Strömungsmaschine zum Verdichten oder Entspannen eines komprimierbaren Mediums

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsmaschine zum Verdichten oder Entspannen eines komprimierbaren Mediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs1. Eine solche Anordnung ist aus EP-AI-0 497 574 bekannt.

Stand der Technik

[0002] Strömungsmaschinen der vorstehend genannten Gattung sind als Rotationsmaschinen ausgebildet und weisen entlang ihrer Rotationsachse Laufschaufelelemente auf, deren freie Laufschaufelenden frei beweglich der Innenwand des Strömungsgehäuses gegenüber stehen. Im Falle von Rotationsmaschinen, die axial zur Rotorachse von dem zu verdichtenden Medium durchströmt werden, sind üblicherweise Leitschaufelbleche einseitig fest an der Innenwand des Gehäuses der Rotationsmaschine angebracht und stehen mit ihrem freien Ende entsprechenden Konturen an der Rotorwelle frei gegenüber. Ein wesentlicher Aspekt bei der Optimierung des Verdichtungswirkungsgrades oder des Turbinenwirkungsgrades derartiger Rotationsmaschinen ist die Reduzierung von Leckageströmen, d.h. von Strömungsanteilen, des die Rotationsmaschine durchströmenden komprimierbaren Mediums, die zwischen den Laufschaufelenden bzw. Leitschaufelenden und den diesen gegenüberliegenden Konturen hindurchtreten. Zur Reduzierung bzw. Vermeidung derartiger Leckageströme werden sogenannte Labyrinthdichtungen eingesetzt, die aus einer Vielzahl ineinandergreifender Konturen bestehen, die nahezu gasdicht die Zwischenräume zwischen den rotierenden Teilen und den feststehenden Gehäuseteilen nebst Leitschaufel abzudichten vermögen. So kann der Lekagestrom bei Verwendung von Labyrinthdichtungen erheblich reduziert werden, indem die Labyrinthdichtungen selbst mit einer Vielzahl einzelner Dichtlippen versehen werden, doch haftet dieser Dichtungsform der Nachteil an, daß je mehr Labyrinthdichtungen im Inneren einer Rotationsmaschine vorgesehen sind und diese aus einer Vielzahl einzelner Dichtlippen bestehen, um so größer werden die Reibungskräfte, die bspw. auf die rotierenden Laufschaufeln peripher von außen einwirken, wodurch die mechanische Belastung der rotierenden Teile innerhalb einer Rotationsmaschine erhöht wird. Ausserdem ist es nur selten möglich, eine für eine hohe Dichtungswirkung ausreichende Zahl von Labyrinthelementen unterzubringen.

[0003] Eine andere Lösung zur Reduzierung von Leckageströmen ist bei Radialverdichteranordnungen beschritten worden, der in Verbindung mit Figur 2 kurz beschrieben werden soll.

[0004] Figur 2a zeigt einen Querschnitt durch einen Radialverdichter, der eine zentrale Rotorwelle 5 aufweist, die im Inneren des Gehäuses 4 des Radialverdichters angeordnet ist. Mit der Rotorwelle 5 ist eine düsenartige Kontur 11 verbunden, durch die im Wege der Rotation vorzugsweise Luft durch die Zentrifugalbeschleunigung von innen nach außen, durch die Düsenöffnung 12 getrieben wird. Die Düsenöffnung 12 der Kontur 11 ist eine Austrittsöffnung 13 innerhalb des Gehäuses 4 vorgesehen, durch die die verdichtete Luft den Radialverdichter verläßt. Um zu verhindern, daß Leckageströme zwischen der Kontur 11 und dem Gehäuse 4 durch die Zwischenräume 14 entweicht, sind keine, wie im vorstehend geschilderten Fall bei Axialverdichtern Labyrinthdichtungen vorgesehen, sondern das feststehende Gehäuse 4 ist von der rotierenden Kontur 11 durch einen Spalt absichtlich beabstandet, so daß ein Lekagestrom grundsätzlich fließen könnte. Um jedoch den Leckagestrom trotz bestehenden Spaltes zu reduzieren, sind an der Außenseite der Kontur 11 über die Kontur 11 erhabene Rippen angebracht (s. hierzu Figur 2b aus der eine Schnittzeichnung entlang der Schnittlinie A - A in abgewickelter Form abgebildet ist), die aufgrund ihrer Radialbewegung in den Zwischenräumen 14 eine Ringströmung induzieren, die statische Druckverhältnisse innerhalb der Zwischenräume 14 schaft, die mit den Druckverhältnissen übereinstimmen, die im Bereich der Verbindungsspalte innerhalb der Hauptströmung vorherrschen. Durch einen derartigen Druckangleich zwischen dem Inneren der Zwischenräume 14 und der Hauptströmung kommen Leckageströme weitgehend zum Erliegen.

