CH701158B1 - Leitschaufel für einen Verdichter, Verwendung einer Leitschaufel und Verdichter. - Google Patents

Abstract

Leitschaufeln (14) der elften Stufe (12) für einen Verdichter (10) umfassen Schaufelblattprofile im Wesentlichen gemäss den kartesischen Koordinatenwerten von X, Y und Z, die in Tabelle I, mit dem Faktor 0,0254 m (1 Zoll) zu multiplizieren, angegeben sind, wobei die Z-Koordinatenwerte senkrechte Distanzen von Ebenen sind, die normal zu einem Radius von der Verdichterachse sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei der Z-Wert bei null in der X-, Y-Ebene an einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts beginnt. X und Y sind Koordinatenwerte, die das Schaufelblattprofil bei jeder Distanz Z definieren. Die X-, Y- und Z-Werte können skaliert werden, um einen vergrösserten oder verkleinerten Schaufelblattabschnitt für jede Leitschaufel (14) bereitzustellen.

Description

Hintergrund der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitschaufel für einen Verdichter, eine Verwendung einer Leitschaufel und einen Verdichter. Der Verdichter kann in einer Turbine enthalten sein. Es ist ein Leitschaufelblattprofil für Verdichterschaufeln, konkret für die Schaufeln der elften Stufe, angegeben.

[0002] Der Heissgasweg einer Turbine erfordert Verdichterleitschaufelblattprofile, welche die Systemanforderungen von Wirkungsgrad und Belastung erfüllen. Die Blattform der Verdichtleitschaufeln muss die Wechselwirkung zwischen anderen Stufen im Verdichter optimieren, für einen aerodynamischen Wirkungsgrad sorgen und aeromechanische Haltbarkeitsziele optimieren. Demgemäss besteht ein Bedarf an einem Leitschaufelblattprofil, welches diese Ziele optimiert.

Kurzdarstellung der Erfindung

[0003] In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Leitschaufel für einen Verdichter mit einem Schaufelblatt gemäss Anspruch 1 bereitgestellt. Beispielsweise werden X-, Y- und Z-Werte als eine Funktion derselben Konstanten oder Zahl skaliert, um ein vergrössertes oder verkleinertes Verdichterschaufelblatt bereitzustellen.

[0004] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Verwendung einer Leitschaufel gemäss Anspruch 4 bereitgestellt.

[0005] Weiter betrifft die Erfindung einen Verdichter gemäss Anspruch 5.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0006] Fig. 1<sep>ist eine bruchstückhafte Querschnittsansicht eines Verdichters, die verschiedene Stufen eines Verdichters veranschaulicht, welche die elfte Stufe einschliessen; Fig. 2<sep>ist eine perspektivische Ansicht einer Schaufel für die elfte Stufe des Verdichters; Fig. 3<sep>ist eine Seitenansicht davon im Aufriss; Fig. 4<sep>ist eine Querschnittsansicht davon im Allgemeinen etwa auf der Linie 4–4 in Fig. 3; und Fig. 5<sep>ist eine Endansicht der Verdichterschaufel der elften Stufe, von der Schaufelspitze radial nach aussen betrachtet.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0007] Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1ist ein Teil eines Verdichters veranschaulicht, der allgemein mit 10 bezeichnet ist und mehrfache Stufen aufweist, die eine elfte Stufe einschliessen, die allgemein mit 12 bezeichnet ist. Jede Stufe umfasst mehrere umfänglich beabstandete Leitschaufeln 14, sowie Laufschaufeln 16, die auf einem Laufrad 18 montiert sind. Die Leitschaufeln 14 der elften Stufe sind umfänglich voneinander beabstandet und weisen Schaufelblätter 20 einer bestimmten Blattform oder eines bestimmten Blattprofils auf, wie im Folgenden spezifiziert. Unter Bezugnahme auf Fig. 2umfasst die Schaufelblattform oder das Schaufelblattprofil Vorder- 22 beziehungsweise Hinterkanten 24.

