DE60029405T2 - Abriebbeständige Verdichterstufe - Google Patents

Abriebbeständige Verdichterstufe Download PDF

Info

Publication number
DE60029405T2
DE60029405T2 DE2000629405 DE60029405T DE60029405T2 DE 60029405 T2 DE60029405 T2 DE 60029405T2 DE 2000629405 DE2000629405 DE 2000629405 DE 60029405 T DE60029405 T DE 60029405T DE 60029405 T2 DE60029405 T2 DE 60029405T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
blade
housing
offset
tips
impact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE2000629405
Other languages
English (en)
Other versions
DE60029405D1 (de
Inventor
Mark Joseph Blanchester Mielke
Michael David West Chester Carroll
Mark Willard Middletown Marusko
James Edwin Mason Rhoda
David Edward Cincinnati Bulman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE60029405D1 publication Critical patent/DE60029405D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60029405T2 publication Critical patent/DE60029405T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08Sealings
    • F04D29/16Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/161Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/164Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of an axial flow wheel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/526Details of the casing section radially opposing blade tips
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/685Inducing localised fluid recirculation in the stator-rotor interface
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/11Shroud seal segments
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S415/00Rotary kinetic fluid motors or pumps
    • Y10S415/914Device to control boundary layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Compressor (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gasturbinentriebwerke und insbesondere darin vorhandene Verdichter.
  • In einem Flugzeugzweikreisturbinentriebwerk wird in vielfältigen Bläser- und Verdichterstufen durch mit Statorschaufeln zusammenwirkenden Laufschaufeln Luft verdichtet. Bläserluft wird verwendet, um Antriebsschub zu schaffen, und Verdichterluft wird mit Brennstoff vermischt und gezündet, um heiße Verbrennungsgase zu erzeugen, aus denen Energie durch Turbinenstufen entzogen wird, die den Verdichter und Bläser antreiben.
  • Ein seit vielen Jahren kommerziell eingesetztes herkömmliches Zweikreistriebwerk enthält einen Niedertemperaturbläser, der eine Anzahl Strömungsabrissnuten aufweist, die in der inneren Oberfläche des Bläsergussstücks ausgebildet sind; siehe GB-A-2 092 681 oder US-A-4 767 266. Die Strömungsabrissnuten verbessern die Abrissgrenze der Luft, während diese im Betrieb verdichtet wird.
  • Das Bläsergehäuse und seine Strömungsabrissnuten sind radial nahe an den Blattspitzen angeordnet, um den radialen Spalt oder die Toleranz zwischen ihnen während des Betriebs zu minimieren. Allerdings kann es während gewisser Einschwingbetriebsbedingungen des Triebwerks durch unterschiedliche Ausdehnung oder Kontraktion oder eine sonstige zwischen dem Statorgehäuse und den Laufschaufeln auftretende radiale Bewegung zu einem vorübergehenden Reiben der Laufschaufelspitzen an dem Gehäuse kommen. Laufschaufelspitzenreiben erzeugt Abrieb und Reibungswärme und unterwirft die Laufschaufelspitze und das Gehäuse örtlich hohen Belastungen. Wiederholtes oder ausgedehntes Spitzenreiben kann zu vorzeitigen Rissen in den Schaufelspitzen führen, was eine geeignete Reparatur oder eine Austausch der Laufschaufeln erfordert.
  • Spitzenreiben kann durch Erhöhen der nominalen Laufschaufelspitzentoleranz reduziert oder eliminiert werden, allerdings ergibt sich daraus eine entsprechende Verringerung des Triebwerkwirkungsgrads.
  • Auf die Blattspitzen können Abriebschichten aufgebracht werden, um deren Verschleiß durch Reiben mit dem Statorgehäuse zu minimieren. Allerdings sind die Abriebschichten selbst dem Verschleiß ausgesetzt und können nach einem Reiben an den zwischen den Strömungsabrissnuten liegenden Stegen frühzeitig zerstört werden. Außerdem kann sich der Einsatz abrasiver Spitzenbeschichtungen nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften des Schaufelwerkstoffs auswirken und selbst dessen Nutzungslebensdauer beschränken.
  • Um den Laufschaufelspitzenverschleiß während eines Reibenvorgangs auf ein Minimum zu reduzieren, können an der Innenseite des Stators abschleifbare Beschichtungen hinzugefügt werden. In Strömungsabrissnutkonstruktionen sind Beschichtungen, die ausreichend weich sind, um die Blattspitzen zu schützen, im Allgemeinen zu weich, um in einer erosiven Umgebung zu überdauern, und nützen sich ab, wobei sie große Spitzentoleranzen zurücklassen, die sich nachteilig auf den Betrieb und die Abrissgrenze des Triebwerks auswirken.
