DE102012113129A1

DE102012113129A1 - Vane construction of the last stage for the reduction of throttle vibrations

Info

Publication number: DE102012113129A1
Application number: DE102012113129A
Authority: DE
Inventors: Alan Donn Maddaus
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-07-04
Also published as: GB2498259A; RU2012158343A; GB201223075D0; US20130170984A1; CN103195487A; JP2013139778A

Abstract

Eine Turbinenschaufel enthält ein Schaufelblatt, das einen Querschnitt in Form eines Tragflächenprofils aufweist. Die Schaufel ist ausgehend von einem Fußende zu einem Spitzenende verwunden. Ein Grad der Verwindung definiert einen akkumulierten Winkelversatz des Spitzenendes in einem Bereich von 10–15˚ in Bezug auf eine tangentiale Richtung, so dass dadurch ein übermäßiger negativer Einfallswinkel in Bezug auf die tangentiale Richtung um 15–20˚ verringert ist.A turbine blade contains an airfoil that has a cross-section in the form of an airfoil profile. The shovel is twisted starting from a foot end to a tip end. A degree of twist defines an accumulated angular displacement of the tip end in a range of 10-15 ° with respect to a tangential direction, thereby reducing an excessive negative angle of incidence by 15-20 ° with respect to the tangential direction.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG BACKGROUND TO THE INVENTION

Die Erfindung betrifft allgemein Turbinen und speziell Schaufeln der letzten Stufe von Dampfturbinen. The invention relates generally to turbines, and more particularly to blades of the last stage of steam turbines.

Dampfturbinenblätter oder "Schaufeln" der letzte Stufe (LSBs) sind mit Spitzenabschnitten konstruiert, die ebenen Platten ähneln. Die Ausrichtung des Spitzenabschnitts ist in Abhängigkeit von dem Verhältnis von Drehgeschwindigkeit und Radius mehr oder weniger streng fluchtend mit der tangentialen Richtung angeordnet, um bei radial weiter außen liegenden Orten des Strömungsfilaments mit der Strömungsrichtung übereinzustimmen. Die genaue Ausrichtung des Spitzenabschnitts wird mittels einer Strömungsanalyse im Wesentlichen bei dem Betriebspunkt bestimmt. Allerdings sollten Dampfturbinen im Verhältnis zu dem Betriebspunkt bei sehr geringen Strömen und hohen Auslassdrücken arbeiten, um Lastanforderungen und atmosphärischen Bedingungen zu entsprechen. Dies ruft eine wesentliche Abweichung der Strömungsrichtung und der Geschwindigkeit an der Schaufelspitze hervor, was zu einer strömungsinduzierten Schwingung (FIV) führt, die möglicherweise Schäden hervorruft und die Flexibilität des Betriebs beschränkt, sobald ein Schwellenwert eines negativen Einfallswinkels überschritten ist. Steam turbine blades or "last stage blades" (LSBs) are constructed with tip sections resembling flat plates. The orientation of the tip portion is more or less strictly aligned with the tangential direction depending on the ratio of rotational velocity and radius to coincide with the flow direction at radially outermost locations of the flow filament. The exact alignment of the tip section is determined by flow analysis substantially at the operating point. However, steam turbines should operate relative to the operating point at very low currents and high outlet pressures to meet load requirements and atmospheric conditions. This causes a substantial deviation in the direction of flow and the velocity at the blade tip, which leads to a flow-induced vibration (FIV), which possibly causes damage and limits the flexibility of the operation as soon as a threshold of a negative angle of incidence is exceeded.

2 zeigt eine typische Geometrie der letzten Stufe einer Dampfturbine an der Spitze mit Strömungsgeschwindigkeitsvektoren, und 3 zeigt eine detailliertere Ansicht eines Rotorblattabschnitts der letzten Stufe, von der Spitze her radial nach innen betrachtet. Unter Dampfturbinendrosselungsbedingungen in Zusammenhang mit geringer Last und/oder hohem Auslassdruck weicht die Strömung an der Spitze des Blatts oder der Schaufel sowohl hinsichtlich des Betrags als auch der Richtung erheblich von dem Betriebspunkt ab. Der Betrag steigt an und erreicht an der Grenze des Strömungsstillstands denjenigen des Raddrehzahlvektors W, während sich die Richtung von dem konstruktionsmäßig optimalen Eintrittswinkel hin zu der tangentialen Richtung verschiebt, die der Schaufelrotation entgegengesetzt ist. Falls die Drosselung erheblich ist, kann der Strömungseinfallswinkel, der als die Differenz des optimalen Eintrittswinkels und der tatsächlichen Strömungsrichtung definiert ist, 15 Grad überschreiten und gesteigerte FIV zur Folge haben, was mit einem Strömungsabriss und Stall an der konkaven oder Druckseite des Blatts einher geht. 2 shows a typical geometry of the last stage of a steam turbine at the top with flow velocity vectors, and 3 shows a more detailed view of a rotor blade section of the last stage, viewed from the top radially inward. Under steam turbine throttling conditions associated with low load and / or high discharge pressure, the flow at the tip of the blade or blade deviates significantly from the operating point both in magnitude and in direction. The amount increases and, at the limit of stall, reaches that of the wheel speed vector W as the direction shifts from the design optimum entry angle to the tangential direction opposite to the blade rotation. If the throttling is significant, the flow angle of incidence, defined as the difference between the optimal entrance angle and the actual flow direction, may exceed 15 degrees and result in increased FIV, which is accompanied by a stall and stall at the concave or pressure side of the blade.

4 zeigt einen Graph des Strömungseinfallswinkels an der Blatt- oder Schaufelspitze gegenüber der mittleren Strömungsgeschwindigkeit (Van) in dem Auslassringraum. Der Graph zeigt an, dass FIV, Flattern oder insbesondere Strömungsabrissflattern unter Voraussetzung geringer struktureller Dämpfung bei einem Einfallswinkel von etwa 15 Grad ausgelöst wird. Strömungsabrissflattern kann zu einem kurzfristigen Ausfall von Blättern führen. Betriebsrichtlinien zur Vermeidung des gedrosselten Betriebszustands, in dem das Strömungsabrissflattern auftreten kann, sind allgemein übliche Praxis in der Industrie. Bei demselben Einfallswinkelschwellwert kann ein etwas harmloseres FIV-Verhalten, das auch als Schütteln oder "zufällige Resonanzantwort" bekannt ist, auftreten, das mit Ausfällen von Schaufeln und/oder Schaufelverbindungen nach längerem Betrieb in Verbindung gebracht wurde. 4 Figure 12 shows a graph of the flow angle of incidence at the blade or blade tip versus the mean flow velocity (Van) in the outlet annulus. The graph indicates that FIV, flutter or, in particular stall creep, is initiated assuming low structural damping at an angle of incidence of about 15 degrees. Stall flutter can lead to a short-term failure of blades. Operating guidelines for avoiding the stalled operating condition in which stall flutter may occur are common practice in the industry. At the same angle of incidence threshold, somewhat more harmless FIV behavior, also known as shaking or "random resonance response", may be associated with failures of blades and / or blade joints after prolonged service.

Es wäre erwünscht, strömungsinduzierte Schwingungen (FIV) bei Drosselungsbedingungen auf ein Minimum zu reduzieren, was erreicht werden kann, indem die Spitzenkonstruktion für den anwendbaren Bereich von Radiusverhältnissen und Drehzahlen modifiziert wird. It would be desirable to minimize flow-induced vibration (FIV) under throttling conditions, which can be accomplished by modifying the tip design for the applicable range of radius ratios and speeds.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Eine Turbinenschaufel enthält ein Schaufelblatt, das einen Querschnitt in Form eines Tragflächenprofils aufweist. Die Schaufel ist ausgehend von einem Fußende zu einem Spitzenende verwunden. Ein Grad der Verwindung definiert einen akkumulierten Winkelversatz des Spitzenendes in einem Bereich von 10–15˚ in Bezug auf eine tangentiale Richtung, so dass dadurch ein übermäßiger negativer Einfallswinkel in Bezug auf die tangentiale Richtung um 15–20˚ verringert ist. A turbine blade includes an airfoil that has a cross section in the form of an airfoil. The blade is wound from a foot end to a tip end. A degree of twisting defines an accumulated angular offset of the tip end in a range of 10-15 ° with respect to a tangential direction, thereby reducing an excessive negative angle of incidence with respect to the tangential direction by 15-20 °.

In noch einem Ausführungsbeispiel enthält eine Turbine einen Rotor, eine drehbare Welle, die zusammen mit dem Rotor rotiert, und eine Turbine, die mit der drehbaren Welle und dem Rotor verbunden ist. Die Turbine enthält mehrere axial beabstandete Laufräder. Mit jedem Laufrad sind mehrere Schaufeln verbunden, wobei jede der Schaufeln einen Querschnitt in Form eines Tragflächenprofils aufweist. Eine Schaufel der letzten Stufe ist ausgehend von einem Fußende zu einem Spitzenende verwunden, und ein Grad der Verwindung definiert einen akkumulierten Winkelversatz des Spitzenendes in einem Bereich von 10–15˚ in Bezug auf eine tangentiale Richtung, so dass dadurch ein übermäßiger negativer Einfallswinkel in Bezug auf die tangentiale Richtung um 15–20˚ verringert ist. In yet another embodiment, a turbine includes a rotor, a rotatable shaft that rotates together with the rotor, and a turbine connected to the rotatable shaft and the rotor. The turbine includes a plurality of axially spaced impellers. With each impeller, a plurality of blades are connected, wherein each of the blades has a cross section in the form of an airfoil profile. A last-stage blade is wound from a root end to a tip end, and a degree of twisting defines an accumulated angular displacement of the tip end in a range of 10-15 ° with respect to a tangential direction, thereby being an excessive one Negative angle of incidence with respect to the tangential direction is reduced by 15-20˚.

In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verfahren zum Verringern strömungsinduzierter Schwingung in einer Turbinenschaufel der letzten Stufe den Schritt des Verwindens der Turbinenschaufel bis zu einem Grad, der einen akkumulierten Winkelversatz des Spitzenendes in Bezug auf eine tangentiale Richtung in einem Bereich von 10–15˚ definiert, so dass dadurch ein übermäßiger negativer Einfallswinkel in Bezug auf die tangentiale Richtung um 15–20˚ verringert ist. In yet another embodiment, a method for reducing flow-induced vibration in a turbine stage of the last stage includes the step of twisting the turbine blade to a degree that defines an accumulated angular offset of the tip end with respect to a tangential direction in a range of 10-15˚ so that it reduces an excessive negative angle of incidence with respect to the tangential direction by 15-20˚.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 zeigt eine perspektivische teilweise aufgeschnitten Darstellung eines Niederdruckabschnitts einer Kondensationsdampfturbine, d.h. einen Dampfturbinenabschnitt, der einen Auslassdruck aufweist, der den Atmosphärendruck unterschreitet; 1 shows a perspective partially cutaway view of a low-pressure section of a condensing steam turbine, ie, a steam turbine section having an outlet pressure which is less than the atmospheric pressure;

2 veranschaulicht eine typische Geometrie der letzten Stufe einer Dampfturbine an der Spitze, wobei dem Betriebspunkt entsprechende und von dem Betriebspunkt abweichende Schaufelspitzeneingangsgeschwindigkeiten gezeigt sind; 2 Figure 11 illustrates a typical geometry of the last stage of a steam turbine at the tip, showing blade tip input speeds corresponding to the operating point and deviating from the operating point;

3 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Rotorblattabschnitts der letzten Stufe, von der Spitze her radial nach innen betrachtet; 3 shows a detailed view of a rotor blade portion of the last stage, viewed from the top radially inward;

4 zeigt einen Graph eines Strömungseinfallswinkels an der Blattspitze gegenüber der mittleren Strömungsgeschwindigkeit in dem Auslassringraum; und 4 Figure 12 is a graph of a flow angle of incidence at the blade tip versus the average flow rate in the outlet annulus; and

5 und 6 zeigen eine Gegenüberstellung einer bestehenden Konstruktion einer Schaufel der letzten Stufe (5) und der Konstruktion der Schaufel der letzten Stufe gemäß der beschriebenen Ausführungsbeispiele (6). 5 and 6 show a comparison of an existing construction of a last stage blade ( 5 ) and the construction of the last stage blade according to the described embodiments ( 6 ).

