DE767017C

DE767017C - Blading for axially loaded turbines

Info

Publication number: DE767017C
Application number: DEM142347D
Authority: DE
Inventors: Emil Dr Soerensen
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1938-07-24
Filing date: 1938-07-24
Publication date: 1951-07-26

Description

Schaufelung für axial beaufschlagte Turbinen Die Erfindung betrifft eine Schaufelung für axial beaufschlagte Turbinen, bei welcher die Verhältnisse der Potentialströmung berücksichtigt sind, um den Vorteil zu erzielen, den Wirkungsgrad über die ganze Schaufellänge gleich und somit die Dampfausnutzung besonders günstig zu halten. Es ist dies wertvoll vor allen Dingen für Stufen mit großen Schaufellängen, also beim Niederdruckteil.Blading for axially loaded turbines The invention relates to a blade for axially loaded turbines, in which the ratios the potential flow are taken into account in order to achieve the advantage of the efficiency The same over the entire length of the shovel and thus the use of steam is particularly favorable to keep. This is particularly valuable for steps with large shovel lengths, so with the low-pressure part.

Es ist bekannt, daß die Potentialströmung in einem zylinderförmigen Turbinengehäuse gekennzeichnet ist durch folgende Merkmale: 1. dieAxialkomponente der Geschwindigkeit r" ist in jeder beliebigen Ebene senkrecht zur Achse gleich, a. es gilt für die Umfangskomponente der Geschwindigkeit c" das Gesetz: c" - r = kons;t.It is known that the potential flow in a cylindrical turbine casing is characterized by the following features: 1. The axial component of the velocity r "is the same in any plane perpendicular to the axis, a. The law: c" applies to the circumferential component of the velocity c " - r = cons; t.

Bei voller Beaufschlagung und großen Schaufellängen stellt sich die Kreisströmung ein, d. h. die einzelnen Strahlen werden durch die Zylinderform des Gehäuses usw. nach innen abgelenkt. Die in jeder Kreisströmung auftretenden Fliehkräfte haben ein Anwachsen des Druckes nach außen hin zur Folge. Dies ist bereits verschiedentlich durch Druckmessungen im Spalt zwischen Leitkörper und Laufrad festgestellt worden.With full admission and large shovel lengths, the Circular flow, d. H. the individual rays are defined by the cylindrical shape of the Housing etc. deflected inwards. The centrifugal forces occurring in every circular flow result in an increase in the external pressure. this is already several times through pressure measurements in the gap between the guide body and the impeller been found.

Die Druckverteilung im Spalt zwischen Leit- und Laufschaufeln bedingt, daß i. das Gefälle im Leitkörper außen kleiner als innen, . das Gefälle im Laufrad dementsprechend außen größer als innen, 3. wirklicher Gleichdruck entweder überhaupt nicht oder nur auf einem Radius vorhanden ist.The pressure distribution in the gap between guide vanes and rotor blades causes that i. the gradient in the guide body is smaller on the outside than on the inside,. the gradient in the impeller accordingly greater outside than inside, 3. real equal pressure either at all does not exist or only exists on a radius.

Der Fall der Potentialströmung wurde für die letzte Stufe einer großen Dampfturbine zahlenmäßig untersucht. Die Stufe wies folgende Verhältnisse auf: Mittlerer Beaufschlagungsdurchmesser .......... 2 m Schaufellänge . . . . . . . . . . . 0,5 m Drehzahl............... 3 000 Ulmin. Druck vor dem Leitkörper 0,I97 ata Druck hinter dem Leitkörper auf dem mittleren Beaufschlagungsdurchmesser .......... o,x ata (x=o,g) Druck hinter den Laufschaufeln . . . . . .. . .. . . . 0,o6 ata.The case of the potential flow was numerically investigated for the last stage of a large steam turbine. The step had the following ratios: Average impact diameter .......... 2 m blade length. . . . . . . . . . . 0.5 m speed ............... 3,000 rpm. Pressure in front of the guide body 0, I97 ata Pressure behind the guide body on the mean impingement diameter .......... o, x ata (x = o, g) Pressure behind the blades. . . . . ... ... . . 0, o6 ata.

