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EP2025945B1 - Strömungsarbeitsmaschine mit Ringkanalwandausnehmung - Google Patents

Strömungsarbeitsmaschine mit Ringkanalwandausnehmung Download PDF

Info

Publication number
EP2025945B1
EP2025945B1 EP08013782.1A EP08013782A EP2025945B1 EP 2025945 B1 EP2025945 B1 EP 2025945B1 EP 08013782 A EP08013782 A EP 08013782A EP 2025945 B1 EP2025945 B1 EP 2025945B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
recess
fluid
point
flow machine
accordance
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.)
Ceased
Application number
EP08013782.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2025945A3 (de
EP2025945A2 (de
Inventor
Volker Gümmer
Marius Swoboda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Publication of EP2025945A2 publication Critical patent/EP2025945A2/de
Publication of EP2025945A3 publication Critical patent/EP2025945A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2025945B1 publication Critical patent/EP2025945B1/de
Ceased legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

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

Definitions

  • the present invention thus relates to fluid flow machines such as fans, compressors, pumps and fans, in both axial, semi-axial and radial designs.
  • the working medium or fluid may be gaseous or liquid.
  • the turbomachine according to the invention may comprise one or more stages, each with a rotor and a stator.
  • the rotor consists of a number of blades, which are connected to the rotating shaft of the fluid flow machine and energy to the Release working medium.
  • the rotor is designed with a free blade end on the housing.
  • the stator according to the invention consists of a number of fixed blades, which are designed on the housing side with a fixed blade end.
  • the turbomachine in front of the first rotor may have a special form of stator, a so-called leading wheel.
  • At least one stator or Vorleitrad may be rotatably mounted deviating from the immovable fixation in order to change the angle of attack.
  • An adjustment is made for example by a spindle accessible from outside the annular channel.
  • the turbomachine may have at least one row of adjustable rotors.
  • the fluid flow machine can alternatively also have a bypass configuration such that the single-flow annular channel divides behind a specific row of blades into two concentric annular channels, which in turn each comprise at least one further row of blades.
  • Fig. 2 shows examples according to the invention relevant flow machines.
  • the invention relates to the shape of a portion of the annular channel wall and the arrangement and shaping of recesses in said annular channel wall portion in the region of a blade row with free end and running gap of a fluid flow machine.
  • a recirculation structure for turbo compressors is previously known, which shows a circumferential annular chamber.
  • fluid enters around the entire circumference of the annular chamber, is then directed counter to the direction of flow and is conducted between vanes which are scoop-shaped and cause a swirl change of the flow.
  • the flow After flowing through the guide elements, the flow enters an annular region of the annular chamber and flows from there back into the flow path.
  • the present invention has for its object to provide a fluid flow machine of the type mentioned, which has an effective boundary layer influence in the blade tip area while avoiding the disadvantages of the prior art.
  • the Fig. 1 shows, marked by dashed borders, the invention relevant zones, namely areas of the fluid flow machine with free blade ends with running gap.
  • the Figure 3 shows a sketch of a solution according to the invention with at least one recess which is characterized by a partial overlap with the running path of the relevant row of blades. It may also be advantageous to let the recess or the recess group also partially extend into the bladed region of a possibly upstream blade row.
  • the Figure 4 shows a relevant to the invention section of the flow machine, consisting of the portion of a hub or housing assembly with the annular channel wall formed thereby and the blade row located in this area.
  • the configuration may be either a pair of rotor blade rows and a housing assembly, or a pair of stator blade rows and a hub assembly.
  • an optionally upstream arranged row of blades as well as the projected into the illustrated meridian plane outline of the invention Ringkanalwandaus founded.
