[0001] Die Erfindung betrifft ein Schaufelgitter für eine Strömungsmaschine nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie eine Strömungsmaschine.
[0002] In Strömungsmaschinen bzw. Turbomaschinen, insbesondere in Verdichtern und hydraulischen
Pumpen, aber auch in Turbinen, kommt es im Teil- und Überlastbetrieb zu instabilen
Strömungszuständen und zu stark erhöhten Verlusten. Die instabilen Strömungszustände
führen zum Einen zu starken Druckschwankungen, die die Schaufelstrukturen schädigen
können. Zum Anderen kann in Verdichtern und hydraulischen Pumpen im angedrosselten
Zustand die Strömung vollständig zusammenbrechen. Dies begrenzt den Betriebsbereich
der Turbomaschine und kann beim Überschreiten der zulässigen Grenzen zur Schädigung
der Turbomaschine führen.
[0003] Maßgeblich für den instabilen Strömungszustand ist die Ablösung der Strömung von
den einzelnen Schaufeln im Gitterverbund. Zur Unterdrückung der Ablösung kann eine
zeitlich veränderte Zuströmung zu den Schaufeln führen. Bei einer bekannten Maßnahme
schwingt die von Ablösung betroffene Schaufel um eine Aufhängungsachse. Bei einer
anderen Maßnahme befinden sich schwingende Schaufeln in der Zuströmung der von Ablösung
betroffenen Schaufeln, wodurch eine harmonische, oszillierende Zuströmung zu den Schaufeln
erzeugt wird. Ein Beispiel ist eine schwingende Vorleitbeschaufelung. Eine weitere
Maßnahme sieht vor, durch über den Umfang verteilte Einblasstellen Fluid, das einen
von der Hauptströmung abweichenden Strömungswinkel und/oder Strömungsimpuls aufweist,
einzubringen und dadurch lokal die Zuströmung der von Ablösung betroffenen Schaufeln
zu ändern. Nachteilig an diesen aktiven Maßnahmen ist jedoch, dass zum einen für die
Strömungsbeeinflussung Energie aufgebracht werden muss, die dem Gesamtprozess zu entnehmen
ist, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad reduziert. Zum anderen sind zur Umsetzung
dieser Maßnahmen aufwendige konstruktive und regelungstechnische Änderungen notwendig,
die zu einem erhöhten Entwicklungsaufwand, einer erhöhten Störanfälligkeit und zu
einem erhöhten Maschinengewicht führen.
[0004] Ferner sind passive Maßnahmen bekannt, bei denen die Schaufeln eines Schaufelgitters
unterschiedlich profiliert und/oder im Schaufelgitter asymmetrisch angeordnet sind.
So wird in der
DE 10 2008 049 358 A1 vorgeschlagen, Schaufeln eines Verdichtereintrittsleitgitters derart zu profilieren,
dass bei einer asymmetrischen Zuströmung eine symmetrische Abströmung vom Schaufelgitter
erfolgt. Hierzu weisen die Schaufeln jeweils einen geänderten vorderen Schaufelbereich
auf. In der
GB 2 046 849 B1 wird eine Leitschaufelanordnung mit einer asymmetrischen Anordnung von Leitschaufeln
gezeigt, deren Hinterkanten in auf einer in Umfangsrichtung betrachteten Linie und
somit in identischer axialer Position liegen. Die
EP 1 508 669 A1 zeigt eine Maßnahme, bei der Schaufeln eines Vorleitgitters zur Berücksichtigung
einer asymmetrischen Anströmung eines Vorleitschaufelrings unterschiedlich profiliert
sind.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schaufelgitter für eine Strömungsmaschine zu schaffen,
das die vorgenannten Nachteile beseitigt und den Betriebsbereich von Strömungsmaschinen
gegenüber den bekannten Maßnahmen vergrößert. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung,
eine Strömungsmaschine mit einem vergrößerten Betriebsbereich zu schaffen.
[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schaufelgitter mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
[0007] Ein erfindungsgemäßes Schaufelgitter für eine Strömungsmaschine hat eine Vielzahl
von in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Schaufeln, von denen erfindungsgemäß
zumindest zwei benachbarte Schaufeln unterschiedliche Hinterkantenwinkel aufweisen.
[0008] Durch die zumindest zwei unterschiedlichen Hinterkantenwinkel ist das Schaufelgitter
in Umfangsrichtung asymmetrisch, wobei durch die Variation im hinteren Schaufelbereich
eine asymmetrische Abströmung erfolgt und hierdurch eine in Umfangsrichtung bezüglich
eines Strömungswinkels und Strömungsimpulses asymmetrische Zuströmung auf ein stromabwärtiges
von Ablösung betroffenes Schaufelgitter erzeugt wird. In Strömungsrichtung betrachtet
wird dadurch das Ablöseverhalten im Schaufelgitter, welches auf das asymmetrische
Schaufelgitter folgt, unterdrückt. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht den Betriebsbereich,
in denen eine Strömungsmaschine betrieben werden kann, zu erweitern und dadurch auch
in Teil- und Überlast einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Ferner werden durch
das erfindungsgemäße asymmetrische Schaufelgitter die Strömungsverluste reduziert
und somit der Wirkungsgrad erhöht. Die Integration des Schaufelgitters in eine Strömungsmaschine
kann ohne zusätzliche Einbauten und mit geringen konstruktiven Maßnahmen erfolgen.
Dies ermöglicht die Verwendung des Schaufelgitters in bereits ausgelegten Strömungsmaschinen,
ohne dass eine Neuauslegung der Strömungsmaschinen notwendig ist. Die erfindungsgemäße
asymmetrische Anordnung kann in Verdichtern beziehungsweise hydraulischen Pumpen und
in Turbinen Anwendung finden, sowohl bei Maschinen, die von einem gasförmigen als
auch von einem flüssigen Medium durchströmt werden. Das Schaufelgitter kann zudem
in axialer Bauart, in radialer Bauart oder in einer gemischten diagonalen Bauart ausgeführt
sein.
[0009] Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Schaufeln in Umfangsrichtung bezüglich ihrer
vorangestellten Schaufel über ihre gesamte Höhe unterschiedlich gestaffelt, so dass
die Schaufeln ebenfalls unterschiedliche Vorderkantenwinkel aufweisen. Der Vorderkantenwinkel
ist dabei jeweils um den gleichen Betrag wie der Hinterkantenwinkel verändert. Dieses
Ausführungsbeispiel erlaubt die Verwendung von einheitlichen bzw. identischen Schaufeln.
[0010] Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Schaufeln in Umfangsrichtung
bezüglich ihrer vorangestellten Schaufel über einen Teil ihrer Höhe unterschiedlich
gestaffelt. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Schaufeln jeweils zumindest zwei
in Schaufelquerrichtung betrachtet hintereinander liegende Profilbereiche, die zueinander
verdreht sind. Die Schaufeln haben somit zumindest jeweils zwei unterschiedliche Schaufelwinkelanteile.
Ein Schaufelwinkelanteil des nicht umgestaffelten Bereichs ist dabei bei sämtlichen
Schaufeln gleich. Ein Schaufelwinkelanteil des umgestaffelten Bereichs variiert zwischen
den Schaufeln und kann zu-oder abnehmen, wodurch die Schaufeln in diesem Bereich jeweils
einen veränderten Hinterkantenwinkel und einen um den gleichen Betrag veränderten
Vorderkantenwinkel aufweisen.
[0011] Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Schaufeln in Umfangsrichtung bezüglich
ihrer vorangestellten Schaufel über ihrer gesamten Höhe unterschiedlich profiliert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schaufeln bzgl. ihrer Vorderkanten gleich
gestaffelt und weisen somit gleiche Vorderkantenwinkel auf. Allerdings variieren die
Hinterkantenwinkel der Schaufeln. Beispielsweise haben die Schaufeln ab einer bestimmten
gleichen Sehnenlänge unterschiedlich gekrümmte Hinterkantenbereiche.
[0012] Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Schaufeln in Umfangsrichtung bezüglich
ihrer vorangestellten Schaufel lediglich über einen Teil ihrer Höhe unterschiedlich
profiliert. Dies kann beispielsweise eine lokale Verformung eines in Schaufelquerrichtung
betrachtet äußeren Bereich der Hinterkante sein, dessen Orientierung in Umfangsrichtung
über mehrere Schaufeln von bspw. einer Orientierung in Rotationsrichtung in eine Gegenrichtung
geändert wird.
[0013] Ergänzend zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen kann das Schaufelgitter mit
einer Verstelleinrichtung zusammenwirken, so dass die Schaufeln in Umfangsrichtung
unterschiedlich stark verstellbar sind.
[0014] Besonders gute Wirkungen lassen sich erzielen, wenn die beispielhaften vorgenannten
Anordnungen der Schaufeln in Umfangsrichtung mehrfach periodisch fortgeführt sind.
[0015] Eine bevorzugte Strömungsmaschine hat ein symmetrisches Schaufelgitter und ein stromaufwärtiges
sich relativ zum symmetrischen Schaufelgitter in Umfangsrichtung bewegendes erfindungsgemäßes
asymmetrisches Schaufelgitter.
[0016] Eine derartige Strömungsmaschine weist einen vergrößerten Betriebsbereich und einen
höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Strömungsmaschinen auf. Die Strömungsmaschine
kann ein Verdichter, eine hydraulischen Pumpe und eine Turbine sein. Die Strömungsmaschine
kann zudem mit einem beliebigen flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmt werden.
[0017] Die Strömungsmaschine kann zur unterschiedlich starken Staffelung der Schaufeln eine
Verstelleinrichtung aufweisen, die sowohl die Bildung eines symmetrischen Schaufelgitters
als auch die Bildung eines asymmetrischen Schaufelgitters ermöglicht. Idealerweise
erlaubt die Verstelleinrichtung die Ansteuerung jeder Schaufeln einzeln, wodurch eine
größtmögliche Flexibilität hinsichtlich der Staffelung erreicht wird. Alternativ können
jedoch vorgegebene Symmetrien und Asymmetrien eingestellt werden, was die Einstellung
des jeweiligen Schaufelgitters wesentlich vereinfacht.
[0018] Das asymmetrische Schaufelgitter kann sowohl als ein Statorgitter als auch als ein
Rotorgitter ausgeführt sein. Bei Ausbildung des erfindungsgemäßen Schaufelgitters
als ein Statorgitter kann dies feststehende Schaufeln aufweisen oder mit einer Verstelleinrichtung
zum Verstellen der Schaufeln zusammenwirken.
[0019] Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
[0020] Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer
Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaufelgitters,
- Figur 2
- eine Schnittdarstellung einer Schaufel und beispielhafte Umstaffelungen,
- Figur 3
- einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaufelgitters,
- Figur 4
- eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Schaufel eines erfindungsgemäßen
Schaufelgitters und beispielhafte Profiländerungen im Hinterkantenbereich,
- Figur 5
- eine konforme Abbildung eines beispielhaften Flutbahnabschnitts des erfindungsgemäßen
Schaufelgitters,
- Figur 6
- Beispiele asymmetrischer und periodischer Anordnungen der Schaufeln des erfindungsgemäßen
Schaufelgitters,
- Figur 7
- einen Ausschnitt eines beispielhaften Verdichterstators in Diagonalbauweise, und
- Figur 8
- einen Ausschnitt eines beispielhaften Verdichterstators in Radialbauweise.
[0021] Erfindungsgemäß sind Schaufeln in einem Schaufelgitter einer Strömungsmaschine so
anzubringen, dass in Umfangsrichtung eine asymmetrische Abströmung vom Schaufelgitter
hinsichtlich Strömungswinkel und Strömungsgeschwindigkeit erfolgt und damit im Relativsystem
eines nachfolgenden Schaufelgitters eine asymmetrische Zuströmung erfolgt. Bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das nachfolgende Schaufelgitter symmetrisch. Die
asymmetrische Abströmung wird erzeugt, indem in Umfangsrichtung zwei oder mehrere
benachbarte Schaufeln unterschiedliche Hinterkantenwinkel aufweisen. Das erfindungsgemäße
Schaufelgitter kann in Verdichtern bzw. in hydraulischen Pumpen und in Turbinen Anwendung
finden, sowohl bei Maschinen, die mit gasförmigem als auch mit flüssigem Medium durchströmt
werden.
[0022] Als Hinterkantenwinkel wird ein Winkel zwischen einer Tangente der Skelettlinie im
Bereich der Hinterkante und einer Achse in Umfangsrichtung verstanden (s. Figur 4,
Winkel α). Der Hinterkantenwinkel α ist zum Einen vom Schaufelprofil im hinteren Schaufelbereich
abhängig. Zum anderen ist der Hinterkantenwinkel α von der Staffelung der jeweiligen
Schaufel im Schaufelgitter und somit vom Schaufelwinkel abhängig. Als Schaufelwinkel
oder Staffelungswinkel wird ein Winkel zwischen der Sehne und der Achse in Umfangsrichtung
verstanden (s. Figur 2, Winkel β). Als Schaufelquerrichtung wird eine Orientierung
der Schaufel zwischen einem rotorseitigen Schaufelfuß und einer Schaufelspitze verstanden.
Bei Axialverdichtern entspricht die Schaufelrichtung gleich der Radialrichtung. Eine
Erstreckung der Schaufel in Schaufelquerrichtung wird über alle Bauweisen hinweg -
Axial-, Radial- oder Diagonalbauweise - als Schaufelhöhe verstanden.
[0023] Die Realisierung der Asymmetrie kann durch mehrere Maßnahmen erfolgen, die im Folgenden
anhand der Figuren näher erläutert werden. Bevorzugte Maßnahmen sind eine Umstaffelung
über die gesamte Schaufelhöhe (Figuren 1 und 2), eine Umstaffelung über einen Teil
der Schaufelhöhe (ebenfalls Figur 2), eine geänderte Profilierung über einen Teil
der Schaufelhöhe (Figuren 3 und 4) und eine geänderte Profilierung über die gesamte
Schaufelhöhe (ebenfalls Figur 4).
[0024] Figuren 1 und 2 zeigen eine Umstaffelung über die gesamte Schaufelhöhe bei einem
Verdichterstator in Axialbauweise. Da Figur 2 eine Schnittdarstellung ist, kann die
Schnittdarstellung auch einer Umstaffelung über einen Teil der Schaufelhöhe zeigen.
Im Folgenden wird jedoch anhand von den Figuren 1 und 2 eine Umstaffelung über die
gesamte Schaufelhöhe beispielhaft erläutert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist
in Figur 2 lediglich der Schaufelwinkel β skizziert. Ein erfindungsgemäßes asymmetrisches
Schaufelgitter 1 hat eine Vielzahl von in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten
Schaufeln 2. Das Schaufelgitter 1 ist beispielsweise ein Teil eines Verdichterstators
in Axialbauweise. Die Schaufeln 2 haben ein einheitliches Profil und sind in Umfangsrichtung
bzgl. ihrer vorangestellten Schaufel 2' über ihre gesamten Höhe anders gestaffelt.
Hierdurch variiert der Schaufelwinkel β ausgehend von einem Schaufelwinkel β
0, der gegenüber der vorangestellten Schaufel 2' vergrößert Δβ + oder verkleinert Δ
β - ist. Durch die Änderung des Schaufelwinkels β ändert sich die Position ihrer Hinterkanten
4 in Umfangsrichtung, so dass gleich profilierte benachbarte Schaufeln 2 ein unterschiedliches
Abströmverhalten zeigen. Zudem liegen die Schaufeln 2 durch die Verschwenkung mit
ihren Hinterkanten 4 in Umfangsrichtung betrachtet nicht mehr auf einer Linie, sondern
befinden sich an unterschiedlichen axialen Positionen, wodurch das Abströmverhalten
zusätzlich geändert wird. Die Position ihrer Vorderkanten 8 und ihrer Vorderkantenwinkel
ändert sich aufgrund der Umstaffelung über die gesamte Höhe analog zum Hinterkantenwinkel
α. Als Vorderkantenwinkel wird ein Winkel zwischen einer Tangente der Skelettlinie
im Bereich der Vorderkante 8 und der Achse in Umfangsrichtung verstanden (nicht skizziert).
[0025] Figur 3 zeigt eine geänderte Profilierung über einen Teil der Schaufelhöhe bei einem
Verdichterstator in Axialbauweise. Das gezeigte Schaufelgitter 1 bildet beispielsweise
einen Teil eines Verdichterstators in Axialbauweise. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Schaufeln 2 in Schaufelquerrichtung betrachtet im äußeren Bereich 6 ihrer
Hinterkanten 4 unterschiedlich profiliert. Dabei schlägt der Bereich 6 von einer Orientierung
in Rotationsrichtung in eine Orientierung in Gegenrichtung um, wodurch der Hinterkantenwinkel
α der Schaufeln 2 ausgehend von einem Hinterkantenwinkel α
0 gegenüber der jeweils vorangestellten Schaufel 2' zur Umfangsrichtung vergrößert
Δα + oder verkleinert Δα - ist. Der Hinterkantenwinkel α wird bei den Schaufeln 2
an einer einheitlichen Position in Schaufelquerrichtung abgetragen, wobei er bevorzugterweise
in dem Bereich der maximalen Profiländerung abgetragen wird. Ebenso wird der Schaufelwinkel
β bevorzugterweise in dem Bereich der maximalen Profiländerung abgetragen. Jede Schaufel
2 hat durch die lokale Profilierung bezogen auf einen Flutbahnabschnitt einen konstanten
Schaufelwinkelanteil β
const und einen variierenden Schaufelwinkelanteil β
var Ebenso hat jede Schaufel 2 bezogen auf einen Flutbahnabschnitt einen konstanten Hinterkantenwinkelanteil
α
const und einen variierenden Hinterkantenwinkelanteil α
var. Die Winkelanteile α
const, β
const sind im unveränderten Profilbereich bei sämtlichen Schaufeln 2 gleich und konstant.
Im Bereich der Profiländerung variieren hingegen die Winkelanteile α
var, β
var von einer Schaufel 2 zu einer vorangestellten Schaufel 2'. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
sind die Winkelanteile α
const, β
const, α
var, β
var in Figur 3 nicht gezeigt.
[0026] Figur 4 zeigt eine geänderte Profilierung über die gesamte Schaufelhöhe. Da Figur
4 eine Schnittdarstellung ist, kann die Schnittdarstellung auch eine geänderte Profilierung
über einen Teil der Schaufelhöhe zeigen. Im Folgenden wird jedoch anhand von Figur
4 eine geänderte Profilierung über die gesamte Schaufelhöhe beispielhaft erläutert.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel haben die Schaufeln 2 ab einer bestimmten gleichen
Sehnenlänge unterschiedlich gekrümmte Hinterkantenbereiche 6, wodurch der Hinterkantenwinkel
α der Schaufeln 2 ausgehend von einem Hinterkantenwinkel α
0 gegenüber der jeweils vorangestellten Schaufel 2' zur Umfangsrichtung vergrößert
Δα + oder verkleinert Δα - ist. Durch die hinterkantenseitige unterschiedliche Krümmung
haben die benachbarten Schaufeln 2 jeweils unterschiedliche Profile. Der Bereich ihrer
Vorderkanten 8 ist jedoch gleich identisch profiliert, so dass die Schaufeln 2 somit
gleiche Vorderkantenwinkel aufweisen.
[0027] Zur Variierung der asymmetrischen Schaufelanordnungen können die Schaufelgitter 1
nach den vorhergehenden Ausführungsbeispielen mit einer nicht gezeigten Verstelleinrichtung
zusammenwirken, die eine unterschiedlich starke Umstaffelung einzelner Schaufeln 2
ermöglicht.
[0028] Wie in der konformen Abbildung eines Flutbahnabschnitts nach Figur 5 gezeigt, wird
die asymmetrische Anordnung der Schaufeln 2 in Umfangsrichtung bevorzugterweise mehrfach
periodisch fortgeführt. Der hier gezeigte Flutbahnabschnitt wurde in Schaufelquerrichtung
an den äußeren Bereich der Schaufeln 2 gelegt. Dargestellt ist in Figur 5 eine erfindungsgemäße
asymmetrische Schaufelanordnung am Ausführungsbeispiel der Umstaffelung über die gesamte
Schaufelhöhe (s. Figur 1 und 2). Die Schaufelgitteranordnung ist insbesondere so gewählt,
dass eine harmonische und periodische Winkelverteilung vorliegt. Innerhalb einer Periode
kann eine beliebige Anordnung bzw. Profilgestaltung der Schaufeln 2 erfolgen. Die
minimale Anzahl an Schaufeln 2 pro Periode beträgt zwei. Die relevante Größe für die
Anordnung bzw. Profilgestaltung einer Schaufel 2 ist dabei deren Abströmwinkel von
der Schaufel 2. Der Abströmwinkel ist im Wesentlichen von dem Hinterkantenwinkel α
und somit von dem Schaufelwinkel β und der Profilgeometrie abhängig, weshalb, wie
in Figur 6 gezeigt, der Hinterkantenwinkel α als Größe zur Beschreibung der asymmetrischen
Schaufelgitteranordnung herangezogen wird.
[0029] In Figur 6 sind sieben Beispiele für eine asymmetrische Anordnung der Schaufeln 2
bezogen auf den Hinterkantenwinkel α gezeigt, wobei die Ausführungsbeispiele 1, 2,
3 und 4 bevorzugt werden.
[0030] Die Anzahl der Schaufeln 2, die innerhalb einer Periode anzubringen sind, werden
durch die folgenden zueinander äquivalenten Formulierungen ermittelt.
[0031] Formulierung 1:
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=2013/32/DOC/EPNWA1/EP12153623NWA1/imgb0001)
[0032] Formulierung 2:
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=2013/32/DOC/EPNWA1/EP12153623NWA1/imgb0002)
[0033] Dabei gelten die folgenden Definitionen, wobei Schaufelgitter 1 das asymmetrische
Schaufelgitter und Schaufelgitter 2 das Schaufelgitter ist, welches dem asymmetrischen
Schaufelgitter in Strömungsrichtung folgt.
- A':
- Anzahl der Schaufeln pro Periode nach Formulierung 1
- A":
- Anzahl der Schaufeln pro Periode nach Formulierung 2
- n [1/min]:
- Drehzahl der Maschine
- Ns1:
- Anzahl der Schaufeln des Schaufelgitters 1
- rs2 [m]:
- Charakteristischer Radius der Schaufeln im Schaufelgitter 2. Dies ist der Radius,
bei dem im Schaufelgitter 2 eine Ablösung auftritt, welche durch das erfindungsgemäße
Schaufelgitter 1 unterdrückt wird. Bevorzugterweise entspricht rs2 in etwa dem Außenradius der Schaufeln im Schaufelgitter 2.
- lS2 [m]:
- Schaufellänge bei rS2 im Schaufelgitter 2
- βS2 [°]:
- Schaufelwinkel bzgl. Umfangsrichtung bei rs2 im Schaufelgitter 2
- Cax-S2 [m/s]:
- Axialgeschwindigkeit der Strömung bei rS2 vor dem Schaufelgitter 2
- σ':
- Schaufelkoeffizient für die Formulierung 1
- σ":
- Schaufelkoeffizient für die Formulierung 2
[0034] Das erfindungsgemäße asymmetrische Schaufelgitter 1 kann prinzipiell für den folgenden
Wertebereich angewendet werden:
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=2013/32/DOC/EPNWA1/EP12153623NWA1/imgb0004)
[0035] Bevorzugterweise wird das asymmetrische Schaufelgitter 1 für den folgenden Wertebereich
angewendet:
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=2013/32/DOC/EPNWA1/EP12153623NWA1/imgb0006)
[0036] Innerhalb einer Periode beträgt die maximale Wertedifferenz für die Anordnung bzw.
