DE10054244C2 - Turbinenblattanordnung und Turbinenblatt für eine Axialturbine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinenblattanordnung für eine Axialturbine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfin­ dung betrifft weiterhin ein Turbinenblatt.

Eine gattungsgemäße Turbinenblattanordnung ist aus der DE 25 24 250 A1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart einen Laufschaufelkranz für thermi­ sche, axial durchströmte Turbomaschinen, deren Laufschaufeln ein Profil aufweisen, bei welchem sich jeweils auf Saug- und Drucksseite an einen von der Vorlaufkante ausgehenden gekrümmten Konturlinienabschnitt ein bis zur Nachlaufkante reichender geradliniger Konturlinienabschnitt in Durchströmungsrichtung anschließt. Während der geradlinige Konturlinien­ abschnitt der Saugseite knickfrei an den konvex gekrümmten Konturlinien­ abschnitt der Saugseite anschließt, bildet die entsprechende Anschlußstelle zwischen kokavem und geradlinigem Konturlinienabschnitt auf der Druck­ seite einen Knick.

Die geradlinigen Konturlinienabschnitte sind ebenen Flächenbereichen an den entsprechenden Wölbflächen zugeordnet. Durch die Anordnung der einander im Laufschaufelkranz in Umfangsrichtung gegenüberliegenden ebenen Flächenbereichen wird zwischen zwei benachbarten Turbinenblät­ tern von dem Knick an zur Strömungsaustrittsseite des Laufschaufelkranzes hin ein diffusorähnlicher Kanal mit in Strömungsrichtung zunehmendem Querschnitt gebildet, in welchem die Strömung von Schallgeschwindigkeit auf ca. 1,5-fache Schallgeschwindigkeit am Ort des Strömungsaustrittes beschleunigt. Durch die abschnittsweise Führung der Überschallströmung zwischen den ebenen Flächen wird ein höherer Umfangswirkungsgrad erreicht, als dies bei einer freien Überschallströmung der Fall wäre.

In dem Artikel von Hans-Hermann Hebbel mit dem Titel "Über den Einfluss der Machzahl und der Reynoldszahl auf die areodynamischen Beiwerte von Verdichter-Schaufelgittern bei verschiedener Turbulenz der Strömung" werden Versuche beschrieben, um durch Veränderung des vorlaufkanten­ nahen Bereichs von Laufschaufeln den Turbulenzgrad der Strömung durch das Schaufelgitter zu erhöhen und dadurch eine Verbesserung der Strö­ mungsvorgänge in dem Verdichtergitter zu erreichen. Die in den Versuchen verwendeten Laufschaufeln weisen NACA65-Querschnittprofile auf. Diese haben eine druckseitige Wölbfläche, die durch einen von der Vorlaufkante ausgehenden konvex gekrümmten Wölbflächenabschnitt und einen sich knickfrei in Durchströmungsrichtung an diesen anschließenden und bis zur Nachlaufkante reichenden konkav gekrümmten Wölbflächenabschnitt gebildet ist.

Nachteilig an beiden Profilen ist, dass sich eine durch einen eventuellen Verdichtungsstoß hervorgerufene Stoßwelle im Bereich des Strömungsaus­ tritts unkontrolliert ausbreiten und zu einer Grenzschichtablösung an der saugseitigen äußeren Wölbfläche eines benachbarten Turbinenblatts führen kann, was sich nachteilig auf den Wirkungsgrad der Turbinenblattanord­ nung auswirkt.

Zur anschaulichen Erläuterung sind in Fig. 1 ein Turbinenblatt S und eine Blattkaskade einer weiteren herkömmlichen Axialturbine durch eine gestri­ chelte Linie gezeigt. Das Profil des Turbinenblattes S umfasst eine Vor­ laufkante LE, eine Nachlaufkante TE, eine äußere Wölbfläche Su, welche von der Vorlaufkante LE zur Nachlaufkante TE verläuft und während des Betriebs der Turbine hauptsächlich einen Unterdruck erzeugt, sowie eine innere Wölbfläche Sl, welche von der Vorlaufkante LE zur Nachlaufkante TE verläuft und während des Betriebs der Turbine hauptsächlich einen Überdruck erzeugt. Ein Abschnitt der inneren Wölbfläche Sl in der Nähe der Nachlaufkante TE nimmt eine einfache konkave Gestalt ohne Wendepunkt an und der Blatt-zu-Blatt-Abstand D in der Blattkaskade von benachbarten Turbinenblättern S, nämlich die Länge einer von der inneren Wölbfläche Sl eines der Turbinenblätter S nach unten zur äußeren Wölbfläche Su des anderen Turbinenblattes S gezogenen Normalenlinie nimmt in einem Be­ reich, welcher von einer vorderen Engstelle zu einer hinteren Engstelle verläuft, monoton ab.

