Beschaufelung an Rotoren von Dampf- und Gasturbinen für Unter schallgeschwindigkeiten. Die Erfindung betrifft eine Beschaufe- lung an Rotoren von Dampf- und Gas turbinen für Unterschallgeschwindigkeiten, und sie bezweckt, durch möglichst verlust freie Umlenkung des Arbeitsmittels in .den Schaufelkanälen, bewirkt durch sinngemässe Formgebung derselben, einen höchsten Wir kungsgrad hinsichtlich der Ausnutzung der dem Treibmittel innewohnenden Energie zu erhalten.
Sämtliche Energieverluste in den Lauf schaufelkanälen von Dampf- und Gasturbi nen, also unter anderem auch die Reibungs- und Wirbelverluste, sind bisher nur summa risch durch einen sogenannten Schaufel koeffizienten berü3ksichtigt worden.
Das hängt damit zusammen, dass die kleinen Ab messungen der bis heute im Dampf- und Gas turbinenbau vorgesehenen Treibmittelkanäle ein experimentelles Eindringen in die Einzel vorgänge der die Verluste bedingenden Strö mungsvorgänge recht schwierig machb3n, so dass man über diese Vorgänge bis jetzt nur ein lückenhaftes Bild hatte. Von der Erfinderin durchgeführte Modellversuche mit unmittel- barer Verlustbestimmung und Druckmessun gen in den Kanälen haben nun erstmalig zu einem klaren Bild über die Abhängigkeit der Verlustgrösse von den Strömungsverhältnissen,
insbesondere von den Drücken an verschie denen Kanalpunkten geführt. Im Zusammen hang mit ,diesen Modellversuchen ergab sich vor allem, dass den Strömungsverhältnissen auf der Rückenseite der Schaufeln hinsicht lich Verlustbildung wesentliche Bedeutung zukommt; insbesondere wurde festgestellt, dass die Druckänderungen am Schaufelrücken ein bestimmtes Mass nicht überschreiten dür fen, falls die Energieverluste in den Lauf schaufelkanälen möglichst klein ausfallen sollen.
Dies stellt eine neue Erkenntnis gegen über der bisher üblichen Auffassung dar, ,die dahin ging, dass die Verluste in den Schaufel kanälen in erster Linie vom Umlenkungsgrad und der absoluten Grösse der mittleren Treib mittelgeschwindigkeit in den Kanälen ab hängen würden.
Den neu gewonnenen Erkenntnissen ist nun bei einer Beschaufelung an Rotoren von Dampf- und Gasturbinen, die mit Unter schallgeschwindigkeit arbeiten, gemäss vor liegender Erfindung durch eine Kombination von dimensionsbestimmenden Grössen Rech nung getragen.
Bei dieser Beschaufelung ist die Breite des Durchflussquerschnittes, senk recht zur mittleren .Strömungsrichtung ge messen, am Eintritt jedes Schaufelkanals gleich gross oder annähernd gleich gross wie die Breite des Kanals in der Schaufelmitte; ferner ist die letztgenannte Breite 1,2 bis 1;
ö Mal grösser als die Breite des Durchfluss- querschnittes am Austritt des Schaufelkanals, und schliesslich schneidet die Verbindungs linie von Ein- und Austrittskante eines Schaufelschnittes in jeder Schaufelhöhe die Mittellinie der Schaufelreihe in einem Punkt, dessen Abstand vom Schnittpunkt der Rückenlinie der vorhergehenden Schaufel mit jener Mittellinie kleiner als ein Viertel der auf genannter Mittellinie gemessenen Schau felkanalbreite ist.
Bei einer solchen Beschau- felung hat das Schaufelrückenprofil eine der artige Form, dass der statische Über- oder Unterdruck gegenüber -dem statischen Druck am Austritt des Kanals an keiner Stelle dieses Profils den O,3fachen Wert des der mittleren, theoretischen relativen Austritts- geschwindigkeit entsprechenden Staudruckes übersteigt.
