EP2808558A1 - Structure assembly for a turbomachine - Google Patents

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EP2808558A1
EP2808558A1 EP14170065.8A EP14170065A EP2808558A1 EP 2808558 A1 EP2808558 A1 EP 2808558A1 EP 14170065 A EP14170065 A EP 14170065A EP 2808558 A1 EP2808558 A1 EP 2808558A1
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EP
European Patent Office
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flow path
main flow
support member
plug
secondary flow
Prior art date
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EP14170065.8A
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German (de)
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EP2808558B1 (en
Inventor
Volker Dr. Gümmer
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2808558A1 publication Critical patent/EP2808558A1/en
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Publication of EP2808558B1 publication Critical patent/EP2808558B1/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/105Final actuators by passing part of the fluid
    • 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
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541Specially adapted for elastic fluid pumps
    • 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/685Inducing localised fluid recirculation in the stator-rotor interface
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/15Load balancing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/60Fluid transfer
    • F05D2260/606Bypassing the fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/01Purpose of the control system
    • F05D2270/17Purpose of the control system to control boundary layer

Definitions

  • the invention relates to a structural assembly for a turbomachine according to the preamble of patent claim 1.
  • turbomachines in particular of fluid flow machines such as fans, compressors, pumps and fans, is limited by the growth and separation of boundary layers in the rotor and stator tip region near the housing or hub wall. In the case of blade rows with a running gap, this leads to high secondary losses and possibly to the occurrence of operational instabilities at higher loads.
  • casing treatments As a countermeasure, it is known to use so-called casing treatments.
  • the simplest form of casing treatments are circumferential grooves with a rectangular or parallelogram-shaped cross-section, as used, for example, in US Pat EP 0 754 864 A1 are disclosed.
  • Other solutions provide for rows of slots or openings in the housing, the individual slots / openings being oriented substantially in the flow direction and having a slender shape with a small extension viewed in the circumferential direction of the machine. Such solutions are for example in the DE 101 35 003 C1 disclosed.
  • a fluid flow machine which forms at least one secondary flow channel in the area of the blade leading edge in a main flow path boundary, which connects two openings arranged on the main flow path boundary.
  • Each secondary flow channel in each case connects a removal opening with a supply opening provided further upstream.
  • the present invention is based on the object to provide a structural assembly, which efficiently secondary flow channels, including those of complex shape, in the field of Main flow path boundary of a turbomachine (ie in the region of the housing or the hub) can provide.
  • the structural assembly has at least one support member and at least one directly or indirectly connected to the support member, replaceable plug.
  • the neck is directly connected to the support member, e.g. arranged on the circumference of the support member, or the connecting piece is connected to a component connected to the support member and thus indirectly to the support member.
  • the replaceable plug comprises a subsection of a secondary flow channel, the subsection completing at least one further subsection of the secondary flow channel extending outside of the plug in the structural assembly to a secondary flow passage continuous between its openings.
  • the solution according to the invention has the advantage that the secondary flow channel can be interrupted or varied by replacing the plug. Also, in the event of wear, a portion of the secondary flow channel formed in the plug can be replaced in a simple manner. In the plug simultaneously spatially compact and robust three-dimensional structures of a secondary flow channel can be provided.
  • the invention thus contemplates a portion of the main flowpath of a turbomachine, in the region of a free end and a nip row of blades, in which a series of circumferentially distributed secondary flow channels are provided.
  • the course of the secondary flow channels can each be spatially complex.
  • a structural assembly is provided for structurally implementing said secondary flow channels.
  • the replaceable plug penetrates at least one structural component which overhangs the main flow path and which is the support component or a further component.
  • the support component forms at least part of the main flow path boundary with at least part of its surfaces.
  • the replaceable plug extends in a substantially radial direction relative to the main flow path and forms an end face which forms part of the main flow path boundary. According to one embodiment, at least one of the openings of the secondary flow channel is formed in the end face of the replaceable plug.
  • At least one subsection of a secondary flow channel is realized in the support component, so that at least the support component and the plug accommodate subsections of the secondary flow channel. Further sections can be provided by further components.
  • the support member is formed as an annular housing or as a half-shell housing a turbomachine, or the support member is formed like a ring or half-ring on the hub of a turbomachine.
  • the support member is structurally such that for the purpose of assembly and disassembly of the interchangeable plug from the main flow path side facing a direct access to the interchangeable plug is given, so that the interchangeable plug from the main flow path side facing away from the support member without disassembling others Structural components is replaceable.
  • the structural assembly according to the invention further comprises at least one insert member, wherein in the support member is provided a circumferentially extending recess which receives along the circumference at least one insert member, and wherein each insert member forms part of the surfaces of a part of the Hauptströmungspfaderbandung and at least forms a portion of a secondary flow channel.
  • the insert member is completely penetrated at the periphery of at least one replaceable plug, such that the end face of the replaceable plug forms part of the Hauptströmungspfadberandung. It can also be provided that the replaceable plug penetrates only the insert component and there has a defined seat, wherein the support member is a local Has recess through which the replaceable plug in the insert component is mounted and dismounted. Alternatively, the replaceable plug penetrates both the support member and the insert member.
  • the structural assembly according to the invention further comprises at least one connecting member, wherein the connecting member substantially on the side facing away from the main flow path side of the support member to the support member, and wherein the connecting member forms at least a portion of a secondary flow channel.
  • the support member is completely penetrated at the periphery of at least one replaceable plug such that the end face of the replaceable plug forms part of the main flow path boundary, wherein portions of a secondary flow channel are formed in the support member, in the connection member and in the replaceable plug and complement each other to a continuous secondary flow channel.
  • a further variant of the invention provides that the connecting component is installed in recesses in the support component in the area of at least one end of the secondary flow channel and in this way directly adjoins the main flow path.
  • the connecting component thus also forms an opening-near region of the secondary flow channel.
  • At least one connecting piece may be formed on the side of the support component facing away from the main flow path on the circumference of the support component. Also, on the side facing away from the main flow path side of the support member is at least one, at least along a portion of the circumference continuously extending web for receiving at least one interchangeable plug is formed.
  • the replaceable plug is designed as a multi-part element.
  • an embodiment variant provides that the replaceable plug is subdivided into partial plugs along at least partial sections of the secondary flow channel.
  • a further embodiment provides that the replaceable plug is formed in two parts and provided a fixing top plug and a example with a defined seat Understop comprises, with upper and lower plugs together form the interchangeable plug.
  • the fixation of the interchangeable plug is realized by a fit, a press fit, a plug, a clamp or a screw.
  • the interchangeable plug with implemented portion of a secondary flow channel may be replaced by a blind plug with no channel implemented for the purpose of inhibiting flow through the secondary flow channel.
  • the present invention relates generally to structural assemblies for turbomachines, such as turbines, and to particular 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 formed only by a rotor.
  • the rotor of a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, consists of a number of blades, which are connected to the rotating shaft of the turbomachine and deliver energy to the working fluid in the case of the fluid flow machine.
  • the rotor can be designed with or without shroud on the outer blade end.
  • the stator of a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, 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, z. As in propellers or propellers, no housing exists.
  • a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, can also have a stator in front of the first rotor, a so-called leading wheel. At least one stator or Vorleitrad - may be rotatably mounted - deviating from an immovable fixation - to change the angle of attack can. A Adjustment takes place for example by a spindle accessible from outside the annular channel.
  • a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, have at least one row of adjustable rotors.
  • a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used in multi-stage have two opposing waves, so that the rotor blade rows change the direction of rotation from stage to stage. There are no stators between successive rotors.
  • a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used have a bypass configuration such that a single-flow annular channel behind a certain row of blades divides into two concentric annular channels, which in turn accommodate at least one more row of blades.
  • turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, it is, for example, a jet engine, in particular a turbofan engine.
  • the structural assembly is formed, for example, in the region of a compressor of a jet engine or turbofan engine.
  • the invention further relates to a fluid flow machine with a structural assembly according to the invention.
  • the Fig. 2A shows an arrangement of a blade row 3 with free end and running gap 5 in the meridian plane formed by the axial direction x and the radial direction r.
  • the nip 5 separates the blade tip from a component 2 belonging to the main flow path at the hub or housing of the fluid flow machine.
  • the component 2 forms a main flow path boundary 4 toward the main flow path.
  • the main flow direction in the main flow path is indicated by an arrow A. Upstream and / or downstream of the row of blades 3 with running gap, further rows of blades may be located.
  • Within the main flow path belonging to the component 2 is in the region of the running gap 5 a number of the circumference distributed secondary flow channels 1 are provided, which each form an opening at their ends (feed opening and removal opening).
  • Fig. 2A shows the outline or the projection of a single secondary flow channel 1 in the meridian plane (xr).
  • xr meridian plane