  • Bläser- oder Verdichterschaufelblätter sind gewöhnlich an dem Umfang einer Rotorscheibe befestigt, die herkömmliche Schwalbenschwänze verwendet, die nach Wunsch den Austausch einzelner Schaufeln erlauben. Allerdings erstrecken sich in einem einteiligen oder einstückigen beschaufelten Rad die Schaufeln unmittelbar ausgehend von der sie tragenden Scheibe und sind nicht individuell austauschbar, es sei denn sie werden von der Scheibe abgetrennt.
  • Angesichts dieser vielfältigen Gesichtspunkte sind herkömmliche Strömungsabrissnuten gewöhnlich auf Niedrigtemperaturbläseranwendungen beschränkt, bei denen sie aus einem Elastomermaterial ausgebildet sein können, um ein Beschädigung der Blattspitzen während eines dazwischen auftretenden Reibens zu verhindern. Allerdings arbeiten gegenwärtig entwickelte moderne Gasturbinentriebwerke mit im Verhältnis höheren Temperaturen in dem Bläser und Verdichter, was den Einsatz von Elastomermaterial für Strömungsabrissnuten verhindert. Die Strömungsabrissnuten müssen vielmehr aus einem hochfesten Metall ausgebildet sein, das die Blattspitzen während des Spitzenreibens erheblich abschleifen wird, was den praktischen Einsatz eines solchen Materials bedeutend einschränkt.
  • Es besteht daher ein Bedarf nach einer abriebbeständigen Verdichterstufe, die darin Strömungsabrissnuten aufweist.
  • Erfindungsgemäß ist ein Verdichtergehäuse geeignet konstruiert, um Blattspitzen in einer Verdichterstufe zu umgeben. Das Gehäuse weist Strömungsabrissnuten auf, wobei angrenzende Stege entsprechende lokale Spalte gegenüber den Blattspitzen definieren. Die Verdichterstufe weist einen Versatz zwischen wenigstens einem von den Flächen (38a) und den Laufschaufelspitzen auf, um lokal einen entsprechenden der lokalen Spalte größer als den nominellen Spalt zu machen, um ein Spitzenreiben an dem Versatz zu reduzieren, während die Spitzen an dem Gehäuse anlaufen.
  • Die Erfindung wird anhand bevorzugter und exemplarischer Ausführungsbeispiele zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen davon in der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren mehr im Einzelnen beschrieben:
  • 1 zeigt in einer Draufsicht von der Seite einen Abschnitt einer Gasturbinentriebwerksverdichterstufe mit einer Reihe von auf einer Scheibe angebrachten Laufschaufeln, die benachbart eines Statorgehäuse angeordnet sind, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
  • 2 zeigt eine isometrische Ansicht der Spitze einer der in 1 veranschaulichten Schaufeln längs der Schnittlinie 2-2.
  • 3 zeigt in einer vergrößerten Draufsicht von der Seite eine der Laufschaufelspitzen und das benachbarte Statorgehäuse, wie sie in 1 veranschaulicht sind, gemäß noch einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt in einer vergrößerten Draufsicht von der Seite eine der Laufschaufelspitzen und das benachbarte Statorgehäuse, wie sie in 1 veranschaulicht sind, gemäß noch einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt in einer vergrößerten Draufsicht von der Seite eine der Laufschaufelspitzen und das benachbarte Statorgehäuse, wie sie in 1 veranschaulicht sind, gemäß noch einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt in einer isometrischen Ansicht die in 5 veranschaulichte Laufschaufelspitze längs der Schnittlinie 6-6.
  • In 1 ist eine exemplarische Verdichterstufe 10 eines Zweikreisturbinentriebwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Verdichterstufe ist um eine mittige axiale Achse 12 achsensymmetrisch und enthält eine ringförmige Rotorscheibe 14, die durch einen (nicht gezeigten) Turbinenrotor angetrieben wird.
  • In Umfangsrichtung sind mehrere Rotorströmungsflächen oder Laufschaufeln 16 um den Umfang der Scheibe 14 herumbeabstandet angeordnet und ragen in einer einheitlichen einstückigen Konstruktion eines beschaufelten Rades von der Scheibe radial nach außen. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann die Laufschaufel 16 (nicht gezeigte) herkömmliche Schwalbenschwänze aufweisen, die abnehmbar in entsprechenden Schwalbenschwanznuten angebracht sind, die in dem Umfang der Scheibe in einer herkömmlichen Weise ausgebildet sind.
  • Jede Laufschaufel 16 weist, wie auch in 2 zu sehen, eine im Wesentlichen konkave Druckseite oder Seitenwand 18 und eine in Umfangsrichtung entgegengesetzte im Wesentlichen konvexe Saugseite oder Seitenwand 20 auf. Die beiden Seiten erstrecken sich radial ausgehend von einem Fuß 22 zu einer radial äußeren Spitze 24 und in axialer Richtung zwischen einer Vorderkante 26 und einer Hinterkante 28. Die Laufschaufel 16 ist für Bläser- oder Verdichteranwendungen gewöhnlich kompakt und weist eine glatte, im Wesentlichen ebene Spitze auf.