Die Druckverteilung hinter den Leitschaufeln wurde unter der Annahme, daß das Einheitsgewicht des Dampfes gleich ist, für die Bedingung c" - r = konst. berechnet und in Abb. i aufgezeichnet. Als Abszisse ist der Beaufschlagungsradius in Metern und als Ordinate der Druck dargestellt. Man sieht, daß innen ein Druck von 0,o6 ata sich einstellt und außen ein solcher von o,la ata gegenüber o,io ata im mittleren Radius. Kur innen ist also Gleichdruck, während außen über 6o 0!o Reaktion herrscht.The pressure distribution behind the guide vanes was calculated under the assumption that the unit weight of the steam is the same for the condition c " - r = const. And recorded in Fig. I. The abscissa shows the radius of application in meters and the ordinate the pressure. One can see that a pressure of 0.06 ata is established on the inside and one of o, la ata opposite o, io ata in the middle radius on the outside.

Aus den Geschwindigkeitsdreiecken (Abb. 2 bis .I) für dieselbe Turbinenstufe ist die zur Einhaltung der Potentialströmung erforderliche Änderung der Schaufelwinkel von innen nach außen erkennbar, und zwar in Abb. a für den äußeren Radius von 425 m, in Abb. 3 für den mittleren Radius von i,oo m und in Abb..i. für den Innenradius von o,75 m.From the speed triangles (Fig. 2 to .I) for the same turbine stage is the change in the blade angle required to maintain the potential flow recognizable from the inside out, namely in Fig. a for the outer radius of 425 m, in Fig. 3 for the mean radius of i, oo m and in Fig..i. for the inner radius of o.75 m.

Der Eintrittswinkel in der Laufschaufel wächst von 6q.° außen über iog° in der Mitte auf 145- innen, wobei der Austrittswinkel in allen Fällen go° ist. Das in dieser Turbinenstufe in Arbeit umgesetzte Gefälle ist über die ganze Schaufellänge gleich und damit auch der Wirkungsgrad. Würde man die Austrittswinkel von Leit- und Laufschaufeln in der bisher üblichen Weise über die ganze Schaufellänge gleichbleibend machen, so ergäbe sich eine Axialkomponente c" der Dampfgeschwindigkeit, die im Leitkörper außen kleiner als innen und im Laufrad umgekehrt, außen größer als innen, ist. In diesem Fall wäre die Strömung nicht mehr wirbelfrei.The entry angle in the blade increases by 6q. ° outside iog ° in the middle to 145- inside, the exit angle in all cases being go ° is. The gradient implemented in this turbine stage is across the whole Blade length is the same and therefore also the efficiency. One would use the exit angle of guide and rotor blades in the usual way over the entire blade length make constant, then there would be an axial component c "of the steam velocity, those in the guide body are smaller on the outside than on the inside and, conversely, in the impeller, larger on the outside as inside, is. In this case the flow would no longer be eddy-free.

Weiter geht aus den Geschwindigkeitsdreiecken -hervor, daß die Dampfgeschwindigkeiten bei dem Austritt-aus dem Leitkörper infolge der Druckverteilung von innen nach außen stark abnehmen. Schließlich zeigt der Leitkörper innen weit überkritische Geschwindigkeit, würde also hier Kanäle mit Erweiterung nach Art der Lav aldüsen brauchen.Proceeds from the velocity triangles - seen that the vapor velocities in the exit-out of the guide body as a result of the pressure distribution from the inside outward greatly decrease. Finally, the inside of the guide body shows far supercritical speed, so here would need channels with expansion in the manner of Lav al nozzles.

