DE1428098A1 - Verdichterbeschaufelung fuer Axialverdichter - Google Patents
Verdichterbeschaufelung fuer AxialverdichterInfo
- Publication number
- DE1428098A1 DE1428098A1 DE19621428098 DE1428098A DE1428098A1 DE 1428098 A1 DE1428098 A1 DE 1428098A1 DE 19621428098 DE19621428098 DE 19621428098 DE 1428098 A DE1428098 A DE 1428098A DE 1428098 A1 DE1428098 A1 DE 1428098A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- blades
- impulse
- reaction
- flow
- compressor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
- F04D29/324—Blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
- F01D5/142—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
- F01D5/146—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of blades with tandem configuration, split blades or slotted blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/542—Bladed diffusers
- F04D29/544—Blade shapes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
Dipl-Ing.F.Weickmann, Dr. Ing. A/Weickmann,
Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Patentanwälte*
MÜNCHEN, BRUNNSTRASSE 5 u. 7, RUFNUMMER 221604 u. 299078 "J 428098
General Dynamics Corporation, One Rockefeller Plaza, New York N.Y. - USA
Verdichterbeschaufelung für Axialverdichter
Die Erfindung betrifft eine Verdichterbeschaufelung für Axialverdichter.
Die erfindungsgemäße Beschaufelung kann beispielsweise eine
Stufe eines Axialstromverdichters bilden, welcher eine angetriebene Welle und ein diese angetriebene Welle umgebendes,
von der Strömung durchflossenes Verdichtergehäuse umfaßt·
909829/0370
H28098
Die Erfindung besteht darin, daß der Läuferteil der Beschaufelung mindestens aus einem Kranz von Impulslaufschaufeln
besteht, welche auf der Läuferwelle sitzen und mit dieser umlaufen und daß der Statorteil einen Kranz von Reaktionsleitschaufeln
und einen Kranz von Impulsleitschaufein umfaßt,
die an der Innenwand des Statorgehäuses angebracht sind und zwar in Strömungsrichtung anschließend,^ an die
Impulslaufschaufeln ο
Die herkömmlichen Axialstromverdichter arbeiten mit bestem Wirkungsgrad bei einer inneren Grasgeschwindigkeit, die knapp
unter der jeweiligen örtlichen Schallgeschwindigkeit liegt. Dies rührt daher, daß die in einem Verdichter erzielbaren
statischen Druckverhältnisse von den auftretenden Machzahlen abhängig sind und daß diese Verhältnisse wesentlich/^ ansteigen,
wenn die Machzahl steigt. Bs ist jedoch eine obere Grenze gesetzt durch die Tatsache, daß die Regelung von Gasströmen
hoher Geschwindigkeit extrem schwierig wird, wenn man mit diesen in den Überschallbereich kommt und daß die Strömungsverluste dann entsprechend hoch werden. In der normalen
Praxis baut man deshalb Verdichter so, daß die Gasgeschwindigkeiten knapp unter der jeweiligen lokalen Schallgeschwindigkeit liegen. Da die Schallgeschwindigkeit von luft (33Om/Sek.
bei Zimmertemperatur) annähernd gleich der Größe der auf Grund statischer Überlegungen zulässigen Schaufelgeschwindig-
909829/0370
keit ist, war man gezwungen, bei in offenem Kreislauf arbeitenden Gasturbinen Beschaufelungen anzuwenden, bei denen das
Verhältnis der maximalen Gasgeschwindigkeit zur maximalen Schaufelgeschwindigkeit auf einem Minimum gehalten wird
und nicht auf einem Maximum·
Wenn man jedoch mit Gasen wie Helium oder Wasserstoff als Arbeitsmedien in einem Axialstromverdichter zu arbeiten hat,
so liegen die Schallgeschwindigkeiten wesentlich höher, nämlich über 1350 m/Sekunde und es besteht dann die Forderung
an die Beschaufelung, daß die höchstmöglichen Gasgeschwindigkeiten bei einer gegebenen Schaufelgeschwindigkeit
angewandt werden, um ein Maximum an Verdichtungsarbeit zu leisten· Daraus ergibt sich, daß unter Berücksichtigung
der durch die mechanischen Belastungen aufgelegten Be*
schränkungen, die ja im wesentlichen die gleichen sind,
gleichgültig, ob man mit Luft oder Gasen wie Helium und Wasserstoff als Arbeitsmedien arbeitet, die Verwendung
vielstufiger Axialstromverdichter notwendig wird oder daß man eben zu Zentrifugalverdichtern übergehen muß, um
ein Maximum an Verdichtungsarbeit zu erzielen.
