CS281991A3

CS281991A3 - Turbine machine cascade provided with suction slots in the ceiling and/or the base and a turbine machine comprising such cascades

Info

Publication number: CS281991A3
Application number: CS912819A
Authority: CS
Inventors: De Paul Michel Vincent; Francois Detanne
Original assignee: Alsthom Gec
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1992-03-18
Also published as: US5232338A; FR2666846B1; CN1060891A; DE69105418T2; EP0475329A2; ZA917326B; EP0475329B1; JPH04279701A; ATE114780T1; MX9101073A; DE69105418D1; EP0475329A3; FR2666846A1

Description

5Η5 -1-

Uf?' ?f

Lopatková mříž pro turbinový stroj opatřená nasávacími Štěrbinami ve stropě a/nebo "základně a -turbinový stroj obsahující takové mříže.

Oblast techniky. T>

"O X»

> O o < o zžg o »£x ΓΟ u>. >< co turbinový /'obsahujících lopatky uložené mežÁ-^o<Jlcla&om a

Vynález· se týká lopatkových moíž:.-<^fro roj«twrmpeia·-—a> jejichž podklad a/nebo strop je opatřen nasávací štěrbinou vblízkosti alespoň určitých lopatek, přičemž tato štěrbina máprvní konec uložený podél vnější strany lopatky v oblastilopatky vycházející z úseku jejího maximálního zakřivení khrdlu kanálu mezi touto lopatkou a sousední lopatkou.

Stav techniky. V takových lopatkových mřížích jsou umístěny nasávacíštěrbiny do základny a/nebo stropu pro nasávání mezníchvrstev podél základny a stropu. Tyto vrstvy jsou totižzdrojem poruch (viz článek "Sur les pertes a l'extrémité desaubes de turbine"-revue Brown, Boveri ve francouzštině,listopad 1941, str.356 až 361, zejména obr.2 a 3). Tytoporuchy jsou doprovázeny značnými ztrátami, které jsou známépod označením druhotné ztráty, které ovlivňují tím vícevýkon lopatkové mříže, čím menší je poměr mezi výškou atětivou lopatek. Příklad lopatkové mříže s nasávacími štěrbinami jeznám z japonského spisu JP-A-52-548O7 ze,4.5.1977.

Známé štěrbiny procházejí kanálem a vycházejí z vnějšístrany jedné lopatky až ke vnitřní straně sousední lopatky.Lze konstatovat, že takové štěrbiny nepřinesly zlepšení amají dokonce takový účinek, že zvyšují ztráty.

Charakteristika vynálezu.

Uvedené nedostatky odstraňuje vynález lopatkové mříže proturbinový stroj obsahující lopatky uložené mezi podkladem astropem a jejíž podklad a/nebo strop je opatřen nasávacíštěrbinou v blízkosti alespoň určitých lopatek, přičemž tato štěrbina má první konec uložený podél vnější strany lopatkyv oblasti lopatky vycházející z úseku jejího maximálníhozakřivení k hrdlu kanálu mezi touto lopatkou a sousednílopatkou, jehož podstatou je, že štěrbina je orientována ΗΒΗ· -2- podél izobary a má délku takovou, že druhý konec je vzdálenod vnější strany lopatky o vzdálenost ležící v rozmezí odjedné čtvrtiny do poloviny šířky hrdla kanálu.

Toto řešení umožňuje, že tlak podél štěrbiny jekonstantní, takže tekuté prostředí nebude vrháno zpět najinétmísto štěrbiny, jako je tomu u známých mříží.

Vynález se rovněž vztahuje na turbinový strojobsahující několik stupňů tvořených každý mříží pevnýchlopatek opatřenou mříží pohyblivých lopatek, přičemž tytolopatky pevné a pohyblivé mříže jsou uloženy mezi podkladema stropem, přičemž strop mříží pohyblivých lopatek jeopatřen ucpávkou vymezující několik komor s protilehloučástí rotoru, přičemž strop mříže pevných lopatek je opatřennasávací štěrbinou v blízkosti alespoň některých lopatek,přičemž tato štěrbina má první konec uložený podél vnějšístrany lopatky v oblasti vycházející z úseku jejíhomaximálního zakřivení k hrdlu kanálu mezi touto lopatkou asousední lopatkou, jehož podstatou je že štěrbina jeorientována podél izobary a má takovou délku, že její druhýkonec je vzdálen od vnější strany lopatky o vzdálenostležící v rozmezí od jedné čtvrtiny do jedné poloviny šířkyhrdla kanálu, přičemž tato štěrbina je vytvořena v boděnejnižšího tlaku turbinového stroje.

