DE2102804A1

DE2102804A1 - Stromungsmaschine

Info

Publication number: DE2102804A1
Application number: DE19712102804
Authority: DE
Inventors: Michael Edward West Hallam Derby House (Großbritannien) P FOIl 1 04
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1970-01-28
Filing date: 1971-01-21
Publication date: 1971-08-12
Also published as: GB1284341A; FR2077376A1; FR2077376B1

Description

Patentanwälte

DIpI. Ν-C. Wallach 2 102 8 QA München, den 21. Januar 1971

Dipl. Ing. G. Koch
Dr. T. Haibach 13033 κ-r

München 2

Kaufingerstr. 8, Tel. 240275

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.

S trÖmungsmas chine

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine und insbesondere aber nicht ausschließlich ein Gasturbinen-Strahltriebwerk mit Frontgebläse, bei welchem ein Gebläse relativ großen Durchmessers in einem Gebläsekanal umläuft, der teilweise ein Gehäuse umschließt, in dem ein Gasturbinen-Gasgenerator stromunterseitig des Gebläses angeordnet ist, der dieses antreibt und einen Teil des Gebläseluftausganges empfängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das betriebsmäßige Geräusch des Frontgebläses zu vermindern und insbesondere den Lärm zu reduzieren, der eine Folge des Zusammenwirkens dep Sogwellen zwischen der Gebläsestufe und einer oder mehreren Auslaßleitschaufeln ist, die zwischen dem Gasgeneratorgehäuse und dem Gebläsekanal untergebracht sind, woJbei die Leitschaufeln auch als Träger des Gasgeneratorgehäuses dienen und dieses vom Gebläsekanal abstützen.

Die Erfindung geht aus von einer Strömungsmaschine mit einem ringförmigen Strömungskanal, in dem ein Ring von Läuferschaufeln angeordnet 1st. Erfindungsgemäß ist die Anordnung dabei derart getroffen, daß wenigstens eine Schaufel stromunterseitig des aus Läuferschaufeln bestehenden

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Ringes angeordnet ist, wobei die oder jede Schaufel sich über den Kanal erstreckt und in Umfangsrichtung derart gebogen ist, daß wenigstens ein Teil des Vorderrandes in einer Ebene liegt, die im wesentlichen senkrecht auf derjenigen Ebene steht, die die Sogströme (Wakes) enthält, die im Betrieb von einer oder mehreren der Rotorschaufein abströmen, wodurch das Zusammenwirken der Sogwirbel zwischen den Schaufeln und der genannten erfindungsgemäßen Schaufel im wesentlichen eliminiert oder vermindert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht wenigstens eine der Ringwände des Kanals aus Schalldämpfungsmaterial oder enthält solches Schalldämpfungsmaterial wenigstens in jenem Bereich, wo die Schaufel mit der Wandung verbunden ist.

Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Schaufeln in Form eines Ringes angeordnet.

Gemäß einer bevorzugten Ausftihrungsform ist das innere Ende einer jeden Schaufel etwa tangential verlaufend an der Innenwand des Kanals befestigt.

Vorzugsweise ist jede Schaufel im Winkel so gebogen, daß sie im Gegensinn zur Winkeldrehung der Rotorschaufeln verläuft.

Der Kanal kann der Gebläsekanal eines Gebläse-Gasturbinenstrahl tri ebwerks sein, und die Schaufeln können als Leitschaufeln ausgebildet sein. Statt dessen oder zusätzlich kann der Kanal vorzugsweise ein Verdichterkanal oder ein Turbinenkanal eines Gasturbinenstrahltriebwerks sein, und

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dabei ist jede Schaufel der erfindungsgemäßen Bauart als Leitschaufel ausgebildet. So kann der Kanal ein Zwischendruckkanal eines Dreiwellen-Gasturbinenstrahltriebwerke sein.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine schematische teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Strömungsmaschine in Gestalt eines Frontgebläse-Gasturbinenstrahltriebwerke;

Figur2 eine Rückansicht des Triebwerks nach Figur 1 in Richtung des Pfeiles 2 betrachtet}

Figur 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer Gebläse-Rotorschaufel und einer Auslaßleitschaufel, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist, wobei diese Darstellung einen größeren Maßstab besitzt.

Die Zeichnung zeigt eine Strömungsmaschine in Gestalt eines Frontgebläse-Gasturbinenstrahltriebwerke 10 mit einem ringförmigen Gebläsegehäuse 11, das teilweise das Ringgehäuse 12 eines Gasturbinen-Gasgenerators umgibt.

