DE102006058415A1 - flow machine - Google Patents

Abstract

A flow machine has a bladed rotor rotating in a flow channel, and has a hub body (12) with mutually overlapping rotor blades (15), in which the rotor blades have a front edge (30) on the inflow side with a curved shape extending from the hub body (12) up to the outer end. The front edge (30) has a constant curve with at least three extremes forming alternate maxima and minima.

Description

Translated fromGerman

DieErfindung betrifft eine Strömungsmaschine,insbesondere Turbotriebwerk, mit einem in einem Strömungskanalrotierenden angetriebenen Fan-Rotor, der einen Nabenkörper unddavon abstehende, einander überlappendeRotorschaufeln aufweist, wobei die Rotorschaufeln auf der Anströmseite Vorderkantenmit vom Nabenkörperbis zum äußeren Ende kurvenförmigem Verlaufhaben.TheInvention relates to a turbomachine,in particular turbo engine, with one in a flow channelrotating driven fan rotor, which has a hub body andprotruding from each other, overlappingRotor blades, wherein the rotor blades on the upstream side leading edgeswith the hub bodyto the outer end curved courseto have.

ModerneFlugtriebwerke, wie sie beispielsweise inUS 2005/0241291 A1 beschriebensind, haben einen einströmseitigenFan-Rotor, der zusammen mit einem Nabenkörper rotiert. Hinter dem Fan-Rotorkann ein rückwärtiger zweiterFan-Rotor angeordnet sein, der gegenläufig zu dem ersten Fan-Rotorangetrieben ist. Die Fan-Rotoren sind Bestandteil einer Verdichterstufe,welche die einströmendeLuft verdichtet und den größten Teilder Luft durch einen Bypass als schuberzeugenden Luftstrahl nachhinten ausschiebt. Der innere Anteil der Luft wird dem Kerntriebwerk(Core) zugeführt.Dort wird die Luft in einem Hochdruckverdichter weiter verdichtetund einer Brennkammer zugeführt.Der Fan-Rotor und die Hochdruckverdichter werden durch Turbinen mitHilfe von zwei oder drei Hohlwellen angetrieben. Die Drehzahl desFan-Rotors richtet sich nach der maximalen Schaufelspitzengeschwindigkeit.Modern aircraft engines, such as those in US 2005/0241291 A1 described have an upstream fan rotor which rotates together with a hub body. Behind the fan rotor, a rearward second fan rotor may be arranged, which is driven in opposite directions to the first fan rotor. The fan rotors are part of a compressor stage, which compresses the incoming air and pushes most of the air through a bypass as a thrust-generating air jet to the rear. The inner part of the air is fed to the core engine (Core). There, the air is further compressed in a high-pressure compressor and fed to a combustion chamber. The fan rotor and the high-pressure compressor are driven by turbines with the help of two or three hollow shafts. The speed of the fan rotor depends on the maximum blade tip speed.

Beieinem Gebläserotormit sich in Frontansicht überlappendenRotorschaufeln ist der Verlauf der Vorderkanten der Rotorschaufelnein wesentlicher Faktor zur Steigerung der Leistungsdichte, des Wirkungsgradesund/oder fürdie Lärmreduzierung. EinBeispiel fürden Verlauf der Vorderkanten eines Fan-Rotors ist inUS 2004/0170502 A1 beschrieben. Hierbeisind die Vorderkanten nach außenausgebaucht. Sie haben einen linearen Innenbereich und einen linearenAußenbereich,die durch eine bogenförmigeKrümmungverbunden sind.In a fan rotor with rotor blades overlapping in front view, the course of the leading edges of the rotor blades is an essential factor for increasing the power density, the efficiency and / or the noise reduction. An example of the course of the leading edges of a fan rotor is in US 2004/0170502 A1 described. Here, the leading edges are bulged outward. They have a linear inner area and a linear outer area, which are connected by an arcuate curvature.

DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotorschaufelform für ein Turbotriebwerkzu schaffen, die durch Verringerung der Stoßverluste der Luft einen erhöhten Wirkungsgradbietet.Of theInvention is based on the object, a rotor blade shape for a turbo engineto create, by reducing the impact losses of air increased efficiencyoffers.

