DE893649C - Einrichtung an Dampf- oder Gasturbinenbeschaufelungen - Google Patents

Einrichtung an Dampf- oder Gasturbinenbeschaufelungen

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DE893649C
DE893649C DES8733D DES0008733D DE893649C DE 893649 C DE893649 C DE 893649C DE S8733 D DES8733 D DE S8733D DE S0008733 D DES0008733 D DE S0008733D DE 893649 C DE893649 C DE 893649C
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DE
Germany
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flow
blade
bores
blades
steam
Prior art date
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Expired
Application number
DES8733D
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English (en)
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Winston R New
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Expired legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/10Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using sealing fluid, e.g. steam
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/141Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/145Means for influencing boundary layers or secondary circulations

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Einrichtung an Dampf- oder Gasturbinenbeschaufelungen Die Erfindung betrifft eine Ausgestaltung vom Dampf- oder Gasturbinenbeschaufelungen und beschäftigt sich mit der Maßnahme, die Energidverluste, die :durch einen quer zur Strömung Ües Arbeitsmittels durch den Schaufelkanal in Längsrichtung .der Schaufeln gerichteten zweiten Strom entstehen, zu verringern.
  • Dieser zweite Strom entsteht in jedem Schaaufelkamal, in dem das Arbeitsmittel ;gezwungen wird, entlang einer Kurvenbahn zu fließen. Er ist verantwortlich für Energieverluste, die :durch Wirbelbildungen an den Kanalenden entstehen. Diese Wirbelbildungen zerstören einen Teil der kinetischen Energie des Längsstromes des Arbeitsmittels. Der Energieverlust wird in Wärnne umgesetzt. Es ist vorteilhaft, die Schaufelbl,ä;tter ,am Einlaß gut abzurunden, nicht weil dies allgemein für den Fall notwendig wäre, um: einen ebenso guten loder besseren Wirkungsgrad gegenüber Schaufeln mit scharfen Einlaßkanten zu erreichen, sondern !um mit besserem Wirkungsgrad über leinen relativ größeren Bereich des Gieschwindigkeitsverh,ältnsses zu arbeiten. Bei :der Schaufel mit Tragfl.ügelprofil sind die Profilverluste kleiner als bei der Schaufel mit scharfen Einla!ßkanten; der Sekundärverlust durch den zweiten Strom kann aber relativ groß sein. Einre Verbesserung nach dem Gesichtspunkt der Herabminderung der Sekundärverluste wird von entscheidender Bedeutung auf den Gesamtwirkungsgriad der endlichen Schgufell,änge sein. Der Zweitstrom, der in jedem gebogenen Kanal entsteht, durch den eine Strömung fließt, wird durch die Druckdifferenz erzeugt, die zwischen der konkaven und konvexen Schaufelfläche durch die Wirkung .der Zentrifugalkraft :auf das Masseteilchen der Strömung entsteht.
  • Um die Verluste, die durch den Zweitstrom in der Beschaufelung ,entstehen, zu verringern, sieht die Erfindung Beine Einrichtung ian Turbinenbeschaufelungen vor, bei der durch Bohrungen im Deckblatt dies Schaufelkopfes und in den Biefestigungstei:en des Schaufelfußes oder in einem dieser Teile ,allein der im Schaufelkanal der Beschaufelung sich bildende Zweitstrom, der quer zum Strom dies Arbeitsmittels gerichtet ist wind an den Schaufelenden Wirbelbildungen erzeugt, vor dem Erreichen der Schiaufelenden abgeleitet wird.
  • Was unter .dem Begriff des Zweitflusses zu verstehen. ist, kann aus :der Betrachtung !der Fig. i bis 4 entnommen werden. Sie stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • Fig. i zeigt eine Ansicht von zwei Turbinenschaufeln mit diagrammatischer Darstellung des Zweitfiussies im Verhälltnis zum Haupt- oder Profilfloß des Schaufelkanals; Fig. z zeigt Beinen Teilschnitt seines. Paares :angeströmter Schaufelreihen mit einer Einrichtung zur Verrinigerung der Wirkung des Zweitflusses; Fig.3 zeigt einen Teilschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2; Fig. stellt einen Teilschnitt einer Einrichtung dax, bei der eine Abzweigung des Zweitflusses gezeigt ist.
