EP1529962A2 - Verdichterlaufschaufel - Google Patents

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EP1529962A2
EP1529962A2 EP04105319A EP04105319A EP1529962A2 EP 1529962 A2 EP1529962 A2 EP 1529962A2 EP 04105319 A EP04105319 A EP 04105319A EP 04105319 A EP04105319 A EP 04105319A EP 1529962 A2 EP1529962 A2 EP 1529962A2
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EP
European Patent Office
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blade
compressor
trailing edge
tip
compressor blade
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04105319A
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English (en)
French (fr)
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Inventor
Rene Bachofner
Wolfgang Kappis
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/668—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps damping or preventing mechanical vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/324—Blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/301—Cross-sectional characteristics

Definitions

  • the invention relates to a compressor blade having the features the preamble of the independent claim.
  • a generic compressor blade is known from EP 0 991 866 B1.
  • Such compressor blades have the disadvantage that they Excitation of high frequencies (Lyra mode) so vibrated be that in particular the profile tips of increased mechanical stress are exposed. This can cause significant damage to the Compressor blades lead to a breakage.
  • the basic idea of the invention is that of the blade on the Blade tip in an area in front of the blade trailing edge with a recess equip.
  • the airfoil starts at the blade tip From the blade leading edge first on a pristine area, which by a stepped step or a curve in one to the blade trailing edge reaching recess passes.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a compressor blade 1 according to the invention, which comprises an airfoil 2, a platform 3 and a blade root 4.
  • the compressor blades 1 are arranged over the circumference of a rotor (not shown). They are not connected by a shroud.
  • the blade 2 of the compressor blade 1 has a blade tip 2, a front edge 5, a trailing edge 6 and a pressure and a suction side.
  • the compressor blade 1 is solid and has no internal cooling system. According to the invention, the blade 2 of the compressor blade 1 is provided on the blade tip 7 with a recess 8.
  • This recess 8 extends over an exit-side region of the blade tip 7 to the trailing edge 6, wherein the pristine length I 1 from the front edge 5 of the compressor blade 1 to the beginning of the recess 20% to 60%, preferably 30% to 50% and especially preferably between 30% and 40% of the axial chord length of the compressor blade 1.
  • the transition from the untouched region of the blade tip 7 to the recess 8 is effected by a step-shaped shoulder 9, wherein the edges of the shoulder 9 are formed with a radius R 1 of about 2mm to 5mm to avoid notch effects.
  • the blade surface within the recess 8 extends substantially parallel to the original contour of the blade tip 7, which is indicated in the figures by dashed lines.
  • the depth h 1 of the recess 8 is about 5% to 10% of the height H of the trailing edge 6.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a compressor blade 1 according to the invention, the essential feature of which is a rounded recess 10 of the outlet-side blade tip 7.
  • the transition from the blade tip 7 to the trailing edge 6 is formed in the form of a Abru tion 10 with a radius R 2 , wherein R 2 corresponds to 0.5 to 1.5 times the chord length of the blade 1.
  • the blade tip 7 merges into the trailing edge 6 in a radius R 2 which corresponds to the chord length.
  • the area of the untouched length I 2 of the blade tip 7 in this case is about 50% to 80%, preferably 60% to 70% of the chord length.
  • the depth h 2 of the recess 8 at the trailing edge will regularly be below 30%, in particular below 20%, preferably between 10% and 20% of the length of the trailing edge 6.
  • the outlet-side blade tip is formed by a bevel 11, which merges through one rounding with a radius R 3 at one end into the blade tip 7 and at the other end into the trailing edge 6.
  • the bevel 11 assumes an angle ⁇ of 20 ° to 60 °, preferably from 30 ° to 45 ° to the trailing edge 6 a.
  • the untouched length I 3 of the blade tip 7 is about 50% to 80%, preferably 60% to 70% of the axial chord length of the blade 1.
