DE1045039B

DE1045039B - Axial compressor

Info

Publication number: DE1045039B
Application number: DES43762A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Artur Weise
Original assignee: ARTUR WEISE DR ING; SNECMA SAS
Current assignee: ARTUR WEISE DR ING; Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1954-05-04
Filing date: 1955-04-30
Publication date: 1958-11-27

Description

Axialverdi.chter Zur Vermehrung des Schubs von Strahltriebwerken ist eine entsprechende Vermehrung der Leistung der verschiedenen Bestandteile derselben und besonders des Luftverdichters,. der in der gegenwärtigen Technik meistens in axialer Bauart ausgeführt wird, erforderlich. Diese Axialverdichtur enthalten eine Anzahl von: Laufrädern, welche. nacheina.uder auf das zu verdi.chtende Medium, einwirken. Axialverdi.chter In order to increase the thrust of jet engines, a corresponding increase in the power of the various components of the same, and especially of the air compressor, is necessary. which in the current technology is mostly carried out in an axial design, is required. These axial compressors contain a number of: impellers, which. act one after the other on the suspected medium.

Die- doppelte Forderung,, cli_e Leistung. zu erhöhen und den Bauaufwand zu reduzieren, hat zur Entwicklutig der »Überscba_llverdichtQr« geführt. Die. einfachsten Einrichtungen dieser Art leiten sich von den folgenden Überlegungen her:.The double requirement, cli_e performance. to increase and the construction costs to reduce, has led to the development of the »Überscba_llverdichtQr«. The. simplest Facilities of this type are derived from the following considerations :.

Wenn man die. G_ eschwindigkeitsdreiecke (Fig. 1) am. Eintritt und, am Austritt des. Rades eines Axialverdchters betrachtet (wobei. u die Umfangsgeschwindigkeit auf dein mittleren; IDurcbmes.s_er der Schaufeln,. v, und w1 die absolute und relative Geschwindigkeit des Mediums beim Eintritt in das Rad, v2. und w, die absolute und dniQ relative Geschwindigkeit im Austritt bedeuten)-, kann man die spezii£isch e Koxnpressionsi arbeit im Rad bekanntlich schreiben:, H = U - avu.If you have the. Speed triangles (Fig. 1) at the inlet and outlet of the wheel of an axial compressor (where u is the circumferential speed on the average; IDurcbmes.s_er of the blades,. V, and w1 the absolute and relative speed of the medium at the inlet in the wheel, v2. and w, which mean absolute and dniQ relative speed in the exit) - one can write the special pressure work in the wheel as is well known :, H = U - avu.

Wenn; man die. s_pezifxsche._ KömprQssiQnsarbeit Qrhöhen will.,. kann man daher entweder w, jvu_ Qder beide Größen vergrößern. Die- Festigkeit der Werk-Stoffe, erlaubt nicht, die gebräncbliche Umfangsgeschwindigkeit u in einem bedeuteaden Maße. zu ver-. größern;- hingegen. kann. die vektoriellc Dffereuz 4-v" beträchtlich erhöht werden,, wenn das Laufrad mit einem. mittleren 2"eakt@o_usgrad. nahe Null ai-bei:tet, wie es im. Geschwincligkeitsdiagxamm nach Fig.1 der Fall ist. Wenn mang ein- solches Rad. mit der gebräuchlichen Umfangsgeschwindigkeit umlaufen, läßt, ist die Absolutgeschwindigkeit v2 des, austTetendexn Mediums beim Verlassen. des Laufrades. im Überschallbereich; obwohl die Relativgeschwindigkeit w2 im- Rad selbst unter der Scba-llgeschwindigkcit bleibt.If; one the. s_spezxsche._ KömprQssiQnsarbeit Qrhöhen.,. can one therefore increases either w, jvu_ Qder both quantities. The strength of the work materials, does not allow the reasonable peripheral speed u to a significant extent. to ver. larger; - however. can. the vectorial dffereuz 4-v "increased considerably be, if the impeller with a. middle 2 "eakt @ o_usgrad. close to zero ai-bei: tet, like it in. Geschwincligkeitsdiagxamm according to Fig.1 is the case. If there is no such thing The wheel revolves at the usual peripheral speed, is the absolute speed v2 of the, austTetendexn medium when exiting. of the impeller. in the supersonic range; although the relative speed w2 in the wheel itself is below the ball speed remain.