Der Gasturbinen-Gasgenerator innerhalb des Gehäuses 12 weist in herkömmlicher Weise einen Verdichter, eine Verbrennungseinrichtung, eine Turbine und eine Abgasdüsenanordnung in axialer Aufeinanderfolge auf. Der Gasturbinen-Gasgenerator besitzt einen Einlaß 13am stromoberseitigen Ende und strom-

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oberseitig dieses Einlasses 13 befindet sich eine rotierende Nabe ih_f die antriebsmäßig über eine nicht dargestellte Welle mit der Turbine des Gasturbinen-Gasgenerators verbunden ist· Die Nabe ]k trägt einen Ring von Gebläseschaufeln 15, die sich mit der Nabe drehen* Bin Teil der'vor dem Gebläse 15 verdichteten Luft strömt in den Gebläsekanal 16, während der andere Teil durch den Gasturbinen-Gasgenerator am Einlaß 13 eingesaugt wird.

Stromunterseitig des Gebläses 15 wird das Gasgenerator-Gehäuse 12 von dem Gebläsegehäuse 11 über einen Ring von im wesentlichen stromlinienförmig gestalteten Auslaßleitschaufeln 17 getragen. Vie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich, erstreckt sich jede Auslaßleitschaufel 17 im wesentlichen tangential zum Gasgeneratorgehäuse 12 und ist in Uafangsrichtung über die gesamte Ausdehnung über den Gebläsekanal

16 abgebogen. Die Figuren 2 und 3 zeigen duroheinen Pfeil die Drehrichtung der Gebläseschaufeln 15 an, und es ist ersichtlich, daß die Auslaßleitschaufeln 17 in einer Richtung abgebogen sind, die der Drehrichtung der Gebläseschaufeln 15 entgegengesetzt ist. Dies stellt jedoch nur ein Beispiel dar, und die Richtung der Abbiegung der Auslaßleitschaufeln

17 hängt mehr von den StrömungsCharakteristiken der Gebläseluft ab.

Im folgenden wird auf Figur 3 der Zeichnung Bezug genommen: Jede Gebläseschaufel 15 weist einen Vorderrand 21 und einen Hinterrand 22 auf, und jede Auslaßleitschaufel 17 besitzt einen Vorderrand 2h und einen Hinterrand 25· Vie deutlich aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich, erstreckt sich bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Hinterrand Zh einer gegebenen Auslaßleitschaufel 17 in einem spit-

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zen Winkel gegenüber dem jeweiligen Hinterrand 22 der Gebläse-Rotorschaufeln 15· Dies ist jedoch wiederum nur eine beispielsweise Darstellung, weil der jeweils wirklich zu wählende Winkel von dem Betrag der "Verdrillung" auf dem "Band" des von den Rotorschaufeln 15 abströ-

abhängt es
menden Wirbels^ und dies ist wiederum abhängig von einer Anzahl von Betriebsparametern, z. B. der Massenströmung oder der Axialgeschwindigkeit der Luft oder der Umlaufgeschwindigkeit der Schaufeln.

Der vorstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschriebene Aufbau besitzt Vorteile im Hinblick auf eine Lärmverminderung. Es ist bekannt, daß eine Lärmquelle bei Gasturbinenstrahltriebwerken allgemein in dem Zusammenwirken von Wirbeln abßdft cfie von einem drehbaren Schaufelring und von einem stationären Schaufelring Stromunterseitig des ersteren ausgehen.

Es hat sich gezeigt, daß der Lärmpegel abhängig ist von der Art und Weise, in der die Wirbelbänder (ribbons of wake) um die Schaufeln herum fließen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Störung der Luftströmung über die Schaufeln in hohem Maße vermindert werden kann, wenn diese "Wirbelbänder" im wesentlichen längs der Sehnenoberflächen der Schaufeln 31 abfließen und nicht über die gesamte Länge, d. h. über dieradiale Erstreckung der Schaufeln gleichzeitig zusammenwirken, wie dies bei konventionellen Strömungsmaschinen der Fall ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Schaufeln 17 so angeordnet, daß ein gleichzeitige· Zusammenwirken der "Wirbelbänder" längs der gesamten Länge der Schaufeln

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17 nicht nur vermindert wird, sondern die / lordnung ist derart getroffen, daß dieses Zusammenwirken bei gewissen Bedingungen im wesentlichen vermieden wird, wenn die Auslaßleitschaufeln in Umfangsrichtung gekrümmt werden.