Daserfindungsgemäße Turbotriebwerkist durch den Patentanspruch 1 definiert. Hiernach weisen die Vorderkanteneine stetige Kurve mit mindestens drei abwechselnd Maxima und Minimabildenden Extrema auf. Durch die wellenförmige Gestalt der Vorderkantewerden an den Einbeulungen die Verdichtungsstöße vermindert. Die Strömung wirdso beeinflusst, dass die Stoßverlustein der Passage zwischen den Rotorschaufeln minimiert werden. Hierdurchwird eine Steigerung des Wirkungsgrades bewirkt, ohne dass eine Verringerungdes Massenstromes erfolgt. Der erzeugte Schub bleibt von der Erhöhung desWirkungsgrades unbeeinflusst.TheTurbo engine according to the inventionis defined by the patent claim 1. Hereinafter, the leading edges pointa continuous curve with at least three alternating maxima and minimaforming extremes. Due to the wavy shape of the front edgeAt the dentures the compression shocks are reduced. The flow isso influenced that the shock lossesbe minimized in the passage between the rotor blades. herebyan increase in efficiency is effected without a reductionthe mass flow takes place. The generated thrust remains from the increase of theEfficiency unaffected.

Untereinem Extremum oder Extremwert ist im Rahmen der Erfindung ein vorstehenderBereich nach Art eines Buckels zu verstehen, oder ein zurückstehenderBereich in Form eines Tales. Eine plötzlich abbrechende vorstehendeSpitze stellt kein Extremum dar und wird bei der Bestimmung derAnzahl der Extrema nicht mitgezählt.UnderAn extremum or extreme value is a projecting one within the scope of the inventionTo understand area in the manner of a hump, or a recedingArea in the form of a valley. A sudden erupting protrudingTip is not an extremum and is used in the determination ofNumber of extremes not counted.

Fallsdrei Extrema vorhanden sind, können diesevon innen nach außenein Maximum, ein Minimum und wiederum ein Maximum aufweisen. Vorzugsweisebildet der innerste Extremwert ein Maximum. Grundsätzlich istes aber auch möglich,innen mit einem Minimum zu beginnen.Ifthree extremes are present, these canfrom the inside to the outsidehave a maximum, a minimum and again a maximum. Preferablythe innermost extreme value forms a maximum. Basicallybut it is also possibleto start with a minimum inside.

Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform derErfindung bilden die Vorderkanten eine Doppel-S-Kurve mit mindestensvier Extrema. Hierbei dient die Form des Buchstabens "S" nur zur grundsätzlichen Charakterisierungzweier benachbarter Extrema. Unter die Definition des "S" soll auch der spiegelbildliche Verlauffallen, wie er bei einem Fragezeichen vorliegt. Wichtig ist, dassgegenläufigeExtrema einander abwechseln.According to onepreferred embodiment ofInvention, the leading edges form a double S-curve with at leastfour extremes. Here, the shape of the letter "S" is only for basic characterizationtwo adjacent extremes. Under the definition of the "S" also the mirror-image course shouldfall, as it is with a question mark. It's important, thatopposingExtrema alternate.

Vorzugsweiseist vorgesehen, dass die Abständezwischen den Extrema von innen nach außen abnehmen.Preferablyis provided that the distancesbetween the extremes from the inside out.

Fernerkönnendie Höhender Extrema von innen nach außenabnehmen.Furthercanthe heightsthe extremes from the inside outlose weight.

ImFolgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispielder Erfindung nähererläutert.in theAn embodiment will be described below with reference to the drawingscloser to the inventionexplained.

Eszeigen:Itdemonstrate:

1 einenschematischen Längsschnitt durchein Turbotriebwerk eines Düsenflugzeugsund 1 a schematic longitudinal section through a turbo engine of a jet aircraft and

2 einedetailliertere Darstellung der Schaufelform. 2 a more detailed representation of the blade shape.

In1 istein Turbotriebwerk dargestellt, das in seinem Grundaufbau demjenigenvonDE 39 33 776 C2 entspricht.In 1 is shown a turbo engine, which in its basic structure that of DE 39 33 776 C2 equivalent.

DasTurbotriebwerk weist ein ringförmiges Gehäuse10 auf,das einen Strömungskanal11 umschließt. Im Strömungskanalist ein Nabenkörper12 koaxialangeordnet, der drehfest mit einer Welle13 verbunden istund einen Fan-Rotor14 mit zahlreichen Rotorschaufeln15 trägt, dievon dem Nabenkörper12 abstehenund bis an die Wand des Gehäuses10 reichen.Der Fan-Rotor14 beschleunigt die einströmende Luftund treibt sie in den Hauptstromweg16 und einen Bypassweg17.Beide Strömungswegewerden durch ein rotorförmigesTriebwerksgehäuse18 getrennt,wobei der Hauptstromweg16 innen und der Bypassweg außen verläuft. Vondem Triebwerksgehäuse18 erstreckensich radiale Streben19 zu dem Gehäuse10, um das Gehäuse koaxialzu dem Triebwerksgehäusezu fixieren. Im Inneren des Triebwerksgehäuses18 ist ein Lagergehäuse20 anStreben21 befestigt. Das Lagergehäuse20 bildet dieinnere Begrenzung des ringförmigenHauptstromweges16. Das Lagergehäuse20 lagert diedrehbare Welle13, an deren vorderem Ende der Nabenkörper12 angebrachtist.The turbo engine has an annular housing 10 on, a flow channel 11 encloses. In the flow channel is a hub body 12 Coaxially arranged, the rotation with a shaft 13 connected and a fan rotor 14 with numerous rotor blades 15 carries that from the hub body 12 stand up and up to the wall of the housing 10 pass. The fan rotor 14 accelerates the incoming air and drives it into the main flow path 16 and a bypass path 17 , Both flow paths are through a rotor-shaped engine housing 18 separated, with the main flow path 16 in and the bypass path runs on the outside. From the engine case 18 extend radial struts 19 to the housing 10 to fix the housing coaxially with the engine housing. Inside the engine case 18 is a bearing housing 20 on striving 21 attached. The bearing housing 20 forms the inner boundary of the annular main flow path 16 , The bearing housing 20 stores the rotatable shaft 13 , at the front end of the hub body 12 is appropriate.

DasTriebwerksgehäuse18 umschließt das Kerntriebwerk(Core)22. Das Kerntriebwerk enthält einen Hochdruckverdichter23 mitim Hauptstromweg16 rotierenden Schaufeln24,die an einer angetriebenen Hilfswelle25 angebracht sind,einer den Hochdruckverdichterstufen nachgeordneten Brennkammer26,einer ersten Turbine27a und einer zweiten Turbine27b.Die Turbine27a weist Schaufeln28a im Hauptstromwegauf. Diese sind an der Hilfswelle25 befestigt und werdenvon den die Brennkammer26 verlassenden Gasen angetrieben.Die stromab von der ersten Turbine27a angeordnete zweiteTurbine27b mit Schaufeln28 treibt die Welle13 an.Dieser generelle Aufbau eines Turbotriebwerks – hier in zweiwelliger Bauweise – ist bekannt.The engine case 18 encloses the core engine (Core) 22 , The core engine contains a high pressure compressor 23 with in the main flow path 16 rotating blades 24 connected to a driven auxiliary shaft 25 are mounted, a high-pressure compressor stages downstream combustion chamber 26 , a first turbine 27a and a second turbine 27b , The turbine 27a has shovels 28a in the main flow path. These are on the auxiliary shaft 25 Attached and used by the combustion chamber 26 driven gases leaving. The downstream of the first turbine 27a arranged second turbine 27b with shovels 28 drives the wave 13 at. This general structure of a turbo engine - here in two-shaft design - is known.

DieSchaufeln15 sind fächerförmig andem Nabenkörper12 angeordnet,wobei sie einen Anstellwinkel in Bezug auf die Längsachse des Nabenkörpers haben.The shovels 15 are fan-shaped on the hub body 12 arranged, wherein they have an angle of attack with respect to the longitudinal axis of the hub body.

Erfindungsgemäß ist dieVorderkante30, die stromauf angeordnet ist, in besondererWeise konturiert. Sie weist, ausgehend vom Nabenkörper12, mehrereabwechselnd angeordnete Maxima und Minima auf, die generell mitdem Oberbegriff "Extrema" bezeichnet werden.Ausgehend vom Nabenkörper12 istzunächsteine konvexe Zone32 mit einem Maximum33 vorhanden,gefolgt von einer konkaven (zurückstehenden)Zone34 mit einem Minimum35. Es folgt dann wiedereine konvexe Zone36 mit einem Maximum37 undschließlicheine konkave Zone38 mit einem Minimum39. DieVorderkante30 bildet eine stetige Kurve ohne Sprünge undKnickstellen.According to the invention, the front edge 30 , which is arranged upstream, contoured in a special way. It points, starting from the hub body 12 , several alternately arranged maxima and minima, which are generally referred to by the generic term "extrema". Starting from the hub body 12 is initially a convex zone 32 with a maximum 33 present, followed by a concave (receding) zone 34 with a minimum 35 , It then follows again a convex zone 36 with a maximum 37 and finally a concave zone 38 with a minimum 39 , The leading edge 30 Forms a steady curve without cracks and kinks.