Es ist nun. besonders, schwierig,. die kinetische Energie des mit Überschallgeschwindigkeit aus dem Laufrad strömenden Mediums in nachgeschalteten, festen Leitschaufeln. mit gutem Wirkungsgrad in Druck umzusetzen.It is now. special, difficult ,. the kinetic energy of the with Supersonic speed from the medium flowing from the impeller in downstream, fixed guide vanes. to be converted into pressure with good efficiency.

Wenn- man auf die- Funktion des Verdichters eingeht, so erkennt man,- daß: sich- auf- der Eintrittsseite nachgeschalteter Leitschaufeln- Verdichtungs- oder. Verdünnungswellen ausbilden, die zwischen. zwei Machschen Linien eingeschlossen sind,. die mit- der Richtung, der Anströmung, einen Winkel bilden,. den man den Machschen Winkel" nennt und der eine Funktion der Machschen Zähl der Anströmung, ist. Diese Störungen können die gegenüberliegende Schaufel treffen oder nach. vorn herauslaufen und sich nun stromaufwärts fortpflanzen.If- one goes into the- function of the compressor, one recognizes, that: - on the inlet side of downstream guide vanes - compression or. Form thinning waves, which between. two Mach lines included are,. which form an angle with the direction of the flow. the one the Mach's angle "and which is a function of the Mach's count of the inflow, is. These disturbances can hit the opposite blade or after. front run out and now propagate upstream.

Im ersten Fall', d. h. wenn sie die gegenüberliegende Schaufel treffen und dort nach dem Inneren,. also nach der Abströmseite, des SchaufeIgitters reflektiert werden,. werden die Zuströmbedingungen nicht verändert.In the first case 'i. H. when they hit the opposite shovel and there towards the interior. thus reflected after the downstream side, the SchaufeIgitter will,. the inflow conditions are not changed.

Jedoch im zweiten. Fäll, wenn also. die Züströmung und ihre Richtung so beschaffen sind;- daB" die entstehenden Wellen vor den benachbarten Schaufeln vorbeigehen und sich stromauf fortpflanzen, also- in das- Laufrad hiheinkornmen,. wo sie reflektiert werden,. entsteht eihe unkQnfrollierbare Strömung.. Selbst wenn ein Überschallverdichter in seinem Auslegepunkt nicht diese Erscheinung zeigt, so- ist doch dieser Strömungszustand- unvermeidlich, wenn man- den Verdichter aus dein Stillstand anfährt.However in the second. Fall if so. the influx and its direction are of such a nature - that "the waves produced are in front of the neighboring blades Pass by and propagate upstream, that is, come down into the impeller. where they are reflected. creates a series of uncontrollable currents .. Even if a supersonic compressor does not show this phenomenon at its design point, so- This flow condition is inevitable when you turn the compressor off Comes to a standstill.

Die gegenwärtige Erfindung hat eine RegelungsmaBriahme für die Eintrittsströmung in. das dem Laufrad eines Axialverdichters nachgeschaltete Leitgitter zum Gegenstand, die es erlaubt, diese Unzuträgjichkeiten zu vermeiden.The present invention has a control measure for the inlet flow in. the subject of the guide grille downstream of the impeller of an axial compressor, which makes it possible to avoid these inconveniences.

