DE700322C

DE700322C - Radially loaded turbine blade

Info

Publication number: DE700322C
Application number: DE1935K0140445
Authority: DE
Original assignee: WAGNER HOCHDRUCK DAMPFTURBINEN
Current assignee: WAGNER HOCHDRUCK DAMPFTURBINEN
Priority date: 1935-12-21
Filing date: 1935-12-21
Publication date: 1940-12-18

Description

Radial beaufschlagte Turbinenschaufel Zusatz zum Patent 679 925 Die Laufschaufel für radial beaufschlagte Turbinen werden stark auf Biegung beansprucht. In besonderem Maße ist dies der Fall, wenn man radial beaufschlagte Laufschaufeln nur auf einer Seite befestigt. Die Maßnahme, die einzelnen Schaufelquerschnitte mit zunehmender Belastung zu vergrößern, genügt bei solchen Turbinen nicht, um bei zulässigen Beanspruchungen größere Schaufellängen und größere Umfangsgeschwindigkeiten auszuführen. Es wurde daher vorgeschlagen, gleichzeitig mit der Querschnittsvergrößerung eine Verdrehung der Hauptträgheitsachsen in dem Sinne vorzunehmen, daß die schiefe Belastung durch die Schaufelfiiehkräfte abnimmt.Radially loaded turbine blades Addendum to patent 679 925 The rotor blades for radially loaded turbines are heavily stressed in bending. This is particularly the case when moving blades that are acted upon radially are fastened on only one side. The measure of enlarging the individual blade cross-sections with increasing load is not sufficient in such turbines to implement greater blade lengths and greater circumferential speeds under permissible loads. It was therefore proposed that the main axes of inertia be rotated at the same time as the cross-sectional enlargement in the sense that the oblique load due to the shovel centrifugal forces is reduced.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, derartige Turbinenschaufeln vom festigkeitstechnischen, herstellungstechnischen und thermodynamischen Standpunkt aus möglichst vorteilhaft auszuführen. Es wird daher gemäß =der Erfindung vorgeschlagen, die Abnahme der Schaufelquerschnittsflächen vom Fuß- zum Kopfende der Schaufel hin durch Verschieben der Schaufelinnenseite- zum Schaufelrücken zu bewirken. Dadurch unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand grundlegend von bekanntgewordenen Ausführungen, bei denen die Außenseite der Schaufel zur Innenseite verschoben ist. Mit einer derartigen Ausführung würde nicht die geforderte Verkleinerung der Schaufelbelastung zum Schaufelfuß hin erreicht, da die dazu nötige-Steigerung der Verdrehung der Hauptträgheitsachse zum Fuß hin durch Verschieben der Schaufelaußenseite wieder vermindert würde.The subject of the present invention is such turbine blades from the strength, manufacturing and thermodynamic point of view to perform as advantageous as possible. It is therefore proposed according to the invention, the decrease in the blade cross-sectional areas from the base to the head end of the blade by moving the inside of the blade to the back of the blade. Through this the subject of the invention differs fundamentally from known designs, where the outside of the blade is shifted to the inside. With such a Execution would not achieve the required reduction in the blade loading at the blade root achieved because the necessary increase in the rotation of the main axis of inertia would be reduced again towards the base by moving the outer side of the blade.

Die Verschiebung der Schaufelinnenseite wird vorteilhaft in oder angenähert in Richtung des Schaufelaustrittswinkels vorgenommen.The displacement of the inside of the blade is advantageously in or approximated made in the direction of the blade outlet angle.

Die Rückenfläche bleibt dabei mindestens von der Schaufelaustrittskante bis zum Ende des von zwei Schaufeln gebildeten Dampfkanals (5-6 in Abb. i) über die ganze Schaufellänge erhalten.The back surface remains at least from the blade trailing edge to the end of the steam channel formed by two blades (5-6 in Fig. i) get the full length of the shovel.

