DE102006048933A1 - Arrangement for influencing the flow - Google Patents

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Abstract

Anordnung zur Strömungsbeeinflussung im Bereich von beschaufelten Strömungskanalabschnitten von Turbomaschinen mittels grenzschichtbeeinflussender Geometrien, wobei als Lauf- und/oder als Leitschaufeln ausgeführte Schaufeln sich zwischen einer inneren und einer äußeren Kanalwand erstrecken und die innere Kanalwand als statische Wand oder als rotierende Nabe, die äußere Kanalwand als statische Wand ausgeführt ist. Die grenzschichtbeeinflussenden Geometrien sind stromaufwärts oder stromaufwärts und innerhalb des unmittelbar zu beeinflussenden, beschaufelten Strömungskanalabschnitts an der inneren und/oder der äußeren Kanalwand angeordnet und als Vortexgeneratoren und/oder als Oberflächenstrukturen ausgeführt.Arrangement for influencing the flow in the area of bladed flow channel sections of turbomachines by means of boundary layer influencing geometries, wherein designed as a runner and / or vanes between an inner and an outer channel wall and extend the inner channel wall as a static wall or as a rotating hub, the outer channel wall as static wall is executed. The boundary layer-influencing geometries are arranged upstream or upstream and within the directly influenceable, bladed flow channel section at the inner and / or the outer channel wall and designed as vortex generators and / or as surface structures.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Strömungsbeeinflussung im Bereich von beschaufelten Strömungskanalabschnitten von Turbomaschinen mittels grenzschichtbeeinflussender Geometrien, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an arrangement for influencing the flow in the area of bladed flow channel sections turbomachinery using boundary layer-influencing geometries, according to the generic term of claim 1

Die sich infolge der so genannten Haftbedingung in der Regel an überströmten Oberflächen ausbildende Grenzschicht hat häufig negative Auswirkungen auf die Strömungsverhältnisse. So führt eine starke Aufdickung der Grenzschicht u. a. zu einer Reduzierung des effektiven Strömungsquerschnitts, speziell in engen Schaufelgittern. Eine Grenzschichtablösung kann zu großen Problemen bzw. Gefahren für die betroffenen Bauteile und Komponenten führen und den Betriebsbereich z.B. eines Verdichters einschränken. Daher wird seit langem versucht, die Grenzschicht zu beeinflussen. Mit feinen Oberflächenstrukturen, Stichwort: Haifischhaut, bis herunter in den Nanobereich wird versucht, das Haften des Strömungsfluids an der Festkörperoberfläche zu reduzieren, so dass letztlich eine kleinere relevante Grenzschicht entstehen soll. Stromaufwärts von ablösegefährdeten Oberflächenbereichen kann man eine Grenzschichtabsaugung durchführen, um zumindest die Grenzschichtdicke zu reduzieren. Mit wirbelerzeugenden Elementen, so genannten Vortexgeneratoren, wird versucht, das energiearme Fluid in der Grenzschicht zu energetisieren, um deren Strömungskomponente in Sollrichtung zu vergrößern.The As a result of the so-called adhesive condition usually forms on overflowing surfaces Boundary layer has frequent negative effects on the flow conditions. So leads a strong Thickening of the boundary layer u. a. to a reduction of the effective Flow cross-section, specifically in tight shovels. A boundary layer separation can be a big problem or dangers for the affected components and components lead and the operating area e.g. restrict a compressor. Therefore, attempts have been made for a long time to influence the boundary layer. With fine surface structures, Keyword: Sharkskin, down to the nanoscale, is trying the adhesion of the flow fluid to reduce at the solid surface, so that ultimately a smaller relevant boundary layer arise should. upstream of transfer risk surface areas You can perform a Grenzschichtabsaugung to at least the boundary layer thickness to reduce. With vortex-generating elements, so-called vortex generators, an attempt is made to energize the low-energy fluid in the boundary layer, around their flow component to increase in the desired direction.

Die Rezirkulation und Energetisierung von energiearmem Fluid im Spitzen- und Spaltbereich von Laufschaufeln ist das Ziel von so genannten Casing Treatments, welche auch als Rezirkulationsstrukturen bezeichnet werden. Ein solches Casing Treatment ist beispielsweise aus der EP 1 530 670 B1 bekannt und wird primär in Verdichtern zur Erhöhung der so genannten Pumpgrenze benutzt.The recirculation and energization of low-energy fluid in the tip and gap area of blades is the aim of so-called Casing treatments, which are also referred to as Rezirkulationsstrukturen. Such a casing treatment is for example from the EP 1 530 670 B1 and is primarily used in compressors to increase the so-called surge limit.