Demnach bezieht sich die Erfindung auf einen Axialverdichter, bei dem die Absoliitströmung am Austritt eines. Laufrads über der Schallgeschwindigkeit liegt, wobei dieses, ein nachgeschalfetes. Leitgitter aufweist: Die Erfindung besteht darin, dä.6 auf der Eintrittsseite dieses Nacfileitgitters in an sich bekannter Weise einstellbare Hilfsschaufeln angeordnet sind. Ähnliche Schaufeln sind bereits bei Pumpen und Kreiselmaschinen bekannt. Sie dienen dort jedoch zur Regelung bzw. zur Verhinderung von Pulsationen.Accordingly, the invention relates to an axial compressor which the Absoliitstrom at the outlet of a. Impeller over the speed of sound lies, whereby this, a nachgeschalfetes. Guide grid has: The invention exists therein, dä.6 on the entry side of this Nacfileitgitter in per se known way adjustable auxiliary blades are arranged. Similar shovels are already included Pumps and centrifugal machines known. However, they are used there for regulation or for Prevention of pulsations.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die festen Schaufeln in an sich bekannter Weise durch die Hilfsschaufeln nach der Anströmseite fortgesetzt. Sie können jedoch auch vor den Zwischenräumen zwischen den festen Schaufeln liegen. Die Hilfsschaufeln können hierbei in an sich bekannter Weise starr sein und einen Drehpunkt besitzen, oder sie können an ihrer hinteren Kante fest eingespannt sein und aus elastischem Material bestehen. Durch eine elastische Deformation werden die Hilfsschaufeln der letztgenannten Art in die Richtung der Zuströmung gebracht. Dabei ist es .zweckmäßig, den ersten Teil der Hilfsschaufeln, der direkt auf die vordere Kante folgt, gerade zu lassen.In a further embodiment of the invention, the fixed blades continued in a manner known per se by the auxiliary blades after the upstream side. However, they can also lie in front of the spaces between the fixed blades. The auxiliary blades can be rigid in a manner known per se and one Have pivot point, or they can be firmly clamped at their rear edge and made of elastic material. By means of an elastic deformation brought the auxiliary blades of the latter type in the direction of the inflow. It is. Expedient to use the first part of the auxiliary shovels, which is directly on the front edge follows, leaving straight.

Vorzugsweise sind die Hilfsschaufeln in an sich bekannter Weise an ihrer Vorderkante zugespitzt. Es ist bereits bekannt, angespitzte Schaufeln in einem beschaufelten Diffusor von Turboverdichtern anzubringen, der am Laufradaustritt mit überschallgeschwindigkeit arbeitet. Jedoch werden diese Schaufeln im Diffusorteil nicht in der erfindungsgemäßen Weise vom strömenden Medium mit Überschallgeschwindigkeit beaufschlagt, da dem mit Leitschaufeln ausgerüsteten bekannten Diffusor ein schaufelloser Raum- vorgeschaltet ist, in dem unter Druckerhöhung die Überschallgeschwindigkeit in Unterschallgeschwindigkeit umgesetzt wird.The auxiliary blades are preferably on in a manner known per se their leading edge pointed. It is already known to have sharpened blades in one to attach the bladed diffuser of turbo compressors, which is at the impeller outlet works at supersonic speed. However, these blades are in the diffuser part not in the manner according to the invention of the flowing medium at supersonic speed acted upon, since the well-known diffuser equipped with guide vanes is a vaneless one Upstream room is in which the supersonic speed is increased under pressure is implemented at subsonic speed.

Die Regelung der Hilfsschaufeln kann selbsttätig mittels einer an sich bekannten Stellvorrichtung erfolgen, die von den auf beiden Seiten mindestens einer dieser Schaufeln herrschenden Drücken beeinflußt wird.The regulation of the auxiliary shovels can be done automatically by means of an known adjusting device take place from the at least on both sides one of these blades prevailing pressures is influenced.

Die folgende, auf die Zeichnungen bezogene Beschreibung gibt lediglich ein nicht einschränkendes Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung. Hierdurch soll veranschaulicht werden, wie die Erfindung verwirklicht werden kann.The following description relating to the drawings is merely indicative a non-limiting example of an embodiment of the invention. Through this is intended to illustrate how the invention can be practiced.

Fig.1 ist das Diagramm der Geschwindigkeiten im Laufrad, das in der Einleitung zu dieser Beschreibung verwendet worden ist; Fig. 2 ist ein schematischer Axiaischnitt,- der das Laufrad des Verdichters und die nachfolgenden festen Leitschaufeln zeigt; -Fig. 3. ist eine Abwicklung der Lauf- und Leitschaufeln; -Fig_ 4 bis 6-zeigen Abwicklungen der Leitschaufeln, die mit der Verbesserung gemäß der Erfindung versehen sind, wobei diese Verbesserung in drei verschiedenen Ausführungsformen dargestellt ist;-Fig. 7 ist eine vergrößerte Ansicht einer Verwirklichung gemäß Fig:-4 und zeigt eine Einzelheit einer Regeleinrichtung für die Hilfsschaufeln; -Fig. 8 ist ein Teilschnitt dieser Einrichtung entlang der -Linie VIII-VIII. In: dieser Fig. 8 zeigt die Linie VII-VII die Bezugslinie, von der aus die Fig. 7 gesehen ist.Fig.1 is the diagram of the speeds in the impeller shown in the Introduction to this description has been used; Fig. 2 is a schematic Axial section - of the compressor impeller and the subsequent fixed guide vanes shows; -Fig. 3. is a development of the rotor and guide vanes; -Fig_ 4 to 6-show Developments of the guide vanes provided with the improvement according to the invention are, this improvement shown in three different embodiments is; -Fig. 7 is an enlarged view of an implementation according to FIGS. 4 and shows a detail of a control device for the auxiliary blades; -Fig. 8 is a partial section this facility along line VIII-VIII. In: this Fig. 8 shows the line VII-VII is the reference line from which FIG. 7 is seen.

In den Fig. 2 und 3 bedeutet 1 die Laufschaufeln eines Axialverdichters, die auf ihrem mittleren Durchmesser eine Umfangsgeschwindigkeit u haben. Im Abstrom der Laufschaufeln sind die Leitschaufeln 2 angebracht, die mit Rücksicht auf die überschallströmung, die das Rad 1.verläßt, eine besondere Form haben, die in Fig.3 dargestellt ist. Die Eintrittskante 2a dieser Schaufeln ist spitz. Außerdem bilden die Schaufeln zwischen sich Kanäle, die zuerst zwischen a und b konvergent-divergent sind, um die Überschallströmung in eine Unterschallströmung umzuwandeln, und dann von b nach c divergent verlaufen und so die Rolle der Diffusorkanäle gewöhnlicher Verdichter spielen, wobei die kinetische Energie des Gases in Druck verwandelt wird.In Figs. 2 and 3, 1 denotes the rotor blades of an axial compressor, which have a peripheral speed u on their mean diameter. Downstream of the blades, the guide vanes 2 are attached, with regard to the supersonic flow, which leaves the wheel 1, have a special shape, which is shown in Fig. 3 is shown. The leading edge 2a of these blades is pointed. Also educate the blades between them channels that first convergent-divergent between a and b to convert supersonic flow to subsonic flow, and then divergent from b to c and so the role of the diffuser channels is more ordinary Compressors play, whereby the kinetic energy of the gas is converted into pressure.

Die Richtung der Eintrittskanten 2 a ist so bestimmt, daß im normalen Betriebszustand des Verdichters die absolute Geschwindigkeit v2 des Mediums, das das Laufrad verläßt, parallel zu diesen Eintrittskanten gerichtet ist.The direction of the leading edge 2 a is determined so that in the normal Operating state of the compressor the absolute speed v2 of the medium that leaves the impeller, is directed parallel to these leading edges.

Wenn die Betriebsbedingungen so beschaffen sind, daß die Absolutgeschwindigkeit v2 einen gewissen Anstellwinkel gegen die Eintrittskanten 2 a hat, wie es in der Fig. 3 der Fall ist, entspringen an den Eintrittskanten Machsche Linien, die durch die gestrichelten Linien 3 dargestellt sind. Wie man aus Fig. 3, entnimmt, pflanzen sich diese Machschen Linien gegen die Anströmung fort und erzeugen die Störungen, die in der Einleitung zur vorliegenden Beschreibung erörtert worden sind.If the operating conditions are such that the absolute speed v2 has a certain angle of attack against the leading edge 2 a, as shown in the Fig. 3 is the case, arise at the leading edges Mach lines through the dashed lines 3 are shown. As can be seen from Fig. 3, plant these Mach lines advance against the flow and generate the disturbances, which have been discussed in the introduction to the present description.

In der Anwendungsart der Erfindung nach Fig. 4 begegnet man. diesem Nachteil, indem man jeder Schaufel 2 an der Eintrittskante einen Hilfsflügel 4 vorsetzt, der in 5 so gelagert ist,. daß er in die Richtung der Anströmung .eingestellt werden kann. Die gestrichelt eingezeichneten Machschen Linien 3, die bei der Richtungsänderung. von jedem angelenkten Eintrittsteil 4 zu .der entsprechenden Schaufel entstehen, werden vom Eintrittsteil der Nachbarschaufel aufgefangen und nach dem Austritt der Strömung reflektiert, wie es die Linien 3 d angeben.In the application of the invention according to FIG. 4 one encounters. this Disadvantage of having an auxiliary wing 4 in front of each blade 2 at the leading edge, which is stored in 5 so. that it is set in the direction of the oncoming flow can. The dashed Mach lines 3, the change in direction. arise from each hinged entry part 4 to .the corresponding shovel, are caught by the inlet part of the neighboring blade and after the exit of the Flow reflects, as indicated by the lines 3 d.

In der Ausführungsvariante der Fig. 5 sind Hilfsschaufeln 4 a in 5 in der Mitte der Zwischenräume zwischen den Hauptschaufeln 2. angelenkt. Die Eintrittskanten der Hauptschaufeln sind fest.In the variant embodiment of FIG. 5, auxiliary blades 4 a are shown in FIG hinged in the middle of the spaces between the main blades 2.. The leading edges the main blades are solid.

Bei dieser Art der Verwirklichung können die Schaufeln 4a kürzer sein als die Hilfsschaufeln, die die angelenkten Eintrittsteile 4 in der Verwirklichung nach Fig. 4 bilden.In this type of implementation, the blades 4a can be shorter than the auxiliary blades which the hinged entry parts 4 in the realization according to Fig. 4 form.

In der Variante der Fig. 6 sind die Eintrittsteile 4 der Schaufeln 2 nicht mehr angelenkt, sondern biegsam, -wozu sie aus elastischem Material ausgebildet sind. Bei jeder Schaufel verwandelt sich hier die Machsche Linie in einen-Fächer von Linien 3 b, wobei j Edle der Linien des.Fächers- eine Stärke hat, die nur ein Bruchteil derjenigen der. früher. beschriebenen Machschen Linien ist.In the variant of FIG. 6, the inlet parts 4 are the blades 2 no longer articulated, but flexible, -which they are made of elastic material are. With every shovel, Mach's line is transformed into a fan of lines 3 b, where j noble of the lines of the fan has a strength that is only one Fraction of that of. previously. Mach lines described is.

In Fig.4 sind drei der Eintrittsteile oder Hilfsschaufeln 4 dargestellt, wobei jeder dieser Teile an den- Körper der entsprechenden Schaufel 2 angelenkt ist. Hierzu ist jeder dieser Teile auf einer Achse 7 befestigt, die sich in dem festen Gehäuse 7 a des Verdichters dreht (Fig. 8).In FIG. 4 three of the inlet parts or auxiliary blades 4 are shown, each of these parts being articulated to the body of the corresponding blade 2. For this purpose, each of these parts is attached to an axle 7 which rotates in the fixed housing 7 a of the compressor (FIG. 8).

