DE2735494C3 - Beschaufelung einer Turbine für kompressibles Arbeitsmittel - Google Patents

Beschaufelung einer Turbine für kompressibles Arbeitsmittel

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DE2735494C3
DE2735494C3 DE2735494A DE2735494A DE2735494C3 DE 2735494 C3 DE2735494 C3 DE 2735494C3 DE 2735494 A DE2735494 A DE 2735494A DE 2735494 A DE2735494 A DE 2735494A DE 2735494 C3 DE2735494 C3 DE 2735494C3
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Groupe Europeen Pour La Technique Des Turbines A Vapeur Gett Sa Paris
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Description

Qz
"- ■ rb
/ 2 ί --JZ
1 —
ist, wobei rb der Abstand der Basis der Laufschaufeln von der Turbinenachse und x0 der Reaktions-
so
gewählt wird, wobei Ao der Reaktionsgrad an der sr> Basis der letzten Stufe des inneren Stroms und rb der Abstand der Basis der Laufschaufeln von der Turbinenachse ist.
3. Beschaufelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß X2 zwischen 0,3 λί und 0,7 x\ liegt.
4. Beschaufelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (13) zwischen den beiden koaxialen Strömungen in Höhe der Laufschaufeln (7) der letzten Stufe (8) in einem durchschnittlichen Abstand rp von der Turbinenach- 4·-, se liegt, der zwischen 1,25 ro und 1,55 rb beträgt, wobei rb der Abstand der Basis der Laufschaufeln von der Turbinenachse ist.
5. Beschaufelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enthalpieabfälle der inne- <-,n ren Strömung in der vorletzten (10) und der letzten Stufe (8) in etwa gleich sind.
6. Beschaufelung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wert X2 in etwa gleich^-ist.
7. Beschaufelung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (13) zwischen den beiden koaxialen Strömungen in Höhe der Laufschaufeln (7) der letzten Stufe (8) in einer durchschnittlichen Entfernung rp von der «ι Turbinenachse liegt, die in etwa gleich
grad an der Basis der letzten Stufe der inneren Strömung ist
8. Beschaufelung nach einem der Ansprüche 5 ader 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (13) zwischen den beiden koaxialen Strömungen in Höhe der Laufschaufeln (7) der letzten Stufe (8) in einer durchschnittlichen Entfernung rp von der Turbinenachse liegt, die in etwa gleich j/2 - rb ist, wobei rb der Abstand der Basis der Laufschaufeln von der Turbinenachse ist
Die Erfindung bezieht sich auf die Beschaufelung einer Turbine für kompressibles Arbeitsmittel, bei der das an der drittletzten Stufe austretende Arbeitsmittel durch eine Ringwand in zwei koaxiale Ströme unterteilt ist, wobei der innere und der äußere Strom zwischen dem Austritt der drittletzten Stufe und dem Austritt der letzten Stufe im wesentlichen denselben Enthalpieabfall erfahren und der innere Strom mit einem Enthalpieabfall Q\ für die vorletzte und einem Enthalpieabfall Q2 für die letzte Stufe fließt, während der äußere Strom nur eine Stufe beaufschlagt.
In bekannten sogenannten Baumannturbinen durchquert der äußere Strom die vorletzte Stufe der Turbine.
Baumannturbinen weisen den Vorteil auf, einen großen Ausgangsquerschnitt zu besitzen, jedoch haben sie auch Nachteile. Sie benötigen vor allem zwei Räder mit langen Laufschaufeln, deren Herstellung schwierig und teuer ist, und außerdem sind bei kondensierbarem Arbeitsmittel die Schaufeln der letzten Stufe einer starken Erosionsbeanspruchung ausgesetzt. Weiter ist aus der US-PS 14 93 266 eine Turbine bekannt, bei der ein äußerer Teilstrom am Austritt der drittletzten Stufe abgezweigt wird, der nur noch eine weitere Stufe beaufschlagt. Hierbei ergibt sich jedoch ein Leistungsverlust aus der Tatsache, daß der statische Druck zu beiden Seiten einer Ringwand sehr unterschiedlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der Nachteile der obenerwähnten Baumannlurbinen eine Beschaufelung anzugeben, bei der der statische Druck zu beiden Seiten der Ringwand etwa gleich ist.