  • Der durch die Schaufeln und die Scheibe gebildete Rotor wirkt mit einer stromabwärts gelegenen Reihe von Statorschaufeln 30 zusammen, die feststehend oder, um deren Leistung zu steuern, schwenkbar sein können. Während des Betriebes strömt zwischen den Schaufeln 16 Umgebungsluft 32 axial stromabwärts, um verdichtet oder komprimiert zu werden, und strömt wiederum durch die Statorleitschaufeln 30 je nach Wunsch durch zusätzliche Verdichter oder Bläserstufen, um den Druck der Luft weiter zu steigern.
  • Die in 1 veranschaulichte Verdichterstufe enthält ferner ein um den Umfang herum gekrümmtes Gehäuse 34, das in Form von zwei halbkreisförmigen gekrümmten Hälften ausgebildet sein kann, die zusammengeschraubt sind, um einen vollständigen Ring zu bilden. Das Gehäuse 34 umgibt die Blattspitzen und ist radial außerhalb von diesen beabstandet angeordnet, um dazwischen eine nominale oder primäre Spitzentoleranz bzw. einen Spalt A zu definieren. Die Statorschaufeln 30 sind in geeigneter Weise feststehend oder schwenkbar an dem Statorgehäuse befestigt.
  • Das Verdichtergehäuse 34 enthält mehrere sich um den Umfang herum erstreckende Strömungsabrissnuten 36, die in der radial innenliegenden Fläche des Gehäuses angeordnet sind und durch entsprechende dazwischen befindliche Rippen definiert sind. Die Nuten 36 erstrecken sich um den gesamten Umfang des Gehäuses 34 und sind in axialer Richtung durch dazwischenliegende oder angrenzende Stege 38 beabstandet angeordnet, um entsprechende lokale Spalte zu den Laufschaufelspitzen 24 zu definieren.
  • In einer herkömmlichen Konstruktion sind die Stege 38 gewöhnlich eben, weisen scharfe Kanten auf und sind von der Lauf schaufelspitze beabstandet, um an jedem Steg den gleichen nominalen Spalt A hervorzurufen wie an der an die Strömungsabrissnuten grenzenden Gehäuseinnenfläche. Auf diese Weise kann die Laufschaufeltoleranz gesteuert werden, und die aerodynamische Leistung der Strömungsabrissnuten kann maximiert werden. Allerdings werden herkömmliche Strömungsabrissnuten aus einem Elastomermaterial ausgebildet, das eine Beschädigung der Blattspitzen während eines Spitzenreibens verhindert.
  • Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung basiert das Gehäuse 34, in dem die Strömungsabrissnuten 36 ausgebildet sind, nicht auf einem Elastomer sondern auf einem Metall, das für die erhöhten Temperaturanforderungen des Hochleistungs- Verdichters, von dem es ein Bestandteil ist, geeignet ist. Da die die Strömungsabrissnuten und deren Stege 38 definierenden Rippen nun aus Metall sind, ist eine verbesserte Konstruktion der Strömungsabrissnuten erforderlich, um eine durch vorübergehendes Spitzenreiben verursachte Beschädigung während des Betriebs zu begrenzen.
  • Dementsprechend ist gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung mindestens einer der mit 38a bezeichneten Stege wie in 1 gezeigt bezüglich der Laufschaufelspitze radial versetzt, um einen entsprechenden der lokalen oder Stegspalte örtlich größer als den nominalen Spalt A zu gestalten. Durch ein selektives Versetzen ein zelner Stege, wird ein Laufschaufelspitzenreiben allein auf die Gehäuseinnenfläche und die nicht versetzten Stege begrenzt, um ein Spitzenreiben lediglich an dem versetzte Steg 38a während eines Einschwingbetriebs des Verdichters oder Bläsers zu reduzieren oder zu verhindern.
  • Es ist nicht erwünscht, sämtliche Strömungsabrissnutstege zu versetzen, da dies sich auf deren angestrebte Leistung nachteilig auswirken würde. Ein selektiver Stegversatz erlaubt es, die Leistung der Strömungsabrissnuten zu maximieren, während außerdem das Ausmaß des Spitzenreibens reduziert wird, um einen kombinierten Vorteil daraus zu ziehen.
  • Insbesondere weist jede der allgemein in 1 und im Einzelnen in 2 veranschaulichten Laufschaufeln eine natürliche Grundschwingungsfrequenz und entsprechende Modenform sowie deren Oberschwingungen höherer Ordnung auf. Jede Modenform weist Knotenlinien auf, wo die Verschiebung gleich Null ist, wobei die Verschiebung dazwischen bei entsprechender Schwingungsbeanspruchung ansteigt. Beispielsweise ist die Grundschwingungsart einer Rotorschaufel ein einfaches elastisches Durchbiegen der Laufschaufel ausgehend von deren Fuß 22. Die harmonischen Oberschwingungen höherer Ordnung rufen entsprechend komplexere Modenformen und entsprechend höhere Schwingungsfrequenzen hervor.
