EP2180195A2 - Turbo machine with tip clearance control - Google Patents

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Publication number
EP2180195A2
EP2180195A2 EP09010618A EP09010618A EP2180195A2 EP 2180195 A2 EP2180195 A2 EP 2180195A2 EP 09010618 A EP09010618 A EP 09010618A EP 09010618 A EP09010618 A EP 09010618A EP 2180195 A2 EP2180195 A2 EP 2180195A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ivh
randleitapparats
gap
profiles
blade
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Withdrawn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
EP09010618A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2180195A3 (en
Inventor
Volker Dr. 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 EP2180195A2 publication Critical patent/EP2180195A2/en
Publication of EP2180195A3 publication Critical patent/EP2180195A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08Sealings
    • F04D29/16Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/161Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/164Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of an axial flow wheel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/526Details of the casing section radially opposing blade tips
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/685Inducing localised fluid recirculation in the stator-rotor interface

Definitions

  • the invention relates to a fluid flow machine with a running column intake according to claim 1.
  • a sketch of conventional slots and grooves 10 is in the 1a and 1b shows given.
  • Simple concepts known from the prior art of casing treatments in the form of slots and / or chambers in the annular channel wall offer an increase in the stability of the fluid flow machine.
  • the increase in stability is achieved due to the unfavorably chosen arrangement or shaping only at loss of efficiency.
  • the known solutions take part, a large space at the periphery of the annular channel the Strömungsarbeitsmaschine, are due to their shape only partially effective and / or are limited to the arrangement of a housing surrounded by a rotor blade row.
  • the present invention has for its object to provide a fluid flow machine of the type mentioned, which has a very effective boundary layer control in the blade tip area while avoiding the disadvantages of the prior art.
  • the invention thus relates to a blade row of a free blade end and tread flow machine, wherein at least a portion of the trough is retracted by a finite amount from the main flow path boundary into the main flow path, the trough no longer being traversed by the main flow path boundary at the retracted positions a traversed by the main flow and connected to the Hauptströmungspfadberandung Randleitapparat consisting of a series of straight or curved profiles is limited.
  • the nip draw according to the invention relates to arrangements with a running gap and relative movement between the vane end and main flow path boundary, both on the housing and on the hub of the turbomachine.
  • the present invention thus relates to fluid flow machines such as fans, compressors, pumps and fans, in both axial, semi-axial and radial designs.
  • the working medium or fluid may be gaseous or liquid.
  • the turbomachine may include one or more stages, each having a rotor and a stator, in some cases the stage is merely formed by a rotor.
  • the rotor consists of a number of blades, which are connected to the rotating shaft of the machine and deliver energy to the working fluid.
  • the rotor can be designed with or without shroud on the outer blade end.
  • the stator consists of a number of stationary blades, which can be designed on the hub side as the housing side with a fixed or free blade end.
  • the rotor drum and the blading are usually surrounded by a housing, in other cases, for. As in propellers or propellers, no housing exists.
  • the machine can also have a stator in front of the first rotor, a so-called leading wheel. At least one stator or Vorleitrad may - unlike the immovable fixation - be rotatably mounted to change the angle of attack. An adjustment is made for example by a spindle accessible from outside the annular channel.
  • the turbomachine may have at least one row of adjustable rotors.
  • the turbomachine according to the invention may have two counter-rotating shafts in multiple stages, so that the rotor blade rows change the direction of rotation from stage to stage. There are no stators between successive rotors.
  • the fluid flow machine can alternatively have a bypass configuration such that the single-flow annular channel divides behind a certain row of blades into two concentric annular channels, which in turn accommodate at least one additional row of blades.
  • Fig.2 shows examples according to the invention relevant flow machines.
  • the Figure 3 shows a prior art splitting assembly in the meridian plane formed by the axial direction x and the radial direction r in the region of the blade end of a blade row 5 of a fluid flow machine.
  • the nip 11 at the tip of the free blade end is located directly at the edge of the main flowpath 2, which is formed by a hub or housing assembly 6.
  • the gap 11 is formed by the inner or outer annular channel contour (hub or housing 6) of the fluid flow machine on one side and by the tip of a rotor or stator blade on the other side.
  • the Figure 4 shows in the same representation an example of a gap arrangement according to the invention in the meridian plane formed by the axial direction x and the radial direction r in the region of the blade end of a row of blades of a fluid flow machine.
  • the nip 11 at the tip of the free blade end is a finite distance from the main flow path boundary.
  • the running gap 11 By different distances of the running gap 11 from the main flow path boundary at the leading and trailing edges, the running gap is inclined with respect to the main flow path boundary and also with respect to the meridional flow.
  • the gap leakage flow is reduced and in particular a meridional return flow in the region of the running gap is suppressed.
  • an edge guiding apparatus In the gap formed between the running gap 11 and the main flow path boundary by drawing the running gap 11 into the main flow path is an edge guiding apparatus, consisting of a series of straight or curved profiles.
  • the Randleitapparat is firmly connected to the main flow path boundary forming component group.
  • a straight (as in Fig. 4 shown) or curved / kinked line course may be provided.
  • the Fig. 4b shows the definition according to the invention relevant characteristics of the running gap arrangement.
  • the insertion depth of the running gap 11 may vary according to the invention.
  • the definition of the parameters takes place with the aid of a reference straight line through the points P and S of the main flow path boundary, when the peripheral guide device is provided in the flow direction up to or beyond the trailing edge of the blade row.
  • the reference line is defined by the points P and N.
  • the trough insertion depth at the leading edge tV is defined as the distance of the front gap edge point M from the main flow path boundary measured in the direction perpendicular to the reference line.
  • the running nip depth at the trailing edge tH is defined as the distance of the trailing nip point N from the main flow path boundary as measured in the direction perpendicular to the reference line.
  • the length of the blade tip IVH is defined as the vertical distance of the trailing edge point H from the orthogonal to the reference straight line passing through the leading edge point V.
  • the leading edge offset dVM is defined as the vertical distance of the gap edge point M from the orthogonal line passing through the leading edge point V to the reference line.
  • the trailing edge offset dHN is defined as the vertical distance of the gap edge point N from the orthogonal line passing through the trailing edge point H to the reference line.
  • the current extension of Randleitapparates v is defined as the vertical distance of the contour point P of the main flow path boundary of the extending through the leading edge point V orthogonal to the reference line, and positive as drawn.
  • the current extension of the Randleitapparates w is defined as the vertical distance of the contour point S of Kleinströmungspfadberandung of the running through the leading edge point V orthogonal to the reference line, and positive as drawn.
  • the trough insertion depth at any point within the bladed region (between leading and trailing edges) of the blade row 5 is defined as the distance of the respective point from the main flowpath boundary measured in the direction perpendicular to the reference line.
  • the Fig. 5a shows two Laufspaltan extracten invention, in which the Randleitapparat 10 extends along the entire blade tip.
  • the Randleitapparat 10 extends along the entire blade tip.
  • a variant with a straight course of the main flow path boundary is shown at the top and a variant with a curved course of the main flow path boundary at the bottom.
  • the feed depth of the running gap is greater at the leading edge than at the trailing edge (tV> tH).
  • the view Z-Z is drawn in both variants.
  • the sectional plane Z-Z extends within the main flow path through the blades 5 located there, of which three are shown in the section shown.
  • the view then falls on the Randleitapparat 10, which consists of a series of slim straight sections 12 here.
  • the Randleitapparat 10 is firmly connected to the main flow path boundary.
  • the blades 5 of the blade row execute a (rotating) relative movement with respect to the edge guiding apparatus 10 and with respect to the main flow path boundary.
  • the main flow passes the arrangement from left to right, see thick arrow.
  • the flow through two adjacent passages of Randleitapparats 10 is indicated by a thin arrow.
  • the profiles and the passages of Randleitapparats 10 are running in this example.
  • the connecting line of the leading edge points V of the blades is indicated by VL and the connecting line of the trailing edge points H of the blades is indicated by HL.
  • VL and HL is the bladed region of the blade row 5, which also coincides in the example of the invention shown here substantially with the area occupied by the Randleitapparat 10 area.
  • the Fig. 5b shows two further inventively possible arrangements of Randleitapparats 10 in the off Fig. 5a known view ZZ.
  • On the left side of the Randleitapparat 10 consists of a series of curved profiles 12 of constant thickness.
  • the passage between two profiles 12 of the Randleitapparats 10 is significantly curved, such that the circumferential component of the flow when passing the Randleitapparats 10 in the direction of relative movement of the blade row 5 increases.
  • the stagger angle ⁇ R of the profiles of the Randleitapparates 10 and the stagger angle ⁇ S of the profiles of the blade row 5 have opposite sign in this case.
  • the stagger angle is measured between the meridian direction m and the chord line of the respective profile 12.
  • the stagger angle ⁇ R of the profiles of Randleitapparates 10 has in the indicated direction negative sign.
  • the stagger angle ⁇ S of the profiles of the blade row 5 has positive sign in the direction shown.
  • the longitudinal symmetry line of the profile is used to determine the stagger angle.
  • the rear gap edge point N of the Randleitapparats coincides here with the rear contour point S of the main flow path boundary. This gives the Randleitapparat 10 in meridian section according to the invention a favorable wedge-like shape.
  • the right side of the image shows the view Z-Z in the plane formed by the meridional direction m and the circumferential direction u.
  • the profiles 12 and the passages 13 of the Randleitapparats 10 are executed here again straight and the area occupied by the Randleitapparat 10 substantially coincides with the bladed region of the blade row 5 (between VL and HL).
  • the stagger angle ⁇ R of the profiles of the Randleitapparates and the stagger angle ⁇ S of the profiles of the blade row have the same sign in this case.
  • values of the staggering angle of Randleitapparatprofile in the range between -70 ° and 70 ° are possible (-70 ° ⁇ R ⁇ 70 °), but it is particularly favorable to provide values from the range -40 ° ⁇ R ⁇ 30 °.
  • the Fig. 7a shows two Laufspaltan extracten invention, in which the Randleitapparat 10 extends over the front part of the blade tip.
  • the rear gap edge point N is now located on the main flow path boundary and the contour point S lies within the bladed region of the blade row 5.
  • the depth of the feed gap 11 decreases to zero to point S.
  • the gap depth is thus zero in the area between the contour point S and the rear gap edge point N.
  • the Randleitapparat 10 has in meridian section according to the invention a favorable wedge-like shape.
  • the left-hand side of the picture above shows an arrangement according to the invention in which the main flow path boundary runs approximately rectilinearly and a break point K is provided in the blade tip due to the wedge-like shape of the edge guide apparatus 10 in the vicinity of the contour point S.
  • the running gap also runs with kink.
  • the lower left part of the picture shows an arrangement according to the invention, in which the main flow path boundary runs in such a swung manner that, despite the wedge-like shape of the edge guiding apparatus 10, a kink-free course of the blade tip and the running gap 11 can be provided.
  • the right side of the image shows the view ZZ in the plane formed by the meridian direction m and the circumferential direction u.
  • the profiles and the passages of Randleitapparats 10 are executed here curved and the area occupied by Randleitapparat 10 takes on the leading edge line VL starting only a part of the bladed region of the blade row 5 a.
  • the stagger angle ⁇ R of the profiles of the Randleitapparates 10 and the stagger angle ⁇ S of the profiles of the blade row 5 have here opposite sign.
  • the Fig. 7b shows two further inventively possible arrangements of Randleitapparats 10 in the off Fig. 7a known view ZZ.
  • the Randleitapparat 10 On the left side, the Randleitapparat 10 consists of a series of non-arched profiles of constant thickness.
  • the right side of the image Randleitapparat 10 On the right side of the image Randleitapparat 10 consists of a series curved profiles of constant thickness.
  • the passage between two profiles of Randleitapparats 10 is curved such that the circumferential component of the flow increases when passing the Randleitapparats 10 against the direction of the relative movement of the blade row 5.
  • the Fig. 7c shows two further inventively possible arrangements of Randleitapparats 10 in the off Fig. 7a known view ZZ.
  • the Randleitapparat On the left side of the image, the Randleitapparat consists of a series of non-arched wedge-like profiles with maximum thickness at their trailing edge. The displacement effect increases continuously here in the flow direction.
  • the Randleitapparat 10 On the right side, the Randleitapparat 10 consists of a series of non-arched thick profiles with maximum displacement effect in its middle part. In both image halves 10, the longitudinal axis of symmetry is drawn for a profile of Randleitapparates, which is to be used in this type of profiles for determining the staggering angle.
  • the Fig. 8 shows a favorable nip arrangement according to the invention, in which the Randleitapparat 10 extends in the meridian section (xr plane) only along the front third of the blade tip, according to the following proviso: w ⁇ 0.33 IVH.
  • the right side of the image shows the view ZZ in the plane formed by the meridian direction m and the circumferential direction u.
  • the profiles and the passages of Randleitapparats 10 are made here short and straight.
  • the Fig. 9 shows a further advantageous nip arrangement according to the invention. As shown in the left half of the image in the meridian section (xr plane), the running gap runs parallel to the machine axis.
  • the front contour point P of the main flow path boundary is also provided clearly upstream of the front gap edge point M, so that a clear current extension of the Randleitapparates 10 v of about 0.4 ⁇ IVH results.
  • the leading edge of the Randleitapparatprofile no longer runs, as in solutions according to the invention shown above, substantially orthogonal to the running gap or Hauptströmungspfadberandung, but (corresponding to an aerodynamic sweep) obliquely to the running gap and obliquely to Hauptströmungspfadberandung.
  • the right side of the image shows the view Z-Z in a known manner.
  • the profiles and the passages of Randleitapparats 10 are executed here curved.
  • the Randleitapparat 10 assumes due to the intended sweep an area upstream of the leading edge line VL and a portion of the bladed region of the blade row 5 a.
  • the Fig. 10 shows further inventively favorable Laufspaltan extracten with a low gap inclination angle.
  • the gap inclination angle ⁇ is measured between the longitudinal axis of the turbomachine and a straight line through the points V and H when the blade tip has no kink, see left half of the picture.
  • the gap inclination angle ⁇ is measured between the longitudinal axis of the fluid flow machine and a straight line through the points V and K when the blade tip has a break point K, see right half of the figure. ⁇ is positive as shown.
  • the gap inclination angle has an amount of less than 8 ° (-8 ° ⁇ ⁇ 8 °).
  • a gap arrangement according to the invention is shown with an arranged in the front region of the blade row 5 Randleitapparat 10 and adjoining in the flow direction Anstreifbelag 14 which is provided in the rear part of the bladed region of the blade row 5.
  • Anstreifbelag 14 which is provided in the rear part of the bladed region of the blade row 5.
  • Fig. 12 Also shown is a gap arrangement according to the invention with an edge guide device 10 arranged in the front region of the blade row and an abradable coating 14 adjoining in the flow direction, which is provided in the rear part of the bladed region of the blade row 5.
  • the Randleitapparat 10 in Compared to Anstreifbelag 14 to take something back, going to the fact that the running gap 11 in the region of Randleitapparats 10 is greater than in the region of the squeal 14th
  • the present invention allows a significantly higher aerodynamic load capacity of rotors and stators in turbomachines, with constant or increased efficiency. A reduction in the number of parts and the component weight of more than 20% can be achieved. Using the concept in the high-pressure compressor of an aircraft engine with around 25,000 pounds of thrust results in a reduction in specific fuel consumption of up to 0.5%.