Mit "Wendepunkt" ist in dieser Anmeldung gemäß dem üblichen mathema­ tischen Verständnis, eine Stelle bezeichnet, an der allgemein eine Kurve ihren Krümmungssinn ändert, was einem Vorzeichenwechsel der Krüm­ mung entspricht. Die erste Ableitung steigt bzw. fällt monoton und nimmt im Wendepunkt einen (endlichen) Extremwert an.

Es sind darüber hinaus aus den japanischen Patentanmeldungen, Offenle­ gungsnrn. 57-113906, 7-332007 und 9-125904 Erfindungen bekannt, welche die Gestalt eines Nachlaufkantenabschnitts eines Turbinenblattes betreffen.

Das in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegungsnr. 57-113906, beschriebene Turbinenblatt weist einen Aufbau auf, bei welchem eine Nachlaufkante in Richtung auf eine äußere Wölbfläche hin gekrümmt ist, oder es weist einen Aufbau auf, bei welchem die Krümmung der äußeren Wölbfläche an der Nachlaufkante größer als die einer inneren Wölbfläche ist. Dieser Aufbau gewährleistet, dass die Erzeugung einer Stoßwelle bei einer transsonischen Geschwindigkeit gesteuert wird, um die auf das Turbinenblatt ausgeübte Last zu verringern und den Druckverlust zu redu­ zieren.

Das in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegungsnr. 7-332007, be­ schriebene Turbinenblatt weist eine geriffelte Unebenheit an einer Nach­ laufkante auf. Dieser Aufbau gewährleistet, dass die Strömungsverteilung in der radialen Richtung einer Turbine wahrscheinlich gestört und der Geschwindigkeitsverlustanteil aufgrund eines Nachlaufs verringert ist, um die Strömungsleistung an jeder Stufe der Turbine zu verbessern.

Bei dem Turbinenblatt einer Dampfturbine, welches in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegungsnr. 9-125904, beschrieben ist, ist ein Ab­ schnitt einer äußeren Wölbfläche bei einer Nachlaufkante geradlinig ausge­ schnitten. Dieser Aufbau gewährleistet, dass der Druckverlust verringert wird, während ein Widerstand gegen Erosion gewährleistet wird, welche durch die Vibration hervorgerufen wird, die durch eine Dampfströmung oder durch Fremdmaterie innerhalb der Dampfströmung aufgebracht wird.

Das Blatt S (siehe unterbrochene Linie) der in Fig. 1 gezeigten herkömm­ lichen Axialturbine weist eine ausreichende Leistung dann auf, wenn die Strömungsgeschwindigkeit entlang einer Oberfläche des Blattes eine hohe Unterschallgeschwindigkeit ist und keine Stoßwelle erzeugt wird. Jedoch weist dieses Blatt S einen Nachteil dahingehend auf, dass dann, wenn die Strömungsgeschwindigkeit an der Nachlaufkante Schallgeschwindigkeit erreicht, Stoßwellen SW1 und SW2, welche von der inneren Wölbfläche Sl und der äußeren Wölbfläche Su an der Nachlaufkante erzeugt werden, eine Verringerung der Leistung verursachen. Insbesondere eine dieser Stoßwel­ len (SW1) interferiert mit einer Grenzschicht an der äußeren Wölbfläche Su des benachbarten Turbinenblattes S, um einen Druckverlust zu verursa­ chen. Dadurch wird es erschwert, die Leistung der gesamten Turbine zu verbessern.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Einfluss einer von einer inneren Wölbfläche an einer Nachlaufkante eines Turbinenblatts für eine Axialturbine erzeugten Stoßwelle zu minimieren, um die Leistung der Turbine zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine Turbinenblattanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Turbinenblattanordnung für eine Axialturbine umfasst eine einen Überdruck erzeugende innere Wölbfläche sowie eine einen Unterdruck erzeugende äußere Wölbfläche, wobei die innere und die äußere Wölbfläche zwischen einer Vorlaufkante und einer Nachlaufkante vorgesehen sind. Bei der erfindungsgemäßen Turbi­ nenblattanordnung weist die Länge einer Normalenlinie, welche von einer inneren Wölbfläche eines aus einem Paar von benachbarten Turbinenblätter nach unten auf eine äußere Wölbfläche des anderen Turbinenblattes gezo­ gen wird, wenigstens einen größten Wert in einem Abschnitt auf, welcher sich von einer vorderen Engstelle bis zu einer hinteren Engstelle eines Bereichs zwischen den zwei benachbarten Turbinenblättern erstreckt.