  • a small arrow indicates the machine axis direction and a thick arrow indicates the main flow direction.
  • the 5a shows a reduced representation of the features Figure 4 , but now with more points and geometrical details.
  • the reference chord length L is defined between the blade tip points A and B. All distances given are in the illustrated meridian plane (plane formed by axial direction x and radial direction r) parallel to the course of the blade tip, ie parallel to the connecting line AB measured.
  • a straight line through the auxiliary points C and D encloses a straight line through the blade tip points A and B the angle alpha.
  • the angle alpha in the indicated directional convention is between -15 ° and 30 °.
  • the front boundary point of the annular channel wall recess E is located at a distance e> 0 in front of the leading edge point A.
  • point E can also be arranged in the bladed region of another row of blades possibly located upstream of the blade row.
  • the rear boundary point of the annular channel wall recess F is at a distance f behind the leading edge point A, where 0.5 L> f> 0.
  • the angle beta is positive in the drawn direction and is given between the straight line through the blade tip points A and B and a tangent to the contour of the annular channel wall recess, at least at one point in the outline of the recess between S and F given in the meridian section minimum 15 ° and maximum 70 °.
  • the angle beta is at least at one point of the outline given in the meridian section of the recess between E and S between 15 ° and 40 °. In this way, a particularly gentle re-entry of the fluid upstream of the blade row is made possible in the main flow path.
  • 5 b shows some possible according to the invention outline shapes of the RingkanalwandausEnglishung.
  • the outline shape can be completely curved or straight.
  • As production technology easily achievable formation of the recess according to the invention is particularly the bottom left and right in 5 b illustrated triangular shape.
  • FIG. 6 shows the view YY, as in Fig. 5a is drawn. Shown here is a pair of rotor blade row and housing, but the following statements also apply to the analogue representable pairing of stator blade row and hub.
  • the figure shows two blade tips in the vicinity of a portion of the housing wall.
  • the annular channel wall (here exemplary housing) has a number of recesses which are arranged distributed in the circumferential direction.
  • the recesses unlike in Figure 6 shown, arranged at different distances in the circumferential direction to each other.
  • the recesses are shown approximately at the position of their maximum penetration depth into the channel wall.
  • the recesses according to the invention have an angle of inclination gamma against the radial direction of the machine.
  • the inclination of the recesses is according to the invention 25 ° ⁇ gamma ⁇ 75 ° and shows accordingly in the direction of the blades moving relative to them.
  • the size of the penetration depth and the choice of shape at the foot of the recess are of minor importance to the present invention and therefore freely selectable.
  • the Fig.7a to 7c each show in the view ZZ a settlement of the circumference of the fluid flow machine in the region of the Ringkanalwandausappelung. Dotted indicate two blades of the relevant row of blades, on which the recess is arranged. Shown are, in partial overlap with the blade row, the openings of an array of recesses on the annular channel wall. According to the invention, the openings in the flow direction of slender nature, ie, the extent in the circumferential direction is smaller than the extent perpendicular thereto.
  • the Fig. 7a shows the alignment of the recess openings in the direction of the machine axis (left half of the picture) and a further arrangement according to the invention, in which the slender openings of the recesses are inclined against the machine axis direction by the angle delta.
  • the angle delta can assume values of up to 35 ° and thus guarantees an opposite staggering of the recess openings and the profiles of the relevant row of blades.
  • Fig. 7b shows two arrangements according to the invention, which are used in the invention differently long and / or differently positioned recesses along the circumference.
  • the Fig. 7c shows two arrangements according to the invention, in which a variation of the width of the recess opening in the longitudinal direction is provided in the invention.