In Schaufelgittern, wie z.B. in Lauf- und Leitschaufelkränzen, treten so genannte Sekundärströmungen infolge von lokalen Druckunterschieden auf. Das Strömungsmittel hat die Tendenz, von der Druckseite einer Schaufel zur Saugseite der benachbarten Schaufel zu strömen. Dieser Effekt tritt am inneren und äußeren Schaufelende auf, jeweils mit Umlenkung der Strömung am Übergang Schaufel/Kanalwand. Da die Sekundärströmungen eine Komponente quer zur Hauptströmungsrichtung aufweisen, führen auch diese zu Verlusten und sind unerwünscht. Da Sekundärströmungen und Grenzschichten sich gegenseitig beeinflus sen, wird auch versucht, über eine Energetisierung der Grenzschicht oder eine Reduzierung der Grenzschicht die Sekundärströmung durch Umlenkung in Hauptströmungsrichtung zu energetisieren und dadurch Verluste zu reduzieren. Da die Sekundärströmung beim Auftreffen auf die Saugseite der benachbarten Schaufel im kanalwandnahen Bereich die Tendenz zur Strömungsablösung erhöht, kann letztlich über eine Beeinflussung der kanalwandseitigen Grenzschicht die Schaufelströmung verbessert und stabilisiert werden.In Vane grids, such as e.g. in running and Leitschaufelkränzen, step so-called secondary flows due from local pressure differentials. The fluid tends to from the pressure side of a blade to the suction side of the adjacent blade to stream. This effect occurs at the inner and outer blade end, respectively with deflection of the flow at the transition Shovel / duct wall. Since the secondary flows a component across to the main flow direction have, lead these too losses and are undesirable. Because secondary flows and Boundary layers affecting one another are also attempted over one Energizing the boundary layer or reducing the boundary layer the secondary flow through Deflection in the main flow direction to energize and thereby reduce losses. Since the secondary flow during Impact on the suction side of the adjacent blade in the channel near the wall area can increase the tendency to flow separation ultimately over an influence on the channel wall-side boundary layer improves the blade flow and stabilized.

Aus der EP 0 976 928 B1 ist bekannt, mittels hilfsflügelartiger Vortexgeneratoren im Übergangsbereich Schaufel/Kanalwand der Sekundärströmung, hier Eckenströmung genannt, entgegen zu wirken. Die Vortexgeneratoren/Hilfsflügel können an der Schaufel und/oder an der Kanalwand angeordnet sein. In jedem Fall befinden sich die Vortexgeneratoren im beschaufelten Bereich axial zwischen den Ebenen der Schaufeleintritts- und Schaufelaustrittskariten und dort im Bereich der Eckenströmung, d. h. am Übergang Schaufel/Kanalwand.From the EP 0 976 928 B1 It is known to counteract by means of wing-type vortex generators in the transition region blade / channel wall of the secondary flow, here called corner flow. The vortex generators / auxiliary wings may be arranged on the blade and / or on the channel wall. In any case, the vortex generators in the bladed area are located axially between the planes of the blade entry and blade exit karts and there in the area of the corner flow, ie at the transition between the blade and the channel wall.

Aus der US 4,023,350 ist es bekannt, im Austrittsbereich einer Niederdruckturbine die Sekundärströmung zwischen leitschaufelartigen Streben durch an der Kanalwand zwischen den Streben angeordnete Vortexgeneratoren zu reduzieren. Das wird hier durch Energetisierung der Grenzschicht an der Kanalwand erreicht, wie bereits oben erläutert.From the US 4,023,350 It is known to reduce the secondary flow between the guide vane-like struts in the outlet region of a low-pressure turbine by vortex generators arranged on the channel wall between the struts. This is achieved here by energizing the boundary layer on the channel wall, as already explained above.

