[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasturbinenverdichter sowie ein Flugtriebwerk
mit einem solchen Gasturbinenverdichter und ein Verfahren zum Auslegen eines solchen
Gasturbinenverdichters.
[0002] Aus der
US 2010/0014956 A1 ist ein Gasturbinenverdichter mit einer Gehäusestrukturierung ("casing treatment"
CT) bekannt. Dieses umfasst eine umlaufende oder unterbrochene Umfangsnut, die axial
im Bereich einer umlaufenden Schaufelspitze angeordnet ist und in der Ablenkmittel
in Form von Stegen angeordnet sind. In verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen
die Stege willkürliche radiale Rückschnitte auf.
[0003] Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gasturbinenverdichter
zu verbessern.
[0004] Diese Aufgabe wird durch einen Gasturbinenverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Ansprüche 15, 16 stellen ein Flugtriebwerk mit einem solchen Gasturbinenverdichter
bzw. ein Verfahren zum Auslegen eines solchen Gasturbinenverdichters unter Schutz.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0005] Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein, insbesondere axialer, Gasturbinenverdichter
eine oder mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Schaufeln mit, insbesondere
deckbandlosen, Schaufelspitzen und eine diesen radial gegenüberliegende Strömungskanalwandung
auf.
[0006] Der Gasturbinenverdichter ist in einer Ausführung ein Gasturbinenverdichter für ein
Flugtriebwerk bzw. eines Flugtriebwerks, er kann insbesondere ein in einer Gasturbine
stromaufwärts vor einem weiteren Gasturbinenverdichter angeordneter Niederdruckverdichter
oder ein stromabwärts nach einem weiteren Gasturbinenverdichter angeordneter Hochdruckverdichter
sein. Die Schaufeln sind in einer Ausführung an einem drehbar gelagerten Rotor angeordnete,
im Betrieb umlaufende Laufschaufeln, deren radial äußeren Schaufelspitzen die gehäusefeste
Strömungskanalwandung radial außen gegenüberliegt. In einer anderen Ausführung sind
die Schaufeln gehäusefeste Leitschaufeln, denen die im Betrieb umlaufende, drehbar
gelagerte Strömungskanalwandung radial innen gegenüberliegt.
[0007] In der Strömungskanalwandung ist eine Umfangsnut angeordnet. Diese weist in einer
Ausführung eine stromaufwärtige Nutflanke, die in einer stromaufwärtigen Nutkante
in die Strömungskanalwandung übergeht, eine stromabwärtige Nutflanke, die in einer
stromabwärtigen Nutkante in die Strömungskanalwandung übergeht, und einen diese Nutflanken
verbindenden Nutgrund auf. Eine Nutkante kann in einer Ausführung scharfkantig bzw.
eckig oder auch abgerundet sein bzw. einen Radius aufweisen, wobei dann für Maßangaben
dessen Mittelpunkt oder Schnittpunkt seiner beiden äußersten Tangenten die Nutkante
definieren kann.
[0008] In einer Ausführung weist die stromaufwärtige Nutflanke und/oder die stromabwärtige
Nutflanke eine axiale Hinterschneidung auf, deren Querschnittsfläche in einem Meridianschnitt
in einer Weiterbildung weniger als 10% einer Querschnittsfläche der Umfangsnut zwischen
ihrer stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante beträgt.
[0009] Ein Meridianschnitt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein ebener Schnitt, der
die Drehachse des Verdichters enthält. Eine axiale Hinterschneidung der stromaufwärtigen
Nutflanke ist ein Bereich dieser Nutflanke, der in axialer Richtung stromaufwärts
vor der stromaufwärtigen Nutkante angeordnet ist. Entsprechend ist eine axiale Hinterschneidung
der stromabwärtigen Nutflanke ein Bereich dieser Nutflanke, der in axialer Richtung
stromabwärts hinter der stromabwärtigen Nutkante angeordnet ist. Eine Querschnittsfläche
der Umfangsnut zwischen ihrer stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante ist entsprechend
die Fläche, die im Meridianschnitt vom Nutgrund, einer geraden Verbindungslinie zwischen
der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante und Senkrechten durch die stromaufwärtige
und stromabwärtige Nutkante begrenzt ist.
