dementsprechend je
mit einer oder mehreren Schaufeln 4 verbunden sind. Die äußeren Stirnseiten der
Schaufel 4 weisen radial nach außen ragende mittlere Ansätze 17 auf, die durch entsprechende
Ausnehmungen des Deckbandes 16 ragen und durch eine entsprechende Verformung an
der Außenseite des Bandes zu seiner Befestigung an den Schaufeln 4 dienen. Das Deckband
16 befindet sich innerhalb eines in das Gehäuse 1 an der Stelle des Schaufelkranzes
eingelassenen Ringkanals 18 und begrenzt seinerseits den Strömungskanal durch die
Schaufeln 4 nach außen.
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Gemäß der Erfindung weisen die Schaufeln 4 an ihren äußeren Stirnseiten
Quernuten 19 auf, durch ,welche diese Stirnseiten etwa ein gezinktes Aussehen erhalten.
Diese Ouernuten 19 erstrecken sich über den ganzen QuerschnOitt des Profils der
Schaufeln 4, so daß die Strömung ungehindert von der einen Schaufelseite nach der
anderen Schaufelseite durch die Quernut 19 hinüberströmen kann.
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Von den Leitschaufeln 5 des zweiten Leitschaufelkranzes weist jede
an ihrem Schaufelfuß einen Zapfen 20 auf, der in eine entsprechende Ausnehmung des
Gehäuses 1 ragt. An diesen Zapfen schließt ein Gewindebolzen 22 an, der das Gehäuse
nach außen durchdringt und dort in Verbindung mit einer Mutter zur Befestigung der
Schaufel am Gehäuse 1 dient. Die Zapfen 20 der Schaufeln 5 sind jeweils etwas länger
als die zu ihrer Aufnahme dienenden Bohrungen im Gehäuse 1, wodurch die Stirnseiten
der Schaufeln 5 in unmittelbarer Nachbarschaft des Zapfens 20 nicht an der Gehäusewandung
anliegen, sondern gegenüber dieser Wandung Spalten 24 frei lassen, durch welche
eine Querströmung zwischen den beiden Seiten der Schaufeln 5 erfolgen kann.
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An den inneren freien Enden der Schaufeln 5 befindet sich ein inneres
Deckband 25, das entsprechend dem genannten Deckband 16 in einem Ringkanal 26 des
Läufers 2 liegt und ebenfalls je Schaufel 5 an einem an deren innerer Stirnseite
vorgesehenen Ansatz 17 befestigt ist. Unmittelbar beiderseits dieses Ansatzes 17
weist jede Schaufel an ihrer dortigen Stirnseite Ausnehmungen 27 auf, die an dieser
Stelle gleichartige Spalten nach dem benachbarten Deckband 25 hin ergeben, wie sie
am Schaufelfuß durch die Spalten 24 gegeben sind.