Viele Schwierigkeiten bei der Verwendung üblicher mehrstufiger
Axialstromverdichter rühren daher, daß die Verdichtungsarbeit, die bei einer bestimmten Laufschaufelge-
909829/0370
schwindigkeit (Laufschaufelgeschwindigkeit beschränkt durch
die mechanische Beanspruchung) erreicht werden kann, direkt abhängig ist von der Gasumlenkung, die bei der jeweils
gewählten Schaufelform erreicht werden kann. Diese Umlenkung ist andererseits natürlich dadurch beschränkt, daß eine zu
rasche Expansion des effektiven Strömungsquerschnitts zu katastrophalen Expansions- und ähnlichen Verlusten führt»
Solange der Druckanstieg durch das Diffusorprinzip angestrebt wird, ist das Maß der Umlenkung, da^ in einem Verdichter
erreichbar ist, auf einen kleinen Bruchteil desjenigen Winkels beschränkt, mit dem das Gas ursprünglich in die
Verdichterstufe eintritt.
Es ist bekannt, daß die Arbeit, welche pro Verdichterstufe geleistet wird, proportional ist dem Produkt aus Schaufelgeschwindigkeit
und dem Absolutwbetrag der Änderung der
Wirbelkomponente der Gasgeschwindigkeit, die durch den Läufer hervorgerufen wird. Der Absolutwert der Arbeit ist also
direkt abhängig von der Differenz der Tangenten des Strömungswinkels am Läufereintritt und des Strömungswinkels am Läuferaustritt.
Da jedoch die eben erwähnten strengen Beschränkungen für die Umlenkung an den Schaufeln gelten, ist die Differenz
der !Dangenten nur ein Bruchteil der Größe des !Tangens des Eintrittswinkels und die absolute Kompressionsarbeit ist
dementsprechend gering.
809 8 2 9/0370
U28098
Wenn man auf einen Druckanstieg als direktes Ergebnis des Durchgangs eines Gases duroh eine Schaufelreihe verzichtet
und nur eine wesentliche Gasumlenkung anstrebt, so kann eine solche erreicht werden, ohne daß die sonst auftretenden
erheblichen Strömungsverluste in Kauf genommen werden müssen. Man kommt damit zu Schaufelformen, welche eine Änderung
des Vorzeichens des Gasströmungswinkels (gemessen mit Bezug auf die Axialrichtung) bewirken, ohne daß die absolute Größe
dieses Gasstromwinkels sich ändert. An solchen Schaufeln geht
der Gasströmungswinkel von einem positiven Wert (+) zu einem negativen Wert (-) der gleichen absoluten Größe über und
durchläuft dabei auoh den Wert Null. Dabei treten keine wesentlichen Probleme auf, insofern, als die Schaufeln nach
ihrer Mitte hin progressiv dicker werden, so daß keine Querschnittsvergrößerungen
des Strömungsdurchtritts eintreten, während der Strömungswinkel kleiner und kleiner wird. Man
erkennt hier, daß es nur die Änderung des wirksamen Gadsdurchströmquerschnitts
war, die bisher die hohen Strömungsverluste bewirkt hat und nicht die Änderung der Gasströmungswinkel
an sich· ,
Wenn man einen Axialstromverdiohter mit Lauf- und Leitschaufelprofilen
ausrüstet, welche im wesentlichen symmetrisch und richtig proportioniert sind und welche für die Diffusorwirkung
90Θ829/0370
und für die Gasumlenkung getrennte Abschnitte aufweisen» so
umgeht man verschiedene Beschränkungen, die bisher die effektive
Verdiohtungsarbeit in einer "Verdichterstufe herabgesetzt haben.
Insbesondere wenn jeder der symmetrischen Läufer- und Statorschaufelkränze einen Diffusorteil mit entsprechendem statischen
Druckanstieg und einen weiteren Teil für die Umlenkung des Gasstroms ohne gleichzeitigen Druckanstieg aufweist, kann pro
Verdichterstufe wesentlich mehr Arbeit geleitetet werden als
bei herkömmlichen Verdichtern, wenn diese mit gleicher oder selbst mit höherer Schaufelgeschwindigkeit arbeiten·
Ss ist also die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verdichterbeschaufelung zu schaffen, welche bei verhältnismäßig
geringen Schaufelgeschwindigkeiten einen großen Druchanstieg liefert.
Anders ausgedrückt lautet die Aufgabe, daß bei Verwendung
einer verhältnismäßig geringen Stufenzahl eine große Gesamtverdichtungsarbeit
in einem Verdichter geleistet werden soll. Vorzugsweise unter Verwendung einer symmetrischen Sohaufelanordnung
wird an die Lösung dieser Aufgabe in der Weise herangegangen, daß sowohl im Läuferteil als auch im Statorteil
die Funktionen des Diffusors und der Gaastrahlumlenkung von
getrennten Teilen übernommen werden, wobei die Umlenkung ohne Druokanetitg erfolgt.