Dies ist schematisch in Figur 3 dargestellt. Die Linien 30 in Figur 3 repräsentieren die radialen Grenzen der "Wirbelbänder" _t die von dem Hinterrand 22 einer Gebläse- -rotorschaufel 15 abfließen und in den Gebläsekanal 16 eintreten, wo dieses "Band" mit einer Auslaßleitschaufel 17 zusammenwirkt. Obwohl jedes Band sich über mehrere Auslaßlei tschauf ein 17 erstreckt, ist seine Bewegung relativ zu diesen Leitschaufeln so, daß eine minimale Störung der ärodynamisehen Gesamtlast jeder Leitschaufel gewährleistet ist. Dies ist eine Folge der in Umfangsrichtung verlaufenden Krümmung der Leitschaufeln 17 derart, daß sie ständig im wesentlichen senkrecht gegenüber den "Wirbelbändern" angeordnet sind.

Ein weiteres bevorzugtes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß dann, wenn bei einer Falschauslegung die Voraussetzungen für einen minimalen, durch das Zusammenwirken

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der Wirbel entstehenden Lärm nicht «dbBOuag«PCT» ein beträchtlicher Anteil der Schallwellen von den Leitschaufein 17 reflektiert oder emittiert wird und sich nach dem Gasgeneratorgehäuse 12 und/oder nach der Innenwand des Gebläsekanals 16 ausbreitet.

Der betriebsmäßige Lärm des Triebwerks IO wird weiter dadurch vermindert, daß Schallabsorptionsmaterial auf die Kanaloberflächen aufgebracht wird, wie dies schematisch durch

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die Kreuzschraffur 35 in Figur 1 dargestellt ist. Diese Auskleidung ist auf der Innenwand des Gebläsekanals 16 und auf der Außenwand des Gasgeneratorgehäuses 12 angebracht. Der Grund dafür besteht darin, daß die Auslaßleitschaufeln die Tendenz zeigen, den Lärm auf die Kanalwandungen zu reflektieren, innerhalb derer sie angeordnet sind.

Obgleich in Figur 2 sechs Auslaßleitschaufeln 17 dargestellt sind, kann erforderlichenfalls die Zahl der Ausiaßleitschaufeln abgewandelt werden, und in gewissen Fällen genügt es, nur eine Auslaßleitschaufel 17 vorzusehen.

Die Erfindung ist nicht nur anwendbar bei Frontgebläsetriebwerken der in der Zeichnung dargestellten Bauart, sondern kann auch bei in der Mitte oder hinten angeordneten Gebläsen benutzt werden und ist generell nützlich bei Strömungsmaschinen, bei dene**, ei*« Lärmverainderung angestrebt wird.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Reduktion von Lärm, der infolge des Zusammenwirkens von Virbein entsteht, die von Gebläserotorschaufeln und Auslaßleitschaufeln ausgehen, und das Problem des Zusammenwirkens von Wirbeln zwischein Einlaßleitschaufeln und benachbarten Rotorschaufeln kann in gleicher Weise behandeltwerden.

Patentansprüche *

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Claims

Patentansprüche

[1. !Strömungsmaschine mit einem Ringkanal_f in dem ein Ring ν_/von Rotorschaufeln und wenigstens eineTunterseitig der Rotorschaufeln angeordnete Leitschaufel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufel (17) oder die Leitschaufeln (17)» die sich über den Kanal (16) erstrecken, in Umfangsrichtung derart ab· gebogen sind, daß wenigstens ein Teil des Vorderrandes (24) in einer Ebene liegt, die im wesentlichen senkrecht zu der Ebene liegt, die die Wirbel enthält, die im Betrieb von einer oder mehreren Rotorschaufeln (15) abströmen, wodurch das Zusammenwirken von Wirbeln, die von den Schaufeln (i5) und den Leitschaufeln (17) ausgehen, beträchtlich vermindert oder eliminiert wird.
2. Strömungsmaschine nach Ansprth 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Ringwand (11) des Kanals (1O) aus Schallabsorptionsmaterial (35) hergestellt ist oder solches Material wenigstens in jenem Bereich enthält, wo die Leitschaufel (17) »it der einen Wandung (11) verbunden ist·
3* Strömungsmaschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring von Leitschaufeln (17) vorgesehen ist.
4. Strömungsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende jeder Schaufel (17) etwa tangential in die Innenwand (12) des Kanals (16) übergeht.

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5. Strömungsmaschine nach, den Ansprüchen 1 bis h_t dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Schaufel (17) in Vinkel derart abgebogen ist, daß sie entgegengesetzt zur ¥inkeldrehung des Rotors (15) verläuft.
6. Strömungsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal von dem Gebläsekanal (i6) eines Gebläse-Gasturbinenstrahltriebwerks (1O) gebildet wird, und daß die Schaufeln die Einlaß- oder Auslaßleitschaufeln (17) sind.

7* Strömungsmaschinenach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (16) der Verdichterkanal oder ein Gasturbinenkanal eines Gasturbinenstrahltriebwerks (1O) ist und daß die Schaufeln (17) die Einlaßoder Auslaßleitschaufeln (17) sind.

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