Ausgehend von diesen bekannten Lösungen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Anordnung zur Strömungsbeeinflussung im Bereich von beschaufelten Strömungskanalabschnitten von Turbomaschinen mittels grenzschichtbeeinflussender Geometrien vorzuschlagen, welche sich durch eine höhere Effizienz und somit eine weitere Verbesserung der Strömungsverhältnisse auszeichnet.outgoing consists of these known solutions the object of the invention is an arrangement for influencing the flow in the area of bladed flow channel sections Turbomachinery by boundary layer influencing geometries to propose, which by a higher efficiency and thus a further improvement of the flow conditions distinguished.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst, in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen in dessen Oberbegriff.These The object is solved by the features characterized in claim 1, in connection with the generic features in its generic term.

Dabei sind die grenzschichtbeeinflussenden Geometrien stromaufwärts oder stromaufwärts und innerhalb des unmittelbar zu beeinflussenden, beschaufelten Strömungskanalabschnitts an wenigstens einer Kanalwand angeordnet und wahlweise als grenzschichtenergetisierende Vortexgeneratoren und/oder als grenzschichtreduzierende Oberflächenstrukturen ausgeführt. Durch die Anordnung der Geometrien stromaufwärts oder stromaufwärts und innerhalb der Beschaufelung wird eine ausreichende Lauflänge für die Energetisierung bzw. Reduzierung der Grenzschicht erreicht, welche bei einer Anordnung der Geometrien zwischen oder an den Schaufeln nicht möglich ist. Die Anordnung an der Kanalwand hat außerdem die Vorteile, dass die Schaufeln selbst strömungstechnisch und konstruktiv nicht verändert werden müssen. Die Verwendbarkeit grenzschichtenergetisierender und/oder grenzschichtreduzierender Geometrien erweitert die Anpassungsfähigkeit an die jeweiligen Strömungsverhältnisse.there are the boundary layer influencing geometries upstream or upstream and within the immediately to be influenced, bladed Flow channel section arranged on at least one channel wall and optionally as Grenzschichtergetisierende Vortex generators and / or as boundary layer-reducing surface structures executed. By arranging the geometries upstream or upstream and within the blading is sufficient run length for energizing or reduction of the boundary layer achieved, which in an arrangement the geometries between or on the blades is not possible. The arrangement on the channel wall also has the advantages that the Self-leveling blades and structurally unchanged Need to become. The utility of interfacially energizing and / or boundary layer reducing Geometries extend the adaptability to the respective flow conditions.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Anordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Besonders vorteilhaft ist eine Kombination der Anordnung mit einem so genannten Casing Treatment, d. h. mit einer Rezirkulationsstruktur zur Reduzierung der Pumpgefahr in einem Verdichter.preferred Embodiments of the arrangement are characterized in the subclaims. Particularly advantageous is a combination of the arrangement with a so-called casing treatment, d. H. with a recirculation structure to reduce the risk of pumping in a compressor.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei zeigen in stark vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung:The Invention will follow closer to the drawings explained. This shows in a greatly simplified, not to scale representation:

1 einen Teillängsschnitt durch einen Verdichter in Axialbauart mit einem Casing Treatment, und 1 a partial longitudinal section through a compressor in axial design with a casing treatment, and

2 eine Ansicht zweier benachbarter Schaufeln in etwa radialer Blickrichtung. 2 a view of two adjacent blades in an approximately radial direction.

Der in Axialbauart ausgeführte Verdichter 1 gemäß 1 weist zur Erhöhung seiner Pumpgrenze ein Casing Treatment 2, d. h. eine die Strömung im Spitzen- und Spaltbereich der Laufschaufel 5 eines Laufschaufelkranzes 10 in Hauptströmungsrichtung energetisierende Rezirkulationsstruktur, auf. Die Durchströmung des dargestellten Verdichters 1 erfolgt von links nach rechts, so dass der Laufschaufelkranz 10 zusammen mit einem Leitschaufelkranz 12 die erste, stromaufwärtige Verdichterstufe bildet. Die Längsmittelachse 13 des Verdichters 1 ist mit der Rotationsachse der Laufschaufelkränze 10 und 11 identisch. Die Laufschaufeln 5, 6 und die Leitschaufeln 7 sind in einem im Querschnitt ringförmigen Strömungskanal zwischen einer inneren Kanalwand 3 und einer äußeren Kanalwand 4 angeordnet. Der Strömungsquerschnitt zwischen den Kanalwänden 3, 4 verjüngt sich mit zunehmendem Strömungsmitteldruck, d. h. in Strömungsrichtung. Die innere Kanalwand 3 ist im Bereich der Laufschaufelkränze 10, 11 als rotierende Nabe, im Bereich des Leitschaufelkranzes 12 als statische Wand, z.B. als inneres Schaufeldeckband, ausgeführt.The axial-type compressor 1 according to 1 has a casing treatment to increase its surge limit 2 ie, the flow in the tip and gap region of the blade 5 a blade ring 10 in the main flow direction energizing recirculation structure, on. The flow through the illustrated compressor 1 is done from left to right, leaving the blade ring 10 together with a vane ring 12 forms the first, upstream compressor stage. The longitudinal central axis 13 of the compressor 1 is with the axis of rotation of the blade rings 10 and 11 identical. The blades 5 . 6 and the vanes 7 are in an annular cross-sectional flow channel between an inner channel wall 3 and an outer channel wall 4 arranged. The flow cross section between the channel walls 3 . 4 tapers with increasing fluid pressure, ie in the flow direction. The inner canal wall 3 is in the range of the blade rings 10 . 11 as a rotating hub, in the area of the vane ring 12 as a static wall, eg as an inner vane cover tape.

Das Casing Treatment 2 bewirkt, dass sich der Strömungsmitteldurchsatz, hier konkret der Luftdurchsatz, im Bereich der Spitzen der Laufschaufeln 5 und somit im Bereich nahe der äußeren Kanalwand 4 erhöht. Da dies durch eine Reduzierung verlusterzeugender Strömungsanteile – mit Komponenten in Umfangrichtung bzw. quer zu den Schaufelprofilen – erreicht wird, spricht man strömungstechnisch von einer Entlastung des radial äußeren Strö mungskanalbereichs. De facto lenkt die Wirkung des Casing Treatments 2 die Strömung mehr in den äußeren Kanalbereich, wodurch aber gleichzeitig der Durchsatz im Bereich der inneren Kanalwand 3 sinkt. Dies führt in stromabwärts liegenden Schaufelkränzen, hier zunächst im Leitschaufelkranz 12 und ggf. auch im Laufschaufelkranz 11, im Bereich der inneren Kanalwand 3 zu einer Zunahme des Einflusses verlusterzeugender Sekundärströmungen. Dabei spricht man strömungstechnisch von einer Überlastung des radial inneren Kanal- bzw. Schaufelbereichs. Die Sekundärströmungen können an den Schaufeln im kanalwandnahen Bereich zu einer Strömungsablösung/einem Strömungsabriss führen, insbesondere im stromabwärtigen Teil der Schaufelsaugseite. Man spricht dabei von Corner-Stall. In 1 an den Leitschaufeln 7 und den Laufschaufeln 6 ist die Erstreckung des Corner-Stall tendenziell mit gestrichelten Linien 17, 18 angedeutet. Dabei erstreckt sich die Strömungsablösung etwa von der inneren Kanalwand 3 bis zur Linie 17, 18 auf der Schaufeloberfläche.The Casing Treatment 2 causes the flow rate of fluid, in this case the air flow, in the region of the tips of the blades 5 and thus in the area near the outer channel wall 4 elevated. Since this is achieved by reducing loss-generating flow components - with components in the circumferential direction or transversely to the blade profiles - one speaks fluidly of a discharge of the radially outer Strö mungskanalbereichs. De facto diverts the effect of casing treatments 2 the flow is more in the outer channel area, but at the same time the throughput in the area of the inner channel wall 3 sinks. This leads in downstream blade rings, here first in the vane ring 12 and possibly also in the blade ring 11 , in the area of the inner canal wall 3 to an increase in the influence of loss-producing secondary flows. In terms of flow, this is referred to as overloading the radially inner channel or blade area. The secondary flows may cause flow separation / stalling on the blades in the near channel region, particularly in the downstream portion of the blade suction side. One speaks of Corner stable. In 1 on the vanes 7 and the blades 6 The extension of the Corner Stable tends to be with dashed lines 17 . 18 indicated. The flow separation extends approximately from the inner channel wall 3 to the line 17 . 18 on the blade surface.

Als Abhilfemaßnahme sind stromaufwärts der Schaufeln grenzschichtbeeinflussende Geometrien angeordnet, hier in Form von Vortexgeneratoren 14, 15. Diese erzeugen Wirbelschleppen, welche die Grenzschicht an der Kanalwand 3 energetisieren. Dadurch erhöht sich wandnah die Strömungskomponente in Hauptströmungsrichtung, d. h. in Sollrichtung, wodurch auch die Sekundärströmung mehr in Sollrichtung umgelenkt wird. Dadurch lässt sich der Corner-Stall 17, 18 an den Leit- und Laufschaufeln 7, 6 reduzieren bzw. völlig beseitigen. Bekanntermaßen kann starker Corner-Stall ein Pumpen des Verdichters 1 auslösen, verbunden mit starken Durchsatzschwankungen und mechanischen Belastungen. Im Extremfall kann der Verdichter mechanisch zerstört werden, oder der Durchsatz auf "Null" sinken, letzteres beim so genannten Verdichter-Stall. In beiden Fällen ist – zumindest zeitweise – ein Triebwerksausfall die Folge.As a remedy, boundary layer-influencing geometries are arranged upstream of the blades, here in the form of vortex generators 14 . 15 , These create vortex entraining the boundary layer on the channel wall 3 energize. As a result, the flow component in the main flow direction, ie in the desired direction, increases near the wall, as a result of which the secondary flow is also deflected more in the desired direction. This allows the Corner stable 17 . 18 on the guide and rotor blades 7 . 6 reduce or completely eliminate. As is known, strong Corner Stable can pump the compressor 1 trigger, combined with high throughput fluctuations and mechanical loads. In extreme cases, the compressor can be mechanically destroyed, or the throughput to "zero" decline, the latter in the so-called compressor stall. In both cases - at least temporarily - an engine failure results.

2 zeigt in einer anderen, etwa radialen Ansicht die unterschiedlichen Strömungsverhältnisse an zwei benachbarten Schaufeln 8, 9 ohne und mit grenzschichtbeeinflussenden Geometrien. Maßgeblich ist dabei der Verlauf der Sekundärströmung, welche sich druckdifferenzgetrieben von der Druckseite einer Schaufel 8 kanalwandnah zur Saugseite einer benachbarten Schaufel 9 bewegt. Je nach dem Grad der strömungstechnischen Belastung bzw. Überlastung verlaufen die Stromlinien in unterschiedlichen Winkeln zu den Schaufelprofilen. Die in 2 gestrichelt wiedergegebenen Stromlinien 22 bis 24 der Sekundärströmung sollen für den Fall strömungstechnischer Überlastung gelten. Die Stromlinien 22 bis 24 verlaufen vorwiegend quer zur Schaufel 8, so dass sie in einem stromabwärtigen Bereich auf die Saugseite der Schaufel 9 treffen. Da gerade dieser Bereich besonders zur Strömungsablösung tendiert, kann es dort zu Corner-Stall kommen. Der Bereich 25 des Corner-Stall ist in 2 shows in a different, approximately radial view, the different flow conditions on two adjacent blades 8th . 9 without and with boundary layer influencing geometries. Decisive here is the course of the secondary flow, which is pressure-differential driven from the pressure side of a blade 8th Near the channel wall to the suction side of an adjacent blade 9 emotional. Depending on the degree of fluidic load or overload, the streamlines run at different angles to the blade profiles. In the 2 dashed streamlines 22 to 24 the secondary flow should apply in the case of fluidic overload. The streamlines 22 to 24 Run mainly across the blade 8th so that they are in a downstream area on the suction side of the blade 9 to meet. Since this area in particular tends to flow separation, it can come to corner stable. The area 25 the corner stall is in

2 mit einer Ellipse angedeutet, wobei im Grunde nur der erfasste Flächenbereich auf der Saugseite der Schaufel 9 gemeint ist. 2 indicated with an ellipse, wherein basically only the detected surface area on the suction side of the blade 9 is meant.