Die erfindungsgemäße Beschaufelung einer Turbine mit kompressiblem Arbeitsmittel ist im Patentanspruch 1 angegeben.
In der erfindungsgemäßen Beschaufelung sind die langen Laufschaufeln der letzten Stufe weniger breit als die der letzten Stufe einer herkömmlichen Turbine, die bei gleicher Schaufellänge denselben Arbeitsmitteldurchsatz bewältigen würde.
Es ist ganz allgemein bekannt, daß Laufschaufeln einer letzten Stufe an der Basis ein sehr stark gewölbtes Profil aufweisen, das zum Schaufelende hin immer flacher wird.
Um die Zug- und Biegebeanspruchungen auf einem ausreichend niedrigen Wert zu halten, sieht man sehr große Querschnitte vor, vor allem an der Schaufelbasis, was in axialer Richtung zu einem großen Raumaufwand führen kann.
In der erfindungsgemäßen Turbine erfolgt die Profiländerung der Laufschaufel auf der letzten Stufe von ihrer Basis bis zu ihrem oberen Ende hin vorzugsweise diskontinuierlich, und das Profil der Schaufel ist oberhalb des Zwischenrings zwischen den beiden Strömungen stärker gewölbt als unterhalb.
Diese geometrische Besonderheit ergibt sich direkt
aus der Tatsache, daß in der letzten Stufe eier Reaktionsgrad der Strömung plötzlich beim Oberschreiten der Grenze zwischen dem inneren und äußeren Strom abnimmt
Das örtliche Anwachsen der Wölbung — und somit der Steifigkeit — überträgt sich in abnehmendem Maße über die gesamte Länge der im äußeren Strom befindlichen Laufschaufel, so daß bei gleichbleibender Biegebeanspruchung die Breite der Schaufel im Verhältnis zu einer herkömmlichen Schaufel erheblich verringert werden kann. Diese Verringerung der Breite wird durch den Querschnitt bestimmt, der durch die aerodynamischen Kräfte der größten Biegebeanspruchung ausgesetzt ist, und kommt durch eine proportionale Verringerung der übrigen Querschnitte und insbesondere des Basisquerschnitts zum Ausdruck, ohne daß die zentrifugale Zugbeanspruchung sich dadurch ändert.
Außerdem kann der Enihalpieabfall im im äußeren Strom gelegenen Teil der letzten Stufe stets gleich oder ungefähr gleich dem einen optimalen aerodynamischen Wirkungsgrad mit sich bringenden Enthalpieabfall gewählt werden, da dieser im äußeren Strom ausreichend groß ist. Außerdem sind nunmehr für den Fall eines kondensierenden Arbeitsmittels diese Schaufeln vor der auf Tröpfcheneinwirkung zurückzuführenden Erosion geschützt.
Die Aufprallenergie der Arbeitsmitteltröpfchen im inneren Strom ist wesentlich geringer, so daß man für diesen Teil der letzten Stufe einen Enthalpieabfall wählen kann, der nicht so weit von demjenigen Enthalpieabfall entfernt ist, der den optimalen Wirkungsgrad garantiert, obwohl dieser Enthalpieabfall wesen tlich geringer als der des äußeren Stroms ist.
Ferner ist bekannt, daß die Strömung in der letzten Stufe einer Turbine mit kompressiblem Arbeitsmittel dann, wenn der Arbeitsmitteldurchsatz unter seinen Anpassungswer*. absinkt, eine starke Störung erfährt, bei der das Arbeitsmittel die Tendenz hat, lediglich den äußeren Teil der Schaufeln zu durchqueren und nicht mehr den unteren Teil zu füllen. Diese Erscheinung, die bis zur Erzeugung von umlaufenden Profilverschiebun gen auf den oberen Schaufelprofilen führen kann, hat einen raschen Wirkungsgradabfall zur Folge und bringt sehr gefährliche, auf die Schaufeln einwirkende pulsierende Kräfte n'it sich, sobald die umlaufende Profilverschiebung auftaucht. Diese Nachteile kommen um so stärker ram Ätzdruck, je größer das Verhältnis Schaufellänge 7u BasteMurchmesser ist.
Mit der Erfindung herden diese nachteiligen Auswirkungen gemindert. <M wegen der Beibehaltung des Abfalls Q\ + O2 über tfie beiden letzten Stufen hinweg der innere Strom Pei geringen Durchsätzen voll erhalten bleibt, und dii <-ler äußere Strom sich so verhält, als ob er über eine Laufschaufel geleitet würde, die ein günstigeres Verhältnis Länge zu Basisdurchmesser aufweist, als es die al* Gesamtheit betrachtete letzte Stufe besitzt.
Wenn erfindungsgeniäß der Reaktionsgrad
Xy - -x
Qi
Qi+Q2 '
ist, so ist der'Druck in Höhe der Laufschaufeln der letzten Stufe zu beiden Seiten der Trennwand zwischen den beiden Strömungen gleich, so daß jeglicher Arbeitsmittelverlust über diese Trennwand hinweg vermieden wird. Vorzugsweise liegt X2 zwischen 0,3 λί und 0,7 Afi. Wird über die vorletzte und letzte Stufe im vom inneren Strom durchflossenen Teil der Turbine ein gleichmäßiger Enthalpieabfall angenommen, so wird Druckgleichheit zu beiden Seiten des Zwischenrings in
Höhe der Laufschaufeln der letzten Stufe für x2 = γ erreicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Zwischenring zwischen den beiden koaxialen Strömungen in Höhe der Laufschaufeln der letzten Stufe in einem durchschnittlichen Abstand rp von der Turbinenachse, der zwischen 1,25 round 1,55 rb beträgt, wobei rb der Abstand der Basis der Laufschaufeln von der Turbinenachse ist.
Vorzugsweise wird für rp ein Wert von etwa
Q1 +
Qi
11- χ,,
1 -
gewählt, wobei xo der Reaktionsgrad an der Basis der letzten Stufe des inneren Stroms ist. Wenn eine derartige Relation zwischen rp und rb besteht, können Enthalpieabfälle Q\ + Q2 für den äußeren Strom und Q2 für die letzte Stufe des inneren Stroms gewählt werden, die für diese beiden Strömungen einen praktisch gleichen Wirkungsgrad erbringen, der, falls dies gewünscht ist, dem höchsten erreichbaren aerodynamischen Wirkungsgrad entspricht
Wird der Wert für Q\ gleich Q2 genommen, muß für rp in etwa der Wert
2 ' " Xo- ■ rb 1 - χ-,
genommen werden, was in der Praxis einem Wert von rund [/2 · rb entspricht
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Turbine sind besonders bedeutend, wenn man lange Laufschaufeln haben will, die erheblichen zentrifugalen Trägheilskräften ausgesetzt sind, so daß sie Werkstoffe erfordern, wie beispielsweise Titan, die eine sehr hohe elastische Belastbarkeit im Verhältnis zur Dichte aufweisen.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nun unter Bezugnahme auf die drei Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Turbine.
Fig. 2 zeigt eine Laufschaufel der letzten Stufe der Turbine gemäß Fig. 1.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Schaufel aus Fig. I.
Fig. 1 zeigt lediglich die drei letzten Stufen einer Turbine für ein kompressibles Arbeitsmittel, beispielsweise Dampf.
Die Turbine umfaßt einen in einem Stator 2 laufenden Rotor 1.
Die drittletzte Stufe 3 ist in herkömmlicher Weise gebaut und umfaßt ein am Stator 2 befestigtes Leitschaufelrad 4 und ein am Rotor 1 befestigtes Rad 5 mit Laufschaufeln.
Ferner ist in der Turbine eine drehsymmetrische Ringwand 6 mit der Achse GO' der Turbine als Symmetrieachse vorgesehen. Diese Ringwand 6 reicht über den Ausgang der drittletzten Stufe 3 bis vor den Eingang der Laufschaufeln 7 der letzten Stufe 8; s'e ist am Leitschaufelrad 9 der letzten Stufe 8 befestigt, das seinerseits am Stator 2 angebracht ist.
Die vorletzte Stufe 10 enthält ein Rad 11 mit
Leitschaufel sowie ein Rad 12 mit Laufschaufeln. Das Rad 11 mit den Leitschaufeln ist an der Ringwand 6 befestigt und umgibt den Rotor 1; es befindet sich in dem durch die Ringwand 6 nach Außen begrenzten Raum.
Das Rad 12 mit der Laufschaufel ist auf dem Rotor 1 befestigt und seine Peripherie liegt in der Nähe der Ringwand 6.
Das Laufrad 7 der letzten Stufe 8 ist mit einem rotalionssymrnetrischen Zwischenring 13 versehen, der in etwa in der Verlängerung der Ringwand 6 liegt. Dieser Zwischenring 13 besitzt Zylinder- oder Kegelstumpfform. An der Berührungssleüe der Ringwand mit dem Zwischenring ist eine Dichtung 14 vorgesehen, die beispielsweise aus einer oder mehreren auf der Ringwand 6 gegenüber dem Ende des Zwischenrings 13 angebrachten Lippen besteht.
Der Reaktionsgrad χ jeder Laufschaufel der letzten Stufe 8 nimmt von der Schaufelbasis von einem Wert xo bis zum Zwischenring 13 zu, wo er einen Wert X] erreicht, der beispielsweise zwischen 30 und 60% liegt. Der Reaktionsgrad xo an der Schaufelbasis liegt beispielsweise zwischen —10 und +20%.
Der Reaktionsgrad X2 oberhalb des Zwischenrings wird im Bereich zwischen 0,3 x, und 0,7 x\ gewählt und nimmt bis zum Schaufelende zu.
F i g. 2 zeigt eine Laufschaufel der letzten Stufe mit dem Fuß 15, der zur Befestigung dieser Schaufel auf dem Rotor dient, sowie einem Element 13' des Zwischenrings 13, durch den der die Antriebskraft des inneren Stroms aufnehmende Teil 16 der Schaufel vom dem äußeren Strom ausgesetzten Teil 17 getrennt wird.
Der Fuß 1!>, der im Fall der Fig. 2 in Form des herkömmlichen Steckfußes ausgeführt ist, könnte auch anders ausgeführt sein, beispielsweise in Form eines Tannenbaumfußes.
Das Element 13' des Zwischenrings 13 bildet einen festen Bestandteil der Laufschaufel und schließt sich präzise an die entsprechenden Elemente der benachbarten Schaufeln an, so daß sich der komplette Zwischenring ergibt, der den inneren Arbeitsmittelstrom einschließt. Dieses Element 13' kann durch Gesenkschmieden mit dem Schaufelkörper erhallen werden, wenn letzterer direkt durch Schmieden hergestellt wird; dieses Element kann auch aus dem Vollen gefräst werden. Die Elemente 13' der aufeinanderfolgenden Schaufeln werden beim Montieren der Schaufeln auf den Rotor miteinander in Berührung gebracht und werden beim Lauf der Turbine unter der aufgrund der Zentrifugalkräfte entstehenden Aufdrehung der Schaufein aneinandergepreßt
In ihrem oberen Bereich 17 kann die Schaufel, falls erforderlich ein Deckband oder Bindedrähte aufweisen.
F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Schaufel der letzten Stufe senkrecht zur Schaufelachse in einer Höhe etwas oberhalb des Zwischenrings 13. Im Schnitt ist der Bereich 17 der Laufschaufel gemäß seinem Grundprofil 52 zu sehen, das wegen des geringen Werts des örtlichen Reaktionsgrades X2 stark gewölbt ist. In dieser Figur sind außerdem die Ecken A, B, C, Dund A', B', C", D'dargestellt, die untereinander parallele Kanten des Elements 13' festlegen, die sich an die entsprechenden Kanten der Elemente 13' der benachbarten Schaufeln anpassen. Der Rand A bis D des Elements 13' kann beispielsweise auch kreissektorförmig sein.
