DE102007003775A1

DE102007003775A1 - Schaufelblattprofil einer Statorschaufel für einen Verdichter

Info

Publication number: DE102007003775A1
Application number: DE102007003775A
Authority: DE
Inventors: Christopher P. Keener; David J. Stampfli
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2007-08-02
Also published as: CH701090B1; MX2007001183A; JP2007198386A; CN101012841A; US20070177980A1; US7329092B2; CN101012841B

Abstract

Statorleitschaufeln (12) der zwölften Stufe für einen Verdichter (10) weisen Schaufelblattprofile im Wesentlichen gemäß kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z auf, die in der Tabelle 1 in Zoll angegeben sind, wobei die Werte der Z-Koordinate senkrechte Abstände von Ebenen sind, die zu einem Radius von der Verdichterzentrallinie rechtwinklig sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei der Z-Wert an einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts (18) in der XY-Ebene bei Null beginnt. X und Y sind Koordinatenwerte, die für jeden Abstand Z das Schaufelblattprofil festlegen. Die Werte X, Y und Z können skaliert werden, um für jede Statorleitschaufel einen vergrößerten oder verkleinerten Schaufelblattabschnitt zu liefern.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verdichter für eine Turbine und insbesondere auf ein Schaufelblattprofil einer Statorleitschaufel für die Verdichterschaufeln, insbesondere die Schaufeln der 12. Stufe.

