DE1628261C - Air extraction device on axial compressors - 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.The invention relates to an air extraction device on a multistage axial compressor with a hollow formed guide vanes and at least one air extraction opening in the radial inner area of the flow channel, which is provided at the end of the hollow guide vane facing the rotor hub is.

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 Verdichtem, 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.In aircraft gas turbine systems with multistage axial compressors, it is desirable to use compressed air for other uses, for example for cabin pressure ventilation, for air conditioning and available for de-icing and other tasks. You have the compressed air you need hitherto generally taken from the compressor of the engine, because the compressor is compressed air generated many different pressures. By removal at a suitable point of a multi-level Axial compressor, the air can be obtained with essentially any pressure. The removal Of course, the air from the engine circuit reduces the performance of the engine, but it is this is inevitable when the compressor is used as a source of compressed air. At compressors, at which air is taken, it is useful to determine the distances between the blades and the to keep this surrounding jacket very small, so that disruptive aerodynamic effects are avoided. There are already many facilities for the extraction of compressed air from the area of the outside The end of the blades through the stator shell, d. H. developed on the outside diameter of the rotor been. As a result of the centrifugal force of the compressor, the. compressed air removed in this way, however Dirt, oil and foreign matter with it, so that the compressed air must generally be filtered before it can be used. In addition, facilities have already been developed which Take compressed air in the inner diameter area of the compressor, where the compressed air is relatively pure. When using these devices for the extraction of compressed air in the inner diameter range is in generally a shroud is provided on the rotor blades or guide vanes to prevent undesired circulatory flows avoided and reinforced and secured the slotted components for air extraction will.

Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der USA.-Patentschrift 2 848 155 bekannt. Diese dient der Grenzschichtbeeinflussung an der Läufernabe und ist dementsprechend ausgebildet.Such a device is e.g. Known from US Pat. No. 2,848,155. This serves the boundary layer influence on the rotor hub and is designed accordingly.

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.The air extraction openings extend over the entire circumference of the runner and have a height which corresponds essentially to the average boundary layer thickness at the rotor hub. she are open against the direction of flow.

Eine solche Anordnung ist jedoch unzulänglich für die Entnahme relativ großer Luftmengen, die als Arbeitsmedium vorgesehen sind, da die Luft im Grenzschichtbereich energiearm ist.However, such an arrangement is inadequate for the extraction of relatively large amounts of air, which as Working medium are provided because the air in the boundary layer area is low in energy.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Luftentnahme-Vorrichtung 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 wesentlieh beeinflußt werden.The object of the invention is to provide an air extraction device on a multistage axial compressor to create, which makes it possible to use the energy contained in the flow, the compressor to remove large amounts of air without the aerodynamic conditions in the compressor essential to be influenced.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Luftentnahmeöffnungen an der Druckseite der hohlen Leitschaufeln angeordnet sind.The object is achieved according to the invention in that the air extraction openings are arranged on the pressure side of the hollow guide vanes.

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.An advantageous embodiment of the air extraction openings results from the fact that these are made of im substantial rectangular slots exist. The cross-sectional area of each of these slots is advantageous at least equal to the smallest cross-sectional area of the flow channel in the corresponding Vane.

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 zeigtThe inventive design of the air extraction device enables the context with the task described advantages in the simplest and most effective way, as can be seen from the following Description of an embodiment results, which is shown in the drawings. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Axialverdichters mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entnahme von Luft zwischen den Stufen eines Verdichters,1 shows a longitudinal section through part of an axial compressor with the device according to the invention for extracting air between the stages of a compressor,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung einer hohlen Leitschaufel mit einem der Nabe benachbart liegenden Luftentnahmeschlitz undF i g. Figure 2 is a perspective view of a hollow vane with one of the hub adjacent lying air extraction slot and

F i g. 3 einen Querschnitt durch eine hohle Leitschaufel entlang der Linie 3-3 der F i g. 1.F i g. 3 is a cross-section through a hollow guide vane along line 3-3 of FIG. 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 üblichen, 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.In Fig. 1 shows the middle part of a multistage axial compressor in longitudinal section. This has a rotor 10 on which the rotor blades 12 are fastened in the usual way, which have an airfoil to have. The stator jacket 14 is provided with the usual, inwardly directed, radial guide vanes 16 provided, which also have a wing profile. The air to be compressed flows through the duct 18, which is bounded on the outside by the stator jacket 14 and on the inside by the wall 20 of the rotor 10 will.

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 entnommen 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.Eig. 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.To an intermediate stage of this multi-stage axial compressor To be able to remove compressed air, the extraction device is designed such that at least some of the guide vanes 16, but preferably all of the guide vanes of a stage, are hollow. Each of these hollow guide vanes has an inner channel 22, which is the guide vane and the outside of the housing located guide vane carrier 24 penetrated. Thus aerodynamic disturbances as far as possible are avoided and only clean air is extracted, the extraction takes place between the Steps in the immediate vicinity of the hub wall 20 or in the area of the inner diameter of the rotor. to this purpose is how.Eig. 2 and 3 reveal in the concave or pressure surface 28 of the guide vane 16 an opening, preferably in the form of a rectangular one Slot 26, arranged. In contrast to the convex back in the direction of flow Suction surface 30, the front pressure surface 28 is aerodynamically uncritical. Any unfavorable aerodynamic Effects of the slot are thereby reduced to an insignificant extent that the dei Slot 26 is preferably set back from the front edge of the printing surface and parallel to the Hub wall 20 runs. Since the slot 26 is only arranged in the front blade wall, there is a flow the incoming compressed air radially outward through this through into the hollow guide vane 16 up to i Outside of the jacket 14. To collect the compressed air and to supply it to a consumer there is an annular collecting channel 32 on the jacket, in which the passage openings in the Stand jacket 14 open.

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.Each guide vane must have sufficient strength, even if it is generally made of thin Sheet is made, as shown in FIG. 3 is shown. It is therefore inside by a suitable support structure 34 supported, which does not affect the air flow. The slot 26 does not extend all the way up to the leading and trailing edges 36 and 38, respectively, of the blade 16. Those to achieve the highest strength smallest aerodynamic disturbance and optimal pressure equalization most appropriate training is achieved when the radial depth of the slot is substantially opposite the amount of setback corresponds to the edges.

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.It has proven to be useful to choose the area of the individual slot and as small as possible to provide all guide vanes of a stage with such slots. In this case, the single slot can be smaller than if only some of the vanes are slotted, since the total amount of extracted air from the slot area per guide vane multiplied by the number of guide vanes depends. The last-mentioned measure also has the advantage that pressure inequalities and flow disturbances are reduced to a minimum. Furthermore, it is achieved by the arrangement of slots in all guide vanes of a stage that in the Extraction of a maximum amount of air and minimal aerodynamic disturbance to the individual guide vanes can be made smaller and thinner.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 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.1. Air extraction device on a multistage axial compressor with a hollow design Guide vanes and at least one air extraction opening in the radially inner area of the Flow channel, which is provided at the end of the hollow guide vanes facing the rotor hub is, characterized in that the air extraction openings (26) on the pressure side (28) of the hollow guide vanes (16) are arranged. 2. Luftentnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftentnahmeöffnung aus einem im wesentlichen rechteckigen Schlitz (26) besteht.2. Air extraction device according to claim 1, characterized in that the air extraction opening consists of a substantially rectangular slot (26). 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.3. Air extraction device according to claims 1 and 2, characterized in that the cross-sectional area of the slot (26) at least equal to the smallest cross-sectional area of the Flow channel in the guide vane (16) is. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings