DE1628261B2 - Luftentnahmevorrichtung an axialverdichtern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftentnahmevorrichtung an einem mehrstufigen Axialverdichter mit hohl ausgebildeten Leitschaufeln und mindestens einer Luftentnahmeöffnung im radialen inneren Bereich des Strömungskanals, die an dem der Läufernabe zugewandten Ende der hohlen Leitschaufel vorgesehen ist.

In Flugzeug-Gasturbinenanlagen mit mehrstufigen Axialverdichtern ist es erwünscht, Druckluft für anderweitige Verwendungszwecke, beispielsweise zur Kabinen-Druckbelüftung, für die Klimaanlage und zum Enteisen sowie für andere Aufgaben zur Verfügung zu haben. Man hat die benötigte Druckluft bisher im allgemeinen dem Verdichter des Triebwerks entnommen, weil der Verdichter Druckluft bei vielen verschiedenen Drücken erzeugt. Durch Entnahme an einer geeigneten Stelle eines mehrstufigen Axialverdichters kann die Luft im wesentlichen mit jedem beliebigen Druck erhalten werden. Die Entnahme der Luft aus dem Triebwerkskreislauf setzt natürlich die Leistung des Triebwerks herab, doch ist dies unvermeidlich, wenn der Verdichter als Druckluftquelle verwendet wird. Bei Verdichtern, bei welchen Luft entnommen wird, ist es zweckmäßig, die Abstände zwischen den Laufschaufeln und dem diese umgebenden Mantel sehr klein zu halten, damit störende aerodynamische Wirkungen vermieden werden. Es sind schon viele Einrichtungen für die Entnahme von Druckluft aus dem Bereich des äußeren Endes der Laufschaufeln durch den Ständermantel, d. h. am Außendurchmesser des Läufers entwickelt worden. Infolge der Fliehkraftwirkung des Verdichters führt die so entnommene Druckluft jedoch Schmutz, Öl und Fremdkörper mit, so daß die Druckluft im allgemeinen gefiltert werden muß, bevor sie verwendet werden kann. Darüber hinaus sind auch schon Einrichtungen entwickelt worden, welche Druckluft im inneren Durchmesserbereich des Verdichters entnehmen, wo die Druckluft relativ rein ist. Bei Verwendung dieser Einrichtungen zur Entnahme von Druckluft im inneren Durchmesserbereich ist im allgemeinen ein Deckband an den Lauf- oder Leitschaufeln vorgesehen, damit unerwünschte Kreislaufströmungen vermieden und die zur Luftentnahme geschlitzten Bauelemente verstärkt und gesichert werden.

Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der USA.-Patentschrift 2 848155 bekannt. Diese dient der Grenzschichtbeeinflussung an der Läufernabe und ist dementsprechend ausgebildet.

Die Luftentnahmeöffnungen erstrecken sich über den gesamten Läuferumfang und weisen eine Höhe auf, die im wesentlichen der durchschnittlichen Grenzschichtdicke an der Läufernabe entspricht. Sie sind entgegen der Strömungsrichtung geöffnet.

Eine solche Anordnung ist jedoch unzulänglich für die Entnahme relativ großer Luftmengen, die als Arbeitsmedium vorgesehen sind, da die Luft im Grenzschichtbereich energiearm ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Luftentnahmevorrichtung an einem mehrstufigen Axialverdichter zu schaffen, die es unter Ausnutzung der in der Strömung enthaltenen Energie ermöglicht, dem Verdichter große Luftmengen zu entnehmen, ohne daß die aerodynamischen Verhältnisse im Verdichter wesentlich beeinflußt werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Luftentnahmeöffnungen an der Druckseite der hohlen Leitschaufeln angeordnet sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Luftentnahmeöffnungen ergibt sich daraus, daß diese aus im wesentlichen rechteckigen Schlitzen bestehen. Die Querschnittsfläche jedes dieser Schlitze ist vorteilhafterweise wenigstens gleich der kleinsten Querschnittsfläche des Strömungskanals in der entsprechenden Leitschaufel.

ίο Die erfindungsgemäße Ausbildung der Luftentnahmevorrichtung ermöglicht die im Zusammenhang mit der Aufgabe beschriebenen Vorteile auf einfachste und effektive Weise, wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ergibt, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Axialverdichters mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entnahme von Luft zwischen den Stufen eines Verdichters,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung einer hohlen Leitschaufel mit einem der Nabe benachbart liegenden Luftentnahmeschlitz und

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine hohle Leitschaufel entlang der Linie 3-3 der F i g. 1.