Mit der obigen Anordnung besitzt die Länge der Normalenlinie, welche von der inneren Wölbfläche eines der benachbarten Turbinenblätter nach unten zur äußeren Wölbfläche des anderen Turbinenblattes gezogen wird, wenig­ stens einen größten Wert in dem Abschnitt, welcher von der vorderen Eng­ stelle zur hinteren Engstelle des Bereichs zwischen den benachbarten Turbinenblättern verläuft. Somit kann ein geschwindigkeitsverringerendes Gebiet an der den Unterdruck erzeugenden äußeren Wölbfläche ausgebildet sein, um den Übergang von einer laminaren Strömungsgrenzschicht zu einer turbulenten Strömungsgrenzschicht zu fördern, wodurch die durch die Interferenz mit einer Stoßwelle verursachte Ablösung der Grenzschicht verhindert wird, um den Druckverlust zu verringern.

Weiterhin gilt bei der erfindungsgemäßen Turbinenblattanordnung dass, wenn die Position entlang der inneren Wölbfläche (Sl) durch einen Prozent­ satz derart repräsentiert ist, dass die Position der Vorlaufkante durch 0% repräsentiert ist und die Position der Nachlaufkante durch 100% repräsen­ tiert ist, ein Wendepunkt zwischen einem konkaven Abschnitt an einer stromaufwärtigen Seite und einem konvexen Abschnitt an einer strom­ abwärtigen Seite in einer Zone vorgesehen ist, welche sich von einer Position von 80% an der inneren Wölbfläche bis zu der hinteren Engstelle erstreckt.

Bei der obigen Anordnung ist der Wendepunkt zwischen dem konkaven Abschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem konvexen Abschnitt an der stromabwärtigen Seite in der Zone vorgesehen, welche von der Posi­ tion von 80% an der inneren Wölbfläche zur hinteren Engstelle verläuft. Somit ist es möglich, eine von der inneren Wölfbfläche an der Nachlauf­ kante erzeugte Stoßwelle zu streuen, um die Entstehung einer starken Stoßwelle zu verhindern, wodurch der durch die Stoßwelle verursachte Druckverlust verringert wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der größte Wert gleich oder kleiner als 110% der Länge der Normalenlinie an der vorderen Engstelle sein.

Mit der obigen Anordnung kann der größte Wert der Länge der von der inneren Wölbfläche des einen Turbinenblatts nach unten zur äußeren Wölb­ fläche des anderen Turbinenblatts gezogenen Normalenlinie gleich oder kleiner als 110% der Länge der Normalenlinie an der vorderen Engstelle sein. Somit kann ein sanfter Übergang von einer laminaren Strömungs­ grenzschicht zu einer turbulenten Strömungsgrenzschicht erreicht werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin durch ein Turbinen­ blatt gemäß Anspruch 4 gelöst.

Mit der obigen Anordnung ist es möglich, den Freiheitsgrad der Konstruk­ tion des Turbinenblatts zu erhöhen, indem das Turbinenblattprofil gemäß der vorliegenden Erfindung und ein bestehendes Turbinenblattprofil wie gewünscht in Kombination verwendet werden.

Die Art und Weise der Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wer­ den, welche in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt ist. Dabei stellt dar:

Fig. 1 ein Diagramm, welches ein Turbinenblattprofil und eine Turbi­ nenblattkaskade für eine Axialturbine zeigt.