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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

The machine has a main flow path (2) bordered by a hub (3) and a housing (1), and a row of blades arranged in the flow path. The blades form a blade end with a gap (11), where the end and the path border are movable relative to each other in proximity of the end. A part of the gap is retracted radially from the border and formed within the path. The gap is not limited at the retraction areas by the main flow path border and. The gap is limited by an edge guiding device that passes through a main flow and is fixedly connected to the border, where the device includes a row of profiles.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsarbeitsmaschine mit Laufspalteinzug gemäß Anspruch 1.The invention relates to a fluid flow machine with a running column intake according to claim 1.

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 Rotor- und Statorspitzenbereich nahe der Gehäuse- beziehungsweise Nabenwand begrenzt. Dies führt bei Schaufelreihen mit Laufspalt bei höherer Belastung zu Rückströmerscheinungen und dem Auftreten von Instabilität der Maschine.The aerodynamic load capacity and efficiency of fluid flow machines, such as fans, compressors, pumps and fans, is limited in particular by the growth and separation of boundary layers in the rotor and stator tip region near the housing or hub wall. This results in blade rows with running gap at higher load to Rückströmerscheinungen and the occurrence of instability of the machine.

Strömungsarbeitsmaschinen nach dem Stand der Technik besitzen entweder keine besonderen Merkmale zur Abhilfe in diesem Bereich oder es werden als Gegenmaßnahme sogenannte Casing Treatments eingesetzt, die

  1. a.) aus Schlitzen/Öffnungen und Kammern im Gehäuse über dem Rotor bestehen
  2. b.) aus Schlitzen im Gehäuse, die im Wesentlichen in Strömungsrichtung orientiert sind und eine schlanke Form mit einer in Umfangsrichtung der Maschine betrachtet geringen Ausdehnung besitzen
  3. c.) Umfangsnuten unterschiedlicher Querschnittsformen
According to the state of the art, fluid flow machines either have no special features for remedying this area or, as a countermeasure, so-called casing treatments are used which
  1. a.) consist of slots / openings and chambers in the housing above the rotor
  2. b.) of slots in the housing, which are oriented substantially in the flow direction and have a slender shape with a small extent viewed in the circumferential direction of the machine
  3. c.) circumferential grooves of different cross-sectional shapes

Dazu gehören bekannte Lösungen, die in folgenden Dokumenten offenbart sind:

  • US 2005/0226717 A1
  • EP 0 754 864 A1
  • DE 101 35 003 C1
  • DE 103 30 084 A1
These include known solutions, which are disclosed in the following documents:
  • US 2005/0226717 A1
  • EP 0 754 864 A1
  • DE 101 35 003 C1
  • DE 103 30 084 A1

Eine Skizze üblicher Schlitze und Nuten 10 ist in den Fig.1a und Fig.1b gegeben.A sketch of conventional slots and grooves 10 is in the 1a and 1b shows given.

Einfache aus dem Stand der Technik bekannte Konzepte von Casing Treatments in Form von Schlitzen und/oder Kammern in der Ringkanalwand bieten eine Steigerung der Stabilitat der Strömungsarbeitsmaschine. Die Stabilitätssteigerung wird jedoch aufgrund der ungünstig gewählten Anordnung oder Formgebung nur bei Verlust an Wirkungsgrad erzielt. Die bekannten Lösungen nehmen teils einen großen Bauraum an der Peripherie des Ringkanals der Strömungsarbeitsmaschine ein, sind aufgrund ihrer Form nur bedingt wirksam und/oder sind auf die Anordnung einer von einem Gehäuse umgebenen Rotorschaufelreihe begrenzt.Simple concepts known from the prior art of casing treatments in the form of slots and / or chambers in the annular channel wall offer an increase in the stability of the fluid flow machine. However, the increase in stability is achieved due to the unfavorably chosen arrangement or shaping only at loss of efficiency. The known solutions take part, a large space at the periphery of the annular channel the Strömungsarbeitsmaschine, are due to their shape only partially effective and / or are limited to the arrangement of a housing surrounded by a rotor blade row.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsarbeitsmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik eine sehr wirkungsvolle Grenzschichtbeeinflussung im Schaufelspitzenbereich aufweist.The present invention has for its object to provide a fluid flow machine of the type mentioned, which has a very effective boundary layer control in the blade tip area while avoiding the disadvantages of the prior art.

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.

Im Einzelnen betrifft die Erfindung somit eine Schaufelreihe einer Strömungsarbeitsmaschine mit freiem Schaufelende und Laufspalt, wobei wenigstens ein Teil des Laufspaltes um einen endlichen Betrag von der Hauptströmungspfadberandung in den Hauptströmungspfad eingezogen ist, wobei der Laufspalt an den eingezogenen Positionen nicht mehr durch die Hauptströmungspfadberandung, sondern durch einen von der Hauptströmung durchströmten und mit der Hauptströmungspfadberandung verbundenen Randleitapparat, bestehend aus einer Reihe von geraden oder gewölbten Profilen, begrenzt wird. Der erfindungsgemäße Laufspalteinzug betrifft Anordnungen mit Laufspalt und Relativbewegung zwischen dem Schaufelende und Hauptströmungspfadberandung, sowohl am Gehäuse als auch an der Nabe der Strömungsarbeitsmaschine.In particular, the invention thus relates to a blade row of a free blade end and tread flow machine, wherein at least a portion of the trough is retracted by a finite amount from the main flow path boundary into the main flow path, the trough no longer being traversed by the main flow path boundary at the retracted positions a traversed by the main flow and connected to the Hauptströmungspfadberandung Randleitapparat consisting of a series of straight or curved profiles is limited. The nip draw according to the invention relates to arrangements with a running gap and relative movement between the vane end and main flow path boundary, both on the housing and on the hub of the turbomachine.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf Strömungsarbeitsmaschinen wie etwa Bläser, Verdichter, Pumpen und Ventilatoren, sowohl in axialer, halbaxialer als auch in radialer Bauart. Das Arbeitsmedium oder Fluid kann gasförmig oder flüssig sein.The present invention thus relates to fluid flow machines such as fans, compressors, pumps and fans, in both axial, semi-axial and radial designs. The working medium or fluid may be gaseous or liquid.

