DE2135286A1 - RUNNER AND GUIDE WHEEL GRILLE FOR TURBO MACHINERY - Google Patents

Description

Lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen Die Erfindung betrifft ein Lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen, bei denen auf den kanalbegrenzenden Wänden als Grenzschichtzäune dienende Leitelemente zur Verhinderung der Sekundärströmung angebracht sind, nach Patent ................ (Patentanmeldung P 19- 37 395.6). Runner and stator grids for turbo machines The invention relates an impeller and guide wheel grille for turbo machines, where on the channel limiting Guiding elements that serve as boundary layer fences to prevent the secondary flow are attached, according to patent ................ (patent application P 19- 37 395.6).

Der Strömungsverlauf der wandnahen Fluidschichten in den Schaufelkanälen von Strömungsmaschinen wird bekanntlich maßgeblich vom Druckgradientenfeld der Primärströmung, vom Geschwindigkeitsgradienten der Grenzschicht der ankommenden Strömung und in Rotoren zusätzlich von den Fliehkräften bestimmt. Die Stromlinien der verzögerten wandnahen Schichten besitzen in der Nähe der Saugseite starke Radialkomponenten und sind an den Begrenzungswänden (Deckband, Nabe oder Gehäuse) oder im Spalt zwischen Schaufelende und Gehäuse (Nabe) quer zur Hauptströmung gerichtet.The flow path of the fluid layers close to the wall in the blade channels of fluid flow machines is known to be determined by the pressure gradient field of the primary flow, from the velocity gradient of the boundary layer of the incoming flow and in Rotors also determined by centrifugal forces. The streamlines of the delayed layers close to the wall have strong radial components near the suction side and are on the boundary walls (shroud, hub or housing) or in the gap between Blade end and housing (hub) directed transversely to the main flow.

Diese unerwünschten sekundären Fluidbewegungen, die kurz als Sekundärströmung bezeichnet werden, sind die Ursache großer zusätzlicher Verluste. In der Kontaktzone zwischen Primär- und Sekundärströmung werden die örtlichen Geschwindigkeiten und Richtungen der Primärströmung infolge der Sekundärbewegung mittels der auftretenden Zähigkeitskräfte stark verändert. Der Transport der Wandgrenzschichten der Zuströmung und der Wandgrenzschichten im Gitter zu den Profilsaugseiten führt in den Randzonen oft zur Ablösung der Strömung vom Profil. Diese Ablösungen können bei starker Umlenkung und bei kurzen Schaufeln die gesamte Kanalhöhe erfassen.These undesirable secondary fluid movements, briefly called secondary flow are the cause of large additional losses. In the contact zone between the primary and secondary flow are the local velocities and Directions of the primary flow as a result of the secondary movement by means of the occurring Toughness forces changed greatly. The transport of the wall boundary layers of the inflow and the wall boundary layers in the grid lead to the profile suction sides in the edge zones often to detach the flow from the profile. These detachments can occur with strong deflection and record the entire height of the duct with short blades.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, auf den kanalbegrenzenden Wänden zur Vermeidung dieser nachteiligen Vorgänge Leitbleche anzuordnen (OS 1 937 395). Umfangreiche Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Aufgabe, den Sekundärströmungen so entgegenzuwirken, daß ihre schädlichen Auswirkungen vermieden und daß durch Vermischung von Grenzschicht und Primärströmung an den Kanten der Leitelemente die Grenzschichtmengen so abgebaut werden, daß das bekannte extreme Anschwellen der Grenzschicht beim Durchtritt des Fluids durch mehrere Stufen vermieden wird, nur unter besonderen Bedingungen optimal gelöst werden kann. Erfindungsgemäß wird als Lösung hierfür vorgeschlagen, auf der inneren und äußeren Begrenzungswand der Schaufelkanäle nur je ein Leitblech oder dünnes Profil angepaßter Höhe vorzusehen, das in der Nähe der Saugseite der Schaufeiprofile etwa im Abstand von einem Drittel der Kanalbreite von dieser entfernt vorgesehen wird. Es hat sich in Versuchen gezeigt, daß durch Anwendung dieser Lehre eine weitgehende Beseitigung der bekannten durch die Sekundärströmung hervorgerufenen schädlichen Erscheinungen verzicht werden kann.It has already been suggested on the duct-defining walls to arrange guide plates to avoid these disadvantageous processes (OS 1 937 395). Extensive tests have shown, however, that the task of the secondary currents to counteract them in such a way that their harmful effects are avoided and that by mixing of boundary layer and primary flow at the edges of the guide elements, the boundary layer quantities be reduced in such a way that the known extreme swelling of the boundary layer upon passage of the fluid is avoided through several stages, only under special conditions can be optimally solved. According to the invention it is proposed as a solution for this, only one guide plate each on the inner and outer boundary wall of the vane channels or to provide a thin profile of adapted height that is close to the suction side of the Schaufeiprofile at a distance of about a third of the channel width away from this is provided. It has been shown in experiments that by applying this teaching an extensive elimination of the known ones caused by the secondary flow harmful phenomena can be dispensed with.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, und zwar zeigt Fig. 1 einen Ausschnitt aus d- Gitter einer axialen Turbomaschine Fig. 2 einen Meridianschnitt durch das Laufrad und den Leitapparat eines Radialverdichters Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig.-3.The drawing shows exemplary embodiments of the subject matter of the invention, namely, Fig. 1 shows a section of d-grid of an axial turbo machine 2 shows a meridional section through the impeller and the guide device of a radial compressor 3 shows a section along the line III-III in FIG. 2; FIG. 4 shows a section the line IV-IV in Fig. -3.

Bei dem Schaufelgitter nach Fig. 1 sind die Schaufeln 1 mit ihren Schaufelfüßen im Nabenring 2 befestigt. Ihre Enden tragen ein Deckband- 3, das die Strömungskanäle 4 zwischen je zwei Schaufeln 1 außen begrenzt. Auf den äußeren und inneren Begrenzungswänden 5, 6 der Strömungskanäle 4 ist in der Nähe der Saugseite 7 der Schaufeln 1 je ein als Grenzschichtzaun dienendes Leitelement 8, 9 im Abstand von etwa einem Drittel der Kanalweite b von der Saugseite 7 der Schaufel 1 angebracht. Die Leitelemente 8, 9 besitzen zugeschärfte An- und Abströmkanten 10 bzw. 11 und beginnen nicht unmittelbar an der Gitterfront sondern in einem Abstand a vom Staupunkt der Schaufelprofile, der etwa 20 % der Kanalbreite beträgt. Die Anströmkante der Leitelemente 8, 9 steigt erst nach einigen Millimetern Lauflänge auf ihre volle Höhe H an. Sie ist etwas größer als die Dicke der örtlichen Grenzschicht. Die Leitelemente 8, 9 sind möglichst dünn gehalten. Ihre Stärke d beträgt zwischen 0,3 und 1 mm.In the blade grid according to FIG. 1, the blades 1 are with their Blade feet fastened in the hub ring 2. Their ends wear a shroud 3, which the Flow channels 4 bounded on the outside between two blades 1 each. On the outer and inner boundary walls 5, 6 of the flow channels 4 is in the vicinity of the suction side 7 of the blades 1 each have a guide element 8, 9 serving as a boundary layer fence at a distance about a third of the channel width b from the suction side 7 of the blade 1 attached. The guide elements 8, 9 have sharpened inflow and outflow edges 10 and 11, respectively do not begin directly at the grid front but at a distance a from the stagnation point the blade profile, which is about 20% of the channel width. The leading edge of the Guide elements 8, 9 only rise to their full length after a few millimeters Height H. It is slightly larger than the thickness of the local boundary layer. The guiding elements 8, 9 are kept as thin as possible. Their thickness d is between 0.3 and 1 mm.

Claims (6)

Patentansprüche Claims 7i lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen mit zur Unterdrückung der Sekundärströmung dienenden Leitelementen nach Patent ............ (Patentanmeldung P 19 37 395.6), dadurch gekennzeichnet, daß auf den kanalbegrenzenden Wänden zwischen je zwei Schaufeln in der Nähe der Saugseite jeder Schaufel nur ein Leitelement angebracht ist, dEssen Höhe dem etwa 1,1-fachen Betrag der örtlichen Grenzschichtdicke entspricht.7i runner and stator grille for turbo machines with for suppression the secondary flow serving guide elements according to patent ............ (patent application P 19 37 395.6), characterized in that on the channel-delimiting walls between Only one guide element is attached to every two blades in the vicinity of the suction side of each blade is, the height corresponds to about 1.1 times the amount of the local boundary layer thickness. 2. Lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Leitelements von der Saugseite der Schaufelprofile etwa ein Drittel der Kanalweite beträgt. 2. impeller and stator grille for turbo machines according to claim 1, characterized characterized in that the distance between the guide element and the suction side of the blade profiles is about a third of the channel width. 3. Lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abstand der-Leitelemente von der Saugseite des Schaufelprofils in Strömungsrichtung verringert. 3. impeller and stator grille for turbo machines according to claim 1, characterized characterized in that the distance of the guide elements from the suction side of the blade profile reduced in the direction of flow. 4. Lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkanten der Leitelemente entsprechend dem Geschwindigkeitsverlauf in der Grenzschicht verçunden und die Abströmkanten geschärft sind. 4. impeller and stator grille for turbo machinery according to claim 1 to 3, characterized in that the leading edges of the guide elements according to the Compound the velocity curve in the boundary layer and sharpen the trailing edges are. 5. Lauf- und Leitradgitter für Turbomaschinen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente erst in einem Abstand von etwa einem Viertel der Gitterbreite auf der Saugseite der Schaufeiprofile beginnen.5. impeller and stator grille for turbo machinery according to claim 1 to 3, characterized in that the guide elements only at a distance of about one Start quarter of the grid width on the suction side of the scoop profiles. 6. Lauf- und teitradgitter für Turbomaschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüches dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente schon vor den Schaufelhinterkanten enden6. Runner and teitradgitter for turbo machines according to one of the preceding Claims characterized in that the guide elements are already in front of the blade trailing edges end up