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Die Laufschaufeln 6 der nächsten Verdichtungsstufe weisen Schaufelfüße
13 und entlang ihren äußeren Stirnseiten ein Deckband 16 auf, das grundsätzlich
dem Deckband der Schaufeln 4 der ersten Verdichtungsstufe gleicht, jedoch beispielsweise
durch mehrere Ansätze mit den einzelnen Schaufeln 6 verbunden sein kann. :huch dieses
Deckband 16 liegt in einem in die Gehäusewandung eingelassenen Ringkanal
18. Die Schaufeln 6 weisen in unmittelbarer Nähe des Deckbandes 16 Querbohrungen
28, rechteckig begrenzte Querschlitze 29 und an den einen Seitenkanten der Schaufeln
befindliche Quernuten 30 auf. Ganz ähnliche Durchbrechunen in Form von Querbohrungen
31 und als viereckige' Öffnungen 32 ausgebildeten Durchbrechungen befinden sich
auch in unmittelbarer Nähe des Schaufelfußes 13 der einzelnen Schaufeln 6. Falls
mehrere Bohrungen 31 kleinen Querschnittes vorgesehen sind, können diese in radialer
Richtung des Läufers 2 hintereinanderliegend angeordnet sein, um so den Schaufelquerschnitt
im Hinblick auf die an den Schaufeln auftretenden Fliehkräfte möglichst wenig zu
schwächen. Die Leitschaufeln 7 weisen je einen Schaufelfuß 33 mit beiderseits seitlichen
Ansätzen 34 auf, die in entsprechende Ringnuten 35 des Gehäuses 1 eingreifen. Die
Schaufeln 7 sind an ihren inneren freien Enden durch ein Deckband 25 miteinander
verbunden, das im wesentlichen dem an den Schaufeln 5 befestigten Deckband gleicht
und ebenfalls in einem Ringkanal 26 des Läufers 2 liegt. Das Deckband 25 weist in
diesem Falle jedoch jeweils an den Verbindungsstellen mit den einzelnen Schaufeln
7 in Längsrichtung des Ringes verlaufende Aushöhlungen 36 auf. Die Aushöhlungen
36 überragen den Schaufelquerschnitt beiderseits der Schaufeln 7, so daß auch dadurch
eine Querverbindung zwischen den im übrigen durch die Schaufeln 7 voneinander getrennten
benachbarten Strömungskanälen geschaffen ist.
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Die Schaufeln 8 der nächsten Verdichtungsstufe weisen Schaufelfüße
13 auf und sind durch ein äußeres Deckband 16 miteinander verbunden, das im wesentlichen
den genannten Deckbändern an den Schaufeln 4 und 6 der ersten und zweiten Verdichtungsstufe
gleicht. Das mit den Schaufeln 8 verbundene Deckband 16 weist jedoch jeweils an
den Verbindungsstellen mit den Schaufeln 8 kleine, nach den Stirnseiten der Schaufeln
zu gerichtete Auswölbungen 37 auf, an denen die äußeren Stirnseiten der Schaufeln
8 gegen Auswölbungen 37 anliegen. Hier dient der zwischen den einzelnen Auswölbungen
in Verbindung mit der anschließenden Schaufel 8 gebildete Hohlraum zur Verbindung
der beiden Seiten jeder Schaufel miteinander.
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Im Schaufelfuß 13 jeder Schaufel 8 sind beiderseits der Verbindungsstelle
der Schaufel 8 radiale Sackbohrungen 39, 40 und eine den Schaufelfuß 13 quer zur
Schaufel bis zu den beiden Sackbohrungen durchsetzende und diese dadurch miteinander
verbindende Querbohrung 38 vorgesehen. Auch auf diese Weise ist durch die Sackbohrungen
39, 40 und die Querbohrung 38 ein Querverbindungsweg von der einen nach der anderen
Seite jeder Schaufel 8 geschaffen. Nach dem Einsetzen der Schaufeln 8 in die entsprechende
Ringnut des Läufers 2 wird die Öffnung der Querbohrung 38 durch die dortige Seitenwand
der Ringnut des Läufers 2 verdeckt, womit sich ein besonderer Abschluß der Querbohrung
erübrigt.
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Die Leitschaufeln 9 weisen je einen Schaufelfuß 33 auf, der den Füßen
der Schaufeln 7 gleicht. An den freien Enden der Schaufeln 9 befindet sich außerdem
ein im wesentlichen dem Deckband an den Schaufeln 5 gleichendes Deckband 25, das
ebenfalls in einem Ringkanal 26 des Läufers 2 liegt. In diesem Falle ist das Deckband
25 mit radialen Öffnungen bzw. Bohrungen 41, 42 versehen, die sich beiderseits der
Verbindungsstellen der einzelnen Schaufeln 9 befinden. Das Arbeitsmittel des Verdichters
kann von der einen Seite der Schaufeln 9 durch die genannten Bohrungen 41, 42 nach
dem genannten Ringraum 26 und von diesem durch die genannten Bohrungen wieder an
der anderen Seite einer Schaufel 9 in den axial zum Läufer 2 verlaufenden Strömungsweg
gelangen.
