DE2944987B2

DE2944987B2 - Laufschaufel für Dampfturbinen

Info

Publication number: DE2944987B2
Application number: DE2944987A
Authority: DE
Inventors: Katsukuni Hisano; Takao Hitachi Mizoi; Toshimi Tan
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-11-10
Filing date: 1979-11-07
Publication date: 1981-06-25
Also published as: JPS5564104A; US4342542A; CH644433A5; JPS5633561B2; DE2944987C3; DE2944987A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Laufschaufel für Dampfturbinen mit einem Turbinenrotor, an dem eine Mehrzahl Laufschaufeln befestigt ist, die nach radial außen verlaufen, wobei jede Laufschaufel an der Vorderkante ihres radial äußeren Endes eine erosionsfeste Platte trägt, und zur Verminderung der mechanischen Spannungen am Fußteil der erosionsfesten Platte eine Auswölbung vorgesehen ist.

Eine derartige Laufschaufel zeigt die DE-OS 04 724.

Durch die Anordnung dieser Auswölbung am Fußteil der erosionsfesten Platte, die von der Vorderkante der Laufschaufel zur Dampfeintrittsseite vorsteht, wird die Laufschaufelbreite vergrößert und die am Fußteil der erosionsfesten Platte erzeugten mechanischen Spannungen werden vermindert. Das hat seine Ursache darin, daß normalerweise die erosionsfeste Platte aus Co-W-Legierungsstahl besteht, der ein spezifisches Gewicht von 8 — 8,5 hat, das etwa zweimal so hoch ist wie das des Werkstoffs (Ti-Legierungsstahl) der Laufschaufeln. Deshalb werden am Fußteil der erosionsfesten Platte durch rlie Fliehkraftbelastung sehr hohe mechanische Spannungen erzeugt.

Um eine drastische Steigerung der Spannungen am Fußteil der erosionsfesten Platte gleichmäßig zu beseitigen, muß jedoch die genannte Auswölbung relativ groß sein, damit die Schaufelbreite ausreichend groß wird. Dies bringt aber eine siarke Verminderung des Turbinen-Wirkungsgrads infolge von Profilverlusten mit sich. Ferner wird die Erosion an der an der Vorderkante der Laufschaufel gebildeten Auswölbung stärker. Außerdem tritt eine stärkere Verformung der Laufschaufel beim Schweißen auf aufgrund der größeren Schweißstellenlänge zwischen der erosionsfesten Platte und der aus Ti-Legierungsstahl bestehenden Laufschaufel.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, unter Vermeidung dieser Nachteile eine Dampfturbinen-Laufschaufel zu schaffen, bei der die in der Laufschaufel nahe dem Fußteil der erosionsfesten Platte auftretenden mechanischen Spannungen vermindert werden und durch Vermeidung von Profilverlusten ein hoher Turbinen-Wirkungsgrad erzielt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale.

Infolge der erfindungsgemäßen Maßnahmen hat die Laufschaufel eine solche radiale Querschnittsbereichs-Verteilung, daß der Querschnittsbereich an dem die

2) Auswölbungen aufweisenden Teil größer a!s an anderen, diesem Laufschaufelteil in radialer Richtung benachbarten Teilen ist Dadurch werden die an dem Laufschaufelteil nahe dem Fuß der erosionslesten Platte auftretenden mechanischen Spannungen vermindert.

j» Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Laufschaufel aus Ti-Legierungsstahl; F i g. 2 eine Schnittansicht H-Il nach F i g. 1; und

r> F i g. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Länge der Laufschaufel nach der Erfindung und der in ihr auftretenden mechanischen Spannung zeigt.

F i g. 1 zeigt die Form der Dampfturbinen-Laufschaufel. Dabei weist die Laufschaufel 2 aus Ti-Legierungs-

•lii stahl wie im Fall der herkömmlichen Laufschaufel an der Vorderkante des radial äußeren Schaufelteils eine erosionsfeste Platte 1 auf, die aus Co-W-Legierungsstahl besteht und mittels einer Schweißverbindung 4 an der Schaufel befestigt ist.

π Nahe dem Fuß la der erosionsfesten Platte 1, wo die Platte 1 an dem dem Turbinenrotor näheren Ende an der Laufschaufel 2 befestigt ist, weist die Laufschaufel 2 Auswölbungen 7 auf, die von beiden Seiten der Laufschaufel 2 in deren Dickenrichtunc vorstehen. Jede

ίο Auswölbung 7 hat eine gewölbte Oberfläche und Bogenquerschnitt. Die Form der Auswölbungen 7 ist insbesondere aus F i g. 1 und 2 ersichtlich.

Die Dicke der erosionsfesten Platte ist im wesentlichen gleich derjenigen der Laufschaufel 2 aus

ή Ti-Legierungsstahl, und zwar über die Länge der Platte 1 zwischen einem Punkt radial außerhalb des Fußes la und dem radial äußersten Ende der Platte 1. Die Laufschaufel 2 ist mit den Auswölbungen 7 versehen, die von beiden Schaufelseiten nahe dem Fuß la der

wi erosionsfesten Platte in Dickenrichtung der Laufschaufel 2 vorstehen. Infolgedessen ist die größte Dicke h des Teils der Laufschaufel 2, an dem die Auswölbungen 7 gebildet sind, größer als die größte Dicke (i der erosionsfesten Platte 1. Durch Ausbilden der Auswöl-

i>"> bungen 7 mit Bogenquerschnitt hat die Laufschaufel 2 an dem Teil nahe dem Fuß lader Platte 1 eine größere Querschnittsfläche als an ihren anderen Teilen. Infolge dieses vergrößerten Querschnittsbereichs wird die

unerwünschte starke Erhöhung der mechanischen Spannungen nahe dem Fußteil la der Platte 1 praktisch vermieden.

Die optimale Laufschaufeldicke ist durch die folgende Gleichung gegeben:

1,1 fi<f₂</i · (γ,/γτ)
mit

t₂ = größte Dicke der Laufschaufel an dem die

Auswölbungen 7 aufweisenden Teil,
ii = größte Dicke der erosionsfesten Platte 1,
γs = spezifisches Gewicht der Platte 1, und
γτ = spezifisches Gewicht der Laufschaufel 2 aus Ti-LegierungsstahL

Fig. 3 zeigt dii Spannungsverteilung in der die Auswölbungen 7 aufweisenden Laufschaufel.

Daraus ist ersichtlich, daß die mechanischen Spannungen in der Laufschaufel nahe dem Fuß la der erosionsfesten Platte 1 durch die Ausbild'ing der in Dickenrichtung vorgesehenen Auswölbungen 7 stark vermindert werden im Gegensatz zu herkömmlichen Laufschaufeln, deren mechanische Spannungen durch die Strichlinienkurve bezeichnet sind.

Es ist also möglich, eine vorteilhafte Verteilung der j mechanischen Spannungen in der Laufschaufel durch Vorsehen der in Dickenrichtung vorstehenden Auswölbungtn zu erhalten. Außerdem wird durch die geringe Vergrößerung der Schaufeldicke infolge der Bildung der Auswölbungen kein schlechterer Wirkungsgrad erhal-

iü ten. Durch die größere Laufschaufeldicke wird ferner die durch das Anschweißen der Platte 3 auftretende wärmebedingte Formänderung der Laufschaufel vermindert. Auch ist es möglich, eine erosionsfeste Platte mit im wesentlichen geradliniger Form zu verwenden, wodurch wiederum eine einfache Herstellung der erosionsfesten Platte sowie eine Verminderung der Anzahl Arbeitsschritte bei der Herstellung der Laufschaufel möglich ist, so daß eine Turbinen-Laufschaufel mit verbesserter Betriebssicherheit und erhöhter Zuverlässigkeit geschaffen wird.

Hierzu 2 Bliilt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Laufschaufel für Dampfturbinen mit einem Turbinenrotor, an dem eine Mehrzahl Laufschaufeln befestigt ist, die nach radial außen verlaufen, wobei jede Laufschaufel an der Vorderkante ihres radial äußeren Endes eine erosionsfeste Platte trägt, und zur Verminderung der mechanischen Spannungen am Fußteil der erosionsfesten Platte eine Auswölbung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Auswölbungen (7) in Dickenrichtung der Laufschaufel (2) auf beiden Seiten eines Laufschaufelteils nahe dem Fuß.(la) der erosionsfesten Platte (1), wo diese an dem dem Turbinenrotor näheren Ende der Laufschaufel (2) befestigt ist, angebracht sind,

daß die Laufschaufel (2) rine solche radiale Verteilung des Querschnittsbereichs aufweist, daß der Querschnittsbereich an dem Laufschaufelteil, an dem die Auswölbungen (7) in Dickenrichtung gebildet sind, größer als an anderen Laufschaufelteilen ist, die diesem Laufschaufelteil in radialer Richtung benachbart sind, und
daß die größte Dicke (t₂) der Laufschaufel (2) an dem Teil, der die Auswölbungen (7) aufweist, der folgenden Bedingung genügt:

1,1 f,<i₂<fi -(γJn)
mit

ti = größte Dicke der erosionsfesten Platte (1),
Ys = spezifisches Gewicht der erosionsfesten Platte

(l),und
γτ = spezifisches Gewicht der Laufschaufel (2).

2. Laufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede in Dickenrichtung gebildete Auswölbung (7) durch eine gewölbte Oberfläche mit Bogenquerschnitt profilier! ist.