Landscapes

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

Description

  • Die aerodynamische Belastbarkeit und die Effizienz von Strömungsarbeitsmaschinen, beispielsweise Bläsern, Verdichtern, Pumpen und Ventilatoren, wird insbesondere durch das Wachstum und die Ablösung von Grenzschichten im Rotor- und Statorspitzenbereich nahe der Gehäuse- beziehungsweise Nabenwand begrenzt. Dies führt bei Schaufelreihen mit Laufspalt bei höherer Belastung zu Rückströmerscheinungen und dem Auftreten von Instabilität der Maschine. Strömungsarbeitsmaschinen nach dem Stand der Technik besitzen entweder keine besonderen Merkmale zur Abhilfe in diesem Bereich (siehe Fig.1) oder es werden als Gegenmaßnahme sogenannte "Casing Treatments" eingesetzt, die aus verschiedensten Konfigurationen aus Kammern und/oder eckigen Schlitzen, zumeist im Gehäuse über dem Rotor, bestehen.
  • Bekannte Lösungen werden beispielsweise in folgenden Dokumenten offenbart:
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf Strömungsarbeitsmaschinen wie etwa Bläser, Verdichter, Pumpen und Ventilatoren, sowohl in axialer, halbaxialer als auch in radialer Bauart. Das Arbeitsmedium oder Fluid kann gasförmig oder flüssig sein.
  • Die erfindungsgemäße Strömungsarbeitsmaschine kann eine oder mehrere Stufen mit jeweils einem Rotor und einem Stator umfassen.
  • Erfindungsgemäß besteht der Rotor aus einer Anzahl von Schaufeln, die mit der rotierenden Welle der Strömungsarbeitsmaschine verbunden sind und Energie an das Arbeitsmedium abgeben. Der Rotor ist mit freiem Schaufelende am Gehäuse ausgeführt. Der erfindungsgemäße Stator besteht aus einer Anzahl feststehender Schaufeln, die gehäuseseitig mit festem Schaufelende ausgeführt sind.
  • Erfindungsgemäß kann die Strömungsarbeitsmaschine vor dem ersten Rotor eine besondere Form eines Stators, ein sogenanntes Vorleitrad, aufweisen.
  • Erfindungsgemäß kann mindestens ein Stator oder Vorleitrad abweichend von der unbeweglichen Fixierung auch drehbar gelagert sein, um den Anströmwinkel zu verändern. Eine Verstellung erfolgt beispielsweise durch eine von außerhalb des Ringkanals zugängliche Spindel.
  • In besonderer Ausgestaltung kann die Strömungsarbeitsmaschine mindestens eine Reihe verstellbarer Rotoren aufweisen.
  • Erfindungsgemäß kann die Strömungsarbeitsmaschine alternativ auch eine Nebenstromkonfiguration derart aufweisen, dass sich der einstromige Ringkanal hinter einer bestimmten Schaufelreihe in zwei konzentrische Ringkanäle aufteilt, die ihrerseits mindestens jeweils eine weitere Schaufelreihe umfassen. Fig. 2 zeigt Beispiele erfindungsgemäß relevanter Strömungsarbeitsmaschinen.
  • Einfache existierende Konzepte von "Casing Treatments" in Form von Schlitzen und/oder Kammern in der Ringkanalwand bieten eine Steigerung der Stabilität der Strömungsarbeitsmaschine. Diese wird jedoch aufgrund der ungünstig gewählten Anordnung oder Formgebung nur bei Verlust an Wirkungsgrad erzielt.
  • Im Einzelnen betrifft die Erfindung die Form eines Abschnitts der Ringkanalwand sowie die Anordnung und Formgebung von Ausnehmungen in besagtem Ringkanalwandabschnitt im Bereich einer Schaufelreihe mit freiem Ende und Laufspalt einer Strömungsarbeitsmaschine.
  • Aus der DE 103 30 084 A1 ist eine Rezirkulationsstruktur für Turboverdichter vorbekannt, welche eine umlaufende Ringkammer zeigt. Am, in Strömungsrichtung gesehen, hinteren Ende, tritt Fluid um den gesamten Umfang der Ringkammer ein, wird dann gegen die Strömungsrichtung geleitet und zwischen Leitelementen durchgeführt, die schaufelartig ausgebildet sind und eine Dralländerung der Strömung bewirken. Nach Durchströmung der Leitelemente tritt die Strömung in einen ringartigen Bereich der Ringkammer ein und strömt von dort aus in den Strömungspfad zurück.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsarbeitsmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik eine wirkungsvolle Grenzschichtbeeinflussung im Schaufelspitzenbereich aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
  • Fig.1:
    eine Skizze des Standes der Technik;
    Fig.2:
    Beispiele erfindungsgemäß relevanter Strömungsarbeitsmaschinen;
    Fig.3:
    eine Skizze der erfindungsgemäßen Lösung;
    Fig.4:
    eine Definition erfindungsrelevanter Größen, Teil 1, Meridianschnitt;
    Fig. 5a:
    eine Definition erfindungsrelevanter Größen, Teil 2, Meridianschnitt;
    Fig. 5b:
    erfindungsgemäße Umrissformen der Ringkanalwandausnehmung;
    Fig. 6:
    eine Definition erfindungsrelevanter Größen, Ansicht Y-Y;
    Fig. 7a:
    eine Ansicht Z-Z, Teil 1;
    Fig. 7b:
    eine Ansicht Z-Z, Teil 2;
    Fig. 7c:
    eine Ansicht Z-Z, Teil 3.
  • Die Fig. 1 zeigt, markiert durch gestrichelte Umrandungen, die erfindungsrelevanten Zonen, nämlich Bereiche der Strömungsarbeitsmaschine mit freien Schaufelenden mit Laufspalt.
  • Die Fig.3 zeigt eine Skizze einer erfindungsgemäßen Lösung mit mindestens einer Ausnehmung, die durch eine teilweise Überlappung mit dem Laufpfad der betreffenden Schaufelreihe ausgezeichnet ist. Dabei kann es vorteilhaft sein, die Ausnehmung bzw. die Ausnehmungsgruppe ebenfalls teilweise in den beschaufelten Bereich einer möglicherweise stromauf liegenden Schaufelreihe reichen zu lassen.
  • Die Fig.4 zeigt einen für die Erfindung relevanten Ausschnitt aus der Strömungsarbeitsmaschine, bestehend aus dem Abschnitt einer Naben- oder Gehäusebaugruppe mit der dadurch gebildeten Ringkanalwand und der in diesem Bereich befindlichen Schaufelreihe. Die Konfiguration kann entweder eine Paarung aus einer Rotorschaufelreihe und einer Gehäusebaugruppe oder die Paarung aus einer Statorschaufelreihe und einer Nabenbaugruppe darstellen. Ebenfalls eingezeichnet sind eine optional stromauf angeordnete Schaufelreihe sowie der in die dargestellte Meridianebene projizierte Umriss der erfindungsgemäßen Ringkanalwandausnehmung. Ein kleiner Pfeil zeigt die Maschinenachsrichtung an und ein dicker Pfeil deutet die Hauptströmungsrichtung an. Weiterhin finden sich sechs kennzeichnende Punkte der Konfiguration. Das sind zunächst die Schaufelspitzenpunkte an Vorder- und Hinterkante A und B. Die vordere und hintere Begrenzung der Ringkanalwandausnehmung am Hauptströmungspfad ist mit den Punkten E und F gekennzeichnet. Zusätzlich finden sich zwei weitere Hilfspunkte C und D stromauf der betreffenden Schaufelreihe, mit deren Hilfe der Verlauf der Ringkanalwand charakterisiert wird.
  • Die Fig.5a zeigt eine reduzierte Darstellung der Merkmale aus Fig.4, jedoch nun mit weiteren Punkten und geometrischen Angaben. Zwischen den Schaufelspitzenpunkten A und B wird die Bezugssehnenlänge L definiert. Alle angegebenen Abstände werden in der dargestellten Meridianebene (Ebene gebildet durch Achsrichtung x und Radialrichtung r) parallel zum Verlauf der Schaufelspitze, d. h. parallel zur Verbindungslinie A-B gemessen. Der Hilfspunkt D liegt stromauf von A im Abstand d = 0,25 L.
  • Der Hilfspunkt C liegt stromauf von A im Abstand c = 0,75 L. Eine Gerade durch die Hilfspunkte C und D schließt mit einer Geraden durch die Schaufelspitzenpunkte A und B den Winkel alpha ein.
  • Erfindungsgemäß beträgt der Winkel alpha in der eingezeichneten Richtungskonvention zwischen -15° und 30°.
  • Erfindungsgemäß befindet sich der vordere Begrenzungspunkt der Ringkanalwandausnehmung E im Abstand e > 0 vor dem Vorderkantenpunkt A. In besonderen Fällen kann Punkt E zudem im beschaufelten Bereich einer eventuell stromauf der betrachteten Schaufelreihe befindlichen anderen Schaufelreihe angeordnet sein.
  • Erfindungsgemäß befindet sich der hintere Begrenzungspunkt der Ringkanalwandausnehmung F im Abstand f hinter dem Vorderkantenpunkt A, wobei 0,5 L > f > 0 gilt.
  • Die Orthogonale auf der Linie A-B durch den Punkt A ergibt als Schnittpunkt mit dem projizierten Umriss der Ringkanalwandausnehmung den Punkt S.
  • Erfindungsgemäß beträgt der Winkel beta, der in der eingezeichneten Richtung positiven Betrages ist und zwischen der Geraden durch die Schaufelspitzenpunkte A und B und einer Tangente an den Umriss der Ringkanalwandausnehmung gegeben ist, mindestens in einem Punkt des im Meridianschnitt gegebenen Umrisses der Ausnehmung zwischen S und F minimal 15° und maximal 70°. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Fluid, das von der Schaufel im Überlappungsbereich (Bereich zwischen Punkten S und B) in die Ausnehmung gedrückt wird, auf effektive Weise stromaufwärts vor die Schaufelreihe gelangt.