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Von den Schaufeln 10 der nächsten Verdichtungsstufe gleichen die Schaufelfüße
13 den Schaufelfüßen der bereits früher genannten Schaufeln 4 der ersten Verdichtungsstufe;
die Schaufeln sind an ihren äußeren Stirnseiten durch ein ebenfalls dem der ersten
Verdichtungsstufe im wesentlichen gleichendes Deckband 16 miteinander verbunden.
Das Deckband 16 ist jedoch mit rechteckigen Schlitzen 43, 44 versehen, durch welche
das Strömungsmittel über den außerhalb des Deckbandes im Gehäuse 1 befindlichen
Ringkanal
18 in gleicher Weise von der einen zur anderen Seite einer
Schaufel 10 gelangen kann wie durch die Öffnungen 41, 42 und den Ringkanal
26 bei den Leitschaufeln 9.
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Bei den Leitschaufeln 11 sind die Schaufelfüße 33 und das Deckband
25 im wesentlichen genauso wie bei den Leitschaufeln 9 ausgebildet. In dem Deckband
25 befinden sich jedoch entlang seinen beiden in Strömungsrichtung am Eintritt und
am Austritt der Leitschaufeln 11 liegenden Kanten seitliche Einschnitte 45, 46,
die unmittelbar neben den mit dem Deckband verbundenen Schaufelstirnseiten der Schaufeln
11 in Richtung der Schaufelprofile verlaufen und in Verbindung mit einem im Gehäuse
2 an der den Schaufeln 11 gegenüberliegenden Seite des Deckbandes 25 befindlichen
Ringkanal 26 Querverbindungswege für die im übrigen durch die Schaufeln 11 voneinander
getrennten benachbarten Strömungskanäle bilden.
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Die Schaufeln 12 der fünften und letzten Verdichtungsstufe haben grundsätzlich
gleiche Schaufelfüße 9.3 wie die übrigen Schaufeln des Läufers 2. Hier weisen die
einzelnen Schaufelfüße jedoch im eingebauten Zustand der Schaufeln schräg zur Achsrichtung
des Läufers 2 - und zwar etwa in Richtung der Schaufeln 12 - verlaufende Seitenkanten
47 auf, an denen die benachbarten Schaufelfüße der einzelnen Schaufeln 12 unmittelbar
aneinanderliegen. Jeder Schaufelfuß 13 weist nun entlang seinen genannten schrägen
Seitenkanten 47, in axialer Richtung gleichartig verteilt, radiale Nuten 48, 49
auf, die gemeinsam mit den entsprechend verteilten Nuten der benachbarten Schaufelfüße
13 jeweils radial verlaufende Kanäle bilden, die ihrerseits an den in radialer Richtung
des Läufers 2 innen liegenden freien Enden der Schaufelfüße 13 in einen zusätzlichen
inneren Ringraum 50 des Läufers 2 münden, der durch eine Vertiefung der zur Befestigung
der Schaufelfüße 13 dienenden Ringnut gebildet wird.
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Die Schaufeln 12 sind außerdem an ihren äußeren freien Enden je mit
einem einen Ringabschnitt bildenden Kopfteil 51 versehen, dessen Gestaltung grundsätzlich
der Gestaltung der beschriebenen Schaufelfüße dieser Schaufeln gleicht. Die Ringabschnitte
51 weisen also auch schräg zur Achsrichtung des Rotors etwa parallel zur Richtung
der Schaufeln liegende Seitenkanten 52 auf, wobei alle genannten Kopfteile des Schaufelkranzes
entlang ihren Seitenkanten 52 aneinanderliegen und so ein geschlossenes Deckband
bilden. Auch die Kopfteile 51 haben entlang ihren Seitenkanten 52, in axialer Richtung
des Läufers 2 gleichartig verteilt, radiale Nuten 53, 54, die im zusammengebauten
Zustand des Schaufelkranzes radiale Kanäle bilden, die die einzelnen zwischen den
Schaufeln 12 gebildeten Strömungskanäle mit dem äußeren Ringkanal 18 verbinden.