[0010] Die Umfangsnut erstreckt sich in einer Ausführung, insbesondere durchgehend bzw.
unterbrechungsfrei, über den vollen Umfang der Strömungskanalwandung bzw. über 360°.
Mit anderen Worten ist in einer Ausführung die stromaufwärtige und stromabwärtige
Nutkante jeweils eine durchgehende Kante, die sich unterbrechungsfrei über 360° erstreckt.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Herstellung und/oder Aerodynamik der Umfangsnut
verbessert werden.
[0011] In der Umfangsnut sind ein oder mehrere Stege angeordnet. Mehrere benachbarte, insbesondere
alle Stege, können in einer Ausführung gleichartig ausgebildet sein, insbesondere,
wenigstens im Wesentlichen, identische Abmessungen und Konturen aufweisen. Hierdurch
kann in einer Ausführung die Herstellung und/oder Aerodynamik der Umfangsnut verbessert
werden. Gleichermaßen können benachbarte Stege in einer Ausführung verschiedenartig
ausgebildet sein, insbesondere unterschiedliche Abmessungen und/oder Konturen aufweisen.
Hierdurch können in einer Ausführung gezielt Asymmetrien dargestellt oder kompensiert
werden. Drei oder mehr, insbesondere alle, Stege können in Umfangsrichtung äquidistant
beabstandet sein. Gleichermaßen können drei oder mehr, insbesondere alle, Stege in
Umfangsrichtung paarweise unterschiedliche Abstände voneinander aufweisen.
[0012] Ein oder mehrere, vorzugsweise alle Stege weisen einen radialen Rückschnitt auf.
Unter einem radialen Rückschnitt wird vorliegend insbesondere ein Leerraum zwischen
einer schaufelseitigen Stirnseite des Steges und deren Projektion in eine Referenzfläche
verstanden, die sich von der stromaufwärtigen Nutkante zu der stromabwärtigen Nutkante
erstreckt, wobei die Krümmung der Referenzfläche in den Meridianschnitten durch die
Stirnseite gleich Unendlich oder an der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante
gleich der Krümmung der Strömungskanalwandung und dazwischen in axialer Richtung stetig
linear ist. In einem Meridianschnitt wird als radialer Rückschnitt entsprechend die
freie Fläche zwischen einer schaufelspitzenseitigen Oberkante des Querschnitts des
Stegs und einer Referenzkurve verstanden, die sich von der stromaufwärtigen Nutkante
zu der stromabwärtigen Nutkante erstreckt, wobei die Krümmung der Referenzkurve gleich
Unendlich oder an der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante gleich der Krümmung
der Strömungskanalwandung und dazwischen in axialer Richtung stetig linear ist. Mit
anderen Worten wird unter einem radialen Rückschnitt in einer Ausführung der Leerraum
bzw. die freie Fläche zwischen der schaufelseitigen Stirnseite bzw. Oberkante des
Steges und einer virtuell über die Umfangsnut hinweg fortgesetzte Strömungskanalkontur
verstanden, wobei diese virtuell fortgesetzte Kontur eine gerade Verbindungsebene
bzw. -linie sein oder die Nutkanten mit einer Krümmung verbinden kann, die an den
Nutkanten der Krümmung der Strömungskanalkontur entspricht und dazwischen linear interpoliert.
[0013] Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bzw. wird, insbesondere in einem
oder mehreren, vorzugsweise allen, Meridianschnitten durch die schaufelspitzenseitige
Stirnseite des Steges, ein stromaufwärtiger Anfang des Rückschnitts axial stromabwärts
von der stromaufwärtigen Nutkante zwischen dieser Nutkante und der stromaufwärtigen
Vorderkante der Schaufelspitze und ein stromabwärtiges Ende des Rückschnitts in einer
schaufelspitzennäheren Hälfte einer radialen Höhe der Umfangsnut angeordnet.
[0014] Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass ein erfindungsgemäßer Rückschnitt,
der stromabwärts nach der stromaufwärtigen Nutkante und stromaufwärts vor der stromaufwärtigen
Vorderkante der Schaufelspitze beginnt und in der schaufelspitzennäheren Hälfte der
Umfangsnut endet, in einer Ausführung die Vorteile der Gehäusestrukturierung im Nicht-Ausglegungsbetrieb
("Off-Design"), wenigstens im Wesentlichen, beibehalten werden, während gleichzeitig
im Auslegungsbetrieb bzw. unter Nennbetriebsbedingungen ungewollte Strömungsphänomene
reduziert werden können.