  • each channel 1 has a three-dimensional spatially twisted course, which in the Fig. 2B is shown by way of example.
  • cross-sectional shape of the secondary flow channels 1 in the Fig. 2B merely exemplified as rectangular.
  • the cross section of the secondary flow channels 1 may be formed in other embodiments without corners, in particular circular or elliptical.
  • FIG. 3A shows a structural assembly according to the invention in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr).
  • the main flow direction is indicated by an arrow A.
  • the blade row is no longer shown in favor of a simpler representation.
  • At least one secondary flow channel 1 is formed, which has two openings 111, 112 in the main flow path boundary 4 and is connected via this to the main flow path.
  • the secondary flow channel 11 is designed as a single-path path with an opening through which fluid flows from the main flow channel into the secondary flow channel 1 and a second opening, through which the fluid leaves the secondary flow channel 1.
  • At least one of the secondary flow channels is formed by an arrangement in which a single channel is divided along its course into at least two subchannels, thereby forming a kind of "trouser configuration".
  • an inflow port and a plurality of outflow ports are included, which belong to the secondary flow passage.
  • at least one of the secondary flow channels is formed by an arrangement in which at least two Channels are merged into a channel, in which case a plurality of inflow and a discharge port to the secondary flow passage.
  • the secondary flow channel 1 is realized in a structural assembly comprising a support member 21, an insert member 22 and a replaceable plug 6.
  • the support member 21 is formed as an annular housing of a turbomachine or as a half shell housing a turbomachine. With a corresponding arrangement in the hub region, it is, for example, annularly formed on the hub of a turbomachine or semi-annular on the hub of a turbomachine.
  • a recess extending in the circumferential direction is provided, in which at least one insert member 22 is inserted along the circumference.
  • the insert component 21 forms part of its surfaces with a part of the main flow path boundary 4.
  • the replaceable plug 6 extends in a substantially radial direction with respect to the main flow path, penetrating both the support member 21 and the insert member 22.
  • the plug 6 has an end face 60 which forms part of the main flow path boundary 4.
  • the secondary flow channel 1 comprises two subsections 11, 12, wherein one subsection 11 is formed in the insert component 22 and the other subsection 12 is formed in the interchangeable plug 6.
  • the one of the two openings 111, 112 of the secondary flow channel 1 is in the insert member 22 and the other of the openings 111, 112 of the secondary flow channel 1 is in Plug 6 is formed.
  • the insert member 22 is inserted in the axial direction in the corresponding recess in the support member 21.
  • a fixation of the components 21, 22 to each other in the axial direction can be effected by a further component 7.
  • portion 12 of the secondary flow channel 1 is provided by means of internal surfaces of the plug 6, that is not by means of structures formed on the outside of the plug 6.
  • a portion 12 of the secondary flow channel 1 in a replaceable plug 6 is associated with the advantage that it is possible by replacing the plug 6 by a blind plug without integrated channel section, to prevent the flow through the secondary flow channel 1.
  • a flow through a secondary flow channel can be switched on and off.
  • various plugs 6 in which the partial section 12 realized in the stopper 6 is embodied in different ways, in each case complementing the partial section 11 formed in the insert component 22. In this way, the formation of the secondary flow channel 1 and the flow occurring therein can be varied in a simple manner.
  • FIG. 3B shows a further embodiment of a structural assembly in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr).
  • the embodiment of FIG. 3B differs from the embodiment of FIG. 3A in that the replaceable plug 6 is designed as a multipart element.
  • the plug 6 is divided into two sub-plugs 61, 62, wherein in principle more than two sub-plugs are possible.
  • the plug 6 comprises a fixing top plug 62 and a properly fitted bottom plug 61 Part region 12 of the secondary flow channel 1 in the lower plug 61 is formed.
  • the top plug 62 is fixed by screwing or the like in a corresponding opening of the support member 21, for example.
  • FIG. 3C shows a further embodiment of a structural assembly in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr).
  • this embodiment is different from the embodiments of FIGS. 3A and 3B provided that the replaceable plug 6 penetrates only the insert member 22 and is fitted in this. A structural member penetrating the plug 6 is thus provided solely by the insert member 22.
  • the support member 21 has a local recess 215, for example in the form of a mounting opening through which the replaceable plug 6 in the insert member 22 can be mounted and dismounted. It can be provided, for example, that the plug 6 has a round cross section and is fixed by means of a thread 63 in its upper part in the insert member 22.
  • the shape and fixation modes of the replaceable plug 6 may be formed in other ways.
  • the Figure 3D shows a further embodiment of a structural assembly in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr).
  • the replaceable plug 6 penetrates again alone the insert member 22, wherein above the plug 6 in the support member 21, a mounting opening 215 is formed.
  • the plug 6 is designed as a multi-part element with two partial plugs 64, 65, whereby more than two partial plugs can be provided.
  • the subdivision of the plug 6 into two sub-plugs 64, 65 takes place along two sections of the secondary flow channel 1, that is, each of the two sub-plugs 64, 65 accommodates a lower portion 12a, 12b of the portion 12 realized in the plug 6. This is associated with the advantage in that the secondary flow channel 1 can be made more easily accessible, for example, to a production tool.
  • the exchangeable plug 6 may be provided to produce the exchangeable plug 6 by means of a casting, sintering or print production method. This applies to all described embodiments.
  • FIG. 3E shows a further embodiment of a structural assembly in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr).
  • the secondary flow channel 1 comprises three subsections 11, 12, 13, wherein a subsection is formed in a support member 21, a subsection in a replaceable plug 6, and a subsection in a connection component 23.
  • the support member 21 forms with part of its surfaces a part of the main flow path boundary 4. At the side facing away from the main flow path, it forms a structure 212 for receiving the replaceable plug 6, which is formed in the illustrated embodiment by a cylindrical wall or a nozzle 212. In the wall 212 of the plug 6 is inserted, wherein the end face 60 of the plug 6 is a part of the Hauptströmungspfadberandung 4. In the plug 6, a portion 12 of the secondary flow channel and one of the openings 111 of the secondary flow channel are integrated.
  • the support member 21 further includes on its side facing away from the main flow path side a web 211, in which a first portion 13 of the secondary flow channel is formed. Between the web 211 and the neck or the wall 212 extends the connecting member 22 which extends on the side facing away from the main flow path side of the support member 21 between these portions 211, 212 of the support member 21 and is arranged, for example as a line freely in space.
  • a fixation of the replaceable plug 6 can be realized for example by a fit, a press fit, a plug, a clamp or a screw.
  • the connecting member 11 is attached to the web 211 and the nozzle 212, for example, by a fit, a plug, a clamp, a screw, a weld or a solder.
  • the connecting member 23 is formed such that it is inserted in recesses in the support member 21 in the region of at least one end of the secondary flow channel and in this way has surfaces which form part of the Hauptströmungspfadberandung 4.
  • the connecting piece 211 is formed as part of the connecting component 23.
  • FIGS. 3A to 3E the constructive solutions, with regard to FIGS. 3A to 3E are described, combined with each other.
  • a multipart plug 6 in the embodiment of the FIG. 3E be realized.
  • the invention is not limited in its embodiment to the embodiments shown above, which are to be understood only as examples.
  • shape and configuration of the secondary flow channels and of the components providing them can be realized in a different way than illustrated.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine, die aufweist: eine Hauptströmungspfadberandung (4), die einen Hauptströmungspfad einer Strömungsmaschine berandet, wobei in dem Hauptströmungspfad mindestens eine Reihe von Schaufeln (3) mit jeweils einem Schaufelende angeordnet ist, wobei ein Spalt (5) zwischen den Schaufelenden der mindestens einen Reihe von Schaufeln (3) und der Hauptströmungspfadberandung (4) besteht, und wobei die Schaufeln (3) einer Schaufelreihe und die Hauptströmungspfadberandung (4) eine rotierende Relativbewegung zueinander ausführen; und mindestens einen Sekundärströmungskanal (1), der an in Strömungsrichtung beabstandeten Enden jeweils eine Öffnung (111, 112) aufweist, die in der Hauptströmungspfadberandung (4) ausgebildet ist, so dass der Sekundärströmungskanal (1) mittels der beiden Öffnungen (111, 112) mit dem Hauptströmungspfad verbunden ist. Es ist vorgesehen, dass die Strukturbaugruppe mindestens ein Stützbauteil (21) und mindestens einen direkt oder indirekt mit dem Stützbauteil (21) verbundenen austauschbaren Stopfen (6) aufweist, und dass der austauschbare Stopfen (6) einen Teilabschnitt eines Sekundärströmungskanals (1) umfasst, wobei der Teilabschnitt mindestens einen weiteren Teilabschnitt des Sekundärströmungskanals (1), der sich außerhalb des Stopfens (6) in der Strukturbaugruppe erstreckt, zu einem zwischen seinen Öffnungen (111, 112) durchgängigen Sekundärströmungskanal (1) ergänzt.The invention relates to a structural assembly for a turbomachine, comprising: a main flow path boundary (4), which borders a main flow path of a turbomachine, wherein in the main flow path at least one row of blades (3) each having a blade end is arranged, wherein a gap (5) between the blade ends of the at least one row of blades (3) and the main flow path boundary (4), and wherein the blades (3) of a blade row and the Hauptströmungspfadberandung (4) perform a rotating relative movement to each other; and at least one secondary flow channel (1) each having an opening (111, 112) formed at the downstream ends formed in the main flow path boundary (4) so that the secondary flow channel (1) is opened by means of the two openings (111, 112). is connected to the main flow path. It is provided that the structural assembly comprises at least one support member (21) and at least one replaceable plug (6) connected directly or indirectly to the support member (21), and that the replaceable plug (6) comprises a portion of a secondary flow duct (1), wherein the subsection complements at least one further subsection of the secondary flow channel (1) extending outside the plug (6) in the structural assembly into a secondary flow channel (1) continuous between its openings (111, 112).

Description

Die Erfindung betrifft eine Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a structural assembly for a turbomachine according to the preamble of patent claim 1.

Die aerodynamische Belastbarkeit und die Effizienz von Strömungsmaschinen, im Besonderen von Strömungsarbeitsmaschinen wie Bläsern, Verdichtern, Pumpen und Ventilatoren, wird 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 hohen Sekundärverlusten und ggf. zum Auftreten von Betriebsinstabilitäten.The aerodynamic load capacity and the efficiency of turbomachines, in particular of fluid flow machines such as fans, compressors, pumps and fans, is limited by the growth and separation of boundary layers in the rotor and stator tip region near the housing or hub wall. In the case of blade rows with a running gap, this leads to high secondary losses and possibly to the occurrence of operational instabilities at higher loads.