Mit diesen Maßnahmen erhält man einerseits gleichzeitig mit der Querschnittsvergrößerung eine Verdrehung der Hauptträgheitsachsen der einzelnen Schaufelquerschnitte im Sinne. einer Verminderung der schiefen Belastung-durch die Schaufelfliehkräfte. Andererseits erhält man günstige Strömungsverhältnisse für den Arbeitsdampf, in dem--das Öffnungsverhältnis über die ganze Schaufellänge gleich groß bleibt. Dieser letztere Punkt ist außerordentlich wichtig, da anders geformte, mit zunehmendem Querschnitt ausgeführte Schaufeln über die Schaufellänge sich .ändernde öffnungsverhältnisse besitzen. Im Zusammenarbeiten solcher Laufschaufeln mit zylindrisch, also auf jeden Fall mit gleichbleibendem öffnungsverhältnis ausgeführten Leitschaufeln ergeben sich von Schaufelreihe zu Schaufelreihe in den einzelnen Schaufellängsteilen dauernd ändernde Dampfmengen, wodurch große zusätzliche Strömungsverluste entstehen, die durch die Maßnahmen gemäß vorliegender Erfindung völlig ausgeschaltet werden.With these measures, on the one hand, one obtains at the same time as the cross-sectional enlargement a rotation of the main axes of inertia of the individual blade cross-sections in the sense. a reduction in the oblique loading caused by the centrifugal forces of the blades. on the other hand one obtains favorable flow conditions for the working steam in which - the opening ratio remains the same over the entire length of the shovel. This latter point is extraordinary important because they are differently shaped and designed with an increasing cross section Shovels have changing opening ratios over the length of the blade. In working together Such blades with cylindrical, so in any case with constant The opening ratio of the guide vanes results from the vane row to Row of blades in the individual longitudinal blades constantly changing amounts of steam, whereby large additional flow losses arise, which are caused by the measures according to of the present invention can be completely eliminated.

Es kann dabei das Schaufelblatt auf der Dampfeintrittsseite mit größer werdender Schaufeldicke verlängert werden. Durch entsprechendes Bemessen dieser Vergrößerung wird es ermöglicht, unter stetiger Verringerung der Querschnittsdicke gegen die Schaufeleintrittskante hin die Schaufeldicke am Dampfeintritt in den Schaufelkanal über die ganze Schaufellänge hin angenähert gleich groß zu halten. -Durch diese zuletzt genannten Maßnahmen wird eine weitere wesentliche Querschnittsvergrößerung und Verdrehung der Hauptträgheitsachsen im gewünschten Sinne erzielt. Strömungstechnisch ergibt sich der weitere Vorteil, daß auf der Einströmseite für den Dampf der Dampfkanal breit gehalten werden kann, wodurch eine im Spalt auftretende schädliche Dampfentspannung, wie dies bei verstärkten Schaufeln sonst der Fall zu sein pflegt, vermieden wird.The blade on the steam inlet side can be larger increasing blade thickness. By dimensioning them accordingly Enlargement is made possible while the cross-sectional thickness is steadily reduced towards the blade leading edge, the blade thickness at the steam inlet into the blade channel to be kept approximately the same size over the entire length of the blade. -Through this The last-mentioned measures will be a further substantial increase in cross-section and rotation of the main axes of inertia achieved in the desired sense. Aerodynamically there is the further advantage that the steam channel on the inflow side for the steam can be kept wide, as a result of which harmful vapor relaxation occurring in the gap, as is usually the case with reinforced blades, is avoided.

Werden Länge und Höhe der Schaufeln groß, so wird es notwendig, die Stärken möglichst herabzusetzen, um auf diese Weise die den Schaufelträger belastenden Schaufelfliehkräfte klein zu halten. Dann aber würden die Fliehkräfte der Schaufelaustrittsseite in einem zur Schaufellängsachse parallelen Schnitt, der normalerweise ein langes und nur dünnes Trapez bildet, unzulässig hohe Biegungsbeanspruchungen hervorrufen. Bei derartige Längsschnitte ergebenden Schaufeln ist es also nicht erlaubt, unter ein durch festigkeitstechnische Überlegungen vorgeschriebenes Verhältnis von Schaufelhöhe und -dicke zu gehen.If the length and height of the blades become large, it becomes necessary to use the Reduce strengths as much as possible in order to reduce the stress on the blade carrier To keep blade centrifugal forces small. But then the centrifugal forces would be on the blade outlet side in a cut parallel to the longitudinal axis of the blade, which is usually a long one and only forms a thin trapezoid, cause inadmissibly high bending loads. In the case of blades resulting in such longitudinal sections, it is therefore not permitted under a ratio of blade height prescribed by strength considerations and thickness to go.

Um trotzdem möglichst geringe Schaufeldicken ausführen zu können, wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, daß die den Rücken und die Innenseite einer Schaufel erzeugenden Formen auf einer gekrümmten Bahn geführt werden. Diese gekrümmte Bahn wird aus Herstellungsgründen als Kreisbogen zu wählen sein.In order to be able to make the blade thicknesses as small as possible, the invention further proposes that the back and the inside a shovel-producing molds are guided on a curved path. These For manufacturing reasons, the curved path should be selected as an arc of a circle.