[0005] Zwar muß ein bestimmter Anteil von Rotationsenergie in die Generierung einer im Innenraum der Zwischenräume 14 erzeugten Ringströmung investiert werden, doch zeigen Untersuchungen und Messungen, daß ein diesbezüglicher Energieaufwand unter der Energie liegt, die hauptsächlich durch Leckage bei Verwendung von Labyrinthdichtungen verloren geht.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung, nämlich eine Axialverdichteranordnung oder Axialturbinenanordnung derart auszugestalten, daß unter Verzicht auf an sich bekannte Verwendung von Labyrinthdichtungen die Lekageströmung minimiert werden soll, wobei die nachteilhaften Reibungseffekte bei Labyrinthdichtungen, die nicht zuletzt zu erhöhten Materialbeanspruchungen in den Leit- und Laufschaufeln führen und deren Lebensdauer begrenzen, ausgeschlossen werden sollen. Vielmehr soll in Anlehnung an die bei Radialverdichtern bekannte Maßnahme zur Reduzierung von Leckageströmen eine praktikable Lösung gefunden werden, den Leckagestrom weitgehend berührungsfrei zwischen den rotierenden und feststehenden Komponenten der Rotationsmaschine zu reduzieren.

[0007] Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist Gegenstand des Anspruchs 1. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0008] Erfindungsgemäß ist eine Strömungsmaschine zum Verdichten oder Entspannen eines komprimierbaren Mediums, mit einem Rotor, an den senkrecht zur Rotorachse wenigstens eine Laufschaufelreihe angeordnet ist, , die der Innenwand eines den Rotor umgebenden Gehäuses gegenüberstehen, durch dessen Innenraum das komprimierbare Medium axial zur Rotorachse strömt, dadurch ausgebildet, daß innerhalb des den Rotor umgebenden Gehäuses den freien Enden der Laufschaufel einer Laufschaufelreihe unmittelbar radial gegenüberliegend, ein Ringkanal vorgesehen ist. Der Ringkanal erstreckt sich vorzugsweise innerhalb des Gehäuses der Strömungsmaschine radial um den gesamten peripheren Umfangsrand einer Laufschaufelreihe. Der den Laufschaufelenden gegenüberliegende Bereich des
Ringkanals ist einseitig offen ausgebildet und wird von den Laufschaufelenden derart begrenzt, daß beidseitig zu einer Laufschaufelreihe jeweils ein Öffnungskanal verbleibt, durch dessen einen Öffnungskanal das komprimierbare Medium, vorzugsweise Luft aus dem Innenraum des Gehäuses, das axial von der Luft durchströmt wird, in das Innere des Ringkanals einströmt und durch den zweiten Öffnungskanal die Luft aus dem Ringkanal in den Innenraum des Gehäuses wieder austritt. Die vorstehend genannten Öffnungskanäle entsprechen im vorstehenden Fall den Zwischenspalten zwischen den rotierenden und feststehenden Komponenten der Turbinenanordnung bzw. der Verdichteranordnung.

[0009] Zur Erzeugung einer innerhalb des Ringkanals fließenden Ringströmung weist der Ringkanal sowie die Laufschaufelenden zumindest in Bereichen, die an den Öffnungskanälen angrenzen, Oberflächenkonturen auf, durch die an den Stellen innerhalb des Ringkanals, an denen die Öffnungskanäle einmünden, Druckverhältnisse geschaffen werden, die sich durch die Ausbildung einer dynamischen Ringströmung innerhalb des Ringkanals einstellen und in etwa den statischen Druckverhältnissen entsprechen, die im Innenraum des Gehäuses jeweils im Bereich der Öffnungskanäle vorherrschen.

[0010] So wird die Ringströmung vorzugsweise derart innerhalb des Ringkanals erzeugt, in dem ein geringer Anteil des durch die Rotationsmaschine axial hindurchtretenden komprimierbaren Mediums, vorzugsweise Luft in den Öffnungskanal zwischen Laufschaufelende und Gehäuse hindurchtritt, vorzugsweise durch den Öffnungskanal, der in Strömungsrichtung vor der Laufschaufel vorgesehen ist, und weist kurz vor Eintritt in den Ringkanal eine Strömungsinnenkontur auf, die derart ausgebildet ist, daß die durch den Öffnungskanal hindurchtretende Strömung mit einer Vorzugsrichtung in den Ringkanal eintritt. Auf diese Weise kann innerhalb des den Laufschaufelenden gegenüberliegenden Ringkanals eine Ringströmung induziert werden, die nach entsprechender Ausbildung der Innenkontur des Ringkanalsystems die gewünschten Druckverhältnisse erzeugt.
Die Laufschaufelenden weisen hierzu jeweils ein Deckband auf, in das die Oberflächenkontur eingearbeitet ist, die dem Ringkanal unmittelbar gegenübersteht.