Fig. 2 ein vergrößertes Diagramm eines in Fig. 1 gezeigten wesent­ lichen Abschnitts.

Fig. 3 ein Graph, welcher eine Variation im Blatt-zu-Blatt-Abstand entlang einer inneren Wölbfläche des Blattprofils zeigt.

Fig. 4 ein Graph, welcher eine Variation des Verlustfaktors bezogen auf die Geschwindigkeit an einem Auslass der Blattkaskade zeigt; und

Fig. 5 ein Diagramm, welches den Zustand einer Strömung um die Blattkaskade herum in einer Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung zeigt.

Fig. 6 ein Diagramm, welches den Zustand einer Strömung um die Blattkaskade im Stand der Technik zeigt.

Fig. 1 bis 5 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1 ein Diagramm ist, welches ein Turbinenblattprofil und eine Turbinenblattkaskade für eine Axialturbine zeigt; Fig. 2 ist ein vergrößer­ tes Diagramm eines in Fig. 1 gezeigten wesentlichen Abschnitts; Fig. 3 ist ein Graph, welcher eine Variation im Blatt-zu-Blatt-Abstand entlang einer inneren Wölbfläche des Blattprofils zeigt; Fig. 4 ist ein Graph, welcher eine Variation im Verlustfaktor relativ zur Geschwindigkeit an einem Aus­ lass der Blattkaskade zeigt; und Fig. 5 ist ein Diagramm, welches den Zustand einer Strömung um die Blattkaskade herum zeigt.

In Fig. 1 durch eine durchgezogene Linie dargestellte Turbinenblätter S sind in einem ringförmigen Gaskanal in einer Axialturbine angeordnet, um eine Turbinenblattkaskade zu bilden. Das Turbinenblatt S umfasst eine innere Wölblfläche Sl (eine Überdruckfläche), welche beim Strömen eines Gases einen Überdruck erzeugt, sowie eine äußere Wölbfläche Su (eine Unterdruckfläche), welche bei der Gasströmung einen Unterdruck erzeugt. Eine unterbrochene Linie in Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Turbinenblatt S, welches zum Vergleich gezeigt ist. Wie aus dem Vergleich des Turbinen­ blatts der vorliegenden Ausführungsform und dem herkömmlichen Turbi­ nenblatt zu sehen ist, weist das durch die unterbrochene Linie gezeigte herkömmliche Turbinenblatt S in dem gesamten Bereich der inneren Wölb­ fläche Sl ausschließlich einer Vorlaufkante LE und einer Nachlaufkante TE des Turbinenblatts S keinen in eine konkave Gestalt gekrümmten Wende­ punkt auf, wohingegen das Turbinenblatt S der vorliegenden Ausführungs­ form, welches durch die durchgezogene Linie dargestellt ist, einen Wende­ punkt P (siehe Fig. 2) zwischen einem in eine konkave Gestalt gekrümm­ ten Abschnitt auf der Seite einer Vorlaufkante LE in der Nähe einer Nach­ laufkante TE und einem in eine konvexe Gestalt gekrümmten Abschnitt auf der Seite der Nachlaufkante TE aufweist.

Eine Koordinatenposition an der unteren Fläche Sl des Turbinenblatts S ist durch einen Prozentsatz der Länge entlang der unteren Fläche Sl repräsen­ tiert, wenn die Vorlaufkante LE als eine Position von 0% und die Nachlauf­ kante als eine Position von 100% definiert ist.

Vordere und hintere Engstellen sind in einem Einlass und einem Auslass zwischen einem Paar von benachbarten Turbinen S definiert und jede weist eine minimale Schnittfläche eines Strömungswegs auf (nämlich einen minimalen Abstand zwischen dem Paar von Turbinenblättern S). Wenn eine Normalenlinie von der inneren Wölbfläche Sl eines der Blattprofile S nach unten zur äußeren Wölbfläche Su des anderen Blattprofils S gezogen wird, ist der Abstand zwischen dem Paar der benachbarten Turbinenblätter S gleich einer Länge D der Normalenlinie. Fig. 3 zeigt Variationen von Blatt- zu-Blatt-Abständen D (auf dimensionslose Art und Weise repräsentiert, wobei der Blatt-zu-Blatt-Abstand an der Vorlaufkante als 1 definiert ist) in einer Richtung einer Sehne in der vorliegenden Ausführungsform sowie im Stand der Technik. In der vorliegenden Ausführungsform liegt die vordere Engstelle bei einer Position von 22% und die hintere Engstelle liegt bei einer Position von 97%, wobei der Wendepunkt P zwischen der Position von 80% und der hinteren Engstelle (der Position von 97%) angeordnet ist.