  • Es hat sich herausgestellt, dass das selektive Versetzen von Strömungsabrissnutstegen, das einem Oberschwingungsverhalten der Schaufeln entspricht, genutzt werden kann, um die Belastung während des Spitzenreibens zu begrenzen und die Nutzungslebensdauer der Laufschaufel entsprechend zu erhöhen. Insbesondere veranschaulicht 2 einen Abschnitt einer exemplarischen Schwingungsmodenform höherer Ordnung, die eine lokale maximale Schwingungsbeanspruchung in einem Abschnitt der Laufschaufelspitze 24 aufweist, der einen entsprechenden Auftreffort 40 definiert. Eine herkömmliche Schwingungsanalyse kann genutzt werden, um die spezielle Stelle des örtlich hohe Belastung aufnehmenden Auftrefforts 40 an der Laufschaufelspitze zu identifizieren, der gewöhnlich bei Schwingungsmoden dritter, vierter oder höherer Ordnung auftritt, die gewöhnlich als Streifenmoden bezeichnet werden.
  • Wie in 1 gezeigt, ist der versetzte Steg 38a geeignet ausgewählt, um gegenüber dem entsprechenden Auftreffort 40 an der Laufschaufelspitze axial fluchtend ausgerichtet zu sein. Auf diese Weise ist ein Reiben der Laufschaufelspitze an dem Gehäuse und den nicht versetzten Stegen 38 auf verhältnismäßig geringe Belastung aufweisende Regionen an der Laufschaufelspitze beschränkt, wohingegen der Bereich hoher Beanspruchung an dem Auftreffort 40 durch den versetzten Steg 38a geschützt ist, bei dem nur geringes oder überhaupt kein Reiben auftritt.
  • In dem in 1 veranschaulichten exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Auftreffort 40 an der Laufschaufelspitze benachbart zu der Laufschaufelvorderkante 26 angeordnet, und der versetzte Steg 38a ist radial darüber und damit axial fluchtend angeordnet.
  • 3 veranschaulicht ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Gehäuses 34, das ebenfalls den versetzten Steg 38a aufweist, der benachbart zu der Laufschaufelvorderkante 26 radial oberhalb des entsprechenden Auftrefforts 40 angeordnet ist. Allerdings veranschaulicht 3 ferner einen zweiten versetzten Steg 38b, der den Spalt oberhalb der Laufschaufelspitze 24 örtlich vergrößert, um benachbart zu der Laufschaufelhinterkante 28 axial fluchtend ausgerichtet radial oberhalb eines lokale maximale Schwingungsbeanspruchung aufweisenden zweiten Auftrefforts 40b angeordnet zu sein.
  • 3 veranschaulicht eine gewöhnliche Schwingungsart, in der zwischen der Vorderkante und Hinterkante längs der Laufschaufelspitze zwei lokale Auftrefforte 40, 40b hoher Schwingungsbelastung vorhanden sind. Der erste Auftreffort 40 befindet sich im Wesentlichen bei etwa 25% der Sehnenlänge, während sich der zweite Auftreffort 40b bei etwa 75% der Sehnenlänge befindet. Die beiden versetzten Stege 38a, b sind somit an den entgegengesetzten axialen Enden der Strömungsabrissnuten 36 angeordnet, die den beiden Auftrefforten 40, 40b an entgegengesetzten axialen Enden der Laufschaufelspitzen entsprechen.
  • Auf diese Weise sind lediglich jene speziellen Stege, die den schwingenden Auftrefforten entsprechen, gegenüber diesen radial versetzt, so dass eine reibende Berührung dazwischen während eines Einschwingbetriebs verhindert oder weitgehend vermindert ist. Die Strömungsabrissnuten wirken in sonstiger Weise auf herkömmliche Weise und können dazu eingerichtet sein, um ihre Leistung ungeachtet ihrer örtlich versetzten Abschnitte zu maximieren.
  • Insbesondere sind die in den 13 veranschaulichten Blattspitzen 24 im axialen Querschnitt und in axialer Projektion vorzugsweise eben und geradlinig, wobei der versetzte Steg 38a, b vorzugsweise in dem Gehäuse um eine geeignete Ausnehmung B vertieft angeordnet ist. Die Ausneh mung B ist bezüglich der inneren Oberfläche des Gehäuses ausgebildet und steigert entsprechend den nominalen Spalt A um das Maß der Ausnehmung B an den einzelnen versetzten Stegen 38a, b.
  • Wie in 3 gezeigt, sind die versetzten Stege 38a, b im axialen Querschnitt vorzugsweise eben oder geradlinig und weisen scharfe stromaufwärts und stromabwärts gelegene Kanten auf. Auf diese Weise können sämtliche der Stege 38 eben und mit scharfen Kanten ausgebildet sein, um die aerodynamische Leistung der Strömungsabrissnuten während des Betriebs zu maximieren. Weiter werden im Falle des Auftretens eines Laufschaufelreibens mit dem Gehäuse 34 während eines Einschwingvorgangs lediglich jene nicht versetzten Stege 38 die Blattspitzen in Regionen reiben, die verhältnismäßig geringfügig beansprucht sind, während die versetzten Stege 38a, b von den an den Auftrefforten vorhandenen ausgewählten Bereichen hoher Beanspruchung der Laufschaufelspitzen beabstandet sind.
  • 4 veranschaulicht ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die mit 38c bezeichneten versetzten Stege im axialen Querschnitt gekrümmt sind und vorzugsweise einen konstanten Radius aufweisen, so dass sie beispielsweise an den radial inneren Enden der teilenden Rippen der Strömungsabrissnuten halbkreisförmig sind. Auf diese Weise können sich die versetzten Stege an deren Scheitelpunkten gleich weit erstrecken wie die angrenzenden Stege und teilweise versetzt sein, während sie in einer Kurve radial nach außen verlaufen.
  • Dementsprechend wird der nominale Laufschaufelspitzespalt bzw. die Toleranz A an jedem der Stege beibehalten, jedoch werden die gekrümmten versetzten Stege eine Belastung mit den Blattspitzen während eines Einschwingvorgangsreibens wesentlich reduzieren. Die nicht versetzten Stege 38 behalten ihre scharfe Vierkantform bei, um die aerodynamische Leistung zu verbessern, wobei die versetzten Stege hinsichtlich einer Reduzierung der Beanspruchung in einem Kompromiss gegenüber deren maximalen aerodynamischen Wirkungsgrad abgerundete Kanten aufweisen.
  • In den 5 und 6 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei dem die mit 38d bezeichneten versetzten Stege sich gleich weit wie die innere Oberfläche des Gehäuses 34 und wie die benachbarten nicht versetzten Stege 38 erstrecken. In Entsprechung weisen die in sonstiger Weise ebenen Blattspitzen 24 mit 40c bezeichnete jeweilige Auftrefforte auf, die an den gewünschten Stellen der dort auftretenden hohen Schwingungsbelastung radial nach innen in die Blattspitzen hinein ausgenommen sind. Die Auftrefforte 40c sind vorzugsweise in axialer Richtung gekrümmt und erstrecken sich über die gesamte Breite jede Schaufel zwischen der Druck- und Saugseite.
  • Die vertieften Auftrefforte 40c wirken mit den entsprechenden versetzten Stegen 38d zusammen, so dass die versetzten Stege 38d während des Reibens einer Schaufel an dem Gehäuse 34 die vertieften Auftrefforte 40c nicht berühren oder an diesen reiben. Die Tiefe der ausgenommenen/vertieften Auftrefforte ist geeignet beschränkt, so dass ein Reiben mit den entsprechenden Stegen verhindert ist, während die lokale Toleranz dazwischen minimiert ist, um den Leckstrom der verdichteten Luft über die Blattspitzen möglichst gering zu halten.
  • In den oben offenbarten vielfältigen Ausführungsbeispielen können Toleranzen zwischen den Blattspitzen und dem Statorgehäuse örtlich größer bemessen sein, um ein Reiben an kritischen Stellen auf der Laufschaufelspitze zu verhindern. Da die größeren Toleranzen örtlich beschränkt sind, wird deren Einfluss auf die aerodynamische Leistung minimal sein. Die nominale Laufschaufelspitzentoleranz A kann verhältnismäßig gering bleiben, und die Konfiguration der Strömungsabrissnuten 36 kann im Wesentlichen unverändert bleiben, um deren Leistung zu maximieren, während an ausgewählten Stegen eine verhältnismäßig geringe lokale Vergrößerung der Toleranz eingeführt wird. Ein Laufschaufelspitzenreiben ist an den versetzten Stegen eliminiert oder reduziert, mit entsprechenden Verminderungen einer Spannungskonzentration und Beanspruchung während eines Spitzenreibens mit den Schaufeln.

Claims (12)

  1. Kompressorstufe (10): mit einer Rotorscheibe (14); mit mehreren um den Umfang herum im Abstand angeordnete Laufschaufeln (16), die sich radial von der Scheibe nach außen erstrecken, und wobei jede Laufschaufel in Umfangsrichtung gegenüberliegende Druck- und Saugseiten (18, 20) enthält, die sich radial aus dem Fuß (22) zur Spitze (24) und axial zwischen Vorder- und Hinterkanten (26, 28) erstrecken; mit einem die Laufschaufelspitzen (24) umgebenden und radial außerhalb von diesem im Abstand angeordneten gekrümmten Gehäuse (34), um dazwischen einen nominellen Spitzenspalt zu definieren; und mit mehreren sich um den Umfang herum erstreckenden Strömungsabrissnuten (36), die an einer Innenoberfläche des Gehäuses angeordnet sind und den Blattspitzen gegenüberliegen, und axial durch angrenzende Flächen (38), die entsprechende lokale Spalte zu den Blattspitzen definieren, beabstandet angeordnet sind; gekennzeichnet durch: einen Versatz zwischen wenigstens einem von den Flächen (38a) und den Laufschaufelspitzen, um lokal ei nen entsprechenden von den lokalen Spalten größer als den nominellen Spalt zu machen, um ein Spitzenreiben an dem Versatz zu reduzieren, sobald die Spitzen an dem Gehäuse anlaufen.
  2. Stufe nach Anspruch 1, wobei: jede von den Laufschaufeln (16) eine Eigenschwingungsfrequenz mit einer entsprechenden Modenform mit einer lokalen maximalen Schwingungsbeanspruchung an einem einen Auftreffort definierenden Abschnitt der Laufschaufelspitze enthält; und eine versetzte Fläche (38a) axial zu dem Auftreffort ausgerichtet ist.
  3. Stufe nach Anspruch 2, wobei der Auftreffort (40) angrenzend an die Laufschaufelvorderkante (26) angeordnet ist, und die versetzte Fläche (38a) radial darüber angeordnet ist.
  4. Stufe nach Anspruch 2, wobei der Auftreffort (40) angrenzend an die Laufschaufelhinterkante (28) angeordnet ist, und der versetzte Steg (38b) radial darüber angeordnet ist.
  5. Stufe nach Anspruch 2, wobei: der Auftreffort angrenzend an die Laufschaufelvorderkante (26) angeordnet ist, und der versetzte Steg (38a) radial darüber angeordnet ist; und ein zweiter Auftreffort (40b) angrenzend an die Laufschaufelhinterkante (28) angeordnet ist, und ein zweiter versetzter Steg (38b) radial darüber angeordnet ist.
  6. Stufe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Laufschaufelspitzen eben sind und wobei der versetzte Steg (38a, 38b) in dem Gehäuse (34) vertieft angeordnet ist.
  7. Stufe nach Anspruch 6, wobei der versetzte Steg im axialen Querschnitt eben (38a, b) oder gekrümmt (38c) ist.
  8. Stufe nach Anspruch 2, wobei sich der versetzte Steg (38d) gleich weit wie das Gehäuse (34) erstreckt und der Auftreffort (40c) in der Laufschaufelspitze (24) vertieft angeordnet ist.
  9. Stufe nach Anspruch 8, wobei der Auftreffort (40c) axial gekrümmt ist.
  10. Kompressorgehäuse (34) zum Umschließen einer Reihe von Laufschaufeln (16): mit mehreren sich um den Umfang herum erstreckenden Strömungsabrissnuten (36), die einer Innenoberfläche des Gehäuses angeordnet sind, um Spitzen (24) der Laufschaufeln gegenüberzuliegen, und die axial voneinander über verbindende Stege (38) angeordnet sind, um entsprechende lokale Spalte zu den Blattspitzen auszubilden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer von den Stegen (38a) tiefer angeordnet ist, um diesen einen Steg in dem Gehäuse zu versetzen.
  11. Gehäuse nach Anspruch 10, wobei der versetzte Steg im axialen Querschnitt eben (38a, b) oder gekrümmt (38c) ist.
  12. Gehäuse nach Anspruch 6, welches ferner zwei von den versetzten Stegen (38a, b) aufweist, die an gegenüberliegenden axialen Enden der Strömungsabrissnuten (36) angeordnet sind.