Es ist bekannt, daß man eine der Potentialströmung sehr ähnliche Strömung in Dampfturbinen mittels kreisförmiger, zur `Felle gleichmittiger Leitstücke mit einwärts gekrümmtem Ouerschnitt erzeugen kann oder dadurch, daß die Turbinenschaufeln in Form einer archimedischen Spirale angeordnet sind. Diese Mittel sind aber baulich verwickelt. Die Erfindung bezweckt, auf sehr einfache Weise die Schaufelgestaltung den Bedingungen der Potentialströmung möglichst weitgehend anzupassen, wobei ausgegangen wird von der Grundform der Turbinenschaufeln mit über die ganze Länge gleichbleibenden Ein- und Austrittswinkeln. Erfindungsgemäß erhält der Leitkörper Schaufeln, die auf der Bauchseite einen größeren Austrittswinkel als auf der Rückenseite aufweisen, derart, daß sich am inneren Beaufschlagungsdurchmesser Schaufelkanalerweiterung nach dem Austritt und am äußeren Beaufschlagungsdurchmesser infolge der größeren Teilung der engste Kanalquerschnitt am Austritt ergibt und gleichzeitig der Abströmwinkel (Austrittswinkel des Strahles) außen größer wird als innen.It is known that a flow very similar to potential flow is obtained in steam turbines by means of circular guide pieces equidistant to the skins can produce inwardly curved cross section or by the fact that the turbine blades are arranged in the form of an Archimedean spiral. However, these means are structural involved. The aim of the invention is to design the blade in a very simple manner to adapt the conditions of the potential flow as much as possible, assuming is based on the basic shape of the turbine blades with constant over the entire length Entry and exit angles. According to the invention, the guide body receives blades that have a larger exit angle on the belly side than on the back side, in such a way that there is a vane channel widening at the inner loading diameter after the exit and at the outer admission diameter due to the larger Division results in the narrowest channel cross-section at the outlet and, at the same time, the outflow angle (Exit angle of the beam) is larger on the outside than on the inside.

Die Schaufeln des Laufrades «-erden erfindungsgemäß an ihren Eintrittskanten abgefräßt, und zwar beginnt diese Abfräsung an der Stelle, wo reine Gleichdruckverhältnisse aufhören, und nimmt zu nach dem Schaufelende hin. Hierdurch erhalten die abgefrästen Stellen der Schaufeln ein Überdruckprofil mit nach dem Ende zu steigendem Eintrittswinkel.According to the invention, the blades of the impeller are earthed at their leading edges milled off, and this milling begins at the point where pure constant pressure conditions stop and increase towards the end of the shovel. This will get the milled off Provide the blades with an overpressure profile with an increasing angle of entry towards the end.

In Zusammenfassung ergibt sich, daß bei Anwendung der billigen, nicht verwundenen Schaufeln, insbesondere der gezogenen Profile, im Leitapparat und Laufrad die Potentialströmung durch die Vereinigung folgender Mittel weitgehend hergestellt wird: a) Leitschaufeln, deren Austrittswinkel auf der Bauchseite größer ist als auf der Rückenseite, b) Anordnung der Leitschaufeln mit solcher Teilung, daß innen eine Lavaldüse und außen eine normale Düse entsteht, c) Abfräsen der Laufschaufeleintrittskante, zunehmend von innen nach außen. Leitschaufeln, deren Austrittswinkel auf der Bauchseite größer ist als auf der Rückenseite (Merkmal a), werden im Dampfturbinenbau schon seit langem angewandt. Dagegen sind die :Merkmale b und c auch einzeln trotz ihrer Einfachheit noch nicht zur Anwendung gekommen. Selbstverständlich kann man die Vereinigung der Merkmale a und b auch anwenden zusammen mit verwundenen Laufschaufeln; der Vorteil, der in diesem Falle durch die noch bessere Anpassung an die Potentialströmung .erreicht wird, isst aber im allgemeinen nicht so groß, daß sich der weit größere Aufwand für die verwundenen Laufschaufeln gegenüber dem einfachen Abfräsen der Laufschaufeleintrittskante lohnt.In summary it follows that when using the cheap, not twisted blades, especially the drawn profiles, in the diffuser and impeller the potential flow is largely established by combining the following means becomes: a) Guide vanes whose exit angle on the ventral side is greater than on the back side, b) arrangement of the guide vanes with such a division that inside a Laval nozzle and a normal nozzle on the outside, c) milling off the blade leading edge, increasingly from the inside out. Guide vanes whose exit angle is on the ventral side is larger than on the back side (feature a), are already used in steam turbine construction used for a long time. On the other hand are the: Features b and c also individually in spite of them Simplicity has not yet been applied. Of course you can Union of features a and b also apply together with twisted blades; the advantage, which in this case is achieved through the even better adaptation to the potential flow is, but generally does not eat so large that the far greater expense for the twisted blades compared to the simple milling of the blade leading edge worth it.

