AXIALE STRÖMUNGSMASCHINE MIT ASYMMETRISCHEM VERDICHTEREINTRITTSLEITGITTER

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass und einem dem Lufteinlass unmittelbar nachgeordnetem Verdichter mit einem aus Leitschaufeln gebildetem Eintrittsleitgitter.

[0002] Derartige axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass kommen beispielsweise bei Kerntriebwerken von Turboprop- oder Hubschraubertriebwerken vor. Als Folge der unsymmetrischen Anströmung können sich Anströmungsprobleme der ersten Verdichterstufe ergeben, die zu einem teilweisen Ablösen der Strömung an dieser Schaufelstufe mit daraus resultierendem Pumpen und Wirkungsgradverlust führen kann.

[0003] Für stationäre Gasturbinen lehrt die EP 1 508 669 A1, dass durch Ausbildung unterschiedlicher Profilkrümmungen von mindestens zwei Vorleitschaufeln der Wirkungsgrad einer stationären Gasturbine erhöht werden kann. Die Wirkungsgraderhöhung wird durch eine Verringerung der Strömungsverluste am Eintrittsleitgitter erreicht.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Lösungen des Standes der Technik zu vermeiden und eine verbesserte Lösung zur Erhöhung der Stabilität einer axialen Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass zur Verfügung zu stellen.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass und einem dem Lufteinlass nachgeordnetem Verdichter mit einem aus Leitschaufeln gebildetem Eintrittsleitgitter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0006] Erfindungsgemäß ist eine axiale Strömungsmaschine mit asymmetrischem Lufteinlass und einem dem Lufteinlass nachgeordnetem Verdichter mit einem aus Leitschaufeln gebildetem Eintrittsleitgitter vorgesehen, bei welcher zumindest einzelne Leitschaufeln des Eintrittsleitgitters ein von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder einen abweichenden Anstellwinkel aufweisen. Hierdurch wird der Eintrittsströmungswinkel der ersten Verdichterstufe umfangssymmetrisch vergleichmäßigt. Dies erfolgt dadurch, dass die durch die Asymmetrie des Lufteinlasses verursachten unterschiedlichen Eintrittswinkel an verschiedenen Umfangspositionen des Eintrittsleitgitters durch gezielte Profilierung und/oder gezielte Veränderung des Anströmwinkels einzelner Leitschaufeln derart beeinflusst wird, dass hieraus ein umfangssymmetrischer Abströmwinkel aus dem Eintrittsleitkranz resultiert. Dadurch werden die durch den asymmetrischen Lufteinlass verursachten Umfangsstörungen minimiert und damit der ersten Verdichterstufe weitgehend umfangssymmetrische Eintrittsbedingungen weitergegeben, was zu einer verbesserten Stabilität und einem verbesserten Wirkungsgrad des Verdichters führt. Beispielsweise kann es in dem Leitgitter eine Leitschaufel-Hauptgruppe geben, die nur einige Einzelschaufeln aufweist, die sich von der Gruppe unterscheiden.

[0007] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass einzelne oder mehrere der auf das Eintrittsleitgitter folgenden Leitgitter zumindest einzelne Leitschaufeln mit einem von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder einen abweichenden Anstellwinkel aufweisen. Durch die asymmetrische Profilierung der auf das Eintrittsleitgitter folgenden Zwischenleitgitter können ggf. noch vorhandene Restasymmetrien der Strömung nach der ersten Stufe weiter abgebaut werden.

[0008] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass einzelne Leitschaufelgruppen ein von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder Anstellwinkel aufweisen. Dies ermöglicht eine rationelle Fertigung und entsprechende Kosteneinsparungen. Beispielsweise können die Leitschaufeln in mehreren Gruppen unterschiedlicher Geometrie angeordnet sein.

[0009] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Leitschaufeln der jeweiligen Leitschaufelgruppen voneinander abweichende Schaufelprofile und/oder Anstellwinkel aufweisen.