Als Gegenmaßnahme ist es bekannt, sogenannte Casing Treatments einzusetzen. Die einfachste Form von Casing Treatments sind Umfangsnuten mit rechteckigem oder parallelogrammförmigem Querschnitt, wie sie beispielsweise in EP 0 754 864 A1 offenbart sind. Andere Lösungen sehen Reihen von Schlitze oder Öffnungen im Gehäuse vor, wobei die einzelnen Schlitze/Öffnungen im Wesentlichen in Strömungsrichtung orientiert sind und eine schlanke Form mit einer in Umfangsrichtung der Maschine betrachtet geringen Ausdehnung besitzen. Solche Lösungen sind beispielsweise in der DE 101 35 003 C1 offenbart.As a countermeasure, it is known to use so-called casing treatments. The simplest form of casing treatments are circumferential grooves with a rectangular or parallelogram-shaped cross-section, as used, for example, in US Pat EP 0 754 864 A1 are disclosed. Other solutions provide for rows of slots or openings in the housing, the individual slots / openings being oriented substantially in the flow direction and having a slender shape with a small extension viewed in the circumferential direction of the machine. Such solutions are for example in the DE 101 35 003 C1 disclosed.

Weitere Casing Treatments sind als Ring am gesamten Umfang im Bereich eines Rotors im Gehäuse vorgesehen, wobei oftmals Leitschaufeln zur Reduzierung des Strömungsdralls innerhalb des Casing Treatments vorgesehen sind; so beispielsweise in den Druckschriften EP 0 497 574 A1 , US 2005-0226717 A1 , US 6 585 479 B2 , US 2005-0226717 A1 und DE 103 30 084 A1 .Further casing treatments are provided as a ring on the entire circumference in the region of a rotor in the housing, with guide vanes often being provided to reduce the flow swirl within the casing treatment; such as in the publications EP 0 497 574 A1 . US 2005-0226717 A1 . US Pat. No. 6,585,479 B2 . US 2005-0226717 A1 and DE 103 30 084 A1 ,

Existierende Konzepte von Casing Treatments in Form von Schlitzen und/oder Kammern in der Ringkanalwand bieten eine Steigerung der Stabilität der Strömungsarbeitsmaschine. Die wird jedoch aufgrund der ungünstig gewählten Anordnung oder Formgebung nur bei Verlust an Wirkungsgrad erzielt. Bekannte Lösungen nehmen zudem einen großen Bauraum an der Peripherie des Ringkanals der Strömungsarbeitsmaschine ein, sie sind aufgrund ihrer Form (z. B. einfache parallelogrammförmige Umfangsgehäusenuten) nur bedingt wirksam und sie sind stets im Gehäuse im Bereich einer Rotorschaufelreihe vorgesehen. Casing Treatments nach dem Stand der Technik sind darauf ausgerichtet, dass sie mit Hilfe zumeist spanender Bearbeitung einfach von einer zugänglichen Seite in das Gehäuse eingebracht werden können.Existing concepts of casing treatments in the form of slots and / or chambers in the annular channel wall increase the stability of the fluid flow machine. However, this is achieved due to the unfavorably chosen arrangement or shaping only at loss of efficiency. Known solutions also take up a large space at the periphery of the annular channel of the fluid flow machine, they are due to their shape (eg simple parallelogram Umfangsgehäusenuten) only partially effective and they are always provided in the housing in the range of a rotor blade row. Casing treatments according to the prior art are designed so that they can be easily inserted from an accessible side into the housing with the aid of mostly machining.

Als weitere Gegenmaßnahme gegen Sekundärverluste und das Auftreten von Betriebsinstabilitäten ist es bekannt, Injektorsysteme einzusetzen. So ist es aus der US 8 152 445 B2 bekannt, mittels eines Düsensystems Fluid aus einer Fluidversorgungskammer in den Strömungskanal zu leiten. Die FIG. 1 zeigt die in der US 8 152 445 B2 beschriebene Lösung. Nachteilig muss bei dieser Lösung ein komplexes Sekundärströmungskanalsystem zur Injektion von Fluid im Bereich des Gehäuses oder der Nabe durch besondere konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen bereitgestellt werden.As a further countermeasure against secondary losses and the occurrence of operational instabilities, it is known to use injector systems. So it is from the US 8 152 445 B2 known to direct fluid from a fluid supply chamber into the flow channel by means of a nozzle system. The FIG. 1 shows the in the US 8 152 445 B2 described solution. The disadvantage of this solution, a complex secondary flow channel system for the injection of fluid in the region of the housing or the hub must be provided by special design and manufacturing measures.

Aus der DE 10 2008 037 154 A1 ist eine Strömungsarbeitsmaschine bekannt, die im Bereich der Schaufelvorderkante in einer Hauptströmungspfadberandung mindestens einen Sekundärströmungskanal ausbildet, der zwei an der Hauptströmungspfadberandung angeordnete Öffnungen miteinander verbindet. Jeder Sekundärströmungskanal verbindet dabei jeweils eine Entnahmeöffnung mit einer weiter stromauf vorgesehenen Zufuhröffnung. Durch die Bereitstellung solcher Sekundärströmungskanäle kann in wirkungsvoller Weise eine Grenzschichtbeeinflussung im Schaufelspitzenbereich erfolgen und dadurch eine Steigerung der Stabilität einer Strömungsarbeitsmaschine erreicht werden, ohne dass ein aufwändiges Casing Treatment am gesamten Gehäuseumfang im Bereich eines Rotors erforderlich ist. Jedoch können komplexe Sekundärströmungskanäle im Bereich des Gehäuses oder der Nabe nur durch besondere konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen realisiert werden.From the DE 10 2008 037 154 A1 a fluid flow machine is known, which forms at least one secondary flow channel in the area of the blade leading edge in a main flow path boundary, which connects two openings arranged on the main flow path boundary. Each secondary flow channel in each case connects a removal opening with a supply opening provided further upstream. By providing such secondary flow channels, boundary layer influencing in the blade tip region can be effected effectively and an increase in the stability of a fluid flow machine can be achieved without requiring an elaborate casing treatment on the entire circumference of the casing in the region of a rotor. However, complex secondary flow channels in the region of the housing or the hub can be realized only by special design and manufacturing measures.

Ausgehend von der DE 10 2008 037 154 A1 liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Strukturbaugruppe zur Verfügung zu stellen, die in effizienter Weise Sekundärströmungskanäle, auch solche komplexer Form, im Bereich einer Hauptströmungspfadberandung einer Strömungsmaschine (d.h. im Bereich des Gehäuses oder der Nabe) bereitstellen kann.Starting from the DE 10 2008 037 154 A1 The present invention is based on the object to provide a structural assembly, which efficiently secondary flow channels, including those of complex shape, in the field of Main flow path boundary of a turbomachine (ie in the region of the housing or the hub) can provide.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Strukturbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a structural assembly having the features of claim 1 and a turbomachine with the features of claim 15. Embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Strukturbaugruppe mindestens ein Stützbauteil und mindestens einen direkt oder indirekt mit dem Stützbauteil verbundenen, austauschbaren Stopfen aufweist. So ist der Stutzen beispielsweise direkt mit dem Stützbauteil verbunden, z.B. am Umfang des Stützbauteils angeordnet, oder ist der Stutzen mit einem mit dem Stützbauteil verbundenen Bauteil und damit indirekt mit dem Stützbauteil verbunden. Es ist weiter erfindungsgemäß vorgesehen, dass der austauschbare Stopfen einen Teilabschnitt eines Sekundärströmungskanals umfasst, wobei der Teilabschnitt mindestens einen weiteren Teilabschnitt des Sekundärströmungskanals, der sich außerhalb des Stopfens in der Strukturbaugruppe erstreckt, zu einem zwischen seinen Öffnungen durchgängigen Sekundärströmungskanal ergänzt.Thereafter, the invention provides that the structural assembly has at least one support member and at least one directly or indirectly connected to the support member, replaceable plug. For example, the neck is directly connected to the support member, e.g. arranged on the circumference of the support member, or the connecting piece is connected to a component connected to the support member and thus indirectly to the support member. It is further provided according to the invention that the replaceable plug comprises a subsection of a secondary flow channel, the subsection completing at least one further subsection of the secondary flow channel extending outside of the plug in the structural assembly to a secondary flow passage continuous between its openings.

Die erfindungsgemäße Lösung ist mit dem Vorteil verbunden, dass durch Austausch des Stopfens der Sekundärströmungskanal unterbrochen oder variiert werden kann. Auch kann im Falle eines Verschleißes ein im Stopfen ausgebildeter Teilabschnitt des Sekundärströmungskanals in einfacher Weise ausgewechselt werden. Im Stopfen können gleichzeitig räumlich kompakte und robuste dreidimensionale Strukturen eines Sekundärströmungskanals bereitgestellt werden.The solution according to the invention has the advantage that the secondary flow channel can be interrupted or varied by replacing the plug. Also, in the event of wear, a portion of the secondary flow channel formed in the plug can be replaced in a simple manner. In the plug simultaneously spatially compact and robust three-dimensional structures of a secondary flow channel can be provided.