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

1 zeigt eine perspektivische partielle gekappte Ansicht eines Niederdruck-(LP)-Dampfturbinenabschnitt 10 mit einem Rotor 12, der eine Welle 14 und eine Reihe 16 von Schaufeln der letzten Stufe (LSB) aufweist. Die LP-Turbine 10 enthält mehrere axial beabstandete Rotorlaufräder 18. Mit jedem Laufrad 18 sind mehrere Schaufeln 20 mechanisch verbunden. Spezieller sind die Schaufeln 20 in Reihen angeordnet, die sich rund um den Umfang jedes Laufrads 18 erstrecken. Mehrere stationäre Leitapparate 22 erstrecken sich entlang des Umfangs um den Rotor 12 und sind axial zwischen benachbarten Reihen der Schaufeln 20 angeordnet. Die Leitapparate 22 wirken mit den Schaufeln 20 zusammen, um eine Turbinenstufe zu bilden, und um einen Abschnitt eines Dampfströmungspfads durch die Turbine 10 zu definieren. 1 shows a perspective partial cutaway view of a low pressure (LP) steam turbine section 10 with a rotor 12 that a wave 14 and a number 16 of last stage blades (LSB). The LP turbine 10 includes a plurality of axially spaced rotor wheels 18 , With every impeller 18 are several shovels 20 mechanically connected. More special are the blades 20 arranged in rows, extending around the perimeter of each wheel 18 extend. Several stationary nozzles 22 extend along the circumference around the rotor 12 and are axially between adjacent rows of blades 20 arranged. The diffusers 22 work with the blades 20 together to form a turbine stage and a portion of a steam flow path through the turbine 10 define.

Im Betrieb tritt Dampf 24 in einen Einlass 26 der Turbine 10 ein und wird durch die Leitapparate 22 kanalisiert. Die Leitapparate 22 lenken den Dampf 24 stromabwärts gegen die Schaufeln 20. Der Dampf 24 durchströmt die übrigen Stufen, wobei er eine Kraft auf die Schaufeln 20 ausübt, die den Rotor 12 in Drehung versetzt. Mindestens ein Ende der Turbine 10 kann sich axial von dem Rotor 12 weg erstrecken und mit einer (nicht gezeigten) Last oder Werkzeugmaschine, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, mit einem Generator und/oder einer weiteren Turbine verbunden sein. Dementsprechend kann eine große Dampfturbineneinheit in der Praxis mehrere Niederdruckturbinen enthalten, die sämtliche koaxial mit derselben Welle 14 verbunden sind. Eine derartige Einheit kann beispielsweise eine Hochdruckturbine enthalten, die mit einer Mitteldruckturbine verbunden ist, die mit einer Niederdruckturbine verbunden ist. In operation, steam occurs 24 into an inlet 26 the turbine 10 and is through the diffusers 22 channeled. The diffusers 22 steer the steam 24 downstream against the blades 20 , The steam 24 flows through the remaining stages, giving a force on the blades 20 exerts the rotor 12 set in rotation. At least one end of the turbine 10 can be axially from the rotor 12 and connected to a load or machine tool (not shown), such as, but not limited to, a generator and / or another turbine. Accordingly, in practice, a large steam turbine unit may include a plurality of low pressure turbines, all coaxial with the same shaft 14 are connected. Such a unit may include, for example, a high pressure turbine connected to a medium pressure turbine connected to a low pressure turbine.

Die Bedeutung des Drosselungs-FIV-Bereichs basiert darauf, dass die durch den LSB-Durchlasskanal strömende Strömung unter Bedingungen geringer Strömung und hohen Auslassdrucks an der Nabe abreißt und auf einen Strömungslinienbereich im Bereich von etwa 80 und 100 % der radialen Höhe beschränkt ist (wobei die radiale Höhe als 0 % an einem Fußende 201 der Schaufel und 100 % an einem Spitzenende 202 der Schaufel definiert ist). Folglich ist es in erster Linie dieser Bereich, in dem der Drosselungs-FIV-Strömungseinfallswinkel eine Rolle spielt. Der beschränkende Strömungswinkel ist der höchste Wert eines Strömungswinkel, der sich erreichen lässt. Für das Auftreten einer wesentlichen FIV muss die Differenz zwischen dem optimalen Eintrittswinkel (OEA) an der LSB-Spitze, häufig genommen als der Mittelwert der Verteilung über die letzten 20 % der radialen Höhe, und 180° in negativere Richtung 15° überschreiten. Somit sollte bei einer LSB-Konstruktion mit einem Spitzen-OEA von 165° oder darüber keine Drosselungs-FIV auftreten. Die 40-Zoll-LSB für Anwendungen von 3600 U/min erfüllt dieses Kriterium sehr gut, während die 33,5-, 30- und 26-Zoll-LSB bei derselben Drehzahl mit fortschreitend steigendem übermäßigen negativen Einfallswinkel eine gesteigerte Neigung zu FIV bei Drosselung aufweisen. Im Feldeinsatz mit Dehnungsmesser erfasste Daten weisen zwingend nach, dass die Schwingungsamplituden der 30-Zoll-LSB unter ähnlichen Bedingungen des Drosselungsbetriebs erheblich größer sind als jene der 33,5-Zoll-LSB, was diese Theorie bestätigt. The importance of the throttling FIV range is based on the flow passing through the LSB passageway demolishing under low flow and high outlet pressure conditions at the hub and restricted to a flowline region in the range of about 80 and 100% of the radial height the radial height as 0% at a foot end 201 the scoop and 100% at a top end 202 the bucket is defined). Consequently, it is primarily this area where throttling FIV flow angle of attack plays a role. The limiting flow angle is the highest value of a flow angle that can be achieved. For the occurrence of a significant FIV, the difference between the optimum entrance angle (OEA) at the LSB peak, often taken as the mean of the distribution over the last 20% of the radial height, and 180 ° in the more negative direction must exceed 15 °. Thus, in a LSB design with a peak OEA of 165 ° or above, no throttling FIV should occur. The 40-inch LSB for 3600 RPM applications meets this criterion very well, while the 33.5, 30, and 26-inch LSBs at the same speed with increasing negative negative incidence angle tend to be more prone to FIV throttling exhibit. Data collected in field use with strain gauges compellingly demonstrate that the vibration amplitudes of the 30-inch LSB are significantly larger than those of the 33.5-inch LSB under similar conditions of throttling operation, confirming this theory.

Im Fall von Konstruktionen für 3600 U/min wird oberhalb von etwa 40 Zoll radialer Höhe allgemein erwartet, dass sich die erforderlichen 15° negativer Einfallswinkel für Schaufeln, die gemäß aerodynamischen Konstruktionsverfahren nach dem Stand der Technik konstruiert sind, nicht erreichen lassen, da solche LSBs Spitzen-OEAs aufweisen, die 165° überschreiten. Dasselbe trifft für Schaufeln zu, die für volle und halbe Drehzahl ausgelegt sind, mit aktiven Längen, die anhand von 3600 U/min Konstruktionen auf der Grundlage der Drehzahl skalierbar sind. Beispielsweise sollte eine Schaufel mit einer radialen Höhe = (3600/3000) × 35 Zoll = 42 Zoll bei 3000 U/min ebenfalls ein niedriges Potential von Drosselungs-FIV aufweisen. In the case of 3600 RPM designs, above about 40 inches of radial height, it is generally expected that the required 15 ° negative angle of incidence will not be attained for blades designed according to prior art aerodynamic design methods, as such LSBs Have peak OEAs exceeding 165 °. The same is true for blades designed for full and half speed, with active lengths scalable based on 3600 rpm designs based on speed. For example, a bucket with a radial height = (3600/3000) x 35 inches = 42 inches at 3000 RPM also have a low potential of choke FIV.

