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J
DIM360 (Ver 1.5 21 Nov 2005) - 1100000/0
1077310
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
A1
20010221
EP
99116287.6
19990818
de
de
de
20010221
200108
20010221
200108
7
7F 01D 5/14 A
de
Schaufelgitter
en
Vaned stator
fr
Stator à aubes
2
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
00200520
GR 99 P 3563 E
Wittelsbacherplatz 2
80333 München
DE
Küsters, Bernhard, Dipl.-Ing.
Hermann Löns Weg 27
47475 Kamp-Lintfort
DE
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaufelgitter (20) für eine Strömungsmaschine (10), insbesondere ein Tandem-Schaufelgitter für einen Verdichter. Das Schaufelgitter (20) weist mindestens eine Schaufelreihe (22) mit einer Anzahl von Schaufeln (24, 25) auf. Erfindungsgemäß sind in der Schaufelreihe (22) Schaufeln (24, 25) mit unterschiedlichen Profilen angeordnet. Hierdurch wird eine Verringerung der Belastung der einzelnen Schaufeln (24, 25) bei gleichzeitiger Optimierung von Verlustbeiwert und Druckaufbau erreicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaufelgitter für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Tandem-Schaufelgitter für einen Verdichter, mit mindestens einer Schaufelreihe, die eine Anzahl von Schaufeln aufweist.
Ein derartiges Schaufelgitter ist aus der EP 0 839 259 B1 bekannt. Diese Druckschrift schlägt vor, die Schaufeln mit einer ungleichmäßigen Teilung in der hinteren Schaufelreihe eines Tandem-Schaufelgitters anzuordnen. Für jede Schaufelreihe ist hierbei genau ein Schaufelprofil vorgesehen. Nachteilig bei dem bekannten Schaufelgitter ist, daß unterschiedliche dynamische Belastungen der einzelnen Schaufeln im Betrieb auftreten. Ein Teil der Schaufeln muß daher überdimensioniert werden. Weiter befinden sich einige der Schaufeln bezüglich Verlustbeiwert und Druckaufbau in ungünstigeren Positionen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Schaufelgitter bereitzustellen, bei dem eine gleichmäßigere Belastung der Schaufeln im Betrieb und ein günstiger Verlustbeiwert und Druckaufbau erzielt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Schaufelgitter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Schaufelreihe Schaufeln mit unterschiedlichen Profilen aufweist.
In Abhängigkeit von der Position jeder Schaufel in der Schaufelreihe wird ein optimiertes Profil ausgewählt. Hierdurch werden die Belastung der einzelnen Schaufeln minimiert und gleichzeitig der Verlustbeiwert und Druckaufbau optimiert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Vorteilhaft weisen die Schaufeln eine unterschiedliche Krümmung, Dicke und/oder einen unterschiedlichen Anstellwinkel auf. Durch eine Variation eines oder mehrerer dieser Kriterien kann jede Schaufel mit einem individuell angepaßten Profil versehen werden.
In vorteilhafter Weiterbildung sind zwei unterschiedliche Profile für die Schaufeln vorgesehen. Durch die Verwendung von zwei unterschiedlichen Profilen wird der konstruktive Mehraufwand im Vergleich zu konventionellen Schaufelgittern gering gehalten. Die gewünschte Minimierung der Belastung und Optimierung von Verlustbeiwert und Druckaufbau wird dennoch erreicht.
Vorteilhaft ist die Anzahl der Schaufeln in der zweiten Schaufelreihe größer ist als die Anzahl der Schaufeln in der ersten Schaufelreihe. Dies ermöglicht eine aerodynamisch höhere Belastung der zweiten Schaufelreihe.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist die Anzahl der Schaufeln in der zweiten Schaufelreihe doppelt so groß ist wie die Anzahl der Schaufeln in der ersten Schaufelreihe.
Nach einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung ist die Anzahl der Schaufeln in der zweiten Schaufelreihe ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Schaufeln in der ersten Schaufelreihe, und die Anzahl der unterschiedlichen Profile in der zweiten Schaufelreihe entspricht diesem ganzzahligen Vielfachen. Hierdurch wird eine gleichmäßige Abfolge der Schaufeln mit unterschiedlichen Profilen in der zweiten Schaufelreihe gegenüber den Schaufeln der ersten Schaufelreihe erreicht. Die aerodynamische Belastbarkeit der zweiten Schaufelreihe wird entsprechend erhöht, und der Verlustbeiwert und Druckaufbau werden optimiert.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist die zweite Schaufelreihe eine ungleichmäßige Teilung der Schaufeln auf. Zusammen mit den unterschiedlichen Profilen der Schaufeln in der zweiten Schaufelreihe ermöglicht die ungleichmäßige Teilung eine weitere Verbesserung von Verlustbeiwert und Druckaufbau sowie eine Verringerung der Belastung.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, das in schematischer Weise in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei zeigt:
Figur 1
einen Längsschnitt durch eine Strömungsmaschine; und
Figur 2
eine schematische Darstellung eines Tandem-Schaufelgitters.
In Figur 1 ist schematisch eine Strömungsmaschine am Beispiel eines Verdichters 10 dargestellt. Dieses Beispiel ist keinesfalls einschränkend zu verstehen. Der Verdichter 10 umfaßt ein Gehäuse 11 und einen Rotor 12 sowie Laufschaufeln 13 und Leitschaufeln 14. Sie wird in Strömungsrichtung 15 von einem Arbeitsmedium, insbesondere einem heißen Gas oder Dampf durchströmt.