Die Erfindung betrachtet somit einen Abschnitt des Hauptströmungspfades einer Strömungsmaschine, im Bereich einer Schaufelreihe mit freiem Ende und Laufspalt, in dem eine Reihe von in Umfangsrichtung verteilten Sekundärströmungskanälen vorgesehen ist. Der Verlauf der Sekundärströmungskanäle kann jeweils räumlich komplex sein. Erfindungsgemäß wird eine Strukturbaugruppe zur konstruktiven Realisierung der genannten Sekundärströmungskanäle bereitgestellt.The invention thus contemplates a portion of the main flowpath of a turbomachine, in the region of a free end and a nip row of blades, in which a series of circumferentially distributed secondary flow channels are provided. The course of the secondary flow channels can each be spatially complex. According to the invention, a structural assembly is provided for structurally implementing said secondary flow channels.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der austauschbare Stopfen wenigstens ein den Hauptströmungspfad berandendes Strukturbauteil durchdringt, welches das Stützbauteil oder ein weiteres Bauteil ist.In one embodiment of the invention, it is provided that the replaceable plug penetrates at least one structural component which overhangs the main flow path and which is the support component or a further component.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stützbauteil mit wenigstens einem Teil seiner Flächen wenigstens einen Teil der Hauptströmungspfadberandung bildet. Auch kann vorgesehen sein, dass der austauschbare Stopfen sich in im Wesentlichen radialer Richtung bezogen auf den Hauptströmungspfad erstreckt und eine Stirnfläche ausbildet, die einen Teil der Hauptströmungspfadberandung bildet. Gemäß einer Ausführungsvariante ist dabei in der Stirnfläche des austauschbaren Stopfens wenigstens eine der Öffnungen des Sekundärströmungskanals ausgebildet.In a further embodiment of the invention, it is provided that the support component forms at least part of the main flow path boundary with at least part of its surfaces. It can also be provided that the replaceable plug extends in a substantially radial direction relative to the main flow path and forms an end face which forms part of the main flow path boundary. According to one embodiment, at least one of the openings of the secondary flow channel is formed in the end face of the replaceable plug.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Teilabschnitt eines Sekundärströmungskanals im Stützbauteil realisiert, so dass zumindest das Stützbauteil und der Stopfen Teilabschnitte des Sekundärströmungskanals beherbergen. Weitere Teilabschnitte können durch weitere Bauteile bereitgestellt werden.According to one embodiment of the invention, at least one subsection of a secondary flow channel is realized in the support component, so that at least the support component and the plug accommodate subsections of the secondary flow channel. Further sections can be provided by further components.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Stützbauteil als Ringgehäuse oder als Halbschalengehäuse einer Strömungsmaschine ausgebildet, oder ist das Stützbauteil ringartig oder halbringartig an der Nabe einer Strömungsmaschine ausgebildet.According to one embodiment of the invention, the support member is formed as an annular housing or as a half-shell housing a turbomachine, or the support member is formed like a ring or half-ring on the hub of a turbomachine.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist das Stützbauteil konstruktiv so beschaffen, dass zwecks Montage und Demontage des austauschbaren Stopfens von der dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite ein direkter Zugang zum austauschbaren Stopfen gegeben ist, so dass der austauschbare Stopfen von der dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite des Stützbauteils ohne Demontage anderer Strukturbauteile ersetzbar ist.In an advantageous embodiment, the support member is structurally such that for the purpose of assembly and disassembly of the interchangeable plug from the main flow path side facing a direct access to the interchangeable plug is given, so that the interchangeable plug from the main flow path side facing away from the support member without disassembling others Structural components is replaceable.

In einer weiteren Ausführungsvariante umfasst die erfindungsgemäße Strukturbaugruppe des Weiteren mindestens ein Einsatzbauteil, wobei im Stützbauteil eine in Umfangsrichtung verlaufende Aussparung vorgesehen ist, die entlang des Umfangs mindestens ein Einsatzbauteil aufnimmt, und wobei jedes Einsatzbauteil mit einem Teil seiner Flächen einen Teil der Hauptströmungspfadberandung bildet und wenigstens einen Teilabschnitt eines Sekundärströmungskanals ausbildet.In a further embodiment, the structural assembly according to the invention further comprises at least one insert member, wherein in the support member is provided a circumferentially extending recess which receives along the circumference at least one insert member, and wherein each insert member forms part of the surfaces of a part of the Hauptströmungspfaderbandung and at least forms a portion of a secondary flow channel.

Dabei kann vorgesehen sein, dass das Einsatzbauteil am Umfang von wenigstens einem austauschbaren Stopfen gänzlich durchdrungen wird, derart, dass die Stirnfläche des austauschbaren Stopfens einen Teil der Hauptströmungspfadberandung bildet. Auch kann vorgesehen sein, dass der austauschbare Stopfen nur das Einsatzbauteil durchdringt und dort einen definierten Sitz hat, wobei das Stützbauteil eine örtliche Ausnehmung besitzt, durch die der austauschbare Stopfen im Einsatzbauteil montierbar und demontierbar ist. Alternativ durchdringt der austauschbare Stopfen sowohl das Stützbauteil als auch das Einsatzbauteil.It can be provided that the insert member is completely penetrated at the periphery of at least one replaceable plug, such that the end face of the replaceable plug forms part of the Hauptströmungspfadberandung. It can also be provided that the replaceable plug penetrates only the insert component and there has a defined seat, wherein the support member is a local Has recess through which the replaceable plug in the insert component is mounted and dismounted. Alternatively, the replaceable plug penetrates both the support member and the insert member.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Strukturbaugruppe des Weiteren mindestens ein Verbindungsbauteil, wobei sich das Verbindungsbauteil im Wesentlichen auf der dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite des Stützbauteils an das Stützbauteil anschließt, und wobei das Verbindungsbauteil wenigstens einen Teilabschnitt eines Sekundärströmungskanals ausbildet.According to one embodiment of the invention, the structural assembly according to the invention further comprises at least one connecting member, wherein the connecting member substantially on the side facing away from the main flow path side of the support member to the support member, and wherein the connecting member forms at least a portion of a secondary flow channel.

Es kann vorgesehen sein, dass das Stützbauteil am Umfang von wenigstens einem austauschbaren Stopfen gänzlich durchdrungen wird, derart, dass die Stirnfläche des austauschbaren Stopfens einen Teil der Hauptströmungspfadberandung bildet, wobei Teilabschnitte eines Sekundärströmungskanals im Stützbauteil, im Verbindungsbauteil und im austauschbaren Stopfen ausgebildet sind und sich gegenseitig zu einem durchgehenden Sekundärströmungskanal ergänzen.It can be provided that the support member is completely penetrated at the periphery of at least one replaceable plug such that the end face of the replaceable plug forms part of the main flow path boundary, wherein portions of a secondary flow channel are formed in the support member, in the connection member and in the replaceable plug and complement each other to a continuous secondary flow channel.

Eine weitere Erfindungsvariante sieht vor, dass das Verbindungsbauteil im Bereich wenigstens eines Endes des Sekundärströmungskanals in Ausnehmungen im Stützbauteil eingebaut ist und auf diese Weise direkt an den Hauptströmungspfad grenzt. Bei dieser Ausführungsvariante bildet das Verbindungsbauteil somit auch einen öffnungsnahen Bereich des Sekundärströmungskanals aus.A further variant of the invention provides that the connecting component is installed in recesses in the support component in the area of at least one end of the secondary flow channel and in this way directly adjoins the main flow path. In this embodiment variant, the connecting component thus also forms an opening-near region of the secondary flow channel.

Zur Aufnahme und Befestigung des austauschbaren Stopfens kann an der dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite des Stützbauteils am Umfang des Stützbauteils mindestens ein Stutzen ausgebildet sein ist. Auch kann an der dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite des Stützbauteils wenigstens ein, wenigstens entlang eines Teils des Umfangs durchgehend verlaufender Steg zur Aufnahme mindestens eines austauschbaren Stopfens ausgebildet ist.For receiving and fastening the replaceable plug, at least one connecting piece may be formed on the side of the support component facing away from the main flow path on the circumference of the support component. Also, on the side facing away from the main flow path side of the support member is at least one, at least along a portion of the circumference continuously extending web for receiving at least one interchangeable plug is formed.

Eine weitere Erfindungsvariante sieht vor, dass der austauschbare Stopfen als mehrteiliges Element ausgebildet ist. Hierzu sieht eine Ausführungsvariante vor, dass der austauschbare Stopfen entlang von wenigstens Teilabschnitten des Sekundärströmungskanals in Teilstopfen unterteilt ist. Hierzu sieht eine weitere Ausführungsvariante vor, dass der austauschbare Stopfen zweiteilig ausgebildet ist und einen fixierenden Oberstopfen und einen z.B. mit einem definiertem Sitz vorgesehenen Unterstopfen umfasst, wobei Ober- und Unterstopfen gemeinsam den austauschbarer Stopfen bilden.Another variant of the invention provides that the replaceable plug is designed as a multi-part element. For this purpose, an embodiment variant provides that the replaceable plug is subdivided into partial plugs along at least partial sections of the secondary flow channel. For this purpose, a further embodiment provides that the replaceable plug is formed in two parts and provided a fixing top plug and a example with a defined seat Understop comprises, with upper and lower plugs together form the interchangeable plug.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Fixierung des austauschbaren Stopfens durch eine Passung, eine Presspassung, eine Steckung, eine Klemmung oder eine Verschraubung realisiert.According to one embodiment, the fixation of the interchangeable plug is realized by a fit, a press fit, a plug, a clamp or a screw.

Der austauschbare Stopfen mit implementiertem Teilabschnitt eines Sekundärströmungskanals kann zum Zweck einer Unterbindung einer Strömung durch den Sekundärströmungskanal durch einen Blindstopfen ohne implementierten Kanal ersetzt werden.The interchangeable plug with implemented portion of a secondary flow channel may be replaced by a blind plug with no channel implemented for the purpose of inhibiting flow through the secondary flow channel.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Strukturbaugruppen für Strömungsmaschinen wie Turbinen, und in besonderen Strömungsarbeitsmaschinen wie Bläser, Verdichter, Pumpen und Ventilatoren, sowohl in axialer, halbaxialer als auch in radialer Bauart. Das Arbeitsmedium oder Fluid kann gasförmig oder flüssig sein. Die Strömungsmaschine kann eine oder mehrere Stufen mit jeweils einem Rotor und einem Stator umfassen. In Einzelfällen wird die Stufe lediglich durch einen Rotor gebildet.The present invention relates generally to structural assemblies for turbomachines, such as turbines, and to particular 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 formed only by a rotor.