Die Wirkungsweise der radialen Verbindungskanäle, die durch die Nuten 48, 49, 53,
54 gebildet sind, ist in Verbindung mit dem inneren Ringraum 50 bzw. dem äußeren
Ringkanal 18 die gleiche, wie sie bereits bei den Schaufeln 9, 10 und 11 geschildert
wurde.
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Die Konstruktion der Deckbänder 16 und 25 der Schaufeln 4,
5, 6, 7 und 8 braucht die grundsätzliche abdichtende Wirkung der Deckbänder gegenüber
dem axialen Strömungsweg des Strömungsmittels nicht zu beeinträchtigen, da diese
Deckbänder entlang ihren Seitenkanten genauso gegenüber den Seitenwänden der Ringkanäle
18 und 26 des Gehäuses 1 bzw. Läufers 2 abdichten wie ohne die erfindungsgemäßen
Verbindungswege. Außerdem braucht keine der beschriebenen Ausführungen des Deckbandes
16 und 25 den den einzelnen Schaufeln durch das Deckband erteilten zusätzlichen
festen Zusammenhalt zu mindern. Eine solche Minderung könnte höchstens durch die
an den Rändern des Deckbandes 25 an der Stelle der letzgenannten Leitschaufeln 11
befindlichen Einschnitte 45, 46 in gewissem Maße entstehen, ohne daß dadurch jedoch
ernstliche Nachteile zu befürchten wären.
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Während der vorbeschriebene Axialverdichter sowohl erfindungsgemäß
ausgebildete Leitschaufeln als auch erfindungsgemäß ausgebildete Laufschaufeln aufweist,
ist die Erfindung keineswegs an eine derartigekombinierte Anwendung an Strömungsmaschinen
gebunden; sie könnte selbstverständlich auch lediglich in Verbindung mit Leitschaufeln
oder mit den Schaufeln eines Läufers angewendet werden. Ebenso könnten einzelne
vorstehend in Verbindung mit Laufschaufeln und deren Deckbändern beschriebene Ausgestaltungen
der Erfindung auch in Verbindung mit Leitschaufeln und deren Deckbändern angewendet
werden, und umgekehrt könnten in Verbindung mit Leitschaufeln und deren Deckbändern
beschriebene Ausführungsformen der Erfindung an Laufschaufeln und deren Deckbändern
angewendet werden.
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Die an den inneren Enden bzw. an den Schaufelfüßen der Laufschaufeln
6, 8 und 12 vorgesehenen erfindungsgemäßen Querverbindungswege könnten auch an den
entsprechenden Enden der anderen Laufschaufeln oder auch an den entsprechenden Enden
der Leitschaufeln 7, 9 und 11 in Verbindung mit deren Schaufelfüßen 33 vorgesehen
sein. Weiterhin könnte die Aufteilung eines Deckbandes in verschiedene Ringabschnitte,
wie sie vorstehend in Verbindung mit den Schaufeln 12 der letzten Verdichtungsstufe
beschrieben wurde, auch an einem entsprechenden Deckband eines Leitschaufelkranzes
vorgesehen sein.
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Die erfindungsgemäßen Verbindungswege könnten schließlich auch als
Kombination verschiedener vorstehend beschriebener Ausführungsformen an einer einzigen
Schaufel vorgesehen sein. Insbesondere die vorstehend in Verbindung mit den Schaufeln
4, 6 und 7 beschriebenen Ausführungsformen könnten an einer einzigen Schaufel z.
B. der Gestaltung wie die Schaufeln 9, 10 und 11 kombiniert werden.