Die Strömungsarbeitsmaschine kann eine oder mehrere Stufen mit jeweils einem Rotor und einem Stator umfassen, in Einzelfällen wird die Stufe lediglich durch einen Rotor gebildet.The turbomachine may include one or more stages, each having a rotor and a stator, in some cases the stage is merely formed by a rotor.

Der Rotor besteht aus einer Anzahl von Schaufeln, die mit der rotierenden Welle der Maschine verbunden sind und Energie an das Arbeitsmedium abgeben. Der Rotor kann mit oder ohne Deckband am äußeren Schaufelende ausgeführt sein.The rotor consists of a number of blades, which are connected to the rotating shaft of the machine and deliver energy to the working fluid. The rotor can be designed with or without shroud on the outer blade end.

Der Stator besteht aus einer Anzahl feststehender Schaufeln, die nabenseitig wie gehäuseseitig mit festem oder freiem Schaufelende ausgeführt sein können.The stator consists of a number of stationary blades, which can be designed on the hub side as the housing side with a fixed or free blade end.

Die Rotortrommel und die Beschaufelung sind üblicherweise von einem Gehäuse umgeben, in anderen Fällen, z. B. bei Propellern oder Schiffsschrauben, existiert kein Gehäuse.The rotor drum and the blading are usually surrounded by a housing, in other cases, for. As in propellers or propellers, no housing exists.

Die Maschine kann auch einen Stator vor dem ersten Rotor, ein sogenanntes Vorleitrad, aufweisen. Mindestens ein Stator oder Vorleitrad kann -abweichend von der unbeweglichen Fixierung- drehbar gelagert sein, um den Anstellwinkel zu verändern. Eine Verstellung erfolgt beispielsweise durch eine von außerhalb des Ringkanals zugängliche Spindel.The machine can also have a stator in front of the first rotor, a so-called leading wheel. At least one stator or Vorleitrad may - unlike the immovable fixation - be rotatably mounted to change the angle of attack. An adjustment is made for example by a spindle accessible from outside the annular channel.

In besonderer Ausgestaltung kann die Strömungsarbeitsmaschine mindestens eine Reihe verstellbarer Rotoren aufweisen.In a particular embodiment, the turbomachine may have at least one row of adjustable rotors.

Alternativ kann die erfindungsgemäße Strömungsarbeitsmaschine bei Mehrstufigkeit zwei gegenläufige Wellen besitzen, so dass die Rotorschaufelreihen von Stufe zu Stufe die Drehrichtung wechseln. Hierbei existieren keine Statoren zwischen aufeinander folgenden Rotoren.Alternatively, the turbomachine according to the invention may have two counter-rotating shafts in multiple stages, so that the rotor blade rows change the direction of rotation from stage to stage. There are no stators between successive rotors.

Schließlich kann die Strömungsarbeitsmaschine alternativ eine Nebenstromkonfiguration derart aufweisen, dass sich der einstromige Ringkanal hinter einer bestimmten Schaufelreihe in zwei konzentrische Ringkanäle aufteilt, die ihrerseits mindestens jeweils eine weitere Schaufelreihe beherbergen.Finally, the fluid flow machine can alternatively have a bypass configuration such that the single-flow annular channel divides behind a certain row of blades into two concentric annular channels, which in turn accommodate at least one additional row of blades.

Fig.2 zeigt Beispiele erfindungsgemäß relevanter Strömungsarbeitsmaschinen. Fig.2 shows examples according to the invention relevant flow machines.

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

Fig. 1a
eine Skizze des Standes der Technik, Rotorgehäusestrukturierung,
Fig. 1b
eine Skizze des Standes der Technik, Rotorgehäuse, Umfangsnuten,
Fig. 2
Beispiele erfindungsgemäß relevanter Strömungsarbeitsmaschinen,
Fig. 3
eine Laufspaltanordnung nach dem Stand der Technik im Meridianschnitt,
Fig. 4a
ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Laufspaltanordnung im Meridianschnitt,
Fig. 4b
eine Definition von Kenngrößen der erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 5a
erfindungsgemäße Laufspaltanordnungen,
Fig. 5b
erfindungsgemäße Anordnungen des Randleitapparats, Ansicht Z-Z aus Fig. 5a,
Fig. 6
erfindungsgemäße Laufspaltanordnungen,
Fig. 7a
erfindungsgemäße Laufspaltanordnungen,
Fig. 7b
erfindungsgemäße Anordnungen des Randleitapparats, Ansicht Z-Z aus Fig. 7a,
Fig. 7c
erfindungsgemäße Anordnungen des Randleitapparats, Ansicht Z-Z aus Fig. 7a,
Fig. 8
eine erfindungsgemäße Laufspaltanordnung,
Fig. 9
eine erfindungsgemäße Laufspaltanordnung,
Fig. 10
eine erfindungsgemäße Laufspaltanordnungen im Meridianschnitt, Definition der Laufspaltneigung,
Fig. 11
erfindungsgemäße Laufspaltanordnungen mit Anstreifbelag und Absatz an der Schaufelspitze,
Fig. 12
eine erfindungsgemäße Laufspaltanordnungen mit Anstreifbelag und Absatz am Randleitapparat.
In the following the invention will be described by means of embodiments in conjunction with the figures. Showing:
Fig. 1a
a sketch of the prior art, rotor housing structuring,
Fig. 1b
a sketch of the prior art, rotor housing, circumferential grooves,
Fig. 2
Examples of flow machines according to the invention,
Fig. 3
a running nip arrangement according to the prior art in the meridian section,
Fig. 4a
an example of a running gap arrangement according to the invention in meridian section,
Fig. 4b
a definition of characteristics of the arrangement according to the invention,
Fig. 5a
running gap arrangements according to the invention,
Fig. 5b
inventive arrangements of Randleitapparats, view ZZ from Fig. 5a .
Fig. 6
running gap arrangements according to the invention,
Fig. 7a
running gap arrangements according to the invention,
Fig. 7b
inventive arrangements of Randleitapparats, view ZZ from Fig. 7a .
Fig. 7c
inventive arrangements of Randleitapparats, view ZZ from Fig. 7a .
Fig. 8
a running gap arrangement according to the invention,
Fig. 9
a running gap arrangement according to the invention,
Fig. 10
a running gap arrangements according to the invention in the meridian section, definition of the running gap tendency,
Fig. 11
Runner assemblies according to the invention with a squish coating and shoulder on the blade tip,
Fig. 12
a Laufspaltanordnungen invention with squint and paragraph on Randleitapparat.

Die Fig.3 zeigt eine Spaltanordnung nach dem Stand der Technik in der durch die Axialrichtung x und die Radialrichtung r gebildeten Meridianebene im Bereich des Schaufelendes einer Schaufelreihe 5 einer Strömungsarbeitsmaschine. Der Laufspalt 11 an der Spitze des freien Schaufelendes liegt direkt am Rand des Hauptströmungspfades 2, der durch eine Naben- oder Gehäusebaugruppe 6 gebildet wird. Infolge dessen wird beim Stand der Technik der Spalt 11 von der inneren oder äußeren Ringkanalkontur (Nabe oder Gehäuse 6) der Strömungsarbeitsmaschine auf der einen Seite und durch die Spitze einer Rotor- oder Statorschaufel auf der anderen Seite gebildet.The Figure 3 shows a prior art splitting assembly in the meridian plane formed by the axial direction x and the radial direction r in the region of the blade end of a blade row 5 of a fluid flow machine. The nip 11 at the tip of the free blade end is located directly at the edge of the main flowpath 2, which is formed by a hub or housing assembly 6. As a result, in the prior art, the gap 11 is formed by the inner or outer annular channel contour (hub or housing 6) of the fluid flow machine on one side and by the tip of a rotor or stator blade on the other side.

Zwischen der Schaufelspitze und dem die Hauptströmungspfadberandung (Ringkanalkontur 2) bildenden Bauteilgruppe liegt eine rotierende Relativbewegung vor. Diese Darstellung, und auch jede weitere zur vorliegenden Erfindung, gilt somit gleichermaßen für folgende mögliche Anordnungen:

  1. 1.) rotierende Schaufel (Rotor) an stehendem Gehäuse
  2. 2.) ruhende Schaufel (Stator) an rotierender Nabe
  3. 3.) ruhende Schaufel (Stator) an rotierendem Gehäuse
  4. 4.) rotierende Schaufel (Rotor) an stehender Nabe
Between the blade tip and the main flow path boundary (ring channel contour 2) forming component group is a rotating relative motion. This representation, and also any further to the present invention, thus applies equally to the following possible arrangements:
  1. 1.) rotating blade (rotor) on stationary housing
  2. 2.) stationary blade (stator) on rotating hub
  3. 3.) stationary blade (stator) on a rotating housing
  4. 4.) rotating blade (rotor) to stationary hub

Die Hauptströmungsrichtung ist mit einem dicken Pfeil dargestellt. Stromauf der Schaufelreihe 5 mit Laufspalt kann sich, wie hier gestrichelt angedeutet ist, mindestens eine weitere Schaufelreihe 5 befinden. Auch stromab kann sich (wie hier nicht mit skizziert) mindestens eine weitere Schaufelreihe befinden. Durch drei dünne lange Pfeile ist die Meridianströmung in der Nähe der Hauptströmungspfadberandung dargestellt. Sie verläuft durch die Schaufelreihe 5 im Wesentlichen parallel zur Schaufelspitze und parallel zum Laufspalt. Der Laufspalt 11 ist in einer Anordnung nach dem Stand der Technik durch vier Eckpunkte markiert:

  1. 1.) den Vorderkantenpunkt V an der Schaufelspitze,
  2. 2.) den Hinterkantenpunkt H an der Schaufelspitze,
  3. 3.) den vorderen Spaltrandpunkt M, der dem Vorderkantenpunkt V gegenüber angeordnet ist,
  4. 4.) den hinteren Spaltrandpunkt N, der dem Hinterkantenpunkt H gegenüber angeordnet ist.
The main flow direction is shown with a thick arrow. Upstream of the blade row 5 with a running gap, as indicated by dashed lines, there can be at least one further blade row 5. Even downstream can (as outlined here) are at least one more row of blades. Three thin long arrows show the meridional flow near the main flow path boundary. It runs through the blade row 5 substantially parallel to the blade tip and parallel to the running gap. The running gap 11 is marked in a prior art arrangement by four corner points:
  1. 1.) the leading edge point V at the blade tip,
  2. 2.) the trailing edge point H at the blade tip,
  3. 3.) the front gap edge point M, which is located opposite the leading edge point V,
  4. 4.) the rear gap edge point N, which is located opposite the trailing edge point H.