Die Abb. 5 bis 8 zeigen die geschilderten Maßnahmen in einem Ausführungsbeispiel; Abb. 5 ist ein Schnitt durch einen Leitkörper außen, also durch die infolge des großen Radius, große Teilung; Abb. 6 zeigt einen Schnitt durch denselben Leitkörper in der Höhe des inneren Radius, also bei kleiner Teilung; Abb. 7 stellt die Draufsicht auf eine Laufschaufel dar, und Abb.8 zeigt in vier Schnitten die entsprechenden Laufschaufelquerschnitte.Figs. 5 to 8 show the measures described in one embodiment; Fig. 5 is a section through a guide body outside, i.e. through the as a result of the large radius, large pitch; Fig. 6 shows a section through the same guide body at the height of the inner radius, i.e. with a small division; Fig. 7 shows the top view on a rotor blade, and Fig. 8 shows the corresponding in four sections Blade cross-sections.

Die bei dem Leitkörper gemäß Abb. 5 und 6 verwendeten Leitschaufeln besitzen auf der Bauchseite einen größeren Austrittswinkel als auf der Rückenseite y. Wie die Abb. 5 erkennen läßt, liegt der engste Querschnitt an der mit a bezeichneten Stelle am Austritt. Schieben sich diese Schaufelquerschnitte enger zusammen, wie dies die Abb. 6 wiedergibt, so ergibt sich am Austritt eine erweiterte Düse b (Lavaldüse).The guide vanes used in the guide body according to Figs. 5 and 6 have a larger exit angle on the belly side than on the back side y. As can be seen in Fig. 5, the narrowest cross-section is on the one marked a Place at the exit. Push these blade cross-sections closer together, like this is shown in Fig. 6, there is an enlarged nozzle b (Laval nozzle) at the outlet.

Die in Abb. 7 dargestellte Schaufel ist längs der gestrichelten Linie abgeschnitten, und die zugehörigen Schaufelschnitte haben daher die in Abb. 8 mit c, d, e und f bezeichnete Form. Der dem Schaufelfuß naheliegende. Teil der Schaufel entspricht einer Glechdiruckschaufelung. Von der Schaufel ist entsprechend der Linie k ein Teil abgefräst, so daß die Schaufelschnitte steigend nach dem Ende zu immer stärkere Überdruckprofile erhalten. Die Erfindung ist in gleicher Weise bei Dampfturbinen wie auch bei solchen für Gas oder Luft anzuwenden.The blade shown in Fig. 7 is cut along the dashed line, and the associated blade sections therefore have the shape indicated in Fig. 8 with c, d, e and f. The one closest to the blade root. Part of the shovel corresponds to the same directional shovel. A part of the blade has been milled off according to the line k, so that the blade sections, increasing towards the end, receive ever stronger overpressure profiles. The invention can be used in the same way in steam turbines as in those for gas or air.

Claims

PATENT CLAIM: Blading for axially loaded turbins, at which takes into account the conditions of the potential flow, characterized by that the guide body is formed from blades that exit on the belly side have a larger angle than on the back side, so that when closer Division (inside) Channel expansion after the exit and with further division (outside) the narrowest channel cross-section at the outlet results and at the same time the outlet angle of the jet, from which the guide body is larger on the outside than on the inside, and that in the case of the rotor blades by milling off the leading edges, the change required from the inside to the outside the entry angle and the associated transition from constant pressure to Overpressure profile is reached. To distinguish the subject matter of the invention from the state technology, the following publications are taken into account in the granting procedure been: -German patent specifications Nx. 457 853, 553 983; S t o d o 1 a, A .: »Steam und Gasturbinen ", 5th edition, Berlin 1922, p. I32.