  • In besonders günstiger Ausgestaltung der Ringkanalwandausnehmung beträgt der Winkel beta mindestens in einem Punkt des im Meridianschnitt gegebenen Umrisses der Ausnehmung zwischen E und S zwischen 15° und 40°. Auf diese Weise wird ein besonders schonender Wiedereintritt des Fluids stromauf der Schaufelreihe in den Hauptströmungspfad ermöglicht.
  • Fig.5b zeigt einige erfindungsgemäß mögliche Umrissformen der Ringkanalwandausnehmung. Dabei kann die Umrissform vollständig gekrümmt oder auch geradlinig verlaufen. Als fertigungstechnisch einfach zu erreichende erfindungsgemäße Formation der Ausnehmung gilt insbesondere die unten links und rechts in Fig.5b dargestellte Dreiecksform.
  • Die Fig.6 zeigt die Ansicht Y-Y, wie sie in Fig. 5a eingezeichnet ist. Dargestellt ist hier eine Paarung aus Rotorschaufelreihe und Gehäuse, die folgenden Aussagen gelten jedoch ebenfalls für die analog darstellbare Paarung aus Statorschaufelreihe und Nabe.
  • Die Figur zeigt zwei Schaufelspitzen in Umgebung eines Abschnittes der Gehäusewand. Die Ringkanalwand (hier beispielhaft Gehäuse) besitzt eine Reihe von Ausnehmungen, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. In einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Lösung sind die Ausnehmungen, anders als in Fig.6 dargestellt, mit unterschiedlichen Abständen in Umfangsrichtung zueinander angeordnet. Die Ausnehmungen sind etwa an der Position ihrer maximalen Eindringtiefe in die Rangkanalwand gezeigt. Die Ausnehmungen besitzen erfindungsgemäß einen Neigungswinkel gamma gegen die Radialrichtung der Maschine. Die Neigung der Ausnehmungen beträgt erfindungsgemäß 25°< gamma < 75° und zeigt dementsprechend in die Laufrichtung der relativ zu ihnen bewegten Schaufeln. Die Größe der Eindringtiefe und die Wahl der Form am Fuß der Ausnehmung sind für die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung und daher frei wählbar. Die Fig.7a bis 7c zeigen jeweils in der Ansicht Z-Z eine Abwicklung des Umfangs der Strömungsarbeitsmaschine im Bereich der Ringkanalwandausnehmung. Gepunktet angedeutet sind zwei Schaufeln der betreffenden Schaufelreihe, an der die Ausnehmung angeordnet ist. Dargestellt sind, in teilweise Überdeckung mit der Schaufelreihe, die Öffnungen einer Anordnung von Ausnehmungen an der Ringkanalwand. Erfindungsgemäß sind die Öffnungen in Strömungsrichtung von schlanker Natur, d. h. die Ausdehnung in Umfangsrichtung ist kleiner als die Ausdehnung senkrecht dazu.
  • Die Fig. 7a zeigt die Ausrichtung der Ausnehmungsöffnungen in Richtung der Maschinenachse (linke Bildhälfte) sowie eine weitere erfindungsgemäße Anordnung, bei der die schlanken Öffnungen der Ausnehmungen gegen die Maschinenachsrichtung um den Winkel delta geneigt sind. Der Winkel delta kann erfindungsgemäß Werte bis zu 35° annehmen und garantiert auf diese Weise eine entgegengesetzte Staffelung der Ausnehmungsöffnungen und der Profile der betreffenden Schaufelreihe.
  • Die Fig. 7b zeigt zwei erfindungsgemäße Anordnungen, bei denen im Rahmen der Erfindung unterschiedlich lange und/oder unterschiedlich positionierte Ausnehmungen entlang des Umfangs Verwendung finden.
  • Die Fig. 7c zeigt zwei erfindungsgemäße Anordnungen, bei denen im Rahmen der Erfindung eine Variation der Breite der Ausnehmungsöffnung in seiner Längsrichtung vorgesehen ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Strömungsarbeitsmaschine wird somit ein bislang unerreichtes Maß an raumsparender Randströmungsbeeinflussung erzielt, die zudem eine bedeutende Reduzierung des Bau- und Kostenaufwandes ermöglicht (weniger variable Statoren und Zwischenstufenabblasung), der an Maschinen nach dem Stand der Technik zur Bereitstellung einen genügenden Betriebsbereiches erforderlich wäre. Dies ist bei unterschiedlichen Arten von Strömungsarbeitsmaschinen wie Bläsern, Verdichtern, Pumpen und Ventilatoren möglich. Je nach Ausnutzungsgrad des Konzeptes sind Reduktionen der Kosten und des Gewichts für die Strömungsarbeitsmaschine von 10% bis 20% zu erzielen. Hinzu kommt eine Verbesserung des Wirkungsgrades, die mit 0,2% bis 0,5% zu beziffern ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Gehäuse
    2
    Welle
    3
    Rotorschaufel
    4
    Statorschaufel
    5
    Ausnehmung
    6
    Maschinenachse