909820/0370
Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung. Bs stellen
dar»
Figur 1 einen Teileohnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer abgewinkelten Verdichterbeschaufelung
eines Axialstromverdichte*e,
Figur 2 einen Axialschnitt durch Läufer und Stator einer Verdichterstufe,
Figur 4 eine ähnliohe Ansicht wie Figur 2 bei einer weiteren
AuBfÜhrungsform der Erfindung,
Figur 5 eine ähnliche Ansicht wie die Figuren 1 und 4 bei
einer dritten Ausführungsform der Erfindung·
Bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Verdiohterbeschaufelungen sind in den Figuren 2 und 4 dargestellt«
Man erkennt in diesen Figuren die bei Axialstromverdichtern üblichen Reaktionslaufschaufeln| an diese schließen sich
Impuls- oder StrömungsumkehrlaufschaufelBkränze an, wobei
die Zahl von deren Laufschaufeln gleich oder größer ist der Zahl der Laufschaufeln in den Reaktionslaufsohaufelkränzen.
An die Reaktions- und Impulslaufschaufelkränze, die auf
der angetriebenen Welle des Verdichterlaufers sitzen und
mit dieser umlaufen, schließt sioh ein Paar von Stator-
909829/0370
schaufeln oder Leitschaufelkränze an, welche in ihrer Form identisch
sind mit den Schaufeln der laufschaufelkränze allerdings
um 180° verdreht, d.h., spiegelbildlich zu diesen. Die Reaktions· schaufeln des Läufers und des Stators, d.h. die Reaktionslaufschaufeln
und die Heaktionsleitschaufeln wirken als Diffusoren
für das sie durchsetzende Gasj die Impulsleitschaufeln dagegen
"bewirken eine Umlenkung des aus dem Diffuser kommenden Gases,
ohne daß in ihnen ein statischer Druckanstieg stattfindet.
Die Kombination von Eeaktions- und Impulsschaufeln führt dazu, daß ein Maximum an Verdichtungsarbeit pro Verdiöhterstufe bei
gegebener Schaufelgeschwindigkeit geleistet wird.
ohne daß in ihnen ein statischer Druckanstieg stattfindet.
Die Kombination von Eeaktions- und Impulsschaufeln führt dazu, daß ein Maximum an Verdichtungsarbeit pro Verdiöhterstufe bei
gegebener Schaufelgeschwindigkeit geleistet wird.
In Figur 5 ist nochmals eine andere Ausführungsform einer Verdichterbeschaufelung
dargestellt. In dieser Ausführungsform
wird ein Läufer verwendet, der ausschließlich mit Impuls- oder Strömungsumkehrlaufschaufeln bestückt ist. Im Statorteil
sind zwei Gruppen von Schaufeln eingesetzt, Reaktionsleitschaufeln und Impulsleitschaufeln. Bei dieser Ausführungsform
tritt auf Grund der Diffusorwirkung ein Druckanstieg im
Reaktionsteil der Ständerbeschaufelung ein, während die
Impulsleitschaufeln des Ständers und die Impulsleitschaufeln
des Läufers eine Umlenkung des Gasstroms während des Durchgangs bewirken.
wird ein Läufer verwendet, der ausschließlich mit Impuls- oder Strömungsumkehrlaufschaufeln bestückt ist. Im Statorteil
sind zwei Gruppen von Schaufeln eingesetzt, Reaktionsleitschaufeln und Impulsleitschaufeln. Bei dieser Ausführungsform
tritt auf Grund der Diffusorwirkung ein Druckanstieg im
Reaktionsteil der Ständerbeschaufelung ein, während die
Impulsleitschaufeln des Ständers und die Impulsleitschaufeln
des Läufers eine Umlenkung des Gasstroms während des Durchgangs bewirken.
909829/0370
U28098
Wie in den Figuren 1 und 3 dargestellt, umfaßt ein erfindungsgemäßer
Verdichter ein Statorgehäuse 10 mit einer Innenwand, welche eine oder mehrere Verdichterstufen umschließen; jede
dieser Verdichteretufen umfaßt eine Doppelbeschaufelung, nämlich
einen doppelten Laufschaufelkranz 11 und einen doppelten
leitschaufelkranz 12· Jeder Laufschaufelkranz 11 umfaßt eine
Reihe von Eeaktionslaufschaufeln 11a und eine Reihe von
Impuls- oder Strumungsumkehrlaufschaufeln 11 b. Die Reaktionslaufschaufeln
11a und die Impulslaufschaufeln 11b stehen in radialer Richtung von einer Nabe 13 ab, welche auf der angetriebenen
Verdiohterwelle 14 sitzt.