In Fig. 3 nimmt der Blatt-zu-Blatt-Abstand D im Stand der Technik von der vorderen Engstelle (einer Position von 5% bis 44%) zur hinteren Engstelle (einer Position von 93%) monoton ab, wohingegen der Blatt-zu-BlattAb­ stand in der vorliegenden Ausführungsform von der vorderen Engstelle (einer Position von 22%) aus monoton zunimmt, bis er bei einer Position von 56% einen Maximalwert annimmt und dann zur hinteren Engstelle (der Position von 97%) hin abnimmt. Das Verhältnis des dimensionslosen Blatt- zu-Blatt-Abstands 1,025 zum Maximalwert des dimensionslosen Blatt-zu- Blatt-Abstands 0,94 an der vorderen Engstelle beträgt etwa 1,09 und ist auf weniger als 110% gedrückt.

Das Blattprofil S in der vorliegenden Ausführungsform besitzt den Wende­ punkt P zwischen dem konkaven Abschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem konvexen Abschnitt an der stromabwärtigen Seite in einem Be­ reich von der Position von 80% bis zur hinteren Engstelle (der Position von 97%) an der inneren Wölbfläche Sl. Somit kann die von der inneren Wölb­ fläche Sl in der Nähe der Nachlaufkante TE erzeugte Stoßwelle in zwei oder mehr Komponenten gestreut werden. Fig. 5 zeigt den Zustand einer Strömung einer Blattkaskade in der vorliegenden Ausführungsform, wobei zwei schwache Stoßwellen SW1 und SW2 erzeugt wurden, und Fig. 6 zeigt den Zustand einer Strömung einer Kaskade der Blätter im Stand der Technik, wobei eine starke Stoßwelle SWl erzeugt worden ist. Es zu sehen, dass im Stand der Technik eine Stoßwelle erzeugt wurde, jedoch bei der vorliegenden Ausführungsform die Stoßwelle in zwei Wellen geteilt wurde.

In Fig. 5 und 6 bezeichnen EWu und EWl ausgedehnte Wellen, welche durch die Geschwindigkeitsverringerung des Gases an der konvex gekrümmten Seite erzeugt werden, und B bezeichnet Blasen, welche durch die Stagnation der Gasströmung erzeugt werden.

Durch Teilen der Stoßwelle an der inneren Wölbfläche Sl in zwei Wellen in der obigen Art und Weise, um die Intensität der einzelnen Stoßwelle zu schwächen, kann verhindert werden, dass eine einzelne Stoßwelle erzeugt wird, welche einen großen Verlust verursacht, wodurch der durch Inter­ ferenz einer Stoßwelle mit einer Grenzschicht zwischen den äußeren Wölb­ flächen Su der benachbarten Turbinenblätter S erzeugte Druckverlust verringert wird. Zusätzlich nimmt die Länge D der Normalenlinie (nämlich der Blatt-zu-Blatt-Abstand D), welche von der inneren Wölbfläche Sl einer der Blätter in der Turbinenkaskade nach unten zur äußeren Wöblfläche Su des anderen Turbinenblatts S gezogen wird, in einem Bereich von der vorderen Engstelle zur hinteren Engstelle des einen Turbinenblatts S einen Maximalwert Dmax an, und falls die Länge D der Normalenlinie an der vorderen Engstelle als ein Standard definiert ist, ist der Maximalwert Dmax gleich oder kleiner als 110% (109%). Somit wird ein geschwindigkeits­ verringerndes Gebiet an der äußeren Wölbfläche Su des Turbinenblatts S aufgrund einer Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit mit einer Zunahme des Blatt-zu-Blatt-Abstands D gebildet, wodurch ein sanfter Übergang von einer laminaren Strömungsgrenzschicht zu einer turbulenten Strömungsgrenzschicht erreicht werden kann. Somit ist es möglich, die durch die Interferenz der Grenzschicht mit den zwei Stoßwellen, welche von den unteren Flächen der Nachlaufkanten TE der benachbarten Turbi­ nenblätter S erzeugt werden, hervorgerufene Ablösung der Grenzschicht an der äußeren Wölbfläche Su zu verhindern, wodurch der Druckverlust wei­ terhin effektiv verhindert werden kann.