Der Strömungspfad eines Verdichters erfordert Schaufelblattprofile der Verdichterstatorschaufeln, die die Systemanforderungen an Effizienz und Belastung erfüllen. Die Schaufelblattform der Statorschaufeln des Verdichters muss die Wechselwirkung zwischen anderen Stufen in dem Verdichter optimieren, für aerodynamische Effizienz sorgen und aeromechanische Lebensdauerziele optimieren. Dementsprechend besteht Bedarf an einem Schaufelblattprofil einer Statorleitschaufel, das diese Aufgaben optimiert.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine Statorleitschaufel für einen Verdichter ein Schaufelblatt auf, wobei das Schaufelblatt eine Form in einer Hüllfläche innerhalb von ± 2,54 mm (0,1 Zoll) in einer Richtung senkrecht zu jedem beliebigen Ort der Schaufelblattoberfläche aufweist, wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes Nennprofil im Wesentlichen gemäß kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z aufweist, die in der Tabelle 1 in Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) angegeben sind, wobei die Werte der Z-Koordinate senkrechte Abstände von Ebenen sind, die rechtwinklig zu einem Radius von der Verdichterzentrallinie liegen und die X- und Y-Werte enthalten, wobei der Z-Wert bei einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts in der XY-Ebene bei Null beginnt und X und Y Koordinatenwerte sind, die, wenn sie durch glatte kontinuierliche Bögen verbunden werden, für jeden Abstand Z das Schaufelblattprofil festlegen, wobei die Profile bei den Abständen Z zum Erstellen der vollständigen Schaufelblattform glatt miteinander verbunden werden.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine Statorschaufel für einen Verdichter ein Schaufelblatt auf, wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes nominales Schaufelblattprofil im Wesentlichen gemäß kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z aufweist, die in der Tabelle 1 in Zoll angegebenen sind, wobei die Z-Koordinatenwerte senkrechte Abstände von Ebenen sind, die zu einem Radius von der Verdichterzentrallinie rechtwinklig sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei die Z-Werte an einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts in der XY-Ebene bei Null beginnen und X und Y Koordinatenwerte sind, die, wenn sie durch glatte, sich fortsetzende Bögen verbunden werden, für jeden Abstand Z das Schaufelblattprofil festlegen, wobei die Profile bei den Z-Abständen glatt miteinander verbunden werden, um das Gesamtprofil des Schaufelblatts zu bilden, wobei die X-, Y- und Z-Werte als eine Funktion der gleichen Konstante oder Zahl skaliert werden, um ein vergrößertes oder verkleinertes Verdichterschaufelblatt zu ergeben.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Verdichter mehrere Statorschaufeln auf, die einen Bereich einer Verdichterstufe bilden, wobei sich jede der Schaufeln in der Form eines Schaufelblattes innerhalb von ± 2,54 mm (0,1 Zoll) in einer Richtung rechtwinklig zu jeder beliebigen Stelle der Schaufelblattoberfläche befindet, wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes Nennprofil im Wesentlichen gemäß Werten kartesischer Koordinaten X, Y und Z aufweist, die in Tabelle 1 in Zoll angegeben sind, wobei die Werte der Z-Koordinate senkrechte Abstände von Ebenen sind, die zu einem Radius von der Verdichterzentrallinie rechtwinklig sind und die die X- und Y-Werte enthalten, wobei die Z-Werte bei einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts in der XY-Ebene bei Null beginnen und X und Y Koordinatenwerte sind, die, wenn sie durch glatte kontinuierliche Bögen verbunden werden, das Schaufelblattprofil für jeden Abstand Z definieren, wobei die Profile bei den Abständen Z glatt miteinander verbunden werden, um das vollständige Schaufelblattprofil zu erstellen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält ein Verdichter mehrere Statorschaufeln, die einen Bereich einer Verdichterstufe bilden, wobei jede der Schaufeln ein unbeschichtetes Nennprofil im Wesentlichen gemäß kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z aufweist, die in Tabelle 1 in Zoll angegeben sind, wobei die Werte der Z-Koordinate senkrechte Abstände von Ebenen sind, die zu einem Radius von der Verdichterzentrallinie rechtwinklig sind und die die X- und Y-Werte enthalten, wobei der Z-Wert an einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts in der XY-Ebene bei Null beginnt und X und Y Koordinatenwerte sind, die, wenn sie durch glatte sich fortsetzende Bögen verbunden werden, für jeden Abstand Z das Schaufelblattprofil festlegen, wobei die Profile bei den Abständen Z glatt miteinander verbunden werden, um das vollständige Schaufelblattprofil zu bilden, wobei die Werte X, Y und Z als eine Funktion der gleichen Konstante oder Zahl skaliert werden, um ein vergrößertes oder verkleinertes Verdichterschaufelblatt zu ergeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine bruchstückhafte Querschnittsansicht eines Verdichters, die verschiedene Stufen des Verdichters einschließlich der 12. Stufe darstellt,
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schaufel für die 12. Stufe des Verdichters,
3 zeigt eine seitliche Aufrissansicht derselben,
4 zeigt eine tangentiale und rückseitige perspektivische Ansicht der Verdichterschaufel der 12. Stufe,
5 zeigt eine Endansicht der Verdichterschaufel der 12. Stufe, wie sie von der Schaufelspitze radial nach außen betrachtet zu sehen ist,
6 zeigt eine der 2 ähnliche Ansicht, und
7 zeigt eine im Wesentlichen um die Linie 7-7 in 6 aufgenommen Querschnittsansicht derselben.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nun mit Bezug auf 1: Es ist ein Abschnitt eines allgemein mit 10 bezeichneten Verdichters dargestellt, der mehrere Stufen einschließlich einer zwölften Stufe aufweist, die allgemein mit 12 bezeichnet ist. Jede Stufe enthält mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Statorleitschaufeln sowie an dem Verdichterrotor 16 angebrachte Rotorlaufschaufeln 14. Die Statorschaufeln 12 der 12. Stufe des Verdichters sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, und weisen Schaufelblätter 18 von einer bestimmten Schaufelblattform oder einem bestimmten Schaufelblattprofil auf, die unten spezifiziert sind. Mit Bezug auf 2: Die Schaufelblattform oder das Schaufelblattprofil weist eine Vorder- und eine Hinterkante 20 und 22 auf. In der bevorzugten und dargestellten Ausführungsform der Verdichterstatorschaufeln der 12. Stufe sind 113 Leitschaufeln vorhanden, die die 12. Stufe bilden.
Nun mit Bezug auf die 2-7: Jede der Statorschaufeln der 12. Stufe weist ein Schaufelblattprofil auf, das durch ein kartesisches Koordinatensystem für X-, Y- und Z-Werte definiert ist. Die Koordinatenwerte sind unten in der Tabelle 1 in Zoll angegeben. Das kartesische Koordinatensystem weist eine X-, eine Y- und eine Z-Achse auf, die orthogonal ausgerichtet sind, wobei sich die Z-Achse entlang eines Radius von der Zentrallinie des Verdichterrotors, d.h. senkrecht zu einer die X- und Y-Werte enthaltenden Ebene erstreckt. Der Z-Abstand beginnt in der XY-Ebene an dem radial äußersten aerodynamischen Abschnitt bei Null. Dieser Z-Abstand, d.h. Z=0, befindet sich bei einem Radius von 434,7 mm (17,114 Zoll) von der Verdichterzentrallinie. Die X-Achse verläuft parallel zu der Zentrallinie des Verdichterrotors, d.h. der Rotationsachse. Durch Festlegen der X- und Y-Koordinatenwerte X-LOC und Y-LOC an ausgewählten Positionen Z-LOC in der Z-Richtung senkrecht zu der XY-Ebene kann das Profil des Schaufelblatts 20 festgelegt werden. Durch Verbinden der X- und Y-Werte mit glatten kontinuierlichen Bögen wird für jeden einzelnen Abstand Z der jeweilige Profilabschnitt festgelegt. Die Oberflächenprofile an den verschiedenen Oberflächenstellen zwischen den Abständen Z werden glatt miteinander verbunden, um das Schaufelblatt zu bilden. Die unten in der Tabelle 1 angegebenen tabellarischen Werte liegen in Zoll vor und geben Schaufelblattprofile unter Umgebungsbedingungen, in nicht in Betrieb befindlichen oder nicht heißen Zuständen wieder und gelten für ein unbeschichtetes Schaufelblatt. Die Vorzeichenkonvention weist einen positiven Wert Z in einer radial einwärts gerichteten Richtung und positive und negative Werte für die Werte der X- und Y-Koordinate zu, wie sie typischerweise in kartesischen Koordinatensystemen verwendet werden.
Die 1232 Punkte sind ein kaltes oder Raumtemperatur-Nennprofil für jeden Querschnitt des Schaufelblatts.
Es treten typische Fertigungstoleranzen auf, und es sind auch Beschichtungen vorhanden, die bei dem tatsächlichen Profil des Schaufelblatts berücksichtigt werden müssen. Dementsprechend gelten die für das Profil in der Tabelle 1 angegebenen Werte für ein nominales Schaufelblatt. Es wird demnach erkannt, dass typische Fertigungstoleranzen, d.h. ± Werte, und Schichtdicken zu den unten in der Tabelle 1 angegebenen X- und Y-Werten zu addieren oder von diesen zu subtrahieren sind. Dementsprechend bildet ein Abstand von ± 2,54 mm (0,1 Zoll) in einer Richtung senkrecht zu einem beliebigen Ort der Oberfläche entlang des Schaufelblattprofils eine Hüllfläche des Schaufelblattprofils für diese spezielle Schaufelblattausführung und diesen speziellen Verdichter. Ein wesentlicher Vorteil der Schaufelausführung besteht darin, dass unter Betriebsbedingungen ein ausreichender Abstand zwischen den Eigenfrequenzen des Schaufelblatts und beliebigen bekannten Anregungsquellen erreicht wird. In einer bevorzugten Ausführungsform gelten die unten in der Tabelle 1 angegebenen Schaufelblattprofile einer Leitschaufel für die Schaufeln der 12. Stufe des Verdichters.
Die unten in der Tabelle 1 angegebenen Koordinatenwerte liegen in Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) vor und ergeben die Hüllfläche des bevorzugten Nennprofils. Tabelle 1:
Es wird auch erkannt, dass das in der obigen Tabelle offenbarte Schaufelblatt zur Verwendung in anderen ähnlichen Verdichterausführungen geometrisch vergrößert oder verkleinert werden kann. Dementsprechend können die in der Tabelle 1 angegebenen Koordinatenwerte nach oben oder unten skaliert werden, so dass die Form des Schaufelblattprofils unverändert bleibt. Eine skalierte Version der Koordinaten in Tabelle 1 würde durch X-, Y- und Z-Koordinatenwerte repräsentiert, die mit der gleichen Konstante oder Zahl multipliziert oder durch diese dividiert worden sind.
Statorleitschaufeln 12 der zwölften Stufe für einen Verdichter 10 weisen Schaufelblattprofile im Wesentlichen gemäß kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z auf, die in der Tabelle 1 in Zoll angegeben sind, wobei die Werte der Z-Koordinate senkrechte Abstände von Ebenen sind, die zu einem Radius von der Verdichterzentrallinie rechtwinklig sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei der Z-Wert an einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts 18 in der XY-Ebene bei Null beginnt. X und Y sind Koordinatenwerte, die für jeden Abstand Z das Schaufelblattprofil festlegen. Die Werte X, Y und Z können skaliert werden, um für jede Statorleitschaufel einen vergrößerten oder verkleinerten Schaufelblattabschnitt zu liefern.
Während die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als die praktischste und am meisten bevorzugte Ausführungsform angesehen wird, muss erkannt werden, dass die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern es im Gegenteil beabsichtigt ist, vielfältige Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die in dem Geist und Bereich der beigefügten Ansprüche enthalten sind.