Zwischen den Punkten V und H sowie zwischen den Punkten M und N kann nach dem Stand der Technik ein gerader oder gekrümmter Linienverlauf vorgesehen sein.Between the points V and H and between the points M and N can be provided according to the prior art, a straight or curved line course.

Die Fig.4 zeigt in gleicher Darstellung ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Spaltanordnung in der durch die Axialrichtung x und die Radialrichtung r gebildeten Meridianebene im Bereich des Schaufelendes einer Schaufelreihe einer Strömungsarbeitsmaschine. Der Laufspalt 11 an der Spitze des freien Schaufelendes liegt um einen endlichen Abstand vom der Hauptströmungspfadberandung entfernt.The Figure 4 shows in the same representation an example of a gap arrangement according to the invention in the meridian plane formed by the axial direction x and the radial direction r in the region of the blade end of a row of blades of a fluid flow machine. The nip 11 at the tip of the free blade end is a finite distance from the main flow path boundary.

Durch unterschiedliche Abstände des Laufspaltes 11 von der Hauptströmungspfadberandung an der Vorder- und Hinterkante ist der Laufspalt gegenüber der Hauptströmungspfadberandung und auch gegenüber der Meridianströmung geneigt.By different distances of the running gap 11 from the main flow path boundary at the leading and trailing edges, the running gap is inclined with respect to the main flow path boundary and also with respect to the meridional flow.

Durch das erfindungsgemäße Einziehen des Laufspaltes 11 ins Innere des Hauptströmungspfades und gegebenfalls das erfindungsgemäße Neigen des Laufspaltes wird die Spaltleckageströmung reduziert und insbesondere ein meridionales Rückströmen im Bereich des Laufspaltes unterdrückt.As a result of the inventive drawing in of the running gap 11 into the interior of the main flow path and optionally the tilting of the running gap according to the invention, the gap leakage flow is reduced and in particular a meridional return flow in the region of the running gap is suppressed.

In der durch das Einziehen des Laufspaltes 11 in den Hauptströmungspfad entstandene Lücke zwischen dem Laufspalt 11 und der Hauptströmungspfadberandung ist ein Randleitapparat, bestehend aus einer Reihe von geraden oder gewölbten Profilen vorgesehen. Der Randleitapparat ist mit der die Hauptströmungspfadberandung bildenden Bauteilgruppe fest verbunden.In the gap formed between the running gap 11 and the main flow path boundary by drawing the running gap 11 into the main flow path is an edge guiding apparatus, consisting of a series of straight or curved profiles. The Randleitapparat is firmly connected to the main flow path boundary forming component group.

Die Darstellung in Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Variante mit Spalteinzug an Vorder- und Hinterkante und demzufolge mit einem von der Vorder- bis zur Hinterkante reichenden Randleitapparat 10. Hier ist die Laufspaltanordnung durch sechs Punkte markiert:

  1. 1.) den Vorderkantenpunkt V an der Schaufelspitze,
  2. 2.) den Hinterkantenpunkt H an der Schaufelspitze,
  3. 3.) den vorderen Spaltrandpunkt M, der dem Vorderkantenpunkt V gegenüber angeordnet ist,
  4. 4.) den hinteren Spaltrandpunkt N, der dem Hinterkantenpunkt H gegenüber angeordnet ist,
  5. 5.) den vorderen Konturpunkt P der Hauptströmungspfadberandung, der den Randleitapparat nach stromauf begrenzt,
  6. 6.) den hinteren Konturpunkt S der Hauptströmungspfadberandung, der den Randleitapparat 10 nach stromab begrenzt.
The representation in Fig. 4 shows a variant of the invention with Spaltinzug at the leading and trailing edges and consequently with a reaching from the front to the trailing edge Randleitapparat 10. Here, the tread assembly is marked by six dots:
  1. 1.) the leading edge point V at the blade tip,
  2. 2.) the trailing edge point H at the blade tip,
  3. 3.) the front gap edge point M, which is located opposite the leading edge point V,
  4. 4.) the rear gap edge point N, which is located opposite the trailing edge point H,
  5. 5.) the front contour point P of the main flow path boundary, which bounds the Randleitapparat upstream,
  6. 6.) the rear contour point S of the main flow path boundary, which limits the Randleitapparat 10 downstream.

Zwischen den Punkten V und H sowie zwischen den Punkten M und N als auch zwischen den Punkten P und S kann erfindungsgemäß ein gerader (wie in Fig. 4 dargestellt) oder gekrümmter/geknickter Linienverlauf vorgesehen sein.Between the points V and H as well as between the points M and N and between the points P and S can according to the invention a straight (as in Fig. 4 shown) or curved / kinked line course may be provided.

Die Fig. 4b zeigt die Definition erfindungsgemäß relevanter Kenngrößen der Laufspaltanordnung. Die Einzugtiefe des Laufspaltes 11 kann erfindungsgemäß variieren. Die Definition der Kenngrößen erfolgt mit Hilfe einer Referenzgeraden durch die Punkte P und S der Hauptströmungspfadberandung, wenn der Randleitapparat in Strömungsrichtung bis zur oder über die Hinterkante der Schaufelreihe hinaus vorgesehen ist. Für den Fall, dass der Randleitapparat 10 bereits stromauf der Hinterkante der Schaufelreihe 5 endet und auf diese Weise der Punkt N auf die Hauptströmungspfadberandung fällt, ist die Referenzgerade durch die Punkte P und N definiert. Die Laufspalteinzugtiefe an der Vorderkante tV ist definiert als der Abstand des vorderen Spaltrandpunktes M von der Hauptströmungspfadberandung, gemessen in der Richtung senkrecht zur Referenzlinie.The Fig. 4b shows the definition according to the invention relevant characteristics of the running gap arrangement. The insertion depth of the running gap 11 may vary according to the invention. The definition of the parameters takes place with the aid of a reference straight line through the points P and S of the main flow path boundary, when the peripheral guide device is provided in the flow direction up to or beyond the trailing edge of the blade row. In the event that the Randleitapparat 10 already ends upstream of the trailing edge of the blade row 5 and thus the point N falls on the Hauptströmungspfadberandung, the reference line is defined by the points P and N. The trough insertion depth at the leading edge tV is defined as the distance of the front gap edge point M from the main flow path boundary measured in the direction perpendicular to the reference line.

Die Laufspalteinzugtiefe an der Hinterkante tH ist definiert als der Abstand des hinteren Spaltrandpunktes N von der Hauptströmungspfadberandung, gemessen in der Richtung senkrecht zur Referenzlinie.The running nip depth at the trailing edge tH is defined as the distance of the trailing nip point N from the main flow path boundary as measured in the direction perpendicular to the reference line.

Die Länge der Schaufelspitze IVH ist definiert als der senkrechte Abstand des Hinterkantenpunktes H von der durch den Vorderkantenpunkt V verlaufenden Orthogonalen zur Referenzgeraden. Der Vorderkantenversatz dVM ist definiert als der senkrechte Abstand des Spaltrandpunktes M von der durch den Vorderkantenpunkt V verlaufenden Orthogonalen zur Referenzgeraden.The length of the blade tip IVH is defined as the vertical distance of the trailing edge point H from the orthogonal to the reference straight line passing through the leading edge point V. The leading edge offset dVM is defined as the vertical distance of the gap edge point M from the orthogonal line passing through the leading edge point V to the reference line.

Der Hinterkantenversatz dHN ist definiert als der senkrechte Abstand des Spaltrandpunktes N von der durch den Hinterkantenpunkt H verlaufenden Orthogonalen zur Referenzgeraden.The trailing edge offset dHN is defined as the vertical distance of the gap edge point N from the orthogonal line passing through the trailing edge point H to the reference line.

Die Stromauferstreckung des Randleitapparates v ist definiert als der senkrechte Abstand des Konturpunktes P der Hauptströmungspfadberandung von der durch den Vorderkantenpunkt V verlaufenden Orthogonalen zur Referenzgeraden, und positiv wie eingezeichnet. Die Stromaberstreckung des Randleitapparates w ist definiert als der senkrechte Abstand des Konturpunktes S der Hauptströmungspfadberandung von der durch den Vorderkantenpunkt V verlaufenden Orthogonalen zur Referenzgeraden, und positiv wie eingezeichnet.The current extension of Randleitapparates v is defined as the vertical distance of the contour point P of the main flow path boundary of the extending through the leading edge point V orthogonal to the reference line, and positive as drawn. The current extension of the Randleitapparates w is defined as the vertical distance of the contour point S of Hauptströmungspfadberandung of the running through the leading edge point V orthogonal to the reference line, and positive as drawn.

Dabei gelten erfindungsgemäß folgende Einschränkungen:

  • 1.) tV < 0,3·IVH
  • 2.) tH < 0,3·IVH
  • 3.) -0,05·VH < dVM < 0,05·IVH
  • 4.) -0,1·IVH < dHN < 0,1·IVH
  • 5.) -0,05·IVH < v < IVH
  • 6.) 0 < w < 1,1·IVH
The following restrictions apply according to the invention:
  • 1.) tV <0.3 · IVH
  • 2.) tH <0.3 · IVH
  • 3.) -0.05 x VH <dVM <0.05 x IVH
  • 4.) -0.1 x IVH <dHN <0.1 x IVH
  • 5.) -0.05 · IVH <v <IVH
  • 6.) 0 <w <1.1 · IVH

Die Laufspalteinzugtiefe an einem beliebigen Punkt innerhalb des beschaufelten Bereichs (zwischen Vorder- und Hinterkante) der Schaufelreihe 5 ist definiert als der Abstand des jeweiligen Punktes von der Hauptströmungspfadberandung, gemessen in der Richtung senkrecht zur Referenzlinie.The trough insertion depth at any point within the bladed region (between leading and trailing edges) of the blade row 5 is defined as the distance of the respective point from the main flowpath boundary measured in the direction perpendicular to the reference line.

Die Fig. 5a zeigt zwei erfindungsgemäße Laufspaltanordnungen, bei denen sich der Randleitapparat 10 entlang der gesamten Schaufelspitze erstreckt. In der linken Bildhälfte (Meridianschnitt, x-r-Ebene) ist oben eine Variante mit geradlinigem Verlauf der Hauptströmungspfadberandung und unten eine Variante mit geschwungenem Verlauf der Hauptströmungspfadberandung dargestellt. Bei beiden Varianten ist die Einzugtiefe des Laufspaltes an der Vorderkante größer als an der Hinterkante (tV > tH).The Fig. 5a shows two Laufspaltanordnungen invention, in which the Randleitapparat 10 extends along the entire blade tip. In the left half of the picture (meridian section, xr plane), a variant with a straight course of the main flow path boundary is shown at the top and a variant with a curved course of the main flow path boundary at the bottom. In both variants, the feed depth of the running gap is greater at the leading edge than at the trailing edge (tV> tH).

Die Ansicht Z-Z ist in beiden Varianten eingezeichnet.The view Z-Z is drawn in both variants.

Auf der rechten Bildseite ist die Konfiguration in der Ansicht Z-Z, d. h. in der von der Meridianrichtung m und der Umfangsrichtung u gebildeten Ebene, dargestellt. Die Schnittebene Z-Z verläuft innerhalb des Hauptströmungspfades durch die dort befindlichen Schaufeln 5, von denen im dargestellten Ausschnitt drei eingezeichnet sind. Der Blick fällt dann weiter auf den Randleitapparat 10, der hier aus einer Reihe von schlanken geraden Profilen 12 besteht. Der Randleitapparat 10 ist fest mit der Hauptströmungspfadberandung verbunden. Die Schaufeln 5 der Schaufelreihe führen, wie durch den in Umfangsrichtung u weisenden schlanken Pfeil angedeutet, eine (rotierende) Relativbewegung gegenüber dem Randleitapparat 10 und gegenüber der Hauptströmungspfadberandung aus. Die Hauptströmung passiert die Anordnung von links nach recht, siehe dicker Pfeil. Die Strömung durch zwei benachbarte Passagen des Randleitapparats 10 ist durch je einen dünnen Pfeil angedeutet. Die Profile und die Passagen des Randleitapparats 10 sind in diesem Beispiel gerade ausgeführt. Die Verbindungslinie der Vorderkantenpunkte V der Schaufeln ist mit VL und die Verbindungslinie der Hinterkantenpunkte H der Schaufeln ist mit HL gekennzeichnet. Zwischen VL und HL liegt der beschaufelte Bereich der Schaufelreihe 5, der in dem hier dargestellten erfindungsgemäßen Beispiel auch im Wesentlichen mit dem vom Randleitapparat 10 eingenommenen Bereich übereinstimmt.On the right side of the screen is the configuration in view Z-Z, d. H. in the plane formed by the meridional direction m and the circumferential direction u. The sectional plane Z-Z extends within the main flow path through the blades 5 located there, of which three are shown in the section shown. The view then falls on the Randleitapparat 10, which consists of a series of slim straight sections 12 here. The Randleitapparat 10 is firmly connected to the main flow path boundary. As indicated by the slender arrow pointing in the circumferential direction u, the blades 5 of the blade row execute a (rotating) relative movement with respect to the edge guiding apparatus 10 and with respect to the main flow path boundary. The main flow passes the arrangement from left to right, see thick arrow. The flow through two adjacent passages of Randleitapparats 10 is indicated by a thin arrow. The profiles and the passages of Randleitapparats 10 are running in this example. The connecting line of the leading edge points V of the blades is indicated by VL and the connecting line of the trailing edge points H of the blades is indicated by HL. Between VL and HL is the bladed region of the blade row 5, which also coincides in the example of the invention shown here substantially with the area occupied by the Randleitapparat 10 area.

Die Fig. 5b zeigt zwei weitere erfindungsgemäß mögliche Anordnungen des Randleitapparats 10 in der aus Fig. 5a bekannten Ansicht Z-Z. Auf der linken Bildseite besteht der Randleitapparat 10 aus einer Reihe gewölbter Profile 12 konstanter Dicke. Die Passage zwischen zwei Profilen 12 des Randleitapparats 10 ist deutlich gekrümmt, derart, dass die Umfangskomponente der Strömung beim Passieren des Randleitapparats 10 in Richtung der Relativbewegung der Schaufelreihe 5 zunimmt. Der Staffelungswinkel λR der Profile des Randleitapparates 10 und der Staffelungswinkel λS der Profile der Schaufelreihe 5 besitzen in diesem Fall entgegengesetztes Vorzeichen. Der Staffelungswinkel wird zwischen der Meridianrichtung m und der Sehnenlinie des jeweiligen Profils 12 gemessen. Der Staffelungswinkel λR der Profile des Randleitapparates 10 besitzt in der eingezeichneten Richtung negatives Vorzeichen. Der Staffelungswinkel λS der Profile der Schaufelreihe 5 besitzt in der eingezeichneten Richtung positives Vorzeichen. Für den Fall, dass die Profile keine Wölbung und eine nicht-konstante Dicke besitzen, wird anstelle der Profilsehne die Längssymmetrielinie des Profils zur Bestimmung des Staffelungswinkels verwendet.The Fig. 5b shows two further inventively possible arrangements of Randleitapparats 10 in the off Fig. 5a known view ZZ. On the left side of the Randleitapparat 10 consists of a series of curved profiles 12 of constant thickness. The passage between two profiles 12 of the Randleitapparats 10 is significantly curved, such that the circumferential component of the flow when passing the Randleitapparats 10 in the direction of relative movement of the blade row 5 increases. The stagger angle λ R of the profiles of the Randleitapparates 10 and the stagger angle λ S of the profiles of the blade row 5 have opposite sign in this case. The stagger angle is measured between the meridian direction m and the chord line of the respective profile 12. The stagger angle λ R of the profiles of Randleitapparates 10 has in the indicated direction negative sign. The stagger angle λ S of the profiles of the blade row 5 has positive sign in the direction shown. In the event that the profiles have no buckling and a non-constant thickness, instead of the chord, the longitudinal symmetry line of the profile is used to determine the stagger angle.

Eine ganz ähnliche Konfiguration zeigt die rechte Bildhälfte. Dort ist ein Randleitapparat mit gewölbten und tropfenförmig gestalteten Profilen vorgesehen.A very similar configuration shows the right half of the picture. There is an Randleitapparat provided with curved and teardrop-shaped profiles.

Die Fig. 6 zeigt zwei erfindungsgemäße Laufspaltanordnungen, bei denen sich der Randleitapparat 10 entlang der gesamten Schaufelspitze erstreckt, wobei die Einzugtiefe des Laufspaltes 11 allerdings bis zur Hinterkante der Schaufelreihe 5 auf Null absinkt (tV > tH=0). Der hintere Spaltrandpunkt N des Randleitapparats fällt hier mit dem hinteren Konturpunkt S der Hauptströmungspfadberandung zusammen. Dadurch erhält der Randleitapparat 10 im Meridianschnitt eine erfindungsgemäß günstige keilartige Form.The Fig. 6 shows two Laufspaltanordnungen invention, in which the Randleitapparat 10 extends along the entire blade tip, wherein the insertion depth of the nip 11, however, drops to zero to the trailing edge of the blade row 5 (tV> tH = 0). The rear gap edge point N of the Randleitapparats coincides here with the rear contour point S of the main flow path boundary. This gives the Randleitapparat 10 in meridian section according to the invention a favorable wedge-like shape.

Die rechte Bildseite zeigt die Ansicht Z-Z in der von der Meridianrichtung m und der Umfangsrichtung u gebildeten Ebene. Die Profile 12 und die Passagen 13 des Randleitapparats 10 sind hier wieder gerade ausgeführt und der vom Randleitapparat 10 eingenommene Bereich stimmt im Wesentlichen mit dem beschaufelten Bereich der Schaufelreihe 5 (zwischen VL und HL) überein.The right side of the image shows the view Z-Z in the plane formed by the meridional direction m and the circumferential direction u. The profiles 12 and the passages 13 of the Randleitapparats 10 are executed here again straight and the area occupied by the Randleitapparat 10 substantially coincides with the bladed region of the blade row 5 (between VL and HL).

Der Staffelungswinkel λR der Profile des Randleitapparates und der Staffelungswinkel λS der Profile der Schaufelreihe besitzen in diesem Fall gleiches Vorzeichen. Erfindungsgemäß sind Werte des Staffelungswinkels der Randleitapparatprofile im Bereich zwischen -70° und 70° möglich (-70° < λR < 70°), besonders günstig ist es jedoch, Werte aus dem Bereich -40° < λR < 30° vorzusehen.The stagger angle λ R of the profiles of the Randleitapparates and the stagger angle λ S of the profiles of the blade row have the same sign in this case. According to the invention values of the staggering angle of Randleitapparatprofile in the range between -70 ° and 70 ° are possible (-70 ° <λ R <70 °), but it is particularly favorable to provide values from the range -40 ° <λ R <30 °.

Die Fig. 7a zeigt zwei erfindungsgemäße Laufspaltanordnungen, bei denen sich der Randleitapparat 10 über den vorderen Teil der Schaufelspitze erstreckt. Der hintere Spaltrandpunkt N liegt nun auf der Hauptströmungspfadberandung und der Konturpunkt S liegt innerhalb des beschaufelten Bereiches der Schaufelreihe 5. Die Einzugtiefe des Laufspaltes 11 nimmt bis zum Punkt S auf Null ab. Die Spalteinzugtiefe ist somit im Bereich zwischen dem Konturpunkt S und dem hinteren Spaltrandpunkt N durchgehend null. Auch hier besitzt der Randleitapparat 10 im Meridianschnitt eine erfindungsgemäß günstige keilartige Form.The Fig. 7a shows two Laufspaltanordnungen invention, in which the Randleitapparat 10 extends over the front part of the blade tip. The rear gap edge point N is now located on the main flow path boundary and the contour point S lies within the bladed region of the blade row 5. The depth of the feed gap 11 decreases to zero to point S. The gap depth is thus zero in the area between the contour point S and the rear gap edge point N. Again, the Randleitapparat 10 has in meridian section according to the invention a favorable wedge-like shape.

Die linke Bildseite zeigt oben eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der die Hauptströmungspfadberandung annähernd geradlinig verläuft und in der Schaufelspitze aufgrund der keilartigen Form des Randleitapparats 10 in der Nähe des Konturpunktes S ein Knickpunkt K vorgesehen ist. Auch der Laufspalt verläuft entsprechend mit Knick.The left-hand side of the picture above shows an arrangement according to the invention in which the main flow path boundary runs approximately rectilinearly and a break point K is provided in the blade tip due to the wedge-like shape of the edge guide apparatus 10 in the vicinity of the contour point S. The running gap also runs with kink.