[0010] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass alle Leitschaufeln unterschiedlich profiliert sind und/oder einen unterschiedlichen Anstellwinkel aufweisen. D.h. hier kann eine gezielte Profilierung jeder einzelnen Schaufel oder eine Umstaffelung der einzelnen Schaufeln erfolgen und dadurch eine Anpassung an die asymmetrische Anströmung vorgenommen werden

[0011] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Leitschaufeln verstellbar ausgebildet sind. Durch eine unterschiedliche Verstellung von zumindest einzelnen Schaufeln oder Schaufelgruppen kann ebenfalls der gewünschte Effekt erzielt werden, da hierdurch quasi eine gezielte Umstaffelung einzelner Schaufeln erfolgen kann. Dies hat weiterhin der Vorteil, dass bei veränderten Strömungsverhältnissen die individuelle Ausrichtung des Leitgitters nachgefahren werden kann.

[0012] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Leitschaufeln eintrittsseitig aus einem feststehenden Teil und austrittsseitig aus einem schwenkbaren Teil gebildet sind. Hierdurch lassen sich auch individuell verschiedene Profilierungen einzelner Schaufeln des Leitschaufelgitters erstellen, wenn die entsprechende Verstellung für einzelne oder alle Schaufeln individuell verschieden erfolgt.

[0013] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass für einzelne oder alle Leitschaufeln jeweils eine individuelle Regelung vorgesehen ist. Dies ermöglicht ein individuelles Nachfahren jeder einzelnen Schaufel bei veränderten Strömungsbedingungen.

[0014] Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1

einen schematischen Darstellung eines Eintrittsleitgitters gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2

ein schematischer Darstellung eines Eintrittsleitgitters vom Stand der Technik;

[0015] Figur 1 zeigt einen schematischen Darstellung eines abgewickelten Eintrittsleitgitters gemäß der vorliegenden Erfindung mit Multiprofilen, d.h. individueller Profilierung jeder einzelnen Schaufel des Eintrittsleitgitters. Dadurch sind die Schaufeln an den variablen umfangsunsymmetrischen Anströmwinkel des Eintrittsleitgitters angepasst. Diese unsymmetrische Anströmung wird durch den asymmetrischen Lufteinlass verursacht. Durch das erfindungsgemäße Eintrittsleitgitter wird über den ganzen Umfang ein konstanter Abströmwinkel erzeugt und der ersten Verdichterstufe weitgehend umfangssymmetrische Eintrittsbedingungen weitergegeben. Dies führt zu einer verbesserten Stabilität und einem verbesserten Wirkungsgrad des Verdichters.

[0016] Figur 2 zeigt ein schematischer Darstellung eines abgewickelten Eintrittsleitgitters vom Stand der Technik mit umfangsunsymmetrischer Anströmung, die durch einen asymmetrischen Lufteinlass verursacht wird. Hier weisen die in der Zeichnungsebene äußerste linke und äußerste rechte Leitschaufel Ablösungen auf, die sich in den nachfolgenden Verdichterstufen fortsetzen und zu instabilem Verdichterverhalten, d.h. zu Pumpen führen. Ferner lässt sich aus Figur 2 entnehmen, dass der Abströmwinkel in diesem Fall nicht über den Umfang konstant ist, sondern sich an jeder Leitschaufel ändert, was ebenfalls zu instabilem Verdichterverhalten und Wirkungsgradverlusten führen kann.

[0017] Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der in den Patentansprüchen beanspruchten Lösung auch bei anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Ansprüche

1. Turboprop- oder Hubschraubertriebwerk mit asymmetrischem Lufteinlass und einem dem Lufteinlass nachgeordnetem Verdichter mit einem aus Leitschaufeln gebildetem Eintrittsleitgitter,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest einzelne Leitschaufeln des Eintrittsleitgitters ein von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder einen abweichenden Anstellwinkel aufweisen; so dass durch das Eintrittsleitgitter über den ganzen Umfang ein konstanter Abströmwinkel erzeugt wird.

2. Turboprop- oder Hubschraubertriebwerk nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder mehrere der auf das Eintrittsleitgitter folgenden Leitgitter zumindest einzelne Leitschaufeln mit einem von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder einen abweichenden Anstellwinkel aufweisen.

3. Turboprop- oder Hubschraubertriebwerk nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Leitschaufelgruppen ein von den übrigen Leitschaufeln abweichendes Schaufelprofil und/oder Anstellwinkel aufweisen.