Falls die Blattkaskade in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann, wie in Fig. 4 gezeigt ist, der Verlustfaktor bei einer Machzahl M von 1,2 am Auslass der Blattkaskade um etwa 25% reduziert werden, verglichen mit einem Fall, bei welchem die Blattkaskade des Standes der Technik verwendet wird.

Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich be­ schrieben wurde, wird verstanden werden, dass zahlreiche Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Beispielsweise ist das Turbinenblatt S gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl an einem beliebigen Stator- als auch an einem Rotorblatt anwend­ bar.

Das Blattprofil gemäß der vorliegenden Erfindung kann über den gesamten Bereich des Turbinenblattes S in einer Spannweitenrichtung oder lediglich in einem Teilbereich des Turbinenblattes S in der Spannweitenrichtung verwendet werden. Insbesondere kann das Blattprofil gemäß der vorliegen­ den Erfindung (z. B. das durch die durchgezogene Linie in Fig. 1 gezeigte Blattprofil) in einem Teilbereich des Turbinenblattes S in der Spannweiten­ richtung verwendet werden, und ein weiteres Turbinenprofil (z. B. das durch die unterbrochene Linie in Fig. 1 gezeigte Blattprofil) kann in einem übri­ gen Bereich verwendet werden. Somit kann je nach Wunsch das Turbinen­ blattprofil gemäß der vorliegenden Erfindung und das bestehende Turbinen­ profil in Kombination verwendet werden, wodurch der Konstruktionsfrei­ heitsgrad des Turbinenblatts vergrößert wird.

Wie oben beschrieben wurde ist bei der vorliegenden Erfindung der Wende­ punkt zwischen dem konkaven Abschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem konvexen Abschnitt an der stromabwärtigen Seite in der Zone vorgesehen, welche von der Position von 80% an der inneren Wölbfläche zur hinteren Engstelle verläuft. Somit ist es möglich, eine von der inneren Wölbfläche an der Nachlaufkante erzeugte Stoßwelle zu streuen, um die Entstehung einer starken Stoßwelle zu verhindern, wodurch der durch die Stoßwelle verursachte Druckverlust verringert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist überdies die Länge der Norma­ lenlinie, welche von der inneren Wölbfläche eines des Paars von benach­ barten Turbinenblättern nach unten zur äußeren Wölbfläche des anderen Turbinenblattes gezogen wird, in dem Abschnitt, welcher von der vorderen Engstelle zur hinteren Engstelle verläuft, wenigstens einen größten Wert auf. Somit kann an der den Unterdruck erzeugenden äußeren Wölbfläche ein geschwindigkeitsverringerndes Gebiet gebildet werden, um den Über­ gang von einer laminaren Strömungsgrenzschicht zu einer turbulenten Strömungsgrenzschicht zu fördern, wodurch die durch die Interferenz mit einer Stoßwelle verursachte Ablösung der Grenzschicht verhindert wird, um den Druckverlust zu verringern.

Wie bereits erwähnt wurde, kann der größte Wert der Länge der von der inneren Wölbfläche des einen Turbinenblattes nach unten zu der äußeren Wölbfläche des anderen Turbinenblattes gezogenen Normalenlinie gleich oder kleiner als 110% der Länge der Normalenlinie an der vorderen Eng­ stelle sein. Somit kann ein sanfter Übergang von einer laminaren Strömungsgrenzschicht zu einer turbulenten Strömungsgrenzschicht er­ reicht werden.

Gemäß einem weiteren Gesichtpunkt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Konstruktionsfreiheitsgrad des Turbinenblattes zu vergrößern, indem man das Turbinenblattprofil gemäß der vorliegenden Erfindung und ein bestehendes Turbinenblattprofil je nach Wunsch in Kombination ver­ wendet.

Ein Turbinenblatt S für eine Axialturbine umfasst eine innere Wölbfläche Sl, welche einen Überdruck erzeugt, und eine äußere Wölbfläche Su, welche einen Unterdruck erzeugt, wobei die innere Wölbfläche und die äußere Wölbfläche zwischen einer Vorlaufkante und einer Nachlaufkante vorgese­ hen sind. Ein Wendepunkt P ist zwischen einem konkaven Abschnitt an einer stromaufwärtigen Seite und einem konvexen Abschnitt an einer stromabwärtigen Seite in einem Bereich vorgesehen, welcher sich von einer Position von 80% an der inneren Wölbflächen Sl zu einer hinteren Eng­ stelle erstreckt, und die Länge D einer von der inneren Wölbfläche Sl eines der Turbinenblätter S nach unten zu einer äußeren Wölbfläche Su des anderen Turbinenblattes S gezogenen Normalenlinie weist wenigstens einen Maximalwert in einem Bereich auf, welcher sich von einer vorderen Engstelle zu einer hinteren Engstelle erstreckt. Somit ist es möglich, eine von der inneren Wölbfläche an der Nachlaufkante erzeugte Stoßwelle zu streuen, um die Erzeugung einer starken Stoßwelle zu vermeiden, wodurch der durch die Stoßwelle verursachte Druckverlust verringert wird. Zusätz­ lich kann an der den Unterdruck erzeugenden äußeren Wölbfläche Su ein geschwindigkeitsverringerendes Gebiet ausgebildet sein, um den Übergang von einer laminaren Strömungsgrenzschicht zu einer turbulenten Strömungsgrenzschicht zu fördern, wodurch die durch die Interferenz mit einer Stoßwelle verursachte Ablösung der Grenzschicht verhindert wird, um den Druckverlust zu verringern.

Beschreibung von Bezugszeichen

D Länge einer von einer inneren Wölbfläche nach unten zu einer äußeren Wölbfläche gezogenen Normalenlinie
Dmax Maximalwert der Länge der Normalenlinie
LE Vorlaufkante
TE Nachlaufkante
P Wendepunkt
S Turbinenblatt
Sl innere Wölbfläche
Su äußere Wölbfläche

Claims (4)

1. Turbinenblattanordnung für eine Axialturbine, bei welcher das Turbinenblattprofil eines jeden Turbinenblatts der Anordnung eine einen Überdruck erzeugende innere Wölbfläche (Sl) sowie eine einen Unterdruck erzeugende äußere Wölbfläche (Su) umfasst, welche zwischen einer Vorlaufkante (LE) und einer Nachlaufkante (TE) des Turbinenblatts vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Bereich zwischen zwei benachbarten Turbinenblättern der Anordnung eine vordere und eine hintere Engstelle aufweist, bei welchen die Länge (D) einer Normalenlinie, die von einer inneren Wölbfläche (Sl) des einen der benachbarten Turbinenblätter (S) auf eine äußere Wölbfläche (Su) des anderen Turbinenblatts (S) gefällt wird, jeweils ein lokales Minimum aufweist,
dass die Länge (D) der Normalenlinie in einem Abschnitt zwischen der vorderen und der hinteren Engstelle einen größten Wert (Dmax) aufweist, und
dass, dann wenn eine Position entlang der inneren Wölbfläche (Sl) durch einen Prozentsatz derart angegeben ist, dass die Position der Vorlaufkante (LE) durch 0% und die Position der Nachlaufkante (TE) durch 100% repräsentiert ist, ein Wendepunkt (P) zwischen einem konkaven Abschnitt auf einer stromaufwärtigen Seite und einem konvexen Abschnitt auf einer stromabwärtigen Seite an einem Punkt in einer Zone vorgesehen ist, welche sich an der inneren Wölbfläche (Sl) von einer Position von 80% bis zu der hinteren Engstelle erstreckt.

2. Turbinenblattanordnung für eine Axialturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Wert (Dmax) gleich oder kleiner als 110% der Länge (D) der Normalenlinie an der vorderen Engstelle ist.

3. Turbinenblattanordnung für eine Axialturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Engstelle bei einer Position von 22% und die hintere Engstelle bei einer Position von 97% von der Vorlaufkante (LE) angeordnet sind.

4. Turbinenblatt für eine Axialturbine, welches zumindest in einem Abschnitt in Spannweitenrichtung des Turbinenblatts (S) das Turbinenblattprofil gemäß Anspruch 1 aufweist.