[0015] Unter einem stromaufwärtigen Anfang des Rückschnitts wird in einer Ausführung diejenige
Axialposition verstanden, ab der die schaufelseitigen Stirnseite bzw. Oberkante des
Steges von der virtuell fortgesetzten Strömungskanalkontur bzw. der Referenzfläche
bzw. -kurve von der Schaufelspitze weg zum Nutgrund hin abweicht. In einer anderen
Ausführung wird unter einem stromaufwärtigen Anfang des Rückschnitts diejenige Axialposition
verstanden, ab der die schaufelseitige Stirnseite bzw. Oberkante des Steges von der
geraden Referenzfläche bzw. -kurve in radialer Richtung zum Nutgrund hin um wenigstens
1%, insbesondere wenigstens 5% eines maximalen radialen Abstandes zwischen einer schaufelspitzennäheren
Nutkante und dem Nutgrund abweicht.
[0016] Der stromaufwärtige Anfang des Rückschnitts ist nach dem vorstehenden Aspekt axial
stromabwärts nach der stromaufwärtigen Nutkante und stromaufwärts vor der stromaufwärtigen
Vorderkante der Schaufelspitze angeordnet. Bis zum Anfang des Rückschnitts setzt die
schaufelseitige Stirnseite (bzw. in einem oder mehreren, vorzugsweise allen, Meridianschnitten
durch die schaufelspitzenseitige Stirnseite des Steges die Oberkante) des Steges in
einer Ausführung die Strömungskanalkontur mit stetiger Krümmung bzw. ohne sprunghafte
Änderung der Krümmung fort.
[0017] Unter einem stromabwärtigen Ende des Rückschnitts wird entsprechend in einer Ausführung
diejenige Axialposition verstanden, an der die schaufelseitige Stirnseite bzw. Oberkante
des Steges wieder in die Referenzfläche bzw. -kurve oder in die stromabwärtige Nutflanke
mündet. In einer anderen Ausführung wird unter einem stromabwärtigen Ende des Rückschnitts
diejenige Axialposition verstanden, ab der die schaufelseitige Stirnseite bzw. Oberkante
des Steges von der geraden Referenzfläche bzw. -kurve zum Nutgrund hin in radialer
Richtung wieder um weniger als 5%, insbesondere weniger als 1% des maximalen radialen
Abstandes zwischen der schaufelspitzennäheren Nutkante und dem Nutgrund abweicht.
[0018] Das stromabwärtige Ende des Rückschnitts ist nach dem vorstehenden Aspekt in einer
schaufelspitzennäheren Hälfte einer radialen Höhe der Umfangsnut angeordnet. Unter
einer radialen Höhe der Umfangsnut wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere
ein maximaler Abstand zwischen dem Nutgrund und der Referenzfläche bzw. -kurve, insbesondere
also ein maximaler Abstand zwischen dem Nutgrund und der schaufelspitzennäheren Nutkante,
in radialer Richtung oder einer Richtung senkrecht zur Verbindungslinie der stromaufwärtigen
und stromabwärtigen Nutkante verstanden, wobei auch ein solcher Abstand senkrecht
zur Verbindungslinie verallgemeinernd als radiale Höhe der Umfangsnut bezeichnet wird.
[0019] In einer Ausführung endet der radiale Rückschnitt in der Referenzfläche bzw. -kurve,
in einer Weiterbildung axial stromaufwärts vor oder stromabwärts hinter der stromaufwärtigen
Vorderkante der Schaufelspitze. Bis zum Ende des Rückschnitts setzt die schaufelseitige
Stirnseite (bzw. in einem oder mehreren, vorzugsweise allen, Meridianschnitten durch
die schaufelspitzenseitige Stirnseite des Steges die Oberkante) des Steges in einer
Ausführung die Strömungskanalkontur mit stetiger Krümmung bzw. ohne abrupte Änderung
der Krümmung von der stromabwärtigen Nutkante stromaufwärts fort.