Když je vynález aplikován na pevnou mříž jednohostupně, je štěrbina připojena kanálem k jedné z ucpávkovýchkomor ležící na výstupní části ucpávky mříže pohyblivýchlopatek následujícího stupně.

Když je vynález aplikován na mříž pohyblivých lopatekjednoho stupně, je podklad mříže pohyblivých lopatek jeopatřen nasávací štěrbinou v blízkosti alespoň určitýchlopatek, přičemž tato štěrbina má první konec uložený podélvnější strany lopatky v oblasti vycházející z úseku jejíhomaximálního zakřivení k hrdlu kanálu mezi touto lopatkou (A)a sousední lopatkou, přičemž štěrbina je orientována podélizobary a má délku takovou, že její druhý konec je umístěnod vnější strany lopatky ve vzdálenosti od jedné čtvrtiny dojedné poloviny šířky hrdla kanálu, přičemž štěrbina jepřipojena kanálem prostupujícím lopatkou zespodu od základnysměrem nahoru a vyústěným za ucpávkou nebo do jedné zposledních komor této ucpávky.

u Íí

I JXUaiňiXiiÍiZ. I;.. f i -3- S výhodou je druhý konec štěrbiny vzdálen od vnějšístrany odpovídající lopatky o vzdálenost odpovídajícítřetině šířky hrdla odpovídajícího kanálu. ' gtfg^Přehled obrázků na výkresech. ;Výnález je blíže vysvětlen v následujícím popise na ^Ěí^prlkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, vekterých znázorňuje obr.l axiální řez klasickou turbinou,obr i 2 podrobnost nasávací štěrbiny ve známé turbině, obr.3graf závislosti ztrát na vzdálenosti od stěny v turbině zobr.2, obr.4 podrobnost umístění polohy nasávací štěrbinypodle vynálezu v mříži pevných lopatek, obr.5 grafzávislosti ztrát na tvaru z obr.4, obr.6 podrobnost umístění . . polohy štěrbiny podle vynálezu pro mříž pohyblivých lopatek,obr.7 axiální řez turbinou obsahující lopatkové mříže podlevynálezu a obr.8 podrobnost turbiny z obr.7 ve vodorovnémřezu.

Provedeni vynálezu.

Na obr.l jsou znázorněny lopatky A a B, které tvoří součástvěnce a jejichž pata je upevněna na podklad 1_ a hlava nastrop 2. Podklad _1 a strop 2_ jsou obvykle válcovité plochynebo plochy ve tvaru komolého kužele.

Vnitřní strana lopatky 3, vnější strana lopatky A,podklad 1. a strop 2 vymezují kanál s hrdlem j3 odpovídajícím minimální šířce kanálu. V tomto kanálu, s odstupem od stěn, probíhá proudění veformě nerušených dílčích proudů h. Naproti tomu v dotyku sestropem a s podkladem jsou dílčí proudy tekutého prostředíortogonální na izobary a sledují směry 1_ a m a po tézačínají od okamžiku nárazu na vnější stranu lopatky Avířit. . . Obr.2 znázorňuje uspořádání štěrbiny 4 podle japonského patentového spisu č.52-54807. Tato štěrbina 4_ je vytvořena vpodkladu a ve stropu s cílem nasávat část mezní vrstvy.

Obr.3 ukazuje míry lokální ztráty P v závislosti navzdálenosti y od podkladu 1 a od stropu 2 lopatkové mříže.Křivka vyznačená plně a ukazuje průběh ztráty pro mřížnevykazující sání v kanálu. Vedle stěny je ztráta značná vdůsledku mezní vrstvy, která se tvoří na této stěně. -4-

