HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNGBACKGROUND TO THE INVENTION
Diese
vorliegende Anmeldung betrifft Turbinenmaschinen bzw. -triebwerke.
Insbesondere, jedoch keinesfalls beschränkend, betrifft die vorliegende
Anmeldung die Positionierung von Schaufelblättern in einer Reihe in Bezug
auf Schaufelblätter
in benachbarten oder nahegelegenen Reihen, so dass bestimmte betriebliche
Vorteile erreicht werden.These
The present application relates to turbine engines.
In particular, but not by way of limitation, the present invention relates to
Registration related to the positioning of airfoils in a row
on blades
in adjacent or nearby rows, so that certain operational
Benefits are achieved.
Eine
Gasturbinenmaschine bzw. ein Gasturbinentriebwerk enthält gewöhnlich einen
Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Der Verdichter und
die Turbine enthalten allgemein Reihen von Schaufelblättern oder
Schaufeln, die in Stufen axial gestapelt sind. Jede Stufe enthält allgemein
eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Statorleitschaufeln,
die fest sind, und einen Satz von in Umfangsrichtung beabstandeten
Rotorlaufschaufeln, die rings um eine Mittelachse oder zentrale
Welle rotieren. Im Allgemeinen laufen die Rotorschaufeln in dem
Verdichterrotor im Betrieb an der Welle um, um einen Luftstrom zu
komprimieren. Die Zufuhr der komprimierten Luft wird in der Brennkammer
dazu verwendet, eine Brennstoffzufuhr zu verbrennen. Die resultierende
Heißgasströmung aus
der Brennkammer wird durch die Turbine expandiert, was die Turbinenrotorschaufeln
veranlasst, rings um an der Welle umzulaufen. Auf diese Weise wird
in dem Brennstoff enthaltene Energie in die machanische Energie
der rotierenden Laufschaufeln umgewandelt, was dazu verwendet werden
kann, die Rotorschaufeln des Verdichters und die Spulen eines Generators
in Drehung zu versetzen, um elektrischen Strom zu erzeugen. Während eines
Betriebs sind die Statorschaufeln und die Rotorschaufeln sowohl
in dem Verdichter als auch in der Turbine aufgrund der extremen
Temperaturen, der Geschwindigkeit des Arbeitsfluids und der Drehgeschwindigkeit
der Rotorschaufeln stark belastete Teile.A
Gas turbine engine or gas turbine engine usually includes a
Compressor, a combustion chamber and a turbine. The compressor and
the turbine generally include rows of airfoils or
Shovels stacked axially in stages. Each level contains general
a series of circumferentially spaced stator vanes,
which are fixed and a set of circumferentially spaced ones
Rotor blades around a central axis or central
Rotate shaft. In general, the rotor blades run in the
Compressor rotor in operation on the shaft around to allow a flow of air
compress. The supply of compressed air is in the combustion chamber
used to burn a fuel supply. The resulting
Hot gas flow out
the combustion chamber is expanded by the turbine, causing the turbine rotor blades
causing it to revolve around the shaft. This way will
energy contained in the fuel into the machanic energy
the rotating blades converted what used to
can, the rotor blades of the compressor and the coils of a generator
to turn to generate electrical current. During one
Operating are the stator blades and the rotor blades both
in the compressor as well as in the turbine due to the extreme
Temperatures, the speed of the working fluid and the rotational speed
the rotor blades heavily loaded parts.
Häufig sind
sowohl in dem Verdichterabschnitt als auch in dem Turbinenabschnitt
der Turbinenmaschine Reihen von Stator- oder Rotorschaufeln von nahegelegenen
oder benachbarten Stufen im Wesentlichen mit der gleichen Anzahl
von längs des
Umfangs voneinander beabstandeten Schaufeln konfiguriert. In dem
Bestreben, die aerodynamische Leistungsfähigkeit von Turbinenmaschinen
zu verbessern, sind Anstrengungen unternommen worden, um die relativen
Umfangspositionen der Laufschaufeln in einer Reihe relativ zu den
Umfangspositionen der Schaufeln in nahe gelegenen oder benachbarten Reihen
zu registrieren oder „zu
takten”.
Während
sie die aerodynamische Leistungsfähigkeit der Maschine nur minimal
oder vernachlässigbar
verbessern, ist jedoch festgestellt worden, dass derartige herkömmliche
Relativpositionierungsverfahren, die auch als Clocking-Verfahren
bezeichnet werden, im Allgemeinen derart wirken, dass sie die mechanischen
Belastungen, die während
des Betriebs auf die Schaufelblätter
einwirken, erhöhen.
Natürlich
können
erhöhte Betriebsbelastungen
Schaufeldefekte hervorrufen, die einen weitgehenden Schaden an der
Gasturbinenmaschine zur Folge haben können. Allermindestens verkürzen erhöhte Betriebsbelastungen
die Teilelebensdauer der Schaufelblätter, was die Betriebskosten
der Maschine steigert.Frequently
both in the compressor section and in the turbine section
the turbine engine rows of stator or rotor blades from nearby
or adjacent stages essentially of the same number
from along the
Scope circumferentially spaced blades configured. By doing
Strive for the aerodynamic performance of turbine engines
Efforts have been made to improve the relative
Circumferential positions of the blades in a row relative to the
Circumferential positions of the blades in nearby or adjacent rows
to register or "too
overclock ".
While
they only minimalize the aerodynamic efficiency of the machine
or negligible
However, it has been found that such conventional
Relative positioning method, also called clocking method
generally be such that they are mechanical
Loads that during
of operation on the blades
act, increase.
Naturally
can
increased operating loads
Vane defects cause extensive damage to the
Gas turbine engine can result. At the very least, this reduces the operating load
the part life of the blades, what the operating costs
the machine increases.
Der
ständig
wachsende Bedarf an Energie macht das Ziel, effizientere Turbinenmaschinen
zu entwickeln, zu einer laufenden und bedeutenden Vorgabe. Jedoch
setzen viele der Art und Weisen, auf die Turbinenmaschinen effizienter
gemacht werden, Schaufelblätter
der Verdichter- und Turbinenabschnitte der Maschine zusätzlichen
Belastungen aus. Dies bedeutet, dass die Turbinenleistungsfähigkeit im
Allgemeinen durch verschiedene Mittel, einschließlich einer größeren Abmessung,
höherer
Feuerungstemperaturen und/oder größerer Drehgeschwindigkeiten,
erhöht
werden kann, wobei all diese eine größere Belastung auf die Schaufelblätter im Betrieb
auferlegen. Infolgedessen werden neue Verfahren und Systeme benötigt, die
die Belastungen an den Turbinenschaufelblättern reduzieren. Ein neues Verfahren
oder System zum Relativpositionieren (Clocking) von Turbinenschaufelblättern, das
auf Schaufelblätter
einwirkende Betriebsbelastungen reduziert, würde einen wichtigen Schritt
in Richtung auf eine Entwicklung effizienterer Turbinenmaschinen darstellen.Of the
constantly
The growing demand for energy makes the goal of more efficient turbine engines
to develop, to a current and important requirement. however
Put many of the ways on the turbine machines more efficiently
be made, blades
the compressor and turbine sections of the engine additional
Loads off. This means that the turbine performance in the
Generally by different means, including a larger dimension,
higher
Firing temperatures and / or higher rotational speeds,
elevated
All of these can put a greater load on the blades during operation
impose. As a result, new methods and systems are needed which
reduce the loads on the turbine blades. A new procedure
or system for relative positioning (clocking) of turbine blades, the
on blades
reducing operating burdens would be an important step
towards a development of more efficient turbine engines.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die
vorliegende Anmeldung beschreibt somit eine Anordnung von Schaufelblättern in
einem Verdichter einer Turbinenmaschine, die wenigstens drei axial
gestapelte Reihen von Schaufelblättern
enthält: eine
mittlere Schaufelblattreihe, eine erste stromaufwärtige Schaufelblattreihe
und eine erste stromabwärtige
Schaufelblattreihe. Die mittlere Schaufelblattreihe kann auf jeder
Seite durch die erste stromaufwärtige
Schaufelblattreihe, die die erste Reihe von Schaufelblättern in
der stromaufwärtigen
Richtung von der mittleren Schaufelblattreihe aus aufweist, und
die erste stromabwärtige
Schaufelblattreihe begrenzt sein, die die erste Reihe von Schaufelblättern in
der stromabwärtigen
Richtung von der mittleren Schaufelblattreihe aufweist. Die erste
stromaufwärtige
Schaufelblattreihe und die erste stromabwärtige Schaufelblattreihe können im
Wesentlichen die gleiche Anzahl von ähnlich geformten Schaufelblättern aufweisen.
Die erste stromaufwärtige
Schaufelblattreihe und die erste stromabwärtige Schaufelblattreihe können jeweils
eine Reihe von Rotorschaufeln aufweisen, die während des Betriebs mit im Wesentlichen
derselben Drehzahl umlaufen. Die mittlere Schaufelblattreihe kann
eine Reihe von Statorschaufeln aufwei sen, die während des Betriebs im Wesentlichen
stationär
bleibt. Wenigstens 90% der Schaufelblätter der ersten stromaufwärtigen Schaufelblattreihe
und wenigstens 90% der Schaufelblätter der ersten stromabwärtigen Schaufelblattreihe
können
eine Taktungs- bzw. Relativpositionierungsbeziehung in einem Bereich
zwischen 25% und 75% der Teilung aufweisen.The present application thus describes an arrangement of airfoils in a compressor of a turbine engine including at least three axially stacked rows of airfoils: a middle airfoil row, a first upstream airfoil row and a first downstream airfoil row. The middle airfoil row may be bounded on each side by the first upstream airfoil row comprising the first row of airfoils in the upstream direction from the middle airfoil row and the first downstream airfoil row defining the first row of airfoils in the downstream direction of the first airfoil middle blade row has. The first upstream airfoil row and the first downstream airfoil row may have substantially the same number of similarly shaped airfoils. The first upstream airfoil row and the first downstream airfoil row may each have a row of rotor blades that rotate at substantially the same speed during operation. The middle airfoil row can be a series of stator show which remains essentially stationary during operation. At least 90% of the airfoils of the first upstream airfoil row and at least 90% of the airfoils of the first downstream airfoil row may have a timing positioning relationship in a range between 25% and 75% of the pitch.
Die
vorliegende Anmeldung beschreibt ferner ein Verfahren zum Betreiben
einer Turbinenmaschine, die einen Verdichter aufweist. Der Verdichter kann
wenigstens drei axial gestapelte Reihen von Schaufelblättern aufweisen:
eine mittlere Schaufelblattreihe, eine erste stromaufwärtige Schaufelblattreihe
und eine erste stromabwärtige
Schaufelblattreihe. Die mittlere Schaufelblattreihe kann auf jeder
Seite durch die erste stromaufwärtige
Schaufelblattreihe, die die erste Reihe von Schaufelblättern in
der stromaufwärtigen
Richtung von der mittleren Schaufelblattreihe aus aufweist, und
die erste stromabwärtige
Schaufelblattreihe abgegrenzt sein, die die erste Reihe von Schaufelblättern in
der stromabwärtigen Richtung
von der mittleren Schaufelblattreihe aufweist. Die erste stromaufwärtige Schaufelblattreihe und
die erste stromabwärtige
Schaufelblattreihe können
im Wesentlichen die gleiche Anzahl von ähnlich geformten Schaufelblättern aufweisen.
Die erste stromaufwärtige
Schaufelblattreihe und die erste stromabwärtige Schaufelblattreihe können jeweils eine
Reihe von Rotorschaufeln aufweisen, die während des Betriebs mit im Wesentlichen
derselben Drehzahl umlaufen. Die mittlere Schaufelblattreihe kann
eine Reihe von Statorschaufeln aufweisen, die während des Betriebs stationär bleibt.