5 und 6 zeigen eine bestehende 30-Zoll Konstruktion (5) und eine 30-Zoll Konstruktion (6), die die Konzepte der vorgeschlagenen Konstruktion widerspiegelt. Die vorgeschlagene Konstruktion steigert die Verwindung der Leitschaufel in Abschnitten im Bereich zwischen 30 % und 60 % der Höhe, was einen akkumulierten Winkelversatz des Spitzenabschnitts in der Größenordnung von 13° ergibt. Dies ist konsistent mit einer Verringerung des übermäßigen negativen Einfallswinkel um 17°, was die Neigung zu FIV in hohem Maße verringert. Ein abgewandelter Weg zur Erzielung desselben Ergebnisses einer Neuausrichtung der Spitze kann darauf basieren, die erforderliche Verwindung in Abschnitten durchzuführen, die näher an dem Fuß angeordnet sind, und in der Nähe der Spitze von Abschnitt zu Abschnitt eine verhältnismäßig geringe Verwindung vorzusehen. Jede endgültige Konstruktion könnte von einer Leistungsanalyse begleitet sein, um die beste Verteilung eines optimalen Eintrittswinkels für die Betriebspunktleistung zu ermitteln, während gleichzeitig sicherstellt ist, dass das Ziel eines minimalen übermäßigen negativen Einfallswinkels an der Spitze erreicht ist. Das Endergebnis würde eine LSB-Konstruktion mit einer Spitzenausrichtung sein, wie sie in 6 gezeigt ist. Zusätzlich zu der Optimierung der Verteilung des optimalen Eintrittswinkels, um Leistungszielen und FIV-Verringerungszielen zu entsprechen, kann die Anströmkante des Rotorblatts abgerundet werden, um empfindliches Verhalten hinsichtlich eines positiven Einfallswinkels zu reduzieren. 5 and 6 show an existing 30-inch construction ( 5 ) and a 30-inch construction ( 6 ), which reflects the concepts of the proposed construction. The proposed design increases the distortion of the vane in sections ranging between 30% and 60% of the height, resulting in an accumulated angular offset of the tip section of the order of 13 °. This is consistent with a 17 ° reduction in the excessive negative angle of incidence, which greatly reduces the propensity for FIV. A modified way of achieving the same result of tip reorientation may be based on making the required twist in sections closer to the foot and providing relatively little twist from tip to tip in the vicinity of the tip. Each final design could be accompanied by a performance analysis to determine the best distribution of an optimal operating power input angle while ensuring that the target of a minimum excessive negative angle of incidence at the tip is reached. The end result would be an LSB construction with a tip orientation as shown in FIG 6 is shown. In addition to optimizing the optimal entrance angle distribution to meet performance goals and FIV reduction targets, the leading edge of the rotor blade may be rounded to reduce sensitive behavior with respect to a positive angle of incidence.