Die Schaufelfüße einer jeden Laufschaufel 11a und 11b sind mit Fußplatten 16 vereinigt. Die fußplatten 16 sind mit
Schwalbenschwanzprofilen 16a ausgerüstet} diese Schwalbenschwanzprofile sind in entsprechende Hohlprofile auf dem
Umfang der Nabe 13 befestigt. Die zylindrische Nabe 13 weist also eine Vielzahl von in Omfangerichtung beabstandeten
Nuten oder Hohlprofilen 17 auf, in denen die Laufschaufeln 11a
und 11b derart1 befestigt sind, daß sie als Einheit mit der
Nabe rotieren. Die Leitschaufeln 12a und 12b ragen, ausgehend von der Wand des Statorgehäuses 10, nach innen und zwar jeweils
zwischen zwei doppelten Laufschaufelreihen. Auch in der Innenwand des Gehäuses 10 sind Nuten oder Hohlprofile 19 vorgesehenj
909829/0370
U28098
- ίο -
jede dieser Nuten 19 nimmt einen Schwalbenschwanz 21 auf,
welcher an Fußplatten 22 der Leitschaufeln 12a und 12b
angesetzt ist. Die Spitzen der laufschaufeln und der Leitschaufeln haben von dem Gehäuse 10 bzw0 der Nabe 13 sotflel
Abstand, daß den Lauf des Verdichters nicht behindernde Kingspalten gebildet sind.
Wie aus der Figur ersichtlich, aind die Baaktions- und
Impulslaufschaufel» 11a und 11b in einem divergierenden
(Jaskanal untergebracht, der durch einen 3feil der Innenwasd
des Statorgehätiaes 10 definiert ist· Sie von der
Strömung auerat beaisfsehal>flBKanten der Heaktionaleitsühaufeln
11a und 12a aind. gegen die Sichtung des auf sie
zukommenden Strömungsmittela geneigt und bewirken eine Umlenkung
des Strömungsaittels um eines Wiskelbetrag, der
vergleichbar ist* mit der Uffilenkung bei üblichen Beschaufelungen.
Von der früheren Technik unterscheidet sich die
Erfindung jedoch dadurch, daß in jeder Stufe zusätzliche Schaufelreihen 11b und 12b untergebracht sind, die Impulslaufs
chauf ein und die ImpulslQitschaufeln nämlich· Die
Punktion der Impulssohaufelreihen ist es, die Umfangskomponente
der Strömungsgeschwindigkeiten jeweils am Ausgang der Laufschaufeln und der Leitschaufeln umzukehren. Die
Umkehr der Gasrichtung, die durch die Impulsschaufeln bewirkt
909829/0370
wird, ist laut Definition nicht von einem wesentlichen Druckanstieg "begleitet. Deshalb können in diesen Impulsschaufeln
große Umlenkwinkel hervorgerufen werden, ohne daß erhebliohe Verluste auftreten. Da die Leitschaufelkränzβ
12 im wesentlichen identisch sind in ihrer Form mit den !laufschaufeln 11, nämlich spiegelbildlich zu diesen, treten
in dem Lauferteil und in dem Ständerteil jeder Stufe des
Verdichters annähernd gleiche Durckanstiege auf und man spricht τοπ einer M5O ^igen Reaktionsbeschaufelung11.
In der bis hierher beschriebenen Ausführungsform war die Zahl der Ströfflungsumkehr- oder Impulsleiteohaufein 11b gleich der
Zahl der Beaktionslaufschaufeln 11a. Dies braucht Jedoch nicht
so zu sein und ist nicht einmal immer erwünscht. In Figur erkennt man doppelt soviele Impulsschaufeln 11b1 und 12b1
in den Impulsschaufelabschnitten als Reaktionsschaufeln 11a1
und 12a1 in deren Abschnitten.
In einer weiteren Ausführungsform der Figur 5 schließlich umfaßt der Läufer nur eine einzige Reihe von reinen Impulsoder
Strömungsumkehrlaufschaufeln 11b11. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung bewirkt diese Impulsbeschaufelung des
Läufers eine Umlenkung des Gases unter gleichzeitiger Vermittlung eines erheblichen Anstiegs deer kinetischen Energie.
909829/0370
U28098
Der resultierende statische Druckanstieg während des folgenden Durchgangs des Gasstroms durch die Reaktionsleitschaufeln
12a11 der Statorbeschaufelung ergibt eine noch größere
Arbeitsleistung pro Stufe als in der vorher beschriebenen
Ausführungsform.