[0011] Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist, daß der Strömungsverlust innerhalb des Ringkanals während des Betriebs der Rotationsmaschine so gering wie nur möglich sein soll. Hierzu ist es erforderlich, die Druckverhältnisse inner-halb des Ringkanals und dem Innenraum der Strömungsmaschine in den Bereichen der Öffnungskanäle anzupassen. Die statischen Druckbedingungen im Innenraum der Strömungsmaschine sind durch die Dimensionierung und das Leistungsvermögen der Maschine selbst vorgegeben. Demzufolge muß der Ringkanal derart ausgelegt werden, um die vorgegebenen, im Innenraum vorherrschenden statischen Druckverhältnisse im Bereich der Öffnungskanäle auch im Ringkanal selbst zu erzeugen.

[0012] Um dies bewerkstelligen zu können, ist der Strömungsquerschnitt innerhalb des Ringkanals insbesondere im Bereich der Öffnungskanäle derart dimensioniert daß im Verhältnis zum Strömungsquerschnitt der übrigen Bereiche innerhalb des Ringkanals aufgrund einer lokalen Düsenwirkung ein Druckausgleich zwischen Ringkanalinnerem und dem Inneren des Strömungsgehäuses stattfindet.

[0013] Zusätzlich zu dem, durch die Strömungsdynamik der Rotationsmaschine in den Ringkanal eintretenden Luftstrom können gezielt Kühlkanäle entweder im Gehäuse der Rotationsmaschine und/oder in den Laufschaufeln vorgesehen werden, durch die Kühlluft in den Ringkanal gezielt einspeisbar ist, wobei durch eine bestimmte Vorgabe des Eintrittswinkels der Kühlleitung in den Ringkanal sowohl die Richtung als auch die Strömungsgeschwindigkeit der sich innerhalb des Ringkanals einstellenden Ringströmung vorgegeben bzw. beeinflußt werden kann.

Kurze Beschreibung der Figuren

[0014] Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a, b

eine Querschnittsdarstellung durch ein Laufschaufelende, das zusammen mit einer Innenkontur des Gehäuses einen Ringkanal einschließt,

Fig. 2

eine Querschnittsdarstellung durch einen Radialverdichter gemäß Stand der Technik,

Fig. 3a, b

eine Querschnittsdarstellung durch einen Ringkanal mit einem im Gehäuse vorgesehenen Kühlkanal,

Fig. 4a, b

eine Querschnittsdarstellung durch einen Ringkanal mit einem Kühlkanal, der die Laufschaufel durchsetzt, und

Fig. 5a, b

eine Draufsicht auf Laufschaufelende aus dem Inneren des Ringkanals.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

[0015] Unter Bezugnahme auf die Figuren 1a und b soll die Ausbildung der Ringströmung innerhalb des Ringkanals 6, der hauptsächlich im Gehäuse 4 verläuft und einseitig von den Laufschaufelenden 2 begrenzt ist, dargestellt werden.

[0016] In beiden Darstellungen der Figur 1a und b durchtritt die zu komprimierende Luft die im Teilquerschnitt dargestellte Strömungsmaschine von rechts nach links (s. Pfeildarstellung). Dabei rotiert die Laufschaufel 1 um die Rotorachse 5. Das Laufschaufelende 2 weist ein Deckband 9 mit einer Oberflächenkontur auf, die S-förmig ausgebildet ist und in etwa der Gegenkontur der Innenwand des Ringkanals 6 in diesem Bereich entspricht. Auf der der Hauptströmung H zugewandten Seite der Laufschaufel 1 ist im Bereich des Gehäuses ein Eintrittsöffnungskanal 7 vorgesehen, durch den Luft in das Innere des Ringkanals 6 eintreten kann. Die Kontur des Eintrittsöffnungskanals 7 ist dabei im Bereich des Überganges in den Ringkanal 6 derart ausgebildet, daß die eintretende Strömung mit einer Vorzugsrichtung in den Ringkanal 6 eingeleitet wird. Je nach Krümmung der Eintrittskontur innerhalb des Eintrittsöffnungskanals 7 in Richtung Ringkanal 6 kann die Ringkanalströmung entgegen des Uhrzeigersinns (s. hierzu Figur 1a) oder im Uhrzeigersinn (s. hierzu Figur 1b) orientiert werden.