Der linke untere Bildteil zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der die Hauptströmungspfadberandung derart geschwungen verläuft, dass trotz der keilartigen Form des Randleitapparats 10 ein knickfreier Verlauf der Schaufelspitze und des Laufspaltes 11 vorgesehen werden kann.The lower left part of the picture shows an arrangement according to the invention, in which the main flow path boundary runs in such a swung manner that, despite the wedge-like shape of the edge guiding apparatus 10, a kink-free course of the blade tip and the running gap 11 can be provided.

Die rechte Bildseite zeigt die Ansicht Z-Z in der von der Meridianrichtung m und der Umfangsrichtung u gebildeten Ebene. Die Profile und die Passagen des Randleitapparats 10 sind hier gekrümmt ausgeführt und der vom Randleitapparat 10 eingenommene Bereich nimmt an der Vorderkantenlinie VL beginnend nur einen Teil des beschaufelten Bereichs der Schaufelreihe 5 ein. Der Staffelungswinkel λR der Profile des Randleitapparates 10 und der Staffelungswinkel λS der Profile der Schaufelreihe 5 besitzen hier entgegengesetztes Vorzeichen.The right side of the image shows the view ZZ in the plane formed by the meridian direction m and the circumferential direction u. The profiles and the passages of Randleitapparats 10 are executed here curved and the area occupied by Randleitapparat 10 takes on the leading edge line VL starting only a part of the bladed region of the blade row 5 a. The stagger angle λ R of the profiles of the Randleitapparates 10 and the stagger angle λ S of the profiles of the blade row 5 have here opposite sign.

Die Fig. 7b zeigt zwei weitere erfindungsgemäß mögliche Anordnungen des Randleitapparats 10 in der aus Fig. 7a bekannten Ansicht Z-Z. Auf der linken Bildseite besteht der Randleitapparat 10 aus einer Reihe ungewölbter Profile konstanter Dicke. Auf der rechten Bildseite besteht der Randleitapparat 10 aus einer Reihe gewölbter Profile konstanter Dicke. Die Passage zwischen zwei Profilen des Randleitapparats 10 ist derart gekrümmt, dass die Umfangskomponente der Strömung beim Passieren des Randleitapparats 10 entgegen der Richtung der Relativbewegung der Schaufelreihe 5 zunimmt.The Fig. 7b shows two further inventively possible arrangements of Randleitapparats 10 in the off Fig. 7a known view ZZ. On the left side, the Randleitapparat 10 consists of a series of non-arched profiles of constant thickness. On the right side of the image Randleitapparat 10 consists of a series curved profiles of constant thickness. The passage between two profiles of Randleitapparats 10 is curved such that the circumferential component of the flow increases when passing the Randleitapparats 10 against the direction of the relative movement of the blade row 5.

Die Fig. 7c zeigt zwei weitere erfindungsgemäß mögliche Anordnungen des Randleitapparats 10 in der aus Fig. 7a bekannten Ansicht Z-Z. Auf der linken Bildseite besteht der Randleitapparat aus einer Reihe ungewölbter keilartiger Profile mit maximaler Dicke an ihrer Hinterkante. Die Verdrängungswirkung nimmt hier in Strömungsrichtung kontinuierlich zu. Auf der rechten Bildseite besteht der Randleitapparat 10 aus einer Reihe ungewölbter dicker Profile mit maximaler Verdrängungswirkung in ihrem mittleren Teil. In beiden Bildhälften ist für ein Profil des Randleitapparates 10 die Längssymmetrieachse eingezeichnet, die bei dieser Art von Profilen zur Bestimmung des Staffelungswinkels zu verwenden ist.The Fig. 7c shows two further inventively possible arrangements of Randleitapparats 10 in the off Fig. 7a known view ZZ. On the left side of the image, the Randleitapparat consists of a series of non-arched wedge-like profiles with maximum thickness at their trailing edge. The displacement effect increases continuously here in the flow direction. On the right side, the Randleitapparat 10 consists of a series of non-arched thick profiles with maximum displacement effect in its middle part. In both image halves 10, the longitudinal axis of symmetry is drawn for a profile of Randleitapparates, which is to be used in this type of profiles for determining the staggering angle.

Die Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäß günstige Laufspaltanordnung, bei der sich der Randleitapparat 10 im Meridianschnitt (x-r-Ebene) nur entlang des vorderen Drittels der Schaufelspitze erstreckt, gemäß folgender Maßgabe: w < 0,33 IVH. Die rechte Bildseite zeigt die Ansicht Z-Z in der von der Meridianrichtung m und der Umfangsrichtung u gebildeten Ebene. Die Profile und die Passagen des Randleitapparats 10 sind hier kurz und gerade ausgeführt.The Fig. 8 shows a favorable nip arrangement according to the invention, in which the Randleitapparat 10 extends in the meridian section (xr plane) only along the front third of the blade tip, according to the following proviso: w <0.33 IVH. The right side of the image shows the view ZZ in the plane formed by the meridian direction m and the circumferential direction u. The profiles and the passages of Randleitapparats 10 are made here short and straight.

Die Fig. 9 zeigt eine weitere erfindungsgemäß günstige Laufspaltanordnung. Wie in der linken Bildhälfte im Meridianschnitt (x-r-Ebene) dargestellt ist, verläuft der Laufspalt parallel zur Maschinenachse.The Fig. 9 shows a further advantageous nip arrangement according to the invention. As shown in the left half of the image in the meridian section (xr plane), the running gap runs parallel to the machine axis.

Der vordere Konturpunkt P der Hauptströmungspfadberandung ist zudem deutlich stromauf des vorderen Spaltrandpunkt M vorgesehen, sodass sich eine deutliche Stromauferstreckung des Randleitapparates 10 v von etwa 0,4·IVH ergibt. Auf diese Weise verläuft die Vorderkante der Randleitapparatprofile nicht mehr, wie in vorangehend dargestellten erfindungsgemäßen Lösungen, im Wesentlichen orthogonal zum Laufspalt oder zur Hauptströmungspfadberandung, sondern (entsprechend einer aerodynamischen Pfeilung) schräg zum Laufspalt und schräg zur Hauptströmungspfadberandung. Die rechte Bildseite zeigt die Ansicht Z-Z in bekannter Weise. Die Profile und die Passagen des Randleitapparats 10 sind hier gekrümmt ausgeführt. Der Randleitapparat 10 nimmt aufgrund der vorgesehenen Pfeilung einen Bereich stromauf der Vorderkantenlinie VL und einen Teil des beschaufelten Bereichs der Schaufelreihe 5 ein.The front contour point P of the main flow path boundary is also provided clearly upstream of the front gap edge point M, so that a clear current extension of the Randleitapparates 10 v of about 0.4 · IVH results. In this way, the leading edge of the Randleitapparatprofile no longer runs, as in solutions according to the invention shown above, substantially orthogonal to the running gap or Hauptströmungspfadberandung, but (corresponding to an aerodynamic sweep) obliquely to the running gap and obliquely to Hauptströmungspfadberandung. The right side of the image shows the view Z-Z in a known manner. The profiles and the passages of Randleitapparats 10 are executed here curved. The Randleitapparat 10 assumes due to the intended sweep an area upstream of the leading edge line VL and a portion of the bladed region of the blade row 5 a.

Die Fig. 10 zeigt weitere erfindungsgemäß günstige Laufspaltanordnungen mit einem geringen Spaltneigungswinkel. Der Spaltneigungswinkel α wird zwischen der Längsachse der Strömungsarbeitsmaschine und einer Geraden durch die Punkte V und H gemessen, wenn die Schaufelspitze keinen Knick aufweist, siehe linke Bildhälfte. Der Spaltneigungswinkel α wird zwischen der Längsachse der Strömungsarbeitsmaschine und einer Geraden durch die Punkte V und K gemessen, wenn die Schaufelspitze einen Knickpunkt K aufweist, siehe rechte Bildhälfte. α ist positiv wie eingezeichnet.The Fig. 10 shows further inventively favorable Laufspaltanordnungen with a low gap inclination angle. The gap inclination angle α is measured between the longitudinal axis of the turbomachine and a straight line through the points V and H when the blade tip has no kink, see left half of the picture. The gap inclination angle α is measured between the longitudinal axis of the fluid flow machine and a straight line through the points V and K when the blade tip has a break point K, see right half of the figure. α is positive as shown.

Erfindungsgemäß ist es besonders günstig, wenn der Spaltneigungswinkel einen Betrag von kleiner 8° aufweist (-8° < α < 8°).According to the invention, it is particularly advantageous if the gap inclination angle has an amount of less than 8 ° (-8 ° <α <8 °).

In Fig. 11 ist eine erfindungsgemäße Spaltanordnung mit einem im vorderen Bereich der Schaufelreihe 5 angeordneten Randleitapparat 10 und einem sich in Strömungsrichtung anschließenden Anstreifbelag 14 dargestellt, der im hinteren Teil des beschaufelten Bereichs der Schaufelreihe 5 vorgesehen ist. Bei einer solchen Anordnung kann es erfindungsgemäß günstig sein, die Schaufelspitze mit einem Absatz zu versehen, dahin gehend, dass der Laufspalt im Bereich des Randleitapparats 10 größer ist, als im Bereich des Anstreifbelages 14.In Fig. 11 a gap arrangement according to the invention is shown with an arranged in the front region of the blade row 5 Randleitapparat 10 and adjoining in the flow direction Anstreifbelag 14 which is provided in the rear part of the bladed region of the blade row 5. In such an arrangement, it may be advantageous according to the invention to provide the blade tip with a shoulder, in such a way that the running gap in the region of the edge guiding apparatus 10 is greater than in the region of the squeal coating 14.