Die Konstruktion ist auf LSB-Konstruktionen anwendbar, die Stift und Finger, Schwalbenschwänze, gekrümmte oder geradlinige Axialeintrittsschwalbenschwänze oder Schwalbenschwänze mit tangentialem Eingang verwenden, wobei Letztere in dem Laufrad eine radiale Aussparung, um den Zusammenbau zu ermöglichen, und einen verstifteten Block oder eine mit einer Aussparung versehene Schaufel aufweisen, um das Laufrad vollständig zu besetzen. Die Konstruktion ist sowohl auf LSBs von der "freistehenden" Art (d.h. ohne Verbindungen zwischen benachbarten Blättern) als auch auf LSBs anwendbar, die Mantelverbindungen auf halber Spannweite und/oder an den Spitzen aufweisen. Darüber hinaus kann der Leitapparat der letzten Stufe weiter mit einer Konstruktion übereinstimmen, die eine LSB mit einer herkömmlichen Abschnittsverwindung ausgehend vom Fuß zur Spitze aufweist, oder er kann beginnend an einer Stelle, die sich angemessen (~25 %) entfernt von dem Fuß befindet, angepasste Eintrittsöffnungen aufweisen, um geringe Reaktion am Fuß beizubehalten. Die Anpassung sollte dergestalt sein, dass gewährleistet ist, dass der LSB-Eingangströmungswinkel an sämtlichen radialen Orten möglichst weitgehend an den Eintrittswinkel heranreicht, der an dem LSB-Metallabschnitt bevorzugt ist. Alternativ kann ein zur Gänze neuentwickelter Leitapparat genutzt werden. Die Anpassung oder der neuentwickelte Leitapparat wird die größtmögliche Leistung der Stufe sicherstellen. Der hierin beschriebene Ansatz der LSB-Konstruktion lässt sich sowohl in herkömmlichen als auch in Konstruktionen mit hohem Auslassdruck verwenden, wobei Letztere erheblich höhere Auslassdruckbeschränkungen aufweisen, die für Dampfturbinen in Kraftwerken vorausgesetzt sind, die einen unter Bedingungen hoher Umgebungstemperatur arbeitenden luftgekühlten Kondensator aufweisen. The design is applicable to LSB constructions which use pin and fingers, dovetails, tangential entrance curved or rectilinear axial entry dovetails, or tangential entry dovetails, the latter having in the impeller a radial recess to facilitate assembly and a pinned block or one Recessed blade have to occupy the impeller completely. The design is applicable both to LSBs of the "freestanding" type (i.e., without connections between adjacent blades) and to LSBs having half-span shrouds and / or tips. In addition, the last-stage nozzle may further conform to a design having an LSB with a conventional section twist from the foot to the tip, or may begin at a location that is reasonably (~ 25%) away from the foot. have adapted inlet openings to maintain low reaction to the foot. The adjustment should be such as to ensure that the LSB inlet flow angle at all radial locations is as close as possible to the entrance angle that is preferred on the LSB metal section. Alternatively, a completely newly developed diffuser can be used. The adaptation or newly developed diffuser will ensure the highest level performance possible. The approach of LSB design described herein can be used in both conventional and high exhaust pressure designs, the latter having significantly higher exhaust pressure limitations required for steam turbines in power plants having an air-cooled condenser operating at high ambient temperature conditions.

Die beschrieben Ausführungsbeispiele dienen dazu, mittels einer neuen Blattkonstruktion strömungsinduzierte Kräfte zu verringern, die außerhalb des Betriebspunkts Schwingungen hervorrufen. Der Blattspitzenabschnitt ist mit dem Ziel konstruiert, unter Drosselungsbedingungen auftretenden Strömungsabriss weitgehend zu vermindern. Speziell wird dies erreicht, indem ein Spitzenabschnittsneigungswinkel in Bezug auf die tangentiale Richtung bei einem spezifizierten Winkel festgelegt wird. Auf diese Weise wird ein sicherer Betriebsbereich erweitert, was den Kunden mehr Freiheit verleiht und ein Ansprechen auf die Lastanforderung insbesondere bei heißem Wetter ermöglicht. Darüber hinaus wird die Zuverlässigkeit der Schaufeln der letzten Stufe gesteigert, insbesondere in Fällen, in denen der Kunde die Turbine jenseits der vom Hersteller empfohlenen Grenzen betreibt. The described embodiments serve to reduce by means of a new blade construction flow-induced forces that cause vibrations outside of the operating point. The blade tip section is designed with the goal of substantially reducing stagnation under stall conditions. Specifically, this is achieved by setting a tip portion tilt angle with respect to the tangential direction at a specified angle. In this way, a safer operating range is expanded, giving customers more freedom and allowing them to respond to the load requirement, especially in hot weather. In addition, the reliability of the last stage buckets is increased, especially in cases where the customer operates the turbine beyond the manufacturer's recommended limits.

