DE1456067A1

DE1456067A1 - Anordnungen zur Grenzschichtbeeinflussung bei Schaufeln von Geblaesen oder Turbinen

Info

Publication number: DE1456067A1
Application number: DE19621456067
Authority: DE
Inventors: Hermann Papst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-12-24
Filing date: 1962-12-24
Publication date: 1970-07-30

Description

Anordnungen zur Grenzschichtbeeinflussung bei Schaufeln von Gebläsen oder Turbinen Die Erfindung betrifft Anordnungen zur Grenzschichtbeeinflussung bei Schaufeln von Axial- oder Radialgebläsen oder Turbinen, welche hohl ausgebildet sind und an ihrem äußeren Rand eine Öffnung aufweisen, so daß der der Fliehkraft ausgesetzte Inhalt des Schaufelhohlraumes dadurch ausgeschleudert wird. Die Wände der Schaufeln sind dabei mit schmalen Schlitzen quer zur Profil-Umströmung versehen. Gemäß dem Stande der Technik ist es z. ß. bei Tragflügeln erforderlich, die Breite der Schlitzöffnungen in der Größenordnung von 0,125 mm zu halten und die Schlitze in enger Verteilung im Abstande von Zentimetern hintereinander anzuordnen. Die Herstellung solcher enger Schlitze durch Fräsen ist aber schwierig und das Stanzen bei den gebläuchlichen Blechen von mehrfacher Stärke der Schlitzbreite ausgeschlossen. Das radiale Ausschleudern ist bei Turbinenschaufeln bereits derart vorgeschlagen worden, daß längs der Schaufeln Löcher gehohrt waren, in die durch kleine seitliche Bohruncren das Grenzschichtmittel eintreten konnte. Die Absaugung der Grenzschicht durch Löcher bringt aber nicht die beabsichtigte Wirkung (Lücken). Die Erfindung bezweckt ohne die genannten Nachteile an Turbinen-oder Gebläseschaufeln auch kleiner Dimension einen guten Ahsaugeffekt zu erzielen lnd eine möglichst einfache Herstellharkeit derartiger Schlitze gemäß DAS 1 222 R03 zu erzielen.
Sie siebt Schlitze geringerer Freite, jedoch für eine breit verteilte Grrenzschichtabsaugung vor, wobei ein möglichst großer Teil der Länge und der Außenfläche der Schaufeln im Lauf unter Fliehkraftwirkung gesetzt ist. Der Schleudereffekt geht auf den gesamten Hohlrauminhalt (incl. "Schlitzinhalt") der Schaufeln, wodurch eine wirkungsvolle Grenzschichtabsaugung; geschieht. Gemäß dem patent (DAS 1 222 8n3) können sehr schmale Schlitze in einem zusammenhängenden Teil aus Blech oder plattenförmigen Werkstoffen durch Ausprägen einer tiefen Kerbe ohne Zerreißen des Zusamnunenhangs der Werkstoffasern erzeugt werden. Es werden dadurch schmale Schlitze mit einer schälend wirkenden Kante erzielt. Die Erfindung betrifft eine Komhination von teilweise hekannten Maßnahmen lund diese Kombination außerdem in besonderen Ausgestaltungen. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Grenzschichtabsaugung bei umströmten Schaufeln von Axial- oder Radialgebläsen oder Tur-Einen weist die Merkmale auf, daß die Schraufeln mindestens eine aus Blech bestehende Wand mit Schlitzen haben, daß die Schaufeln außen eile offenes ende zum Mustritt des Schaufelinhalts haben, wobei ferner die Schlitze die Form von Kerben haben, dir nach innen stark erweitert sind, so daß mindestens einle spitzwinkelige Kante mit Schälwirkung auf die eintretende Grenzschicht gebildet wird. Eine besondre Ausbildung besteht darin, daß eine Schaufelseite aus einem Preßteil gebildet wird, der üher seine Länge nach außen sich erweiternde Kanäle aufweist, die stellenweise vertieft sind lnd nach der Außenseite schmale Schlitze mit spitzwinkeligen Flanken bilden, wobei die Kanäle mit einer, mit ebensolchen Schlitzen versehenen Blechwand abgeschlossen sind. Statt der Flächen mit Schlitzen können auch Löcher in der Wand oder feinporöse Flächen vorgesehen werden. Eine weitere Ausführung, insbesondere für Laufschaufeln vors Gasturbinen, besteht darin, daß die Laufschaufeln im Vorderteil des Profils Kanäle zur Zufuhr eines durch Drosselwirkung in der Zufuhr laminar austretenden Trennmittels aufweisen, das im rückwärtigen Profilteil durch Schlitze in dessen Wänden wieder eingesaugt und nach hinten oder außen abreschleudert wird, so daß das zugeführte Kühltrennmittel eine dem Schaufelprofil anliegende Schicht bildet, die die Schaufel vor der Berührung mit den die Schaufel umströmenden heißen Gasen schutzt. Im nachstehenden wird die Erfindung in Verbindung mit den Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren eläutert, wobei alle zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile der besseren Übersicht halber fortgelassen sind. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren in gleicher Weise bezeichnet. Fig. 1 gibt einen Teilschnitt durch ein Radiallüfterrad 1 wieder, welches beispielsweise mit einem Außenläufermotor 2 verbunden ist. Die achsparallelen Schaufeln 3 haben Hohlprofil und weisen Längsschlitze 4 auf. Sie sind an der mit dem Elektromotor 2 verbundenen Scheibe 5 dicht angeschweißt. Die anderen Schaufelenden 6 sind in einen winkelförmigen Ring 7 eingelötet, wobei die Scbaufelkanäle offen bleiben. Sie sind mit der Einströmseite des Lüfters in Verbindung. nag von den Schaufeln 3 im Lüfter erzeugte Druckgefälle wirkt dann gleichzeitig auch als Saugdruckunterschied auf den Schaufelhohlraum. Die Strömung liegt den Schaufeln besser an, was den Wirkungsggrad und den Leistungsbereich vergößert.
Fig. 2 ist eine Aufsicht auf ein Radiallüfterrad B. Die Endkanten der Radialschaufeln 9 sind als Sogdüsen-Schlitze 10 irr die Strömung gerichtet. Gleichzeitig wird dabei die Luft in den Schaufeln 9 ausgeschleudert.
Fig. 3 gibt einen Blick auf das Stirnende einer Radialschaufel wieder, bei welcher das geschmeidete Profil 11 nach dem Fuße zu flach auslaufende Rillen 12 aufweist, die sowohl der Fliehkraftbeanspruchung, als auch dem erforderlichen Strömungsprofil angepaßt sind, welches außen einen größeren Querschnitt als innen haben könnte. Mittels der Rillenräume 12 wird dies erreicht, wobei gleichzeitig Biegefestigkeit und Fliehkraftbeanspruchung günstiger werden. Über die auf der Oberseite liegenden, gegebenenfalls auch beidseitigen Rillen 12 ist ein dünnes Deckblech 13 hoher Werkstoffgüte gelegt und durch Schweißung mit dem Schaufelkern 11 verbunden. Zwischen diesen Blechen 13 und dem massiven Schaufelkern 11 entstehen Kanäle 12, welche die in die Längsschlitze 4 eintretende Grenzschicht aufnehmen und radial ausschleudern. Diese Schichtanordnung dient auch dazu, die Schwingungsdämpfung bzw. Dauerachwingfestigkeit von Turbinenschaufeln zu vergrößern. In Fig. 4 ist ein Axialgebläse mit einem Leitrad 14 und einem Laufrad 15 dargestellt. Die Leitschaufeln 14 sind mit einer als Injektordüse wirkenden, in die Stromrichturig weisenden Schaufelkanten-Spaltdüse 10 ausgebildent. Die Grenzschichten werden daher wieder in die Leitschaufelflanken infolge der Sogwirkung der über die hintere Schaufelkantendüse 10 fließenden Strömung eingesaugt. Die hohlen Schaufeln 16 des Laufra-