[0017] Um einen Druckangleich zwischen dem Inneren des Ringkanals 6 und dem Innenraum der Strömungsmaschine im Bereich des Eintrittsöffnungskanals 7 zu schaffen, damit der Leckagestrom, der sich durch den Zwischenspalt zwischen dem Laufschaufelende 2 und dem Gehäuse 4 ausbilden würde, begrenzt wird, ist der Ringkanal 6 in diesem Abschnitt als Diffusor ausgebildet, so daß die Ringströmung die Eintrittskanalöffnung mit relativ kleinen Strömungsgeschwindigkeiten überströmt, wodurch sich ein hoher dynamischer Druck ausbildet, der in etwa dem entspricht, der vor Eintritt in die Eintrittskanalöffnung 7 im Innenraum der Rotationsmaschine vorherrscht. Insbesondere mündet der Eintrittsöffnungskanal 7 innerhalb eines gekrümmten Ringkanalverlaufes in den Ringkanal 6 ein und insbesondere im Bereich der Krümmungsaußenwand des Ringkanals 6, in dem sich der Druckanstieg besonders stark-ausbildet.

[0018] In umgekehrter Weise verhält es sich mit der Ausbildung der Innenkontur des Ringkanals 6 im Bereich des Austrittsöffnungskanals 8, in dem der Ringkanal 6 in Strömungsrichtung als Düsenkontur ausgebildet ist, durch die die Ringströmung beschleunigt wird, wodurch der im Ringkanal 6 vorherrschende Druck in der Weise absinkt, daß er in etwa dem Außendruck innerhalb des Innenraums der Rotationsmaschine im Bereich des Austrittsöffnungskanals 8 entspricht. Der Austrittsöffnungskanal 8 tritt insbesondere in einem konkav ausgebildeten Ringkanalwandabschnitt in den Ringkanal ein 6, um strömungstechnisch im Bereich des geringsten im Ringkanal vorherrschenden Druckes zu liegen. Durch den gekrümmten Verlauf des Ringkanals im Bereich des Austrittsöffnungskanals 8 entsteht ein lateral zur Strömungsrichtung orientierter Druckgradient, der in Richtung der konvex ausgebildeten Innenwand zunimmt.

[0019] Um die vorstehenden Druckverhältnisse geeignet einstellen zu können, weist die S-förmige Kontur am Laufschaufelende 2, einen in das Innere des Gehäuses 4 hineinragenden Konturabschnitt 9', einen konvex verlaufenden Abschnitt 9" sowie einen konkav verlaufenden Abschnitt 9"' auf. Die Konturabschnitte 9', 9" und 9''' sind als vorstehende Schaufelrippen ausgebildet, die sich aus der Ebene des Laufschaufelendes 2 erheben und in den Ringkanal 6 hineinragen.

[0020] In den Figuren 3a und 3b sind Querschnittsdarstellungen durch ein Ringkanal 6 gezeigt, das jeweils durch einen zusätzlichen im Gehäuse 4 vorgesehen Kühlkanal 10 mit Kühlluft versorgt wird. Je nach Eintrittsrichtung des in den Ringkanal 6 eintretenden Kühlzuluftstroms kann die Strömungsgeschwindigkeit des Ringstromes innerhalb des Ringkanals 6 sowie dessen Strömungsrichtung beeinflußt werden. Im Fall der Figur 3a tritt der Kühlkanal derart in den Ringkanal 6 ein, so daß sich ein verstärkter Ringstrom entgegen des Uhrzeigersinns ausbildet. Eine entsprechende Anordnung zur Ausbildung eines Ringstromes in Uhrzeigersinn ist in Figur 3b dargestellt. Neben der unmittelbaren Beeinflussung des dynamischen Strömungsverhaltens des Ringstromes innerhalb des Ringkanals 6 vermag die Kühlluft sowohl das Gehäuse 4 als auch die Blattspitzenbereiche der Laufschaufeln 1 gezielt zu kühlen, wodurch die thermische Belastung der einzelnen Komponenten reduziert werden kann.

[0021] In den Abbildungen 4a und 4b weist jeweils die Laufschaufel 1 einen Kühl kanal 10 auf, der in Abhängigkeit seiner Eintrittsrichtung in den Ringkanal 6 die Ringströmung hinsichtlich ihrer Strömungsrichtung sowie Strömungsgeschwindigkeit beeinflussen kann. Selbstverständlich können die Ausführungsformen gemäß der Figuren 4a und b mit einem das Gehäuse 4 durchsetzenden Kühlsystem 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3a, b kombiniert werden.