Der Rotor einer Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, besteht aus einer Anzahl von Schaufeln, die mit der rotierenden Welle der Strömungsmaschine verbunden sind und im Fall der Strömungsarbeitsmaschine Energie an das Arbeitsmedium abgeben. Der Rotor kann mit oder ohne Deckband am äußeren Schaufelende ausgeführt sein.The rotor of a turbomachine, in which a structural assembly according to the invention is used, consists of a number of blades, which are connected to the rotating shaft of the turbomachine and deliver energy to the working fluid in the case of the fluid flow machine. The rotor can be designed with or without shroud on the outer blade end.

Der Stator einer Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, besteht aus einer Anzahl feststehender Schaufeln, die nabenseitig wie gehäuseseitig mit festem oder freiem Schaufelende ausgeführt sein können.The stator of a turbomachine, in which a structural assembly according to the invention is used, 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, z. As in propellers or propellers, no housing exists.

Eine Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, kann auch einen Stator vor dem ersten Rotor, ein sogenanntes Vorleitrad, aufweisen. Mindestens ein Stator oder Vorleitrad kann - abweichend von einer unbeweglichen Fixierung - drehbar gelagert sein, um den Anstellwinkel verändern zu können. Eine Verstellung erfolgt beispielsweise durch eine von außerhalb des Ringkanals zugängliche Spindel.A turbomachine, in which a structural assembly according to the invention is used, can also have a stator in front of the first rotor, a so-called leading wheel. At least one stator or Vorleitrad - may be rotatably mounted - deviating from an immovable fixation - to change the angle of attack can. A Adjustment takes place for example by a spindle accessible from outside the annular channel.

In einer Ausgestaltung kann eine Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, mindestens eine Reihe verstellbarer Rotoren aufweisen.In one embodiment, a turbomachine, in which a structural assembly according to the invention is used, have at least one row of adjustable rotors.

In einer Ausgestaltung kann eine Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, 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.In one embodiment, a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used in multi-stage have two opposing waves, so that the rotor blade rows change the direction of rotation from stage to stage. There are no stators between successive rotors.

In einer Ausgestaltung kann eine Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, eine Nebenstromkonfiguration derart aufweisen, daß sich ein einstromiger Ringkanal hinter einer bestimmten Schaufelreihe in zwei konzentrische Ringkanäle aufteilt, die ihrerseits mindestens jeweils eine weitere Schaufelreihe beherbergen.In one embodiment, a turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, have a bypass configuration such that a single-flow annular channel behind a certain row of blades divides into two concentric annular channels, which in turn accommodate at least one more row of blades.

Bei der Strömungsmaschine, in der eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe eingesetzt wird, handelt es sich beispielsweise um ein Strahltriebwerk, insbesondere ein Turbofan-Triebwerk. Die Strukturbaugruppe ist beispielsweise im Bereich eines Verdichters eines Strahltriebwerks bzw. Turbofan-Triebwerk ausgebildet.In the turbomachine in which a structural assembly according to the invention is used, it is, for example, a jet engine, in particular a turbofan engine. The structural assembly is formed, for example, in the region of a compressor of a jet engine or turbofan engine.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Strömungsarbeitsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Strukturbaugruppe.The invention further relates to a fluid flow machine with a structural assembly according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
ein Rotorgehäuse mit einer integrierten Düse zur Injektion von Fluid in einen Laufspalt gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2A
ein Ausführungsbeispiel eines Rotorgehäuses einer Strömungsmaschine mit einem Sekundärströmungskanal in einem Meridianschnitt;
Fig. 2B
ein Ausführungsbeispiel eines Rotorgehäuses einer Strömungsmaschine mit einem Sekundärströmungskanal in räumlicher Ansicht;
Fig. 3A
ein erstes Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine, die einen Sekundärströmungskanal ausbildet;
Fig. 3B
ein zweites Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine, die einen Sekundärströmungskanal ausbildet;
Fig. 3C
ein drittes Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine, die einen Sekundärströmungskanal ausbildet.
Fig. 3D
ein viertes Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine, die einen Sekundärströmungskanal ausbildet; und
Fig. 3E
ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine, die einen Sekundärströmungskanal ausbildet.
The invention will be explained in more detail with reference to the figures of the drawing with reference to several embodiments. Show it:
Fig. 1
a rotor housing with an integrated nozzle for the injection of fluid into a running gap according to the prior art;
Fig. 2A
an embodiment of a rotor housing of a turbomachine with a secondary flow channel in a meridian section;
Fig. 2B
an embodiment of a rotor housing of a turbomachine with a secondary flow channel in a three-dimensional view;
Fig. 3A
a first embodiment of a structural assembly for a turbomachine, which forms a secondary flow channel;
Fig. 3B
a second embodiment of a structural assembly for a turbomachine, which forms a secondary flow channel;
Fig. 3C
A third embodiment of a structural assembly for a turbomachine, which forms a secondary flow channel.
Fig. 3D
A fourth embodiment of a structural assembly for a turbomachine, which forms a secondary flow channel; and
Fig. 3E
A fifth embodiment of a structural assembly for a turbomachine, which forms a secondary flow channel.

Die Lehre gemäß dem Stand der Technik, mittels eines Düsensystems Fluid aus einer Fluidversorgungskammer in einen Strömungskanal zu injizieren, war eingangs anhand der Figur 1 beschrieben worden.The teaching of the prior art, by means of a nozzle system to inject fluid from a fluid supply chamber in a flow channel, was initially based on the FIG. 1 been described.

Die Fig. 2A zeigt eine Anordnung einer Schaufelreihe 3 mit freiem Ende und Laufspalt 5 in der durch die Axialrichtung x und die Radialrichtung r gebildeten Meridianebene. Der Laufspalt 5 trennt die Schaufelspitze von einem zum Hauptströmungspfad gehörenden Bauteil 2 an der Nabe oder dem Gehäuse der Strömungsarbeitsmaschine. Das Bauteil 2 bildet dabei zum Hauptströmungspfad hin eine Hauptströmungspfadberandung 4 aus.The Fig. 2A shows an arrangement of a blade row 3 with free end and running gap 5 in the meridian plane formed by the axial direction x and the radial direction r. The nip 5 separates the blade tip from a component 2 belonging to the main flow path at the hub or housing of the fluid flow machine. In this case, the component 2 forms a main flow path boundary 4 toward the main flow path.

Zwischen der Schaufelspitze und dem zum Hauptströmungspfad gehörenden Bauteil 2 liegt eine rotierende Relativbewegung vor. Die Darstellung gilt somit gleichermaßen für folgende Anordnungen: 1.) rotierende Schaufel an stehendem Gehäuse; 2.) ruhende Schaufel an rotierender Nabe; 3.) ruhende Schaufel an rotierendem Gehäuse; und 4.) rotierende Schaufel an stehender Nabe.There is a rotating relative movement between the blade tip and the component 2 belonging to the main flow path. The illustration thus applies equally to the following arrangements: 1.) rotating blade on stationary housing; 2.) stationary blade on rotating hub; 3.) stationary blade on rotating housing; and 4.) rotating blade on standing hub.

Die Hauptströmungsrichtung im Hauptströmungspfad ist mit einem Pfeil A gekennzeichnet. Stromauf und/oder stromab der Schaufelreihe 3 mit Laufspalt können sich weitere Schaufelreihen befinden. Innerhalb des zum Hauptströmungspfad gehörenden Bauteils 2 ist im Bereich des Laufspaltes 5 eine Reihe von am Umfang verteilten Sekundärströmungskanälen 1 vorgesehen, die an ihren Enden jeweils eine Öffnung ausbilden (Zuführöffnung und Entnahmeöffnung).The main flow direction in the main flow path is indicated by an arrow A. Upstream and / or downstream of the row of blades 3 with running gap, further rows of blades may be located. Within the main flow path belonging to the component 2 is in the region of the running gap 5 a number of the circumference distributed secondary flow channels 1 are provided, which each form an opening at their ends (feed opening and removal opening).

Die Öffnungen der Sekundärströmungskanäle befinden sich an der Hauptströmungspfadberandung 4. Die Fig. 2A zeigt den Umriss beziehungsweise die Projektion eines einzelnen Sekundärströmungskanals 1 in der Meridianebene (x-r). In räumlicher Betrachtung besitzt jeder Kanal 1 einen dreidimensionalen räumlich verwundenen Verlauf, der in der Fig. 2B beispielhaft dargestellt ist.The openings of the secondary flow channels are located at the main flow path boundary 4. Die Fig. 2A shows the outline or the projection of a single secondary flow channel 1 in the meridian plane (xr). In spatial terms, each channel 1 has a three-dimensional spatially twisted course, which in the Fig. 2B is shown by way of example.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Querschnittsform der Sekundärströmungskanäle 1 in der Fig. 2B lediglich beispielhaft als rechteckig angegeben ist. Beispielsweise kann der Querschnitt der Sekundärströmungskanäle 1 in anderen Ausführungsvarianten ohne Ecken, insbesondere kreisförmig oder elliptisch ausgebildet sein.It should be noted that the cross-sectional shape of the secondary flow channels 1 in the Fig. 2B merely exemplified as rectangular. For example, the cross section of the secondary flow channels 1 may be formed in other embodiments without corners, in particular circular or elliptical.

Die Figur 3A zeigt eine erfindungsgemäße Strukturbaugruppe im Bereich einer Schaufelreihe mit Laufspalt in der Meridianansicht (x-r). Die Hauptströmungsrichtung ist mit einem Pfeil A gekennzeichnet. Die Schaufelreihe ist zu Gunsten einer einfacheren Darstellung nicht mehr gezeigt.The FIG. 3A shows a structural assembly according to the invention in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr). The main flow direction is indicated by an arrow A. The blade row is no longer shown in favor of a simpler representation.