[0020] In einer anderen Ausführung endet der radiale Rückschnitt in der radial oberen Hälfte
der stromabwärtigen Nutflanke, der Steg ist ab dem Anfang des Rückschnitts durchgehend
radial rückgeschnitten. Als radial obere Hälfte wird verallgemeinernd der Teil der
stromabwärtigen Nutflanke bezeichnet, der sich in radialer Richtung oder einer Richtung
senkrecht zur Verbindungslinie der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante über
50% des maximalen Abstandes der stromabwärtigen Nutkante vom Nutgrund in dieser Richtung
erstreckt.
[0021] In einer Ausführung mündet der Steg in der stromaufwärtigen und/oder der stromabwärtigen
Nutflanke der Umfangsnut, er kann sich somit insbesondere axial durch die Nut hindurch
bzw. deren maximale axiale Länge erstrecken.
[0022] Dann kann, wie vorstehend bereits ausgeführt, in einem oder mehreren, insbesondere
allen Meridianschnitten durch die schaufelspitzenseitige Stirnseite des Steges eine
schaufelspitzenseitige Oberkante des Stegs an der stromaufwärtigen Nutkante dieselbe
Krümmung aufweisen wie die Strömmugskanalkontur, d.h. an der stromaufwärtigen Nutkante
eine stetige Krümmung aufweisen, und diese bis zum Anfang des Rückschnitts stetig
fortsetzen.
[0023] In einer Abwicklung kann der Steg gerade oder gekrümmt sein bzw. verlaufen. Insbesondere
kann in einer Ausführung die schaufelseitige Stirnseite des Steges, wenigstens im
Wesentlichen, axial in die stromaufwärtige Nutkante münden. Zusätzlich oder alternativ
kann die schaufelseitige Stirnseite in oder entgegen einer Drehrichtung der Schaufelspitze
gekrümmt in die stromabwärtige Nutflanke münden. Vorzugsweise ist die Fläche des Rückschnitts
in wenigstens einem Meridianschnitt auf höchstens 30%, insbesondere höchstens 25%
der Querschnittsfläche der Umfangsnut limitiert. Entsprechend weist in einer Ausführung
der Steg in einem oder mehreren, insbesondere allen Meridianschnitten durch die schaufelspitzenseitige
Stirnseite des Steges eine Querschnittsfläche auf, die wenigstens 70%, insbesondere
wenigstens 75%, der Querschnittsfläche der Umfangsnut in diesem Meridianschnitt beträgt.
Eine Querschnittsfläche der Umfangsnut ist entsprechend der vorstehend erläuterten
Definition die Fläche, die im Meridianschnitt vom Nutgrund, den Nutflanken und einer
geraden Verbindungslinie zwischen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante
begrenzt ist.
[0024] In einer Ausführung schließt die Umfangsnut in einem oder mehreren, insbesondere
allen Meridianschnitten durch die schaufelspitzenseitige Stirnseite des Steges an
der stromaufwärtigen Nutkante mit der Strömungskanalwandung einen Winkel ein, der
zwischen 60° und 90° beträgt. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhafte axiale
Hinterschneidung dargestellt werden.
[0025] In einer Ausführung ist ein axialer Abstand zwischen der stromaufwärtigen Nutkante
und der hiervon stromabwärts angeordneten Vorderkante der Schaufelspitze größer als
ein axialer Abstand zwischen der stromabwärtigen Nutkante und der hiervon stromaufwärts
angeordneten Vorderkante der Schaufelspitze. Mit anderen Worten ist die Vorderkante
der Schaufelspitze zwischen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante und
näher bei der stromabwärtigen Nutkante angeordnet.
[0026] In einer Ausführung beträgt ein axialer Abstand zwischen der stromaufwärtigen und
der stromabwärtigen Nutkante wenigstens 25% eines axialen Abstands zwischen der stromaufwärtigen
Vorderkante und einer stromabwärtigen Hinterkante der Schaufelspitze.
[0027] In einem Schnitt senkrecht zu einer Drehachse des Verdichters kann der Steg gerade
oder gekrümmt sein, wobei er bzw. seine Tangenten radial verlaufen oder gegen die
radiale Richtung geneigt sein können. Entsprechend ist in einer Ausführung in einem
oder mehreren, insbesondere allen Schnitten senkrecht zur Drehachse des Verdichters
durch die schaufelspitzenseitige Stirnseite des Steges der Steg zum Nutgrund der Umfangsnut
hin in Drehrichtung der Schaufelspitze geneigt, insbesondere um wenigstens 25° und/oder
höchstens 65° gegen die radiale Richtung.