[0022] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines Ringkanals 6 innerhalb des Gehäuses 4, welches das Gehäuse 4 vollständig radial umläuft und jeweils den Laufschaufelreihen gegenüberliegend angeordnet ist, kann der Leckagestrom, der sich im Zwischenraum zwischen den Laufschaufelenden und dem Gehäuse 4 üblicherweise ausbildet erheblich reduziert werden, ohne dabei merkliche Reibungsverluste in Kauf nehmen zu müssen, wie sie sich bei der Verwendung von Labyrinthdichtungen in axialen Strömungsmaschinen ausbilden. Durch die Verwendung zusätzlicher Kühlkanalsysteme, die neben an sich bekannten Kühlzwecken der gezielten Versorgung der Ringströmung mit Kühlluft dienen, kann eine fein dosierte Druckanpassung zwischen den vorstehend beschriebenen Bereichen innerhalb des Ringkanals 6 eingestellt werden, wodurch der Lekagestrom nahezu vollständig zum Erliegen kommt.

[0023] In den Figuren 5 a und b sind unterschiedliche Ausführungsformen des Deckbandes 9 auf einer Laufschaufel 2 dargestellt. In Figur 5a sind auf dem Laufschaufelende 2 mehrere kleine Laufschaufelblätter 15 vorgesehen, die sich über das Laufschaufelende 2 erheben und sich in den Ringkanal 6 erstrecken. Die Darstellung entspricht der Sicht innerhalb des Ringkanals 6 auf das Deckband 9 des Laufschaufelendes 2. Beabstandet durch jeweils einen Zwischenraum 14 schließt sich links und rechts neben der Laufschaufel das Gehäuse 4 an. Das Gehäuse 4 weist an den Zwischenräumen 14 angrenzend, ebenfalls Rippen 16 auf, die die Ringströmung innerhalb des Ringkanals 6 führen. Im Falle der Figur 5 a ist die Ringströmung von links nach rechts orientiert und entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1a.

[0024] In Figur 5 b befinden sich geradlinige Rippen 17 auf dem Laufschaufelende 2, die in das Innere des Ringkanals 6 hineinragen. Nur in entgegengesetzer Orientierung zum Fall der Ausführungsfrom der Figur 5 a sind am Gehäuse 4 wieder Ume lenkelemente in Form von geschwungen verlaufenden Rippen 16 vorgesehen. Die Strömungsrichtung der Ringströmung ist, vergleichsweise zu Figur 1 b, nun von rechts nach links orientiert.

Bezugszeichenliste

[0025] 

1

Laufschaufel

2

Laufschaufelende

3

Innenwand

4

Gehäuse

5

Rotorachse

6

Ringkanal

7, 8

Öffnungskanal

9

Deckband

9'

Konturabschnitt des Laufschaufelendes

9"

Konvex verlaufender Abschnitt

9"'

Konkav verlaufender Abschnitt

10

Kühlsystem, Kühlkanal

11

Düsenartige Kontur

12

Düsenöffnung

13

Austrittsöffnung

14

Zwischenraum

15

kleine Laufschaufelblätter

16

Rippen am Gehäuse

17

Rippen auf Laufschaufelende

Ansprüche

1. Strömungsmaschine zum Verdichten oder Entspannen eines komprimierbaren Mediums,

- mit einem Rotor, an dem senkrecht zur Rotorachse (5) wenigstens eine Laufschaufelreihe angeordnet ist, die der Innenwand (3) eines den Rotor umgebenden Gehäuses (4) gegenübersteht,

- wobei während des Betriebes durch den Innenraum der Strömungsmaschine das komprimierbare Medium axial zur Rotorachse (5) strömt,

- wobei innerhalb des den Rotor umgebenden Gehäuses (4), den Laufschaufeln (1) der Laufschaufelreihe unmittelbar radial gegenüberliegend, ein Ringkanal (6) vorgesehen ist,

- der im Bereich der Laufschaufelenden (2) einseitig offen ausgebildet sowie von den Laufschaufelenden (2) begrenzbar ist und in dem sich während des Betriebes eine Ringströmung ausbildet,

- wobei der Ringkanal (6) zwei Öffnungskanäle (7, 8) aufweist,

- wobei durch einen Öffnungskanal (7) das komprimierbare Medium aus dem Innenraum des Gehäuses (4) in das Innere des Ringkanals (6) einströmt und

- durch den zweiten Öffnungskanal (8) das komprimierbare Medium aus dem Ringkanal (6) in den Innenraum des Gehäuses (4) austritt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- an den Laufschaufelenden (2) ein Deckband (9) vorgesehen ist, in dem eine Oberflächenkontur eingearbeitet ist, die als Gegenkontur zur Oberflächenkontur des Ringkanals (6) im einseitig offen ausgestalteten Bereich ausgebildet ist,

- wobei der Ringkanal (6) in Strömungsrichtung der Ringströmung vor dem Öffnungskanal (8), durch den das komprimierbare Medium austritt, eine Strömungsquerschnittsverjüngung und nach dem Öffnungskanal (8) eine Strömungsquerschnittvergrößerung aufweist, so dass an den Stellen innerhalb des Ringkanals (6), an denen die Öffnungskanäle (7, 8) einmünden, Druckverhältnisse geschaffen werden, die den statischen Druckverhältnissen entsprechen, die im Innenraum des Gehäuses (4) jeweils im Bereich der Öffnungskanäle (7, 8) vorherrschen.

2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Öffnungskanal (7), durch den das komprimierbare Medium in den Ringkanal (6) einströmt, einerseits durch einen Konturabschnitt (9') des Deckbandes (9), der in eine Ausnehmung innerhalb des Gehäuses (4) hineinragt und andererseits durch das Gehäuse (4) begrenzt ist.

3. Strömungsmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Öffnungskanal (7) am Ort des Eintritts in den Ringkanal (6) eine Innenkontur vorsieht, die sich aus der Formgebung des Konturabschnitts (9') des Deckbandes (9) sowie des Gehäuses (4) ergibt, durch die das in den Ringkanal (6) einströmende, komprimierbare Medium eine bevorzugte Strömungsrichtung innerhalb des Ringkanals (6) erhält, die die Strömungsrichtung der Ringströmung bestimmt.

4. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Deckband (9) des Laufschaufelendes (2) S-förmig ausgebildet ist und einen konvex (9") sowie einen konkav (9"') verlaufenden Abschnitt aufweist, und daß der konvexe Abschnitt (9") an dem Öffnungskanal (8) angrenzt durch den das komprimierbare Medium aus dem Ringkanal (6) austritt und der konkave Abschnitt (9"') an dem Öffnungskanal (7) angrenzt, durch den das komprimierbare Medium in den Ringkanal (6) einströmt.

5. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
auf dem Deckband (9) Laufschaufelblätter (15) oder Rippen (17) vorhanden sind, die sich in den Ringkanal (6) erstrecken.

6. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnungskanäle (7, 8) stromauf- und stromabwärts zur Laufschaufelreihe angeordnet sind.

7. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Öffnungskanal (8), durch den das komprimierbare Medium aus dem Ringkanal (6) austritt, in einem Bereich in den Ringkanal (6) einmündet, in dem der Ringkanal (6) gekrümmt verläuft, und daß der Öffnungskanal (8) in diesem Bereich an einer Stelle möglichst größter Krümmung in den Ringkanal (6) einmündet.

8. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Öffnungskanal (7), durch den das komprimierbare Medium in den Ringkanal (6) eintritt, in einem Bereich des Ringkanals (6) einmündet, in dem der Ringkanal (6) gekrümmt verläuft, und daß der Öffnungskanal (7) in diesem Bereich an einer Stelle möglichst kleinster Krümmung in den Ringkanal (6) einmündet.

9. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
innerhalb des Gehäuses (4) ein Kühlkanalsystem (10) vorgesehen ist, das mit dem Ringkanal (6) derart verbunden ist, daß durch die Eintrittsrichtung relativ zum Verlauf des Ringkanals (6), mit der das Kühlsystem (10) in den Ringkanal (6) einmündet, eine Strömungsrichtung der Ringströmung vorgebbar ist.

10. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
innerhalb der Laufschaufel (1) ein Kühlkanalsystem (10) vorgesehen ist, das über das Laufschaufelende (2) in den Ringkanal (6) einmündet.

11. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ringkanal (6) im Gehäuse (4) radial zu den Laufschaufeln (1) in geschlossen umlaufender Form ausgebildet ist.

12. Strömungsmaschine nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Ringkanal (6) stromauf und stromab der Laufschaufeln (1) Rippen (16) angebracht sind.

Claims

1. Fluid-flow machine for compressing or expanding a compressible medium,

- having a rotor on which there is arranged perpendicularly to the rotor axis (5) at least one moving-blade row, which faces the inner wall (3) of a casing (4), surrounding the rotor,

- the compressible medium flowing axially relative to the rotor axis (5) through the interior space of the fluid-flow machine during operation,

- an annular passage (6) being provided inside the casing (4), surrounding the rotor, in such a way as to be directly radially opposite the moving blades (1) of the moving-blade row,

- which annular passage (6) is designed to be open on one side in the region of the moving-blade ends (2) and can be bounded by the moving-blade ends (2) and in which an annular flow forms during operation,

- the annular passage (6) having two opening passages (7, 8),

- the compressible medium flowing out of the interior space of the casing (4) through one opening passage (7) into the interior of the annular passage (6), and

- the compressible medium discharging out of the annular passage (6) through the second opening passage (8) into the interior space of the housing (4),

characterized in that

- a shroud (9) is provided on the moving-blade ends (2), in which shroud (9) a surface contour is made, which surface contour is designed as the opposing contour of the annular passage (6) in the region designed to be open on one side,

- the annular passage (6) having a constriction of the cross section of flow in the direction of flow upstream of the opening passage (8) through which the compressible medium discharges and having an enlargement of the cross section of flow downstream of the opening passage (8), so that, at those points inside the annular passage (6) where the opening passages (7, 8) open out, pressure conditions are created which correspond to the static pressure conditions which prevail in the interior space of the casing (4) respectively in the region of the opening passages (7, 8).

2. Fluid-flow machine according to Claim 1, characterized in that the opening passage (7) through which the compressible medium flows into the annular passage (6) is bounded on the one side by a contour section (9') of the shroud (9), this contour section (9') projecting into a recess inside the casing (4), and on the other side by the casing (4).

3. Fluid-flow machine according to Claim 2, characterized in that the opening passage (7), at the location of the inlet into the annular passage (6), provides an inner contour which results from the profiling of the contour section (9') of the shroud (9) and of the casing (4) and which gives the compressible medium flowing into the annular passage (6) a preferred direction of flow inside the annular passage (6), and this preferred direction of flow determines the direction of flow of the annular flow.

4. Fluid-flow machine according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the shroud (9) of the moving-blade end (2) is of S-shaped design and has a convex section (9'') and a concave section (9'''), and in that the convex section (9'') is adjacent to the opening passage (8) through which the compressible medium discharges from the annular passage (6), and the concave section (9''') is adjacent to the opening passage (7) through which the compressible medium flows into the annular passage (6).

5. Fluid-flow machine according to one of Claims 1 to 4, characterized in that there are moving-blade bodies (15) or ribs (17) on the shroud (9), which moving-blade bodies (15) or ribs (17) extend into the annular passage (6).

6. Fluid-flow machine according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the opening passages (7, 8) are arranged upstream and downstream of the moving-blade row.

7. Fluid-flow machine according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the opening passage (8) through which the compressible medium discharges from the annular passage opens into the annular passage (6) in a region in which the annular passage (6) has a curved profile, and in that the opening passage (8) in this region opens into the annular passage (6) at a point of maximum possible curvature.

8. Fluid-flow machine according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the opening passage (7) through which the compressible medium enters the annular passage (6) opens out in a region of the annular passage (6) in which the annular passage (6) has a curved profile, and in that the opening passage (7), in this region, opens into the annular passage (6) at a point of minimum possible curvature.

9. Fluid-flow machine according to one of Claims 1 to 8, characterized in that a cooling-passage system (10) is provided inside the casing (4), and this cooling-passage system (10) is connected to the annular passage (6) in such a way that a direction of flow of the annular flow can be predetermined by the inlet direction, relative to the course of the annular passage (6), with which the cooling system (10) opens into the annular passage (6).

10. Fluid-flow machine according to one of Claims 1 to 9, characterized in that a cooling-passage system (10) is provided inside the moving blade (1), and this cooling-passage system (10) opens into the annular passage (6) via the moving-blade end (2).

11. Fluid-flow machine according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the annular passage (6) in the casing (4) is designed in a closed encircling form radially to the moving blades (1).

12. Fluid-flow machine according to Claim 11, characterized in that ribs (16) are provided in the annular passage (6) upstream and downstream of the moving blades (1).

Revendications

1. Turbomachine pour comprimer ou détendre un fluide comprimable,

- comprenant un rotor sur lequel est disposée au moins une rangée d'aubes mobiles perpendiculairement à l'axe du rotor (5), laquelle fait face à la paroi interne (3) d'un carter (4) entourant le rotor,

- le fluide comprimable s'écoulant axialement par rapport à l'axe du rotor (5) pendant le fonctionnement à travers l'espace interne de la turbomachine,

- un canal annulaire (6) étant prévu à l'intérieur du carter (4) entourant le rotor, directement radialement en face des aubes mobiles (1) de la rangée d'aubes mobiles,

- lequel est ouvert d'un côté dans la région des extrémités des aubes mobiles (2) et est délimitable par les extrémités des aubes mobiles (2) et dans lequel se forme un écoulement annulaire pendant le fonctionnement,

- le canal annulaire (6) présentant deux canaux d'ouverture (7, 8),

- le fluide comprimable entrant à travers un canal d'ouverture (7) depuis l'espace interne du carter (4) à l'intérieur du canal annulaire (6) et