Während die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, von dem gegenwärtig angenommen wird, dass es sich am besten verwirklichen lässt, ist es jedoch selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sein soll, sondern vielmehr vielfältige Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken soll, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen. While the invention has been described in terms of a preferred embodiment which is presently believed to be best practiced, it should be understood that the invention is not intended to be limited to the described embodiments, but rather to cover various modifications and equivalent arrangements which fall within the scope of the appended claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Niederdruck-(LP)-Dampfturbinenabschnitt Low-pressure (LP) -Dampfturbinenabschnitt
1212: Rotor rotor
1414: Welle wave
1616: Reihe von Schaufeln der letzten Stufe (LSB) Row of last stage blades (LSB)
1818: Laufräder impellers
2020: Schaufeln shovel
2222: Stationäre Leitapparate Stationary nozzles
2424: Dampf steam
2626: Einlass inlet
201201: Fußende foot
202202: Spitzenende sharp end

Claims

A turbine blade having an airfoil having a cross-section in the form of an airfoil profile, the turbine blade wound from a root end to a tip end, wherein a degree of twisting comprises an accumulated angular offset of the tip end in a range of 10-15˚ with respect to defined tangential direction, thereby reducing an excessive negative angle of incidence with respect to the tangential direction by 15-20˚.

A turbine blade according to claim 1, wherein the degree of distortion defines an accumulated angular offset of the tip end of 13˚, thereby reducing an excessive negative angle of incidence by 17˚.

A turbine blade according to claim 1, having a leading edge, the leading edge being rounded to reduce sensitive behavior with respect to a positive angle of incidence.

The turbine bucket of claim 1, wherein a height dimension is defined as 0% height at the foot end and 100% height at the tip end, and wherein the turbine bucket is warped in a portion between 30-60% of the height to a degree greater than in other sections of the turbine blade.

The turbine bucket of claim 1, wherein the turbine bucket is wound at the root end to a degree that is greater than the remaining portions of the turbine bucket.

The turbine blade of claim 1, wherein the turbine blade is a last stage blade of a turbine.

The turbine blade of claim 6, wherein a maximum height of the turbine blade at an operating speed of 3600 rpm is 35 inches.

The turbine blade of claim 6, wherein at an operating speed of X rpm, a maximum height of the turbine blade is 3600 / X x 35.

Turbine, which includes: a rotor; a rotatable shaft which rotates together with the rotor; and a turbine connected to the rotatable shaft and the rotor, the turbine having a plurality of axially spaced impellers, each impeller having a plurality of blades connected thereto, each of the blades having a cross section in the form of an airfoil profile, a last stage blade from a root end to a tip end, and wherein a degree of distortion defines an accumulated angular offset of the tip end in a range of 10-15 ° with respect to a tangential direction, thereby causing an excessive negative angle of incidence with respect to the tangential direction decreased by 15-20˚.

A turbine according to claim 9, wherein the degree of distortion defines an accumulated angular offset of the tip end of 13˚, thereby reducing an excessive negative angle of incidence by 17˚.

The turbine of claim 9, wherein the last stage blade has a leading edge, the leading edge being rounded to reduce sensitive behavior with respect to a positive angle of incidence.

A turbine according to claim 9, wherein a height dimension of the last-stage blade is defined as 0% height at the foot end and 100% height at the tip end, and wherein the last-stage blade in a section is between 30-60% of the height up to one Degree is greater than in other sections of the blade.

A turbine according to claim 9, wherein the last stage blade is wound at the root end to a degree greater than other portions of the blade.

The turbine of claim 9, wherein a maximum height of the last stage bucket at an operating speed of 3600 RPM is 35 inches.

The turbine of claim 9, wherein a maximum height of the last stage bucket at an operating speed of X rpm is 3600 / X x 35 inches.

A method of reducing flow-induced vibration in a last-stage turbine blade, wherein the turbine blade is wound from a root end to a tip end, the method including the step of twisting the turbine blade to a degree that defines an accumulated angular offset of the tip end in a range of 10-15 ° with respect to a tangential direction, thereby causing an excessive negative angle of incidence with respect to the tangential direction Direction is reduced by 15-20˚.

The method of claim 16, wherein the step of twisting is performed such that the degree of twisting defines an accumulated angular offset of the tip end of 13˚, thereby reducing an excessive negative angle of incidence by 17˚.

The method of claim 16 including the step of rounding a leading edge of the turbine blade to reduce sensitive behavior with respect to a positive angle of incidence.