DE679925C

DE679925C - Overpressure blade for radially pressurized steam or gas turbines

Info

Publication number: DE679925C
Application number: DEK135570D
Authority: DE
Original assignee: GUSTAV KOEHLER DIPL ING
Current assignee: GUSTAV KOEHLER DIPL ING
Priority date: 1934-10-11
Filing date: 1934-10-11
Publication date: 1939-08-18
Also published as: CH224726A; GB515716A; FR839279A

Description

1`Jberdrucklaufschaufel für radial beaufschlagte Dampf- oder Gasturbinen Der Bau von radial beaufschlagten Turbinen ist vor allem gekennzeichnet durch .die Verwendung von Tragringen zu beiden Seiten einer Schaufelreihe. Diese Abstützung der Schaufeln auf ihren beiden Enden war nach dem Stand der Erkenntnisse notwendig geworden, wenn man einigermaßen brauchbare Schaufellängen erzielen wollte.1 'overpressure rotor blade for radially pressurized steam or gas turbines The construction of radially admitted turbines is primarily characterized by .the Use of support rings on both sides of a row of blades. This support the blades on both ends was necessary according to the state of knowledge if you wanted to achieve reasonably usable blade lengths.

Die Verwendung von Schaufeltragringen ermöglicht aber keineswegs die Erzielung der Schaufellängen, die z. B: bei Kondensationsturbinen notwendig werden. Außerdem beschränken die Schaufeltragringe die ausführbare größte Umfangsgeschwindigkeit auf etwa r8o :bis 185 :m/s. Das Anwendungsgebiet solcher Turbinen beschränkt sich daher nur auf Gegendruck- oder Vorschaltturbinen.However, the use of blade support rings by no means enables that Achieving the blade lengths that z. B: become necessary in condensation turbines. In addition, the blade support rings limit the maximum possible circumferential speed to about r8o: up to 185: m / s. The field of application of such turbines is limited therefore only on back pressure or upstream turbines.

Erst durch die Gegenlaufbauart wurde es bei radial beaufschlagten Turbinen möglich, diese auch als Kondensationsturbinen zu verwenden, doch müssen hier bei größeren Leistungen die Niederdruckstufen axial beaufschlagt werden. Die Gegenläufigkeit bedingt aber beschränktes Anwendungsgebiet, .die Vereinigung von radialer und axialer Beaufschlagung verwickelten Aufbau, hohe Gestehungskosten und schwierigen Zusammenbau und Abbau. Alle diese Nachteile solcher Turbinen werden durch den Umstand hervorgerufen, daß es nicht möglich war, radial beaufschlagte Schaufelreihen mit den Umfangsgeschwindigkeiten und den Schaufellängen auszuführen, wie sie im Turbinenbau notwendig.werden.It was only due to the counter-rotation design that it was acted upon radially Turbines possible to use them as condensation turbines, but must In this case, the low-pressure stages are acted upon axially in the case of higher outputs. the Opposing, however, necessitates a limited area of application, the union of radial and axial loading complex structure, high production costs and difficult assembly and disassembly. All of these disadvantages of such turbines will be caused by the fact that it was not possible to act radially Execute rows of blades with the circumferential speeds and the blade lengths, as they are necessary in turbine construction.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Vergrößerung der Schaufellängen und der zulässigen Umfangsgeschwindigkeiten und erstreckt sich auf die Ausbildung des Schaufelblattes nur einseitig im Schaufelträger unmittelbar befestigter Laufschaufeln. Die bekannte Maßnahme, den Schaufelquerschnitt vom Kopf- zum Fußende hin zunehmen zu lassen, bringt allein eine kaum nennenswerte Verbesserung der Verhältnisse radial beaufschlagter Laufschaufeln, insbesondere der Überdruckschaufeln, die allein für solche Turbinen in Frage kämmen.The present invention aims to increase the blade lengths and the permissible peripheral speeds and extends to the training of the blade only on one side in the blade carrier directly attached blades. The known measure of increasing the blade cross-section from the head to the foot end to leave alone brings a scarcely significant improvement in the conditions radially acted upon rotor blades, in particular the overpressure blades, which are used solely for such turbines in question.