Das angedeutete Profil 51 ist das Profil des Schnitts durch den Blatteil 16 der Laufschaufel und liegt auf einem Radius, der unmittelbar unter dem des Zwischenrings 13 liegt. Da der Reaktionsgrad x\, unter dem dieses Profil arbeitet, größer als X2 ist, ist 51 weniger gewölbt als 52. Beachtet man jedoch einige Vorsichtsmaßnahmen, die im wesentlichen darin bestehen, die Schwerpunkte G der beiden Profile auf einem Radialstrahl anzuordnen, ihnen in etwa gleiche Ausgangswinkel zu verleihen und 51 unter einem negativen aerodynamischen Einfallswinkel arbeiten zu lassen, kann die unterbrochene Formkontinuität zwischen 52 und 51 stark verringert werden. Auf diese Weise wird ein zu starkes Anwachsen der Zentrifugalbeanspruchungen an der Steile, an der der Körner der Laufschaufel der a·1^ den Teilen 16 und 17 besteht, den Zwischenring 13 durchquert, vermieden werden.
In F i g. 1 sieht man, daß der Zwischenring 13 in einem mittleren Abstand rp von der Achse OO' der Turbine angeordnet ist. Der Abstand der Schaufelbasis von der Achse OO'ist.
Die Ringwand 6 trennt den aus der drittletzten Stufe 3 austretenden Arbeitsmittelfluß in zwei koaxiale Strömungen, eine äußere und eine innere. Die äußere Strömung läuft in einem durch den Stator 2 und die Ringwand 6 und den Zwischenring 13 begrenzten äußeren Kanal 18.
Die innere Strömung fließt in einem durch die Ringwand 6 und den Zwischenring 13 und den Rotor 1 begrenzten Kanal 19.
Der äußere Kanal 18 umfaßt lediglich eine Stufe, die Stufe 8, während der innere Kanal 19 zwei Stufen, die Stufen 10 und 8 umfaßt.
Im inneren Kanal 19 beträgt der Enthalpieabfall in der vorletzten Stufe 10 Q\ und in der letzten Stufe 8 Q2.
Da die Enthalpieabfälle im inneren und äußeren Kanal praktisch gleich sind, beträgt der Enthalpieabfall im äußeren Kanal ungefähr Qi + Qz.
Es ist bekannt, daß der den besten aerodynamischen Wirkungsgrad liefernde Enthalpieabfall proportional zu der Antriebsgeschwindigkeit Ub der Grundströmung zugeordneten kinetischen Energie
ist und daß, wenn letzterer wirksam wird,
Proportionalitätskoeffizient k in etwa gleich 4 ist.
Im äußeren Kanal 18 ist £4 die Antriebsgeschwindigkeit der oberhalb des Zwischenrings 13 liegenden Strömung. Da der Reaktionsgrad X2 niedrig ist und rp größer als rb ist, ist die Geschwindigkeit Uboberhalb des Zwischenrings 13 größer als an der Schaufelbasis, und der optimale Abfall ist größer als der in einer herkömmlichen letzten Stufe. Daraus folgt, daß man für Qi + Q2 einen Wert von etwa gleich diesem Abfall wählen kann, der den optimalen Wirkungsgrad bietet, da die auf Tröpfchenbildung des Arbeitsmittels zurückzuführende Erosion wegen gerade dieses höheren Werts des Abfalls vermieden wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß in der letzten Stufe einer herkömmlichen Turbine, bei der der den optimalen Wirkungsgrad bietende Enthalpieabfall q ist, üblicherweise ein Ethalpieabfall von etwa 1,5 q gewählt wird, um die auf Tröpfchen des kondensierten Arbeitsmittels zurückzuführende Erosion zu vermeiden, woraus sich eine erhebliche Verschlechtung des Wirkungsgrads ergibt
Um im inneren größeren Kanal denselben Wirkungsgrad zu erreichen, müssen die Abstände rp und rb im
großen und ganzen der Relation von
rp =
Ö2 + ßi 1 -
1 -X2
rb
gehorchen, wobei xo der Reaktionsgrad an der Basis der letzten Stufe der inneren Strömung ist. So kann, wenn Q\ + Qi dem den optimalen Wirkungsgrad für den äußeren Kanal bietenden Enthalpieabfall entspricht, auch der dem optimalen Wirkungsgrad für den inneren Kanal entsprechende Abfall erhalten werden.
