DE2002348B2 - Laufschaufelkranz für eine Axialströmungsturbine - Google Patents

Description

tisch und besitzt ein Verhältnis Md, das der folgenden Bedingung genügt:

Von dem Punkt der größten Dicke d verengt sich die Schaufel zum Hals 11 am Anfang des mittleren Teils 4 der Schaufel, Die Saugseite ist in diesem sich verengenden Querschnitt leicht konkav gewölbt, wie es bei 12 angedeutet ist.

Das Mittelteil 4 der Schaufel ist sowohl auf der Druck- als auch auf der Saugseite nahezu flach ausgebildet. Die flachen Druck- und Saugseiten divergieren von dem relativ engen Hals 11 am Anfang des mittleren Teiles 4 bis zu einem relativ dicken »Halsteil«, das an seiner dicksten Stelle mit »i« bezeichnet ist. Das Halsteil t befindet sich etwa bei dreiviertel der Profiltiefe entlang der Schaufel und ist deshalb so bezeichnet, weil es dem dicksten Nasenteü d einer benachbarten Schaufel gegenüberliegt, um mit ihm zwischen den Schaufeln 1 und 2 einen Düsenhals einer konvergenten - divergenten Düse zu bilden.

In einigen Fällen kann die Dicke d des Nasenteils 3 geringfügig größer als t sein, und in anderen Fällen kann die Halsdicke t geringfügig größer als d sein. In jedem Fall jedoch sind die beiden Größen angenähert gleich.

Das Endteil 5 des Schaufelprofils besitzt eine relativ flache Saugseite, die eine Fortsetzung der davor angeordneten flachen Saugseite über dem Mittelteil der Schaufel darstellt. Auf der Druckseite ist die Kiirvenform der Schaufel nach dem Durchlaufen des Halsteils t umgekehrt und wölbt sich leicht in Richtung der Hinterkante 9, so daß sich eine leicht konkave Oberfläche auf der Druckseite ergibt.

ίο Die Arbeitsweise des beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist nun folgendermaßen. Das dickste Nasenteil d der Schaufel 2 liegt dem dicksten Halsteil t der Schaufel 1 gegenüber, und diese beiden Teile bilden zusammen eine konvergente — divergente

Düse für transsonische Strömungsbedingungen in der zwischen gestrichelten Linien angedeuteten Zone I. Neben der Zone I befindet sich die Zone II für eine Oberschallströmung und Zone ΙΠ für eine Überschallströmung mit nahezu konstanter Geschwindig-

keit. Der Krümmungsradius der konkaven Saugseite 12 der Schaufel 2 und der Krümmungsradius der konkaven Druckseite 10 der Schaufel 1, Ana beide berechnet, und zwar vorzugsweise nach dem bekannten Kennlinienverfahren, um optimale Strömungsbedingungen zu erreichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Laufschaufelkranz für eine Axialströmungsturbine mit unter transsonischen Bedingungen umlaufenden Schaufeln, die jeweils einen balligen oder keulenförmigen Nasenteil, einen Mittelteil und einen Endteil aufweisen, die sich jeweils über etwa das erste Viertel, die mittlere Hälfte bzw. das letzte Viertel der Schaufelsehne erstrecken, wobei der Mittelteil eine im wesentlichen ebene Druckseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil (4) auch eine im wesentlichen ebene Saugseite (7) aufweist und seine Dicke über der Länge zunimmt auf eine maximale Dicke (0 zwischen dem Mittelteil (4) und dem Endteil (5), die im wesentlichen gleich der maximalen Dicke (d) des Nasenteils (3) ist, der Endteil (5) auf seiner Saugseite in Fortsetzung der Saugseite des Mittelteils (4) eben ausgebildet und auf seiner Druckseite von der maximalen Dicke (Halsteil f) des Mittelteils f 4) zur Hinterkante (9) der Schaufel leicht konkav geformt ist, und der Nasenteil (3) der einen Schaufel (2) den Endteil (S) der benachbarten Schaufel (1) vollständig überlappt.

   Die Erfindung bezieht sich auf einen Laufschaufelkranz, wie er im Cberbegriff des Patentanspruches angegeben ist. Ein derartiger Laufsehaufelkranz ist in der CH-PS 427851 beschrieben.

   Bei großen Dampfturbinen kennen "He Strömungsgeschwindigkeiten an den Laufschaufelspitzen insbesondere der letzten Turbinenstufe die Schallgeschwindigkeit übersteigen. Derartige Schaufeln werden als transsonische Schaufeln bezeichnet, da der Dampf mit einer Geschwindigkeit, die kleiner als die Schallgeschwindigkeit ist, eintritt und mit Überschallgeschwindigkeit austritt.