Profilgestaltung der Schaufeln 2 maximal 20°. Für eine optimale Umsetzung beträgt
die Winkeldifferenz maximal 10°.
[0037] Zur Deutlichmachung, dass die erfindungsgemäße Umstaffelung bzw. Profiländerung auch
bei Verdichtern in Diagonalbauweise und in Radialbauweise Anwendung findet, wird auf
die Figuren 7 und 8 verwiesen. Figur 7 zeigt einen Ausschnitt eines Verdichterstators
in Diagonalbauweise und Figur 8 zeigt einen Ausschnitt eines Verdichterstators in
Radialbauweise. Beispielhaft sind die Schaufeln 2 beziffert. Selbstverständlich kann
die Erfindung auch turbinenseitig verwirklicht werden.
[0038] Offenbart sind ein Schaufelgitter für eine Strömungsmaschine mit einer Vielzahl von
in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Schaufeln, wobei zumindest zwei Schaufeln
im hinteren Bereich eine Variation zur Erzeugung einer asymmetrischen Abströmung aufweisen,
sowie eine Strömungsmaschine, mit einem asymmetrischen Schaufelgitter, das einem weiteren
Schaufelgitter vorgeschaltet ist.
Bezugszeichenliste
[0039]
- 1
- Schaufelgitter
- 2
- Schaufel
- 2'
- benachbarte Schaufel
- 4
- Hinterkante
- 6
- Bereich
- 8
- Vorderkante
- U
- Umfangsrichtung
- α
- Hinterkantenwinkel
- β
- Schaufelwinkel
- Δα
- Änderung Hinterkantenwinkel
- Δβ
- Änderung Schaufelwinkel
1. Schaufelgitter (1) für eine Strömungsmaschine, mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung
nebeneinander angeordneten Schaufeln (2), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei benachbarte Schaufeln (2, 2') unterschiedliche Hinterkantenwinkel
(α) aufweisen.
2. Schaufelgitter nach Anspruch 1, wobei die Schaufeln (2, 2') über ihre gesamte Höhe
unterschiedlich gestaffelt sind.
3. Schaufelgitter nach Anspruch 1, wobei die Schaufeln (2, 2') über einen Teil ihrer
Höhe unterschiedlich gestaffelt sind.
4. Schaufelgitter nach Anspruch 1, wobei die Schaufeln (2, 2') über ihre gesamte Höhe
unterschiedlich profiliert sind.
5. Schaufelgitter nach Anspruch 1, wobei die Schaufeln (2, 2') über einen Teil ihrer
Höhe unterschiedlich profiliert sind.
6. Schaufelgitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaufeln (2, 2')
unterschiedlich stark verstellbar sind.
7. Schaufelgitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anordnung der Schaufeln
(2, 2') in Umfangsrichtung mehrfach periodisch fortgeführt ist.
8. Strömungsmaschine mit einem symmetrischen Schaufelgitter, gekennzeichnet durch ein stromaufwärtiges sich relativ zum symmetrischen Schaufelgitter in Umfangsrichtung
bewegendes asymmetrisches Schaufelgitter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Strömungsmaschine nach Anspruch 8, wobei eine Verstelleinrichtung zur unterschiedlich
starken Staffelung der Schaufeln (2, 2') vorgesehen ist.
10. Strömungsmaschine nach Anspruch 8 oder 9, wobei das asymmetrische Schaufelgitter (1)
ein Statorgitter ist.
11. Strömungsmaschine nach Anspruch 8 oder 9, wobei das asymmetrische Schaufelgitter (1)
ein Rotorgitter ist.