BESCHREIBUNG Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitschaufel zum Anordnen im Gaskanal einer Strömungsmaschine.

Stand der Technik

Bei der Strömungsmaschine kann es sich bspw. um ein Strahltriebwerk handeln, z.

B. um ein Mantelstromtriebwerk. Dieses gliedert sich funktional in Verdichter, Brennkammer und Turbine. Dabei wird angesaugte Luft im Verdichter komprimiert und in der nachgelagerten Brennkammer mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt Das entstehende Heißgas, eine Mischung aus Verbrennungsgas und Luft, durch strömt die nachgelagerte Turbine und wird dabei expandiert. Dem strömenden Gas wird dabei anteilig auch Energie entzogen, um den Verdichter bzw. im Falle eines Mantel Stromtriebwerks auch den Fan anzutreiben. Der vorliegende Gegenstand rich tet sich auf eine Leitschaufel und insbesondere auf ein Verdichtermodul.

Darstellung der Erfindung Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Leitschaufel anzugeben.

Dies wird erfindungsgemäß mit der Leitschaufel nach Anspruch 1 gelöst. Der Ge genstand richtet sich dabei speziell auf deren Außendeckband, das radial außen am Schaufelblatt angeordnet ist, also mit seiner Innenwandfläche den Gaskanal nach radial außen begrenzt. Dabei ist diese Innenwandfläche des Außendeckbands sol chermaßen gestaltet, dass sie in einem Axialschnitt betrachtet einen gekrümmten Verlauf mit einem Wendepunkt hat. Sie hat - in einem ersten Axial ab schnitt vor dem Wendepunkt eine konkave Krümmung und

- in einem zweiten Axialabschnitt nach dem Wendepunkt eine konvexe Krüm mung. Aufgrund der von dem Gaskanal aus betrachtet konkaven Krümmung der Innen wandfläche ist der Ringraum im ersten Axial ab schnitt konvex gekrümmt (in dem Axialschnitt betrachtet), hat er also eine konvexe Außenmantelfläche. Entsprechend ist in dem zweiten Axial ab schnitt aufgrund der konvexen Krümmung der Innen wandfläche der Ringraum konkav gekrümmt (in dem Axialschnitt betrachtet), hat er also eine konkave Außenmantelfläche. Betrachtet man die Kontraktion, also das Ringraum -Flächenverhältnis eines jeweiligen Rotors zwischen dessen Hinter- und Vorderkante, wird mit diesem Innenwand- bzw. Ringraumverlauf im Stator die Kon traktion des dem Stator vorgelagerten Rotors etwas erhöht.

Mit der stärkeren Kontraktion, also Verjüngung der Ringraumfläche entlang des Git- ters, sinkt die Schaufelbelastung (De-Haller-Zahl bzw. V2/V1 wird größer, weil V2 größer wird), was bspw. hinsichtlich Stabilität und Wirkungsgrad vorteilhaft sein kann. Bezogen auf ein Verdichtermodul im Gesamten lässt sich die Kontraktion ei nes Gitters für sich betrachtet jedoch nicht beliebig erhöhen, weil dies zulasten der Kontraktion der benachbarten Gitter geht. Mit dem vorliegenden Verlauf, also dem Wechsel zwischen konkaver und konvexer Krümmung, wird die Kontraktion des nachgelagerten Rotors etwas verringert, um die Kontraktion des vorgelagerten Ro tors zu erhöhen. In der Gesamtschau beobachten die Erfinder hierbei einen positiven Effekt auf den Stufenwirkungsgrad.

Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung der Merkmale nicht immer im Ein zelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird. Wird bspw. eine Leitschaufel beschrieben, ist dies ebenso auf eine Leitschaufelan- ordnung mit einer solchen Leitschaufel und einem Gehäuseelement oder auch auf ein Verdichtermodul bzw. eine Strömungsmaschine mit entsprechender Leitschaufel zu lesen. Die Angaben „axial“, „radial“ und „umlaufend“, sowie die zugehörigen Richtungen (Axialrichtung etc.), beziehen sich im Rahmen dieser Offenbarung auf die Längsach se der Strömungsmaschine. Diese fällt bspw. mit einer Rotoren-Drehachse zusam men, um welche die Rotoren im Betrieb drehen. Der „Axialschnitt“ betrifft eine Schnittebene, welche die Längsachse beinhaltet, also einen Längsschnitt. Bevorzugt hat die Innenwandfläche der Außenplattform in sämtlichen Axialschnitten betrachtet einen entsprechenden Verlauf mit Wendepunkt, besonders bevorzugt gilt dies für den gesamten Ringraum des Leitgitters, also für alle umlaufend aufeinanderfolgenden Leitschaufeln. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Wendepunkt in den vorderen