Bei den üblichen Beanspruchungen und Werkstoffen lassen sich aber alle Umfangsgeschwindigkeiten und Schaufellängen, wie sie im neuzeitlichen Turbinenbau vorkommen, für radial beaufschlaagte und einseitig befestigte Überdrucklaufschaufeln ausführen, wenn erfindungsgemäß,der Winkel a zwischen der Richtung der radial wirkenden Fliehkraft R und der Trägheitsachse y-y zum kleinsten Trägheitsmoment vom Kopf nach dem Fuß der Schaufel abnimmt.With the usual loads and materials, however, all circumferential speeds and blade lengths, as they are in modern turbine construction occur for radially loaded and unilaterally attached overpressure blades execute, if according to the invention, the angle α between the direction of the radially acting Centrifugal force R and the axis of inertia y-y to the smallest moment of inertia from the head decreases from the base of the shovel.

Diese Maßnahme findet ihre Erklärung zunächst darin, daß bei radial beaufschlagten Laufschaufeln die ,durch ihre eigenen Fliehkräfte hervorgerufenen Biegebeanspruchungen so groß sind, daß alle übrigen zusätzlichen Beanspruchungen durch andere Kräfte eine untergeordnete Rolle spielen.This measure is explained first in the fact that with radial acted upon blades, the ones caused by their own centrifugal forces Bending stresses are so large that all remaining additional Stresses caused by other forces play a subordinate role.

Die Höhe der Biegebeanspruchungen durch die Schaufelfliehkräfte hängt bei einem gegebenen Verlauf der Flächeninhalte der Schaufelquerschnitte in Abhängigkeit von der Schaufellänge im höchsten Maße von der Gestalt und Lage der einzelnen Schaufelquerschnitte ab, wobei das entscheidende Merkmal die Größe der schiefen Belastung eines Schaufelquerschnittes durch die für ihn in Betracht kommenden Schaufelfliehkräfte ist.The amount of bending stresses caused by the blade centrifugal forces depends for a given course of the surface areas of the blade cross-sections as a function on the blade length to the greatest extent on the shape and position of the individual blade cross-sections with the decisive feature being the magnitude of the oblique loading on a blade cross-section by the blade centrifugal forces that are considered for him.

=Unter schiefer Belastung eines beliebig -gestalteten OOuerschnittes werden die Belastungsfälle verstanden, bei welchen die Rich-. tun- der Kraft mit keiner der Hauptträgheitsachsen zusammenfällt.= Under oblique loading of an arbitrarily shaped OOu section the load cases are understood in which the direction. doing the strength with none of the main axes of inertia coincide.

Bei der im Falle einer schiefen Belasfung notwendig werdenden Zerlegung der Kraft in die beiden Teilkräfte in Richtung der Hauptträgheitsachsen bewirkt die Teilkraft zum kleinsten Trägheitsmoment bei normalen Überdruckschaufeln um ein Mehrfaches höhere Biegebeanspruchungen als die Teilkraft zum größten Trägheitsmoment. Da außerdem die Fliehkraftinomente mit der Schaufellänge parabolisch zunehmen, so steigen bei normalen Überdruckschaufeln mit radialer Beaufschlagung und einseitiger Befestigung, auch wenn eine wesentliche Querschn.ittszunahme vorgesehen ist, die Biegebeanspruchungen gegen den Schaufelfuß hin ganz bedeutend an, so daß in den Grenzen der zulässigen Beanspruchungen nur ganz geringe Schaufellängen und Umfangsgeschwindigkeiten ausgeführt werden können.With the dismantling that becomes necessary in the event of an inclined load the force in the two partial forces in the direction of the main axes of inertia the partial force at the smallest moment of inertia with normal overpressure blades by one Bending loads that are several times higher than the partial force at the greatest moment of inertia. In addition, since the centrifugal moments increase parabolically with the blade length, see above increase with normal overpressure blades with radial loading and unilateral Fastening, even if a substantial increase in the cross section is envisaged Bending loads against the blade root very significantly, so that in the Limits of the permissible loads only very small blade lengths and peripheral speeds can be executed.

Verdreht man aber gemäß der Erfindung die Hauptträgheitsachsen in Abhängigkeit von der Schaufellänge in dem Sinne, daß die schiefe Belastung vom Kopf zum Fuß hin kleiner wird, so kann man wegen der dadurch bewirkten zunehmenden Verkleinerung der Belastung des kleinsten Trägheitsmomentes in den einzelnen Schaufelquerschnitten das Ansteigen der Biegebeanspruchungen zum Fußende hin außerordentlich stark verringern.But if you turn according to the invention, the main axes of inertia in Dependence on the shovel length in the sense that the oblique load from the head becomes smaller towards the foot, one can because of the increasing reduction caused thereby the load of the smallest moment of inertia in the individual blade cross-sections reduce the increase in bending stresses towards the foot end extremely strongly.

Leicht kann aber der Verlauf der schiefen Belastung und :der Querschnittsgrößen über die Schaufellänge hin so gewählt werden, daß mit Ausnahme eines geringen Schaufelstückes am Kopfende, da der Ouer.schnitt am Kopf nicht zu I,Tull werden kann, ein Körper gleicher Festigkeit entsteht. Dies wird man in jedem Falle anstreben, da damit eine Schaufel mit dem geringsten Baustoff aufwand entsteht, die die größten Umfangsgeschwindigkeiten und Schaufellängen auszuführen gestattet.However, the course of the inclined load and: the cross-sectional sizes can easily be be chosen over the blade length so that with the exception of a small blade piece at the head end, because the Ouer cut at the head cannot become I, Tull, a body same strength arises. This is what one will strive for in any case, since it is a Shovel with the least amount of building material is created, which has the highest circumferential speeds and blade lengths.

Bei radial beaufschlagten Turbinen ist es wichtig, diese vorher beschriebene Verdrehung der Trägheitsachsen ohne wesentliche Verdrehung der Schaufelein- und -austrittswinkel zu ermöglichen. Dies kann man dadurch erreichen, @daß man den Schaufeleintrittswinkel vom normalen Maß am Schaufelkopf an gegen das Fußende zu über das auf Grund der thermodynamischen Verhältnisse bedingte Maß hinaus vergrößert und über die Schaufellänge hin zunehmen läßt oder daß man das Verhältnis der Schaufelein- und -austrittsschenkellänge, gerechnet von der Mitte der schärfsten Krümmung auf der Hohlseite cler Schaufel, vom Kopf- zum Schaufelfuß hin vergrößert.In the case of radially admitted turbines, it is important to follow these previously described Rotation of the axes of inertia without significant rotation of the blade and -to enable exit angle. This can be achieved by @ that the blade entry angle from the normal dimension at the shovel head towards the foot end to the due to the thermodynamic conditions-related dimension also increased and over the blade length or that the ratio of the blade inlet and outlet leg length, calculated from the center of the sharpest curvature on the hollow side of the blade, enlarged from the head to the blade root.

Die Verlängerung des Schaufelschenkels auf der Eintrittsseite kann z. B. durch einen tangential oder annähernd tangential verlaufenden, sich über .Cie ganze Schaufellänge erstreckenden Ansatz, der mit der Schaufel aus einem Stück -efertigt ist, bewirkt werden, wobei diese tangentiale Verlängerung vom Kopf- zum Fußende hin stetig zunimmt.The extension of the blade leg on the inlet side can z. B. by a tangential or approximately tangential, about .Cie The entire length of the blade is made from one piece with the blade is to be effected, this tangential extension from the head to the foot end steadily increases.

Der Zunalim.e der radialen Schaufelhöhe wird man zweckmäßigerweise eine Zunahme der Schaufeldicke überlagern.The extension of the radial blade height is expediently used superimpose an increase in the blade thickness.

Die Abb. i bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.Figs. I to 6 show an embodiment of the subject matter of the invention.

