EP1918529A2 - Turbomachine with adjustable stator vanes - Google Patents

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Publication number
EP1918529A2
EP1918529A2 EP07021130A EP07021130A EP1918529A2 EP 1918529 A2 EP1918529 A2 EP 1918529A2 EP 07021130 A EP07021130 A EP 07021130A EP 07021130 A EP07021130 A EP 07021130A EP 1918529 A2 EP1918529 A2 EP 1918529A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turntable
flanks
stator
rotation
turbomachine according
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.)
Withdrawn
Application number
EP07021130A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1918529A3 (en
Inventor
Volker Dr.-Ing. Gümmer
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.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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 Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Publication of EP1918529A2 publication Critical patent/EP1918529A2/en
Publication of EP1918529A3 publication Critical patent/EP1918529A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
    • 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
    • F04D29/56—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/563—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the present invention relates to variable stator blades of fluid flow machines such as fans, compressors, pumps, and fans in the axial, semi-axial, or even radial form.
  • the working medium can be gaseous or liquid.
  • the invention relates to at least one adjustable stator blade, possibly also an adjustable Vorleitrad, a fluid flow machine.
  • the blading in question is within a housing, which limits the flow of at least one rotor and a stator with a fluid to the outside.
  • a rotor comprises a plurality of rotor blades attached to a rotating shaft and supplies energy to the working fluid
  • a stator consists of a plurality of stator blades usually mounted in the housing.
  • the aerodynamic load capacity and the efficiency of fluid flow machines is limited in particular by the growth and detachment of boundary layers in the region of the radial gap between the blading and housing or hub, which is structurally necessary at the annular channel edge.
  • the radial gaps which can arise through free cuts in front of and behind the rotating spindle, are particularly pronounced on rotating adjustable stators and cause considerable flow losses.
  • the turntables are usually completely round.
  • Fig. 1 shows a part of a fluid flow machine in the region of one of its prior art Verstellstator Horn, shown in the meridian plane. Apart from the Verstellstator #2 itself components in the hub 4 and housing portion 5 are indicated that hold the Verstellstator (stator 2) inside and outside.
  • the view AA is shown, which shows a parallel to the axis of rotation of the variable stator (stator blade 2) oriented view of the inner flow path boundary (hub).
  • stator stator blade 2
  • hub inner flow path boundary
  • the representation is made as an example for the hub, but there is a principle same arrangement of the turntable in mosachs-parallel perspective on the housing side boundary of the flow path of the fluid flow machine.
  • the present invention relates to stators (stator blade 2) which are rotatably mounted on at least one blade end and can be adjusted via a spindle about a rotation axis 1. As in all representations shown here, the flow of the relevant row of blades takes place, as indicated by the thick arrow, from left to right.
  • the present invention has for its object to provide an adjustable stator blade of the type mentioned, which achieved while avoiding the prior art, a substantial or complete avoidance of Radialteilspalten at the blade end by a special gate of the otherwise round turntable.
  • an adjustable stator blade for use in a turbomachine having at least one of its ends a turntable whose cross section, viewed in the direction of the axis of rotation of the Verstellstators (stator blade 2), substantially deviates from a circular shape, such that by bleed the circular shape on opposite sides of the turntable two straight or curved shaped flanks arise, and the turntable adjacent Verstellstatoren are mounted in overlapping circular recesses in the housing or hub member.
  • FIG. 2 shows a part of a fluid flow machine in the region of one of its displacement stator rows (stator blade 2), shown in the meridian plane. Apart from the Verstellstator #2 itself components in the hub 4 and housing portion 5 are indicated that hold the Verstellstator (stator 2) inside and outside.
  • Verstellstatoran extract in which a storage is provided solely in housing or hub with full radial gap at the other end of the blade.
  • the right-hand side of the picture shows the view A-A, which shows a view of the inner flow path boundary (hub) oriented parallel to the axis of rotation of the variable stator (stator blade 2).
  • the solution according to the invention shown here provides a special shape of the turntable 3 located at the blade ends.
  • the blade 8 is located here in the leading edge region completely on the turntable 3 and protrudes only with its trailing edge on the turntable 3 addition.
  • the originally circular turntable 3 has two flanks S, D obtained by a cut at opposite edge zones of the turntable 3, which are executed in a straight line in the example shown here. Between the flank S located near the convex suction side of a blade profile and the flank D located near the concave shaped pressure side of the adjacent blade profile there is a gap which allows the displacement of the displacement stator (stator blade 2) over a certain angular range.
  • a solution according to the invention can also have any other relative rotary position between the blade profile and the trimmed turntable 3.
  • Fig. 3 shows a Verstellstator Hor in the meridian plane.
  • view AA is also shown, which shows a parallel to the axis of rotation of the adjusting stator (stator blade 2) oriented view of the inner flow path boundary (hub).
  • the solution according to the invention shown here provides a positioning of the blade profile on the turntable 3, which leads in a part of the adjustment range of the stator to an overlap of the blade trailing edge with the turntable 3 of an adjacent stator blade 2.
  • Fig. 4 shows a Verstellstator II in the meridian plane.
  • A-A view is shown, which shows a parallel to the axis of rotation 1 of the adjusting stator oriented view of the inner flow path boundary (hub).
  • the solution according to the invention shown here provides for complete positioning of the blade profile on the turntable 3.
  • the originally circular turntable 3 has received two very long flanks through the gate, which are straight again executed in the example shown here, but can also be curved.
  • the gap between the flanks of two adjacent turntables 3 at the respective edges of the Statorverstell Anlagenes is low or equal to zero.
  • Fig. 6 shows a turntable 3 in battingachsparalleler view.
  • the blade is not drawn in favor of a clearer representation.
  • two very different gates can be provided according to the invention, the contours of which fit together with parts of the edge when the rotational position of the adjusting stator is correctly selected.
  • the penetration depths S1 and S2 into the circle of the diameter D can deviate from one another as desired.
  • a solution according to the invention can also have other arbitrarily shaped contours of the flanks S and D.
  • the flow-facing (wetted) surface of the turntable 3 according to the invention may be flat or oblique, bevelled, wavy or otherwise contoured to create a particularly favorable transition between turntables 3 adjacent stator blades 2.
  • FIG. 7 shows a turntable 3 in a rotation-parallel view.
  • the stator blade 2 is not in favor of a clearer view also drawn.
  • two straight flanks with different penetration depths S1 and S2 have been chosen here.
  • This and also previous illustrations show solutions according to the invention in which the edges formed on the flanks are at right angles to the surface of the turntable. Deviating from this, it may be particularly advantageous according to the invention not to provide the surface of the flank parallel to the blade axis of rotation 1, but inclined relative thereto and / or with a special contouring.
  • Fig. 8 shows the section BB defined in Fig. 7 through the turntable 3 and a small portion of the airfoil 8.
  • the upper part of the figure shows the solution according to the invention with rectangular edges of the flanks (turntable without inclination of the flanks S and D (orientation approximately parallel to the axis of rotation)), the lower part of the image, however, shows an example of a coordinated inclination / contouring of the flanks S and D (turntable with inclination and contouring of the flanks S and D).
  • the flow-facing (wetted) surface of the turntable 3 according to the invention flat or to create a particularly favorable transition between turntables 3 adjacent stator blades 2 can be made oblique, bevelled, wavy or otherwise contoured.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

The machine has a flow channel, and a stator vane (2) rotatable about a rotating axis (1) arranged in the channel. The stator vane has a rotary disk (3) in radial end areas of the stator vane. The disk has a cross section that is designed non-circular towards the rotating axis. The cross section of the disk has two parallel, even or curved flanges (S, D) in opposite sides of the disk. The vane adjacent to the disk is supported in overlapping circular recesses in a housing component (5) and/or hub component (4), where the flanges are linearly designed.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verstellbare Statorschaufeln von Strömungsarbeitsmaschinen wie etwa Bläsern, Verdichtern, Pumpen und Ventilatoren in axialer, halbaxialer oder auch radialer Bauart. Das Arbeitsmedium (Fluid) kann gasförmig oder flüssig sein.The present invention relates to variable stator blades of fluid flow machines such as fans, compressors, pumps, and fans in the axial, semi-axial, or even radial form. The working medium (fluid) can be gaseous or liquid.

Einen allgemeinen Stand der Technik derartiger Strömungsarbeitsmaschinen mit verstellbaren Statorschaufeln zeigen beispielsweise die US 2004/0240990 A1 und die US 2004/0115051 A1 .A general state of the art of such flow machines with adjustable stator blades, for example, the US 2004/0240990 A1 and the US 2004/0115051 A1 ,

Im Einzelnen betrifft die Erfindung mindestens eine verstellbare Statorschaufel, gegebenenfalls auch ein verstellbares Vorleitrad, einer Strömungsarbeitsmaschine. Die betreffende Beschaufelung ist innerhalb eines Gehäuses, welches die Durchströmung mindestens eines Rotors und eines Stators mit einem Fluid nach außen begrenzt. Während ein Rotor mehrere an einer rotierenden Welle befestigte Rotorschaufeln umfasst und Energie an das Arbeitsmedium abgibt, besteht ein Stator aus mehreren meist im Gehäuse befestigten Statorschaufeln.In detail, the invention relates to at least one adjustable stator blade, possibly also an adjustable Vorleitrad, a fluid flow machine. The blading in question is within a housing, which limits the flow of at least one rotor and a stator with a fluid to the outside. While a rotor comprises a plurality of rotor blades attached to a rotating shaft and supplies energy to the working fluid, a stator consists of a plurality of stator blades usually mounted in the housing.

Die aerodynamische Belastbarkeit und die Effizienz von Strömungsarbeitsmaschinen, beispielsweise Bläsern, Verdichtern, Pumpen und Ventilatoren, wird insbesondere durch das Wachstum und die Ablösung von Grenzschichten im Bereich der am Ringkanalrand baulich notwendigen Radialspalte zwischen Beschaufelung und Gehäuse beziehungsweise Nabe begrenzt. Besonders an drehbaren Verstellstatoren sind die Radialspalte, die durch Freischnitte vor und hinter der Drehspindel entstehen können, stark ausgeprägt und verursachen beträchtliche Strömungsverluste. Um diese Verluste in Grenzen zu halten, werden üblicherweise möglichst große Drehteller an den inneren und äußeren Enden der Verstellstatoren vorgesehen, um die Erstreckung der Freischnitte in Strömungsrichtung klein zu halten. Nun sind die Drehteller üblicherweise vollständig rund. Da der Durchmesser durch den Abstand zwischen zwei benachbarten Schaufeln begrenzt ist, können insbesondere bei engen Schaufelteilungen, wie sie in modernen Maschinen zunehmend zu finden sind, nur Drehteller realisiert werden, deren Durchmesser deutlich kleiner sind als die Profillänge der Schaufel in dem betreffenden Naben- bzw. Gehäusebereich. Es bleibt zwangsläufig ein beträchtlicher Radialspalt vor und/oder hinter dem Drehteller. Der Stand der Technik hält keine Lösung für die Vermeidung derartiger Radialspalte an Verstellstatoren bereit.The aerodynamic load capacity and the efficiency of fluid flow machines, such as blowers, compressors, pumps and fans, is limited in particular by the growth and detachment of boundary layers in the region of the radial gap between the blading and housing or hub, which is structurally necessary at the annular channel edge. The radial gaps, which can arise through free cuts in front of and behind the rotating spindle, are particularly pronounced on rotating adjustable stators and cause considerable flow losses. To keep these losses within limits, usually the largest possible turntable at the inner and outer ends of the Verstellstatoren provided to the Extension of the free cuts in the flow direction to keep small. Now the turntables are usually completely round. Since the diameter is limited by the distance between two adjacent blades, only turntables can be realized, especially with narrow blade pitches, as they are increasingly found in modern machines, the diameter of which are significantly smaller than the profile length of the blade in the respective hub or Housing area. There remains inevitably a considerable radial gap before and / or behind the turntable. The prior art does not provide a solution for avoiding such radial gaps on adjustable stators.

Die Fig. 1 zeigt einen Teil einer Strömungsarbeitsmaschine im Bereich einer seiner Verstellstatorreihen nach dem Stand der Technik, dargestellt in der Meridianebene. Außer der Verstellstatorreihe selbst sind Bauteile im Naben- 4 und Gehäusebereich 5 angedeutet, die den Verstellstator (Statorschaufel 2) innen wie außen halten.Fig. 1 shows a part of a fluid flow machine in the region of one of its prior art Verstellstatorreihen, shown in the meridian plane. Apart from the Verstellstatorreihe itself components in the hub 4 and housing portion 5 are indicated that hold the Verstellstator (stator 2) inside and outside.

Hier nicht explizit dargestellt, aber ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung, sind Verstellstatoranordnungen, bei denen eine Lagerung allein im Gehäuse oder in der Nabe der Fig. 1 mit vollem Radialspalt am jeweils anderen Schaufelende vorgesehen ist.Not explicitly shown here, but also the subject of the present invention, are Verstellstatoranordnungen in which a storage alone in the housing or in the hub of FIG. 1 is provided with a full radial gap at the other end of the blade.

Auf der rechten Seite ist die Ansicht A-A dargestellt, die einen parallel zur Drehachse des Verstellstators (Statorschaufel 2) orientierten Blick auf die innere Strömungspfadbegrenzung (Nabe) zeigt. Die hier dargestellte Bauweise nach dem Stand der Technik sieht voneinander getrennt in der Nabe gelagerte Drehteller der einzelnen Verstellschaufeln vor. Das Schaufelblatt ragt dabei deutlich mit seiner Vorder- und /oder Hinterkante über den Drehteller hinaus.On the right side, the view AA is shown, which shows a parallel to the axis of rotation of the variable stator (stator blade 2) oriented view of the inner flow path boundary (hub). The design according to the prior art shown here provides separate from each other in the hub mounted turntable of the individual adjusting blades. The airfoil protrudes clearly with its front and / or rear edge beyond the turntable.

Die Darstellung ist beispielhaft für die Nabe vorgenommen, doch findet sich eine prinzipiell gleiche Anordnung der Drehteller bei drehachs-paralleler Perspektive auf die gehäuseseitige Begrenzung des Strömungspfades der Strömungsarbeitsmaschine.The representation is made as an example for the hub, but there is a principle same arrangement of the turntable in drehachs-parallel perspective on the housing side boundary of the flow path of the fluid flow machine.

Die vorliegende Erfindung betrifft Statoren (Statorschaufel 2), die an mindestens einem Schaufelende drehbar gelagert sind und über eine Spindel um eine Drehachse 1 verstellt werden können. Wie in allen hier gezeigten Darstellungen erfolgt die Anströmung der betreffenden Schaufelreihe, wie durch den dicken Pfeil angedeutet, von links nach rechts.The present invention relates to stators (stator blade 2) which are rotatably mounted on at least one blade end and can be adjusted via a spindle about a rotation axis 1. As in all representations shown here, the flow of the relevant row of blades takes place, as indicated by the thick arrow, from left to right.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verstellbare Statorschaufel der eingangs genannten Art zu schaffen, welche unter Vermeidung des Standes der Technik eine weitgehende oder auch vollständige Vermeidung von Radialteilspalten am Schaufelende durch einen besonderen Anschnitt des sonst runden Drehtellers erreicht.The present invention has for its object to provide an adjustable stator blade of the type mentioned, which achieved while avoiding the prior art, a substantial or complete avoidance of Radialteilspalten at the blade end by a special gate of the otherwise round turntable.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention the object is achieved by the feature combination of the main claim, the subclaims show further advantageous embodiments of the invention.

Erfindungsgemäß ist für den Einsatz in einer Strömungsarbeitsmaschine eine verstellbare Statorschaufel geschaffen, die an mindestens einem ihrer Enden einen Drehteller aufweist, dessen Querschnitt, betrachtet in Richtung der Drehachse des Verstellstators (Statorschaufel 2), wesentlich von einer kreisrunden Form abweicht, derart, dass durch Anschnitt der kreisrunden Form an gegenüberliegenden Seiten des Drehtellers zwei gerade oder kurvenförmig gestaltete Flanken entstehen, und die Drehteller benachbarter Verstellstatoren in überlappenden kreisförmigen Ausnehmungen im Gehäuse- bzw. Nabenbauteil gelagert sind.According to the invention, an adjustable stator blade is provided for use in a turbomachine having at least one of its ends a turntable whose cross section, viewed in the direction of the axis of rotation of the Verstellstators (stator blade 2), substantially deviates from a circular shape, such that by bleed the circular shape on opposite sides of the turntable two straight or curved shaped flanks arise, and the turntable adjacent Verstellstatoren are mounted in overlapping circular recesses in the housing or hub member.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1
eine schematische Darstellung eines Verstellstators (Statorschaufel 2) nach dem Stand der Technik,
Fig. 2
eine erfindungsgemäße Lösung für einen Verstellstator,
Fig. 3
eine weitere erfindungsgemäße Lösung für einen Verstellstator,
Fig. 4
eine weitere erfindungsgemäße Lösung für einen Verstellstator,
Fig. 5
eine Prinzipdarstellung möglicher Drehpositionen des erfindungsgemäßen Verstellstators,
Fig. 6
einen erfindungsgemäßen Drehtellergrundriss, gekrümmte Flanken, Ansicht A-A,
Fig. 7
einen weiteren erfindungsgemäßen Drehtellergrundriss, gerade Flanken, Ansicht A-A,
Fig. 8
Beispiele für erfindungsgemäße Drehtellerquerschnitte, Schnitt B-B.
In the following the invention will be described by means of embodiments in conjunction with the figures. Showing:
Fig. 1
a schematic representation of a Verstellstators (stator 2) according to the prior art,
Fig. 2
a solution according to the invention for an adjustable stator,
Fig. 3
another solution according to the invention for a variable stator,
Fig. 4
another solution according to the invention for a variable stator,
Fig. 5
a schematic diagram of possible rotational positions of the variable stator according to the invention,
Fig. 6
a turntable plan according to the invention, curved flanks, view AA,
Fig. 7
another turntable layout according to the invention, straight flanks, view AA,
Fig. 8
Examples of turntable cross sections according to the invention, section BB.

Die Fig. 2 zeigt einen Teil einer Strömungsarbeitsmaschine im Bereich einer seiner Verstellstatorreihen (Statorschaufel 2), dargestellt in der Meridianebene. Außer der Verstellstatorreihe selbst sind Bauteile im Naben- 4 und Gehäusebereich 5 angedeutet, die den Verstellstator (Statorschaufel 2) innen wie außen halten.2 shows a part of a fluid flow machine in the region of one of its displacement stator rows (stator blade 2), shown in the meridian plane. Apart from the Verstellstatorreihe itself components in the hub 4 and housing portion 5 are indicated that hold the Verstellstator (stator 2) inside and outside.

Hier nicht explizit dargestellt aber ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Verstellstatoranordnungen, bei denen eine Lagerung allein in Gehäuse oder Nabe mit vollem Radialspalt am jeweils anderen Schaufelende vorgesehen ist.Not explicitly shown here but also subject of the present invention are Verstellstatoranordnungen in which a storage is provided solely in housing or hub with full radial gap at the other end of the blade.

Auf der rechten Bildseite ist die Ansicht A-A dargestellt, die einen parallel zur Drehachse des Verstellstators (Statorschaufel 2) orientierten Blick auf die innere Strömungspfadbegrenzung (Nabe) zeigt.The right-hand side of the picture shows the view A-A, which shows a view of the inner flow path boundary (hub) oriented parallel to the axis of rotation of the variable stator (stator blade 2).

Die hier dargestellte erfindungsgemäße Lösung sieht eine besondere Form der an den Schaufelenden befindlichen Drehteller 3 vor. Das Schaufelblatt 8 befindet sich hier im Vorderkantenbereich vollständig auf dem Drehteller 3 und ragt lediglich noch mit seiner Hinterkante über den Drehteller 3 hinaus. Der ursprünglich kreisrunde Drehteller 3 hat durch einen Anschnitt an gegenüberliegenden Randzonen des Drehtellers 3 zwei Flanken S, D erhalten, die in dem hier dargestellten Beispiel geradlinig ausgeführt sind. Zwischen der in der Nähe der konvex geformten Saugseite eines Schaufelprofils befindliche Flanke S und der in der Nähe der konkav geformten Druckseite des benachbarten Schaufelprofils befindliche Flanke D besteht ein Spalt, der die Verdrehung des Verstellstators (Statorschaufel 2) über einen bestimmten Winkelbereich erlaubt.The solution according to the invention shown here provides a special shape of the turntable 3 located at the blade ends. The blade 8 is located here in the leading edge region completely on the turntable 3 and protrudes only with its trailing edge on the turntable 3 addition. The originally circular turntable 3 has two flanks S, D obtained by a cut at opposite edge zones of the turntable 3, which are executed in a straight line in the example shown here. Between the flank S located near the convex suction side of a blade profile and the flank D located near the concave shaped pressure side of the adjacent blade profile there is a gap which allows the displacement of the displacement stator (stator blade 2) over a certain angular range.

Abweichend von der in Fig. 2 gewählten Darstellung kann eine erfindungsgemäße Lösung auch jede andere relative Drehlage zwischen Schaufelprofil und dem angeschnittenen Drehteller 3 aufweisen.Notwithstanding the representation selected in FIG. 2, a solution according to the invention can also have any other relative rotary position between the blade profile and the trimmed turntable 3.

Ganz ähnlich wie die Fig. 2 zeigt die Fig. 3 eine Verstellstatorreihe in der Meridianebene. Auf der rechten Bildseite ist ebenfalls die Ansicht A-A dargestellt, die einen parallel zur Drehachse des Verstellstators (Statorschaufel 2) orientierten Blick auf die innere Strömungspfadbegrenzung (Nabe) zeigt. Die hier dargestellte erfindungsgemäße Lösung sieht eine Positionierung des Schaufelprofils auf dem Drehteller 3 vor, die in einem Teil des Verstellbereiches des Stator zu einer Überlappung der Schaufelhinterkante mit dem Drehteller 3 einer benachbarten Statorschaufel 2 führt.Quite similar to Fig. 2, Fig. 3 shows a Verstellstatorreihe in the meridian plane. On the right side of the image, the view AA is also shown, which shows a parallel to the axis of rotation of the adjusting stator (stator blade 2) oriented view of the inner flow path boundary (hub). The solution according to the invention shown here provides a positioning of the blade profile on the turntable 3, which leads in a part of the adjustment range of the stator to an overlap of the blade trailing edge with the turntable 3 of an adjacent stator blade 2.

Hier nicht dargestellt, doch ebenfalls erfindungsgemäß, ist eine Positionierung des Schaufelprofils, die in einem Teil des Verstellbereiches des Stators zu einer Überlappung der Schaufelvorderkante mit dem Drehteller 3 einer benachbarten Statorschaufel 2 führt.Not shown here, but also according to the invention, is a positioning of the blade profile, which leads in a part of the adjustment of the stator to an overlap of the blade leading edge with the turntable 3 of an adjacent stator blade 2.

Ganz ähnlich wie die Fig. 2 zeigt die Fig. 4 eine Verstellstatorreihe in der Meridianebene. Auf der rechten Bildseite ist die Ansicht A-A dargestellt, die einen parallel zur Drehachse 1 des Verstellstators orientierten Blick auf die innere Strömungspfadbegrenzung (Nabe) zeigt. Die hier dargestellte erfindungsgemäße Lösung sieht eine vollständige Positionierung des Schaufelprofils auf dem Drehteller 3 vor. Der ursprünglich kreisrunde Drehteller 3 hat durch den Anschnitt zwei sehr lange Flanken erhalten, die in dem hier dargestellten Beispiel wieder gerade ausgeführt sind, aber auch gekrümmt verlaufen können.Quite similar to Fig. 2, Fig. 4 shows a Verstellstatorreihe in the meridian plane. On the right side of the image A-A view is shown, which shows a parallel to the axis of rotation 1 of the adjusting stator oriented view of the inner flow path boundary (hub). The solution according to the invention shown here provides for complete positioning of the blade profile on the turntable 3. The originally circular turntable 3 has received two very long flanks through the gate, which are straight again executed in the example shown here, but can also be curved.

Die Fig. 5 zeigt drei unterschiedliche bei erfindungsgemäßer Ausführung des Verstellstators mögliche Drehpositionen:

a.)
bei Verstellung in Richtung hoher Staffelungswinkel der Statorschaufel 2 (tiefer Teillastbereich der Strömungsarbeitsmaschine),
b.)
bei mittlerer Drehstellung und entsprechend größtem Spalt zwischen den Flanken (mittlerer Teillastbereich der Strömungsarbeitsmaschine),
c.)
bei Verstellung in Richtung kleiner Staffelungswinkel der Statorschaufel 2 (Auslegungsbereich und Überlastbereich der Strömungsarbeitsmaschine)
5 shows three different possible in inventive design of the variable stator rotational positions:
a.)
in the case of adjustment in the direction of high staggering angle of the stator blade 2 (deep part-load range of the turbomachine),
b.)
at medium rotational position and correspondingly largest gap between the flanks (middle part-load range of the turbomachine),
c.)
with adjustment in the direction of small staggering angles of the stator blade 2 (design range and overload range of the turbomachine)

Wie hier erkennbar ist, ist der Spalt zwischen den Flanken zweier benachbarter Drehteller 3 an den jeweiligen Rändern des Statorverstellbereiches (d.h. bei extrem großen und kleinen Staffelungswinkeln der Verstellstatorschaufel) gering oder auch gleich Null.As can be seen here, the gap between the flanks of two adjacent turntables 3 at the respective edges of the Statorverstellbereiches (i.e., at extremely large and small staggering angles of the Verstellstatorschaufel) is low or equal to zero.

In den vorangegangenen Figuren sind zur einfacheren Darstellung des erfindungsgemäßen Konzeptes die gegenüberliegenden Anschnitte des Drehtellers 3 als symmetrisch zur Schaufeldrehachse und mit geradliniger Flanke gezeigt. Über diese Darstellung hinaus gehört es ebenfalls zum erfindungsgemäßen Lösungsumfang, dass die Flanken weder geradlinig noch gleich lang sind.In the preceding figures, the opposite sections of the turntable 3 are shown as symmetrical to the blade axis of rotation and with a straight flank for ease of illustration of the inventive concept. Beyond this illustration, it is also part of the scope of the invention that the flanks are neither straight nor the same length.

Die Fig. 6 zeigt einen Drehteller 3 in drehachsparalleler Ansicht. Die Schaufel ist zugunsten einer übersichtlicheren Darstellung nicht gezeichnet. Ausgehend von der kreisrunden Form des Drehtellers 3 können erfindungsgemäß zwei sehr unterschiedliche Anschnitte vorgesehen sein, deren Konturen bei richtig gewählter Drehlage des Verstellstators über Teile der Flanke aneinander passen. Die Eindringtiefen S1 und S2 in den Kreis des Durchmessers D können dabei beliebig voneinander abweichen.Fig. 6 shows a turntable 3 in drehachsparalleler view. The blade is not drawn in favor of a clearer representation. Starting from the circular shape of the turntable 3, two very different gates can be provided according to the invention, the contours of which fit together with parts of the edge when the rotational position of the adjusting stator is correctly selected. The penetration depths S1 and S2 into the circle of the diameter D can deviate from one another as desired.

Abweichend von der in Fig. 6 gewählten Darstellung kann eine erfindungsgemäße Lösung auch andere beliebig geformte Konturen der Flanken S und D aufweisen. Die strömungszugewandte (benetzte) Oberfläche des Drehtellers 3 kann erfindungsgemäß eben oder zur Schaffung eines besonders günstigen Übergangs zwischen Drehtellern 3 benachbarter Statorschaufeln 2 schräg, angeschrägt, wellig oder anderweitig konturiert ausgeführt sein.Notwithstanding the representation chosen in FIG. 6, a solution according to the invention can also have other arbitrarily shaped contours of the flanks S and D. The flow-facing (wetted) surface of the turntable 3 according to the invention may be flat or oblique, bevelled, wavy or otherwise contoured to create a particularly favorable transition between turntables 3 adjacent stator blades 2.

Ähnlich wie die Fig. 6 zeigt die Fig. 7 einen Drehteller 3 in drehachsparalleler Ansicht. Die Statorschaufel 2 ist zugunsten einer übersichtlicheren Darstellung ebenfalls nicht gezeichnet. Ausgehend von der kreisrunden Form des Drehtellers 3 sind hier zwei gerade Flanken mit unterschiedlichen Eindringtiefen S1 und S2 gewählt worden. Dies und auch vorangegangenen Darstellungen zeigen erfindungsgemäße Lösungen, bei denen die an den Flanken entstehenden Kanten zur Oberflache des Drehtellers rechtwinklig sind. Abweichend davon kann es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft sein, die Oberfläche der Flanke nicht parallel zur Schaufeldrehachse 1, sondern gegen diese geneigt und/oder mit einer spezieller Konturierung vorzusehen.Similar to FIG. 6, FIG. 7 shows a turntable 3 in a rotation-parallel view. The stator blade 2 is not in favor of a clearer view also drawn. Starting from the circular shape of the turntable 3, two straight flanks with different penetration depths S1 and S2 have been chosen here. This and also previous illustrations show solutions according to the invention in which the edges formed on the flanks are at right angles to the surface of the turntable. Deviating from this, it may be particularly advantageous according to the invention not to provide the surface of the flank parallel to the blade axis of rotation 1, but inclined relative thereto and / or with a special contouring.

Zur Verdeutlichung zeigt die Fig. 8 den in Fig. 7 definierten Schnitt B-B durch den Drehteller 3 und einen kleinen Teil des Schaufelblattes 8. Der obere Bildteil zeigt die erfindungsgemäße Lösung mit rechtwinkligen Kanten der Flanken (Drehteller ohne Neigung der Flanken S und D (Ausrichtung etwa parallel zur Drehachse)), der untere Teil des Bildes hingegen zeigt beispielhaft eine aufeinander abgestimmte Neigung/Konturierung der Flanken S und D (Drehteller mit Neigung und Konturierung der Flanken S und D). Auch hier gilt, dass die strömungszugewandte (benetzte) Oberfläche des Drehtellers 3 erfindungsgemäß eben oder zur Schaffung eines besonders günstigen Übergangs zwischen Drehtellern 3 benachbarter Statorschaufeln 2 schräg, angeschrägt, wellig oder anderweitig konturiert ausgeführt sein kann.For clarity, Fig. 8 shows the section BB defined in Fig. 7 through the turntable 3 and a small portion of the airfoil 8. The upper part of the figure shows the solution according to the invention with rectangular edges of the flanks (turntable without inclination of the flanks S and D (orientation approximately parallel to the axis of rotation)), the lower part of the image, however, shows an example of a coordinated inclination / contouring of the flanks S and D (turntable with inclination and contouring of the flanks S and D). Again, that the flow-facing (wetted) surface of the turntable 3 according to the invention flat or to create a particularly favorable transition between turntables 3 adjacent stator blades 2 can be made oblique, bevelled, wavy or otherwise contoured.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Drehtellerturntable
22
Statorschaufel (Verstellstator)Stator blade (adjustable stator)
33
Drehtellerturntable
44
Nabenbauteilhub component
55
Gehäusebauteilhousing component
66
Durchstoßpunkt der Schaufel-Drehachse 1Piercing point of the blade rotation axis. 1
77
Strömungszugewandte (benetzte) OberflächeFlow-facing (wetted) surface
88th
Schaufelblattairfoil

Claims (11)

Strömungsarbeitsmaschine mit zumindest einem Strömungskanal, in welchem zumindest eine um eine Drehachse (1) drehbare Statorschaufel (2) angeordnet ist, welche an ihren radialen Endbereichen jeweils einen Drehteller (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, däss der Querschnitt des Drehtellers (3), betrachtet in Richtung der Drehachse (1) der Statorschaufel (2), nicht-kreisrund ausgebildet ist.Turbomachine with at least one flow channel, in which at least one about a rotation axis (1) rotatable stator blade (2) is arranged, which at their radial end regions each comprise a turntable (3), characterized , däss the cross-section of the turntable (3) considered in the direction of the axis of rotation (1) of the stator blade (2), is formed non-circular. Strömungsarbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Drehtellers (3) durch Anschnitt der kreisrunden Form an gegenüberliegenden Seiten des Drehtellers (3) zwei gerade oder kurvenförmig gestaltete Flanken (S, D) aufweist.Flow working machine according to claim 1, characterized in that the cross section of the turntable (3) by cutting the circular shape on opposite sides of the turntable (3) has two straight or curved flanks (S, D). Strömungsarbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehteller (3) benachbarter Statorschaufeln (2) in überlappenden kreisförmigen Ausnehmungen im Gehäusebauteil (5) bzw. Nabenbauteil (4) gelagert sind.Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that the turntables (3) of adjacent stator blades (2) are mounted in overlapping circular recesses in the housing component (5) or hub component (4). Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehteller (3) zwei parallele Flanken (S, D) aufweist.Turbomachine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the turntable (3) has two parallel flanks (S, D). Strömungsarbeitsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (S, D) geradlinig ausgebildet sind.Turbomachine according to claim 4, characterized in that the flanks (S, D) are rectilinear. Strömungsarbeitsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (S, D) U-geradlinig ausgebildet sind.Turbomachine according to claim 4, characterized in that the flanks (S, D) are formed U-rectilinear. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (S, D) zueinander die gleiche Länge aufweisen.Turbomachine according to one of claims 4 to 6, characterized in that the flanks (S, D) have the same length to each other. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (S, D) jeweils den gleichen Abstand zur Drehachse (1) aufweisen.Turbomachine according to one of claims 4 to 7, characterized in that the flanks (S, D) each have the same distance from the axis of rotation (1). Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (S, D) unterschiedliche Abstände zur Drehachse (1) aufweisen.Turbomachine according to one of claims 4 to 7, characterized in that the flanks (S, D) have different distances from the axis of rotation (1). Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (S, D) parallel zur Drehachse (1) angeordnet sind.Turbomachine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the flanks (S, D) are arranged parallel to the axis of rotation (1). Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (S, D) zur Drehachse (1) geneigt und/oder konturiert ausgebildet sind.Turbomachine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the flanks (S, D) to the rotation axis (1) are formed inclined and / or contoured.
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