Das Verfahren kann den Schritt des Konfigurierens der Schaufelblätter der
ersten stromaufwärtigen
Schaufelblattreihe und der Schaufelblätter der ersten stromabwärtigen Schaufelblattreihe
in einer derartigen Weise enthalten, dass wenigstens 90% der Schaufelblätter der ersten
stromaufwärtigen
Schaufelblattreihe und wenigstensn 90% der Schau felblätter der
ersten stromabwärtigen
Schaufelblattreihe eine Taktungs- bzw. Relativpositionierungsbeziehung
zwischen 25% und 75% der Teilung aufweisen.The
The present application further describes a method of operation
a turbine engine having a compressor. The compressor can
have at least three axially stacked rows of airfoils:
a middle airfoil row, a first upstream airfoil row
and a first downstream one
Airfoil row. The middle blade row can be on each
Side through the first upstream
Airfoil row containing the first row of airfoils in
the upstream
Direction from the middle blade row has, and
the first downstream
Blade row to be demarcated, which is the first row of blades in
the downstream direction
from the middle blade row. The first upstream blade row and
the first downstream
Can blade row
have substantially the same number of similarly shaped airfoils.
The first upstream
The blade row and the first downstream blade row can each have one
Row of rotor blades, which during operation with substantially
rotate around the same speed. The middle blade row can
a series of stator blades that remain stationary during operation.
The method may include the step of configuring the airfoils of the
first upstream
Blade row and the blades of the first downstream blade row
in such a way that at least 90% of the airfoils of the first
upstream
Blade row and at least 90% of the blades of the
first downstream
Blade sheet row a timing or relative positioning relationship
between 25% and 75% of the division.
In
einem Verdichter einer Gasturbinenmaschine weist der Verdichter
wenigstens sechs axial gestapelte Reihen von Schaufelblättern auf:
eine erste Reihe von Rotorschaufeln, denen eine erste Reihe von
Statorschaufeln folgt, denen eine zweite Reihe von Rotorschaufeln
folgt, denen eine zweite Reihe von Statorschaufeln folgt, denen
eine dritte Reihe von Rotorschaufeln folgt, denen eine dritte Reihe
von Statorschaufeln folgt, wobei die erste Reihe von Rotorschaufeln,
die zweite Reihe von Rotorschaufeln und die dritte Reihe von Rotorschaufeln
im Wesentlichen die gleiche Anzahl von ähnlich gestalteten Rotorschaufeln
aufweisen, die während
des Betriebs mit im Wesentlichen derselben Drehzahl umlaufen, wobei
die vorliegende Anmeldung ferner ein Verfahren zum Betreiben einer
Turbinenmaschine beschreibt, das die Schritte enthält: Konfigurieren
der Schaufelblätter
der ersten Reihe von Rotorschaufeln und der Schaufelblätter der
zweiten Reihe von Rotorschaufeln in einer derartigen Weise, dass
im Wesentlichen all die Schaufelblätter der ersten Reihe von Rotorschaufeln
und im Wesentlichen all die Schaufelblätter der zweiten Reihe von
Rotorschaufeln eine Taktungs- bzw. Relativpositionierungsbeziehung
zwischen 25% und 75% der Teilung aufweisen; und Konfigurieren der
Schaufelblätter
der zweiten Reihe von Rotorschaufeln und der Schaufelblätter der
dritten Reihe von Rotorschaufeln in einer derartigen Weise, dass
im Wesentlichen alle Schaufelblätter
der zweiten Reihe von Rotorschaufeln und im Wesentlichen alle Schaufelblätter der
dritten Reihe von Rotorschaufeln eine Taktungs- bzw. Relativpositionierungsbeziehung
zwischen 25% und 75% der Teilung aufweisen.In
a compressor of a gas turbine engine, the compressor has
at least six axially stacked rows of airfoils on:
a first row of rotor blades having a first row of
Stator blades follows, giving a second row of rotor blades
followed by a second series of stator blades followed by
a third row of rotor blades follows, giving it a third row
followed by stator blades, the first row of rotor blades,
the second row of rotor blades and the third row of rotor blades
essentially the same number of similarly shaped rotor blades
exhibit that during
circulate at substantially the same speed of operation, wherein
the present application further provides a method of operating a
Turbine Engine containing the steps: Configure
the blades
the first row of rotor blades and the blades of the
second row of rotor blades in such a way that
essentially all the blades of the first row of rotor blades
and essentially all the blades of the second row of
Rotor blades a timing or relative positioning relationship
between 25% and 75% of the division; and configure the
airfoils
the second row of rotor blades and the blades of the
third row of rotor blades in such a way that
essentially all the blades
the second row of rotor blades and essentially all the blades of the
third row of rotor blades have a timing relationship
between 25% and 75% of the division.
Diese
und weitere Merkmale der vorliegenden Anmeldung werden bei der Durchsicht
der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich.These
and further features of the present application are reviewed
the following detailed description of the preferred embodiments
in conjunction with the drawings and the appended claims.
KUKRZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENCROWD DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Diese
und weitere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden durch
ein sorgfältiges
Studium der folgenden detaillierteren Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen mehr verständlich und
geschätzt,
in denen zeigen:These
and other objects and advantages of this invention will be appreciated
a careful one
Study the following more detailed description of exemplary
embodiments
the invention in conjunction with the accompanying drawings more understandable and
estimated,
in which show:
1 eine
schematisierte Darstellung einer beispielhaften Turbinenmaschine,
in der Ausführungsformen
der vorliegenden Anmeldung verwendet werden können; 1 a schematic representation of an exemplary turbine engine in which embodiments of the present application can be used;
2 eine
Schnittansicht eines Verdichters in einer Gasturbinenmaschine, in
der Ausführungsformen
der vorliegenden Anmeldung verwendet werden können; 2 a sectional view of a compressor in a gas turbine engine, in which embodiments of the present application can be used;
3 eine
Schnittansicht einer Turbine in einer Gasturbinenmaschine, in der
Ausführungsformen der
vorliegenden Anmeldung verwendet werden können; 3 a sectional view of a turbine in a gas turbine engine, in which embodiments of the present application can be used;
4 eine
schematisierte Darstellung von benachbarten Reihen von Schaufelblättern unter Veranschaulichung
einer beispielhaften Relativpositionierungsbeziehung; 4 a schematic representation of adjacent rows of airfoils, illustrating an exemplary relative positioning relationship;
5 eine
schematisierte Darstellung benachbarter Reihen von Schaufelblättern unter
Veranschaulichung einer beispielhaften Relativpositionierungsbeziehung; 5 a schematic representation of adjacent rows of airfoils, illustrating an exemplary relative positioning relationship;
6 eine
schematisierte Darstellung benachbarter Reihen von Schaufelblättern unter
Veranschaulichung einer beispielhaften Relativpositionierungsbeziehung;
und 6 a schematic representation of adjacent rows of airfoils, illustrating an exemplary relative positioning relationship; and
7 eine
schematisierte Darstellung benachbarter Reihen von Schaufelblättern unter
Veranschaulichung einer beispielhaften Relativpositionierungsbeziehung;
und 7 a schematic representation of adjacent rows of airfoils, illustrating an exemplary relative positioning relationship; and
8 eine
schematisierte Darstellung benachbarter Reihen von Schaufelblättern unter
Veranschaulichung von Relativpositionierungsbeziehungen gemäß beispielhaften
Ausführungsformen
der vorliegenden Anmeldung. 8th a schematic representation of adjacent rows of airfoils illustrating relative positioning relationships according to exemplary embodiments of the present application.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION
THE INVENTION
Indem
nun auf die Figuren Bezug genommen wird, veranschaulicht 1 eine
schematisierte Darstellung einer Gasturbinenmaschine 100.
Im Allgemeinen arbeiten Gasturbinenmaschinen, indem sie aus einem
unter Druck gesetzten Heißgasstrom,
der durch Verbrennung eines Brennstoffs in einem Strom komprimierter
Luft erzeugt wird, Energie entziehen. Wie in 1 veranschaulicht,
kann die Gasturbinenmaschine 100 mit einem Axialverdichter 106,
der über
eine gemeinsame Welle oder einen Rotor mit einem stromabwärtigen Turbinenabschnitt
oder einer Turbine 110 mechanisch gekoppelt ist, und einer Brennkammer 112 eingerichtet
sein, die zwischen dem Verdichter 106 und der Turbine 110 positioniert ist.
Es ist zu beachten, dass die folgende Erfindung in Turbinenmaschinen
aller Bauarten, einschließlich Gasturbinenmaschinen,
Dampfturbinenmaschinen, Flugtriebwerken und anderen Maschinen, eingesetzt werden
kann. Ferner kann die hierin beschriebene Erfindung in Turbinenmaschinen
mit mehrfachen Wellen- und Nachverbrennungskonfigurationen sowie,
im Falle von Gasturbinenmaschinen, mit Brennkammern verschiedener
Bauart, wie z. B. mit ringförmigen
oder ringrohrförmigen
Brennkammerkonfigurationen, eingesetzt werden. Hier nachstehend
ist die Erfindung in Bezug auf eine beispielhafte Gasturbinenmaschine
beschrieben, wie sie in 1 dargestellt ist. Wie ein Fachmann
auf dem Fachgebiet verstehen wird, ist diese Beschreibung lediglich
beispielhafter und in keiner Weise beschränkender Natur.Referring now to the figures, illustrated 1 a schematic representation of a gas turbine engine 100 , In general, gas turbine engines operate by drawing energy from pressurized hot gas flow generated by combustion of a fuel in a stream of compressed air. As in 1 illustrates, the gas turbine engine 100 with an axial compressor 106 that is via a common shaft or rotor with a downstream turbine section or turbine 110 mechanically coupled, and a combustion chamber 112 be set up between the compressor 106 and the turbine 110 is positioned. It should be noted that the present invention may be used in turbine engines of all types, including gas turbine engines, steam turbine engines, aircraft engines, and other engines. Further, the invention described herein may be used in turbine engines having multiple shaft and post combustion configurations and, in the case of gas turbine engines, combustors of various types, such as gas turbine engines. B. with annular or annular tubular combustion chamber configurations are used. Hereinafter, the invention will be described with reference to an exemplary gas turbine engine as shown in FIG 1 is shown. As one skilled in the art will understand, this description is merely exemplary in nature and not restrictive in nature.
2 veranschaulicht
eine Ansicht eines beispielhaften mehrstufigen Axialverdichters 118,
der in einer Gasturbinenmaschine eingesetzt werden kann. Wie veranschaulicht,
kann der Verdichter 118 mehrere Stufen enthalten. Jede
Stufe kann eine Reihe von Verdichterrotorschaufeln 120 enthalten,
denen eine Reihe von Verdichterstatorschaufeln 122 folgt.
Somit kann eine erste Stufe eine Reihe von Verdichterrotorschaufeln 120 enthalten,
die rings um eine Mittelwelle rotieren, gefolgt von einer Reihe
von Verdichterstatorschaufeln 122, die im Betrieb stationär bleiben.
Die Verdichterstatorschaufeln 122 sind allgemein in Umfangsrichtung
im Abstand zueinander angeordnet und rings um die Drehachse ortsfest fixiert.
Die Verdichterrotorschaufeln 120 sind in Umfangsrichtung
rings um die Achse des Rotors voneinander beabstandet und rotieren
an der Welle während
des Betriebs. Wie ein Fachmann verstehen wird, sind die Verdichterrotorschaufeln 120 derart konfiguriert,
dass sie bei einer schnellen Drehbewegung rings um die Wellenachse
der Luft oder dem Arbeitsfluid, die bzw. das durch den Verdichter 118 strömt, kinetische
Energie verleihen. Wie ein Fachmann verstehen wird, kann der Verdichter 118 über die
Stufen, die in 2 veranschaulicht sind, hinaus weitere
Stufen aufweisen. Jede zusätzliche
Stufe kann mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Verdichterrotorschaufeln 120 mit
nachfolgenden mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten Verdichterstatorschaufeln 122 enthalten. 2 illustrates a view of an exemplary multi-stage axial compressor 118 which can be used in a gas turbine engine. As illustrated, the compressor 118 contain several stages. Each stage can be a series of compressor rotor blades 120 containing a series of compressor stator blades 122 follows. Thus, a first stage may be a series of compressor rotor blades 120 which rotate around a central shaft followed by a series of compressor stator blades 122 that remain stationary during operation. The compressor stator blades 122 are generally arranged in the circumferential direction at a distance from each other and fixed in a fixed position around the axis of rotation. The compressor rotor blades 120 are circumferentially spaced around the axis of the rotor and rotate on the shaft during operation. As one skilled in the art will understand, the compressor rotor blades are 120 configured to rotate with a rapid rotational movement around the shaft axis of the air or working fluid passing through the compressor 118 flows, gives kinetic energy. As a specialist will understand, the compressor can 118 over the steps that in 2 illustrated have further stages. Each additional stage may include a plurality of circumferentially spaced compressor rotor blades 120 followed by a plurality of circumferentially spaced compressor stator blades 122 contain.