[0028] Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu
zeigt, teilweise schematisiert, die einzige:
- Fig. 1
- einen Teil eines Gasturbinenverdichters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung
in einem Meridianschnitt.
[0029] Fig. 1 zeigt in einem Meridianschnitt einen Teil eines Gasturbinenverdichters nach
einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bzw. eines nach einer Ausführung der vorliegenden
Erfindung ausgelegten Gasturbinenverdichters. Der Meridianschnitt enthält die Drehachse
des Verdichters (horizontal in Fig. 1), die in Fig. 1 vertikale Richtung ist eine
radiale Richtung.
[0030] Der Gasturbinenverdichter weist in Umfangsrichtung (senkrecht zur Zeichenebene der
Fig. 1) nebeneinander angeordnete Laufschaufeln mit deckbandlosen Schaufelspitzen,
von denen im Meridianschnitt der Fig. 1 eine Laufschaufelspitze 10 teilweise dargestellt
ist, und eine diesen radial außen gegenüberliegende gehäusefeste Strömungskanalwandung
20 auf.
[0031] In der Strömungskanalwandung ist eine Umfangsnut angeordnet, die eine stromaufwärtige
Nutflanke 31, die in einer stromaufwärtigen Nutkante 21 in die Strömungskanalwandung
übergeht, eine stromabwärtige Nutflanke 32, die in einer stromabwärtigen Nutkante
22 in die Strömungskanalwandung übergeht, und einen diese Nutflanken verbindenden
Nutgrund 33 aufweist.
[0032] Die stromaufwärtige Nutflanke weist eine axiale Hinterschneidung auf, deren Querschnittsfläche
in dem Meridianschnitt weniger als 10% einer Querschnittsfläche der Umfangsnut zwischen
ihrer stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante beträgt. Diese Querschnittsfläche
der Umfangsnut zwischen ihrer stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante ist die
Fläche, die im Meridianschnitt der Fig. 1 vom Nutgrund, einer geraden Verbindungslinie
24 zwischen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante und Senkrechten durch
die stromaufwärtige und stromabwärtige Nutkante begrenzt ist, die in Fig. 1 strichpunktiert
angedeutet sind, die Querschnittsfläche der Hinterschneidung entsprechend die Fläche
zwischen der stromaufwärtigen Nutflanke 31 und der in Fig. 1 linken strichpunktierten
Senkrechten auf die Verbindungslinie 24 .
[0033] In der Umfangsnut sind mehrere Stege in Umfangsrichtung (senkrecht auf der Zeichenebene
der Fig. 1) beabstandet angeordnet, von denen in dem Meridianschnitt der Fig. 1 ein
Steg 40 geschnitten dargestellt ist.
[0034] Mit 24 ist in Fig. 1, wie vorstehend bereits erläutert, eine gerade Verbindungslinie
24 zwischen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante 21, 22 bezeichnet. Diese
stellt somit eine Referenzkurve dar, die sich von der stromaufwärtigen Nutkante zu
der stromabwärtigen Nutkante erstreckt, wobei ihre Krümmung gleich Unendlich ist.
[0035] Mit 23 ist in Fig. 1 eine andere Referenzkurve bezeichnet, die sich ebenfalls von
der stromaufwärtigen Nutkante zu der stromabwärtigen Nutkante erstreckt, wobei die
Krümmung dieser Referenzkurve an der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante
jeweils gleich der Krümmung der Strömungskanalwandung und dazwischen in axialer Richtung
stetig linear ist, d.h. die Krümmung der Strömungskanalwandung 20 zwischen den Nutkanten
21, 22 linear interpoliert. Diese Referenzkurve 23 setzt die Strömungskanalkontur
20 somit virtuell über die Umfangsnut hinweg fort.
[0036] Die Referenzkurven 23, 24 stellen jeweils eine sich in Umfansgrichtung erstreckende
entsprechende Referenzfläche 23, 24 in dem Meridianschnitt der Fig. 1 durch eine schaufelspitzenseitige
Stirnfläche bzw. Oberkante 43 des Steges 40 dar.