Sind auch schon Beschaufelungen ähn licher Form bekannt geworden, so lagen die sen ganz andere Gesichtspunkte zugrunde als der Beschaufelung nach vorliegender Erfin dung. Erstere waren meistens nur das Er gebnis theoretischer Entwurfsberechnungen, wobei in erster Linie den Festigkeitsbean spruchungen Rechnung getragen wurde. Das führte zur Festlegung eines bestimmten Ver hältnisses zwischen der Breite des Durchfluss- querschnittes am Austritt des Schaufelkanals und der Schaufelteilung.
Mit keiner dieser bekannten Schaufelungen wurde aber be- zweckt, Schaufelprofile und Kanäle von sol cher Form zu erhalten, dass die Änderungen des statischen Druckes am Schaufelrücken innerhalb bestimmter Grenzen liegen, so dass die Energieverluste in den Laufschaufel kanälen von mit Unterschallgeschwindigkeit arbeitenden Dampf- oder Gasturbinen auf ein Minimum herabgedrückt werden.
Bei einer Formgebung .der Schaufelung an Rotoren von Dampf- und Gasturbinen nach vorliegender Erfindung wird erreicht, dass der Druckverlauf am Schaufelrücken der artig stetig ist, .dass geringste Ablösung und Wirbelbildung auftritt.
Zweckmässig werden dabei die Durchfluss- quersehnitte am Ein- und Austritt der Schau felkanäle so bemessen, dass am Eintritt eines jeden Schaufelkanals ein Überdruck von etwa 2 bis 10 % des Gesamtgefälles der betreffen den Stufe herrscht.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfin dungsgegenstandes veranschaulicht. Es zeigt: Fig. 1 die Abwicklung eines Schnittes in der Umfangsrichtung durch zwei Schaufeln einer im übrigen nicht weiter gezeigten Lauf schaufelreihe, und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie E-A der Fig. 1.
E bezeichnet die Eintritts- und A die Austrittskante der Laufschaufeln S. Das Profil dieser Schaufeln ist von ;solcher Form, dass die Breite e des Durchflussquerschnittes, das heisst also des Kanals zwischen zwei Schaufeln S, senkrecht zur mittleren Strö mungsrichtung gemessen, am Eintritt gleich oder nur wenig grösser als die Breite 7n des Kanals in der Schaufelmitte (auf der Mittel linie I -I in der Umfangsrichtung der Schaufelreihe gemessen, das heisst also in der Mitte des Kanals zwischen dessen Ein- und Austritt) ist.
Diese Breite in ist 1,4 Mal grösser als die Austrittsbreite a des Kanals, das heisst als die Breite des Durchflussquer- schnittes senkrecht zur mittleren Strömungs richtung am Austritt des Schaufelkanals ge messen. Die Verbindungslinie E-A von Ein- und Austrittskante des Schaufelschnittes schnei det die Mittellinie <I>I-1</I> der Schaufelreihe in einem Punkte P, dessen Abstand h vom Schnittpunkt Q der Rückenlinie der vorher gehenden Schaufel mit jener Mittellinie I-1 kleiner als ein Viertel der Breite in ist.
Die Breite na muss für die Erreichung der mit der Erfindung angestrebten Wirkung 1,2 bis 1,6 Mal grösser sein als a.
Um gewünschtenfalls eine leichte Über druckwirkung von etwa 2 bis<B>10%</B> des Ge samtgefälles der jeweiligen Stufe zu erhalten, kann die Neigung von Boden u und Decke o des Kanals (Fig. 2) entsprechend gewählt werden.
Blading on rotors of steam and gas turbines for subsonic speeds. The invention relates to a blading of rotors of steam and gas turbines for subsonic speeds, and it aims to achieve a maximum degree of efficiency with regard to the utilization of the propellant by deflecting the working fluid in the blade channels with as little loss as possible, and by corresponding shaping of the same preserve inherent energy.
All energy losses in the rotor blade ducts of steam and gas turbines, including the friction and eddy losses, have so far only been taken into account by a so-called blade coefficient.