3 veranschaulicht
eine Teilansicht einer beispielhaften Turbine 124, die
in der Gasturbinenmaschine eingesetzt werden kann. Die Turbine 124 kann
mehrere Stufen enthalten. Es sind drei beispielhafte Stufen veranschaulicht,
wobei jedoch mehrere oder weniger Stufen in der Turbine 124 vorhanden sein
können.
Eine erste Stufe enthält
mehrere Turbinenlaufschaufeln oder Turbinenrotorschaufeln 126, die
im Betrieb über
der Welle rotieren, sowie mehrere Leitschaufeln oder Turbinenstatorschaufeln 128,
die im Betrieb stationär
bleiben. Die Turbinenstatorschaufeln 128 sind allgemein
in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnet und über der
Drehachse ortsfest fixiert. Die Turbinenrotorschaufeln 126 können an
einem (nicht veranschaulichten) Turbinenlaufrad zur Drehung an der
(nicht veranschaulichten) Welle montiert sein. Eine zweite Stufe
der Turbine 124 ist ebenfalls veranschaulicht. Die zweite
Stufe enthält
in ähnlicher
Weise mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Turbinenstatorschaufeln 128,
denen mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Turbinenrotorschaufeln 126 folgen,
die ebenfalls an einem Turbinenlaufrad zur Drehung montiert sind.
Es ist ferner eine dritte Stufe veranschaulicht, und diese enthält in ähnlicher
Weise mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Turbinenstatorschaufeln 128 und Turbinenrotorschaufeln 126.
Es versteht sich, dass die Turbinenstatorschaufeln 128 und
die Turbinenrotorschaufeln 126 sich in dem Heißgaspfad
der Turbine 124 befinden. Die Strömungsrichtung der heißen Gase
durch den Heißgaspfad
ist durch den Pfeil angezeigt. Wie ein Fachmann verstehen wird,
kann die Turbine 124 viele weitere Stufen über die
Stufen, die in 3 veranschaulicht sind, hinaus
aufweisen. Jede weitere Stufe kann mehrere in Umfangsrichtung voneinander
beabstandete Turbinenstatorschaufeln 128 mit nachfolgenden
mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Turbinenrotorschaufeln 126 enthalten. 3 illustrates a partial view of an exemplary turbine 124 that can be used in the gas turbine engine. The turbine 124 can contain several levels. Three exemplary stages are illustrated, but with multiple or fewer stages in the turbine 124 can be present. A first stage includes multiple turbine blades or turbine rotor blades 126 that rotate over the shaft during operation, as well as multiple vanes or turbine stator blades 128 that remain stationary during operation. The turbine stator blades 128 are generally arranged in the circumferential direction at a distance from each other and fixed in place over the axis of rotation. The turbine rotor blades 126 may be mounted on a turbine runner (not shown) for rotation on the shaft (not shown). A second stage of the turbine 124 is also illustrated. The second stage similarly includes a plurality of circumferentially spaced turbine stator blades 128 having a plurality of circumferentially spaced turbine rotor blades 126 follow, which are also mounted on a turbine wheel for rotation. There is further illustrated a third stage and similarly includes a plurality of circumferentially spaced turbine stator blades 128 and turbine rotor blades 126 , It is understood that the turbine stator blades 128 and the turbine rotor blades 126 in the hot gas path of the turbine 124 are located. The direction of flow of the hot gases through the hot gas path is indicated by the arrow. As one skilled in the art understands, the turbine can 124 many more steps over the steps that are in 3 are illustrated. Each further stage may include a plurality of circumferentially spaced apart turbine stator blades 128 followed by a plurality of circumferentially spaced turbine rotor blades 126 contain.
Es
ist zu beachten, dass in dem hierin verwendeten Sinne eine Bezugnahme,
ohne weitere Spezifität,
auf „Rotorschaufeln” eine Bezugnahme auf
umlaufende Schaufeln entweder des Verdichters 118 oder
der Turbine 124 ist, die sowohl Verdichterrotorschaufeln 120 als
auch Turbinenrotorschaufeln 126 enthalten. Eine Bezugnahme,
ohne weitere Spezifität,
auf „Statorschaufeln” ist eine
Bezugnahme auf stationäre
bzw. feststehende Schaufeln entweder des Verdichters 118 oder
der Turbine 124, die sowohl Verdichterstatorschaufeln 122 als
auch Turbinenstatorschaufeln 128 enthalten. Der Ausdruck „Schaufelblatt” wird hierin
verwendet, um jede Art einer Schaufel zu bezeichnen. Somit schließt der Ausdruck „Schaufelblatt”, ohne
weitere Spezifität,
alle Arten von Turbinenmaschinenschaufeln, einschließlich Verdichterrotorschaufeln 120,
Verdichterstator schaufeln 122, Turbinenrotorschaufeln 126 und
Turbinenstatorschaufeln 128, ein.It should be understood that as used herein, reference, without further specificity, to "rotor blades" refers to rotating vanes of either the compressor 118 or the turbine 124 is that both compressor rotor blades 120 as well as turbine rotor blades 126 contain. Reference, without further specificity, to "stator blades" is a reference to stationary blades of either the compressor 118 or the turbine 124 that use both compressor stator blades 122 as well as turbine stator blades 128 contain. The term "airfoil" is used herein to refer to any type of airfoil. Thus, the term "airfoil" includes, without further specificity, all types of turbine engine blades, including compressor rotor blades 120 Shovel the compressor stator 122 , Turbine rotor blades 126 and turbine stator blades 128 , one.
Im
Einsatz kann die Rotation von Verdichterrotorschaufeln 120 in
dem Axialverdichter 118 eine Luftströmung komprimieren. In der Brennkammer 112 kann
Energie freigesetzt werden, wenn die komprimierte Luft mit einem
Brennstoff vermischt und gezündet
wird. Die resultierende Strömung
von Heißgasen
aus der Brennkammer 112 kann anschließend über die Turbinenrotorschaufeln 126 geführt werden, was
die Drehung der Turbinenrotorschaufeln 126 an der Welle
herbeiführen
kann, so dass auf diese Weise die Energie der heißen Gasströmung in
mechanische Energie der umlaufenden Welle umgesetzt wird. Die mechanische
Energie der Welle kann anschließend
verwendet werden, um die Verdichterrotorschaufeln 120 drehend
anzutreiben, so dass die erforderliche Zufuhr der komprimierten
Luft hervorgebracht wird, und auch um beispielsweise einen Generator
zur Erzeugung elektrischen Stroms anzutreiben.In use, the rotation of compressor rotor blades 120 in the axial compressor 118 compress an airflow. In the combustion chamber 112 Energy can be released when the compressed air is mixed with a fuel and ignited. The resulting flow of hot gases from the combustion chamber 112 can then pass over the turbine rotor blades 126 be guided, indicating the rotation of the turbine rotor blades 126 can bring about on the shaft, so that in this way the energy of the hot gas flow is converted into mechanical energy of the rotating shaft. The mechanical energy of the shaft can then be used to drive the compressor rotor blades 120 to drive in rotation so as to bring about the required supply of the compressed air, and also to drive, for example, a generator for generating electric power.
Häufig können in
sowohl Gasturbinenverdichtern 106 als auch -turbinen 110 nahe
befindliche oder benachbarte Reihen von Schaufelblättern 130 im
Wesentlichen die gleiche Konfiguration aufweisen, d. h. die gleiche
Anzahl von ähnlich
bemessenen Schaufelblättern
haben, die längs
des Umfangs der Reihe ähnlich
voneinander beabstandet sind. Wenn dies der Fall ist und wenn zusätzlich zwei
oder mehrere Reihen derart funktionieren, dass keine Relativbewegung
zwischen ihnen vorliegt (wie dies beispielsweise zwischen zwei oder
mehreren Reihen von Rotorschaufeln oder zwei oder mehreren Reihen von
Statorschaufeln der Fall sein würde),
können
die Schaufelblätter
in diesen Reihen zueinander „getaktet” sein.
In dem hier verwendeten Sinne bezieht sich der Ausdruck „getaktet” oder „Taktung”, auch
als „Clocking” bezeichnet,
auf die festgelegte Umfangspositionierung der Schaufelblätter in
einer Reihe in Be zug auf die Umfangspositionierung der Schaufelblätter in
nahegelegenen Reihen.Often in both gas turbine compressors 106 as well as turbines 110 near or adjacent rows of airfoils 130 have substantially the same configuration, ie have the same number of similarly sized airfoils, which are similarly spaced apart along the circumference of the row. If this is the case, and if additionally two or more rows are functioning such that there is no relative movement between them (as would be the case, for example, between two or more rows of rotor blades or two or more rows of stator blades), the airfoils can move into them Rows to each other "clocked" be. As used herein, the term "clocked" or "clocking", also referred to as "clocking", refers to the fixed circumferential positioning of the airfoils in a row with respect to the circumferential positioning of the airfoils in nearby rows.
4 bis 7 veranschaulichen
vereinfachte schematisierte Darstellungen von Beispielen dafür, wie Reihen
von Schaufelblättern 130 getaktet bzw.
relativ positioniert werden können.
Diese Figuren enthalten drei Reihen von Schaufelblättern 130, die
in einer Nebeneinanderanordnung veranschaulicht sind. Die zwei äußeren Reihen
von Schaufelblättern 130 in
den 4 bis 7 können jeweils eine Reihe von
Rotorschaufeln repräsentieren,
während die
Reihe in der Mitte eine Reihe von Statorschaufeln repräsentieren
kann, oder, wie ein Fachmann verstehen wird, die zwei äußeren Reihen
können
eine Reihe von Statorschaufeln repräsentieren, während die Reihe
in der Mitte eine Reihe von Rotorschaufeln repräsentieren kann. Wie ein Fachmann
verstehen wird, weisen die beiden äußeren Reihen, unabhängig davon,
ob sie Statorschaufeln oder Rotorschaufeln darstellen, im Wesentlichen
keine Relativbewegung zwischeneinander auf (d. h. beide bleiben
stationär oder
beide rotieren mit derselben Geschwindigkeit während des Betriebs), während die
beiden äußeren Reihen
im Wesentlichen dieselbe Relativbewegung in Bezug auf die mittlere
Reihe aufweisen (d. h. die beiden äußeren Reihen rotieren, während die
mittlere Reihe stationär
bleibt, oder die beiden äußeren Reihen
bleiben stationär,
während
die mittlere Reihe rotiert). Wie bereits beschrieben, müssen, damit
das Takten bzw. die Relativpositionierung zwischen den beiden äußeren Reihen
am effektivsten ist, diese ferner jeweils ähnlich konfiguriert sein. An
sich kann angenommen werden, dass die beiden äußeren Reihen gemäß 4 bis 7 im
Wesentlichen die gleiche Anzahl von Schaufelblättern aufweisen, und es kann angenommen
werden, dass die Schaufelblätter
an jeder Reihe ähnlich
bemessen und rings um den Umfang jeder Reihe beabstandet sind. 4 to 7 illustrate simplified schematic representations of examples of how rows of airfoils 130 clocked or can be relatively positioned. These figures contain three rows of airfoils 130 which are illustrated in a juxtaposition. The two outer rows of blades 130 in the 4 to 7 each may represent a row of rotor blades, while the row in the middle may represent a row of stator blades or, as one skilled in the art will understand, the two outer rows may represent a row of stator blades, while the row in the middle may represent a row of rotor blades can represent. As one of ordinary skill in the art will appreciate, the two outer rows, whether they are stator blades or rotor blades, exhibit substantially no relative movement between each other (ie both remain stationary or both rotate at the same speed during operation) while the two outer rows in FIG Have substantially the same relative movement with respect to the middle row (ie, the two outer rows rotate while the middle row remains stationary, or the two outer rows remain stationary while the middle row rotates). As previously described, in order for the clocking or relative positioning between the two outer rows to be most effective, they must each be similarly configured. As such, it can be assumed that the two outer rows according to 4 to 7 have substantially the same number of airfoils, and it can be assumed that the airfoils on each row are similarly sized and spaced around the circumference of each row.
Für die Zwecke
der Beispiele in den 4 bis 7 kann die
erste äußere Reihe
von Schaufelblättern
als eine erste stromaufwärtige
Schaufelblattreihe oder eine erste Schaufelblattreihe 134 bezeichnet
werden, während
die mittlere Schaufelblattreihe oder eine zweite Schaufelblattreihe 136 bezeichnet werden
kann und die weitere äußere Reihe
von Schaufelblättern
als eine erste stromabwärtige Schaufelblattreihe
oder eine dritte Schaufelblattreihe 138 bezeichnet werden
kann. Die Relativbewegung der ersten Schaufelblattreihe 134 und
der dritten Schaufelblattreihe 138 ist durch Pfeile 140 angezeigt. Die
Strömungsrichtung,
die die Richtung der Strömung
durch entweder den Verdichter 118 oder die Turbine 124,
was auch immer der Fall sein kann, repräsentieren kann, ist durch Pfeile 142 angezeigt.
Es ist zu beachten, dass die beispielhaften Reihen von Schaufelblättern, wie
sie in den 4 bis 7 verwendet
werden, zusammen mit den Ausdrücken „erste”, „zweite” und „dritte” beschrieben
sind. Diese Beschreibung ist lediglich auf die Relativpositionierung
der veranschaulichten Reihen in Bezug auf die anderen Reihen in
jeder der Figuren anwendbar und nicht für die Gesamtpositionierung
in Bezug auf andere Reihen von Schaufelblättern in der Turbinenmaschine
bezeichnend. Beispielsweise können
weitere Reihen von Schaufelblättern
stromaufwärts
der „ersten
Schaufelblattreihe 136” positioniert
sein (d. h. die erste Schaufelblattreihe 136 ist nicht
notwendigerweise die erste Reihe von Schaufelblättern in der Turbinenmaschine).For the purposes of examples in the 4 to 7 For example, the first outer row of airfoils may be a first upstream airfoil row or a first airfoil row 134 while the middle airfoil row or a second airfoil row 136 and the other outer row of airfoils as a first downstream airfoil row or a third airfoil row 138 can be designated. The relative movement of the first blade row 134 and the third blade row 138 is by arrows 140 displayed. The flow direction, which is the direction of flow through either the compressor 118 or the turbine 124 Whatever the case may be, is represented by arrows 142 displayed. It should be noted that the exemplary rows of airfoils as shown in FIGS 4 to 7 are used together with the terms "first", "second" and "third". This description is applicable only to the relative positioning of the illustrated rows with respect to the other rows in each of the figures, and not indicative of overall positioning with respect to other rows of airfoils in the turbine engine. For example, further rows of airfoils may be located upstream of the first airfoil row 136 "(Ie the first blade row 136 is not necessarily the first row of airfoils in the turbine engine).
Der
Ausdruck „Teilung” einer
Reihe von Schaufelblättern
wird hierin verwendet, um das Maß des sich wiederholenden Musters
längs des
Umfangs einer bestimmten Reihe zu bezeichnen. Somit kann die Teilung
als der Umfangsabstand zwischen beispielsweise der Vorderkante eines
Schaufelblattes in einer bestimmten Reihe und der Vorderkante jedes
der benachbarten Schaufelblätter
in derselben Reihe beschrieben sein. Die Tei lung kann beispielsweise
auch den Abstand in Umfangsrichtung zwischen der Hinterkante eines
Schaufelblattes in einer bestimmten Reihe und der Hinterkante jedes
der benachbarten Schaufelblätter
in derselben Reihe beschreiben. Es versteht sich, dass um einer
effektiveren Taktung bzw. Relativpositionierung Willen die beiden
Reihen im Allgemeinen ähnliche
Teilungsmaße aufweisen
werden. Die erste Schaufelblattreihe 134 und die dritte
Schaufelblattreihe 138, wie sie veranschaulicht sind, haben
im Wesentlichen dieselbe Teilung, die in der dritten Schaufelblattreihe 138 in 4 als
ein Abstand 144 angezeigt ist. Es ist zu beachten, dass
die Taktungs- bzw. Relativpositionierungsbeispiele gemäß den 4 bis 7 derart
beschaffen sind, dass ein einheitliches Verfahren zum Beschreiben
verschiedener Taktungs- bzw. Relativpositionierungsbeziehungen zwischen
nahegelegenen oder benachbarten Schaufelblattreihen skizziert und
verstanden werden kann. Im Allgemeinen wird, wie nachstehend genauer
beschrieben, die Taktungs- bzw.
Relativpositionierungsbeziehung zwischen zwei Reihen als der Prozentanteil
des Teilungsmaßes
angegeben. Dies bedeutet, es ist der Prozentsatz des Teilungsmaßes, der
den Abstand kennzeichnet, um den die Schaufelblätter an den beiden Reihen gegeneinander
relativpositioniert oder getaktet oder versetzt sind. Somit kann
der Prozentanteil des Teilungsmaßes den Umfangsabstand beschreiben,
um den beispielsweise die Vorderkante eines Schaufelblattes an einer
bestimmten Reihe und die Vorderkante eines entsprechenden Schaufelblattes
an einer zweiten Reihe gegeneinander versetzt sind.The term "pitch" of a series of airfoils is used herein to refer to the amount of repetitive pattern along the circumference of a particular row. Thus, the pitch may be described as the circumferential distance between, for example, the leading edge of an airfoil in a particular row and the leading edge of each of the adjacent airfoils in the same row. For example, the division may also describe the distance in the circumferential direction between the trailing edge of an airfoil in a certain row and the trailing edge of each of the adjacent airfoils in the same row. It will be appreciated that, for more effective timing, the two rows will generally have similar pitches. The first blade row 134 and the third blade row 138 as illustrated, have substantially the same pitch as in the third blade row 138 in 4 as a distance 144 is displayed. It should be noted that the timing and relative positioning examples according to the 4 to 7 are such that a unified method for describing various timing relative positioning relationships between nearby or adjacent blade rows can be outlined and understood. In general, as described in more detail below, the timing positioning relationship between two rows is expressed as the percentage of the pitch. That is, it is the percentage of pitch that indicates the distance by which the airfoils on the two rows are relatively positioned or clocked or staggered relative to each other. Thus, the percentage of the pitch may be the circumferential distance by which, for example, the leading edge of an airfoil on a particular row and the leading edge of a corresponding airfoil on a second row are offset from each other.
4 bis 7 liefern
verschiedene Beispiele für
unterschiedliche Relativpositionierungsbeziehungen (Taktungsbeziehungen)
zwischen den beiden äußeren Reihen,
d. h. der ersten Schaufelblattreihe 134 und der dritten
Schaufelblattreihe 138. In 4 ist, wie
verständlich
wird, die dritte Schaufelblattreihe 138 um etwa 0% der
Teilung in Bezug auf die erste Schaufelblattreihe 134 versetzt.
Somit eilt die Umfangsposition eines Schaufelblattes 130 in
der dritten Schaufelblattreihe 138, wie veranschaulicht, dem
entsprechenden Schaufelblatt 130 in der ersten Schaufelblattreihe 134 um
einen Versatz von etwa 0% des Teilungsmaßes nach, was natürlich bedeutet, dass
das Schaufelblatt 130 in der dritten Schaufelblattreihe 138 im
Wesentlichen die gleiche Umfangsposition wie das zugehörige Schaufelblatt 130 in
der ersten Schaufelblattreihe 134 behält. An sich eilt eine Vorderkante
eines Schaufelblattes 130 in der ersten Schaufelblattreihe 134 (der
einen, die mit dem Bezugszeichen 148 gekennzeichnet ist)
der Vorderkante des entsprechenden Schaufelblattes 130 in
der dritten Schaufelblattreihe 138 (die mit dem Bezugszeichen 150 gekennzeichnet
ist) um einen Umfangsabstand von etwa 0% des Teilungsmaßes voraus, was
bedeutet, dass die Vorderkanten der entsprechenden Schaufelblätter im
Wesentlichen die gleiche Umfangsposition einnehmen. 4 to 7 provide various examples of different relative positioning relationships (timing relationships) between the two outer rows, ie the first blade row 134 and the third blade row 138 , In 4 is, as will be understood, the third blade row 138 about 0% of the pitch with respect to the first blade row 134 added. Thus, the circumferential position of an airfoil rushes 130 in the third blade row 138 as illustrated, the corresponding airfoil 130 in the first blade row 134 by an offset of about 0% of the pitch, which of course means that the blade 130 in the third blade row 138 essentially the same circumferential position as the associated airfoil 130 in the first blade row 134 reserves. In itself a leading edge of an airfoil rushes 130 in the first blade row 134 (the one with the reference number 148 characterized) of the leading edge of the corresponding airfoil 130 in the third blade row 138 (with the reference number 150 characterized) by a circumferential distance of about 0% of the pitch, which means that the leading edges of the respective airfoils occupy substantially the same circumferential position.
In 5 ist,
wie verständlich
wird, die dritte Schaufelblattreihe 138 um etwa 25% der
Teilung in Bezug auf die erste Schaufelblattreihe 134 versetzt. Somit
eilt, wie veranschaulicht, die Umfangsposition eines Schaufelblattes 130 in
der dritten Schaufelblattreihe 138 (bei der gegebenen Richtung
der Relativbewegung der äußeren Reihen)
dem entsprechenden Schaufelblatt 130 in der ersten Schaufelblattreihe 134 um
einen Versatz von etwa 25% des Teilungsmaßes nach. Als solche eilt eine
Vorderkante eines Schaufelblattes 130 in der ersten Schaufelblattreihe 134 (eine,
die mit dem Bezugszeichen 154 gekennzeichnet ist) der Vorderkante
des entsprechenden Schaufelblattes 130 in der dritten Schaufelblattreihe 138 (die
mit dem Bezugszeichen 156 identifiziert ist) um einen Umfangsabstand
von etwa 25% des Teilungsmaßes
voraus.In 5 is, as will be understood, the third blade row 138 by about 25% of the pitch with respect to the first blade row 134 added. Thus, as illustrated, the circumferential position of an airfoil rushes 130 in the third blade row 138 (in the given direction of the relative movement of the outer rows) the corresponding airfoil 130 in the first blade row 134 by an offset of about 25% of the pitch. As such, a leading edge of an airfoil rushes 130 in the first blade row 134 (one with the reference number 154 characterized) of the leading edge of the corresponding airfoil 130 in the third blade row 138 (with the reference number 156 identified) by a circumferential distance of about 25% of the pitch.
In 6 ist,
wie verständlich
ist, die dritte Schaufelblattreihe 138 um etwa 50% der
Teilung in Bezug auf die erste Schaufelblattreihe 134 versetzt. Somit
eilt, wie veranschaulicht, die Umfangsposition eines Schaufelblattes 130 in
der dritten Schaufelblattreihe 138 (bei der gegebenen Richtung
der Relativbewegung der äußeren Reihen)
dem entsprechenden Schaufelblatt 130 in der ersten Schaufelblattreihe 134 um
einen Versatz von etwa 50% des Teilungsmaßes nach. Als solche eilt eine
Vorderkante eines Schaufelblattes 130 in der ersten Schaufelblattreihe 134 (eine,
die mit dem Bezugszeichen 158 gekennzeichnet ist) der Vorderkante
des entsprechenden Schaufelblattes 130 in der dritten Schaufelblattreihe 138 (die
mit dem Bezugszeichen 160 gekennzeichnet ist) um einen
Umfangsabstand von etwa 50% des Teilungsmaßes voraus.In 6 is, as is understood, the third blade row 138 about 50% of the pitch with respect to the first blade row 134 added. Thus, as illustrated, the circumferential position of an airfoil rushes 130 in the third blade row 138 (in the given direction of the relative movement of the outer rows) the corresponding airfoil 130 in the first blade row 134 by an offset of about 50% of the pitch. As such, a leading edge of an airfoil rushes 130 in the first blade row 134 (one with the reference number 158 characterized) of the leading edge of the corresponding airfoil 130 in the third blade row 138 (with the reference number 160 characterized) by a circumferential distance of about 50% of the pitch.
In 7 ist,
wie verständlich
wird, die dritte Schaufelblattreihe 138 um etwa 75% der
Teilung in Bezug auf die erste Schaufelblattreihe 134 versetzt. Somit
eilt, wie veranschaulicht, die Umfangsposition eines Schaufelblattes 130 in
der dritten Schaufelblattreihe 138 (bei der gegebenen Richtung
der Relativbewegung der äußeren Reihen)
dem entsprechenden Schaufelblatt 130 in der ersten Schaufelblattreihe 134 um
einen Versatz von etwa 75% des Teilungsmaßes nach. Als solche eilt eine
Vorderkante eines Schaufelblattes 130 in der ersten Schaufelblattreihe 134 (eine,
die mit dem Bezugszeichen 162 identifiziert ist) der Vorderkante
des entsprechenden Schaufelblattes 130 in der dritten Schaufelblattreihe 138 (die
mit dem Bezugszeichen 164 identifiziert ist) um einen Umfangsabstand
von etwa 75% des Teilungsmaßes
voraus.In 7 is, as will be understood, the third blade row 138 about 75% of the pitch with respect to the first blade row 134 added. Thus, as illustrated, the circumferential position of an airfoil rushes 130 in the third bucket leaf series 138 (in the given direction of the relative movement of the outer rows) the corresponding airfoil 130 in the first blade row 134 by an offset of about 75% of the pitch. As such, a leading edge of an airfoil rushes 130 in the first blade row 134 (one with the reference number 162 identified) of the leading edge of the corresponding airfoil 130 in the third blade row 138 (with the reference number 164 identified) by a circumferential distance of about 75% of the pitch.
Natürlich können die
Schaufelblätter 130 anders
getaktet bzw. relativpositioniert sein (d. h. andere Versatzmaße zwischen
der ersten und der dritten Schaufelblattreihe erhalten), als dies
die vorstehend beschriebenen Beziehungen (d. h. 0%, 25%, 50%, 75%
der Teilung) angeben. Während
einige der vorstehend beschriebenen Relativpositionierungsbeziehungen
innerhalb bestimmter Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung (wie nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben)
liegen, sind sie auch beispielhaft und vorgesehen, um ein Verfahren zum
Beschreiben von Relativpositionierungsbeziehungen zwischen verschiedenen
nahegelegenen oder benachbarten Reihen von Schaufelblättern zu verdeutlichen.
Fachleute werden verstehen, dass andere Verfahren verwendet werden
können,
um Taktungs- bzw. Relativpositionierungsbeziehungen zu beschreiben.
Das hierin verwendete beispielhafte Verfahren ist nicht dazu vorgesehen,
auf irgendeine Weise beschränkend
zu sein. Vielmehr ist es die Relativpositionierung zwischen nahe
zueinander befindlichen Schaufelblättern, d. h. die Taktungsbeziehung, wie
sie nachstehend und in den Ansprüche
geschildert ist, die von Bedeutung ist, und nicht das Verfahren,
durch das die Taktungs- bzw. Relativpositionierungsbeziehung beschrieben
ist.Of course, the blades can 130 otherwise timed (ie, obtaining other offset measures between the first and third airfoil rows) than the relationships described above (ie, 0%, 25%, 50%, 75% of the pitch). While some of the relative positioning relationships described above are within certain embodiments of the present invention (as described in greater detail below), they are also exemplary and provided to clarify a method for describing relative positioning relationships between various nearby or adjacent rows of airfoils. Those skilled in the art will understand that other methods can be used to describe timing relationships. The exemplary method used herein is not intended to be limiting in any way. Rather, it is the relative positioning between closely spaced airfoils, ie, the timing relationship described below and in the claims, that is significant, and not the method by which the timing positioning relationship is described.
Durch
analytische Modellierung und anhand Versuchsdaten ist festgestellt
worden, dass bestimmte Taktungskonfigurationen bestimmte betriebliche Vorteile
für den
Verdichter 118 und die Turbine 124 ergeben. Insbesondere
ist festgestellt worden, dass die mechanischen oder Betriebsbelastungen,
die Schaufelblattreihen während
eines Betriebs erfahren, die ein Rütteln oder Schaukeln der Schaufelblätter, insbesondere
der Statorschaufeln, enthalten können,
durch die Relativpositionierungsbeziehungen zwischen benachbarten
und/oder nahegelegenen Schaufelblattreihen deutlich beeinflusst
sein können. Bestimmte
Relativpositionierungsbeziehungen erhöhen die Betriebsbelastungen,
die auf eine bestimmte Schaufelblattreihe einwirken, während andere
Relativpositionierungsbeziehungen die auf die Reihe einwirkenden
Belastungen verringern. Obwohl 4–7 lediglich
Taktungskonfigurationen zeigen, die drei Reihen von Schaufelblättern umfassen, ist
ferner festgestellt worden, dass Taktungsbeziehungen, die weitere
Reihen umspannen, ver wendet werden können, so dass weitere betriebliche
Vorteile realisiert werden können.Through analytical modeling and experimental data, it has been found that certain timing configurations have certain operational advantages for the compressor 118 and the turbine 124 result. In particular, it has been found that the mechanical or operational stresses experienced by blade rows during operation, which may include jarring or rocking of the airfoils, particularly the stator blades, may be significantly affected by the relative positioning relationships between adjacent and / or nearby airfoil rows. Certain relative positioning relationships increase the operating loads applied to a particular airfoil row, while other relative positioning relationships reduce the loads on the row. Even though 4 - 7 show only timing configurations comprising three rows of airfoils, it has further been found that timing relationships that span more rows can be used so that further operational benefits can be realized.
8 veranschaulicht
Taktungs- bzw. Relativpositionierungskonfigurationen gemäß beispielhaften
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. 8 enthält fünf Reihen
von Schaufelblättern,
die in einer Nebeneinanderanordnung, Seite an Seite veranschaulicht
sind: eine erste Schaufelblattreihe 171, eine zweite Schaufelblattreihe 172,
eine dritte Schaufelblattreihe 173, eine vierte Schaufelblattreihe 174 und
eine fünfte
Schaufelblattreihe 175. Wie ein Fachmann verstehen wird,
können
die erste Schaufelblattreihe 171, die dritte Schaufelblattreihe 173 und
die fünfte
Schaufelblattreihe 175 Rotorschaufeln darstellen, während zwischen
diesen Reihen von Rotorschaufeln die zweite Schaufelblattreihe 172 und
die vierte Schaufelblattreihe 174 Reihen von Statorschaufeln
repräsentieren
können.
Alternativ können
die erste Schaufelblattreihe 171, die dritte Schaufelblattreihe 173 und
die fünfte
Schaufelblattreihe 175 auch Statorschaufeln repräsentieren.
In diesem Fall können
die zweite Schaufelblattreihe 172 und die vierte Schaufelblattreihe 174 zwischen
den Reihen von Statorschaufeln Rotorschaufeln repräsentieren.
Ferner haben, wie ein Fachmann verstehen wird, die erste Schaufelblattreihe 171,
die dritte Schaufelblattreihe 173 und die fünfte Schaufelblattreihe 175 unabhängig davon,
ob sie Statorschaufeln oder Rotorschaufeln bilden, im Wesentlichen
keine Relativbewegung zwischeneinander während eines Betriebs (d. h.
alle Reihen bleiben entweder stationär, wenn sie Statorschaufeln
sind, oder rotieren mit derselben Geschwindigkeit, wenn sie Rotorschaufeln sind).
Ferner haben die zweite Schaufelblattreihe 172 und die
vierte Schaufelblattreihe 174 unabhängig davon, ob sie Statorschaufeln
oder Rotorschaufeln bilden, im Wesentlichen keine Relativbewegung zwischeneinander
während
des Betriebs (d. h. diese beiden Reihen bleiben entweder stationär, wenn
sie Sta torschaufeln sind, oder rotieren mit derselben Geschwindigkeit,
wenn sie Rotorschaufeln sind). Angesichts dessen haben die erste
Schaufelblattreihe 171, die dritte Schaufelblattreihe 173 und
die fünfte Schaufelblattreihe 175 natürlich im
Wesentlichen die gleiche Relativbewegung in Bezug auf die zweite Schaufelblattreihe 172 und
die vierte Schaufelblattreihe 174 (d. h. entweder rotieren
die erste Schaufelblattreihe 171, die dritte Schaufelblattreihe 173 und die
fünfte
Schaufelblattreihe 175, während die zweite Schaufelblattreihe 172 und
die vierte Schaufelblattreihe 174 stationär bleiben,
oder die drei Reihen bleiben stationär, während die zweite Schaufelblattreihe 172 und
die vierte Schaufelblattreihe 174 rotieren). Wie ein Fachmann
verstehen wird, können
die Reihen von Schaufelblättern
in 8 in dem Verdichter 118 oder in der Turbine 124 einer
Turbinenmaschine angeordnet sein. 8th FIG. 4 illustrates timing positioning configurations according to exemplary embodiments of the present invention. FIG. 8th includes five rows of airfoils illustrated in side-by-side juxtaposition: a first airfoil row 171 , a second row of blades 172 , a third row of blades 173 , a fourth row of blades 174 and a fifth blade row 175 , As one skilled in the art will understand, the first blade row 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 Rotor blades represent, while between these rows of rotor blades, the second blade row 172 and the fourth blade row 174 Can represent rows of stator blades. Alternatively, the first blade row 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 also represent stator blades. In this case, the second blade row 172 and the fourth blade row 174 between the rows of stator blades rotor blades represent. Further, as one skilled in the art will understand, the first blade row has been described 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 regardless of whether they form stator blades or rotor blades, there is essentially no relative movement between them during operation (ie, all rows either remain stationary if they are stator blades or rotate at the same speed if they are rotor blades). Furthermore, the second blade row 172 and the fourth blade row 174 regardless of whether they form stator blades or rotor blades, there is essentially no relative movement between them during operation (ie, these two rows either remain stationary if they are stator blades or rotate at the same speed if they are rotor blades). In the light of this, have the first blade row 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 of course, essentially the same relative movement with respect to the second blade row 172 and the fourth blade row 174 (ie either rotate the first blade row 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 while the second blade row 172 and the fourth blade row 174 remain stationary, or the three rows remain stationary while the second row of blades 172 and the fourth blade row 174 rotate). As one skilled in the art will understand, the rows of airfoils in FIG 8th in the compressor 118 or in the turbine 124 be arranged a turbine engine.
Ferner
können,
wie bereits beschrieben, allgemein, damit die Taktungskonfigurationen
effektiver funktionieren können,
die erste Schaufelblattreihe 171, die dritte Schaufelblattreihe 173 und
die fünfte Schaufelblattreihe 175 im
Wesentlichen gleich konfiguriert sein. Als solche können die
erste Schaufelblattreihe 171, die dritte Schaufelblattreihe 173 und die
fünfte
Schaufelblattreihe 175 nach 8 allgemein
die gleiche Anzahl von Schaufelblättern oder im Wesentlichen
die gleiche Anzahl von Schaufelblättern aufweisen. Die Schaufelblätter an
jeder Reihe können
auch im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen und rings um in
Umfangsrichtung jeder Reihe im Wesentlichen gleich beabstandet sein.Further, as already described, in general, in order for the timing configurations to be more effective, the first blade row may be used 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 essentially the same configuration. As such, the first blade row 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 to 8th have generally the same number of blades or substantially the same number of blades. The airfoils on each row may also be substantially the same size and spaced substantially equally around the circumferential direction of each row.
In 8 kann
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Anmeldung die dritte Schaufelblattreihe 173 bei
etwa 50% der Teilung in Bezug auf die erste Schaufelblattreihe 171 getaktet
bzw. positioniert sein. Somit eilt, wie veranschaulicht, die Umfangsposition
eines Schaufelblattes in der dritten Schaufelblattreihe 173 (bei
der gegebenen Richtung der Relativbewegung der Reihen) dem entsprechenden
Schaufelblatt in der ersten Schaufelblattreihe 171 um einen
Versatz von etwa 50% des Teilungsmaßes nach. Als solche eilt eine Vorderkante
eines Schaufelblattes in der ersten Schaufelblattreihe 171 (eine,
die mit dem Bezugszeichen 182 gekennzeichnet ist) der Vorderkante
eines entsprechenden Schaufelblattes in der dritten Schaufelblattreihe 173 (die
mit dem Bezugszeichen 184 gekennzeichnet ist) um einen
Umfangsabstand von etwa 50% des Teilungsmaßes voraus.In 8th According to an exemplary embodiment of the present application, the third blade row 173 at about 50% of the pitch with respect to the first blade row 171 be clocked or positioned. Thus, as illustrated, the circumferential position of an airfoil is in the third airfoil row 173 (in the given direction of the relative movement of the rows) the corresponding blade in the first blade row 171 by an offset of about 50% of the pitch. As such, a leading edge of an airfoil leans in the first airfoil row 171 (one with the reference number 182 the leading edge of a corresponding airfoil in the third airfoil row 173 (with the reference number 184 characterized) by a circumferential distance of about 50% of the pitch.
Unter
anderen Vorteilen haben analytische Modellierung und Versuchsdaten
bestätigt,
dass Taktungskonfigurationen mit dem ungefähren Wert, wie er zwischen
der ersten Schaufelblattreihe 171 und der dritten Schaufelblattreihe 173 wiedergegeben
ist, d. h. von 50% der Teilung, eine Reduktion der Belastungen ergeben,
die auf die Schaufelblätter
der zweiten Schaufelblattreihe 172 im Betrieb einwirken,
einschließlich
mechanischer Belastungen, wie beispielsweise Rütteln und Schaukeln bzw. Kippen. Dies
bedeutet, dass festgestellt worden ist, dass eine deutliche Reduktion
der Betriebsbelastungen, die auf die Schaufelblätter einer bestimmten Reihe
einwirken, erreicht werden kann, indem die beiden benachbarten Reihen
von Schaufelblättern,
d. h. die Reihe von Schaufelblättern
auf jeder Seite der speziellen Reihe, auf eine mit der in 8 veranschaulichten einheitlichen
Weise relativ zueinander positioniert bzw. getaktet werden, und
dass Taktungs- bzw. Relativpositionierungskonfigurationen, die sehr
nahe an oder bei dem Wert von 50% der Teilung liegen, in einigen
Ausführungsformen
und Anwendungen einen näherungsweise
maximalen Wert der Spannungsentlastung ergeben. Ferner ist festgestellt
worden, dass Relativpositionierungswerte innerhalb von +/–10% von
dem 50%-Teilungswert
eine Belastungsreduktion in der Nähe des maximalen Belastungsreduktionswertes
ergeben. (In dem hier verwende ten Sinne ist 50% der Teilung +/–10% ein
Teilungsbereich zwischen 45% und 55% der Teilung.) Wie ein Fachmann
verstehen wird, kann eine Reduktion der betrieblichen Belastungen
unter anderen Vorteilen die Teilelebensdauer von Schaufelblättern verlängern und
somit einer Turbine ermöglichen,
in einer kosteneffizienteren Weise zu arbeiten.Among other advantages, analytical modeling and experimental data have confirmed that timing configurations with the approximate value as between the first blade row 171 and the third blade row 173 ie 50% of the pitch, results in a reduction of the loads imposed on the blades of the second blade row 172 during operation, including mechanical stresses such as jarring and rocking or tipping. This means that it has been found that a significant reduction in the operating loads acting on the blades of a particular row can be achieved by placing the two adjacent rows of blades, ie the row of blades on each side of the particular row, on top of one another with the in 8th are uniformly positioned relative to each other, and that timing positioning configurations that are very close to or equal to 50% of the pitch, in some embodiments and applications, provide an approximately maximum value of stress relief. Further, it has been found that relative positioning values within +/- 10% of the 50% divisional value result in a load reduction near the maximum load reduction value. (As used herein, 50% of the pitch is +/- 10%, a division between 45% and 55% of the pitch.) As one skilled in the art will understand, a reduction in operational stresses, among other benefits, can extend the shelf life of airfoils thus allowing a turbine to operate in a more cost effective manner.
In
einigen Ausführungsformen,
in denen zwei Schaufelblattreihen getaktet bzw. relativ zueinander
positioniert sind, wie beispielsweise die erste Schaufelblattreihe 171 und
die dritte Schaufelblattreihe 173, können die erste Schaufelblattreihe 171 eine Reihe
von Verdichterrotorschaufeln 120 darstellen, während die
zweite Schaufelblattreihe 172 eine Reihe von Verdichterstatorschaufeln 122 darstellen
kann und die dritte Schaufelblattreihe 173 eine Reihe von Verdichterrotorschaufeln 120 darstellen
kann. Insbesondere kann die erste Schaufelblattreihe 171 in
einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Anmeldung die Reihe von Verdichterrotorschaufeln 120 in
der vierzehnten Stufe eines Verdichters darstellen, während die
zweite Schaufelblattreihe 172 die Reihe von Verdichterstatorschaufeln 122 in
der vierzehnten Stufe des Verdichters darstellen kann und die dritte
Schaufelblattreihe 176 die Reihe von Verdichterrotorschaufeln 120 in
der fünfzehnten
Stufe des Verdichters darstellen kann. In einigen Fällen dieser
beispielhaften Ausführungsform
können
die vierzehnte Stufe und die fünfzehnte
Stufe die vierzehnte und fünfzehnte
Stufe eines Verdichters der F-Klasse einer 7F- oder 9F-Gasturbine
sein, die von der General Electric Company aus Schenectady, New
York, hergestellt wird. Außerdem
kann der Verdichter in diesem Beispiel und in einigen Ausführungsformen
insgesamt 17 Stufen von Schaufelblättern aufweisen, wobei jede
Stufe eine einzelne Reihe von Rotorschaufeln aufweist, der eine
einzelne Reihe von Statorschaufeln folgt. Zusätzlich zu den 17 Stufen kann
der F-Klasse-Verdichter ferner eine Reihe von Einlass leitschaufeln
und zwei Reihen von Auslassleitschaufeln aufweisen. Die Reihe von
Rotorschaufeln in der vierzehnten Stufe kann eine Gesamtzahl von
64 Rotorschaufeln aufweisen, und die Reihe von Rotorschaufeln in
der fünfzehnten
Stufe kann eine Gesamtzahl von 64 Rotorschaufeln aufweisen. Schließlich kann
in einigen Ausführungsformen
die Reihe von Statorschaufeln in der vierzehnten Stufe eine Gesamtzahl
von 132 Statorschaufeln aufweisen, und die Reihe von Statorschaufeln
in der fünfzehnten
Stufe kann eine Gesamtzahl von 130 Statorschaufeln aufweisen. Es
ist anhand von Versuchsdaten und analytischer Modellierung festgestellt
worden, dass Relativposititonierungsbeziehungen, wie diejenigen,
die hierin beschrieben und beansprucht sind, mit den in diesem Abschnitt
vorstehend beschriebenen Verdichterkonfigurationen gut funktionieren.In some embodiments, where two rows of airfoils are clocked relative to each other, such as the first airfoil row 171 and the third blade row 173 , can the first blade row 171 a series of compressor rotor blades 120 represent while the second blade row 172 a series of compressor stator blades 122 can represent and the third blade row 173 a series of compressor rotor blades 120 can represent. In particular, the first blade row 171 In an exemplary embodiment of the present application, the row of compressor rotor blades 120 in the fourteenth stage of a compressor, while the second blade row 172 the row of compressor stator blades 122 in the fourteenth stage of the compressor and the third blade row 176 the series of compressor rotor blades 120 in the fifteenth stage of the compressor. In some instances of this exemplary embodiment, the fourteenth stage and the fifteenth stage may be the fourteenth and fifteenth stages of an F-class compressor of a 7F or 9F gas turbine manufactured by the General Electric Company of Schenectady, New York. Additionally, in this example and in some embodiments, the compressor may include a total of 17 stages of airfoils, each stage having a single row of rotor blades following a single row of stator blades. In addition to the 17 stages, the F-class compressor may further include a series of inlet guide vanes and two rows of exhaust guide vanes. The series of rotor blades in the fourteenth stage may have a total of 64 rotor blades, and the series of rotor blades in the fifteenth stage may have a total of 64 rotor blades. Finally, in some embodiments, the row of stator blades in the fourteenth stage may have a total of 132 stator blades, and the row of stator blades in the fifteenth stage may have a total of 130 stator blades. It has been found from experimental data and analytical modeling that relative positioning relationships, such as those described and claimed herein, work well with the compressor configurations described above in this section.
Außerdem kann
in einer alternativen Ausführungsform
die erste Schaufelblattreihe 171 die Reihe von Verdichterrotorschaufeln 120 in
der fünfzehnten Stufe
eines Verdichters bilden, wobei die zweite Schaufelblattreihe 172 die
Reihe von Verdichterstatorschaufeln 122 in der fünfzehnten
Stufe des Verdichters bilden kann, und die dritte Schaufelblattreihe 176 die
Reihe von Verdichterrotorschaufeln 120 in der sechzehnten
Stufe des Verdichters bilden kann. In einigen Fällen dieser beispielhaften
Ausführungsform
können
die fünfzehnte
Stufe und die sechzehnte Stufe die fünfzehnte und sechzehnte Stufe
eines F-Klasse-Verdichters einer 7F- oder 9F-Gasturbine darstellen,
die von der General Electric Company aus Schenectady, New York,
hergestellt wird. Außerdem kann
der Verdichter in diesem Beispiel und in einigen Ausführungsformen
eine Gesamtzahl von 17 Stufen von Schaufelblättern aufweisen, wobei jede
Stufe eine einzelne Reihe von Rotorschaufeln mit einer nachfolgenden
einzelnen Reihe von Statorschaufeln aufweist. Die Reihe von Rotorschaufeln
der fünfzehnten
Stufe kann eine Gesamtzahl von 64 Rotorschaufeln aufweisen, und
die Reihe von Rotorschaufeln der sechzehnten Stufe kann eine Gesamtzahl von
64 Rotorschaufeln aufweisen. Schließlich kann in einigen Ausführungsformen
die Reihe von Statorschaufeln in der fünfzehnten Stufe eine Gesamtzahl von
130 Statorschaufeln aufweisen, während
die Reihe von Statorschaufeln in der sechzehnten Stufe eine Gesamtzahl
von 132 Statorschaufeln aufweisen kann. Es ist anhand von Versuchsdaten
und analytischer Modellierung festgestellt worden, dass Relativposititonierungsbeziehungen,
wie diejenigen, die hierin beschrieben und beansprucht sind, mit
den in diesem Abschnitt vorstehend beschriebenen Verdichterkonfigurationen
gut funktionieren.In addition, in an alternative embodiment, the first blade row 171 the series of compressor rotor blades 120 form the fifteenth stage of a compressor, wherein the second blade row 172 the row of compressor stator blades 122 in the fifteenth stage of the compressor, and the third blade row 176 the series of compressor rotor blades 120 in the sixteenth stage of the compressor can form. In some instances of this exemplary embodiment, the fifteenth stage and the sixteenth stage may represent the fifteenth and sixteenth stages of an F-class compressor of a 7F or 9F gas turbine manufactured by the General Electric Company of Schenectady, New York. Additionally, in this example and in some embodiments, the compressor may include a total of 17 stages of airfoils, each stage having a single row of rotor blades with a subsequent single row of stator blades. The series of fifteenth stage rotor blades may have a total of 64 rotor blades, and the series of sixteenth stage rotor blades may have a total of 64 rotor blades. Finally, in some embodiments, the row of stator blades in the fifteenth stage may have a total of 130 stator blades, while the row of stator blades in the sixteenth stage may have a total of 132 stator blades. It has been found from experimental data and analytical modeling that relative positioning relationships, such as those described and claimed herein, work well with the compressor configurations described above in this section.
Analytische
Modellierung und Versuchsdaten haben ferner bestätigt, dass Betriebsvorteile
und Belastungsreduktionen über
einen weiteren Bereich von Taktungs- bzw. Relativpositionierungskonfigurationen
als diejenigen, die vorstehend beschrieben sind, erzielt werden
können,
obwohl die Vorteile in einigen Ausführungsformen eventuell nicht
so groß sind.