[0037] Wie im Meridianschnitt der Fig. 1 erkennbar, weicht die schaufelspitzenseitige Stirnfläche
bzw. Oberkante 43 von einem Punkt bzw. einer Umfangslinie 41 ab bis zu einem weiteren
Punkt bzw. einer weiteren Umfangslinie 42 von der Referenzkurve bzw. -fläche 23 bzw.
der virtuell fortgesetzten Strömungskanalkontur von der Schaufelspitze weg zum Nutgrund
hin radial (nach oben in Fig. 1) ab.
[0038] Ab dem Punkt bzw. der Umfangslinie 41 weicht die schaufelseitigen Stirnseite bzw.
Oberkante 43 zudem von der geraden Referenzfläche bzw. -kurve 24 zum Nutgrund hin
um wenigstens 1% eines maximalen radialen Abstandes zwischen der schaufelspitzennäheren
Nutkante 22 und dem Nutgrund 33 ab.
[0039] Der Punkt bzw. die Umfangslinie 41 definiert damit einen stromaufwärtigen Anfang
eines radialen Rückschnitts 44 des Steges.
[0040] Bis zu diesem Anfang 41 des Rückschnitts 44 setzt die schaufelseitige Stirnseite
bzw. Oberkante des Steges die Strömungskanalkontur 20 mit stetiger Krümmung fort.
[0041] Der Punkt bzw. die Umfangslinie 42 definiert ein stromabwärtiges Ende des radialen
Rückschnitts 44, an dem bzw. der die schaufelseitige Stirnseite bzw. Oberkante 43
des Steges in die stromabwärtige Nutflanke 32 mündet.
[0042] In einer nicht dargestellten Abwandlung mündet die schaufelseitige Stirnseite bzw.
Oberkante 43 des Steges hingegen wieder in die Referenzfläche bzw. -kurve 23. Dann
stellt der Punkt bzw. die Umfangslinie, an dem bzw. der die schaufelseitige Stirnseite
bzw. Oberkante 43 des Steges wieder in die Referenzfläche bzw. -kurve 23 mündet, oder
der Punkt bzw. die Umfangslinie, ab dem bzw. der die schaufelseitige Stirnseite bzw.
Oberkante des Steges von der geraden Referenzfläche bzw. -kurve 24 zum Nutgrund 33
hin wieder um weniger als 1% des maximalen radialen Abstandes zwischen der schaufelspitzennäheren
Nutkante 22 und dem Nutgrund 33 abweicht, das stromabwärtigen Ende des radialen Rückschnitts
dar.
[0043] In dieser nicht dargestellten Abwandlung kann die schaufelseitige Stirnseite bzw.
Oberkante des Steges die Strömungskanalkontur mit stetiger Krümmung von der stromabwärtigen
Nutkante 22 stromaufwärts (nach links in Fig. 1) bis zu diesem Ende des Rückschnitts
fortsetzen, wie dies analog für den Bereich zwischen der stromaufwärtigen Nutkante
21 und dem stromaufwärtigen Anfang 41 des Rückschnitts gezeigt bzw. erläutert ist.
[0044] Der Leerraum bzw. die freie Fläche zwischen der schaufelseitigen Stirnseite bzw.
Oberkante 43 des Steges und der Referenzfläche bzw. -kurve 23 definiert somit den
radialen Rückschnitt 44 mit seinem stromaufwärtigen Anfang 41 und seinem stromabwärtigen
Ende 42.
[0045] Wie im Meridianschnitt der Fig. 1 erkennbar, wird bzw. ist dieser stromaufwärtige
Anfang 41 des Rückschnitts 44 axial stromabwärts (rechts in Fig. 1) von der stromaufwärtigen
Nutkante 21 zwischen dieser Nutkante 21 und der stromaufwärtigen Vorderkante 11 der
Schaufelspitze 10 und das stromabwärtige Ende 42 des Rückschnitts 44 in einer schaufelspitzennäheren
Hälfte 34 einer radialen Höhe 35 der Umfangsnut angeordnet.