In der Strukturbaugruppe ist mindestens ein Sekundärströmungskanal 1 ausgebildet, der zwei Öffnungen 111, 112 in der Hauptströmungspfadberandung 4 aufweist und über diese mit dem Hauptströmungspfad verbunden ist. Dabei wird darauf hingewiesen, dass in dem Ausführungsbeispiel der Figur 3A der Sekundärströmungskanal 11 als einpfadiger Pfad ausgeführt ist mit einer Öffnung, durch die Fluid aus dem Hauptströmungskanal in den Sekundärströmungskanal 1 einströmt und einer zweiten Öffnung, durch die Fluid den Sekundärströmungskanal 1 verlässt. Durch welche der Öffnungen 111, 112 Fluid einströmt und durch welche der Öffnungen 111, 112 Fluid ausströmt, hängt dabei von der genauen Positionierung der Öffnungen 111, 112 im Hinblick auf die Schaufeln der Schaufelreihe 3 (vgl. Fig. 2B) ab.In the structural assembly at least one secondary flow channel 1 is formed, which has two openings 111, 112 in the main flow path boundary 4 and is connected via this to the main flow path. It should be noted that in the embodiment of FIG. 3A the secondary flow channel 11 is designed as a single-path path with an opening through which fluid flows from the main flow channel into the secondary flow channel 1 and a second opening, through which the fluid leaves the secondary flow channel 1. Through which of the openings 111, 112 flows fluid and through which the openings 111, 112 fluid flows, depends on the exact positioning of the openings 111, 112 with respect to the blades of the blade row 3 (see. Fig. 2B ).

In alternativen Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass mindestens einer der Sekundärströmungskanäle durch eine Anordnung gebildet ist, bei der sich ein Einzelkanal entlang seines Verlaufes in wenigstens zwei Teilkanäle aufteilt und dadurch eine Art "Hosenkonfiguration" bildet. Für diesen Fall sind eine Einströmöffnung und mehrere Ausströmöffnungen vorgesehen, die zu dem Sekundärströmungskanal gehören. Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass mindestens einer der Sekundärströmungskanäle durch eine Anordnung gebildet ist, bei der wenigstens zwei Kanäle zu einem Kanal zusammengeführt werden, wobei dann mehrere Einströmöffnungen und eine Ausströmöffnung zu dem Sekundärströmungskanal gehören.In alternative embodiments, it can be provided that at least one of the secondary flow channels is formed by an arrangement in which a single channel is divided along its course into at least two subchannels, thereby forming a kind of "trouser configuration". In this case, an inflow port and a plurality of outflow ports are included, which belong to the secondary flow passage. According to a further alternative embodiment it can be provided that at least one of the secondary flow channels is formed by an arrangement in which at least two Channels are merged into a channel, in which case a plurality of inflow and a discharge port to the secondary flow passage.

Gemäß der Figur 3A ist der Sekundärströmungskanal 1 in einer Strukturbaugruppe realisiert, die ein Stützbauteil 21, ein Einsatzbauteil 22 und einen austauschbaren Stopfen 6 umfasst.According to the FIG. 3A the secondary flow channel 1 is realized in a structural assembly comprising a support member 21, an insert member 22 and a replaceable plug 6.

Das Stützbauteil 21 dient der strukturellen Realisierung im Bereich der inneren oder äußeren Hauptströmungspfadberandung und kann zum außen liegenden Gehäuse oder zur innen liegenden Nabe der Strömungsmaschine gehören. Es kann vorgesehen sein, dass es mit einem Teil seiner Flächen einen Teil der Hauptströmungspfadberandung 4 bildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel stellt das Stützbauteil 21 einen Teil des außen liegenden Gehäuses der Strömungsmaschine dar. Grundsätzlich kann das Stützbauteil 21 insbesondere Bestandteil der Strömungsmaschinenkonstruktion in folgenden Bereichen sein:

  • Bestandteil eines ein- oder mehrschaligen Gehäuses von Schaufelreihen oder Stufen mit fester Schaufelgeometrie;
  • Bestandteil eines ein- oder mehrschaligen Gehäuses von Schaufelreihen oder Stufen mit verstellbarer Schaufelgeometrie;
  • Bestandteil von Rotortrommeln, Rotorscheiben oder Blisk-Modulen;
  • Bestandteil von Innendeckbandbaugruppen im Nabenbereich von Leitradschaufeln.
The support member 21 is used for structural realization in the region of the inner or outer Hauptströmungspfadberandung and may belong to the outer housing or the inner hub of the turbomachine. It can be provided that it forms part of its surfaces with a part of the main flow path boundary 4. In the illustrated embodiment, the support member 21 is a part of the outer casing of the turbomachine. Basically, the support member 21 may be in particular part of the flow machine design in the following areas:
  • Component of a single or multi-shell housing of blade rows or steps with fixed blade geometry;
  • Component of a single or multi-shell housing of blade rows or stages with adjustable blade geometry;
  • Component of rotor drums, rotor disks or blisk modules;
  • Component of inner shroud assemblies in the hub area of stator vanes.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 3A ist das Stützbauteil 21 als Ringgehäuse einer Strömungsmaschine oder als Halbschalengehäuse einer Strömungsmaschine ausgebildet. Bei einer entsprechenden Anordnung im Nabenbereich ist es beispielsweise ringartig an der Nabe einer Strömungsmaschine oder halbringartig an der Nabe einer Strömungsmaschine ausgebildet.In the embodiment of FIG. 3A the support member 21 is formed as an annular housing of a turbomachine or as a half shell housing a turbomachine. With a corresponding arrangement in the hub region, it is, for example, annularly formed on the hub of a turbomachine or semi-annular on the hub of a turbomachine.

Im Stützbauteil 21 ist eine in der Umfangsrichtung verlaufende Aussparung vorgesehen, in die entlang des Umfangs mindestens ein Einsatzbauteil 22 eingesetzt ist. Das Einsatzbauteil 21 bildet dabei mit einem Teil seiner Flächen einen Teil der Hauptströmungspfadberandung 4.In the support member 21, a recess extending in the circumferential direction is provided, in which at least one insert member 22 is inserted along the circumference. The insert component 21 forms part of its surfaces with a part of the main flow path boundary 4.

Der austauschbare Stopfen 6 erstreckt sich bezogen auf den Hauptströmungspfad in im Wesentlichen radialer Richtung, wobei er sowohl das Stützbauteil 21 als auch das Einsatzbauteil 22 durchdringt. Der Stopfen 6 besitzt eine Stirnfläche 60, der einen Teil der Hauptströmungspfadberandung 4 bildet.The replaceable plug 6 extends in a substantially radial direction with respect to the main flow path, penetrating both the support member 21 and the insert member 22. The plug 6 has an end face 60 which forms part of the main flow path boundary 4.

Der Sekundärströmungskanal 1 umfasst zwei Teilabschnitte 11, 12, wobei der eine Teilabschnitt 11 im Einsatzbauteil 22 und der andere Teilabschnitt 12 im austauschbaren Stopfen 6 ausgebildet ist. Die Teilabschnitte 11, 12 im Einsatzbauteil 22 und im austauschbaren Stopfen 6 ergänzen sich dabei zu einem durchgehenden Sekundärströmungskanal 1. Die eine der beiden Öffnungen 111, 112 des Sekundärströmungskanals 1 ist im Einsatzbauteil 22 und die andere der Öffnungen 111, 112 des Sekundärströmungskanals 1 ist im Stopfen 6 ausgebildet.The secondary flow channel 1 comprises two subsections 11, 12, wherein one subsection 11 is formed in the insert component 22 and the other subsection 12 is formed in the interchangeable plug 6. The one of the two openings 111, 112 of the secondary flow channel 1 is in the insert member 22 and the other of the openings 111, 112 of the secondary flow channel 1 is in Plug 6 is formed.

Es wird darauf hingewiesen, dass im Ausführungsbeispiel der Figur 3A das Einsatzbauteil 22 in axialer Richtung in die entsprechende Aussparung im Stützbauteil 21 eingeschoben ist. Eine Fixierung der Bauteile 21, 22 zueinander in axialer Richtung kann dabei durch ein weiteres Bauteil 7 erfolgen.It should be noted that in the embodiment of FIG. 3A the insert member 22 is inserted in the axial direction in the corresponding recess in the support member 21. A fixation of the components 21, 22 to each other in the axial direction can be effected by a further component 7.

Weiter wird darauf hingewiesen, dass der Teilabschnitt 12 des Sekundärströmungskanals 1 mittels innenliegender Flächen des Stopfens 6 bereitgestellt ist, also nicht mittels an der Außenseite des Stopfens 6 ausgebildeter Strukturen.It should also be noted that the portion 12 of the secondary flow channel 1 is provided by means of internal surfaces of the plug 6, that is not by means of structures formed on the outside of the plug 6.

Die Ausbildung eines Teilabschnitts 12 des Sekundärströmungskanals 1 in einem austauschbaren Stopfen 6 ist mit dem Vorteil verbunden, dass es durch Ersetzen des Stopfens 6 durch einen Blindstopfen ohne integrierten Kanalabschnitt möglich ist, die Strömung durch den Sekundärströmungskanal 1 zu unterbinden. Mittels des austauschbaren Stopfens 6 kann somit eine Strömung durch einen Sekundärströmungskanal ein- und ausgeschaltet werden. Auch ist es möglich, verschiedene Stopfen 6 bereitzuhalten, in denen der im Stopfen 6 realisierte Teilabschnitt 12 in unterschiedlicher Weise ausgebildet ist, wobei jeweils in anderer Weise eine Ergänzung zu dem im Einsatzbauteil 22 ausgebildeten Teilabschnitt 11 erfolgt. Auf diese Weise können in einfacher Weise die Ausbildung des Sekundärströmungskanals 1 und die darin erfolgende Strömung variiert werden.The formation of a portion 12 of the secondary flow channel 1 in a replaceable plug 6 is associated with the advantage that it is possible by replacing the plug 6 by a blind plug without integrated channel section, to prevent the flow through the secondary flow channel 1. Thus, by means of the replaceable plug 6, a flow through a secondary flow channel can be switched on and off. It is also possible to have available various plugs 6 in which the partial section 12 realized in the stopper 6 is embodied in different ways, in each case complementing the partial section 11 formed in the insert component 22. In this way, the formation of the secondary flow channel 1 and the flow occurring therein can be varied in a simple manner.

Die Figur 3B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe im Bereich einer Schaufelreihe mit Laufspalt in der Meridianansicht (x-r). Das Ausführungsbeispiel der Figur 3B unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Figur 3A dadurch, dass der austauschbare Stopfen 6 als mehrteiliges Element ausgebildet ist. So ist der Stopfen 6 in zwei Teilstopfen 61, 62 unterteilt, wobei grundsätzlich auch mehr als zwei Teilstopfen möglich sind. Gemäß der Figur 3B umfasst der Stopfen 6 einen fixierenden Oberstopfen 62 und einen mit einem guten Pass-Sitz versehenen Unterstopfen 61. Dabei ist der Teilbereich 12 des Sekundärströmungskanals 1 in dem Unterstopfen 61 ausgebildet. Der Oberstopfen 62 ist beispielsweise durch Verschrauben oder dergleichen in einer entsprechenden Öffnung des Stützbauteils 21 fixiert.The FIG. 3B shows a further embodiment of a structural assembly in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr). The embodiment of FIG. 3B differs from the embodiment of FIG. 3A in that the replaceable plug 6 is designed as a multipart element. Thus, the plug 6 is divided into two sub-plugs 61, 62, wherein in principle more than two sub-plugs are possible. According to the FIG. 3B For example, the plug 6 comprises a fixing top plug 62 and a properly fitted bottom plug 61 Part region 12 of the secondary flow channel 1 in the lower plug 61 is formed. The top plug 62 is fixed by screwing or the like in a corresponding opening of the support member 21, for example.

Figur 3C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe im Bereich einer Schaufelreihe mit Laufspalt in der Meridianansicht (x-r). Bei dieser Ausgestaltung ist abweichend von den Ausgestaltungen der Figuren 3A und 3B vorgesehen, dass der austauschbare Stopfen 6 nur das Einsatzbauteil 22 durchdringt und in dieses eingepasst ist. Ein Strukturbauteil, das der Stopfen 6 durchdringt, wird somit allein durch das Einsatzbauteil 22 bereitgestellt. FIG. 3C shows a further embodiment of a structural assembly in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr). In this embodiment is different from the embodiments of FIGS. 3A and 3B provided that the replaceable plug 6 penetrates only the insert member 22 and is fitted in this. A structural member penetrating the plug 6 is thus provided solely by the insert member 22.

Dabei besitzt das Stützbauteil 21 eine örtliche Ausnehmung 215, beispielsweise in Form einer Montageöffnung, durch die der austauschbare Stopfen 6 im Einsatzbauteil 22 montiert und demontiert werden kann. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Stopfen 6 einen runden Querschnitt besitzt und mit Hilfe eines Gewindes 63 in seinem oberen Teil im Einsatzbauteil 22 fixiert wird. Jedoch können Form und Fixierungsarten des austauschbaren Stopfens 6 auch in anderer Weise ausgebildet sein.In this case, the support member 21 has a local recess 215, for example in the form of a mounting opening through which the replaceable plug 6 in the insert member 22 can be mounted and dismounted. It can be provided, for example, that the plug 6 has a round cross section and is fixed by means of a thread 63 in its upper part in the insert member 22. However, the shape and fixation modes of the replaceable plug 6 may be formed in other ways.

Die Figur 3D zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe im Bereich einer Schaufelreihe mit Laufspalt in der Meridianansicht (x-r). Bei diesem Ausführungsbeispiel durchdringt der austauschbare Stopfen 6 wiederum allein das Einsatzbauteil 22, wobei oberhalb des Stopfens 6 in dem Stützbauteil 21 eine Montageöffnung 215 ausgebildet ist. Anders als im Ausführungsbeispiel der Figur 3C ist der Stopfen 6 als mehrteiliges Element mit zwei Teilstopfen 64, 65 ausgebildet, wobei auch mehr als zwei Teilstopfen vorgesehen werden können. Die Unterteilung des Stopfens 6 in zwei Teilstopfen 64, 65 erfolgt hierbei entlang zweier Abschnitte des Sekundärströmungskanals 1, das heißt, jeder der beiden Teilstopfen 64, 65 beherbergt einen Unterteilabschnitt 12a, 12b des im Stopfen 6 realisierten Teilabschnitts 12. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass der Sekundärströmungskanal 1 beispielsweise einem Fertigungswerkzeug einfacher zugänglich gemacht werden kann.The Figure 3D shows a further embodiment of a structural assembly in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr). In this embodiment, the replaceable plug 6 penetrates again alone the insert member 22, wherein above the plug 6 in the support member 21, a mounting opening 215 is formed. Unlike in the embodiment of FIG. 3C the plug 6 is designed as a multi-part element with two partial plugs 64, 65, whereby more than two partial plugs can be provided. The subdivision of the plug 6 into two sub-plugs 64, 65 takes place along two sections of the secondary flow channel 1, that is, each of the two sub-plugs 64, 65 accommodates a lower portion 12a, 12b of the portion 12 realized in the plug 6. This is associated with the advantage in that the secondary flow channel 1 can be made more easily accessible, for example, to a production tool.

Aufgrund der eventuell bestehenden Komplexität der Sekundärströmungskanäle im Hinblick auf ihre dreidimensionale Form kann vorgesehen sein, den austauschbaren Stopfen 6 mit Hilfe eines Gieß-, Sinter- oder Print-Fertigungsverfahrens herzustellen. Dies gilt für sämtliche beschriebene Ausführungsbeispiele.Due to the possibly existing complexity of the secondary flow channels with regard to their three-dimensional shape, it may be provided to produce the exchangeable plug 6 by means of a casting, sintering or print production method. This applies to all described embodiments.

Die Figur 3E zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Strukturbaugruppe im Bereich einer Schaufelreihe mit Laufspalt in der Meridianansicht (x-r). Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Sekundärströmungskanal 1 drei Teilabschnitte 11, 12, 13, wobei ein Teilabschnitt in einem Stützbauteil 21, ein Teilabschnitt in einem austauschbaren Stopfen 6 und ein Teilabschnitt in einem Verbindungsbauteil 23 ausgebildet ist.The FIG. 3E shows a further embodiment of a structural assembly in the region of a row of blades with running gap in the meridian view (xr). In this embodiment, the secondary flow channel 1 comprises three subsections 11, 12, 13, wherein a subsection is formed in a support member 21, a subsection in a replaceable plug 6, and a subsection in a connection component 23.

Das Stützbauteil 21 bildet mit einem Teil seiner Flächen einen Teil der Hauptströmungspfadberandung 4. An der dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite bildet es eine Struktur 212 zur Aufnahme des austauschbaren Stopfens 6 aus, die im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine zylinderförmige Wandung bzw. einen Stutzen 212 gebildet ist. In die Wandung 212 ist der Stopfen 6 eingesetzt, wobei die Stirnfläche 60 des Stopfens 6 einen Teil der Hauptströmungspfadberandung 4 darstellt. In dem Stopfen 6 sind ein Teilabschnitt 12 des Sekundärströmungskanals sowie eine der Öffnungen 111 des Sekundärströmungskanals integriert.The support member 21 forms with part of its surfaces a part of the main flow path boundary 4. At the side facing away from the main flow path, it forms a structure 212 for receiving the replaceable plug 6, which is formed in the illustrated embodiment by a cylindrical wall or a nozzle 212. In the wall 212 of the plug 6 is inserted, wherein the end face 60 of the plug 6 is a part of the Hauptströmungspfadberandung 4. In the plug 6, a portion 12 of the secondary flow channel and one of the openings 111 of the secondary flow channel are integrated.

Das Stützbauteil 21 weist des Weiteren auf seiner dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite einen Steg 211 auf, in dem ein erster Abschnitt 13 des Sekundärströmungskanals ausgebildet ist. Zwischen dem Steg 211 und dem Stutzen bzw. der Wandung 212 verläuft das Verbindungsbauteil 22, das sich auf der dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite des Stützbauteils 21 zwischen diesen Teilbereichen 211, 212 des Stützbauteils 21 erstreckt und beispielsweise als Leitung frei im Raum angeordnet ist.The support member 21 further includes on its side facing away from the main flow path side a web 211, in which a first portion 13 of the secondary flow channel is formed. Between the web 211 and the neck or the wall 212 extends the connecting member 22 which extends on the side facing away from the main flow path side of the support member 21 between these portions 211, 212 of the support member 21 and is arranged, for example as a line freely in space.

Eine Fixierung des austauschbaren Stopfens 6 kann beispielsweise durch eine Passung, eine Presspassung, eine Steckung, eine Klemmung oder eine Verschraubung realisiert sein. Das Verbindungsbauteil 11 wird beispielsweise durch eine Passung, eine Steckung, eine Klemmung, eine Verschraubung, eine Schweißung oder eine Lötung am Steg 211 und am Stutzen 212 befestigt.A fixation of the replaceable plug 6 can be realized for example by a fit, a press fit, a plug, a clamp or a screw. The connecting member 11 is attached to the web 211 and the nozzle 212, for example, by a fit, a plug, a clamp, a screw, a weld or a solder.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist das Verbindungsbauteil 23 derart ausgebildet, dass es im Bereich wenigstens eines Endes des Sekundärströmungskanals in Ausnehmungen im Stützbauteil 21 eingesetzt ist und auf diese Weise Flächen aufweist, die einen Teil der Hauptströmungspfadberandung 4 bilden. Beispielsweise ist in einer Abwandlung der Figur 3E der Stutzen 211 als Teil des Verbindungsbauteils 23 ausgebildet.According to an alternative embodiment, the connecting member 23 is formed such that it is inserted in recesses in the support member 21 in the region of at least one end of the secondary flow channel and in this way has surfaces which form part of the Hauptströmungspfadberandung 4. For example, in a modification of FIG. 3E the connecting piece 211 is formed as part of the connecting component 23.

In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung können die konstruktiven Lösungen, die im Hinblick auf die Figuren 3A bis 3E beschrieben sind, miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann ein mehrteiliger Stopfen 6 auch beim Ausführungsbeispiel der Figur 3E realisiert sein.In further embodiments of the invention, the constructive solutions, with regard to FIGS. 3A to 3E are described, combined with each other. For example, a multipart plug 6 in the embodiment of the FIG. 3E be realized.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiele, die lediglich beispielhaft zu verstehen sind. Beispielsweise können Form und Ausgestaltung der Sekundärströmungskanäle sowie der diese bereitstellenden Bauteile (Stützbauteil, Verbindungsbauteil, Einsatzbauteil und Stopfen) in anderer Weise als dargestellt realisiert sein.The invention is not limited in its embodiment to the embodiments shown above, which are to be understood only as examples. For example, the shape and configuration of the secondary flow channels and of the components providing them (supporting component, connecting component, insert component and plug) can be realized in a different way than illustrated.

Claims (15)

Strukturbaugruppe für eine Strömungsmaschine, die aufweist: - eine Hauptströmungspfadberandung (4), die einen Hauptströmungspfad einer Strömungsmaschine berandet, wobei in dem Hauptströmungspfad mindestens eine Reihe von Schaufeln (3) mit jeweils einem Schaufelende angeordnet ist, wobei ein Spalt (5) zwischen den Schaufelenden der mindestens einen Reihe von Schaufeln (3) und der Hauptströmungspfadberandung (4) besteht, und wobei die Schaufeln (3) einer Schaufelreihe und die Hauptströmungspfadberandung (4) eine rotierende Relativbewegung zueinander ausführen; und - mindestens einen Sekundärströmungskanal (1), der an in Strömungsrichtung beabstandeten Enden jeweils eine Öffnung (111, 112) aufweist, die in der Hauptströmungspfadberandung (4) ausgebildet ist, so dass der Sekundärströmungskanal (1) mittels der beiden Öffnungen (111, 112) mit dem Hauptströmungspfad verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Strukturbaugruppe mindestens ein Stützbauteil (21) und mindestens einen direkt oder indirekt mit dem Stützbauteil (21) verbundenen austauschbaren Stopfen (6) aufweist, und - der austauschbare Stopfen (6) einen Teilabschnitt eines Sekundärströmungskanals (1) umfasst, wobei der Teilabschnitt mindestens einen weiteren Teilabschnitt des Sekundärströmungskanals (1), der sich außerhalb des Stopfens (6) in der Strukturbaugruppe erstreckt, zu einem zwischen seinen Öffnungen (111, 112) durchgängigen Sekundärströmungskanal (1) ergänzt. Structural assembly for a turbomachine, comprising: a main flow path boundary (4) which borders a main flow path of a turbomachine, wherein in the main flow path at least one row of blades (3) each having a blade end is arranged, wherein a gap (5) between the blade ends of the at least one row of blades (3 ) and the main flow path boundary (4), and wherein the blades (3) of a blade row and the main flow path boundary (4) perform a rotating relative movement to each other; and at least one secondary flow channel (1) each having an opening (111, 112) at flow-spaced ends formed in the main flow path boundary (4) such that the secondary flow channel (1) is opened by means of the two openings (111, 112) connected to the main flow path, characterized in that - The structural assembly at least one support member (21) and at least one directly or indirectly connected to the support member (21) exchangeable plug (6), and the replaceable plug (6) comprises a subsection of a secondary flow channel (1), the subsection comprising at least one further subsection of the secondary flow channel (1) extending outside the plug (6) in the structural assembly, to one between its openings (111, 112) continuous secondary flow channel (1) added. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der austauschbare Stopfen (6) wenigstens ein den Hauptströmungspfad berandendes Strukturbauteil durchdringt, welches das Stützbauteil (21) oder ein weiteres Bauteil (22) ist.An assembly according to claim 1, characterized in that the replaceable plug (6) penetrates at least one main flow path overlying the structural component, which is the support member (21) or another component (22). Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützbauteil (22) mit wenigstens einem Teil seiner Flächen wenigstens einen Teil der Hauptströmungspfadberandung (4) bildet.An assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the support member (22) forms at least part of the main flow path boundary (4) with at least part of its surfaces. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der austauschbare Stopfen (6) sich in im Wesentlichen radialer Richtung bezogen auf den Hauptströmungspfad erstreckt.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the replaceable plug (6) extends in a substantially radial direction with respect to the main flow path . Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der austauschbare Stopfen (6) eine Stirnfläche (60) ausbildet, die einen Teil der Hauptströmungspfadberandung (4) bildet.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the replaceable plug (6) forms an end face (60) which forms part of the main flow path boundary (4). Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stirnfläche des austauschbaren Stopfens (6) wenigstens eine der Öffnungen (111, 112) des Sekundärströmungskanals (1) ausgebildet ist.An assembly according to claim 5, characterized in that in the end face of the replaceable plug (6) at least one of the openings (111, 112) of the secondary flow channel (1) is formed. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilabschnitt eines Sekundärströmungskanals (1) im Stützbauteil (21) realisiert ist.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that at least one subsection of a secondary flow channel (1) in the support member (21) is realized. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützbauteil (21) als Ringgehäuse oder als Halbschalengehäuse einer Strömungsmaschine oder ringartig oder halbringartig an der Nabe einer Strömungsmaschine ausgebildet ist.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the support member (21) is designed as an annular housing or as a half-shell housing a turbomachine or ring-like or semi-annular manner on the hub of a turbomachine. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren mindestens ein Einsatzbauteil (22) umfasst, wobei im Stützbauteil (21) eine in Umfangsrichtung verlaufende Aussparung vorgesehen ist, die entlang des Umfangs mindestens ein Einsatzbauteil (22) aufnimmt, und wobei jedes Einsatzbauteil (22) mit einem Teil seiner Flächen einen Teil der Hauptströmungspfadberandung bildet und wenigstens einen Teilabschnitt eines Sekundärströmungskanals SSK ausbildet.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises at least one insert member (22), wherein in the support member (21) is provided a circumferentially extending recess which receives along the circumference at least one insert member (22), and wherein each insert member (22) forms with part of its surfaces a portion of the main flow path boundary and forms at least a portion of a secondary flow channel SSK. Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der austauschbare Stopfen (6) nur das Einsatzbauteil (22) durchdringt und dort einen definierten Sitz hat, wobei das Stützbauteil (21) eine örtliche Ausnehmung (215) besitzt, durch die der austauschbare Stopfen (6) im Einsatzbauteil (22) montierbar und demontierbar ist.An assembly according to claim 9, characterized in that the replaceable plug (6) penetrates only the insert member (22) and has a defined seat there, wherein the support member (21) has a local recess (215) through which the interchangeable plug (6 ) in the insert component (22) can be mounted and removed. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren mindestens ein Verbindungsbauteil (23) umfasst, wobei sich das Verbindungsbauteil (23) im Wesentlichen auf der dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite des Stützbauteils (21) an das Stützbauteil (21) anschließt, und wobei das Verbindungsbauteil (23) wenigstens einen Teilabschnitt (11) eines Sekundärströmungskanals (1) ausbildet.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises at least one connecting member (23), wherein the connecting member (23) substantially on the side facing away from the main flow path side of the support member (21) connects to the support member (21), and wherein the connecting member (23) forms at least a portion (11) of a secondary flow passage (1). Baugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützbauteil (21) am Umfang von wenigstens einem austauschbaren Stopfen (6) gänzlich durchdrungen wird, derart, dass die Stirnfläche (60) des austauschbaren Stopfens (6) einen Teil der Hauptströmungspfadberandung (4) bildet, wobei die Teilabschnitte (13, 11, 12) eines Sekundärströmungskanals im Stützbauteil (21), im Verbindungsbauteil (23) und im austauschbaren Stopfen (6) ausgebildet sind und sich gegenseitig zu einem durchgehenden Sekundärströmungskanal (1) ergänzen.An assembly according to claim 11, characterized in that the support member (21) is completely penetrated at the circumference of at least one interchangeable plug (6), such that the end face (60) of the replaceable plug (6) forms part of the main flow path boundary (4) wherein the subsections (13, 11, 12) of a secondary flow channel are formed in the support member (21), the connection member (23) and the replaceable plug (6) and complement each other to form a continuous secondary flow passage (1). Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Hauptströmungspfad abgewandten Seite des Stützbauteils (21) örtlich am Umfang wenigstens ein Stutzen (212) zur Aufnahme eines austauschbaren Stopfens (6) vorgesehen ist.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that on the side facing away from the main flow path side of the support member (21) locally on the circumference at least one nozzle (212) for receiving a replaceable plug (6) is provided. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der austauschbare Stopfen (6) als mehrteiliges Element ausgebildet ist.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the replaceable plug (6) is designed as a multi-part element. Strömungsmaschine mit einer Strukturbaugruppe gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.Turbomachine with a structural assembly according to one of the preceding claims.
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