4. Turboprop- oder Hubschraubertriebwerk nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln der jeweiligen Leitschaufelgruppen voneinander abweichende Schaufelprofile und/oder Anstellwinkel aufweisen.

5. Turboprop- oder Hubschraubertriebwerk nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Leitschaufeln unterschiedlich profiliert sind und/oder einen unterschiedlichen Anstellwinkel aufweisen.

6. Turboprop- oder Hubschraubertriebwerk nach Patentanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln verstellbar ausgebildet sind.

7. Turboprop- oder Hubschraubertriebwerk nach Patentanspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln eintrittsseitig aus einem feststehenden Teil und austrittsseitig aus einem schwenkbaren Teil gebildet sind.

8. Turboprop- oder Hubschraubertriebwerk nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für einzelne oder alle Leitschaufeln jeweils eine individuelle Regelung vorgesehen ist.

Claims

1. Turboprop engine or helicopter engine comprising an asymmetrical air intake and a compressor arranged downstream of the air intake, which compressor has an inlet guide baffle formed of guide vanes, characterized in that at least some guide vanes of the inlet guide baffle have a different vane profile and/or a different angle of attack from the rest of the guide vanes, such that a constant outflow angle is created by the inlet guide baffle over the entire circumference.

2. Turboprop engine or helicopter engine according to claim 1, characterized in that single or multiple guide baffles following the inlet guide baffle comprise at least some guide vanes that have a different vane profile and/or a different angle of attack from the rest of the guide vanes.

3. Turboprop engine or helicopter engine according to either claim 1 or claim 2, characterized in that some guide vane groups have a different vane profile and/or a different angle of attack from the rest of the guide vanes.

4. Turboprop engine or helicopter engine according to claim 3, characterized in that the guide vanes in each guide vane group have different vane profiles and/or different angles of attack from one another.

5. Turboprop engine or helicopter engine according to any of claims 1 to 4, characterized in that all the guide vanes have different profiles and/or a different angle of attack.

6. Turboprop engine or helicopter engine according to any of claims 1 to 5, characterized in that the guide vanes are designed to be adjustable.

7. Turboprop engine or helicopter engine according to any of claims 1 to 6, characterized in that the guide vanes are formed of a stationary part on the inlet side and a pivotable part on the outlet side.

8. Turboprop engine or helicopter engine according to either claim 6 or claim 7, characterized in that an individual control system is provided for some or all of the guide vanes.

Revendications

1. Moteur à turbopropulsion ou d'hélicoptère comportant une entrée d'air asymétrique et un compresseur en aval de l'entrée d'air, comportant une grille de guidage d'entrée formée de pales directrices, caractérisé en ce qu'au moins certaines pales directrices de la grille de guidage d'entrée présentent un profil de pale différent des autres pales directrices et/ou un angle d'attaque ; de telle sorte qu'un angle de fuite constant est créé sur toute la surface de la grille de guidage d'entrée.

2. Moteur à turbopropulsion ou d'hélicoptère selon la revendication 1, caractérisé en ce que certaines des grilles de guidage suivant la grille de guidage d'entrée ou plusieurs d'entre elles présentent au moins certaines pales de guidage qui ont un profil de pale différent des autres pales de guidage et/ou un angle d'attaque différent.

3. Moteur à turbopropulsionn ou d'hélicoptère selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que certains groupes de pales de guidage présentent un profil de pale différent des autres pales de guidage et/ou un angle d'attaque différent.

4. Moteur à turbopropulsion ou d'hélicoptère selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pales directrices de chaque groupe de pales directrices présentent des profils de pale et/ou des angles d'attaque différents les uns des autres.

5. Moteur à turbopropulsion ou d'hélicoptère selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que toutes les pales directrices sont profilées différemment et/ou présentent un angle d'attaque différent.

6. Moteur à turbopropulsion ou d'hélicoptère selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les pales directrices sont conçues de manière réglable.

7. Moteur à turbopropulsion ou d'hélicoptère selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les pales directrices sont formées dans une partie fixe côté entrée et dans une partie pivotante côté sortie.

8. Moteur à turbopropulsion ou d'hélicoptère selon les revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'une régulation individuelle est prévue respectivement pour certaines ou l'ensemble des pales directrices.

Zeichnung