Die Trenngrenzschicht tritt gegen den Staudruck mit Sicherheit überall gleichmäßig aus, ohne jedoch blasende Strahlen bilden zu können, weil das Kühl- und Trennmittel den Schaufeln Tiber enge Drosseldüsen 20 mit höherem Druck zugeführt wird, als der an den Schaufelstirnflächen auftretende Staudruck bei 19. Das aus dem Stirnschlitz 19 austretende Kühltrennmittel fließt dann immer an allen Stellen einer derart ausgestatteten Turbine mit voller Sicherheit gleichmäßig langsam aus und legt sich dem Schaufelprofil 17 mindestens an der Vorderseite gut an. Der Stirnschlitz 19 kann dabei durch eine angedeutete Vorschaufel geschützt sein. Damit kann der erforderliche Überdruck über dem Staudruck kleiner sein. Im rückwärtigen Schaufelteil 21 wird die Trenngrenzschicht in die erweiterten Schlitze 4 vorwiegend nach innen eingesaugt. Diese Schlitze sind nach dem in der DAS 1 222 803 beschriebenen Verfahren aus relativ sehr schlecht bearbeitbaren hochnickel-und chromhaltigen Legierungen mittels der Präge- und Überschleifvoränge sicher und wirtschaftlich herstellbar. Die Anordnung nach der Erfindung hat neben den schon geschilderten vor allem die Vorteile, daß sie eine gute, sichere Grenzschichtabsaugrung bringt, daß die Schlitze nicht verstopfen können, daß die zur Absaugung der Grenzschicht verbrauchte Ener--i.e bei der sehr geringen Schlitzbreite unbedeutend bleibt.
Es wird ferner eine billige Massenfertigung erzielt, daß Turbinenschaufeln -leicht werden können und nicht mehr der Korrosion unterliegen.

Claims

Patentansprüche 1) Anordnung zur Grenzschichtbeeinflussung bei mit Hohlräumen bei mit Hohlräumen versehenen Schaufeln von Axial- oder Radialgebläsen oder Turbinen, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Mermale: a) Die Schaufeln haben jeweils mindestens eine aus Blech bestehende Wand (13), die mit Schlitzen(4) versehen ist, und ein äußeres offenes Ende zum Austritt des der Fliehkraft unterworfenen Inhalts des Schaufelhohlraumes. b) Die Schlitze weisen die Form von Kerben auf, die nach innen stark erweitert sind, wobei mindestens die in die Strömungsrichtung weisenden Kanten der Schlitzflanken scharf spitzwinklig ausgebildet sind.
2) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand bzw. Schaufelseite aus einem profilierten Form- oder Preßteil (11) gebildet wird, der nach außen hin sich vorzugsweise erweiternde Kanäle (12) aufweist, die am Grunde mindestens stellenweise kerbenartig bis auf die andere Aussenseite der Schaufel vertieft sind, so daß dort Sehmaie Schlitze gebildet werden; und wobei die Kanäle der Profilform mit einer ebenfalls mit schmalen Schlitzen (4) versehenen Blechwand (13) abgeschlossen sind.
3) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere für Laufschaufeln von Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln im Vorderteil des Profils Kanäle 18, 19, 20 zur Zufuhr eines durch Drosselwirkung (20) in der menge grenzten und daher laminar austretenden Trennmittels aufweisen, das im rückwärtigen Teil (?1) des Profils durch Schlitze (4) in dessen Wänden wieder eingesaugt und nach hinten oder außen abgeschleudert wird, so daß das zugeführte Kühltrennmittel eine dem Schaufelprofil anliegende Schicht bildet, die die Schaufel vor Berührung mit den umströmenden heißen Gasen schlitzt.