This has to do with the fact that the small dimensions of the propellant ducts, which are still provided in steam and gas turbine construction today, make experimental penetration into the individual processes of the flow processes causing the losses very difficult, so that up to now only a sketchy picture of these processes is available would have. Model experiments carried out by the inventor with direct loss determination and pressure measurements in the ducts have now for the first time led to a clear picture of the dependence of the loss size on the flow conditions,
led in particular by the pressures at various channel points. In connection with these model tests, it was found above all that the flow conditions on the back side of the blades are of major importance with regard to loss formation; In particular, it was found that the pressure changes at the blade back should not exceed a certain level if the energy losses in the rotor blade channels are to be as small as possible.
This represents a new finding compared to the previously common view, which was that the losses in the blade channels would primarily depend on the degree of deflection and the absolute size of the mean propellant speed in the channels.
According to the present invention, the newly gained knowledge is taken into account by a combination of dimension-determining variables in the case of blading on rotors of steam and gas turbines that operate at subsonic speed.
With this blading, the width of the flow cross-section, measured perpendicular to the middle .Strömungsrichtung ge, at the inlet of each blade channel is the same size or approximately the same size as the width of the channel in the middle of the blade; furthermore, the latter width is 1.2 to 1;
ö times larger than the width of the flow cross-section at the outlet of the blade channel, and finally the line connecting the inlet and outlet edge of a blade section at each blade height intersects the center line of the blade row at a point, the distance from the intersection of the back line of the previous blade with that The center line is smaller than a quarter of the width of the blade channel measured on the center line.
With such a blading, the blade back profile has a shape such that the static overpressure or underpressure compared to the static pressure at the outlet of the duct is at no point in this profile 0.3 times the value corresponding to the mean, theoretical relative outlet velocity Back pressure exceeds.
If blades of a similar shape have already become known, then these were based on completely different aspects than the blades according to the present invention. The former were mostly only the result of theoretical design calculations, whereby the strength requirements were primarily taken into account. This led to the definition of a certain ratio between the width of the flow cross-section at the outlet of the blade channel and the blade pitch.
However, none of these known blades was intended to obtain blade profiles and ducts of such a shape that the changes in the static pressure at the blade back are within certain limits, so that the energy losses in the rotor blade ducts of steam or gas turbines operating at subsonic speed be pushed down to a minimum.
When the blades on rotors of steam and gas turbines are shaped according to the present invention, the pressure profile on the blade back is so constant that the slightest separation and vortex formation occurs.
The flow transverse sections at the inlet and outlet of the blade channels are expediently dimensioned in such a way that there is an overpressure of around 2 to 10% of the total gradient of the relevant step at the inlet of each blade channel.
In the accompanying drawing, an example embodiment of the subject of the invention is illustrated. It shows: FIG. 1 the development of a section in the circumferential direction through two blades of a rotor blade row, otherwise not shown, and FIG. 2 shows a section along the line E-A of FIG. 1.
E denotes the leading edge and A the trailing edge of the rotor blades S. The profile of these blades has a shape such that the width e of the flow cross-section, i.e. the channel between two blades S, measured perpendicular to the mean direction of flow, is the same at the inlet or only slightly greater than the width 7n of the channel in the middle of the blade (measured on the center line I -I in the circumferential direction of the blade row, i.e. in the middle of the channel between its inlet and outlet).
This width in is 1.4 times larger than the outlet width a of the channel, that is to say as the width of the flow cross section perpendicular to the mean flow direction at the outlet of the blade channel. The connecting line EA of the leading and trailing edge of the blade cut intersects the center line <I> I-1 </I> of the blade row at a point P, the distance h of which from the intersection Q of the back line of the previous blade with that center line I-1 is smaller than a quarter of the width is in.
The width na must be 1.2 to 1.6 times greater than a to achieve the effect aimed for by the invention.
In order to obtain a slight overpressure effect of about 2 to 10% of the total gradient of the respective step, if desired, the inclination of the floor u and ceiling o of the channel (FIG. 2) can be selected accordingly.