Die Arbeitsweise und die Möglichkeiten der erfindungsgemäßen
Verdichterbeschaufelung ersieht man am besten aus der nun folgenden Betriebsbeschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Die Betriebsbeschreibung ist anwendbar auf jede der drei Ausführungsformen, bezieht sich aber insbesondere auf die
Ausführungsform der Figur 2. Der Gasstrom tritt durch Eintrittsleitschaufeln oder Eintrittsleitventile des Verdichters mit
einer bestimmten Axialgeschwindigkeit ein. Die Eintritts- oder Vorwirbeileitschaufeln teilen dem Gasstrom eine Komponente
in Umfangsrichtung mit und zwar entgegengesetzt der Richtung,
der lauferdrehung, die in der Figur. 2 von links nach rechts
gedacht ist. Das aus den Vorwirbelleitschaufeln kommende
Gas tritt in den Reaktionsbeschaufelungsteil des Läufers unter einem Winkel a- einf dieser Winkel wird hier als positiver
Winkel festgesetzt. Die Reaktionsieitschaufeln 11a lenken
den Gasstrom um einen ziemlich kleinen Winkel ab und das Gas verläßt also den Reaktionsbeschaufelungsteil mit einem
909829/0370
U28098
Austrittswinkel a^, der auch noon ein positiver Winkel ist,
wenn auch sein Absolutwert etwas kleiner ist als der Absolutwert des Winkels a..
Der Gasstrom, der aus dem Reaktionsteil der Läuferbesohaufelung
kommt, tritt sodann in deren Impulsteil ein· Sie Impulalaufsohaufeln
11to bewirken eine Umlenkung des ßaeatroms,
wobei der Gasstrom im Verlauf seiner Winkelvariation den Winkelwert lall durohläuft und schließlich den Winkel a,f
erreicht, unter dem er aus dem Impulsbeachaufelungsteil des
Laufera austritt| a, ist dem Betrage nach gleich, dem
Vorzeichen Bach jedoch entgegengesetzt dem Winkelwert von
a2, gemessen wieder unter Bezugnahme auf die Richtung der
Läuferachse. Der Gasstrom tritt sodann in die Statorbeschaufelung ein, d.h. also, zunächst in die Reaktionsleitschaufeln
12a und sodann in die Impulsleitschaufeln 12b· Der Bingtritt erfolgt unter einem Winkel a. und das Gas
erleidet im Statorteil im wesentliohtn die gleichen Umlenkungen, die in dem Läuferteil eingetreten sind. Ba
die Ausbildung der Läuferbeschaufelung und der Statorbeschaufelung
symmetrisch ist, ist der Winkel a, dem Betrage nach gleich dem Winkel a.., dem Voreeichen nach jedoch
entgegengesetzt·
909829/0370
Man erkennt, daß neben der ziemlich kleinen Umlenkung,
die in den Reaktionaschaufeln 12a und 11a eintritt, infolge
anstieg
der Diffusoranordnung ein statischer Druck/erfolgt. Andererseits tritt bei der starken Umlenkung in den Impulsschaufeln
11b und 12b kein Druckanstieg auf. Unter manchen Umständen mag es zweckmäßig sein, einan kleissan Druckabfall
auch in dos Impulsbeechaufelungsteilen eintreten
zu lassen unter entsprechender geringfügiger Vergrößerung
der Gasgeschwindigkeit j diaea könnte au einer Verbesserung
(tesaniroirkungegsades der Beschaufelung führen*
Bei äeii bisher bekaiKaste» yer&Lehterbesehaufeluxigea waren
die ümi Winkel« a- und a». eiitspr©ebesiclen Eintritta~ und
Austrittswinköl ässüänferteils beide positiv« Hach dem
ErfindungsYorsoliXag ist ifaöecfa *"*** nooh der üintrittswinkel
a. des Gaees am Eintritt in die doppelte üaufschaufelreihe
positiv, während der lustrittswinköl a^ negativ ist.
Das Maß an Arbeit, daß von jeder Stufe geleistet wird,
ist proportional der numerischen Summe aus den Tangenten der Winkel &^ und a,. Infolgedessen ist die von der
erfindungsgemäßen doppelten Läuferbeschaufelung 11, d.h.,
die von den Reaktionslaufschaufeln 11a und von den
Strömungsumkehrschaufeln 11b geleistete Arbeit um ein
vielfaches größer als die Arbeit bei herkömmlichen Versichterbeschaufelungen
geleistet werden konnte, bei denen keine Umkehr des Gasströmungswinkels vorgesehen war.
909829/0370
U28098
Wesentliches Unterscheidungsmerkmal der Aueführungsform nach Figur 5 gegenüber den anderen Ausführungsformen ist es» daß
die Impulslaufsohaufein 11bf' ausschließlich die Funktion
der Gasumkehr übernehmen. Dies bedeutet, daß die Gasgeschwindigkeit
vor dem Eintritt in die Eeaktionsleitschaufeln des Verdichterteile
geeteigert wird, wo dann ein wesentlicher statischer
Druckanstieg stattfindet zufolge der Diffusorwirkung, der das Gae zwischen den ßeakiionsleitschaufeln 12a1♦ unterworfen wird.
Das nun folgende Beispiel zeigt den Vorteil der erfindungsgemäßen Beschaufelung insoferne, als eine höhere Arbeitsleistung
erzielt werden kann. Bin herkömmlicher Axialstrom verdichtet
mit w50#iger Beaktionsbesehaufelung11 und mit einer Laufschaufelgeschwindigkeit
von annähernd 270 m in der Sekunde erfordern 7 Stufen, um eine gewisse Kompression eines Gases wie Helium
zu erreichen. Das aus dem Verdichter kommende Gas tritt mit einem positiven Richtungswinkel aus diesem aus.
Im Gegensatz hierzu ist bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten
Verdichter ähnlicher Dimension für Heliumgas der gleiche Verdichtungsgrad,
zu erreichen mit nur 4 Stufen und bei einer Umfangsgeschwindigkeit von nur 1350 m/Sekunde. Das aus der
Verdichterstufe austretende Gas hat dabei einen negativen
Winkel der Austrittsrichtung; der Winkelwert ist etwas größer
909829/0370
als bei herkömmlichen Verdichtern. Den Austrittswirbel, d.h.,
die am Austritt vorhandenen Umfangskomponente der Strömung
kann man leicht dadurch beseitigen, daß man einen zusätzlichen Reaktionslaufschaufelkranz in der letzten Verdichterstufe
vorsieht.
Bei einer praktischen Ausführungsform der B* erfindungsgemäßen
Verdichterbeschaufelung ist der Spitzendurchmesser ungefähr 75 cm. Das Verhältnis Schaufelwinkel zur Schaufelsehnenlänge
liegt ungefähr bei 0,8 bis 1,0, Je nach der gewünschten Winkeländerung und auch in Abhängigkeit von festigkeitsmäßigen
Überlegungen. Das Verhältnis Spitzendurohmesser zu Nabendurchmesser
dürfte bei einer derartigen Ausführungsform bei etwa
1,4 liegen, aber auch diese Größe ist wieder vorgeschrieben durch den Jeweiligen Anwendungszweck, für den die Beschaufelung
bestimmt ist.
Aus vorstehendem ergibt sich, daß eine neue Verdiohterbeschaufelung
beschaffen wurde, welche eine wirksame Verdichtung gasförmiger Medien, wie Helium, mit einer Mindestzahl von Verdichterstufen
bewirkt, wobei die laufersehaufein mit verhältnismäßig
geringer Geschwindigkeit umlaufen. Die erfindungsgemäße Verdiohterbesehaufelung ist natürlich auch in vielen
anderen Kreislaufsystemen anwendbar. Z.B. könnte die Erfindung
909829/0370
U28098
mit Vorteil bei einem freilaufenden Turboverdichter angewandt
werden, wie er in der gleichzeitig achwebenden Anmeldung Q 34 224 VIII o/21 g der Anmelderin beschrieben ist.
Gerade die Verminderung der Sohaufelgeaohwindigkeit, welohe
durch die erfindungsgemäße Formgebung erreicht wird, bei
annähernd gleichbleibender Axialgeschwindigkeit, macht die
erfindungsgemäfle Beschaufelung für diese Anwendung besonders
geeignet.
Die vorstehende Beschreibung ist nur auf Ausführungsbeispiele geriohtet. Viele abweichende Ausführungeformen, die dennoch
unter den Grundgedanken der Erfindung fallen, liegen jedoch
jederzeit im Ermessen des !Fachmanns.
