Transactions in Bionic Patents - Adaptive kinematische Segmente für bewegliche Statorschaufeln von Vorleitapparaten in Strömungsmaschinen

Transactions in Bionic Patents

Traktat über die Beiträge zu den ”Transactions in Bionic Patents”

Die ”Transactions in Bionic Patents” bilden eine Sammlung von Schriften zu Patent- und Gebrauchsmusteranmeldungen im Themenfeld Biologie & Technik die in loser Reihenfolge und Terminus erscheint.

Gegenstand der Beiträge zu den Schriften der ”Transactions in Bionic Patents” sind Gestaltungsfragen und die kritische Auseinandersetzung mit aktuellen Themen der Bionik, also Technik nach Vorbildern aus der belebten und unbelebten Natur und ihre patentrelevante Umsetzung.

Mit den ”Transactions in Bionic Patents” soll der Fortschritt auf dem Gebiet der angewandten Bionik dadurch gefördert werden, dass die dargestellten Patente und Gebrauchsmuster frei von Rechten Dritter und mit ausdrücklicher Genehmigung der Patentanmelder und Inhaber dem Leser dieser Schriften zur Nutzung verfügbar werden.

Gleichzeitig wird ein tieferes Verständnis der Bionik innerhalb des Fachs und der Öffentlichkeit her- und ein rezentes Problemfeld wirklichkeitsnah und verständlich dargestellt. Als Übergeordneter Aspekt gilt es, Lösungswege der Übertragung biologischer Phänomene zu untersuchen, auszuleuchten und Fragestellungen die im Zusammenhang stehen mit Natur und Technik nachzugehen sowie Forschung und Ausentwicklung zum Thema anzustoßen

Die Beiträge zur Schriftensammlung ”Transactions in Bionic Patents” sind in deutscher Sprache verfasst. Dem Text kann eine teilweise oder vollständige Übersetzung in englischer Sprache beigestellt werden; Art, Umfang, Anordnung und Organisation der Textteile sind dem Autor überlassen und frei. Die englische Fassung soll den Umfang der deutschen Fassung nicht überschreiten.

In einer Ausgabe der Schriftensammlung ”Transactions in Bionic Patents” soll nur ein Werk platziert werden. Der Text kann durch Abbildungen ergänzt werden; die Bildrechte und andere Urheberrechte sind dabei zu achten.

Die jeweiligen Gebrauchsmuster- oder Patentschriften sind dem Anhang beigefügt.

M. Dienst, Berlin.

Technische Beschreibung

IPC F01D 5/28 (2006.01) Gebrauchsmuster Nr. 20 2009 008 234.2

Titel

Adaptive kinematische Segmente für bewegliche Statorschaufeln von Vorleitapparaten in Strömungsmaschinen.

Stand der Technik

Strömungsmaschinen sind mechanisch und thermisch hoch belastete Systeme und arbeiten im Betrieb hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Effizienz im Grenzbereich des heute technisch Machbaren.

Bei Pumpen, Verdichtern und Turbinen sind variable Vorleitapparate Stand der Technik. Variable Vorleitapparate konditionieren den Fluidmassenstrom und dienen der Adaptive kinematische Segmente für bewegliche Statorschaufeln von Vorleitapparaten in Strömungsmaschinen.

Leistungsanpassung der Strömungsmaschine an geforderte Betriebszustände. In variablen Vorleitapparaten nach Stand der Technik ist der Einsatz profilierter Tragflügelsegmente (Statorschaufeln) üblich, welche mittels einer kollektiven Blattverstellung die vom Fluid durchflossenen Querschnitte variieren. Optimale Leistungsanpassung einer Strömungs- maschinen mit variablen Vorleitapparat wird durch das Zusammenwirken einer optimierter Konstruktionen der strömungsbeaufschlagten Bauteile mit einer komplexen regelungstechnischen Informationsverarbeitung erreicht. Bei Vorleitapparaten nach dem Stand der Technik wird der Einstellwinkel der einzelnen Schaufeltragflächen durch einen gemeinsamen Mechanismus variiert (kollektive Blattverstellung).

Die Optimierungsparameter moderner Strömungsmaschinen zielen auf Leistungsfähigkeit und Effizienz im Betrieb, Bauteilfestigkeit, Funktion und Lebensdauer bei geringem Gewicht. Übergeordnetes Entwicklungsziel ist die rasche Leistungsanpassung der Strömungsmaschine im Teillastbetrieb.

Problembeschreibung.

Bei Hochleistung- Strömungsmaschinen kann es insbesondere im Teillastbetrieb aufgrund äußerer Störungen oder ungünstiger Adaptive kinematische Segmente für bewegliche Statorschaufeln von Vorleitapparaten in Strömungsmaschinen. innerer Fluiddynamik in den Fluidwegen zu Strömungszuständen kommen, die sich einer - hinsichtlich der Betriebsparameter vorteilhaften - Reaktion der Regelungselektronik entziehen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn instationäre fluid- mechanische Effekte lokal auftreten (beispielsweise nur an einer von mehreren Statorschaufeln) und die Regelungselektronik nicht reagiert oder aber mit einer kollektiven Blattverstellung des gesamten Leitschaufelkranzes auf die veränderte Strömungs- situation antwortet. In diesem Zusammenhang wäre eine lokale Reaktion jeder singulären Statorschaufel wünschenswert.

Die hohen thermischen und mechanischen Belastungen fordern den Einsatz von thermisch stabilen Werkstoffen. Bei variablen Vorleitapparaten mit kollektiver Blattverstellung sind Leitschaufelkonstruktionen (Statorschaufeln) auf der Basis metallischer Werkstoffe Stand der Technik.

Bewegliche elastische, segmentierte Bauweisen für profilierte Tragflügelsegmente (Statorschaufeln) mit zentralen Gelenken sind durchaus denkbar. Jedoch verhalten sich derartige Konstruktionen hinsichtlich ihres Bewegungsverhaltens bei Lasteintrag konventionell: die Richtung der Formänderung der beaufschlagten Bauteile folgt der Richtung des Lasteintrags. Die Verformung einer Leitschaufelkonstruktion mit konventioneller Kinematik führt dann zu unerwünschten Veränderungen der Anströmbedingungen am Adaptive kinematische Segmente für bewegliche Statorschaufeln von Vorleitapparaten in Strömungsmaschinen. fluidisch beaufschlagten Bauteil und erfordert würde u. U. einen zusätzlichen regelungstechnischen Kontrollaufwand.

Problemlösung

Die Erfindung betrifft eine segmentierte, kinematisch- elastische Bauweise für fluidisch beaufschlagte, thermisch und mechanisch hoch belastete Leitschaufelkonstruktionen für Vorleitapparate in Strömungsmaschinen mit einer bilateralen Kinematik, vorzugs- weise Radialmaschinen. Bauteile aus Segmenten nach Anspruch 1 sind aufgrund der bilateralen Bauweise und aus kinematischen Gründen geeignet, die Richtung und Richtungssinn des Lasteintrags zu adaptieren. Als Gestaltungselement in Strömungsmaschinen können Bauteile aus Segmenten nach Anspruch 1 eine strömungsmechanisch vorteilhafte Formänderung auszuführen. Die Segmente bestehen vorzugsweise aus Federstahlblech.

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