10: Verdichter
12: Zwölfte Stufe
14: Rotorlaufschaufel
16: Verdichterrotor
12: Statorleitschaufel
18: Schaufelblatt
20: Vorderkante
22: Hinterkante

Claims

Statorschaufel (12) für einen Verdichter (10) mit einem Schaufelblatt (18), wobei das Schaufelblatt eine Form in einer Hüllfläche innerhalb von ± 2,54 mm (0,1 Zoll) in einer Richtung senkrecht zu jedem beliebigen Ort der Schaufelblattoberfläche aufweist, wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes Nennprofil im Wesentlichen gemäß kartesischen Koordinatenwerten X, Y, und Z aufweist, die in der Tabelle 1 in Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) angegeben sind, wobei die Werte der Z-Koordinate senkrechte Abstände von Ebenen sind, die zu einem Radius von der Verdichterzentrallinie rechtwinklig sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei der Z-Wert an einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts in der XY-Ebene bei Null beginnt und X und Y Koordinatenwerte sind, die, wenn sie durch glatte, kontinuierliche Bögen verbunden werden, für jeden Abstand Z das Schaufelblattprofil definieren, wobei die Profile bei den Abständen Z glatt miteinander verbunden werden, um die vollständige Schaufelblattform zu bilden.
Statorschaufel nach Anspruch 1, die einen Teil einer 12. Stufe eines Verdichters bildet.
Schaufel nach Anspruch 1, bei der der Wert Z=0 bei einem radialen Abstand von 434,7 mm (17,114 Zoll) von der Verdichterzentrallinie beginnt und die Z-Werte in der Tabelle 1 in einer radial einwärts gerichteten Richtung ansteigend positiv sind.
Statorschaufel (12) für einen Verdichter (10) mit einem Schaufelblatt (18), wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes Schaufelblattnennprofil im Wesentlichen gemäß kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z aufweist, die in der Tabelle 1 in Zoll angegeben sind, wobei die Werte der Z-Koordinate senkrechte Abstände von Ebenen sind, die zu einem Radius von der Verdichterzentrallinie rechtwinklig sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei die Z-Werte an einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts in der XY-Ebene bei Null beginnen und X und Y Koordinatenwerte sind, die, wenn sie durch glatte kontinuierliche Bögen verbunden werden, für jeden Abstand Z das Schaufelblattprofil definieren, wobei die Profile bei den Abständen Z glatt miteinander verbunden werden, um das vollständige Schaufelblattprofil zu bilden, wobei die X-, Y- und Z-Werte als eine Funktion der gleichen Konstante oder Zahl skaliert werden, um ein vergrößertes oder verkleinertes Verdichterschaufelblatt zu ergeben.
Statorschaufel nach Anspruch 4, die einen Teil der 12. Stufe des Verdichters bildet.
Schaufel nach. Anspruch 4, bei der der Wert Z=0 bei einem radialen Abstand von 434,7 mm (17,114 Zoll) von der Verdichterzentrallinie beginnt und die Z-Werte in einer radial einwärts gerichteten Richtung ansteigend positiv sind.
Verdichter (10), der mehrere Statorschaufeln (12) aufweist, die einen Bereich einer Verdichterstufe bilden, wobei sich jede der Schaufeln in der Form eines Schau felblatts (18) innerhalb von ± 2,54 mm (0,1 Zoll) in einer Richtung senkrecht zu jedem beliebigen Ort der Schaufelblattoberfläche befindet, wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes Nennprofil im Wesentlichen gemäß kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z aufweist, die in der Tabelle 1 in Zoll angegeben sind, wobei die Werte der Z-Koordinate senkrechte Abstände von Ebenen sind, die zu einem Radius von der Verdichterzentrallinie rechtwinklig sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei die Z-Werte an einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts in der XY-Ebene bei Null beginnen und X und Y Koordinatenwerte sind, die, wenn sie in glatten kontinuierlichen Bögen verbunden werden, für jeden Abstand Z das Schaufelblattprofil definieren, wobei die Profile bei den Abständen Z glatt miteinander verbunden werden, um die vollständige Schaufelblattform zu bilden.
Verdichter nach Anspruch 7, bei dem die Verdichterstufe die 12. Stufe ist.
Verdichter nach Anspruch 7, bei dem der Wert Z=0 in einem radialen Abstand von 434,7 mm (17,114 Zoll) von der Verdichterzentrallinie beginnt und die Z-Werte in radial einwärts gerichteter Richtung ansteigend positiv sind.
Verdichter (10), der mehrere Statorschaufeln (12) aufweist, die einen Bereich einer Verdichterstufe bilden, wobei jede der Schaufeln (12) ein unbeschichtetes Nennprofil im Wesentlichen gemäß kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z aufweist, die in der Tabelle 1 in Zoll angegeben sind, wobei die Werte der Z-Koordinate senkrechte Abstände von Ebenen sind, die zu einem Radius von der Verdichterzentrallinie rechtwinklig sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei der Z-Wert an einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts in der XY-Ebene bei Null beginnt und X und Y Koordinatenwerte sind, die, wenn sie durch glatte kontinuierliche Bögen verbunden werden, für jeden Abstand Z das Schaufelblattprofil definieren, wobei die Profile bei den Abständen Z glatt miteinander verbunden werden, um das vollständige Schaufelblattprofil zu bilden, wobei die X-, Y- und Z-Werte als eine Funktion der gleichen Konstante oder Zahl skaliert werden, um ein vergrößertes oder verkleinertes Verdichterschaufelblatt zu ergeben.