Sowohl die Laufschaufeln 13 als auch die Leitschaufeln 14 weisen jeweils zwei Schaufelreihen 21, 22 auf. Die Längen der Schaufelreihen 21, 22 sind unterschiedlich.
Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Schaufelgitter 20, das sowohl auf einer Laufschaufel 13 als auch auf einer Leitschaufel 14 angeordnet werden kann. Das Schaufelgitter 20 umfaßt die beiden Schaufelreihen 21, 22, die jeweils eine Reihe von Schaufeln 23, 24, 25 aufweisen. Die Schaufeln 23 der ersten Schaufelreihe sind identisch und weisen eine Teilung S auf. Demgegenüber sind in der zweiten Schaufelreihe 22 zwei Schaufeln 24, 25 mit unterschiedlichen Profilen vorgesehen. Die Außenseite 26 der Schaufel 24 ist hierbei anders gekrümmt als die der Schaufel 25. Entsprechend weist die Schaufel 24 eine größere Dicke als die Schaufel 25 auf. Die beiden Schaufeln 24, 25 weisen weiter unterschiedliche Anstellwinkel α_1, α_2 gegenüber der Strömungsrichtung 15 auf. Durch eine geeignete Wahl der Krümmung, der Dicke und des Anstellwinkels α können die Schaufeln 24, 25 bezüglich aerodynamischer Belastung, Verlustbeiwert und Druckanstieg optimiert werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in der zweiten Schaufelreihe 22 mehr Schaufeln 24, 25 als in der ersten Schaufelreihe 21 vorgesehen. Die Anzahl der Schaufeln 24, 25 ist doppelt so groß wie die Anzahl der Schaufeln 23. Weiter weisen die Schaufeln 24, 25 eine unregelmäßige Teilung auf. Die Gesamtteilung S der zweiten Schaufelreihe 22 entspricht allerdings der der ersten Schaufelreihe 21. Durch die ungleichmäßige Teilung der Schaufeln 24, 25 zusammen mit den unterschiedlichen Profilen wird eine weitgehende Optimierung der zweiten Schaufelreihe 22 erreicht.
Es ist ebenfalls möglich, die Anzahl der Schaufeln 24, 25 der zweiten Schaufelreihe 22 dreimal oder viermal so groß zu wählen wie die Anzahl der Schaufeln 23 der ersten Schaufelreihe 21. Immer dann, wenn die Anzahl der Schaufeln 24, 25 in der zweiten Schaufelreihe ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Schaufeln 23 in der ersten Schaufelreihe beträgt, werden entsprechend viele unterschiedliche Profile in der zweiten Schaufelreihe 22 verwendet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei unterschiedliche Profile verwendet, da die Zahl der Schaufeln 24, 25 in der zweiten Schaufelreihe 22 doppelt so groß ist wie die Anzahl der Schaufeln 23 in der ersten Schaufelreihe 21. Die beiden Schaufelreihen 21, 22 stehen relativ zueinander still. Für jede Position einer Schaufel 24, 25 in der zweiten Schaufelreihe 22 kann daher ein optimales Profil bereitgestellt werden. Entsprechend der Teilung S der ersten Schaufelreihe 21 und der zweiten Schaufelreihe 22 wird dieses Profil entlang des Umfangs der Laufschaufeln 13 sowie der Leitschaufeln 14 eingesetzt.
Die erfindungsgemäßen vorgesehenen Schaufeln 24, 25 der zweiten Schaufelreihe 22 verringern die Belastung und verbessern Verlustbeiwert und Druckaufbau. Eine Überdimensionierung einzelner Schaufeln 24, 25 wird durch Optimieren des jeweils vorgesehenen Profils verhindert.
1. Schaufelgitter für eine Strömungsmaschine (10), insbesondere Tandem-Schaufelgitter für einen Verdichter, mit mindestens einer Schaufelreihe (22), die eine Anzahl von Schaufeln (24; 25) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelreihe (22) Schaufeln (24, 25) mit unterschiedlichen Profilen aufweist.
2. Schaufelgitter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (24, 25) eine unterschiedliche Krümmung, Dicke und/oder einen unterschiedlichen Anstellwinkel (a) aufweisen.
3. Schaufelgitter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei unterschiedliche Profile für die Schaufeln (24, 25) vorgesehen sind.
4. Schaufelgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelgitter (20) zwei hintereinander angeordnete Schaufelreihen (21, 22) aufweist, und die Schaufeln (24, 25) mit unterschiedlichen Profilen in der zweiten Schaufelreihe (22) angeordnet sind.
5. Schaufelgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schaufeln (24, 25) in der zweiten Schaufelreihe (22) größer ist als die Anzahl der Schaufeln (23) in der ersten Schaufelreihe (21).
6. Schaufelgitter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schaufeln (24, 25) in der zweiten Schaufelreihe (22) doppelt so groß ist wie die Anzahl der Schaufeln (23) in der ersten Schaufelreihe (21).
7. Schaufelgitter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schaufeln (24, 25) in der zweiten Schaufelreihe (22) ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Schaufeln (23) in der ersten Schaufelreihe (21) ist und die Anzahl der unterschiedlichen Profile in der zweiten Schaufelreihe (22) diesem ganzzahligen Vielfachen entspricht.
8. Schaufelgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaufelreihe (22) eine ungleichmäßige Teilung der Schaufeln (24, 25) aufweist.