Der Enthalpieabfall Qi reicht nicht aus; um die Masse der auf die Laufschaufeln auftreffenden Tröpfchen des Arbeitsmittels spürbar zu verringern; jedoch ist dies unerheblich, da wegen der geringen Umfangsgeschwindigkeit der Schaufeln im inneren Kanal der Aufprall der Tröpfchen nicht sehr stark ist.
Falls Q2 gleich Qi ist und X2 in etwa gleich xo ist, wird für rp ein Wert von etwa j/2" · ro gewählt.
Es ist günstig, wenn man die Drücke zu beiden Seiten der Ringwand 6 zwischen dem Leitrad 9 und dem Laufrad 7 ausgleicht, so daß Arbeitsmittellecks vermieden werden und der Wirkungsgrad verbessert wird. Dies wird erreicht, wenn man für X2 einen Wert von etwa
Qi + Qi
wählt.
Wählt man Qi = Q2, dann ergibt dies für x2 einen Wert von etwa ^r. Wenn die Lecks auf diese Weise
verringert worden sind, ist es möglich, die Dichtung 14 fortfallen zu lassen und den Zwischenring 13 exakt in Verlängerung der Ringwand 6 vorzusehen.
Es ist darauf hinzuweisen, daß für über rp hinausgehende Radien für die Laufschaufeln der letzten Stufe die Wölbung der Schaufeln größer ist als die des
ίο Querschnitts einer herkömmlichen langen Schaufel, die in einer Entfernung von rp von der Achse angeordnet ist. Daraus folgt, daß das Widerstandsmoment der erfindungsgemäßen Schaufel größer als das einer herkömmlichen Schaufel ist, so daß wesentlich kleiner bemessene und leichter herstellbare Schaufeln erzielt werden.
Die langen Laufschaufeln der letzten Stufe können aus Chromstahl oder Titan gefertigt werden.
Die Leitschaufeln und die Laufschaufeln der vorletzten Stufe 10 werden nur von einem Bruchteil des Gesamtdurchsatzes beaufschlagt, so daß sie notwendigerweise kürzer werden als Schaufeln der vorletzten Stufe einer herkömmlichen Turbine.
Daraus ergibt sich eine Vereinfachung, mit der darüber hinaus die axiale Abmessung dieser Stufe und folglich die Länge des Rotors verringert werden können.
Die Erfindung wird vor allem bei Dampfturbinen eingesetzt, jedoch ist sie auch vorteilhaft bei der Herstellung von Endstufen jeder Turbine, die einen großen Arbeitsmitteldurchsatz hat, wie beispielsweise Gashochleistungsturbinen einsetzbar.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Beschaufelung einer Turbine für kompressibles Arbeitsmittel, bei der das an der drittletzten Stufe austretende Arbeitsmittel durch eine Ringwand in zwei koaxiale Ströme unterteilt ist, wobei der innere und der äußere Strom zwischen dem Austritt der drittletzten Stufe und dem Austritt der letzten Stufe im wesentlichen denselben Enthalpiea'ofall erfahren und der innere Strom mit einem Enthalpieabfall Q\ für die vorletzte und einem Enthalpieabfall Q2 für die letzte Stufe fließt, während der äußere Strom nur eine Stufe beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (7) der letzten Stufe (8) als Doppelschaufeln mit einem Zwischenring (13) in Höhe des Austritts der Ringwand (6) ausgebildet sind, und daß das Profil (S 2) des äußeren Schaufelblattes (17) am Zwischenring einen Reaktionsgrad X2 aufweist, der gleich
[02/(0. + Qi)] ■ xi
ist, wobei x\ der Reaktionsgrad des Profils (Si) des inneren Schaufelblattes (16) am Zwischenring ist.
2. Beschaufelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (13) zwischen den beiden koaxialen Strömungen in Höhe der Laufschaufeln (7) der letzten Stufe (8) in einem durchschnittlichen Abstand rp von der Turbinenachse liegt, der etwa zu
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0043602A1 (de) * 1980-07-09 1982-01-13 BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. Dampfturbine mit Heizdampfentnahme
FR2523642A1 (fr) * 1982-03-19 1983-09-23 Alsthom Atlantique Aubage directeur pour veines divergentes de turbine a vapeur
JPS62126322U (de) * 1986-01-29 1987-08-11
JPS62126323U (de) * 1986-02-03 1987-08-11
US4878811A (en) * 1988-11-14 1989-11-07 United Technologies Corporation Axial compressor blade assembly
US7631484B2 (en) * 2006-03-13 2009-12-15 Rollin George Giffin High pressure ratio aft fan
US7517195B2 (en) * 2006-04-25 2009-04-14 General Electric Company Nested turbine bucket closure group
SE0700586L (sv) * 2007-03-09 2008-03-11 Eriksson Dev And Innovation Ab Turbinanordning
GB0901473D0 (en) * 2009-01-30 2009-03-11 Rolls Royce Plc An axial-flow turbo machine
JP2010216321A (ja) * 2009-03-16 2010-09-30 Hitachi Ltd 蒸気タービンの動翼及びそれを用いた蒸気タービン
JP5308995B2 (ja) * 2009-11-06 2013-10-09 株式会社日立製作所 軸流タービン
JP5677332B2 (ja) * 2012-01-23 2015-02-25 株式会社東芝 蒸気タービン
US9737933B2 (en) 2012-09-28 2017-08-22 General Electric Company Process of fabricating a shield and process of preparing a component
WO2015088833A1 (en) * 2013-12-12 2015-06-18 United Technologies Corporation Systems and methods controlling fan pressure ratios
FR3097262B1 (fr) 2019-06-14 2023-03-31 Safran Aircraft Engines Pi Aji Aube de turbomachine avec talon optimise et procede d’optimisation d’un profil d’aube

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR565976A (de) * 1924-02-07
GB190914053A (en) * 1909-06-15 1909-10-21 Charles Anton Kaiser Improvements in Steam Turbines.
US1343956A (en) * 1917-08-23 1920-06-22 British Westinghouse Electric Steam-turbine
US1263473A (en) * 1917-09-25 1918-04-23 Gen Electric Elastic-fluid turbine.
US1493266A (en) * 1922-12-05 1924-05-06 Gen Electric Elastic-fluid turbine
FR574106A (fr) * 1922-12-05 1924-07-05 Thomson Houston Comp Francaise Perfectionnements aux turbines à fluide élastique
US1597467A (en) * 1923-09-12 1926-08-24 Westinghouse Electric & Mfg Co Turbine blading
FR731766A (fr) * 1931-03-24 1932-09-08 Ljungstroms Angturbin Ab Dispositif applicable aux jeux d'aubes axiales de turbines à gaz ou à vapeur
GB719236A (en) * 1952-02-06 1954-12-01 English Electric Co Ltd Improvements in and relating to multi-stage axial flow compressors
BE638547A (de) * 1962-10-29 1900-01-01

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Publication number Publication date
IT1085655B (it) 1985-05-28
JPS6128801B2 (de) 1986-07-02
DE2735494B2 (de) 1979-06-21
DE2735494A1 (de) 1978-02-16
NL182901C (nl) 1988-06-01
CH616485A5 (de) 1980-03-31
US4165949A (en) 1979-08-28
FR2361531A1 (fr) 1978-03-10
GB1525219A (en) 1978-09-20
FR2361531B1 (de) 1979-06-01
NL7708556A (en) 1978-02-15
JPS5322904A (en) 1978-03-02

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