In Fig. 12 ist ebenfalls eine erfindungsgemäße Spaltanordnung mit einem im vorderen Bereich der Schaufelreihe angeordneten Randleitapparat 10 und einem sich in Strömungsrichtung anschließenden Anstreifbelag 14 dargestellt, der im hinteren Teil des beschaufelten Bereichs der Schaufelreihe 5 vorgesehen ist. Bei einer solchen Anordnung kann es alternativ zu einem Absatz in der Schaufelspitze erfindungsgemäß günstig sein, den Randleitapparat 10 im Vergleich zum Anstreifbelag 14 etwas zurückzunehmen, dahin gehend, dass der Laufspalt 11 im Bereich des Randleitapparats 10 größer ist, als im Bereich des Anstreifbelages 14.In Fig. 12 Also shown is a gap arrangement according to the invention with an edge guide device 10 arranged in the front region of the blade row and an abradable coating 14 adjoining in the flow direction, which is provided in the rear part of the bladed region of the blade row 5. In such an arrangement, it may be advantageous according to the invention alternatively to a shoulder in the blade tip, the Randleitapparat 10 in Compared to Anstreifbelag 14 to take something back, going to the fact that the running gap 11 in the region of Randleitapparats 10 is greater than in the region of the squeal 14th

Die Erfindung kann auch wie folgt beschrieben werden:The invention can also be described as follows:

Strömungsarbeitsmaschine mit einem von einer Nabe und einem Gehäuse berandeten Hauptströmungspfad, in welchem mindestens eine Reihe von Schaufeln angeordnet ist, an welcher ein Schaufelende mit Spalt vorgesehen ist, wobei das Schaufelende und die Hauptströmungspfadberandung in der Nähe des besagten Schaufelendes eine rotierende Relativbewegung zueinander ausführen, wobei wenigstens ein Teil des Laufspaltes um einen endlichen Betrag von der Hauptströmungspfadberandung in den Hauptströmungspfad eingezogen ist und der Laufspalt an den eingezogenen Positionen nicht mehr durch die Hauptströmungspfadberandung selbst, sondern durch einen von der Hauptströmung durchströmten und mit der Hauptströmungspfadberandung fest verbundenen Randleitapparat, bestehend aus einer Reihe von Profilen, begrenzt wird,
wobei bevorzugt bei Betrachtung im Meridianschnitt die Konfiguration des Randleitapparates und des Laufspaltes bezüglich sechs wichtiger Kenngrößen weiteren Einschränkungen unterworfen ist, wobei:

  1. 1.) IHV die Länge zwischen Vorder- und Hinterkante an der Schaufelspitze ist
  2. 2.) für die Laufspalteinzugtiefe an der Vorderkante tV gilt: tV < 0,3·IVH
  3. 3.) für die Laufspalteinzugtiefe an der Hinterkante tH gilt: tH < 0,3·IVH
  4. 4.) für den Vorderkantenversatz dVM gilt: -0,05·IVH < dVM < 0,05·IVH
  5. 5.) für den Hinterkantenversatz dHN gilt: -0,1·IVH < dHN < 0,1·IVH
  6. 6.) für die Stromaufwärtserstreckung des Randleitapparates v gilt: -0,05·IVH < v < IVH
  7. 7.) für die Stromabwärtserstreckung des Randleitapparates w gilt: 0 < w < 1,1·IVH
wobei bevorzugt die Laufspalteinzugtiefe an der Vorderkante tV größer ist als die Laufspalteinzugtiefe an der Hinterkante tH, so dass der Laufspalt wenigstens in einen Teilabschnitt gegenüber der Hauptströmungspfadberandung und auch gegenüber der Meridianströmung geneigt ist und auf diese Weise die Spaltleckageströmung reduziert wird,
wobei bevorzugt die Laufspalteinzugtiefe bis zur Hinterkante der Schaufelreihe kontinuierlich auf Null absinkt und auf diese Weise der Randleitapparat im Meridianschnitt eine keilartige Form zeigt,
wobei bevorzugt die Laufspalteinzugtiefe bis zu einem Punkt stromauf der Hinterkante und innerhalb des beschaufelten Bereiches der Schaufelreihe kontinuierlich auf Null absinkt und auf diese Weise der Randleitapparat im Meridianschnitt eine keilartige Form zeigt,
wobei bevorzugt die Stromabwärtserstreckung des Randleitapparates w auf höchstens das vordere Drittels der Schaufelspitze begrenzt ist, wobei gilt: w < 0,33 IVH,
wobei bevorzugt die Hauptströmungspfadberandung im Wesentlichen glatt verläuft und infolge dessen bei Wahrung der keilartigen Form des Randleitapparats in der Schaufelspitze und im Laufspalt ein Knickpunkt vorgesehen ist,
wobei bevorzugt die Hauptströmungspfadberandung S-förmig geschwungen verläuft und bei Wahrung der keilartigen Form des Randleitapparats ein geradlinger Verlauf der Schaufelspitze und des Laufspalts vorgesehen ist,
wobei bevorzugt ein Neigungswinkel des Laufspaltes mit einem Betrag von kleiner 8° vorgesehen ist (-8° < α < 8°),
wobei bevorzugt eine Stromaufwärtserstreckung des Randleitapparates v von größer 0,25·IVH vorgesehen ist und auf diese Weise die Vorderkante der Randleitapparatprofile entsprechend einer aerodynamischen Pfeilung schräg zum Laufspalt und schräg zur Hauptströmungspfadberandung orientiert ist,
wobei bevorzugt die Profile des Randleitapparats keine Wölbung besitzen,
wobei bevorzugt die Profile des Randleitapparats gewölbt sind,
wobei bevorzugt ein Staffelungswinkel der Profile des Randleitapparates λR mit einem Wert im Bereich -40° < λR < 30° vorgesehen ist,
wobei bevorzugt der Staffelungswinkel der Profile des Randleitapparates λR und der Staffelungswinkel der Profile der Schaufelreihe λS unterschiedliches Vorzeichen besitzen,
wobei bevorzugt der Staffelungswinkel der Profile des Randleitapparates λR und der Staffelungswinkel der Profile der Schaufelreihe λS dasselbe Vorzeichen besitzen,
wobei bevorzugt die Profile des Randleitapparates keilartig mit maximaler Dicke an ihrer Hinterkante geformt sind,
wobei bevorzugt im hinteren Teil des beschaufelten Bereichs der Schaufelreihe ein Anstreifbelag vorgesehen ist und die Schaufelspitze mit einem Absatz zu versehen, dahin gehend, dass dadurch der Laufspalt im Bereich des Randleitapparats größer ist als im Bereich des Anstreifbelages,
wobei bevorzugt im hinteren Teil des beschaufelten Bereichs der Schaufelreihe ein Anstreifbelag vorgesehen ist und der Randleitapparat im Vergleich zum Anstreifbelag etwas zurückgenommen ist, dahin gehend, dass der Laufspalt im Bereich des Randleitapparats größer ist als im Bereich des Anstreifbelages.A fluid flow machine having a main flowpath flanked by a hub and a housing in which at least one row of blades is arranged, at which a blade end with gap is provided, the bladeend and the main flowpathbonding in the vicinity of said blade end rotate relative to one another at least a portion of the nip is retracted by a finite amount from the main flow path boundary into the main flow path and the nip at the retracted positions is no longer defined by the main flow path boundary itself but by an edge gating apparatus through which the mainstream flows and is integral with the main flow path boundary of profiles, is limited,
wherein, when considered in the meridian section, the configuration of the edge guiding apparatus and of the running gap is subject to further restrictions with regard to six important parameters, wherein:
  1. 1.) IHV is the length between the leading and trailing edges on the blade tip
  2. 2.) for the tread recess depth at the front edge tV: tV <0.3 · IVH
  3. 3.) for the clearance depth at the trailing edge tH: tH <0,3 · IVH
  4. 4.) for the leading edge offset dVM: -0.05 · IVH <dVM <0.05 · IVH
  5. 5.) for the trailing edge offset dHN: -0.1 · IVH <dHN <0.1 · IVH
  6. 6.) for the upstream extension of the peripheral vane v applies: -0.05 · IVH <v <IVH
  7. 7.) for the downstream extension of the Randleitapparates w is: 0 <w <1.1 · IVH
wherein preferably the trough insertion depth at the leading edge tV is greater than the trough insertion depth at the trailing edge tH, so that the trough is inclined at least into a partial section opposite the main flow path boundary and also towards the meridional flow and thus the gap leakage flow is reduced,
wherein, preferably, the trough insertion depth drops continuously to zero as far as the trailing edge of the blade row, and in this way the edge guide apparatus shows a wedge-like shape in the meridian section,
wherein preferably the running nip depth drops continuously to zero up to a point upstream of the trailing edge and within the bladed region of the blade row, and in this way the edge guiding apparatus shows a wedge-like shape in the meridian section,
wherein preferably the downstream extension of the Randleitapparates w is limited to at most the front third of the blade tip, where: w <0.33 IVH,
wherein the main flow path boundary preferably runs substantially smoothly and as a result a break point is provided in the blade tip and in the running gap while maintaining the wedge-like shape of the edge guiding apparatus,
wherein preferably the main flow path boundary is S-shaped curved and while maintaining the wedge-like shape of the Randleitapparats a geradlinger course of the blade tip and the running gap is provided
wherein preferably an inclination angle of the running gap is provided with an amount of less than 8 ° (-8 ° <α <8 °),
wherein an upstream extension of the Randleitapparates v of greater than 0.25 · IVH is preferably provided and in this way the leading edge of Randleitapparatprofile is oriented according to an aerodynamic sweep obliquely to the running gap and obliquely to Hauptströmungspfadberandung
wherein preferably the profiles of the Randleitapparats have no curvature,
wherein preferably the profiles of the Randleitapparats are curved,
wherein a stagger angle of the profiles of the Randleitapparates λ R is preferably provided with a value in the range -40 ° <λ R <30 °,
wherein preferably the stagger angle of the profiles of the Randleitapparates λ R and the stagger angle of the profiles of the blade row λ S have different signs,
wherein preferably the stagger angle of the profiles of the Randleitapparates λ R and the stagger angle of the profiles of the blade row λ S have the same sign,
wherein preferably the profiles of the Randleitapparates are wedge-shaped with maximum thickness at its trailing edge,
wherein preferably in the rear part of the bladed region of the blade row an abradable coating is provided and to provide the blade tip with a shoulder, so that thereby the running gap in the area of the Randleitapparats is greater than in the region of the squeal,
wherein preferably in the rear part of the bladed region of the blade row an abradable coating is provided and the Randleitapparat is slightly withdrawn compared to the Anstreifbelag, going to the fact that the running gap in the Randleitapparats is greater than in the region of the squeal.