Zmenšuje se se vzrůstající vzdáleností od stěny a po tézačíná znovu růst: toto jsou ztráty rozptýlené vprocházejícím víru. V dostatečné vzdálenosti od stěn ztrátajednoduše vyplývá z existence mezních vrstev, které sevytvářejí na lopatkách. Křivky bac znázorňují tytéž průběhy ztráty v případělopatkové mříže opatřené sací štěrbinou, jak je znázorněnána obr.2. Když je nasávané množství malé a činí řádově 0,5%celkového množství procházejícího lopatkovou mříží, jeztráta (křivka b) velmi výrazně zvýšená. Když nasávanémnožství roste, ztráta se zmenšuje (křivka c), ale proprocentuelní podíl nasávaného průtokového množství činící 3%hlavního průtokového množství, což je velmi značné, jecelková ztráta ještě větší, než je ztráta v lopatkové mřížibez nasávání. Důvod těchto špatných chování je třeba hledat vproudění v nasávací štěrbině. Tlak není konstantní podélnasávací štěrbiny a také v určitých místech štěrbiny, kde jetlak nejvyšší, bude tekuté prostředí účinně nasáváno, alebude moci být znovu vháněno do proudu v jiném místěštěrbiny,kde je tlak nižší. Toto opěrovné vhánění budesamozřejmě doprovázeno značnými ztrátami.

Obr.4 ukazuje dvě krajní polohy štěrbiny podlevynálezu, V kanálu 3 vytvořeném dvěma lopatkami A a B jsouvykresleny izobary 2 odvozené z výpočtu dvourozměrnélopatkové mříže. Takový výpočet (přístupný pro všechnyodborníky v oboru, kteří se zabývají turbinovými stroji),dovoluje znát charakteristické vlastnosti prouděnídostatečně daleko od stěn. Vedle těchto stěn jsoucharakteristické vlastnosti prouděni velmi rozdílné, pokudjde o modul a směr rychlostí tekutého prostředí, avšak jeznámo, že statické tlaky jsou jen velmi málo modifikoványvzhledem ke statickým tlakům v úseku vzdáleném od stěn.Obr.4 ukazuje dvě krajní polohy štěrbiny _4, 4/·

Nasávací štěrbina _4,4/ je umístěna v blízkosti lopatkyA. Její první konec 6 je uložen podél vnější strany lopatky v oblasti vycházející z úseku maximálního zakřivení 2 khrdlu 2 kanálu 3. Štěrbina _4, 4/ je přímočará a je orientována podélizobary. Její druhý konec 9 je vzdálen o třetinu minimální

-5- šířky kanálu 3, která odpovídá šířce hrdla č^. Štěrbina jedélkově omezována ve své užitečné části u vnější stranylopatky pro minimalizování nasávaného množství. '* - Obr. 5 ukazuje (křivka d) ztráty P naměřené při nasávání ^^^áběrbinou;,4 .kpodle vynálezu. Konstatuje se výrazný zisk'..í. vzhledem kes ztrátám naměřeným v nepřítomnosti jakéhokoli 'nasávacího prostředku (křivka a).

Obr.6 ukazuje jiný příklad použití vynálezu na mříž spohyblivými lopatkami, kde izobary mají tvar dosti rozdílnýproti tvaru znázorněnému na obr.4.

Obr.7 ukazuje dva stupně 10 turbiny, které jsou každýtvořeny mříží pevných lopatek 11 a mříží pohyblivých lopatek12. Tento obrázek dovoluje pochopit, jak je realizovánonasávání. Pro mříže s pevnými lopatkami 11 je nasávacíštěrbina .4 připojena kanálem 13, který ústí otvorem 14 dokomory ucpávky 15 uložené na vrcholu mříže pohyblivýchlopatek 12 následujcího stupně. Výrazné rozpínání v mřížipevných lopatek dovoluje získat tlakový rozdíl potřebný pronasávání.

Pro mříž pohyblivých lopatek 12 tento postup samozřejměnemůže být použit. Na vrcholu těchto lopatkování nenínasávání vůbec možné. Naproti tomu v základně je možnérealizovat nasávání použitím odstředivého účinku. Vyvrtá seradiální kanál 16 (nebo šikmý), v tlouštce lopatky, kterýspojuje štěrbinu 4, vytvořenou v základně kanálu (poloměr , , R1) , s komorou nejvíce za· ucpávkou . z hlediska směruproudění, umístěnou na vrcholu (poloměr R2). Spojení mezištěrbinou a radiálním kanálem 16 se děje spojem 18 (viz·obr.8). Tlakový rozdíl potřebný k uvedení tekutého prostředí . do pohybu od základny k vrcholu, je vytvářen prací odstředivé síly 1/2 eo2 (R22 - Rx2 ), kdeCO . je úhlová rychlost.

Když je rozdíl takto vytvořeného tlaku příliš velký sohledem na průtokové množství, které sé má zajistit, j.ěmožné nechat vyústit radiální kanál 16 do předposledníkomory 17' ucpávky 15 lopatkové mříže pohyblivých lopatek12, což dovoluje omezit množství úniku 19 procházejícíhotouto ucpávkou, což je množství odebírané tekutému prostředívystupujícímu z pevných lopatek a které samozřejmě nevytváří -6- práci.