40 % der radial auf Höhe der Innenwandfläche genommenen axialen Sehnenlänge. Die axiale Sehnenlänge wird in einem Tangential schnitt genommen, der radial auf Höhe der Innenwandfläche liegt, also am radial äußeren Ende der Hinterkante. Sie ergibt sich dann als Axialanteil der Verbindungslinie zwischen Vorder- und Hinter- kante, wobei im Falle der quantitativen Betrachtungen 0 % auf Höhe der Vorderkan te und 100 % auf Höhe der Hinterkante liegen.

In bevorzugter Ausgestaltung liegt der Wendepunkt axial nach den ersten 10 % der axialen Sehnenlänge, besonders bevorzugt liegt er in einem Bereich zwischen 25 % und 30 % der axialen Sehnenlänge. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Leitschaufel Teil einer Leitschau felanordnung mit einem Gehäuseelement, an dem die Leitschaufel zur Einstellung ihres Anströmwinkels verstellbar gelagert ist. Sie ist also in dieser Lagerung um eine Leitschaufel-Drehachse drehbar, was bspw. mit einem Zapfen radial außen an der Außenplattform und einem weiteren Zapfen radial innen an der Innenplattform reali- siert sein kann. Unabhängig von diesen Details durchsetzt die Leitschaufel-

Drehachse die Außenplattform, sie kann bezogen auf die Längsachse der Strö mungsmaschine z. B. im Wesentlichen radial liegen.

Bei einer solchen verstellbaren Leitschaufel liegt der Wendepunkt der Innenwandflä che bevorzugt axial vor der Leitschaufel -Drehachse (axial bezogen auf die Längs- achse). In dem bzw. den einzelnen Axialschnitten, in denen der hauptanspruchsge mäße Krümmungsverlauf betrachtet wird, wird die Leitschaufel -Drehachse dabei als Umlaufprojektion betrachtet, also in Umlaufrichtung in die jeweilige Schnittebene projiziert. In bevorzugter Ausgestaltung liegt die Leitschaufel-Drehachse hinter den ersten 20 % und/oder in den vorderen 55 % der axialen Sehnenlänge, besonders bevorzugt liegt sie zwischen 35 % und 45 % der axialen Sehnenlänge.

Die Erfindung betrifft auch ein Verdichtermodul, wobei die vorliegend offenbarte Leitschaufel Teil eines Leitschaufelkranzes, also Leitgitters ist. Bevorzugt sind sämt- liehe Leitschaufeln des Kranzes mit einem entsprechenden Krümmungsverlauf ge fasst, besonders bevorzugt sind sie untereinander baugleich. Unabhängig davon weist das Verdichtermodul dem Leitgitter vorgelagert ein erstes Laufgitter und dem Leit gitter nachgelagert ein zweites Laufgitter auf. Es wird auf die Vorteilsangaben ein gangs verwiesen. Bei dem ersten Laufgitter kann es sich insbesondere um das erste Laufgitter des Moduls insgesamt handeln.

Die Erfindung betrifft ferner eine Strömungsmaschine mit einer entsprechenden Leit schaufel bzw. Leitschaufelanordnung, insbesondere ein Flugtriebwerk. Bei Letzte rem kann es sich bevorzugt um ein Mantel Stromtriebwerk handeln.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und weiterhin nicht im Ein zelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.