Claims (9)

  1. Strömungsarbeitsmaschine mit einem von einem Gehäuse (1) und einer rotierenden Welle (2) gebildeten Strömungspfad, in welchem Reihen von Rotorschaufeln (3) und Statorschaufeln (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Spitzenbereich der Schaufeln (3, 4) in einer Ringkanalwandung des Gehäuses (1) und/oder der Welle (2) eine Reihe von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Ausnehmungen (5) angeordnet ist, wobei der Querschnitt und die Lage jeder Ausnehmung (5) wie folgt definiert sind:
    - ein in Strömungsrichtung stromauf angeordneter Begrenzungspunkt E der Ausnehmung (5) weist einen Abstand e > 0 vor dem vorderen Schaufelspitzenpunkt A auf,
    - ein in Strömungsrichtung stromab angeordneter Begrenzungspunkt F der Ausnehmung (5) weist einen Abstand f zu dem vorderen Schaufelspitzenpunkt A auf,
    - wobei folgendes gilt: 0,5 L > f > 0,
    - wobei L als Abstand der Schaufelspitzenpunkte A und B definiert ist;
    - wobei die Wandung der Ausnehmung (5) einen Punkt S einschließt, welcher auf einer Orthogonalen auf der Linie A-B durch den Punkt S angeordnet ist,
    - wobei eine Gerade durch die Schaufelspitzenpunkte A und B und eine Tangente an die Wandung der Ausnehmung (5) mindestens in einem Punkt der in einem Meridianschnitt gegebenen Wandung der Ausnehmung (5) zwischen den Punkten S und F einen Winkel beta einschließen, der 15° ≤ beta ≤ 70° beträgt,
    - wobei alle Punkte in einer Meridianebene liegen, die durch eine Achsrichtung x der Achse (6) der Strömungsarbeitsmaschine und eine Radialrichtung r gebildet wird,
    - wobei alle Abstände parallel zu einer einen vorderen Schaufelspitzenpunkt A und einen hinteren Schaufelspitzenpunkt B verbindenden Linie gemessen sind,
    - wobei zwei weitere Punkte C und D den Verlauf der Ringkanalwand stromauf der Ausnehmung kennzeichnen, C im Abstand 0,75 L vor dem Schaufelspitzenpunkt A und D im Abstand 0,25 L vor dem Schaufelspitzenpunkt A, und
    - wobei die Verbindungslinie A-B mit der Verbindungslinie C-D einen Winkel -15° < alpha < 30° einschließt.
  2. Strömungsarbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel beta 15° ≤ beta ≤ 40° beträgt.
  3. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt E im beschaufelten Bereich einer stromauf der betrachteten Schaufeln (3, 4) befindlichen weiteren Schaufelreihe angeordnet ist.
  4. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Wandung der Ausnehmung (5) vollständig gekrümmt ausgebildet ist.
  5. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Wandung der Ausnehmung (5) zumindest in Teilbereich geradlinig verläuft.
  6. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5) einen Neigungswinkel gamma gegen die Radialrichtung r der Strömungsarbeitsmaschine aufweisen, der 25° ≤ gamma ≤ 75° beträgt.
  7. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längskante der Ausnehmung (5) in einem Winkel delta gegen die Richtung der Maschinenachse (6) geneigt ist, wobei delta ≤ 35° ist.
  8. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ausnehmung (5) in ihrem Öffnungsquerschnitt an der Ringkanalwand eine variierende Breite bzw. Ausdehnung in Umfangsrichtung aufweist.
  9. Strömungsarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle mehrerer Ausnehmungen (5) zwei in Umfangsrichtung benachbarte Ausnehmungen unterschiedliche Positionen oder Ausdehnungen (axial wie umfangsgerichtet) besitzen.
EP08013782.1A 2007-08-10 2008-07-31 Strömungsarbeitsmaschine mit Ringkanalwandausnehmung Ceased EP2025945B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007037924A DE102007037924A1 (de) 2007-08-10 2007-08-10 Strömungsarbeitsmaschine mit Ringkanalwandausnehmung

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP2025945A2 EP2025945A2 (de) 2009-02-18
EP2025945A3 EP2025945A3 (de) 2014-06-25
EP2025945B1 true EP2025945B1 (de) 2016-04-20

Family

ID=39869927

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP08013782.1A Ceased EP2025945B1 (de) 2007-08-10 2008-07-31 Strömungsarbeitsmaschine mit Ringkanalwandausnehmung

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US (1) US8419355B2 (de)
EP (1) EP2025945B1 (de)
DE (1) DE102007037924A1 (de)

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