Abb. i zeigt verschiedene Schnittlinien einer in Abb.6 in Ansicht gezeichneten Schaufel mit vom Kopf- zum Fußende hin zunehmender Onerschnittsfläche. Die Schnittlinien i, a, 3 und 4 in Alb. i entsprechen den Schnitten A-A, B-B, C-C und D-D in Abb. 6. Die diesen Schnitten entsprechenden Schaufelquerschnitte sind in den Abb. 2 bis 5 nochinals einzeln herausgezeichnet worden. Dabei zeigt Abb.2 den Kopfquerschnitt entsprechend der Linie A-A. Abb. 3 zeigt den Schnittt B-B, Abb. 4 den Schnitt C-C und A.bb. 5 Iden Schnitt D-D. S in den Abb. 2 bis 5 bedeutet den Schwerpunkt der einzelnen Schaufelquerschnitte, x-x die Achse zum größten, y-y die Achse zum kleinsten Trägheitämoment. Die mit R bezeichneten Pfeile geben .die Richtung -der im Schaufelquerschnitt angreifenden Schaufelfliehkräfte an. a ist der Winkel zwischen der Richtung der Schaufelfliehkräfte R und der Achse y-y zum kleinsten Trägheitsmoment. Aus den Abb. 2 bis 5 ist ersichtlich, daß dieser Winkel a und damit die schiefe Belastung,der Schaufelquerschnitte durch die Schaufelfliehkräfte mit größer werdendem Schaufelquerschnitt, also zum Schaufelfuß hin immer kleiner wird, um in Abb. 5 zu Null zu werden.Fig. I shows various cutting lines of a vane shown in elevation in Fig. 6 with an increasing cross-sectional area from the top to the bottom. The intersection lines i, a, 3 and 4 in Alb. i correspond to the sections AA, BB, CC and DD in Fig. 6. The blade cross-sections corresponding to these sections have been drawn out individually in Figs. 2 to 5. Figure 2 shows the head cross-section according to line AA. Fig. 3 shows the section BB, Fig. 4 the section CC and A.bb. 5 Iden section DD. S in Figs. 2 to 5 means the center of gravity of the individual blade cross-sections, xx the axis to the largest, yy the axis to the smallest moment of inertia. The arrows labeled R indicate the direction of the blade centrifugal forces acting in the blade cross-section. a is the angle between the direction of the blade centrifugal forces R and the axis yy to the smallest moment of inertia. From Figs. 2 to 5 it can be seen that this angle a and thus the oblique loading of the blade cross-sections due to the blade centrifugal forces becomes smaller and smaller with increasing blade cross-section, i.e. towards the blade root, in order to become zero in Fig. 5.

Claims

PATENT CLAIM i.

Overpressure blade for one-sided fastening for radially acted gas or steam turbines, the cross section of which is from the top to the Increases towards the foot end, characterized in that the angle (a) between the direction of the radial centrifugal force (R) and the axis of inertia (y-y) decreases to the smallest moment of inertia from the head to the base of the shovel. z. Overpressure runner according to claim i,. characterized in that the blade inlet leg from normal dimension at the shovel head: towards the foot end to about .that due to the thermodynamic Ratios necessary measure is also increased and over the blade length increases.

3. Overpressure rotor blade according to claim i and z, characterized in that that; the ratio of the blade inlet and outlet leg lengths, calculated from the center of the sharpest curve on the hollow side of the blade, from the head end to the The blade root becomes larger. d.

Overpressure rotor blade according to claims i to 3, characterized in that characterized in that the extension of the blade leg on the inlet side by a tangential or approximately tangential, extending over: the whole Shovel-length extension that is made in one piece with the shovel is, is effected.

5. Overpressure rotor blade according to claim i to q., Characterized in that that the tangential extension of the blade leg on: the blade inlet side steadily increases from head to foot.

6. Pressurized blade according to claim i to 5, characterized in that the increase in the blade thickness from the head towards the foot end of the blade, taking into account the radial change in blade height a blade body is created whose bending stresses are as large as possible Length are largely the same.

7. Overpressure blade after start. saying i to 6, characterized in that the entry and exit angle over the entire length of the blade despite the changing length of the blade leg on the blade inlet side remain the same or almost the same size.