Als Abhilfemaßnahme ist hier eine grenzschichtreduzierende Oberflächenstruktur 16 vorgesehen, wofür sich beispielsweise eine so genannte Haifischhaut bzw. definierte Nanostrukturen eignen. Dem Fachmann sind geeignete Geometrien bekannt oder zumindest zugänglich. Die Oberflächenstruktur 16 ist so positioniert und dimensioniert, dass ihr strömungstechnischer Einfluss den kanalwandnahen Zwischenraum der Schaufeln 8, 9 flächig erfasst, um die Grenzschicht auf der Kanalwand zu reduzieren. Dies hat zur Folge, dass die von der Grenzschicht beeinflusste Sekundärströmung eine stärkere Komponente in Hauptströmungsrichtung erhält. In 2 geben die durchgezogenen Stromlinien 19 bis 21 diesen entlasteten Zustand wieder. Man erkennt, dass die Stromlinien 19 bis 21 nicht mehr überwiegend auf die Schaufel 9 treffen sondern großteils stromabwärts daran vorbei verlaufen. Somit ist die Schaufel 9 erheblich weniger Corner-Stall-gefährdet.As a remedy is here a border Layer-reducing surface structure 16 provided, for which, for example, a so-called shark skin or defined nanostructures are suitable. The person skilled in suitable geometries are known or at least accessible. The surface structure 16 is positioned and dimensioned so that its fluidic influence the near-channel wall space of the blades 8th . 9 recorded areal to reduce the boundary layer on the channel wall. As a result, the secondary flow influenced by the boundary layer receives a stronger component in the main flow direction. In 2 give the solid streamlines 19 to 21 this relieved state again. One recognizes that the streamlines 19 to 21 no longer predominantly on the shovel 9 meet but mostly run downstream past it. Thus, the scoop 9 considerably less Corner stable endangered.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, energetisierende Vortexgeneratoren bzw. grenzschichtreduzierende Oberflächenstrukturen jeweils ausschließlich oder in Kombination zu verwenden. Zur Optimierung werden mit Sicherheit auch Versuche beitragen können. Es kann genügen, in einer Turbomaschine nur eine erfindungsgemäße Anordnung stromaufwärts eines Schaufelkranzes vorzusehen, z.B. vor einem Leitschaufelkranz hinter einem Laufschaufelkranz mit Casing Treatment. Falls eine ausreichende Strömungsentlastung damit noch nicht erzielt wird, können auch mehrere Anordnungen über den Strömungskanal verteilt werden. Insbesondere bei den grenzschichtreduzierenden Oberflächenstrukturen kann es vorteilhaft sein, diese von einer Axialposition stromaufwärts des zu beeinflussenden, beschaufelten Strömungskanalabschnitts bis in den letzteren hinein, d.h. zwischen die Schaufeln, durchgehend anzuordnen.It is within the scope of the invention, energizing vortex generators or boundary layer-reducing surface structures in each case exclusively or to use in combination. To be optimistic with certainty can also contribute to experiments. It may be enough in a turbomachine only an inventive arrangement upstream of a To provide blade ring, e.g. behind a vane ring behind a blade ring with casing treatment. If sufficient flow relief so that is not achieved, can also several arrangements over the flow channel be distributed. Especially with the boundary layer reducing Surface structures can it may be advantageous to move this from an axial position upstream of the to be influenced, bladed flow channel section up in the latter, i. between the blades, to arrange throughout.

11
Verdichtercompressor
22
Casing Treatmentcasing treatment
33
Kanalwand, innereChannel wall, inner
44
Kanalwand, äußereCanal wall, outer
55
Laufschaufelblade
66
Laufschaufelblade
77
Leitschaufelvane
88th
Schaufelshovel
99
Schaufelshovel
1010
LaufschaufelkranzBlade ring
1111
LaufschaufelkranzBlade ring
1212
Leitschaufelkranzvane ring
1313
LängsmittelachseLongitudinal central axis
1414
VortexgeneratorVortex generator
1414
VortexgeneratorVortex generator
1616
Oberflächenstruktursurface structure
1717
Corner-StallCorner Stable
1818
Corner-StallCorner Stable
1919
Stromliniestreamline
2020
Stromliniestreamline
2121
Stromliniestreamline
2222
Stromliniestreamline
2323
Stromliniestreamline
2424
Stromliniestreamline
2525
Bereich des Corner-StallsArea the Corner stable

Claims (6)