  • Im Fig. i biss 3 sind -io die :angeströmten Schaufeln mit ihren Schaufelkanälen i i, durch die der Hauptstrom (Profilfloß F) des Arbleitsmittels in Längsrichtung durchfließt. Der Profilfloß wird beim Durchströmen dies S.chaufellcanials gezwungen, jentlang der Kurveinbahn der Schaufeln zu strömen. Die Zentrifugalkraft ruft dabei einen höheren Druckpl in den konkaven Schaufelflächen 12 hervor als der Druck p2, der auf die konvexe Schaufelfläche 13 wirkt. Folglich ist pp der mittlere Druck in dem SChaufel!1zvanal, wenn die Differenz von p1 Lind gegenüber pp einen großen Prozentsatz von diesem ausmacht. Der Sekundärverlust ist groß und nimmt mit Abnahme dieses Prozentsatzes ab. Daher werden die Sekundärverluste gemessen durch eine Ab- weichung der Flächendrücke pi und p2 von dem Mitteldruck pp.
  • Die erwähnte Diruckrichtuing dies Zweitflussies setzt sich zusammen aus einer einwärts und auswärts gerichteten Strömung entlang der konkaven Schaufelfläche, beidseitig nach dem Ende des Schaufelkanals zu.. Dann strömt der Fluß ;gegen Idas Schaufeldeckhand 15 und um die Füße und Spialtteile 16 herum, die die 'Enden des Schaufelkanals bilden. Der Zweitfloß. ist diagrammatisch dargestellt durch eine Linie in Fig. i. Der flauptenergieverlust tritt in der Gegend x-x ein, ,an den Enden des Schaufielkanals und ;gegen die konvexe Schaufelseite hin, wo der Zweitflußsteine Richtung umkehrt im d im rechten Winkel ,gegen den Profilflluß Wirbelbildjungen an den Scbaufeleuden hervorruft. Diese Wirbelbildung verschluckteinen Teil dm kinetischen Energie des Längsstromes des Arbeitsmittels. Der Energieverlust wird in Wärme rumgesetzt.
  • Währeuld es unmöglich ist, die Bildung des Differenzdruckes für die Entstehung des Zweitflusses zu verhüten, ist -es möglich, die Energieverluste weitgehiend herabzumindern. Das beste Mittel, das Rückströmendes Flusses .an den Schaufelenden gegen die konvexen Schaufelflächen hin zu verringern, besteht gemäß Fig. 2 und 3 darin, die Schaufeldeckhänder 15 und Schaufelfüße 16 mit Bohrungen 17 und 18 zu versehen, ,also durch Beip:ässeeinen Teil des Zweitflusses abzuleiten, bevor :er in die rückläufige Bewegung zum Profilfluß gegen die konvexen Schaufelflächen hin reintreten, kann.
  • Wie in Fig.2 gezeigt ist, strömt der Zweitfliuß durch Blohrunggen. der vorhergehenden Schaufelreihe in Bohrunigen der darauffolgenden Schiaufelreihe. Diese Bohrungen sind fortlaufend und abwechsielnd in aden. Schaufeldeckb,änd@ern Lind Schaufelfüßen angeordnet. Insbesondere sind diese Bohrungen auch abwechselnd in den Leitschaufel- und Laufschaufelreihen vorgesehen.
  • In Fig.4 ist ein solcher Beipaß i9 in dem Schaufelfußteil einer Leitschaufel vorgesehen und steht in Verbindung mit der Bohrung 2o in dem Gehäuse z 1 der Turbine, die an einen Raum gleichen oder ,geringeren Druckes angesichlossen sein kann. Diese Bührunlgen sollen den Zweitfluß hindern, den Strom des Arbeitsmittels zu stören und den Arbeitsprozeß zu beeinträchtigen.
  • Wenn die Schaufeln ian ihren Enden nicht mit einem Deckhand versehen sind; würden die Zweitstromverluste dort etwas vermindert sein; sie würden aber ;gleichwohl nio,ch in den Schaufelfußteilen der Beschäufelung auftreten. Die Erfindung ist daher für mehrere Fälle ianwmdbiar. .
  • ia) Für Schaufeln mit Deckband sind Bohrungen an beeiden Enden des Schaufelkanals vorgesehen, sowohl an den Leit- als auch an den Laufschaufeln, oder auch nur an eeinem Ende einer solchen, Schia@ufel für Axialrourbinen, b) Für Schaufeln ohne Deckband sind Bohrungen für -de Fußenden der Beschaufelung vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist zum Teil auch vorteilhaft zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Schajufelung mit Tragflügelprofilen -und gut abgerundeten Einlaßkanten, weil eine relativ größere Teilung bei dieser Schaufelaxt angewendet wird. Durch die ;größere Schaufelteilung werden aber ganz .allgemein die Energieverluste .durch den Zweitfloß vermehrt. Daher ist. ,auch für diesien Fall die Anwendung der Erfindung vorteilhaft.