In F i g. 1 ist der mittlere Teil eines mehrstufigen Axialverdichters im Längsschnitt dargestellt. Dieser besitzt einen Läufer 10, auf dem in üblicher Weise die Laufschaufeln 12 befestigt sind, die ein Flügelprofil haben. Der Ständermantel 14 ist mit den übliehen, einwärts gerichteten, radialen Leitschaufeln 16 versehen, die ebenfalls ein Flügelprofil aufweisen. Die zu komprimierende Luft strömt durch den Kanal 18, der nach außen von dem Ständermantel 14 und nach innen von der Wand 20 des Läufers 10 begrenzt wird.

Um einer Zwischenstufe dieses mehrstufigen Axialverdichters Druckluft entnehmen zu können, ist die Entnahmevorrichtung derart ausgebildet, daß wenigstens einige der Leitschaufeln 16, vorzugsweise jedoch alle Leitschaufeln einer Stufe hohl ausgebildet sind. Jede dieser hohlen Leitschaufeln besitzt einen Innenkanal 22, der das Leitschaufelblatt und den außerhalb des Gehäuses befindlichen Leitschaufelträger 24 durchsetzt. Damit aerodynamische Störungen weitestgehend vermieden werden und nur reine Luft ent-. nommen wird, erfolgt die Entnahme zwischen den Stufen in unmittelbarer Nähe der Nabenwand 20 bzw. im Bereich des Innendurchmessers des Läufers. Zu . diesem Zweck ist, wie.F.ig. 2 und 3 erkennen lassen, in der konkaven oder Druckfläche 28 der Leitschaufel 16 eine Öffnung, vorzugsweise in Form eines rechteckigen Schlitzes 26, angeordnet. Im Gegensatz zu der in Strömungsrichtung rückwärtigen konvexen Saugfläche 30 ist die vordere Druckfläche 28 aerodynamisch unkritisch. Etwaige ungünstige aerodynamische Wirkungen des Schlitzes werden dadurch auf ein unwesentliches Ausmaß herabgesetzt, daß dei Schlitz 26 vorzugsweise gegenüber der Stirnkante der Druckfläche zurückversetzt ist und parallel zur Nabenwand 20 verläuft. Da nur in der vorderen Schaufelwand der Schlitz 26 angeordnet ist, strömt die eintretende Druckluft radial auswärts durch diesen hindurch in die hohle Leitschaufel 16 bis zui Außenseite des Mantels 14. Zum Sammeln der Druckluft und zu ihrer Zuführung zu einem Verbraucher befindet sich an dem Mantel ein ringförmiger Sammelkanal 32, in welchen die Durchtrittsöffnungen im Ständermantel 14 einmünden.

Jede Leitschaufel muß eine genügende Festigkeit haben, auch wenn sie im allgemeinen aus dünnem Blech besteht, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist. Sie ist daher im Innern durch eine geeignete Stützkonstruktion 34 abgestützt, die die Luftströmung nicht beeinträchtigt. Der Schlitz 26 erstreckt sich nicht ganz bis zur Vorder- und zur Hinterkante 36 bzw. 38 der Schaufel 16. Die zur Erzielung der höchsten Festigkeit kleinsten aerodynamischen Störung und optimalen Druckausgleichs zweckmäßigste Ausbildung wird erreicht, wenn die radiale Tiefe des Schlitzes im wesentlichen dem Maß der Zurückversetzung gegenüber den Kanten entspricht.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Fläche des einzelnen Schlitzes möglichst klein zu wählen und alle Leitschaufeln einer Stufe mit derartigen Schlitzen zu versehen. In diesem Fall kann der einzelne Schlitz kleiner sein, als wenn nur einige Leitschaufeln mit Schlitzen versehen sind, da die Gesamtmenge der entnommenen Luft von der Schlitzfläche pro Leitschaufel multipliziert mit der Anzahl der Leitschaufeln abhängt. Die letztgenannte Maßnahme hat ferner den Vorteil, daß Druckungleichheiten und Strömungsstörungen auf ein Minimum gerabgesetzt werden. Ferner wird durch die Anordnung von Schlitzen in allen Leitschaufeln einer Stufe erreicht, daß bei der Entnahme einer maximalen Luftmenge und minimaler aerodynamischer Störung die einzelnen Leitschaufeln kleiner und dünner ausgebildet werden können.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Luftentnahmevorrichtung an einem mehrstufigen Axialverdichter mit hohl ausgebildeten Leitschaufeln und mindestens einer Luftentnahmeöffnung im radial inneren Bereich des Strömungskanals, die an dem der Läufernabe zugewandten Ende der hohlen Leitschaufeln vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftentnahmeöffnungen (26) an der Druckseite (28) der hohlen Leitschaufeln (16) angeordnet sind.

2. Luftentnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftentnahmeöffnung aus einem im wesentlichen rechteckigen Schlitz (26) besteht.

3. Luftentnahmevorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Schlitzes (26) wenigstens gleich der kleinsten Querschnittsfläche des Strömungskanals in der Leitschaufel (16) ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen