EP1201880A2 - Schaufelgitteranordnung für Turbomaschinen - Google Patents

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EP1201880A2
EP1201880A2 EP01125191A EP01125191A EP1201880A2 EP 1201880 A2 EP1201880 A2 EP 1201880A2 EP 01125191 A EP01125191 A EP 01125191A EP 01125191 A EP01125191 A EP 01125191A EP 1201880 A2 EP1201880 A2 EP 1201880A2
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EP
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grille
blades
axial
vane
blade
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EP1201880B1 (de
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Andreas Dr. Fiala
Adam Heisler
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MTU Aero Engines AG
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MTU Aero Engines GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/142—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542—Bladed diffusers
    • F04D29/544—Blade shapes

Definitions

  • the invention relates to a vane grille arrangement for turbomachinery in axial flowed through, coaxial design, according to the preamble of claim 1.
  • the patent EP 0 756 667 B1 protects a "clocking" method in which the Caster of a first vane grille through a second vane grille with relative movement on the blade leading edges of a third, fixed relative to the first Blade grids are steered, with a maximum, circumferential deviation between trailing and leading edge of plus / minus 12.5 percent of the blade division should be allowed.
  • the prerequisite for "clocking" is that the same relative system (Stator or rotor) associated, coordinated blade grids have the same blade numbers - With a circumferentially constant blade pitch - have.
  • the object of the invention is a vane grille arrangement with two guide vane grids and to propose a blade grid arranged between them, despite the different blade numbers of the two guide vane grids a fluidically advantageous, relative circumferential positioning of the guide vane grille in the sense of "clocking".
  • the upstream guide vane grille is - despite the constant pitch angle the blades over the circumference - with two different ones, in themselves contiguous or in several separate sectors over the grid circumference Distributed sub-areas, with each blade to their in both areas Neighboring blade is axially offset in a defined manner.
  • the stacking axes are thus located the blades are no longer - as usual - in a common radial plane but on screw surfaces with constant or changing pitch, whereby concrete Bucket points lie on helical lines accordingly.
  • the first section with ⁇ m describes, for example, a "forward screw" the second with ⁇ n a "Reverse screw” connecting ends of the ⁇ m range, or vice versa.
  • the second section is only for feedback of the total, totaled axial misalignment in linear or non-linear Way using ⁇ n while avoiding relevant fluidic disadvantages.
  • the guide vane grille has an oblique outflow with a strong peripheral component have an axial offset between adjacent blades effectively Enlargement or reduction of the flow cross-section on the outlet side.
  • the axial offset ⁇ m is constant and as a function of the blade number ratio of the two guide vane grids selected.
  • the invention leads to a certain asymmetry of the flow and thus the Mass distribution in the circular flow channel cross section. This has among other things the advantage that instabilities and disturbances that occur with symmetrical or periodic Circumstances could spread further, shifted and can be partially prevented. Furthermore, the invention can be targeted certain asymmetries in the inflow are reacted to.
  • clocking effect primarily aimed at with the invention could be due to its Angle limitation, for example, also referred to as “partial clocking” or “sector clocking” become.
  • Preferred embodiments and a dimensioning rule are in the subclaims characterized for the blade grid arrangement according to the main claim.
  • FIGS. 1 and 2 show the vane grille as if it were a flat grille - with no curvature parallel blades - would act, whereby only one concrete profile is given for each blade is.
  • This type of display is much simpler, clearer and easier to understand than a realistic, spatial representation with radial, three-dimensional blades etc.
  • the vane grille arrangement 1 in FIG. 1 is flowed through from left to right, whereby upstream (left) a guide vane grille 2, in the middle a moving vane grille 5 and downstream (right) there is again a guide vane grille 3.
  • the blades 2, 5 and 3 are provided with the reference numerals 6, 9 and 7.
  • the Direction of rotation of the rotor blade grille 5 is underneath it with an upward-pointing indicated by black arrow. Detects above the rotor blade grille 5 a dashed, horizontal double arrow that indicates that the grid can be made axially displaceable to additionally influence the flow to take.
  • the so-called Caster 10 of the guide vane grille 2 In the colors gray and black, the so-called Caster 10 of the guide vane grille 2, the caster 11 of the moving vane grille 5 and the change in caster 10 as it passes through grids 2 and 5, the dotted curves and straight lines represent the paths of the caster 10 in Describe the relation to the stationary stator system.
  • the axial offset according to the invention the blades only affect the upstream guide vane grille 2 and are in Figure 1 not recognizable. Nor can it be seen from FIG. 1 that the guide vane grids 2 and 3 have different blade numbers.
  • FIG. 2 therefore shows a guide vane grille that is comparable to the grille 2 in FIG. 1 4 with blades axially offset according to the invention 8.
  • the pitch angle between all blades 8 is constant, so that the height offset is constant in the figure is. See on the left the specification 2 ⁇ ⁇ ⁇ Z1, which corresponds to the divided by the radius r, i.e. Radius-related radians from bucket to bucket corresponds.
  • the first, second and third blades from above are mutually axial (here horizontal), respectively offset by an amount ⁇ m, the blades continuing to move from top to bottom move to the right, i.e. downstream.
  • the outflow from the guide vane grille 4 runs at an angle ⁇ of approximately 45 ° to the top right, i.e.
  • the bottom blade in Figure 2 is relative to the one above it no longer to the right by ⁇ m, but to the left by an axial offset ⁇ n is.
  • the invention therefore provides for a first partial region T1 of the guide vane grille to be provided with a continuous axial offset ⁇ m, and in one second sub-area T2 to completely reverse the sum of all ⁇ m by means of opposite axial offsets ⁇ n.
  • FIG. 3 shows the course of the axial offset ⁇ ⁇ m, ⁇ n over the circumference U of the guide vane grille, the concrete blade positions are marked with small circles.
  • S curve it can be seen that the axial offset ⁇ n of the blade increases Shovel can change. Which type of curve is cheaper here is, among other things.
  • the blade (small circle) at ordinate 0 is identical to the blade at the ordinate 2 ⁇ ⁇ , since the grid circumference closes here. In the present 16 different blade positions are thus indicated in the diagram. In the In reality, the number of blades will generally be significantly larger.
  • the size ratio the sub-areas T1 and T2 are only exemplary, with T1> T2 to be aimed at is. Since the number of blades Z1 and Z2 are only slightly different in practice, relatively small axial offsets ⁇ m are sufficient for the application of the invention.
  • FIG. 4 shows the course of the axial offset ⁇ m, ⁇ n over the circumference U of a guide vane grille, whose partial areas T1, T2 differ from the embodiment according to FIG 3 not arranged contiguously, but each in four separate ones Sectors T1 ⁇ 4, T2 ⁇ 4 are spread over the grid circumference, making a quadruple periodic course with positive and negative axial offset ⁇ m, ⁇ n results.
  • the division into four sectors is exemplary; it could also be two, three, five or be more sectors.

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Abstract

Schaufelgitteranordnung für Turbomaschinen, in Axialbauweise mit zwei relativ zueinander fest positionierten, eine unterschiedliche Schaufelzahl bei jeweils konstanter Schaufelteilung aufweisenden Leitschaufelgittern sowie mit einem zwischen diesen angeordneten Laufschaufelgitter.
Die Schaufeln des ersten Leitschaufelgitters weisen in einem ersten Teilbereich T1 des Gitters aufeinanderfolgend einen gleichen Axialversatz Δ m auf,
der Axialversatz Δ m ist in Abhängigkeit vom Schaufelzahlverhältnis Z1/Z2 der beiden Leitschaufelgitter so gewählt, dass er den effektiven Abströmquerschnitt bei Z1 > Z2 vergrößert, bei Z1 < Z2 verkleinert, und
die Schaufeln des ersten Leitschaufelgitters weisen in einem zweiten Teilbereich T2 des Gitters aufeinanderfolgend einen in Relation zu Δ m entgegengesetzten, sich ggf. ändernden Axialversatz Δ n auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaufelgitteranordnung für Turbomaschinen in axial durchströmter, koaxialer Bauweise, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Im Hinblick auf eine Wirkungsgradoptimierung von Turbomaschinen durch strömungstechnische Maßnahmen gibt es erfolgversprechende Ansätze in Form einer festen, definierten Zuordnung der Umfangspositionen aufeinanderfolgender Leitschaufelgitter bzw. aufeinanderfolgender, synchron rotierender Laufschaufelgitter. Dieses als "Clocking" oder konkreter als "Stator-" bzw. "Rotorclocking" in die Fachsprache eingegangene Prinzip zielt darauf ab, die von den einzelnen Schaufeln eines ersten Schaufelgitters ausgehenden Nachläufe in definierter, strömungstechnisch optimaler Umfangsposition einem stromabwärtig nächsten, gleichartigen Schaufelgitter zuzuführen. Falls es sich um zwei "geclockte" Leitschaufelgitter handelt, ist zu berücksichtigen, dass die Nachläufe von dem zwischen den Leitschaufelgittern rotierenden Laufschaufelgitter in erheblichem Maße beeinflusst und verändert werden, insbesondere durch Verschiebung, Verformung und Zerteilung. Die Komplexität dieser Strömungsvorgänge führt dazu, dass bis dato noch keine eindeutigen, zuverlässige Regeln für ein konstruktives "Clocking" existieren.
Die Patentschrift EP 0 756 667 B1 schützt ein "Clocking"-Verfahren, bei dem die Nachläufe eines ersten Schaufelgitters durch ein zweites Schaufelgitter mit Relativbewegung auf die Schaufeleintrittskanten eines dritten, relativ zum ersten feststehenden Schaufelgitters gelenkt werden, wobei eine maximale, umfängliche Abweichung zwischen Nachlauf und Eintrittskante von plus/minus 12,5 Prozent der Schaufelteilung zulässig sein soll.
In Versuchen hat sich nicht bestätigt, dass dieses Art "Clocking" generell zu einer Wirkungsgraderhöhung führen würde.
Unabhängig davon, wie die optimale, relative Umfangsposition der Schaufelgitter gewählt wird, gilt als Voraussetzung für "Clocking", dass die dem selben Relativsystem (Stator oder Rotor) zugehörigen, abgestimmten Schaufelgitter gleiche Schaufelzahlen - bei einer umfänglich konstanten Schaufelteilung - aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaufelgitteranordnung mit zwei Leitschaufelgittern und einem zwischen diesen angeordneten Laufschaufelgitter vorzuschlagen, die trotz unterschiedlicher Schaufelzahlen der beiden Leitschaufelgitter eine strömungstechnisch vorteilhafte, relative Umfangspositionierung der Leitschaufelgitter im Sinne eines "Clocking" ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst, in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen in dessen Oberbegriff.
Erfindungsgemäß ist das stromaufwärtige Leitschaufelgitter -trotz konstantem Teilungswinkel der Schaufeln über dem Umfang - mit zwei unterschiedlichen, in sich zusammenhängenden oder in mehreren getrennten Sektoren über den Gitterumfang verteilten Teilbereichen ausgeführt, wobei in beiden Bereichen jede Schaufel zu ihrer Nachbarschaufel in definierter Weise axial versetzt ist. Somit liegen die Stapelachsen der Schaufeln nicht mehr - wie üblich - in einer gemeinsamen Radialebene sondern auf Schraubenflächen mit konstanter bzw. sich ändernder Steigung, wobei konkrete Schaufelpunkte entsprechend auf Schraubenlinien liegen. Der erste Teilbereich mit Δ m beschreibt beispielsweise eine "Vorwärtsschraube" der zweite mit Δ n eine die Enden des Δ m-Bereiches verbindende "Rückwärtsschraube", oder umgekehrt. Im Sinne eines "Clocking" wirkt nur der erste Teilbereich mit konstantem, definiertem Axialversatz Δ m von Schaufel zu Schaufel, der zweite Teilbereich dient nur der Rückführung des gesamten, aufsummierten Axialversatzes in linearer oder nicht-linearer Weise mittels Δ n unter Vermeidung relevanter, strömungstechnischer Nachteile. Da die Leitschaufelgitter eine schräge Abströmung mit starker Umfangskomponente aufweisen, bewirkt ein Axialversatz zwischen benachbarten Schaufeln effektiv eine Vergrößerung oder Verkleinerung des austrittsseitigen Strömungsquerschnittes. Im ersten Teilbereich ist der Axialversatz Δ m konstant und in Abhängigkeit vom Schaufelzahlverhältnis der beiden Leitschaufelgitter gewählt. Ist die Schaufelzahl Z2 des zweiten Leitschaufelgitters kleiner als die des ersten (Z1), wird der effektive Abströmquerschnitt des ersten Leitschaufelgitters mittels Δ m vergrößert, ist Z2 größer als Z1, wird der Abströmquerschnitt des ersten Gitters mittels eines entgegengesetzten Axialversatzes verkleinert. Im zweiten Teilbereich des Gitters mit Axialversatz Δ n gilt entsprechend jeweils das umgekehrte, wobei hier kein gezielter "Clockingeffekt" am zweiten, stromabwärtigen Leitschaufelgitter auftritt.
Durch die Variation der effektiven Abströmquerschnitte des ersten Leitschaufelgitters führt die Erfindung zu einer gewissen Asymmetrie der Strömungs- und somit der Massenverteilung im kreisringförmigen Strömungskanalquerschnitt. Dies hat u.a. den Vorteil, dass Instabilitäten und Störungen, die sich bei symmetrischen bzw. periodischen Verhältnissen über den Umfang weiter ausbreiten könnten, verlagert und zum Teil unterbunden werden können. Weiterhin kann mit der Erfindung gezielt auf gewisse Asymmetrien in der Zuströmung reagiert werden.
Der mit der Erfindung primär angestrebte "Clockingeffekt" könnte aufgrund seiner Winkelbegrenzung beispielsweise auch als "Teilclocking" oder "Sektorclocking" bezeichnet werden.
In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen sowie eine Bemessungsregel für die Schaufelgitteranordnung nach dem Hauptanspruch gekennzeichnet.
Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei zeigen in verdeutlichender, nicht maßstäblicher Darstellung:
  • Figur 1 eine Schaufelgitteranordnung mit zwei Leitschaufelgittern und einem dazwischen angeordneten Laufschaufelgitter,
  • Figur 2 vier Schaufelprofile eines Leitschaufelgitters mit Axialversatz,
  • Figur 3 ein Diagramm mit dem Verlauf des Axialversatzes über dem Leitschaufelgitterumfang, und
  • Figur 4 ein mit Figur 3 vergleichbares Diagramm, jedoch mit in vier Sektoren periodisch wechselndem Verlauf des Axialversatzes.
    • Zum besseren Verständnis sei zunächst darauf hingewiesen, dass die Figuren 1 und 2 die Schaufelgitter so zeigen, als ob es sich um ebene Gitter - ohne Krümmung mit parallelen Schaufeln - handelt würde, wobei je Schaufel nur ein konkretes Profil wiedergegeben ist. Diese Art der Darstellung ist wesentlich einfacher, übersichtlicher und leichter verständlich, als eine realistische, räumliche Darstellung mit radialen, dreidimensionalen Schaufeln etc..
    Die Schaufelgitteranordnung 1 in Fig. 1 wird von links nach rechts durchströmt, wobei stromaufwärts (links) ein Leitschaufelgitter 2, in der Mitte ein Laufschaufelgitter 5 und stromabwärts (rechts) wieder ein Leitschaufelgitter 3 vorhanden sind. Die Schaufeln der Gitter 2, 5 und 3 sind mit den Bezugszeichen 6, 9 und 7 versehen. Die Drehrichtung des Laufschaufelgitters 5 ist unter diesem mit einem nach oben weisenden, schwarzen Pfeil angedeutet. Oberhalb des Laufschaufelgitters 5 erkennt man einen gestrichelten, horizontalen Doppelpfeil, der darauf hinweist, dass das Gitter axial verschiebbar ausgeführt sein kann, um zusätzlich Einfluss auf den Strömungsverlauf zu nehmen. In den Farben Grau und Schwarz sind die -sogenannten- Nachläufe 10 des Leitschaufelgitters 2, die Nachläufe 11 des Laufschaufelgitters 5 und die Veränderung der Nachläufe 10 auf Ihrem Weg durch die Gitter 2 und 5 dargestellt, wobei die gepunkteten Kurven und Geraden die Wege der Nachläufe 10 in Relation zum unbewegten Statorsystem beschreiben. Der erfindungsgemäße Axialversatz der Schaufeln betrifft nur das stromaufwärtige Leitschaufelgitter 2 und ist in Figur 1 nicht zu erkennen. Ebensowenig ist aus Figur 1 ersichtlich, dass die Leitschaufelgitter 2 und 3 unterschiedliche Schaufelzahlen aufweisen.
    Figur 2 zeigt deshalb ein mit dem Gitter 2 in Figur 1 vergleichbares Leitschaufelgitter 4 mit erfindungsgemäß axial versetzten Schaufeln 8. Der Teilungswinkel zwischen allen Schaufeln 8 ist konstant, so dass in der Figur der Höhenversatz jeweils konstant ist. Siehe links die Angabe 2·π ÷ Z1, welche dem durch den Radius r geteilten, d.h. radiusbezogenen Bogenmaß von Schaufel zu Schaufel entspricht. Die erste, zweite und dritte Schaufel von oben sind gegeneinander axial (hier horizontal) jeweils um eine Betrag Δ m versetzt, wobei die Schaufeln von oben nach unten weiter nach rechts rücken, d.h. stromabwärts. Die Abströmung aus dem Leitschaufelgitter 4 verläuft unter einem Winkel β von etwa 45° schräg nach rechts oben, d.h. mit vergleichbar großer Axial- und Umfangskomponente. Diese schräge Abströmung hat zur Folge, dass ein Axialversatz zwischen zwei Schaufeln zwangsweise eine Veränderung des effektiven Abströmquerschnittes Aeff zur Folge hat. Bei der vorliegenden Geometrie wird der Abströmquerschnitt gegenüber Schaufeln ohne Axialversatz Δ m vergrößert. Siehe hierzu die gestrichelte Lage der zweiten Schaufel von oben ohne Axialversatz in Relation zur obersten Schaufel. Die Vergrößerung des Abströmquerschnittes ist auch daran erkennbar, dass der Vertikalabstand zwischen den von den Schaufelhinterkanten ausgehenden Stromlinien, hier das radiusbezogene Bogenmaß 2·π ÷ Z2, größer ist, als das Maß 2·π ÷ Z1, und zwar um den addierten Wert Δ m ÷ (r·tanß). Siehe hierzu die Gleichung rechts oben in der Figur. Dies entspricht einer effektiven Anpassung des Leitschaufelgitters 4 an ein stromabwärts liegendes, hier nicht dargestelltes Leitschaufelgitter mit größerer Schaufelteilung, das heißt kleinerer Schaufelzahl Z2 < Z1. Da die Schaufelzahlen Z1, Z2 im jeweiligen Gitter über die Kanalhöhe konstant, d.h. vom Radius r unabhängig sind, sollte tan β zumindest über den Großteil der radialen Kanalhöhe umgekehrt proportional zum Radius r gewählt sein.
    Zur Anpassung an ein stromabwärtiges Leitschaufelgitter mit größerer Schaufelzahl, d.h. Z2 > Z1, müssten die Abströmquerschnitte der Schaufeln 8 verkleinert werden in Relation zu einem Gitter ohne Axialversatz Δ m. In der Figur müssten dann die oberen drei Schaufeln von oben nach unten weiter nach links rücken, jeweils um einen konstanten Axialversatz Δ m nach links. Dieses Prinzip ist leicht verständlich und daher nicht gesondert dargestellt.
    Es ist zu beachten, dass die unterste Schaufel in Figur 2 relativ zur darüberliegenden nicht mehr um Δ m nach rechts, sondern um einen Axialversatz Δ n nach links gerückt ist. In der Realität ist es strömungstechnisch nicht sinnvoll, alle Schaufeln eines Leitschaufelgitters im Sinne einer Schraubenlinie mit fortlaufendem Axialversatz anzuordnen, wobei zwischen der ersten und der letzten Schaufel eines solchen Gitters ein großer Axialsprung mit sehr negativen, strömungstechnischen Folgen vorhanden wäre. Deshalb sieht die Erfindung vor, einen ersten Teilbereich T1 des Leitschaufelgitters mit einem fortlaufenden Axialversatz Δ m zu versehen, und in einem zweiten Teilbereich T2 die Summe aller Δ m wieder vollständig rückgängig zu machen mittels entgegengesetzter Axialversätze Δ n.
    Dieses Prinzip wird am besten aus Figur 3 verständlich, welche den Verlauf des Axialversatzes Σ Δ m, Δ n über dem Umfang U des Leitschaufelgitters zeigt, wobei die konkreten Schaufelpositionen mit kleinen Kreisen markiert sind. Man erkennt einen ersten, hier über 270° reichenden Teilbereich T1 mit linear steigendem Axialversatz, von Schaufel zu Schaufel jeweils um Δ m. Daran schließt sich ein zweiter, hier über 90° reichender Teilbereich T2 an, in dem der Axialversatz wieder sukzessive abnimmt, entweder linear (gestrichelt) oder nach einer S-Kurve, z.B. einer Cosinuskurve. Bezüglich der S-Kurve sieht man, dass sich der Axialversatz Δ n von Schaufel zu Schaufel ändern kann. Welche Art von Kurve hier günstiger ist, wird u.a. in Versuchen zu klären sein. Die Schaufel (kleiner Kreis) bei der Ordinate 0 ist identisch mit der Schaufel bei der Ordinate 2·π, da sich hier der Gitterumfang schließt. Im vorliegenden Diagramm sind somit 16 verschiedene Schaufelpositionen angedeutet. In der Realität werden die Schaufelzahlen in der Regel deutlich größer sein. Das Größenverhältnis der Teilbereiche T1 und T2 ist nur beispielhaft, wobei T1 > T2 anzustreben ist. Da die Schaufelzahlen Z1 und Z2 in der Praxis nur wenig unterschiedlich sind, genügen relativ kleine Axialversätze Δ m zur Anwendung der Erfindung.
    Figur 4 zeigt den Verlauf des Axialversatzes ΣΔm, Δn über dem Umfang U eines Leitschaufelgitters, dessen Teilbereiche T1, T2 im Unterschied zur Ausführung nach Figur 3 nicht in sich zusammenhängend angeordnet, sondern jeweils in vier getrennten Sektoren T1÷4, T2÷4 über den Gitterumfang verteilt sind, so dass sich ein vierfach periodischer Verlauf jeweils mit positivem und negativem Axialversatz Δm, Δn ergibt. Die Aufteilung in vier Sektoren ist beispielhaft, es könnten auch zwei, drei, fünf oder mehr Sektoren sein. Der Verlauf der Teilbereichssektoren T2÷4 ist hier jeweils linear, es sind selbstverständlich statt dessen auch S-Kurven möglich, wie in Figur 3. Durch die Aufteilung des "geclockten" Teilbereiches T1 und des Teilbereiches T2 in jeweils mehrere, getrennte Sektoren lassen sich Asymmetrien des Strömungsfeldes über den Kanalquerschnitt - wie bei einer Ausführung gemäß Figur 3 - vermeiden, wobei diese aber auch gewollt sein können.

    Claims (5)

    1. Schaufelgitteranordnung für Turbomaschinen, insbesondere für Gasturbinen, in axial durchströmter, koaxialer Ausführung mit zwei relativ zueinander in fester Axial- und Umfangsposition stehenden, eine unterschiedliche Schaufelzahl und jeweils einen konstanten Teilungswinkel zwischen ihren Schaufeln aufweisenden Leitschaufelgittern sowie mit einem zwischen letzteren drehbar angeordneten Laufschaufelgitter, wobei das stromaufwärtige Leitschaufelgitter eine Abströmrichtung mit größenmäßig vergleichbarer Axial- und Umfangskomponente besitzt, dadurch gekennzeichnet,
      dass die Schaufeln (6,8) des stromaufwärtigen, ersten Leitschaufelgitters (2,4) in einem ersten, zusammenhängenden oder in mehreren getrennten Sektoren über den Gitterumfang verteilten Teilbereich T1 des Gitters aufeinanderfolgend einen gleich großen sowie gleich gerichteten Axialversatz Δ m aufweisen,
      dass der Axialversatz Δ m in Abhängigkeit vom Schaufelzahlverhältnis Z1/Z2 des ersten und zweiten Leitschaufelgitters (2,4/3) so gerichtet ist, dass er bei Z1 > Z2 den effektiven Abströmquerschnitt Aeff zwischen den Schaufeln (6,8) vergrößert, bei Z1 < Z2 den Abströmquerschnitt verkleinert, und
      dass die Schaufeln (6,8) des ersten Leitschaufelgitters (2,4) in einem zweiten, zusammenhängenden oder in mehreren getrennten Sektoren über den Gitterumfang verteilten Teilbereich T2 des Gitters aufeinanderfolgend einen gleich großen oder sich ändernden, in Relation zu Δ m entgegengesetzt gerichteten Axialversatz Δ n aufweisen.
    2. Schaufelgitteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Teilbereich T1 der Zusammenhang zwischen den Schaufelzahlen Z1, Z2, dem örtlichen Schaufelgitterradius r, dem Abströmwinkel β des ersten Leitschaufelgitters, gemessen zur Umfangsrichtung an den Schaufelhinterkanten, und dem Axialversatz Δ m über einen möglichst großen Bereich der radialen Schaufelhöhe der Gleichung 2·π ÷ Z2 = 2·π ÷ Z1 ± Δ m ÷ (r·tanß) entspricht, wobei mit stets positiv gerechnetem Δ m das Pluszeichen für Z1 > Z2, das Minuszeichen für Z1 < Z2 gilt.
    3. Schaufelgitteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine in dem zweiten Teilbereich T2 die axialen Schaufelpositionen mit Axialversatz Δ n bestimmende, auf einem Kreiszylinder darstellbare, schraubenlinienartige Kurve bei Abwicklung in eine Ebene eine Gerade oder eine S-förmig gekrümmte Kurve mit Krümmungswendepunkt, z.B. einen Cosinuskurvenabschnitt, bildet.
    4. Schaufelgitteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich T1 des Gitters mit Axialversatz Δ m sich zusammenhängend oder in der Summe seiner Sektoren über einen größeren Winkel erstreckt, als der restliche Teilbereich T2 mit Axialversatz Δ n, beispielsweise über einen Winkel von 270°.
    5. Schaufelgitteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen den beiden Leitschaufelgittern (2,3) angeordnete Laufschaufelgitter (5) in seiner Axialposition verstellbar ausgeführt ist, insbesondere als rotorfestes Schaufelgitter auf einem axial verschiebbaren Rotor.
    EP01125191A 2000-10-27 2001-10-24 Schaufelgitteranordnung für Turbomaschinen Expired - Lifetime EP1201880B1 (de)

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    DE10053361 2000-10-27
    DE10053361A DE10053361C1 (de) 2000-10-27 2000-10-27 Schaufelgitteranordnung für Turbomaschinen

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    Publication Number Publication Date
    EP1201880A2 true EP1201880A2 (de) 2002-05-02
    EP1201880A3 EP1201880A3 (de) 2003-07-02
    EP1201880B1 EP1201880B1 (de) 2004-09-22

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    EP01125191A Expired - Lifetime EP1201880B1 (de) 2000-10-27 2001-10-24 Schaufelgitteranordnung für Turbomaschinen

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