909829/0370
Claims (1)
- Patentansprüche/M .\ Beschaufelung für eine Stufe eines Axialverdichters, welcher ^-^ einen läufer und ein diesen läufer umgebendes, von einem Gasstrom durchsetztes Statorgehäuse umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dafl der lauferteil der Beschaufelung mindestens aus einem Kranz von Impulalaufschaufeln besteht, welche auf der I&uf erwell e sitzen und mit dieser umlaufen und daß der Statorteil einen Kranz von Reaktionsleitsohaufeln sowie einem Kranz von Impulsleitschaufeln ugfafili,-die* an der Innenwand desStatrogehäuses angebracht sind und zwar die Impulsieitschaufeln in Strömungsrichtung anschließend an die Reaktionslaufschaufeln.2· Beschaufelung nach Anspruoh 1, dadurchgekennzeichnet, daß die vom Gasstrom zunächst beaufschlagten Kanten und die zuletzt berührten Kanten der Impulelaufschaufeln beide in der Sichtung der Läuferdrehung geneigt Bind, so daß eine Umkehr des Strömungswinkels, bezogen auf die Achsrichtung des Verdichters, eintritt·3. Beschaufelung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch der läuferteil der Verdichterstufe aus einem Kranz von Reaktionslaufschaufeln und einem Kranz von Impulsleitschaufeln aufgebaut ist, welche von der Welle des90982970370U28098Verdichters ausgehen und mit dieser umlaufen und daß die Reaktions- und Impulslaufsohaufein derart angeordnet sind, daß sie ein Spiegelbild zu den Reaktions- und Impulsleitschaufeln dee Stators ergeben·4. Beschaufelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ton der Strömung zuerst beaufschlagten Kanten der Reaktionslaufschaufeln und die von der Strömung zuletzt berührten Kanten der Bapulelaufschaufeln in Umlaufrichtung derart geneigt sind, daß nacheinander ein statischer Druckanstieg und eise Umkehr des Strömungswinkels, bezogen auf die Achsrichtung, ohne entsprechenden Druckanstieg eintreten.5· Beschaufelung nach Anspruch 3 und/oder 4> dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslaufschaufelkranz des Läufers mindestens doppelt soviele Laufschaufeln aufweist wie der Beaktiosalaufsohatifelkranz des Läufers und daß die Impulslaufschaufel» und die Reaktionslaufschaufeis so angeordnet sind, daß die erstere mit ihren in Strömungsrichtung zunächst beaufschlagten Kanten an die von der Strömung zuletzt berührten Kanten der Reaktionslaufschaufeln anschließen und daS während des Durchgangs durch die Reaktionslaufschaufeln ein statischer Druckanstieg,während des Durchgangs durch die Iarpulslaufschaufeln jedoch eine Richtungsänderung ohne Druckanstieg, stattfinden.90 9 8 29/0370
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US121875A US3112866A (en) | 1961-07-05 | 1961-07-05 | Compressor blade structure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1428098A1 true DE1428098A1 (de) | 1969-07-17 |
Family
ID=22399293
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19621428098 Pending DE1428098A1 (de) | 1961-07-05 | 1962-07-05 | Verdichterbeschaufelung fuer Axialverdichter |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3112866A (de) |
CH (1) | CH428071A (de) |
DE (1) | DE1428098A1 (de) |
GB (1) | GB951713A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3173629A1 (de) * | 2015-11-24 | 2017-05-31 | MTU Aero Engines GmbH | Verfahren für und verdichter einer strömungsmaschine |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3775023A (en) * | 1971-02-17 | 1973-11-27 | Teledyne Ind | Multistage axial flow compressor |
US3867062A (en) * | 1971-09-24 | 1975-02-18 | Theodor H Troller | High energy axial flow transfer stage |
US3937592A (en) * | 1973-05-30 | 1976-02-10 | Gutehoffnungshutte Sterkrade Aktiengesellschaft | Multi-stage axial flow compressor |
US3877835A (en) * | 1973-07-13 | 1975-04-15 | Fred M Siptrott | High and low pressure hydro turbine |
US4981414A (en) * | 1988-05-27 | 1991-01-01 | Sheets Herman E | Method and apparatus for producing fluid pressure and controlling boundary layer |
US5486091A (en) * | 1994-04-19 | 1996-01-23 | United Technologies Corporation | Gas turbine airfoil clocking |
DE19525699A1 (de) * | 1995-07-14 | 1997-01-16 | Bmw Rolls Royce Gmbh | Tandem-Schaufelgitter |
JPH11311130A (ja) * | 1998-04-27 | 1999-11-09 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ジェットエンジンのブースタ構造 |
GB2376723B (en) * | 2001-06-20 | 2004-12-08 | Rolls Royce Plc | Tandem guide vane |