  • Die vorstehenden Erläuterungen über .das Wesen der Erfindung- und über Ausführungsformen, von B-eschaufelungen, die den Gegenstand der Erfindung ,aufweisen, lassen den Unterschied gegenüber 1VIaßnahm@en verkennen, die man gelegentlich bei Verdichtern anwendet und die unter der Bezeichnung »Absia'tygungder Grenzschicht« bekanntgeworden sind. In einer Verdichterbeschaufelung wird Bewegungsenergie in Druckenergie umgewandelt. Hierbei bildet sich an der [email protected],-jerfl:ä,ch,e eine ruhende Schicht aus, die sio,#enannte Grenzschicht, deren Größe dias j.e Stufe umsietzb,are Druckgefälle bestimmt. Um dieses Gefälle zu erhöhen, kann man durch Erzeugung eines künstlichen Unterdruckes erreichen, daß an der Schaufeloberfläche eine Strömun;g erhalten bleibt, die das Entstehen dieser Grenzschicht verhindert. Man geht alsto zunächst vorn einer ruhenden Schicht ;aus, .die durch Erzeugung einfies künstlichen Unterdruckes m eine strömende, Schicht umgewandelt wird. Bei der Erf ndun;g .dagegen handelt es sich um eine von vornherein gegebiene Strömung, deren Einwirkung ,auf den Haauptarheitsstrom durch Ableitiung unschädlich gemacht wird.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung an Dampf- oder Gasturbinenbeschaufeliun;gen zur Verringerung der Strömungsverl@uste des Arbeitsmittels, gickennzeichnet durch Bohrungen (17, 18, 19) im Deckband des Schaufelkopfes (15) und in den Befiestigungsteiliein des Schaufelfußes (16) oder in einem dies@er Teile allein, durch die der im" Sichaufelkanial (I I) der Beschaufelung (i o) sich bildende Zweitstrom (x-x), der quer zum Strom dies Arbeitsmittels ,gerichtet ist und ,an den Schaufelenden Wirbelbildungen @erzeugt, vor Erreichen der Schaufelenden "abgeleitet wird.
  2. 2. Einrichtunig nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (17, 18, 19) fortlaufend und abwechselnd in den Schaufelreihern. des Leit-,und Laufteiles der Beschaaufelung ,an;geio,rdnie@t sind.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, da- durch gekennzeichnet, daß die, Bohrungen (17, 18) so ;angeordnet sind, d;aß sie zunächst quer zur Strömungsrichtung des Arbeitsmittels zur Aufnahme des Zweitstromes (x-x) :gerichtet und dann in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels umgelenkt sind. q.. Einrichtung nach Anspruch i und 2, da-,durch gekennzeichnet, d:aß die Bohrungen (17, i9) radial, nach außen ;gerichtet sind und firn Leitteil (Bohruni- i9) durch Kanüle (20) mit Räumen gleichen oder niedrigeren Druckes in Verbindung stehen.
DES8733D 1940-05-04 1941-05-06 Einrichtung an Dampf- oder Gasturbinenbeschaufelungen Expired DE893649C (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2438155A1 (fr) * 1978-10-05 1980-04-30 Alsthom Atlantique Grille d'aubes pour turbine ou compresseur et turbine ou compresseur comportant une telle grille d'aubes
DE3225208C1 (de) * 1982-06-29 1983-12-22 Gerhard Dipl.-Ing. 7745 Schonach Wisser Laufradanordnung einer Turbomaschine mit Deckband
EP0659978A1 (de) * 1993-12-23 1995-06-28 United Technologies Corporation Aerodynamische Laufschaufelspitzendichtung
EP1623097A1 (de) * 2003-04-18 2006-02-08 Oleg Naljotov Dampf-/gasturbinendruckstufe mit universaldeckband

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2438155A1 (fr) * 1978-10-05 1980-04-30 Alsthom Atlantique Grille d'aubes pour turbine ou compresseur et turbine ou compresseur comportant une telle grille d'aubes
DE3225208C1 (de) * 1982-06-29 1983-12-22 Gerhard Dipl.-Ing. 7745 Schonach Wisser Laufradanordnung einer Turbomaschine mit Deckband
EP0659978A1 (de) * 1993-12-23 1995-06-28 United Technologies Corporation Aerodynamische Laufschaufelspitzendichtung
EP1623097A1 (de) * 2003-04-18 2006-02-08 Oleg Naljotov Dampf-/gasturbinendruckstufe mit universaldeckband
EP1623097A4 (de) * 2003-04-18 2012-06-27 Oleg Naljotov Dampf-/gasturbinendruckstufe mit universaldeckband

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