Betriebsbelastungen können
in Relativpositionierungskonfigurationen zwischen der ersten Schaufelblattreihe 171 und
der dritten Schaufelblattreihe 173 von etwa 50% der Teilung
+/–50%
reduziert werden. (Wie hierin verwendet, stellt 50% der Teilung +/–50% einen
Teilungsbereich zwischen 25% und 75% der Teilung dar.) Bessere Ergebnisse,
wie vorstehend beschrieben, können
erreicht werden, wenn der Versatzbereich in der Nähe des Wertes
von 50% der Teilung liegt. Ein Versatzwert innerhalb eines Bereiches
von etwa 50% der Teilung +/–30%
(d. h. eines Teilungsbereichs zwischen 35% und 65% der Teilung)
kann beträchtlichere
Betriebsvorteile und Belastungsreduktionen im Vergleich zu Werten
außerhalb
dieses näheren
Bereichs erzielen.Analytical modeling and experimental data have further confirmed that operational advantages and stress reductions can be achieved over a wider range of timing and positioning configurations than those described above, although in some embodiments the benefits may not be as great. Operating loads may be in relative positioning configurations between the first airfoil row 171 and the third blade row 173 be reduced by about 50% of the division +/- 50%. (As used herein, 50% of the pitch +/- 50% represents a division range between 25% and 75% of the pitch.) Better results as described above can be achieved if the offset range is close to the 50% value. the division lies. An offset value within a range of about 50% of the +/- 30% pitch (ie, a split range between 35% and 65% of the pitch) can provide more significant operational benefits and load reductions compared to values outside this closer range.
8 enthält ferner
zwei zusätzliche
Reihen von Schaufelblättern:
die vierte Schaufelblattreihe 174 und die fünfte Schaufelblattreihe 175.
In der gleichen Weise, wie vorstehend für die zweite Schaufelblattreihe 172 beschrieben,
können
die Betriebsbelastungen an der vierten Schaufelblattreihe 174 reduziert
werden, indem die fünfte
Schaufelblattreihe 175 in Bezug auf die dritte Schaufelblattreihe 173 getaktet bzw.
relativ positioniert wird. In einigen Ausführungsformen, in denen zwei
Schaufelblattreihen vorteilhaft in Bezug auf eine mittlere Schaufelblattreihe
getaktet sind, kann die mittlere Schaufelblattreihe eine Reihe von
Statorschaufeln darstellen, während
die beiden getakteten Schaufelblattreihen Reihen von Rotorschaufeln
darstellen können.
In anderen Ausführungsformen
kann die mittlere Schaufelblattreihe eine Reihe von Rotorschaufeln
sein, während
die beiden getakteten Schaufelblattreihen Reihen von Statorschaufeln
bilden können.
Die Schaufelblattreihen können
Verdichterschaufelblattreihen oder Turbinenschaufelblattreihen sein. 8th Also includes two additional rows of airfoils: the fourth airfoil row 174 and the fifth blade row 175 , In the same way as above for the second blade row 172 described, the operating loads on the fourth blade row 174 be reduced by the fifth blade row 175 with respect to the third blade row 173 clocked or relatively positioned. In some embodiments, where two rows of airfoils are advantageously timed relative to a middle airfoil row, the middle airfoil row may represent a row of stator blades, while the two timed airfoil rows may represent rows of rotor blades. In other embodiments, the middle airfoil row may be a series of rotor blades, while the two timed airfoil rows may form rows of stator blades. The airfoil rows may be compressor blade rows or turbine blade rows.
Außerdem ist
festgestellt worden, dass die betriebsmäßigen Belastungen, die auf
eine bestimmte Reihe von Schaufelblättern einwirken, durch Taktung
mehr als der beiden benachbarten Schaufelblattreihen, d. h. der
Schaufelblätter
unmittelbar auf jeder Seite, weiter reduziert werden können. Die
erste Schaufelblattreihe 171, die dritte Schaufelblattreihe 173 und
die fünfte
Schaufelblattreihe 175 können in Bezug aufeinander derart
getaktet bzw. relativ positioniert werden, dass die Reihe, die in
der relativen Position der vierten Schaufelblattreihe 174 angeordnet
ist, in einigen Ausführungsformen
eine deutlichere Reduktion der Betriebsbelastungen erfahren kann. In
diesem Fall kann die dritte Schaufelblattreihe 173 bei
etwa 50% der Teilung in Bezug auf die erste Schaufelblattreihe 171 relativ
positioniert sein, während
die fünfte
Schaufelblattreihe 175 bei etwa 50% der Teilung in Bezug
auf die dritte Schaufelblattreihe 173 relativ positioniert
sein kann. Somit eilt, wie veranschaulicht, die Vorderkante eines
Schaufelblattes in der ersten Schaufelblattreihe 171 (siehe
Bezugszeichen 182) der Vorderkante eines entsprechenden Schaufelblattes
in der dritten Schaufelblattreihe 173 (siehe Bezugszeichen 184)
um einen Umfangsabstand von etwa 50% des Teilungsmaßes voraus, während die
Vorderkante des Schaufelblattes in der dritten Schaufelblattreihe 173 (siehe
Bezugszeichen 184) der Vorderkante des zugehörigen Schaufelblattes
in der fünften
Schaufelblattreihe 175 um einen Umfangsabstand von etwa
50% des Teilungsmaßes vorauseilt.
Der Bereich der Teilungswerte, die für Ausführungsformen, die drei getaktete
Reihen von Schaufelblättern
umfassen, verwendet werden können,
ist der gleiche wie der Bereich von Teilungswerten, die für Ausführungsformen
verwendet werden können,
die zwei getaktete Reihen von Schaufelblättern umfassen. Dies bedeutet,
dass eine näherungsweise
maximale Spannungsentlastung an den Schaufelblättern, die in der vierten Schaufelblattreihe 174 angeordnet
sind, erreicht werden kann, wenn die dritte Schaufelblattreihe 173 bei
etwa 50% der Teilung in Bezug auf die erste Schaufelblattreihe 171 getaktet
ist und die fünfte
Schaufelblattreihe 175 bei etwa 50% der Teilung in Bezug
auf die dritte Schaufelblattreihe 173 getaktet ist.In addition, it has been found that the operational stresses acting on a particular row of airfoils can be further reduced by timing more than the two adjacent airfoil rows, ie, the airfoils immediately on each side. The first blade row 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 can be clocked relative to each other so that the row that in the relative position of the fourth blade row 174 may experience a more significant reduction in operating loads in some embodiments. In this case, the third blade row 173 at about 50% of the pitch with respect to the first blade row 171 be relatively positioned while the fifth blade row 175 at about 50% of the pitch with respect to the third blade row 173 can be relatively positioned. Thus, as illustrated, the leading edge of an airfoil rides in the first airfoil row 171 (see reference numeral 182 ) of the leading edge of a corresponding airfoil in the third airfoil row 173 (see reference numeral 184 ) about a circumferential distance of about 50% of the pitch, while the leading edge of the airfoil in the third airfoil row 173 (see reference numeral 184 ) of the leading edge of the associated airfoil in the fifth airfoil row 175 precedes by a circumferential distance of about 50% of the pitch. The range of pitch values that may be used for embodiments that include three timed rows of airfoils is the same as the range of pitch values that may be used for embodiments that include two timed rows of airfoils. This means that an approximately maximum stress relief to the Vane leaves in the fourth blade row 174 can be achieved when the third blade row 173 at about 50% of the pitch with respect to the first blade row 171 is clocked and the fifth blade row 175 at about 50% of the pitch with respect to the third blade row 173 is clocked.
Es
ist auch festgestellt worden, dass andere Taktungskonfigurationen
für die
erste Schaufelblattreihe 171, die dritte Schaufelblattreihe 173 und
die fünfte
Schaufelblattreihe 175, die innerhalb der vorstehend beschriebenen
Bereiche liegen, spürbare und
wesentliche Betriebsvorteile und Reduktionen von Betriebsbelastungen
an der vierten Schaufelblattreihe 174 ergeben. An sich
können
Teilungsbereiche zwischen 45% und 55% der Teilung, zwischen 35%
und 65% der Teilung oder zwischen 25% und 75% der Teilung alle mit
einem veränderlichen
Erfolgsgrad eingesetzt werden. Ferner müssen die Taktungsbeziehungen
zwischen der ersten Schaufelblattreihe 171 und der dritten
Schaufelblattreihe 173 sowie zwischen der dritten Schaufelblattreihe 173 und
der fünften
Schaufelblattreihe 175 nicht die gleichen sein, damit betriebliche
Vorteile und Spannungsreduktionen realisiert werden können (obwohl sie
ungefähr
gleich sein können).
D. h., in Fällen,
in denen drei Reihen getaktet bzw. relativ zueinander positioniert
werden, können
Betriebsvorteile und Spannungsreduktionen realisiert werden, solange die
Taktungsbeziehung zwischen der ersten Schaufelblattreihe 171 und
der dritten Schaufelblattreihe 173 innerhalb eines der
vorstehend beschriebenen Bereiche liegt, während die Taktungsbeziehung
zwischen der dritten Schaufelblattreihe 173 und der fünften Schaufelblattreihe 175 innerhalb
eines der vorstehend beschriebenen Bereiche liegt (obwohl diese anders
als die Taktungsbeziehung zwischen der ersten Schaufelblattreihe 171 und
der dritten Schaufelblattreihe 173 sein kann). Kurz gesagt,
solange beide innerhalb des weitesten Teilungsbereiches – d. h. zwischen
25% und 75% der Teilung – liegen,
werden sich Betriebsvorteile zeigen. In einigen Ausführungsformen
kann eine Taktung zwischen der ersten Schaufelblattreihe 171 und
der dritten Schaufelblattreihe 173 sowie zwischen der dritten
Schaufelblattreihe 173 und der fünften Schaufelblattreihe 175 bei oder
nahe bei der gleichen Teilung die realisierten Betriebsvorteile
und Belastungsreduktionen erhöhen.It has also been found that other timing configurations for the first blade row 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 that are within the ranges described above, noticeable and substantial operational advantages and reductions of operating loads on the fourth blade row 174 result. As such, dividing ranges between 45% and 55% of the split, between 35% and 65% of the split, or between 25% and 75% of the split can all be employed with a varying degree of success. Furthermore, the timing relationships between the first blade row 171 and the third blade row 173 and between the third blade row 173 and the fifth blade row 175 not be the same, so that operational benefits and voltage reductions can be realized (although they can be approximately the same). That is, in cases where three rows are clocked relative to each other, operational advantages and voltage reductions can be realized as long as the timing relationship between the first blade row 171 and the third blade row 173 is within one of the ranges described above, while the timing relationship between the third blade row 173 and the fifth blade row 175 is within one of the ranges described above (although different from the timing relationship between the first airfoil row) 171 and the third blade row 173 can be). In short, as long as they are both within the widest divisional range - ie between 25% and 75% of the divide - operational advantages will show. In some embodiments, timing may be between the first airfoil row 171 and the third blade row 173 and between the third blade row 173 and the fifth blade row 175 at or near the same pitch increase the realized operational benefits and load reductions.
In
einigen Ausführungsformen,
in denen drei Schaufelblattreihen getaktet bzw. relativ zueinander positioniert
werden, können
die erste Schaufelblattreihe 171, die dritte Schaufelblattreihe 173 und
die fünfte
Schaufelblattreihe 175 Reihen von Rotorschaufeln bilden,
während
die zweite Schaufelblattreihe 172 und die vierte Schaufelblattreihe 174 Reihen
von Statorschaufeln bilden können.
In anderen Ausführungsformen
können
die erste Schaufelblattreihe 171, die dritte Schaufelblattreihe 173 und
die fünfte
Schaufelblattreihe 175 Reihen von Statorschaufeln bilden,
während
die zweite Schaufelblattreihe 172 und die vierte Schaufelblattreihe 174 eine Reihe
von Rotorschaufeln bilden können.
In jedem Fall können
die Schau felblattreihen in dem Verdichter oder der Turbine einer
Turbinenmaschine angeordnet sein. Als ein weiterer Vorteil könnten die
Betriebsbelastungen, die auf die Schaufelblattreihen einwirken,
die in Bezug aufeinander getaktet sind, die beispielsweise die erste
Schaufelblattreihe 171 und die dritte Schaufelblattreihe 173 enthalten
könnten oder
die erste Schaufelblattreihe 171, die dritte Schaufelblattreihe 173 und
die fünfte
Schaufelblattreihe 175 enthalten könnten, ebenfalls reduziert
werden.In some embodiments, in which three rows of airfoils are clocked relative to each other, the first airfoil row may 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 Rows of rotor blades form, while the second blade row 172 and the fourth blade row 174 Can form rows of stator blades. In other embodiments, the first airfoil row 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 Form rows of stator blades while the second blade row 172 and the fourth blade row 174 can form a series of rotor blades. In any case, the show felblattreihen be arranged in the compressor or the turbine of a turbine engine. As a further advantage, the operating loads acting on the airfoil rows clocked with respect to each other could be, for example, the first airfoil row 171 and the third blade row 173 could contain or the first blade row 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 could also be reduced.