TW546443B (en) * | 2002-09-27 | 2003-08-11 | Delta Electronics Inc | Axial flow fan with a plurality of segment blades |
US7478629B2 (en) * | 2004-11-04 | 2009-01-20 | Del Valle Bravo Facundo | Axial flow supercharger and fluid compression machine |
GB2441543B (en) * | 2006-09-07 | 2008-07-23 | Rolls Royce Plc | An array of components |
US20090317237A1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-12-24 | General Electric Company | System and method for reduction of unsteady pressures in turbomachinery |
JP5374199B2 (ja) * | 2009-03-19 | 2013-12-25 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン |
JP5202597B2 (ja) * | 2010-09-16 | 2013-06-05 | 株式会社日立製作所 | 軸流圧縮機,軸流圧縮機を備えたガスタービンシステム及び軸流圧縮機の改造方法 |
US20150152879A1 (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-04 | Applied Thermal/Fluid Analysis Center Limited Liability Company | Blade structure of axial fan |
CN113309729B (zh) * | 2021-07-29 | 2022-01-21 | 中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司 | 多级轴流压气机试验监测方法及装置 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR811104A (fr) * | 1936-09-08 | 1937-04-07 | Compresseur rotatif aérodynamique | |
FR876380A (fr) * | 1940-12-09 | 1942-11-04 | Brown | Compresseur axial avec turbine de récupération |
FR982027A (fr) * | 1943-06-01 | 1951-06-04 | Perfectionnement aux compresseurs axiaux | |
US2699319A (en) * | 1949-12-02 | 1955-01-11 | Chrysler Corp | Power conversion machine |
US2931563A (en) * | 1955-09-19 | 1960-04-05 | Eggleton Frederick | Construction of axial flow compressors |
GB780240A (en) * | 1955-09-19 | 1957-07-31 | Frederick Eggleton | Improvements in or relating to the construction of axial flow turbines or compressors |
-
1961
- 1961-07-05 US US121875A patent/US3112866A/en not_active Expired - Lifetime
-
1962
- 1962-07-03 GB GB25533/62A patent/GB951713A/en not_active Expired
- 1962-07-05 CH CH807062A patent/CH428071A/de unknown
- 1962-07-05 DE DE19621428098 patent/DE1428098A1/de active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3173629A1 (de) * | 2015-11-24 | 2017-05-31 | MTU Aero Engines GmbH | Verfahren für und verdichter einer strömungsmaschine |
US10337519B2 (en) | 2015-11-24 | 2019-07-02 | MTU Aero Engines AG | Method, compressor and turbomachine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH428071A (de) | 1967-01-15 |
GB951713A (en) | 1964-03-11 |
US3112866A (en) | 1963-12-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1428098A1 (de) | Verdichterbeschaufelung fuer Axialverdichter | |
DE2908774C2 (de) | Mehrstufiger Turboverdichter mit zahlreichen Wellen | |
DE1528762B2 (de) | Mehrstufiger Radialverdichter | |
DE1628390A1 (de) | UEberschall-Axialverdichter mit konischem Auslass | |
DE2515444A1 (de) | Laufschaufelkranz grosser umfangsgeschwindigkeit fuer thermische, axial durchstroemte turbinen | |
DE2113514A1 (de) | UEberschall-Axialkompressor | |
DE967862C (de) | Diagonalverdichter mit beschaufelter Leitvorrichtung zunehmenden Querschnitts fuer gasfoermige Stroemungsmittel | |
DE2412242A1 (de) | Gasturbinentriebwerk fuer stroemungsdeflektor im fankanal | |
DE2930184A1 (de) | Ueberlasteinrichtung einer mehrgehaeusigen turbine | |
DE971229C (de) | Einrichtung zur Umsetzung von UEberschallgeschwindigkeit in Druck, insbesondere bei Kreiselradverdichtern | |
DE1476877B2 (de) | Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerk | |
DE1280464C2 (de) | Luftverdichter mit einer Radialstufe und einer vorgeschalteten Axialstufe | |
DE1948363A1 (de) | Gasturbinen-Strahltriebwerksanlage | |
AT207389B (de) | Beschauflung für axial durchströmte Überdruckturbinen | |
DE2217767A1 (de) | Mehrstufiger axialverdichter | |
DE759892C (de) | Beschaufelung fuer Dampf- oder Gasturbinen | |
DE1428136C3 (de) | Axialverdichter, -gebläse oder -ventilator | |
DE880307C (de) | Unter Last mit stark veraenderlicher Drehzahl betriebene UEberdruck-Dampf- oder -Gasturbine | |
DE2217213A1 (de) | Verbesserung an Kreiselverdichtern | |
DE102021212490A1 (de) | Radialverdichter | |
DE954908C (de) | Axialverdichter | |
AT56435B (de) | Dampfturbine mit mehrfacher Expansion und aufeinanderfolgenden Rädergruppen. | |
DE2926135A1 (de) | Laufrad einer radialturbine | |
DE1212242B (de) | Mehrstufiger Hochleistungs-Axialkompressor | |
AT117683B (de) | Mehrstufige Scheibenradturbine. |