   Der Übergang vom Unter- zum Überschallbereich ohne Wirkungsgrad Verluste stellt ein schwieriges aerodynamisches Konstruktionsproblem dar. Jene Überlegungen, die eine theoretisch optimale Strömungsbedingung ergeben, lassen sich bei einer praktischen Schaufel oftmals nicht verwirklichen, weil die Schaufelabschnitte nahe der äußeren Schaufelspitzen sehr dünn sind. Es wurden bereits große Anstrengungen unternommen, um gute Überschallprofile zu erreichen, indem ein konventionelles Unterschall-Schaufelprofil (konkave Druckseite und konvexe Saugseite) umgekehrt wurde, so daß sich auf der Druckseite eine leicht konvex gewölbte und auf der Saugseite konkav gewölbte Schaufelfläche ergibt, wie es in der eingangs genannten CH-PS 427851 beschrieben ist. Diese bekannten Schaufelprofile enden in einer relativ dicken Hinterkante, die einer stumpfen Vorderkante der benachbarten Schaufel gegenüberliegt.

   Weiterhin sind in dem Aufsatz »Supersonic Turbines« von Gunnar O. Ohlson im Journal auf Engineering for Power, Januar 1964, verschiedene Überschall-Turbinendüsen beschrieben, bei denen ein Halsabschnitt einer Schaufel mit dem Endabschnitt der benachbarten Schaufel überlappend angeordnet

   sind und eine divergierende Düse bilden. Alle darin beschriebenen Schaufeln haben jedoch den Nachteil, daß die Schaufelquerschnitte an den Vorderkanten wesentlich größer sind als an der Hinterkante. Dadurch entstehen einerseits Schwierigkeiten bei der Fertigung, und andererseits sind die Festigkeiten über dem Schaufelquerschnitt stark unterschiedlich.

   Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen unter transsonischen Bedingungen umlaufenden Laufsehaufelkranz für eine Axialströmungsturbine so auszugestalten, daß jede Schaufel in ihrem Spitzenbereich einen weitgehend gleichförmigen Querschnitt aufweist und trotzdem eine Düse gebildet wird., bei der das Auftreten von Stoßwellen vermieden ist.

   Diese Aufgabe wird bei einem Laufschaufelkranz erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches genannten Merkmale gelöst.

   Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß plötzliche Druckänderungen oder Stoßwellen vermieden werden. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Druckbelastungen auf beiden Seiten einer Schaufel im wesentlichen gleich sind.

   Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß symmetrische Schaufeln größerer Festigkeit erhalten werden. Dabei ist es auch möglich, auf den Vorderkanten der äußeren Spitzen zum Schutz gegen Verschleiß gegenügend Material vorzusehen. Durch Verwendung flacher Profile über fast die halbe Druckseite und etwa dreiviertel der Saugseite werden Vereinfachungen bei der Formgebung der Schaufel ermöglicht.

   Ein gut gesteuerter Übergang von einer transsonischen oder schallnahen Strömung zu einer Überschallströmung in einem verengten Bereich zwischen sich überlappenden Schaufeln derart, daß die statischen Drücke entlang der Saug- und Druckseite des Endteils allmählich zum stromabwärtigen statischen Druck konvergieren, tragen wesentlich bei zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades gegenüber bekannten Konstruktionen.

   Die Erfindung wird anhand der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Figur stellt eine Abwicklung zweier benachbiirter Schaufeln im Querschnitt dar, der durch die äußeren Schaufelspitzen gelegt ist, wobei der Blick radial nach innen gerichtet ist.

   Die Figur zeigt einen Querschnitt der Spitzenabschnitte von zwei benachbarten Schaufeln 1 und 2. Die Formgebung und Orientierung in der Nähe der radial inneren Enden dieser gleichen Schaufeln kann bekanntlich ganz anders aussehen, wobei zwischen den Enden ein allmählicher Übergang ausgebildet ist. Jedes Schaufelprofil ist zum Zwecke der Erläuterung in ein Nasenteil 3, das etwa über ein Viertel der Profiltiefen reicht, ein Mittelteil 4, das etwa über die Hälfte der Profiltiefe geht und in ein Endteil 5 aufgeteilt, das sich über das restliche Viertel der Profiltiefe erstreckt. Das Nasenteil 3 der einen Schaufel 2 überlappt die benachbarte Schaufel 1 an deren Endteil 5. Die Schaufeln bewegen sich in einer Richtung, die in der Zeichnung durch den Pfeil dargestellt ist. Die obere Seite 6 ist die Druckseite der Schaufel, während die untere Seite 7 die Saugseite ist.

   In dem Nasenteil 3 ist die Stelle der größten Schaufeldicke mit »d« bezeichnet, die im Abstand »1« von der Vorderkante 8 angeordnet ist. Der Umriß des Schaufelprofils sowohl auf der Druck- als auch auf der Saugseite über dem Abstand »1« ist quasi ellip-