Jeder durch eine derartig geformte Schaufel gelegte Schnitt hat nunmehr eine bogenförmige Gestalt, wodurch das Trägheitsmoment gegenüber einer geradlinig. verlaufenden- Form- bei - gleichem Flächeninhalt um ein Vielfaches größer wird und somit auch bei geringen Schaufeldicken großen Fliehkraftmomenten gewachsen ist.Every cut made through such a shaped shovel now has an arcuate shape, which makes the moment of inertia versus a rectilinear one. running- shape- with - the same area is many times larger and thus large centrifugal torques has grown even with small blade thicknesses.

Für die letzte Laufschaufelreihe lassen sich gröl.')te Längen erzielen, wenn man nach den oben beschriebenen Vorschlägen ausgeführte Schaufeln in der Mitte befestigt, wobei sich die größte Schaufelhöhe und -dicke auf dem mittleren Teil der Schaufel befindet. Der Mittelpunkt (ler Schaufelkrümmung liegt dann vorteilhaft in der Ebene durch die Schaufelmitte senkrecht zur Schaufellängsachse.Largest lengths can be achieved for the last row of blades, if you have blades in the middle made according to the proposals described above attached, with the greatest blade height and thickness on the middle part the shovel is. The center point (ler blade curvature is then advantageous in the plane through the blade center perpendicular to the blade longitudinal axis.

Abb. i zeigt ein Beispiel sich gemäß der Erfindung ergebender Querschnittsformen. Dabei bedeutet i den Kopf und 2 den Fuß der Schaufel. 3 ist der Radius eines Teils der Schaufelbegrenzung. Damit zeigt ¢ die Richtung und Größe der Verschiebung der Schaufelinnenseite zwischen Kopf- und Fußende. 5 zeigt die Schaufelaustrittskante, die Linie 5-6 die Kanalaustrittsbreite, woraus zu ersehen ist, daß diese und damit das Offnungsverhältnis über die ganze Schaufellänge gleich groß bleibt.Fig. I shows an example of cross-sectional shapes resulting from the invention. I means the head and 2 the foot of the shovel. 3 is the radius of a part the bucket limitation. Thus, ¢ shows the direction and magnitude of the shift in the Inside of shovel between head and foot end. 5 shows the blade trailing edge, the line 5-6 the channel outlet width, from which it can be seen that this and thus the opening ratio remains the same over the entire length of the blade.

Abb. 2 zeigt eine Endstufe mit in der Mitte gehaltenen Doppellaufschaufeln und mit auf einem Kreisbogen mit dem Radius 7 geführten Schaufelerzeugenden.Fig. 2 shows a final stage with double blades held in the middle and with blade generators guided on an arc of radius 7.

Claims

HAVE CLAIMS: i. Radially loaded turbine blade according to patent 679 925, characterized in that the decrease in the blade cross-sectional areas from the foot to the head end of the bucket by moving the inside of the bucket is effected to the back of the shovel.

2. Shovel according to claim i, characterized in that that the displacement of the blade inside in or approximately in the direction of the blade trailing edge gradually merges into the parallel position to the back of the blade.

3. Shovel according to claim i and 2, characterized in that the shape of the blade back is at least the one placed by the trailing edge of a shovel and towards the back of the following Shovel vertical plane to the end of the formed by the two blades Working medium channel and the blade thickness on the gas outlet side over the whole Keep the blade length. q ..

Shovel according to Claims i to 3, characterized in that that with enlargement of the blade cross-sections from head to foot and with steady slower reduction in cross-section thickness towards the blade leading edge Blade thickness at the steam inlet edge over the whole Blade length remains approximately the same size.

5. Shovel according to claim i to 4, characterized in that that the shapes producing the back and the inside of the shovel are on one curved path are guided.

6. shovel according to claim i to 5, characterized in that that the generators for the back and for the inside of a shovel on one Arcs are performed. j. Shovel according to Claims 1 to 6, characterized in that that with a blade held in the middle, the greatest cross-sectional thickness and height is on the middle part of the bucket. Ä. Shovel according to claim i to;, characterized in that, in the case of a curved path, the blade generating the Shape the center of curvature in the plane through the blade center perpendicular to the longitudinal axis of the blade.