DE2002348B2 - Blade ring for an axial flow turbine - Google Patents

Description

tisch und besitzt ein Verhältnis Md, das der folgenden Bedingung genügt:table and has a ratio Md that satisfies the following condition:

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.From the point of greatest thickness d , the shovel narrows towards the neck 11 at the beginning of the middle part 4 of the shovel. The suction side is slightly concave in this narrowing cross section, as indicated at 12.

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.The middle part 4 of the blade is designed to be almost flat on both the pressure side and the suction side. The flat pressure and suction sides diverge from the relatively narrow neck 11 at the beginning of the middle part 4 to a relatively thick "neck part", which is labeled "i" at its thickest point. The neck part t is located about three quarters of the profile depth along the blade and is so named because it is opposite the thickest nose part of an adjacent blade in order to form a nozzle neck of a convergent - divergent nozzle with it between the blades 1 and 2.

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.In some cases, the thickness d of the nose part 3 can be slightly larger than t , and in other cases the neck thickness t can be slightly larger than d . In each case, however, the two sizes are approximately the same.

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.The end part 5 of the blade profile has a relatively flat suction side, which is a continuation of the flat suction side arranged in front of the middle part of the blade. On the pressure side, the vane shape of the blade is reversed after it has passed through the neck part t and curves slightly in the direction of the rear edge 9, so that a slightly concave surface results on the pressure side.

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 — divergenteίο The operation of the described embodiment of the invention is now as follows. The thickest nose part d of the blade 2 lies opposite the thickest neck part t of the blade 1, and these two parts together form a convergent - divergent one

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-Nozzle for transonic flow conditions in the Zone I indicated between dashed lines. Next to Zone I is Zone II for a Upper sonic flow and zone ΙΠ for a supersonic flow with almost constant speed

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.speed. The radius of curvature of the concave suction side 12 of the blade 2 and the radius of curvature of the concave pressure side 10 of the blade 1, Ana are both calculated, preferably according to the known characteristic curve method, in order to achieve optimal flow conditions.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: 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.Blade ring for an axial flow turbine with rotating under transonic conditions Shovels, each with a convex or club-shaped nose part, a middle part and have an end portion that extends over approximately the first quarter, the middle half and extending the last quarter of the blade chord, the central portion being a substantially planar one Has pressure side, characterized in that the central part (4) also has a substantially has flat suction side (7) and its thickness increases over the length to a maximum thickness (0 between the middle part (4) and the end part (5), which is essentially equal to the maximum Thickness (d) of the nose part (3) is the end part (5) on its suction side in continuation of the suction side of the middle part (4) is flat and has the maximum thickness on its pressure side (neck part f) of the middle part f 4) to the rear edge (9) of the shovel is slightly concave, and the nose part (3) of one blade (2) the end part (S) of the adjacent one Blade (1) completely overlapped. 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.The invention relates to a rotor blade ring as described in the preamble of the claim is specified. Such a blade ring is described in CH-PS 427851. 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.In large steam turbines, "He knows flow velocities the speed of sound at the blade tips, especially the last turbine stage exceed. Such blades are known as transonic blades because the Steam enters at a speed less than the speed of sound and at supersonic speed exit. 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. The transition from the subsonic to the supersonic range without loss of efficiency is a difficult one aerodynamic design problem. Those considerations that create a theoretically optimal flow condition result, can often not be achieved with a practical shovel because the Blade sections near the outer blade tips are very thin. Great efforts have already been made undertaken to achieve good supersonic profiles by using a conventional subsonic airfoil (concave pressure side and convex suction side) was reversed, so that a slightly convex arched on the pressure side and on the Suction side results in a concave vane surface, as described in CH-PS 427851 mentioned at the beginning is. These known blade profiles end in a relatively thick trailing edge, which is a blunt edge Opposite the leading edge of the adjacent blade. 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 angeordnetAlso in the article "Supersonic Turbines" by Gunnar O. Ohlson in the Journal on Engineering for Power, January 1964, describes various supersonic turbine nozzles in which a Neck portion of a vane with the end portion of the adjacent vane arranged to overlap 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.and form a diverging nozzle. All in it However, the blades described have the disadvantage that the blade cross-sections at the leading edges are much larger than at the rear edge. Through this On the one hand, difficulties arise in production, and on the other hand, the strengths are over the blade cross-section is very different. 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.The object on which the invention is based is therefore to provide a system under transonic conditions design revolving blade ring for an axial flow turbine so that each Blade has a largely uniform cross-section in its tip area and yet a nozzle is formed, in which the occurrence of shock waves is avoided. Diese Aufgabe wird bei einem Laufschaufelkranz erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches genannten Merkmale gelöst.In the case of a rotor blade ring, this object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of the patent claim mentioned features solved. 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.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that sudden changes in pressure or shock waves can be avoided. It has also been shown that the pressure loads on both Sides of a blade are essentially the same. 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.Another advantage is that symmetrical blades of greater strength are obtained. It is also possible to counter sufficient on the front edges of the outer tips to protect against wear Material to be provided. By using flat profiles over almost half the print side and about three quarters of the suction side, simplifications in the shaping of the blade are made possible. 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.A well-controlled transition from a transonic or near-sonic flow to a supersonic flow in a narrowed area between overlapping blades so that the static Gradually push towards the downstream static pressure along the suction and pressure side of the end piece Converge pressure, contribute significantly to the improvement of the overall efficiency compared to known Constructions. 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.The invention is explained in more detail with reference to the drawing of an exemplary embodiment. The figure shows a development of two adjacent blades in cross section, which is laid through the outer blade tips, the view radially inward is directed. 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.The figure shows a cross-section of the tip portions of two adjacent blades 1 and 2. The shape and orientation in the vicinity of the radially inner ends of these same blades can, as is known, look quite different, with a gradual transition being formed between the ends. For the purpose of explanation, each blade profile is divided into a nose part 3 which extends over approximately a quarter of the profile depth, a middle part 4 which extends over approximately half the profile depth and an end part 5 which extends over the remaining quarter of the profile depth. The nose part 3 of the one blade 2 overlaps the adjacent blade 1 at its end part 5. The blades move in a direction shown in the drawing by the arrow. The upper side 6 is the pressure side of the blade, while the lower side 7 is the suction side. 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-In the nose part 3, the point of the greatest blade thickness is designated by “d” , which is arranged at a distance “1” from the leading edge 8. The outline of the blade profile both on the pressure and on the suction side over the distance "1" is quasi elliptical