Die vorliegende Erfindung erlaubt eine deutlich höhere aerodynamische Belastbarkeit von Rotoren und Statoren in Strömungsarbeitmaschinen, bei gleichbleibendem oder erhöhtem Wirkungsgrad. Es ist eine Reduzierung der Teilezahl und des Komponentengewichts von mehr als 20% erreichbar. Bei Einsatz des Konzeptes im Hochdruckverdichter eines Flugtriebwerkes mit rund 25000 Pfund Schub ergibt sich eine Reduzierung des spezifischen Kraftstoffverbrauches von bis zu 0,5%.The present invention allows a significantly higher aerodynamic load capacity of rotors and stators in turbomachines, with constant or increased efficiency. A reduction in the number of parts and the component weight of more than 20% can be achieved. Using the concept in the high-pressure compressor of an aircraft engine with around 25,000 pounds of thrust results in a reduction in specific fuel consumption of up to 0.5%.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Gehäusecasing
22
Ringkanal / HauptströmungpfadRing channel / main flow path
33
Rotortrommel (Nabe)Rotor drum (hub)
44
Maschinenachsemachine axis
55
Schaufel / SchaufelreiheBlade / blade row
66
Naben- oder GehäusebaugruppeHub or housing assembly
77
Ringnut / (stromauforientierte) NutRing groove / (upstream) groove
88th
Schaufelreihe mit freiem Ende und LaufspaltBlade row with free end and running gap
99
stromaufliegende Schaufelwerke (optional)upstream bucket elevators (optional)
1010
Reihe von Profilen (gerade oder gewölbt), RandleitapparatRange of profiles (straight or curved), Randleitapparat
1111
Spalt / LaufspaltGap / running gap
1212
Profile von 10Profiles of 10
1313
Passagepassage
1414
Anstreifbelagabradable

Claims (15)

Strömungsarbeitsmaschine mit einem von einer Nabe (3) und einem Gehäuse (1) berandeten Hauptströmungspfad, in welchem mindestens eine Reihe von Schaufeln (5) angeordnet ist, welche ein Schaufelende mit Spalt (11) bilden, wobei das Schaufelende und die Hauptströmungspfadberandung in der Nähe des Schaufelendes in einer rotierenden Relativbewegung zueinander bewegbar sind, wobei zumindest ein Teil des Laufspaltes (11) von der Hauptströmungspfadberandung abgerückt und innerhalb des Hauptströmungspfades ausgebildet ist und der Laufspalt (11) in den abgerückten Bereichen nicht mehr durch die Hauptströmungspfadberandung, sondern durch einen von der Hauptströmung durchströmten und mit der Hauptströmungspfadberandung fest verbundenen Randleitapparat (10), bestehend aus einer Reihe von Profilen (12), begrenzt wird.A fluid flow machine comprising a main flowpath bounded by a hub (3) and a housing (1) and having at least one row of blades (5) forming a blade end with gap (11), the blade end and the main flowpath boundary in proximity the blade end are movable relative to each other in a rotating relative movement, wherein at least a part of the running gap (11) is moved away from the main flow path boundary and formed within the main flow path and the running gap (11) no longer in the withdrawn areas by the Hauptströmungspfadberandung, but by one of the Mainstream flowed through and with the Hauptströmungspfadberandung firmly connected Randleitapparat (10), consisting of a series of profiles (12) is limited. Strömungsarbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Meridianschnitt bezogen die Konfiguration des Randleitapparates (10) und des Laufspaltes (11) durch folgende Werte definiert ist: 1.) IHV ist die Länge zwischen Vorder- und Hinterkante an der Schaufelspitze, 2.) für die Laufspalteinzugtiefe an der Vorderkante tV gilt: tV < 0,3·IVH, 3.) für die Laufspalteinzugtiefe an der Hinterkante tH gilt: tH < 0,3·IVH, 4.) für den Vorderkantenversatz dVM gilt: -0,05·IVH < dVM < 0,05·IVH, 5.) für den Hinterkantenversatz dHN gilt: -0,1·IVH < dHN < 0,1·IVH, 6.) für die Stromaufwärtserstreckung des Randleitapparates v gilt: - 0 , 05 IVH < v < IVH ,
Figure imgb0001
7.) für die Stromabwärtserstreckung des Randleitapparates w gilt: 0 < w < 1 , 1 IVH .
Figure imgb0002
Turbomachine according to claim 1, characterized in that the configuration of the Randleitapparats (10) and the running gap (11) is defined by the following values on a meridian section: 1.) IHV is the length between leading and trailing edges at the blade tip, 2.) for the gap depth at the leading edge tV: tV <0.3 · IVH, 3.) for the gap depth at the trailing edge tH: tH <0.3 · IVH, 4.) for the leading edge offset dVM: -0.05 · IVH <dVM <0.05 · IVH, 5.) for the trailing edge offset dHN: -0.1 · IVH <dHN <0.1 · IVH, 6.) for the upstream extension of the Randleitapparates v applies: - 0 . 05 IVH < v < IVH .
Figure imgb0001
7.) for the downstream extension of the Randleitapparates w applies: 0 < w < 1 . 1 IVH ,
Figure imgb0002
Strömungsarbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufspalteinzugtiefe an der Vorderkante tV größer ist als die Laufspalteinzugtiefe an der Hinterkante tH, und der Laufspalt wenigstens in einem Teilabschnitt gegenüber der Hauptströmungspfadberandung und gegenüber der Meridianströmung geneigt ist.A turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that the trough insertion depth at the leading edge tV is greater than the trough insertion depth at the trailing edge tH, and the trough is inclined at least in a section opposite to the main flow path boundary and from the meridional flow. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufspalteinzugtiefe bis zur Hinterkante der Schaufelreihe (5) kontinuierlich auf Null reduziert ist.Turbomachine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the trough insertion depth is continuously reduced to zero up to the trailing edge of the blade row (5). Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufspalteinzugtiefe bis zu einem Punkt stromauf der Hinterkante und innerhalb des beschaufelten Bereiches der Schaufelreihe (5) kontinuierlich auf Null reduziert ist und der Randleitapparat (10) im Meridianschnitt eine keilartige Form zeigt.A turbomachine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the trough insertion depth is continuously reduced to zero up to a point upstream of the trailing edge and within the bladed region of the blade row (5), and the edger (10) shows a wedge-like shape in the meridian section. Strömungsarbeitsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabwärtserstreckung des Randleitapparates (10) w auf höchstens das vordere Drittels der Schaufelspitze begrenzt ist, wobei gilt: w < 0,33 IVH.Turbomachine according to claim 5, characterized in that the downstream extent of the Randleitapparats (10) w is limited to at most the front third of the blade tip, where: w <0.33 IVH. Strömungsarbeitsmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptströmungspfadberandung im Wesentlichen glatt verlaufend ausgebildet ist und infolge durch die keilartige Form des Randleitapparats (10) in der Schaufelspitze und im Laufspalt ein Knickpunkt ausgebildet ist.Turbomachine according to claim 5 or 6, characterized in that the Hauptströmungspfadberandung is formed substantially smooth and formed due to the wedge-like shape of Randleitapparats (10) in the blade tip and in the nip a break point. Strömungsarbeitsmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptströmungspfadberandung S-förmig geschwungen verlaufend ausgebildet ist und durch die keilartige Form des Randleitapparats (10) ein geradlinger Verlauf der Schaufelspitze und des Laufspalts (11) ausgebildet ist.Turbomachine according to claim 5 or 6, characterized in that the Hauptströmungspfadberandung S-shaped curved extending and formed by the wedge-like shape of Randleitapparats (10) a geradlinger course of the blade tip and the nip (11) is formed. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Neigungswinkel α des Laufspaltes (11) mit einem Betrag von kleiner 8° vorgesehen ist (-8° < α < 8°).Flow working machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that an inclination angle α of the running gap (11) is provided with an amount of less than 8 ° (-8 ° <α <8 °). Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufspalt (11) parallel zur Maschinenachse (4) ausgebildet ist.Turbomachine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the running gap (11) is formed parallel to the machine axis (4). Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromaufwärtserstreckung des Randleitapparates (10) v von größer 0,25·IVH vorgesehen ist und auf diese Weise die Vorderkante der Randleitapparatprofile (12) entsprechend einer aerodynamischen Pfeilung schräg zum Laufspalt (11) und schräg zur Hauptströmungspfadberandung ausgerichtet ist.Flow working machine according to one of claims 1 to 10, characterized in that an upstream extension of Randleitapparats (10) v greater than 0.25 · IVH is provided and in this way the leading edge of Randleitapparatprofile (12) corresponding to an aerodynamic sweep obliquely to the running gap (11 ) and is oriented obliquely to the main flow path boundary. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (12) des Randleitapparats (10) keine Wölbung aufweisen.Turbomachine according to one of claims 1 to 12, characterized in that the profiles (12) of the Randleitapparats (10) have no curvature. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (12) des Randleitapparats (10) in ihrer Längserstreckung gewölbt oder keilartig mit maximaler Dicke an ihrer Hinterkante ausgebildet sind.Turbomachine according to one of claims 1 to 12, characterized in that the profiles (12) of the Randleitapparats (10) are curved in their longitudinal extent or wedge-shaped with maximum thickness at its trailing edge. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Staffelungswinkel der Profile (12) des Randleitapparates (10) λR mit einem Wert im Bereich -40° < λR < 30° vorgesehen ist und/oder dass der Staffelungswinkel der Profile (12) des Randleitapparates (10) λR und der Staffelungswinkel der Profile der Schaufelreihe λS ein unterschiedliches Vorzeichen haben oder dass der Staffelungswinkel der Profile (12) des Randleitapparates (10) λR und der Staffelungswinkel der Profile der Schaufelreihe λS dasselbe Vorzeichen haben.Turbomachine according to one of claims 1 to 13, characterized in that a stagger angle of the profiles (12) of Randleitapparats (10) λ R is provided with a value in the range -40 ° <λ R <30 ° and / or that the stagger angle of Profiles (12) of Randleitapparats (10) λ R and the stagger angle of the profiles of the blade row λ S have a different sign or that the stagger angle of the profiles (12) of Randleitapparats (10) λ R and the stagger angle of the profiles of the blade row λ S the same Have a sign. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im hinteren Teil des beschaufelten Bereichs der Schaufelreihe ein Anstreifbelag (14) angeordnet ist und die Schaufelspitze mit einem Absatz zu versehen, wobei der Laufspalt (11) im Bereich des Randleitapparats (10) größer ist als im Bereich des Anstreifbelages (14) und/oder dass im hinteren Teil des beschaufelten Bereichs der Schaufelreihe (5) ein Anstreifbelag (14) angeordnet ist und der Randleitapparat (12) im Vergleich zum Anstreifbelag (14) in Radialrichtung zurückgenommen ist, wobei der Laufspalt im Bereich des Randleitapparats (14) größer ist als im Bereich des Anstreifbelages (14).Turbomachine according to one of claims 1 to 14, characterized in that in the rear part of the bladed region of the blade row an abradable coating (14) is arranged and to provide the blade tip with a shoulder, wherein the running gap (11) in the region of Randleitapparats (10). is greater than in the region of the squealer coating (14) and / or in the rear part of the bladed region of the blade row (5) an abradable coating (14) is arranged and the Randleitapparat (12) compared to the squealer coating (14) is retracted in the radial direction, wherein the running gap in the region of the Randleitapparats (14) is greater than in the region of the Anstreifbelages (14).
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