Celkové množství, které přichází do ucpávky otvorem .14,, nebo kanálem 16 je menší nebo rovno unikajícímu množství,které by normálně prošlo do těchto ucpávek v nepřítomnosti ;;,)v:v, ;.nasávacích-prostředků. Celkem úplný zisk vyplývající ze -Ύ zlepšení druhotných ztrát je tak zabezpečen. .. a.'-'' . ' -J -

Claims

1. Lopatková mříž pro turbinový stroj obsahující •lopatky uložené mezi podkladem a stropem a jejíž podklada/nebo strop je opatřen nasávací štěrbinou v blízkostialešpoň.určitých lopatek, přičemž tato štěrbina má prvníkonec- uložený podél vnější strany lopatky v oblasti 'lopatkyvycházející z úseku jejího maximálního zakřivení k hrdlukanálu mezi touto lopatkou a sousední lopatkou, vyznačenátím, že štěrbina (4, 4') je orientována podél izobary a mádélku takovou, že druhý konec (9) je vzdálen od vnějšístrany lopatky (A) o vzdálenost ležící v rozmezí od jednéčtvrtiny do poloviny šířky hrdla (8) kanálu (3).
2. Turbinový stroj obsahující několik stupňů tvořenýchkaždý mříží pevných lopatek opatřenou mříží pohyblivýchlopatek, přičemž tyto lopatky pevné a pohyblivé mříže jsouuloženy mezi podkladem a stropem, přičemž strop mřížípohyblivých lopatek je opatřen ucpávkou vymezující několikkomor s protilehlou částí rotoru, přičemž strop mřížepevných lopatek je opatřen nasávací štěrbinou v blízkostialespoň některých lopatek, přičemž tato štěrbina má prvníkonec uložený podél vnější strany lopatky v oblastivycházející z úseku jejího maximálního zakřivení k hrdlu kanálu mezi touto: lopatkou a sousední lopatkou, vyznačenýtím, že štěrbina (4) je orientována podél izobary a mátakovou délku, že její druhý konec (9) je vzdálen od vnějšístrany lopatky (A) o vzdálenost ležící v rozmezí od jednéčtvrtiny do jedné poloviny šířky hrdla (8) kanálu (3),přičemž tato štěrbina (4) je vytvořena v bodě (14)nejnižšího tlaku turbinového stroje.
3.Turbinový stroj podle nároku 2 vyznačený tím, žeštěrbina (4) je spojená kanálem s jednou z ucpávkových komor(17) ležící ve výstupní části ucpávky (15) mříže pohyblivýchlopatek (12) následujícího stupně (10).
4. Turbinový stroj obsahující několik stupňů tvořenýchkaždý mříží pevných lopatek, následovanou mříží pohyblivýchlopatek, přičemž uvedené lopatkové mříže jsou uloženy mezipodkladem a stropem, přičemž strop mříží pohyblivých lopatekje opatřen ucpávkou vymezující několik komor s protilehloučástí rotoru, vyznačený tím,. že podklad (1) mříží (1)

-8-

pohyblivých lopatek (12) je opatřen nasávací štěrbinou (4) vblízkosti alespoň určitých lopatek (A), přičemž tatoštěrbina (4) má první konec (6) uložený podél vnější stranylopatky v oblasti vycházející z úseku jejího maximálníhozakřivení (7) k hrdlu (8) kanálu (3) mezi touto lopatkou (Ά)a/?·šojzřusední lopatkou (B), přičemž' štěrbina (4) jeorientována podél izobary a má délku takovou, že její druhýkonec (9) je umístěn od vnější strany lopatky ve vzdálenostiod jedné čtvrtiny do jedné poloviny šířky hrdla (8) kanálu(3), přičemž štěrbina (4) je připojena kanálem (16),prostupujícím lopatkou od základny směrem vzhůru, avyústěným na výstupní straně za ucpávkou nebo do jedné zposledních komor (17.17') této ucpávky (15).
5. Lopatková mříž podle kteréhokoli z přechozíchnároků vyznačená tím, že druhý konec (9) štěrbiny (4) jevzdálen od vnější strany odpovídající lopatky o vzdálenostokolo třetiny šířky hrdla (8) odpovídajícího kanálu (3).

•i 'i