- le fluide comprimable sortant du canal annulaire (6) par le deuxième canal d'ouverture (8) dans l'espace interne du carter (4),

caractérisée en ce que

- l'on prévoit sur les extrémités des aubes mobiles (2) une bande de recouvrement (9) dans laquelle est façonné un contour de surface qui est réalisé en tant que contour conjugué au contour de surface du canal annulaire (6) dans la région de configuration ouverte d'un côté,

- le canal annulaire (6) présentant, dans la direction d'écoulement de l'écoulement annulaire avant le canal d'ouverture (8) à travers lequel sort le fluide comprimable, un rétrécissement de la section transversale d'écoulement, et après le canal d'ouverture (8), un élargissement de la section transversale d'écoulement, de sorte qu'aux endroits à l'intérieur du canal annulaire (6) auxquels les canaux d'ouverture (7, 8) débouchent, on obtienne des rapports de pression qui correspondent aux rapports de pression statiques qui prédominent dans l'espace interne du carter (4) à chaque fois dans la région des canaux d'ouverture (7, 8).

2. Turbomachine selon la revendication 1,
caractérisée en ce que
le canal d'ouverture (7) à travers lequel le fluide comprimable s'écoule dans le canal annulaire (6) est limité d'une part par une portion de contour (9') de la bande de recouvrement (9), qui pénètre dans un évidement à l'intérieur du carter (4), et d'autre part par le carter (4).

3. Turbomachine selon la revendication 2,
caractérisée en ce que
le canal d'ouverture (7) prévoit, au niveau de l'entrée dans le canal annulaire (6), un contour interne qui résulte de la forme donnée à la portion de contour (9') de la bande de recouvrement (9) ainsi que du carter (4), grâce auquel le fluide comprimable s'écoulant dans le canal annulaire (6) obtient une direction d'écoulement préférée à l'intérieur du canal annulaire (6), qui détermine la direction d'écoulement de l'écoulement annulaire.

4. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisée en ce que
la bande de recouvrement (9) de l'extrémité des aubes mobiles (2) est réalisée en forme de S et présente une portion convexe (9'') et une portion concave (9'''), et en ce que la portion convexe (9") est adjacente au canal d'ouverture (8) à travers lequel sort le fluide comprimable hors du canal annulaire (6), et la portion concave (9''') est adjacente au canal d'ouverture (7) à travers lequel le fluide comprimable entre dans le canal annulaire (6).

5. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisée en ce que
des feuilles d'aubes mobiles (15) ou des nervures (17) sont prévues sur la bande de recouvrement (9), lesquelles s'étendent dans le canal annulaire (6).

6. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisée en ce que
les canaux d'ouverture (7, 8) sont disposés en amont et en aval par rapport à la rangée d'aubes mobiles.

7. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
caractérisée en ce que
le canal d'ouverture (8) à travers lequel le fluide comprimable sort du canal annulaire (6), débouche dans une région dans le canal annulaire (6) dans laquelle le canal annulaire (6) s'étend suivant un coude, et en ce que le canal d'ouverture (8) débouche dans cette région au niveau d'un endroit de coudage aussi important que possible dans le canal annulaire (6).

8. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisée en ce que
le canal d'ouverture (7) à travers lequel le fluide comprimable entre dans le canal annulaire (6), débouche dans une région du canal annulaire (6) dans laquelle le canal annulaire (6) s'étend suivant un coude, et en ce que le canal d'ouverture (7) débouche dans cette région en un endroit de coudage aussi faible que possible dans le canal annulaire (6).

9. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,
caractérisée en ce que
l'on prévoit à l'intérieur du carter (4) un système de canal de refroidissement (10) qui est connecté au canal annulaire (6) de telle sorte que l'on puisse prédéfinir une direction d'écoulement de l'écoulement annulaire par la direction d'entrée relativement à l'allure du canal annulaire (6), avec laquelle le système de refroidissement (10) débouche dans le canal annulaire (6).

10. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,
caractérisée en ce que
l'on prévoit à l'intérieur de l'aube mobile (1) un système de canal de refroidissement (10) qui débouche dans le canal annulaire (6) par le biais de l'extrémité d'aube mobile (2).

11. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 10,
caractérisée en ce que
le canal annulaire (6) est réalisé dans le carter (4) radialement aux aubes mobiles (1) suivant une forme périphérique fermée.

12. Turbomachine selon la revendication 11,
caractérisée en ce que
des nervures (16) sont prévues dans le canal annulaire (6) en amont et en aval des aubes mobiles (1).

Zeichnung