DE2000629405 1999-11-15 2000-08-16 Abriebbeständige Verdichterstufe Expired - Lifetime DE60029405T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/439,436 US6234747B1 (en) 1999-11-15 1999-11-15 Rub resistant compressor stage
US439436 1999-11-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60029405D1 DE60029405D1 (de) 2006-08-31
DE60029405T2 true DE60029405T2 (de) 2007-02-15

Family

ID=23744687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2000629405 Expired - Lifetime DE60029405T2 (de) 1999-11-15 2000-08-16 Abriebbeständige Verdichterstufe

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6234747B1 (de)
EP (1) EP1101947B1 (de)
JP (1) JP2001182694A (de)
AT (1) ATE333591T1 (de)
DE (1) DE60029405T2 (de)
ES (1) ES2267465T3 (de)
IL (1) IL137862A (de)

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6527509B2 (en) * 1999-04-26 2003-03-04 Hitachi, Ltd. Turbo machines
US7213068B1 (en) * 1999-11-12 2007-05-01 Lucent Technologies Inc. Policy management system
JP3862137B2 (ja) * 2000-09-20 2006-12-27 淳一 黒川 ターボ形水力機械
JP3872966B2 (ja) 2001-06-29 2007-01-24 株式会社日立プラントテクノロジー 軸流形流体機械
DE10135003C1 (de) * 2001-07-18 2002-10-02 Mtu Aero Engines Gmbh Verdichtergehäusestruktur
DE60320537T2 (de) * 2002-02-28 2008-07-31 Mtu Aero Engines Gmbh Kompressor mit schaufelspitzeneinrichtung
GB0216952D0 (en) * 2002-07-20 2002-08-28 Rolls Royce Plc Gas turbine engine casing and rotor blade arrangement
DE102004055439A1 (de) * 2004-11-17 2006-05-24 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Strömungsarbeitsmaschine mit dynamischer Strömungsbeeinflussung
GB0513377D0 (en) * 2005-06-30 2005-08-03 Rolls Royce Plc A blade
US7685823B2 (en) * 2005-10-28 2010-03-30 Power Systems Mfg., Llc Airflow distribution to a low emissions combustor
GB0526011D0 (en) * 2005-12-22 2006-02-01 Rolls Royce Plc Fan or compressor casing
GB0600532D0 (en) * 2006-01-12 2006-02-22 Rolls Royce Plc A blade and rotor arrangement
GB2435904B (en) * 2006-03-10 2008-08-27 Rolls Royce Plc Compressor Casing
US8172518B2 (en) 2006-12-29 2012-05-08 General Electric Company Methods and apparatus for fabricating a rotor assembly
DE102007037924A1 (de) * 2007-08-10 2009-02-12 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Strömungsarbeitsmaschine mit Ringkanalwandausnehmung
DE102007053135A1 (de) * 2007-11-08 2009-05-14 Mtu Aero Engines Gmbh Gasturbinenbauteil, insbesondere Flugtriebwerksbauteil bzw. Verdichterbauteil
US7988410B1 (en) 2007-11-19 2011-08-02 Florida Turbine Technologies, Inc. Blade tip shroud with circular grooves
DE102008011644A1 (de) * 2008-02-28 2009-09-03 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Gehäusestrukturierung für Axialverdichter im Nabenbereich
DE102008031982A1 (de) * 2008-07-07 2010-01-14 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Strömungsarbeitsmaschine mit Nut an einem Laufspalt eines Schaufelendes
DE102008037154A1 (de) * 2008-08-08 2010-02-11 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Strömungsarbeitsmaschine
US8177494B2 (en) * 2009-03-15 2012-05-15 United Technologies Corporation Buried casing treatment strip for a gas turbine engine
US8602720B2 (en) 2010-06-22 2013-12-10 Honeywell International Inc. Compressors with casing treatments in gas turbine engines
GB2487900B (en) * 2011-02-03 2013-02-06 Rolls Royce Plc A turbomachine comprising an annular casing and a bladed rotor
EP2530330B1 (de) * 2011-06-01 2016-05-25 MTU Aero Engines AG Laufschaufel für einen Verdichter einer Turbomaschine, Verdichter sowie Turbomaschine
US20130089421A1 (en) * 2011-10-05 2013-04-11 Jeffrey Howard Nussbaum Gas turbine engine airfoil tip recesses
US20140208756A1 (en) * 2013-01-30 2014-07-31 Alstom Technology Ltd. System For Reducing Combustion Noise And Improving Cooling
EP2971547B1 (de) * 2013-03-12 2020-01-01 United Technologies Corporation Freitragender stator mit wirbelerzeugungsfunktion
EP2818724B1 (de) * 2013-06-27 2020-09-23 MTU Aero Engines GmbH Strömungsmaschine und Verfahren
GB201410264D0 (en) * 2014-06-10 2014-07-23 Rolls Royce Plc An assembly
US10465716B2 (en) 2014-08-08 2019-11-05 Pratt & Whitney Canada Corp. Compressor casing
US10066640B2 (en) * 2015-02-10 2018-09-04 United Technologies Corporation Optimized circumferential groove casing treatment for axial compressors
US10107307B2 (en) * 2015-04-14 2018-10-23 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine engine rotor casing treatment
CA2955646A1 (en) 2016-01-19 2017-07-19 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine engine rotor blade casing
CN105840551B (zh) * 2016-04-15 2018-06-12 上海交通大学 多工况点高负荷压气机叶片的气动实现方法
CN108506049A (zh) * 2018-03-15 2018-09-07 哈尔滨工业大学 抑制涡轮顶部泄漏流动的球底棱柱凹腔叶顶
US11346232B2 (en) 2018-04-23 2022-05-31 Rolls-Royce Corporation Turbine blade with abradable tip
US10995623B2 (en) 2018-04-23 2021-05-04 Rolls-Royce Corporation Ceramic matrix composite turbine blade with abrasive tip
CN109322709B (zh) * 2018-09-13 2021-11-12 合肥通用机械研究院有限公司 一种透平膨胀机的可调式喷嘴叶片机构
US20230151825A1 (en) * 2021-11-17 2023-05-18 Pratt & Whitney Canada Corp. Compressor shroud with swept grooves

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT262333B (de) * 1966-12-20 1968-06-10 Elin Union Ag Turbinenschaufelausbildung
GB1518293A (en) 1975-09-25 1978-07-19 Rolls Royce Axial flow compressors particularly for gas turbine engines
US4239452A (en) * 1978-06-26 1980-12-16 United Technologies Corporation Blade tip shroud for a compression stage of a gas turbine engine
JPS6318799Y2 (de) * 1980-12-02 1988-05-26
CA1158563A (en) * 1981-01-27 1983-12-13 Ulo Okapuu Circumferentially grooved shroud liner
FR2558900B1 (fr) * 1984-02-01 1988-05-27 Snecma Dispositif d'etancheite peripherique d'aubage de compresseur axial
GB2158879B (en) * 1984-05-19 1987-09-03 Rolls Royce Preventing surge in an axial flow compressor
GB2245312B (en) 1984-06-19 1992-03-25 Rolls Royce Plc Axial flow compressor surge margin improvement
RU2034175C1 (ru) * 1993-03-11 1995-04-30 Центральный институт авиационного моторостроения им.П.И.Баранова Турбокомпрессор
JP3816150B2 (ja) * 1995-07-18 2006-08-30 株式会社荏原製作所 遠心流体機械
DE19619438B4 (de) * 1996-05-14 2005-04-21 Alstom Wärmestausegment für eine Turbomaschine
US5997251A (en) * 1997-11-17 1999-12-07 General Electric Company Ribbed turbine blade tip

Also Published As

Publication number Publication date
EP1101947A2 (de) 2001-05-23
EP1101947B1 (de) 2006-07-19
JP2001182694A (ja) 2001-07-06
US6234747B1 (en) 2001-05-22
ES2267465T3 (es) 2007-03-16
DE60029405D1 (de) 2006-08-31
IL137862A0 (en) 2001-10-31
IL137862A (en) 2003-06-24
EP1101947A3 (de) 2002-07-17
ATE333591T1 (de) 2006-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60029405T2 (de) Abriebbeständige Verdichterstufe
DE69506890T2 (de) Dynamische kontrolle vom schaufelspitzenspiel
DE60314476T2 (de) Anordnung eines Gehäuses einer Gasturbine und einer Rotorschaufel
EP1111195B2 (de) Profilierte, als Anstreifschicht verwendete Oberfläche in Strömungsmaschinen
DE102012013160B4 (de) Labyrinthdichtungen
DE102011053048B4 (de) Abtragbare Laufschaufelummantelung und Verfahren zum Minimieren einer Leckströmung durch einen Laufschaufelspitzenspalt
EP1320662B1 (de) Dichtungsanordnung
DE60024541T2 (de) Statoranordnung für eine Rotationsmaschine
DE69507509T2 (de) Rotorschaufeln zur verminderung von spaltverlusten
DE102010017489B4 (de) Turbinenmaschine mit einem Wirbelvorsprung an einer umlaufenden Komponente
DE60031031T2 (de) Schaufelfuss und Rotorscheibe einer Gasturbine mit spannungsvermindernder Form
DE69616435T2 (de) Bearbeitung eines Axialkompressormantels zur Verbesserung der Strömungsleitung durch die Beschaufelung
EP3324002B1 (de) Dichtungssystem für eine turbinenstufe und axiale strömungsmaschine
EP1659293A2 (de) Strömungsmaschine
EP1149985B1 (de) Ringstruktur in Metallbauweise
DE3541330A1 (de) Plattformdichtung fuer eine turbomaschine
DE102015101156A1 (de) Laufschaufel mit hoher Sehnenlänge, zwei Teilspannweiten-Dämpferelementen und gekrümmtem Schwalbenschwanz
DE102004024683A1 (de) Dichtungssystem für horizontale Verbindungsstellen von Zwischenböden von Dampfturbinen
DE3942785A1 (de) Gedaempfte airfoilreihe fuer ein gasturbinentriebwerk
DE69400526T2 (de) Äussere luftabdichtung für ein gasturbinentriebwerk
DE102014100087A1 (de) Innenaufbau einer Turbinenlaufschaufel
EP3412875A2 (de) Einlaufstruktur für eine strömungsmaschine und verfahren zum herstellen einer einlaufstruktur
DE69002064T2 (de) Befestigung und Anordnung von segmentförmigen Elementen in Turbomaschinen.
DE102014119693A1 (de) Strukturelle Ausbildung von und Kühlkreise in Turbinenschaufeln
DE3023167A1 (de) Rotorbaugruppe fuer ein axialgasturbinentriebwerk

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition