DE69730663T2

DE69730663T2 - Leitgitter mit Tandemschaufeln

Info

Publication number: DE69730663T2
Application number: DE69730663T
Authority: DE
Inventors: Keisuke Kobe-shi Hashimoto
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2017-06-14
Also published as: DE69730663D1; JPH1054301A; JP2954539B2; EP0823540B1; CA2208113A1; EP0823540A3; US6099249A; CA2208113C; EP0823540A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Gebläsebaugruppe für ein Strahltriebwerk oder eine Gasturbine und insbesondere eine Anordnung von Tandemschaufeln in einer solchen Gebläsebaugruppe.
Auf diesem Gebiet wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, um die Leistung von Strahltriebwerken, wie beispielsweise eines TL-Triebwerkes, eines ZTL-Triebwerkes, eines Wellenleistungstriebwerkes, eines Staustrahltriebwerkes oder eines Luftturbinenstaustrahltriebwerkes und einer Gasturbine, zu steigern. Als ein Beispiel für diese Vorschläge sei ein Advanced Turboprop-Triebwerk (im weiteren als "ATP" bezeichnet) mit einem Durchsatzverhältnis von etwa 40 bis 50 genannt (siehe Seite 16 usw. in "The Jet Engine", verfasst von der Rolls-Royce plc, herausgegeben von der Japan Air Technical Association Co.). Wie beispielsweise in 11 gezeigt, wurde geplant, dass das ATP eine Konstruktion aufweist, bei der auf der Mittelabschnittsseite ein Gasströmungsabschnitt G vorgesehen ist und auf der Außenseite des Gasströmungsabschnitts G gegenläufige Propellerschaufeln 51 und 52, d. h. ein Luftströmungsabschnitt A, vorgesehen sind (siehe Gatzen, B. S. & Reynolds, C. N.; ICAS-Dokument ICAS-84-5.6.2 (1984)).
Wie einschlägig bekannt ist, kann die Leistung eines Strahltriebwerkes und einer Gasturbine auch durch Erhöhen der Triebwerksdrehzahl gesteigert werden. Folglich ist es wünschenswert, dass die Triebwerksdrehzahl eines ATP so weit wie möglich erhöht werden sollte.
Wie aber oben beschrieben wurde, ist beim ATP der Gasströmungsabschnitt G auf der Mittelabschnittsseite ausgebildet. Aus diesem Grund ist auf der Mittelabschnittsseite ein Heißabschnitt vorhanden. Folglich wird die Triebwerksdrehzahl durch die Festigkeit des verwendeten Materials gegenüber der auf diesen Abschnitt einwirkenden Zentrifugalkraft bestimmt. Oder anders ausgedrückt: Es besteht das Problem, dass die Triebwerksdrehzahl begrenzt ist. Derzeit gibt es die Tendenz, die Länge einer Schaufel, wie beispielsweise eines Propellers, zu verlängern, mit dem Ergebnis, dass das erwähnte Problem nur noch verstärkt wird.
Wenn bei einem Axialverdichter ein Druckverhältnis in einer einzelnen Stufe etwa 1,5 übersteigt, so entsteht eine Stoßwelle S zwischen benachbarten sich bewegenden Schaufeln M und M, die in einer Linie sich bewegender Schaufeln angeordnet sind, wie in 12 gezeigt. Im Allgemeinen wird die Stoßwelle S von einer Vorderkante einer unteren Seite (Druckseite) der sich bewegenden Schaufel M bis zu einem Zwischenabschnitt einer Oberseite (Ansaugseite) der benachbarten sich bewegenden Schaufel M, wie gezeigt, erzeugt. Dementsprechend trennt sich stromabwärts von der Stoßwelle S ein Luftstrom (eine Grenzschicht) von der Oberseite der Schaufel ab. Dadurch wird die Leistung des Verdichters gemindert.
Um die Probleme, mit denen der Stand der Technik behaftet ist, zu lösen, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung bereits eine Konstruktion eines Austrittsabschnitts eines Strahltriebwerkes oder einer Gasturbine vorgeschlagen, bei der ein Gasströmungsabschnitt auf einer Mittelabschnittsseite angeordnet ist und ein Luftströmungsabschnitt auf der Außenseite des Gasströmungsabschnitts angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Gebläse des Luftströmungsabschnitts in ein Tandemschaufelleitgitter vom Interaktionssteuerungstyp hinein ausgebildet. sind (japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 8-189419).
Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein rechnerisches Verdichtungsverhältnis nicht durch eine Positionsbeziehung zwischen vorderen und hinteren Schaufeln in dem Tandemschaufelleitgitter gemäß dem oben erwähnten Vorschlag erreicht werden kann.
Angesichts der Probleme, mit denen der Stand der Technik behaftet ist, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Tandemschaufelleitgitter mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat eine Verbesserung der Eigenschaften des Tandemschaufelleitgitters gemäß dem oben erwähnten Vorschlag studiert. Im Ergebnis wurde festgestellt, dass die oben erwähnten Probleme gelöst werden können, indem man auf ein Tandemschaufelleitgitter in einem Überschallbereich ein Konzept der Grenzschichtsteuerung anwendet, das verwendet wird, um zu verhindern, dass eine Grenzschicht von einer Tragfläche eines Flugzeugs abreißt und in einem niedrigeren Geschwindigkeitsbereich die Strömung abreißt.
US-A-2435236 offenbart eine Gebläsebaugruppe für einen Ultraschallverdichter. Die Gebläsebaugruppe umfasst eine Scheibe mit einer Mehrzahl von Schaufeln, die in einer einzelnen Reihe um den Scheibenumfang herum angeordnet sind. Die Schaufeln auf der Scheibe haben im Wesentlichen ein rautenförmiges Profil und relativ scharfe Vorder- und Hinterkanten und relativ scharfe Scheitelabschnitte zwischen den Vorder- und Hinterkanten. Die Schaufeln sind so geformt und positioniert, dass im Betrieb eine Stoßwelle entlang einer Linie, die sich zwischen der Vorderkantenregion der Druckseite jeder Schaufel und dem Scheitelabschnitt der gegenüberliegenden Ansaugseite eines benachbarten vorderen Abschnitts erstreckt, erzeugt wird.
Die Erfindung stellt eine Gebläsebaugruppe für einen Austrittsabschnitt eines Strahltriebwerkes oder einer Gasturbine bereit, wobei die Gebläsebaugruppe eine Scheibe und eine Mehrzahl von Tandemschaufeln umfasst, die um den Scheibenumfang herum angeordnet sind, wobei jede Tandemschaufel eine vordere Schaufel und eine hintere Schaufel umfasst, und dadurch gekennzeichnet, dass die vorderen Schaufeln der Tandemschaufeln so geformt und positioniert sind, dass im Betrieb eine Stoßwelle entlang einer Linie, die sich zwischen der Vorderkantenregion der Druckseite jeder vorderen Schaufel und der Hinterkantenregion der gegenüberliegenden Ansaugseite einer benachbarten vorderen Schaufel erstreckt, erzeugt wird, und dass die vordere Schaufel und die hintere Schaufel jeder Tandemschaufel so geformt und positioniert sind, dass im Betrieb ein Luftstrom, der von einem Spalt, welcher zwischen der Hinterkante der vorderen Schaufel und der Vorderkante der hinteren Schaufel definiert wird, ausgeht, so auf die Ansaugseite der hinteren Schaufel strömt, dass auf der Ansaugseite der hinteren Schaufel eine Grenzschicht aufrecht erhalten wird.
Die vordere Schaufel und die hintere Schaufel jeder Tandemschaufel sind vorzugsweise so geformt und positioniert, dass im Betrieb der von dem Spalt ausgehende Luftstrom auf die Ansaugseite der hinteren Schaufel eine solche Geschwindigkeit und ein solches Moment aufweist, dass der Luftstrom an der Ansaugseite der hinteren Schaufel entlang strömt, wodurch das Abreißen der Grenzschicht auf der Ansaugseite der hinteren Schaufel auf die unmittelbare Umgebung der Hinterkante der hinteren Schaufel beschränkt ist.
Das Verhältnis zwischen dem Abstand und der Steigung der Tandemschaufeln ist vorzugsweise weniger als – oder im Wesentlichen gleich – 0,3, wobei dieser Abstand der Abstand in Umfangsrichtung der Scheibe zwischen der Hinterkante der vorderen Schaufel und der Vorderkante der hinteren Schaufel jeder Tandemschaufel an den Enden der an der Scheibe befestigten Schaufeln ist.
Das Verhältnis ist vorzugsweise weniger als – oder im Wesentlichen gleich – 0,15.
Das Verhältnis liegt vorzugsweise im Wesentlichen im Bereich von 0,020 bis 0,275.
Das Verhältnis zwischen dem Abstand in Umfangsrichtung der Scheibe zwischen der Hinterkante der vorderen Schaufel und der Vorderkante der hinteren Schaufel jeder Tandemschaufel an Positionen entlang der Vorder- und Hinterkanten, die progressiv radial auswärts von den Enden der an der Scheibe befestigten Schaufeln beabstandet sind, und dem Abstand in Umfangsrichtung der Scheibe zwischen der Hinterkante der vorderen Schaufel und der Vorderkante der hinteren Schaufeln jeder Tandemschaufel an den Enden, wo die Schaufeln an der Scheibe befestigt sind, liegt vorzugsweise im Wesentlichen im Bereich von 1,0 bis 2,4.
Das im unmittelbar vorangegangenen Absatz genannte Verhältnis in dem Bereich der progressiv radial auswärts befindlichen Positionen zwischen den Enden der an der Scheibe befestigten Schaufeln und etwa dem Mittelpunkt der progressiv radial auswärts befindlichen Positionen liegt vorzugsweise im Wesentlichen im Bereich von 1,0 bis 1,1.
Im Interesse eines guten Verständnisses der Erfindung werden nun Ausführungsformen der Erfindung, die hier lediglich beispielhaft angeführt sind, unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung aus Tandemschaufeln in einer Gebläsebaugruppe zeigt.
2 veranschaulicht einen Luftstrom durch die Tandemschaufeln von 1.
3 stellt grafisch ein Beispiel der Beabstandung zwischen der Hinterkante der vorderen Schaufel und der Vorderkante der hinteren Schaufel der Tandemschaufeln dar.
4 zeigt grafisch die Beziehung zwischen adiabatischem Wirkungsgrad und Druckverhältnis in einer Gebläsebaugruppe entsprechend dem Verhältnis zwischen der Steigung der Tandemschaufeln und der Beabstandung zwischen den vorderen und hinteren Schaufeln der Tandemschaufeln.
5 ist eine teilweise Seitenansicht, die ein Beispiel der Gebläsebaugruppe zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht entsprechend der 1 entlang der Linie NABE von 5.
7 ist eine Ansicht entsprechend der 6 entlang der Linie MITTE von 5.
8 ist eine Ansicht entsprechend der 1 entlang der Linie SPITZE von 5.
9 ist eine schematische Darstellung einer Testvorrichtung für einen Leistungstest einer Ausführungsform der Gebläsebaugruppe und eines Vergleichsbeispiels einer Gebläsebaugruppe nach dem Stand der Technik.
10 ist eine Ansicht eines Verfahrens zum Durchführen einer Messung mittels der Testvorrichtung von 9.
11 ist eine schematische Darstellung eines Advanced Turboprop-Triebwerks nach dem Stand der Technik.
12 ist eine typische Ansicht eines Luftstromes in einem sich bewegenden Schaufelleitgitter nach dem Stand der Technik.
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Gebläsebaugruppe unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt.
Wie in 1 zu sehen, weist eine Tandemschaufel 1 eine vordere Schaufel 2 und eine hintere Schaufel 3 auf. Eine Gebläsebaugruppe F umfasst eine Mehrzahl von Tandemschaufeln 1, die im den Umfang einer Scheibe 5 herum angeordnet sind. In der folgenden Beschreibung werden die um die Scheibe herum angeordneten Tandemschaufeln als ein Tandemschaufelleitgitter 4 bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Formen der vorderen und hinteren Schaufeln 2 bzw. 3 der Tandemschaufel 1, eine Positionsbeziehung zwischen den vorderen und hinteren Schaufeln 2 bzw. 3 (Spalte "a" und "b" und dergleichen), eine Schaufelleitgittersteigung D des Tandemschaufelleitgitters 4 von 1 und dergleichen in der folgenden Weise mittels dreidimensionaler Berechnung der Fluiddynamik mit Hilfe eines Computers konfiguriert.
Wie in 2 gezeigt, entsteht in der unmittelbaren Umgebung einer Linie, die sich zwischen der Vorderkante einer Unterseite (Druckseite "PS") einer der benachbarten vorderen Schaufeln 2 und der Hinterkante einer Oberseite (Ansaugseite "SS") der anderen vorderen Schaufel 2 erstreckt, in der Regel eine Stoßwelle S. Der Entstehung dieser Stoßwelle liegt das Einstellen einer zweckmäßigen Form der vorderen Schaufel 2 mittels des MCA-Konstruktionsverfahrens (MCA = Multi-Circle Airfoil) zugrunde. Genauer gesagt: Die Stoßwelle S entsteht in der unmittelbaren Umgebung der Vorderkante der Unterseite der vorderen Schaufel 2 und kommt – je nachdem, wie zweckmäßig ihre Form gestaltet ist – in der unmittelbaren Umgebung der Hinterkante der Oberseite der anderen vorderen Schaufel 2 an.
Durch Regulieren der Geschwindigkeit und des Moments eines Luftstromes oder -strahls 6, der von einem Spalt zwischen der Hinterkante der Unterseite der vorderen Schaufel 2 und der Vorderkante der Oberseite der hinteren Schaufel 3 ausgeht und auf die Oberseite der hinteren Schaufel 3 strömt, muss der Luftstrahl 6 dergestalt entlang der Oberseite der hinteren Schaufel 3 strömen, dass eine Grenzschicht auf der Oberseite der hinteren Schaufel 3 aufrecht erhalten werden kann. Oder anders ausgedrückt: Das Abreißen der Grenzschicht auf der Oberseite der hinteren Schaufel 3 ist auf die unmittelbare Umgebung der Hinterkante beschränkt. Folglich kann die Grenzschicht auch in der unmittelbaren Umgebung der Umfangsfläche oder des Nabenabschnitts der Scheibe aufrecht erhalten werden, wo es leicht zum Abreißen kommen kann. Das wird hauptsächlich dadurch erreicht, dass man einen zweckmäßigen Spalt zwischen der Hinterkante der Unterseite der vorderen Schaufel 2 und der Vorderkante der Oberseite der hinteren Schaufel 3 einstellt und der hinteren Schaufel 3 eine zweckmäßige Form gibt.
Zwar kann die Stoßwelle mittels des Tandemschaufelleitgitters nur in der unmittelbaren Umgebung der Hinterkante der Oberseite der vorderen Schaufel erzeugt werden, doch sie kann mittels der oben erwähnten Dynamik näher an der Hinterkante erzeugt werden.
Durch möglichst weites Verschieben der unvermeidlichen Entstehung der Stoßwelle S in einem Schaufelleitgitter mit hohem Druckverhältnis in Richtung eines hinteren Abschnitts der Oberseite der vorderen Schaufel 2 kann dem Abreißen der Grenzschicht von einer Schaufelseite infolge der Interferenz zwischen der Stoßwelle S und der Grenzschicht entgegengewirkt werden. Des Weiteren kann der Luftstrom von dem Spalt zur Oberseite der hinteren Schaufel 3 so reguliert werden, dass die Grenzschicht auf der Oberseite der hinteren Schaufel 3 aufrecht erhalten werden kann. Das heißt, die Grenzschicht der hinteren Schaufel 3 kann durch die vordere Schaufel 2 gesteuert werden. In diesem Fall kann für eine dreidimensionale Analyse der Strömung um das Schaufelleitgitter und einer Verteilung der Stoßwelle S jedes Programm verwendet werden, und es gibt keinerlei Einschränkungen hinsichtlich eines entsprechenden Anwendungsprogramms.
3 und 4 zeigen Beispiele eines Spalts zwischen der Hinterkante der Unterseite der vorderen Schaufel 2 und der Vorderkante der Oberseite der hinteren Schaufel 3, der geeignet ist, die Grenzschicht auf der Oberseite der hinteren Schaufel 3 aufrecht zu erhalten, die durch die dreidimensional berechnete Fluiddynamik erhalten wurde.
3 zeigt grafisch ein Beispiel des Spaltes "a" zwischen den vorderen und hinteren Schaufeln der Tandemschaufel 1 vom Nabenende bis zum Spitzenende der Schaufel in einem Tandemschaufelleitgitter 4 mit einer bestimmten Schaufelleitgittersteigung D. In 3 ist der Spalt "a" durch dimensionslose Zahlen unter Verwendung eines Verhältnisses von a/a (Nabe) des Spaltes "a" in jedem Abschnitt der Schaufel zu dem Spalt "a" (Nabe) zwischen den vorderen und hinteren Schaufeln an der Nabenoberfläche dargestellt (siehe 1).
4 zeigt den adiabatischen Wirkungsgrad und das Druckverhältnis der Tandemschaufelleitgitter 4 mit unterschiedlichen Verhältnissen des Spaltes "a" zur Schaufelleitgittersteigung D.
In 4 sind dimensionslose Zahlen unter Verwendung eines Verhältnisses a (Nabe)/D des Spaltes "a" (Nabe) zwischen den vorderen und hinteren Schaufels der Nabenoberfläche zum Spalt D (die Schaufelleitgittersteigung) zwischen den benachbarten Tandemschaufeln 1 jedes Tandemschaufelleitgitters 4 dargestellt. Wie aus 4 ersichtlich ist, kann mit einem hohen Druckverhältnis ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden, wenn das Tandemschaufelleitgitter 4 ein Verhältnis a (Nabe)/D von weniger als etwa 0,3 aufweist.
Wenn das Tandemschaufelleitgitter 4 ein Verhältnis a (Nabe)/D von maximal etwa 0,15 aufweist, kann mit einem höheren Druckverhältnis ein weitaus höherer Wirkungsgrad erreicht werden.
5 bis 8 zeigen konkrete Beispiele von Positionsbeziehungen zwischen den vorderen und hinteren Schaufeln 2 bzw. 3 der Tandemschaufel 1 und zwischen den Tandemschaufeln 1, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erhalten wurden. Eine dimensionale Beziehung zwischen den vorderen und hinteren Schaufeln 2 bzw. 3 wird wie gezeigt eingestellt. 6 ist eine zylindrische Schnittsansicht entlang der Linie NABE von 5; 7 ist eine zylindrische Schnittsansicht entlang der Linie MITTE von 5; und 8 ist eine zylindrische Schnittsansicht entlang der Linie SPITZE von 5. Eine gegenseitige Beziehung zwischen der vorderen Schaufel 2 und der hinteren Schaufel 3 wird von einem Zustand, bei dem die vordere Schaufel 2 und die hintere Schaufel 3 vom Nabenabschnitt zum Spitzenabschnitt zusammen verlaufen (das heißt, eine Neigung der Nabe relativ zu einer Achse ist gering), zu einem Zustand, bei dem sie zusammen ansteigen (das heißt, die Neigung der Nabe relativ zu der Achse ist groß) dergestalt geändert, dass sich der Spalt zwischen den vorderen und hinteren Schaufeln 2 bzw. 3 allmählich vom Nabenabschnitt zum Spitzenabschnitt vergrößert. Oder anders ausgedrückt: Wenn die vorderen und hinteren Schaufeln 2 bzw. 3 zusammen in dieselbe Richtung verdreht werden, so kann die allmähliche Vergrößerung herbeigeführt werden.
Es werden nun die Ergebnisse von Tests einer Ausführungsform der Gebläsebaugruppe beschrieben.
Es wurde ein Grenzschichtsteuerungs-Tandemschaufelleitgitter (als Ausführungsform) des Typs, bei dem die Stoßwelle an der Hinterkante entsteht, gemäß Tabelle 1 hergestellt, wobei die Schaufeln so geformt und positioniert waren, wie in den 5 bis 8 gezeigt. Die Leistung der Ausführungsform wurde mittels einer Testvorrichtung 30, die in 9 gezeigt ist, gemessen.
Ein Schaufelleitgitter (als Vergleichsbeispiel) nach dem Stand der Technik und gemäß den Spezifikationen von Tabelle 2 wurde mit der gleichen Schaufellänge wie die Ausführungsform hergestellt, und seine Leistung wurde mittels derselben Testvorrichtung 30 gemessen.
Bei der in 9 gezeigten Testvorrichtung 30 wird ein in einem Gleichrichtertank gleichgerichteter Luftstrom auf ein Prüfstück 33, das in einer Prüfstücksektion 32 installiert ist, geleitet. Das Prüfstück 33 wird über ein Drehzahlerhöhungsgetriebe 35 durch einen Antriebsmotor 34, der an einem stromabwärtigen Abschnitt des Luftstromes angeordnet ist, gedreht. An einem stromaufwärtigen Abschnitt eines Abschnitts eines Einlasskanals 36 ist eine Öffnung 37 zum Messen einer Luftgewichtsströmung angeordnet. Die Bezugszahl 38 bezeichnet einen Austrittsleitkranzabschnitt, und die Bezugszahl 39 bezeichnet eine Austrittsöffnung.
Wie als typische Vorgehensweise in 10 gezeigt, erfolgte die Messung, indem eine Gesamtdruckmesssonde 40 und eine Gesamttemperaturmesssonde 41 an einem vorderen bzw. einem hinteren Abschnitt der Schaufel (Punkte F und R in 10) angeordnet wurden und die Sonden jeden Millimeter zwischen dem Spitzen- und dem Nabenabschnitt radial quer bewegt wurden. Durch eine stromaufwärts eines Einlasskanalabschnitts angeordnete Öffnung 37 wurde eine Luftströmungsrate gemessen. Die Umdrehungszahl des Schaufelleitgitters wurde mit einem Drehzahlsensor 42 gemessen (siehe 9), der an einer Drehwelle einer Scheibe, an der das Schaufelleitgitter befestigt ist, angeordnet ist.
Sämtliche aus der Messung gewonnenen Daten wurden folgendermaßen verarbeitet.

(1) Es wird jeweils ein Durchschnittsmesswert eines Gesamtdrucks und einer Gesamttemperatur zwischen dem Spitzen- und dem Nabenabschnitt der Punkte F und R berechnet.
(2) Anhand eines Verhältnisses P_R/P_F eines Durchschnittswertes P_R des Gesamtdrucks am Punkt R zu einem Durchschnittswert P_F des Gesamtdrucks am Punkt F wird ein Druckverhältnis berechnet.
(3) Es werden außerdem ein Durchschnittswert T_R der Gesamttemperatur am Punkt R und ein Durchschnittswert T_F der Gesamttemperatur am Punkt F berechnet, und der Durchschnittswert P_R des Gesamtdrucks am Punkt R und der Durchschnittswert P_F des Gesamtdrucks am Punkt F, die bereits berechnet wurden, werden ebenfalls zur Berechnung eines adiabatischen Wirkungsgrades mittels folgender Gleichung verwendet: η = TF{(PR/PF)(k–1)/k – 1}/(TR – TF) (Gleichung 1)η = adiabatischer Wirkungsgrad k = adiabatischer Exponent

Tabelle 1 zeigt das Ergebnis einer Messung der Ausführungsform sowie das Druckverhältnis und den auf diese Weise berechneten adiabatischen Wirkungsgrad zusammen mit Eckdaten der Ausführungsform. Tabelle 2 zeigt das Ergebnis einer Messung, das Druckverhältnis und den adiabatischen Wirkungsgrad des Vergleichsbeispiels.
Tabelle 1
Tabelle 2
Aus einem Vergleich zwischen Tabelle 1 und Tabelle 2 geht hervor, dass ein hohes Druckverhältnis von 2,7, was etwa 1,5-mal so hoch ist wie das des Vergleichsbeispiels, mit der Ausführungsform erreicht werden kann, während der gleiche Wirkungsgrad wie im Vergleichsbeispiel beibehalten wird.
Wie oben im Detail beschrieben, kann, wenn das Tandemschaufelleitgitter der Gebläsebaugruppe F mit einem Verdichter oder dergleichen verbunden wird, seine Leistung im Vergleich zu einem Tandemschaufelleitgitter nach dem Stand der Technik deutlich gesteigert werden.
Die Gebläsebaugruppe der Ausführungsformen ist so konstruiert, dass im Betrieb eine Stoßwelle, die sich zwischen den Vorder- und Hinterkanten benachbarter vorderer Schaufeln erstreckt, zwischen den Schaufelleitgittern entsteht, wie in 2 gezeigt. Des Weiteren kann das Abreißen der Grenzschicht auf der hinteren Schaufel verhindert werden, indem die Grenzschicht der vorderen Schaufel gesteuert wird. Folglich kann das Druckverhältnis für jede einzelne Stufe des Tandemschaufelleitgitters erhöht werden, während ein hoher adiabatischer Wirkungsgrad aufrecht erhalten bleibt. Beispielsweise kann das Druckverhältnis für jede einzelne Stufe auf etwa 2,4 eingestellt werden, wobei der adiabatische Wirkungsgrad etwa 87 beträgt.
Obgleich die vorliegende Erfindung vollständig beispielhaft unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben wurde, versteht es sich, dass dem Fachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen einfallen. Solange solche Änderungen und Modifikationen nicht den Geltungsbereich der Ansprüche verlassen, gilt darum, dass sie in diesen Geltungsbereich fallen.

Claims

Gebläsebaugruppe für einen Austrittsabschnitt eines Strahltriebwerkes oder einer Gasturbine, wobei die Gebläsebaugruppe eine Scheibe (5) und mehrere Tandemschaufeln (1), die entlang dem Umfang der Scheibe angeordnet sind, umfasst, wobei jede Tandemschaufel eine vordere Schaufel (2) und eine hintere Schaufel (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderen Schaufeln der Tandemschaufeln so geformt und positioniert sind, dass im Betrieb eine Stoßwelle (S) entlang einer Linie, die sich zwischen der Vorderkantenregion der Druckseite (PS) jeder vorderen Schaufel und der Hinterkantenregion der gegenüberliegenden Ansaugseite (SS) einer benachbarten vorderen Schaufel erstreckt, erzeugt wird, und dass die vordere Schaufel (2) und die hintere Schaufel (3) jeder Tandemschaufel (1) so geformt und positioniert sind, dass im Betrieb ein Luftstrom, der von einem Spalt, welcher zwischen der Hinterkante der vorderen Schaufel und der Vorderkante der hinteren Schaufel definiert wird, ausgeht, so auf die Ansaugseite (SS) der hinteren Schaufel strömt, dass auf der Ansaugseite der hinteren Schaufel eine Grenzschicht aufrecht erhalten wird.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die vordere Schaufel (2) und die hintere Schaufel (3) jeder Tandemschaufel (1) so geformt und positioniert sind, dass im Betrieb der von dem Spalt ausgehende Luftstrom auf die Ansaugseite (SS) der hinteren Schaufel eine solche Geschwindigkeit und ein solches Moment aufweist, dass der Luftstrom an der Ansaugseite der hinteren Schaufel entlang strömt, wodurch die Abtrennung der Grenzschicht auf der Ansaugseite der hinteren Schaufel auf die unmittelbare Umgebung der Hinterkante der hinteren Schaufel beschränkt ist.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verhältnis zwischen dem Abstand (a) und der Steigung (D) der Tandemschaufeln weniger als – oder im Wesentlichen gleich – 0,3 ist, wobei der Abstand (a) der Abstand in Umfangsrichtung der Scheibe zwischen der Hinterkante der vorderen Schaufel (2) und der Vorderkante der hinteren Schaufel (3) jeder Tandemschaufel an den Enden der an der Scheibe befestigten Schaufeln ist.
Baugruppe nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis weniger als – oder im Wesentlichen gleich – 0,15 ist.
Baugruppe nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis im Wesentlichen im Bereich von 0,020 bis 0,275 liegt.
Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis zwischen dem Abstand (a), welcher der Abstand ist in Umfangsrichtung der Scheibe (5) zwischen der Hinterkante der vorderen Schaufel (2) und der Vorderkante der hinteren Schaufel (3) jeder Tandemschaufel (1) an Positionen entlang der Vorder- und der Hinterkanten, die progressiv radial auswärts von den Enden der an der Scheibe befestigten Schaufeln beabstandet sind, und dem Abstand (b) an den Enden im Wesentlichen im Bereich von 1,0 bis 2,4 liegt.
Baugruppe nach Anspruch 6, wobei das Verhältnis im Bereich der progressiv radial auswärts befindlichen Positionen zwischen den Enden der an der Scheibe befestigten Schaufeln und etwa dem Mittelpunkt der progressiv radial auswärts befindlichen Positionen im Wesentlichen im Bereich von 1,0 bis 1,1 liegt.