Im Einzelnen zeigt

Figur 1 eine Strömungsmaschine, nämlich ein Mantel Stromtriebwerk in einem schematischen Axialschnitt; Figur 2 eine erfindungsgemäße Leitschaufel in einem schematischen Axial schnitt;

Figur 3 einen Teil eines Verdichtermoduls mit der Leitschaufel gemäß 2.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt eine Strömungsmaschine 1, konkret ein Mantel Stromtriebwerk in ei- nem Axialschnitt. Es gliedert sich funktional in Verdichter 2, Brennkammer 3 und Turbine 4. In dem Verdichter 2, der aus einem Niederdruckverdichter 2.1 und einem Hochdruckverdichter 2.2 aufgebaut ist, wird angesaugte Luft komprimiert. In der Brennkammer 3 wird dann Kerosin hinzugemischt und wird diese Mischung ver brannt. Das Heißgas wird in der Turbine 4 expandiert, wobei dem Heißgas anteilig Energie entzogen wird (über die Bewegung der Rotoren). Diese wird zum einen zum Antreiben der Rotoren der Verdichters 2 genutzt, zum anderen zum Antreiben des Fans 5, der wesentlich den Vorschub des Mantel Stromtriebwerks 1 erzeugt.

Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Leitschaufel 10 mit einem Leitschaufelblatt 11 und einer Außenplattform 12. Mit einer Innenwandfläche 13 begrenzt die Außen- plattform 12 den Gaskanal 14 radial 15. Diese Innenwandfläche 13 hat erfindungs- gemäß einen gekrümmten Verlauf mit einem Wendepunkt 16. In einem ersten Axial abschnitt 13.1, der bezogen auf eine Durchströmung 17 des Gaskanals 14 stromauf wärts des Wendepunkts 16 liegt, hat sie eine konkave Krümmung 20, und in dem nachgelagerten zweiten Axialabschnitt 13.2 eine konvexe Krümmung 21. Der Ring- raum ist komplementär, also in dem ersten Axialabschnitt 13.1 konvex und in dem zweiten Axialabschnitt 13.2 konkav gekrümmt.

Die Leitschaufel 10 ist zur Einstellung eines Anströmwinkels 25 verstellbar ausge führt, also um eine Leitschaufel -Drehachse 26 verdrehbar an einem Gehäuseelement 27 gelagert. Der Wendepunkt 16 liegt axial vor der Leitschaufel -Drehachse 26, be- zogen auf eine zwischen Vorder- und Hinterkante 11.1,11.2 des Leitschaufelblatts 11 genommene axiale Sehnenlänge 30 liegt der Wendepunkt 16 in einem Bereich zwi schen 25 % und 30 % der axialen Sehnenlänge. Figur 3 zeigt einen Teil eines Verdichtermoduls 40 mit der anhand von Figur 2 im Detail diskutierten Leitschaufel 10, die gemeinsam mit dem Gehäuseelement 27 eine Leitschaufelanordnung 41 darstellt. Die Leitschaufel 10 ist Teil eines Leitschaufel kranzes 42, also Leitgitters (Stator). Diesem ist ein erster Laufschaufelkranz 43 vor- gelagert und ein zweiter Laufschaufelkranz 44 nachgelagert (also jeweils ein Laufgit ter, also Rotor). Wie in der Beschreibungseinleitung im Einzelnen dargelegt, wird mit dem gekrümmten Verlauf der Innenwandfläche 13 die Kontraktion des ersten Laufschaufelkranzes 43 zulasten der Kontraktion des zweiten Laufschaufelkranzes 44 erhöht, was in der Gesamtschau den Stufenwirkungsgrad verbessert.

BEZUGSZEICHENLISTE

Strömungsmaschine 1

Verdichter 2

Niederdruckverdichter 2.1 Hochdruckverdichter 2.2

Brennkammer 3

Turbine 4

Fan 5

Leitschaufel 10 Leitschaufelblatt 11

Vorderkante 11.1

Hinterkante 11.2

Außenplattform 12

Innen wandfl äche 13 Erster Axialabschnitt 13.1

Zweiter Axi al ab schnitt 13.2

Gaskanal 14

Radi al e Ri chtung 15

Wendepunkt 16 Durchströmung 17

Konkave Krümmung 20

Konvexe Krümmung 21

Anströmwinkel 25

Leitschaufel-Drehachse 26 Gehäuseelement 27

Sehnenlänge 30

Verdichtermodul 40

Leitschaufelanordnung 41

Leitschaufelkranz 42 erster Leitschaufelkranz 43

Zweiter Leitschaufelkranz 44