[0008] Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 2bis 5, weist jede der Leitschaufeln 14 der elften Stufe ein Schaufelblattprofil auf, das durch ein kartesisches Koordinatensystem mit X-, Y- und Z-Werten definiert wird. Die Koordinatenwerte sind in der nachstehenden Tabelle I, mit dem Faktor 0,0254 m (1 Zoll) zu multiplizieren, angegeben. Das kartesische Koordinatensystem umfasst orthogonal in Beziehung stehende Y-, Y- und Z-Achsen, wobei die Z-Achse sich entlang eines Radius von der Achse des Verdichterläufers erstreckt, d.h. normal zu einer Ebene, welche die X- und Y-Werte enthält. Die Z-Distanz beginnt bei null in der X-, Y-Ebene am radial äussersten aerodynamischen Schaufelabschnitt; dem Schnittpunkt des Schaufelblatts und der Strombahn des äussersten Durchmessers an der Schaufelachse. Dieser wird im Allgemeinen als die Wurzel der Schaufel bezeichnet. Der Nullradius des äussersten Durchmessers (Z = 0) auf der elften Stufe ist etwa bei 0,437 m (17,205 Zoll) von der Verdichterachse. Die Strombahn des innersten Durchmessers oder Spitze der Schaufel ist in der Tabelle bei einer Distanz von etwa 0,039 m (1,524 Zoll) vom Bezugspunkt des äussersten Durchmessers dargestellt.

[0009] Die X-Achse liegt parallel zur Rotorachse, d.h. der Drehachse, des Verdichters. Durch Definieren von X- und Y-Koordinatenwerten an ausgewählten Positionen in einer Z-Richtung normal auf die X-, Y-Ebene kann das Profil des Schaufelblatts 20 ermittelt werden. Durch Verbinden der X- und Y-Werte mit gleichmässig verlaufenden Bögen wird jeder Profilabschnitt bei jeder Distanz Z fixiert. Die Oberflächenprofile an den verschiedenen Oberflächenpositionen zwischen den Distanzen Z werden nahtlos miteinander verbunden, um das Schaufelblatt zu bilden. Die Tabellenwerte, die in der nachstehenden Tabelle I angegeben sind, sind in Zoll, stellen Schaufelblattprofile in Umgebungs-, Nichtbetriebs- oder Nichtheissbedingungen dar und sind für ein unbeschichtetes Schaufelblatt. Die Vorzeichenkonvention ordnet einen positiven Wert Z in einer radial nach innen gerichteten Richtung und positive und negative Werte für die X- und Y-Koordinatenwerte zu, wie normalerweise in kartesischen Koordinatensystemen verwendet.

[0010] Die 1232 Punkte in der nachstehenden Tabelle I sind nominale Kalt- oder Raumtemperaturprofile für jeden Querschnitt des Schaufelblatts. Wenn sich das Schaufelblatt im Betrieb erwärmt, verursachen Spannung und Temperatur eine Änderung in XYZ. Wie bereits erwähnt, sind die Werte für das Profil, die in der nachstehenden Tabelle I angegeben sind, für ein nominales Schaufelblatt. Es gibt typische Herstellungstoleranzen sowie Beschichtungen, welche im tatsächlichen Profil des Schaufelblatts berücksichtigt werden müssen. Man wird daher verstehen, dass typische Herstellungstoleranzen, d.h. ± Werte, und Beschichtungsdicken zu den X-, Y-Werten in der nachstehenden Tabelle I hinzuzählen oder davon abzuziehen sind. Ein Profil ist der Bereich der Änderung zwischen gemessenen Punkten auf einer Schaufelblattfläche und ihrer idealen Position, die in der nachstehenden Tabelle I aufgelistet ist. Das tatsächliche Profil auf einer hergestellten Schaufel kann sich von jenen in Tabelle I unterscheiden, und die Konstruktion bleibt gegenüber dieser Änderung robust, was bedeutet, dass die mechanische und aerodynamische Funktion nicht beeinträchtigt wird. In dieser Hinsicht definiert eine Distanz von ± 0,00254 m (± 0,100 Zoll) in einer Richtung normal auf jede Oberflächenposition entlang des Schaufelblattprofils eine Schaufelblattprofil-Umhüllungslinie für diese konkrete Schaufelblattkonstruktion und diesen konkreten Verdichter.

[0011] Die Koordinatenwerte, die in der nachstehenden Tabelle I angegeben sind, sind mit dem Faktor 0,0254 m (1 Zoll) zu multiplizieren und stellen die nominale Profilumhüllungslinie bereit. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Schaufelblattprofile, die in Tabelle I angegeben sind, für die Schaufeln der elften Stufe des Verdichters.

