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DE1428098A1 - Verdichterbeschaufelung fuer Axialverdichter - Google Patents

Verdichterbeschaufelung fuer Axialverdichter

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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
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DE
Germany
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blades
impulse
reaction
flow
compressor
Prior art date
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Pending
Application number
DE19621428098
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Inventor
Peter Fortescue
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Gulf General Atomic Inc
Original Assignee
Gulf General Atomic Inc
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/14Form or construction
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    • F01D5/142Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • 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·
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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-
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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-
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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.
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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
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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.
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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 3 einen Schnitt nach Linien 3-3 der Figur 1,
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-
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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.
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.
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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
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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&gtflBKanten 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
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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.
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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
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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·
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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.
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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
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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
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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.
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Claims (1)

  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 des
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    Verdichters 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.
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DE19621428098 1961-07-05 1962-07-05 Verdichterbeschaufelung fuer Axialverdichter Pending DE1428098A1 (de)

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)

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CH (1) CH428071A (de)
DE (1) DE1428098A1 (de)
GB (1) GB951713A (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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