2 zeigteine detailliertere Darstellung der Schaufel15, wobeidie Strömungsrichtungdurch einen Pfeil40 bezeichnet ist. An der Vorderkante30 derSchaufel15 sind die Extrema33,35,37,39 erkennbar.Die Schaufelkontur beginnt innen mit dem Maximum33 undendet außenmit dem Minimum39. Der Abstand zwischen den Extrema wird.von innen nach außengeringer. Auch die Höhender Extrema werden von innen nach außen kleiner. 2 shows a more detailed representation of the blade 15 , wherein the flow direction by an arrow 40 is designated. At the front edge 30 the shovel 15 are the extremes 33 . 35 . 37 . 39 recognizable. The blade contour starts in with the maximum 33 and ends outside with the minimum 39 , The distance between the extremes becomes. lower from the inside out. The heights of the extremes also become smaller from the inside out.

DieAnzahl der Extrema kann von der des vorliegenden Ausführungsbeispielsabweichen. Wichtig ist, dass mindestens drei Extrema vorhanden sind.TheNumber of extremes can be different from that of the present embodimentdiffer. It is important that there are at least three extremes.

Das äußere Ende41 derSchaufellängekann gebogen sein, so dass eine sich der Krümmung des Gehäuses10 annähernde Außenkanteentsteht. Diese wird jedoch den Extrema nicht zugeordnet.The outer end 41 the blade length can be bent so that the curvature of the housing 10 approximate outer edge is created. However, this is not assigned to the extrema.

Inden Passagen zwischen den Schaufeln treten infolge der, aus radialerRichtung betrachtet, gebogenen Schaufelform Verzögerungen an den Einbeulungenauf. Diese Verzögerungenbewirken Verdichtungsstöße. Durchdie beschriebene Ausbildung der Vorderkante30 wird dieLuftströmungso beeinflusst, dass die Stoßverlustein der Passage zwischen zwei Schaufeln minimiert werden. Der Wirkungsgraddes Turbotriebwerks wird erhöht,ohne dass eine Verringerung des Massenstromes erfolgt. Der Schubbleibt durch diese Maßnahmeunbeeinflusst.In the passages between the blades occur due to the, viewed from the radial direction, curved blade shape delays in the dentures. These delays cause compression shocks. By the described design of the leading edge 30 the air flow is influenced so that the impact losses in the passage between two blades are minimized. The efficiency of the turbo engine is increased without a reduction of the mass flow occurs. The thrust remains unaffected by this measure.

Beidem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurdedie Schaufelform anhand des Fan-Rotors14 beschrieben.Diese Schaufelform könnteauch in der Frontstufe des Hochdruckverdichters23 angewendet werden.Die Erfindung ist aber nicht auf Turbotriebwerke beschränkt. Siekann auch bei stationären Gasturbineneingesetzt werden.In the present embodiment, the blade shape was based on the fan rotor 14 described. This blade shape could also be in the front stage of the high pressure compressor 23 be applied. The invention is not limited to turbo engines. It can also be used in stationary gas turbines.

Claims (4)

Translated fromGerman

Strömungsmaschine,insbesondere Turbotriebwerk, mit einem in einem Strömungskanalrotierenden Schaufelrotor, der einen Nabenkörper (12) und davonabstehende, einander überlappendeRotorschaufeln (15) aufweist, wobei die Rotorschaufeln aufder Anströmseiteeine Vorderkante (30) mit vom Nabenkörper (12) bis zum äußeren EndekurvenförmigemVerlauf haben,dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkante(30) eine stetige Kurve mit mindestens drei abwechselndMaxima und Minima bildenden Extrema aufweist.Turbomachine, in particular a turbo-engine, with a rotor rotating in a flow channel paddle rotor, a hub body ( 12 ) and projecting, overlapping rotor blades ( 15 ), wherein the rotor blades on the upstream side of a leading edge ( 30 ) with the hub body ( 12 ) to the outer end have a curved course,characterized in that the front edge ( 30 ) has a continuous curve with at least three alternating maxima and minima forming extremes.Strömungsmaschinenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkante (30) eineDoppel-S-Kurve mit mindestens vier Extrema (33,35,37,39)bildet.Turbomachine according to claim 1, characterized in that the front edge ( 30 ) a double S-curve with at least four extrema ( 33 . 35 . 37 . 39 ).Strömungsmaschinenach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischenden Extrema (33,35,37,39)von innen nach außenabnehmen.Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that the distances between the extrema ( 33 . 35 . 37 . 39 ) from inside to outside.Strömungsmaschinenach einem der Ansprüche1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhen der Extrema von innen nachaußenabnehmen.flow machineaccording to one of the claims1-3, characterized in that the heights of the extremes from the inside toOutsidelose weight.