TABELLE I

[0012]

[0013]

[0014]

[0015]

[0016]

[0017]

[0018]

[0019]

[0020]

[0021]

[0022]

[0023] Es ist ausserdem zu erkennen, dass das Schaufelblatt, das in der vorstehenden Tabelle offenbart wird, zur Verwendung in anderen ähnlichen Verdichterkonstruktionen geometrisch vergrössert oder verkleinert werden kann. Folglich können die Koordinatenwerte, die in Tabelle I angegeben sind, derart vergrössert oder verkleinert werden, dass die Schaufelblattprofilform unverändert bleibt. Eine skalierte Version der Koordinaten in Tabelle I würde durch X-, Y- und Z-Koordinatenwerte dargestellt werden, die mit der gleichen Konstanten oder Zahl multipliziert oder durch die gleiche Konstante oder Zahl dividiert sind.

[0024] Obwohl die Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was gegenwärtig als die praktischsten und am meisten bevorzugten Ausführungsform(en) angesehen wird, versteht es sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern im Gegenteil beabsichtigt ist, verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen vorzusehen, die in den Geist und Rahmen der angehängten Ansprüche aufgenommen werden.

Claims (7)

1. Leitschaufel (14) für einen Verdichter (10) mit einem Schaufelblatt (20), wobei das Schaufelblatt (20) ein unbeschichtetes Nominalprofil im Wesentlichen gemäss den kartesischen Koordinatenwerten von X, Y und Z aufweist, die im Folgenden, mit dem Faktor 0, 0254 m (1 Zoll) zu multiplizieren, angegeben sind: wobei die Z-Koordinatenwerte senkrechte Distanzen von Ebenen sind, die normal zu der Schaufelblattbreite sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei der Z-Wert bei null in der X-, Y-Ebene an einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts (20) beginnt, und X und Y Koordinatenwerte sind, welche, wenn durch gleichmässig verlaufende Bögen verbunden, das Schaufelblattprofil bei jeder Distanz Z definieren, wobei die Profile bei den Z-Distanzen gleichmässig miteinander verbunden werden, um die komplette Schaufelblattform zu bilden, wobei die X-, Y- und Z-Werte als eine Funktion derselben Konstanten oder Zahl skaliert werden, um ein vergrössertes oder verkleinertes Verdichterschaufelblatt bereitzustellen.

2. Leitschaufel (14) nach Anspruch 1, wobei das Schaufelblatt (20) eine Form in einer Umhüllungslinie innerhalb von ± 0,00254 m (± 0,100 Zoll) in einer Richtung normal zu jeder Schaufelblattoberflächenposition aufweist.

3. Verwendung einer Leitschaufel (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in einer elften Stufe (12) eines Verdichters (10).

4. Verdichter (10), umfassend mehrere Leitschaufeln (14), die einen Teil einer Verdichterstufe (12) bilden, wobei jede der Leitschaufeln (14) die Form eines Schaufelblatts (20) mit einem unbeschichteten nominalen Profil im Wesentlichen gemäss den kartesischen Koordinatenwerten von X, Y und Z aufweist, die im Folgenden, mit dem Faktor 0,0254 m (1 Zoll) zu multiplizieren, angegeben sind: wobei die Z-Koordinatenwerte senkrechte Distanzen von Ebenen sind, die normal zu einem Radius von der Verdichterachse sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei die Z-Werte bei null in der X-, Y-Ebene an einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts (20) beginnen, und X und Y Koordinatenwerte sind, welche, wenn durch gleichmässig verlaufende Bögen verbunden, das Schaufelblattprofil bei jeder Distanz Z definieren, wobei die Profile bei den Z-Distanzen gleichmässig miteinander verbunden werden, um die komplette Schaufelblattform zu bilden, wobei die X-, Y- und Z-Werte als eine Funktion derselben Konstanten oder Zahl skaliert werden, um ein vergrössertes oder verkleinertes Verdichterschaufelblatt bereitzustellen.

5. Verdichter (10) nach Anspruch 4, wobei die Verdichterstufe die elfte Stufe (12) ist.

6. Verdichter (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Schaufelblatt (20) eine Form in einer Umhüllungslinie innerhalb von ± 0,00254 m (± 0,100 Zoll) in einer Richtung normal auf jede Schaufelblattoberflächenposition aufweist.

7. Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Wert Z = 0 bei einer radialen Distanz von etwa 0,437 m (17,205 Zoll) von der Verdichterachse beginnt, und die Z-Werte in einer radial nach aussen gerichteten Richtung immer positiver sind.