Anordnung zur Strömungsbeeinflussung im Bereich von beschaufelten Strömungskanalabschnitten von Turbomaschinen, insbesondere von Verdichtern in Axialbauart, mittels grenzschichtbeeinflussender Geometrien, z.B. so genannter Vortexgeneratoren, wobei als Lauf- und/oder als Leitschaufeln ausgeführte Schaufeln sich zwischen einer inneren Kanalwand und einer äußeren Kanalwand erstrecken, und die innere Kanalwand als statische Wand oder als rotierende Nabe, die äußere Kanalwand als statische Wand ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die grenzschichtbeeinflussenden Geometrien stromaufwärts oder stromaufwärts und innerhalb des unmittelbar zu beeinflussenden, beschaufelten Strömungskanalabschnitts an der inneren (3) und/oder der äußeren Kanalwand (4) angeordnet und als separate, gegenseitig beabstandete Vortexgeneratoren (14, 15) und/oder als Oberflächenstrukturen (16) ausgeführt sind.Arrangement for influencing the flow in the area of bladed flow channel sections of turbomachines, in particular axial type compressors, by means of boundary layer influencing geometries, eg so-called vortex generators, wherein blades designed as running and / or guide vanes extend between an inner channel wall and an outer channel wall, and inner channel wall as a static wall or as a rotating hub, the outer channel wall is designed as a static wall, characterized in that the boundary layer-influencing geometries upstream or upstream and within the directly influenceable, bladed flow channel section at the inner ( 3 ) and / or the outer channel wall ( 4 ) and as separate, mutually spaced vortex generators ( 14 . 15 ) and / or as surface structures ( 16 ) are executed. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die grenzschichtbeeinflussenden Geometrien als leitschaufelartige, flügelartige, insbesondere deltaförmige, und/oder stufenartige Vortexgeneratoren (14, 15) und/oder als geometrisch definierte Oberflächenstrukturen (16), insbesondere als so genannte Haifischhaut oder als Nanostrukturen, ausgeführt sind.Arrangement according to claim 1, characterized in that the boundary layer-influencing geometries as guide vane-like, wing-like, in particular delta-shaped, and / or step-like vortex generators ( 14 . 15 ) and / or as geometrically defined surface structures ( 16 ), in particular as so-called shark skin or as nanostructures, are executed. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 in einem mehrstufigen Verdichter in Axialbauart mit wenigstens einer den Verdichter strömungstechnisch stabilisierenden Rezirkulationsstruktur, einem so genannten Casing Treatment, dadurch gekennzeichnet, dass grenzschichtbeeinflussende Geometrien (14) stromabwärts eines mit dem Casing Treatment (2) unmittelbar zusammenwirkenden Laufschaufelkranzes (10) und dabei stromaufwärts oder stromaufwärts und innerhalb eines auf den Laufschaufelkranz (10) folgenden Leitschaufelkranzes (12) zumindest an der inneren Kanalwand (3) angeordnet sind.Arrangement according to claim 1 or 2 in a multi-stage compressor in Axialbauart with at least one fluidically stabilizing the compressor recirculation structure, a so-called casing treatment, characterized in that Grenzschichtbeeinflussende geometries ( 14 ) downstream of one with the casing treatment ( 2 ) directly cooperating blade ring ( 10 ) and thereby upstream or upstream and within one on the blade ring ( 10 ) following vane ring ( 12 ) at least on the inner channel wall ( 3 ) are arranged. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass grenzschichtbeeinflussende Geometrien (15) stromabwärts des Leitschaufelkranzes (12) und dabei stromaufwärts oder stromaufwärts und innerhalb eines weiteren Laufschaufelkranzes (11) zumindest an der inneren Kanalwand (3) angeordnet sind.Arrangement according to Claim 3, characterized in that boundary layer-influencing geometries ( 15 ) downstream of the vane ring ( 12 ) and thereby upstream or upstream and within another blade ring ( 11 ) at least on the inner channel wall ( 3 ) are arranged. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die grenzschichtbeeinflussenden Geometrien (14, 15, 16) relativ zur Beschaufelung so angeordnet sind, dass die von den Geometrien (14, 15, 16) ausgehende, modifizierte Strömung überwiegend in die Zwischenräume der unmittelbar stromabwärts folgenden Schaufeln (6, 7, 8, 9) gelenkt wird.Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the boundary layer influencing geometries ( 14 . 15 . 16 ) are arranged relative to the blading so that the of the geometries ( 14 . 15 . 16 ) outgoing, modified flow predominantly in the interstices of the immediately downstream following blades ( 6 . 7 . 8th . 9 ) is directed. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit grenzschichtbeeinflussenden Geometrien in Form von Vortexgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Vortexgeneratoren (14, 15) senkrecht zu der sie tragenden Kanalwand (3) so bemessen ist, dass die Vortexgeneratoren (14, 15) geringfügig aus der örtlichen Grenzschicht hervorstehen.Arrangement according to one of claims 1 to 5 with boundary layer-influencing geometries in the form of vortex generators, characterized in that the height of the vortex generators ( 14 . 15 ) perpendicular to the channel wall carrying them ( 3 ) is dimensioned such that the vortex generators ( 14 . 15 ) protrude slightly out of the local boundary layer.
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