[0046] Dabei kann als radiale Höhe der maximale Abstand zwischen dem Nutgrund 33 und der
schaufelspitzennäheren Nutkante 22 in radialer Richtung (vertikal in Fig. 1) oder,
wie in Fig. 1 angedeutet, der maximale Abstand 35 zwischen dem Nutgrund 33 und der
schaufelspitzennäheren Nutkante 22 in einer Richtung senkrecht zur geraden Verbindungslinie
24 der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante definiert sein.
[0047] In der dargestellten Ausführung endet der radiale Rückschnitt in der radial oberen
Hälfte 34 der stromabwärtigen Nutflanke 32, der Steg ist ab dem Anfang 41 durchgehend
radial rückgeschnitten. Als radial obere Hälfte wird der Teil bzw. Bereich der stromabwärtigen
Nutflanke 32 bezeichnet, der sich in radialer Richtung oder der Richtung senkrecht
zur Verbindungslinie 24 der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante über 50%
des maximalen Abstandes der stromabwärtigen Nutkante 22 vom Nutgrund 33 in dieser
Richtung erstreckt.
[0048] In der Ausführung der Fig. 1 mündet der Steg 40 in der stromaufwärtigen und stromabwärtigen
Nutflanke 31, 32 der Umfangsnut, er erstreckt sich somit axial durch die Nut hindurch.
[0049] Wie vorstehend bereits ausgeführt, weist die schaufelspitzenseitige Stirnfläche bzw.
Oberkante des Stegs an der stromaufwärtigen Nutkante 21 dieselbe Krümmung auf wie
die Strömugskanalkontur 20 und setzt diese bis zum Anfang 41 des Rückschnitts 44 stetig
fort.
[0050] In der Ausführung der Fig. 1 weist der Steg 40 eine in Fig. 1 schraffiert angedeutete
Querschnittsfläche auf, die wenigstens 75% der Querschnittsfläche der Umfangsnut in
diesem Meridianschnitt beträgt, welche durch die Nutflanken 31, 32, den Nutgrund 33
und die Verbindungslinie 24 zwischen den beiden Nutkanten 21, 22 definiert ist.
[0051] In der Ausführung der Fig. 1 schließt die Umfangsnut an der stromaufwärtigen Nutkante
21 mit der Strömungskanalwandung 20 einen Winkel α ein, der zwischen 60° und 90° beträgt.
[0052] In der Ausführung der Fig. 1 ist ein axialer Abstand zwischen der stromaufwärtigen
Nutkante 21 und der hiervon stromabwärts (rechts in Fig. 1) angeordneten Vorderkante
11 der Schaufelspitze 10 größer als ein axialer Abstand zwischen der stromabwärtigen
Nutkante 22 und der hiervon stromaufwärts angeordneten Vorderkante 11.
[0053] In der Ausführung der Fig. 1 beträgt ein axialer Abstand zwischen der stromaufwärtigen
und der stromabwärtigen Nutkante 21, 22 wenigstens 25% eines axialen Abstands zwischen
der stromaufwärtigen Vorderkante 11 und einer stromabwärtigen Hinterkante (nicht dargestellt)
der Schaufelspitze 10.
[0054] Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden,
sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem
sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich
um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner
Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung
ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben,
wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung
der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich
zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen
ergibt.
Bezugszeichenliste
[0055]
- 10
- Schaufelspitze
- 11
- Vorderkante
- 20
- Strömungskanalkontur
- 21
- stromaufwärtige Nutkante
- 22
- stromabwärtige Nutkante
- 23
- Referenzfläche/-kurve
- 24
- gerade Referenzfläche/-kurve
- 31
- stromaufwärtige Nutflanke
- 32
- stromabwärtige Nutflanke
- 33
- Nutgrund
- 34
- schaufelspitzennähere Hälfte der Umfangsnut
- 35
- radiale Höhe der Umfangsnut
- 40
- Steg
- 41
- stromaufwärtiger Anfang des Rückschnitts
- 42
- stromabwärtiges Ende des Rückschnitts
- 43
- schaufelspitzenseitige Stirnseite/Oberkante
- 44
- Rückschnitt
- α
- Winkel
1. Gasturbinenverdichter, mit wenigstens einer Schaufelspitze (10) und einer dieser radial
gegenüberliegenden Strömungskanalwandung (20), in der eine Umfangsnut (31-33) angeordnet
ist, in der wenigstens ein Steg (40) angeordnet ist, der einen radialen Rückschnitt
(44) aufweist;
dadurch gekennzeichnet, dass
ein stromaufwärtiger Anfang (41) des Rückschnitts axial stromabwärts von einer stromaufwärtigen
Nutkante (21) zwischen dieser Nutkante und einer stromaufwärtigen Vorderkante (11)
der Schaufelspitze und ein stromabwärtiges Ende (42) des Rückschnitts in einer schaufelspitzennäheren
Hälfte (34) einer radialen Höhe (35) der Umfangsnut angeordnet ist.
2. Gasturbinenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg in einer stromaufwärtigen und/oder einer stromabwärtigen Nutflanke (31,
32) der Umfangsnut mündet.
3. Gasturbinenverdichter nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Meridianschnitt eine schaufelspitzenseitige Oberkante (43) des
Stegs an der stromaufwärtigen Nutkante, insbesondere bis zum Anfang des Rückschnitts,
eine stetige Krümmung aufweist.
4. Gasturbinenverdichter nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine schaufelseitige Stirnseite (43) des Steges, wenigstens im Wesentlichen, axial
in die stromaufwärtige Nutkante und/oder in oder entgegen einer Drehrichtung der Schaufelspitze
gekrümmt in die stromabwärtige Nutflanke mündet.
5. Gasturbinenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg in wenigstens einem Meridianschnitt eine Querschnittsfläche aufweist, die
wenigstens 70%, insbesondere wenigstens 75%, einer Querschnittsfläche der Umfangsnut
beträgt.
6. Gasturbinenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsnut sich über den vollen Umfang der Strömungskanalwandung erstreckt.
7. Gasturbinenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsnut in wenigstens einem Meridianschnitt an der stromaufwärtigen Nutkante
mit der Strömungskanalwandung einen Winkel (α) einschließt, der zwischen 60° und 90°
beträgt.
8. Gasturbinenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Abstand zwischen der stromaufwärtigen Nutkante und der hiervon stromabwärts
angeordneten Vorderkante der Schaufelspitze größer ist als ein axialer Abstand zwischen
der stromabwärtigen Nutkante und der hiervon stromaufwärts angeordneten Vorderkante
der Schaufelspitze.
9. Gasturbinenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Abstand zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Nutkante
wenigstens 25% eines axialen Abstands zwischen der stromaufwärtigen Vorderkante und
einer stromabwärtigen Hinterkante der Schaufelspitze beträgt.
10. Gasturbinenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg in wenigstens einem Schnitt senkrecht zu einer Drehachse des Verdichters
zu einem Nutgrund der Umfangsnut hin in Drehrichtung der Schaufelspitze geneigt ist,
insbesondere um wenigstens 25° und/oder höchstens 65° gegen eine radiale Richtung.
11. Gasturbinenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umfangsnut wenigstens drei gleich- oder verschiedenartige Stege in Umfangsrichtung
äquidistant oder mit unterschiedlichen Abständen voneinander angeordnet sind.
12. Gasturbinenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspitze eine radial äußere Schaufelspitze (11) einer Laufschaufel (10)
ist, der die Strömungskanalwandung radial außen gegenüberliegt.
13. Gasturbinenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspitze eine radial innere Schaufelspitze einer Leitschaufel ist, der
die Strömungskanalwandung radial innen gegenüberliegt.
14. Gasturbinenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine stromaufwärtige Nutflanke (31) und/oder eine stromabwärtige Nutflanke (32) der
Umfangsnut eine axiale Hinterschneidung aufweisen, deren Querschnittsfläche in einem
Meridianschnitt weniger als 10% einer Querschnittsfläche der Umfangsnut zwischen ihrer
stromaufwärtigen und stromabwärtigen Nutkante beträgt.
15. Flugtriebwerk mit einem Gasturbinenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
16. Verfahren zum Auslegen eines Gasturbinenverdichters nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromaufwärtiger Anfang (41) des Rückschnitts axial stromabwärts von einer stromaufwärtigen
Nutkante (21) zwischen dieser Nutkante und einer stromaufwärtigen Vorderkante (11)
der Schaufelspitze und ein stromabwärtiges Ende (42) des Rückschnitts in einer schaufelspitzennäheren
Hälfte (34) einer radialen Höhe (35) der Umfangsnut angeordnet wird.