Außerdem kann
in einigen Ausführungsformen,
in denen drei Schaufelblattreihen relativ zueinander positioniert
sind, wie beispielsweise die erste Schaufelblattreihe 171,
die dritte Schaufelblattreihe 173 und die fünfte Schaufelblattreihe 175,
die erste Schaufelblattreihe 171 eine Reihe von Verdichterrotorschaufeln 120 bilden,
während
die zweite Schaufelblattreihe 172 eine Reihe von Verdichterstatorschaufeln 122 bilden
kann, die dritte Schaufelblattreihe 173 eine Reihe von
Verdichterrotorschaufeln 120 bilden kann, die vierte Schaufelblattreihe 174 eine Reihe
von Verdichterstatorschaufeln 122 bilden kann und die fünfte Schaufelblattreihe 175 eine
Reihe von Verdichterrotorschaufeln 120 bilden kann. Insbesondere
kann in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Anmeldung die erste Schaufelblattreihe 171 die Reihe von
Verdichterrotorschaufeln 120 in der vierzehnten Stufe eines
Verdichters sein, während
die zweite Schaufelblattreihe 172 die Reihe von Verdichterstatorschaufeln 122 in
der vierzehnten Stufe des Verdichters sein kann, die dritte Schaufelblattreihe 176 die
Reihe von Verdichterrotorschaufeln 120 in der fünfzehnten
Stufe des Verdichters sein, die vierte Schaufelblattreihe 174 die
Reihe von Verdichterstatorschaufeln 122 in der fünfzehnten
Stufe des Verdichters sein kann und die fünfte Schaufelblattreihe 175 die
Reihe von Verdichterrotorschaufeln 120 in der sechzehnten
Stufe des Verdichters sein kann. In einigen Fällen dieser beispielhaften
Ausführungsform
können
die vierzehnte Stufe, die fünfzehnte
Stufe und die sechzehnte Stufe die vierzehnte, fünfzehnte und sechzehnte Stufe
eines F-Klasse-Verdichters einer 7F- oder 9F-Gasturbine darstellen,
die von der General Electric Company aus Schenectady, New York,
hergestellt wird. Außerdem
kann der Verdichter in diesem Beispiel und in einigen Ausführungsformen eine
Gesamtzahl von siebzehn Stufen von Schaufelblättern aufweisen, wobei jede
Stufe eine einzelne Reihe von Rotorschaufeln aufweist, gefolgt von
einer einzelnen Reihe von Statorschaufeln. Die Reihe von Rotorschaufeln
in der vierzehnten Stufe kann eine Gesamtzahl von 64 Rotorschaufeln
aufweisen, während
die Reihe von Rotorschaufeln in der fünfzehnten Stufe eine Gesamtzahl
von 64 Rotorschaufeln aufweisen kann und die Reihe von Rotorschaufeln
in der sechzehnten Stufe eine Gesamtzahl von 64 Rotorschaufeln aufweisen
kann. Schließlich
kann in einigen Ausführungsformen
die Reihe von Statorschaufeln in der vierzehnten Stufe eine Gesamtzahl
von 132 Statorschaufeln aufweisen, während die Reihe von Statorschaufeln
in der fünfzehnten
Stufe eine Gesamtzahl von 130 Statorschaufeln aufweisen kann und
die Reihe von Statorschaufeln in der sechzehnten Stufe eine Gesamtzahl
von 132 Statorschaufeln aufweisen kann. Es ist anhand von Versuchsdaten
und analytischer Modellierung festgestellt worden, dass Relativposititonierungsbeziehungen,
wie diejenigen, die hierin beschrieben und beansprucht sind, mit
den in diesem Absatz vorstehend beschriebenen Verdichterkonfigurationen
gut funktionieren.Additionally, in some embodiments, where three rows of airfoils are positioned relative to each other, such as the first airfoil row 171 , the third row of blades 173 and the fifth blade row 175 , the first row of blades 171 a series of compressor rotor blades 120 form while the second blade row 172 a series of compressor stator blades 122 can form the third blade row 173 a series of compressor rotor blades 120 can form the fourth blade row 174 a series of compressor stator blades 122 can form and the fifth blade row 175 a series of compressor rotor blades 120 can form. In particular, in an exemplary embodiment of the present application, the first airfoil row 171 the series of compressor rotor blades 120 in the fourteenth stage of a compressor while the second blade row 172 the row of compressor stator blades 122 in the fourteenth stage of the compressor, the third blade row 176 the series of compressor rotor blades 120 in the fifteenth stage of the compressor, the fourth blade row 174 the row of compressor stator blades 122 in the fifteenth stage of the compressor and the fifth blade row 175 the series of compressor rotor blades 120 in the sixteenth stage of the compressor can be. In some instances of this exemplary embodiment, the fourteenth, fifteenth, and sixteenth stages may represent the fourteenth, fifteenth, and sixteenth stages of an F-class compressor of a 7F or 9F gas turbine manufactured by the General Electric Company of Schenectady, New York York, is made. Additionally, in this example and in some embodiments, the compressor may include a total of seventeen stages of airfoils, with each stage having a single row of rotor blades, followed by a single row of stator blades. The row of rotor blades in the fourteenth stage may have a total of 64 rotor blades, while the row of rotor blades in the fifteenth Stage may have a total of 64 rotor blades and the row of rotor blades in the sixteenth stage may have a total of 64 rotor blades. Finally, in some embodiments, the row of stator blades in the fourteenth stage may have a total of 132 stator blades, while the row of stator blades in the fifteenth stage may have a total of 130 stator blades and the row of stator blades in the sixteenth stage may have a total of 132 stator blades can have. It has been found from experimental data and analytical modeling that relative positioning relationships, such as those described and claimed herein, work well with the compressor configurations described in this paragraph.
Aus
der obigen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
werden Fachleute Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen erkennen.
Derartige Verbesserungen, Veränderungen
und Modifikationen innerhalb der Fachkenntnisse sollen durch die
beigefügten
Ansprüche
mit umfasst sein. Ferner solle es offensichtlich sein, dass das
Vorstehende lediglich die beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden
Anmeldung anbetrifft und dass hierin zahlreiche Veränderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass von dem Rahmen
und Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert
ist, und deren Äquivalenzen
abgewichen wird.Out
the above description of preferred embodiments of the invention
Professionals will recognize improvements, changes and modifications.
Such improvements, changes
and modifications within the expertise should be made by the
attached
claims
to be included. Furthermore, it should be obvious that the
Above only the described embodiments of the present invention
Registration and that hereby numerous changes
and modifications can be made without removing from the frame
and scope of the invention as defined by the following claims
is, and their equivalences
is deviated.
Es
ist ein Verfahren zum Betreiben einer Turbinenmaschine beschrieben,
wobei die Turbinenmaschine wenigstens drei aufeinanderfolgende,
axial gestapelte Reihen von Schaufelblättern 130 in entweder
einem Verdichter 118 oder einer Turbine 124 enthält: eine
erste Schaufelblattreihe 134, eine zweite Schaufelblattreihe 136 und
eine dritte Schaufelblattreihe 138; wobei die erste Schaufelblattreihe 134 und
die dritte Schaufelblattreihe 138 beide entweder eine Rotorlaufschaufelreihe 120 oder
eine Statorleitschaufelreihe 122 aufweisen, während die
zweite Schaufelblattreihe 136 die andere aufweist; wobei das
Verfahren den Schritt des Konfigurierens der Schaufelblätter 130 der
ersten Schaufelblattreihe 134 und der Schaufelblätter 130 der
dritten Schaufelblattreihe 138 in einer derartigen Weise
aufweist, dass wenigstens ein Teil der Schaufelblätter 130 der ersten
Schaufelblattreihe 134 und wenigstens ein Teil der Schaufelblätter 130 der
dritten Schaufelblattreihe 138 eine Clocking-Beziehung
zwischen 25% und 75% der Teilung aufweisen.There is described a method of operating a turbine engine, wherein the turbine engine includes at least three consecutive axially stacked rows of airfoils 130 in either a compressor 118 or a turbine 124 contains: a first row of blades 134 , a second row of blades 136 and a third blade row 138 ; the first blade row 134 and the third blade row 138 both either a rotor blade row 120 or a stator vane row 122 while the second blade row 136 the other has; the method comprising the step of configuring the airfoils 130 the first blade row 134 and the blades 130 the third blade row 138 in such a way that at least a part of the airfoils 130 the first blade row 134 and at least a portion of the airfoils 130 the third blade row 138 have a clocking relationship between 25% and 75% of the pitch.
Eine
Anordnung von Schaufelblättern 130 in einem
Verdichter einer Turbinenmaschine enthält wenigstens drei axial gestapelte
Reihen von Schaufelblättern 130:
eine mittlere Schaufelblattreihe 136, eine erste stromaufwärtige Schaufelblattreihe 134 und
eine erste stromabwärtige
Schaufelblattreihe 138. Die mittlere Schaufelblattreihe 136 kann
auf jeder Seite durch die erste stromaufwärtige Schaufelblattreihe 134 und
die erste stromaufwärtige
Schaufelblattreihe 138 umschlossen sein. Die erste stromaufwärtige Schaufelblattreihe 134 und
die erste stromabwärtige
Schaufelblattreihe 138 können jeweils eine Reihe von
Rotorschaufeln 120 aufweisen, die während des Betriebs mit im Wesentlichen
derselben Drehzahl umlaufen. Die mittlere Schaufelblattreihe 136 kann
eine Reihe von Statorschaufeln 122 aufweisen, die während des
Betriebs im Wesentlichen stationär
bleibt. Wenigstens 90% der Schaufelblätter 130 der ersten
stromaufwärtigen
Schaufelblattreihe 134 und wenigstens 90% der Schaufelblätter 130 der
ersten stromabwärtigen
Schaufelblattreihe 138 können eine Clocking-Beziehung
in einem Bereich zwischen 25% und 75% der Teilung aufweisen.An arrangement of airfoils 130 in a compressor of a turbine engine includes at least three axially stacked rows of airfoils 130 a middle blade row 136 , a first upstream airfoil row 134 and a first downstream airfoil row 138 , The middle blade row 136 Can on each side through the first upstream blade row 134 and the first upstream airfoil row 138 be enclosed. The first upstream blade row 134 and the first downstream blade row 138 can each have a number of rotor blades 120 which rotate during operation at substantially the same speed. The middle blade row 136 can be a set of stator blades 122 which remains substantially stationary during operation. At least 90% of the blades 130 the first upstream blade row 134 and at least 90% of the airfoils 130 the first downstream blade row 138 may have a clocking relationship in a range between 25% and 75% of the pitch.
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100100
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Gasturbinenmaschine,
-triebwerkGas turbine engine,
-triebwerk
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106106
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Verdichtercompressor
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110110
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Turbineturbine
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112112
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Brennkammercombustion chamber
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118118
-
Verdichtercompressor
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120120
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VerdichterrotorschaufelnCompressor rotor blades
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122122
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Verdichterstatorschaufelncompressor stator
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124124
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Turbineturbine
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126126
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TurbinenrotorschaufelnTurbine rotor blades
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128128
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Turbinenstatorschaufelnturbine stator blades
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130130
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Schaufelblattairfoil
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134134
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Erste
SchaufelblattreiheFirst
Airfoil row
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136136
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Zweite
SchaufelblattreiheSecond
Airfoil row
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138138
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Dritte
Schaufelblattreihethird
Airfoil row
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140,
142140
142
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Pfeilearrows
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171171
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Erste
SchaufelblattreiheFirst
Airfoil row
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172172
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Zweite
SchaufelblattreiheSecond
Airfoil row
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173173
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Dritte
Schaufelblattreihethird
Airfoil row
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174174
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Vierte
SchaufelblattreiheFourth
Airfoil row
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175175
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Fünfte SchaufelblattreiheFifth blade row