Eine dieser Hilfsschaufeln dient zur automatischen Regelung aller anderen. Sie trägt hierzu zwei Druckentnahmen 8, 9, die auf ihrer. Ober- bzw. Unterseite liegen. Durch Kanäle 10, 11 in -der Hilfsschaufel und durch die Löcher 10 a, 11 ca in der Achse 7 stehen diese Druckentnahmen mit den. Leitungen 12. bzw. 13 in Verbindung. Diese Leitungen 12, 13 beginnen an einer festen Hülse 12a, die außerhalb des festen Verdichtergehäuses. 7a die Achse 7 -umschließt (Fig. 8). Die Leitung 12. führt zum Inneren der dichten manometrischen Dosen 14. Die .Leitung 13 führt zum Äußeren dieser Dosen in das dichte Gehäuse 15, das die Dosen umschließt. -- -Wenn der Druck auf der" Vorderseite in 8 höher ist als der Druck auf der Rückseite in 9, dehnen sich die Manometerdosen- aus, während sie sich im umgekehrten-Fall zusammenziehen. Sie nehmen eine mittlere Stellung an, wenn die Drücke in 8 und 9 gleich sind, d. h. wenn die regelnde Hilfsschaufel 4 genau in die Richtung der relativen Anströmung eingestellt ist. In diesem Fall bleibt der unter Druck stehende Servomotor 16, dessen Kolben 17 durch das Gestänge 18, welches ringförmig das Verdichtergehäuse umgibt, über die festen Hebel 19 mit den verschiedenen Hilfsflügeln verbunden ist, in Ruhe und läßt die Hilfsflügel in der richtigen Stellung, in der sie sich befinden. Hierbei befindet sich der Regelschieber 20, der durch die Stange 21 mit der Manometerdose 14 in Verbindung steht, in der gezeichneten Stellung, in der er die Leitungen. 22, 23 abschließt, die mit den beiden Seiten des Kolbens 17 in Verbindung stehen. Wenn die Mittellinie der Hilfsschaufeln 4 nicht mit der Anströmrichtung übereinstimmt, tritt eine Ausdehnung oder Zusammenziehung der Dosen 14 ein, wodurch der Schieber 20 in der einen oder anderen Richtung verschoben wird, wodurch er den Kolben 17 in demjenigen Sinn in Bewegung setzt, der die Hilfsschaufeln 4 in die Richtung der relativen Anströmung verstellt.One of these auxiliary blades is used to automatically control all the others. She carries this two pressure tapping 8, 9 on her. Lying on the top or bottom. Through channels 10, 11 in -the auxiliary blade and through the holes 10 a, 11 ca in the axis 7 , these pressure taps are with the. Lines 12 and 13 in connection. These lines 12, 13 begin on a fixed sleeve 12a which is outside the fixed compressor housing. 7a encloses the axis 7 (Fig. 8). The line 12 leads to the interior of the tight manometric cans 14. The line 13 leads to the exterior of these cans in the sealed housing 15 which encloses the cans. - -If the pressure on the "front" in 8 is higher than the pressure on the back in FIG. 9, the pressure gauges expand, while in the opposite case they contract. They assume a middle position when the pressures in 8 and 9 are the same, ie when the regulating auxiliary vane 4 is set exactly in the direction of the relative flow in. In this case, the pressurized servomotor 16, whose piston 17 is fixed by the rod 18 which surrounds the compressor housing in a ring Lever 19 is connected to the various auxiliary vanes, at rest and leaves the auxiliary vanes in the correct position they are in. Here, the control slide 20, which is connected to the manometer box 14 through the rod 21, is in the position shown , in which it closes the lines 22, 23 which are in communication with the two sides of the piston 17. If the center line of the auxiliary blades 4 does not practice with the direction of flow is true, an expansion or contraction of the cans 14 occurs, whereby the slide 20 is displaced in one direction or the other, whereby it sets the piston 17 in motion in the sense that moves the auxiliary blades 4 in the direction of the relative flow.

Als Variante können die Kanäle 10 a und 11 a, anstatt nebeneinander in der Achse 7 gebohrt zu sein, jeder nur an einem Ende dieser Achse angebracht werden, so, daß die Leitungen 12, 13 von den beiden Enden dieser Achse ausgehen.As a variant, the channels 10 a and 11 a, instead of being drilled next to one another in the axis 7, can each be attached to only one end of this axis, so that the lines 12, 13 extend from the two ends of this axis.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Axial compressor in which the absolute flow at the outlet of an impeller is above the speed of sound, this having a downstream guide grille, characterized in that adjustable auxiliary blades are arranged in a known manner on the inlet side of this guide grille.

2. Compressor according to claim 1, characterized in that the fixed blades continued in a manner known per se by the auxiliary blades after the upstream side will.

3. Compressor according to claim 1, characterized in that the auxiliary blades lie in front of the spaces between the fixed blades.

4. Compressor after one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary blades are rigid in a manner known per se and have a pivot point.

5. Compressor according to claim 1, characterized in that they are firmly clamped at their rear edge Auxiliary blades consist of elastic material.

6. Compressor according to one of the preceding Claims, characterized in that the auxiliary blades in a manner known per se are pointed at their leading edge.

7. Compressor according to one of the preceding claims, characterized by automatic adjustment of the auxiliary blades by means of an adjusting device which is known per se and which is influenced by the pressures prevailing on both sides of at least one of these blades. Considered publications: German Patent Nos. 429 846, 547 491, 724 553; Swiss patent specification No. 278 098.