  • the depth h 3 of the recess 8 at the trailing edge 6 is less than 30%, preferably between 10% and 20% of the height H of the trailing edge 6.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Es ist eine Verdichterlaufschaufel (1) mit einem Schaufelblatt (2), einer sich an das Schaufelblatt (2) anschliessenden Plattform (3) und einem sich an die Plattform (3) anschliessenden Schaufelfuss (4) offenbart. Das Schaufelblatt (4) ist massiv ohne internes Kühlsystem ausgeführt und weist eine Vorder- und eine Hinterkante (5, 6), eine Saug- und eine Druckseite sowie eine Schaufelspitze (7) auf. Erfindungsgemäss zeichnet sich die Verdichterlaufschaufel (1) dadurch aus, dass das Schaufelblatt (2) der Verdichterlaufschaufel (1) an der Hinterkante (6) der Schaufelspitze (7) eine Aussparung (8) aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdichterlaufschaufel mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs.
Stand der Technik
Eine gattungsgemässe Verdichterlaufschaufel ist aus EP 0 991 866 B1 bekannt. Derartige Verdichterlaufschaufeln haben den Nachteil, dass sie durch Anregung hoher Frequenzen (Lyra-Mode) derart in Schwingungen versetzt werden, dass insbesondere die Profilspitzen einer erhöhten mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind. Dies kann zu erheblichen Beschädigungen der Verdichterlaufschaufeln bis hin zu einem Bruch führen.
Darstellung der Erfindung
Es besteht daher die Aufgabe, eine gattungsgemäße Verdichterlaufschaufel derart weiterzubilden, dass das vorstehend beschriebene Schwingungsverhalten vermindert wird, so dass Beschädigungen infolge überhöhter mechanischer Beanspruchung ausgeschlossen sind. Die betreffenden Maßnahmen sollen konstruktiv möglichst einfach und in der Realisierung kostengünstig sein.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst durch eine Verdichterlaufschaufel mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Schaufelblatt an der Schaufelspitze in einem Bereich vor der Schaufelhinterkante mit einer Aussparung auszustatten. Das Schaufelblatt weist an der Schaufelspitze ausgehend von der Schaufelvorderkante zunächst einen unberührten Bereich auf, welcher durch einen stufenförmigen Absatz oder eine Rundung in eine bis zur Schaufelhinterkante reichende Aussparung übergeht.
Bei einer erfindungsgemässen Verdichterlaufschaufel werden vorteilhaft Beschädigungen an der austrittsseitigen Schaufelspitze durch den Lyra-Mode vermieden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere günstige Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1- 3
drei verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemässen Verdichterlaufschaufel.
Es werden nur die für die Erfindung wesentlichen Merkmale dargestellt.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Verdichterlaufschaufel 1, die ein Schaufelblatt 2, eine Plattform 3 und einen Schaufelfuss 4 umfasst. Die Verdichterlaufschaufeln 1 sind über den Umfang eines (nicht dargestellten) Rotors angeordnet. Sie sind nicht durch ein Deckband verbunden. Das Schaufelblatt 2 der Verdichterschaufel 1 weist eine Schaufelspitze 2, eine Vorderkante 5, eine Hinterkante 6 sowie eine Druck- und eine Saugseite auf. Die Verdichterlaufschaufel 1 ist massiv ausgeführt und weist kein internes Kühlsystem auf. Erfindungsgemäss ist das Schaufelblatt 2 der Verdichterlaufschaufel 1 an der Schaufelspitze 7 mit einer Aussparung 8 ausgestattet. Diese Aussparung 8 erstreckt sich über einen austrittseitigen Bereich der Schaufelspitze 7 bis zu der Hinterkante 6, wobei die unberührte Länge I1 von der Vorderkante 5 der Verdichterlaufschaufel 1 bis zum Beginn der Aussparung 20% bis 60%, vorzugsweise 30% bis 50% und besonders bevorzugt zwischen 30% und 40% der axialen Sehnenlänge der Verdichterlaufschaufel 1 ausmacht. Der Übergang von dem unberührten Bereich der Schaufelspitze 7 zu der Aussparung 8 erfolgt durch einen stufenförmigen Absatz 9, wobei zur Vermeidung von Kerbwirkungen die Kanten des Absatzes 9 mit einem Radius R1 von etwa 2mm bis 5mm ausgebildet sind. Die Schaufeloberfläche innerhalb der Aussparung 8 verläuft im wesentlichen parallel zu der ursprünglichen Kontur der Schaufelspitze 7, welche in den Figuren durch strichlierte Linien angedeutet ist. Die Tiefe h1 der Aussparung 8 beträgt etwa 5% bis 10% der Höhe H der Hinterkante 6. Mit dieser erfindungsgemässen Verdichterlaufschaufel 1 werden vorteilhaft Beschädigungen an der austrittsseitigen Schaufelspitze 7 durch den Lyra-Mode bei hohen Frequenzen vermieden.
Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Verdichterlaufschaufel 1, deren wesentliches Merkmal in einer als Abrundung 10 gestalteten Ausnehmung 8 der austrittsseitigen Schaufelspitze 7 besteht. Der Übergang von der Schaufelspitze 7 zur Hinterkante 6 ist in Form einer Abru n-dung 10 mit einem Radius R2 ausgebildet, wobei R2 der 0,5- bis 1,5-fachen Sehnenlänge der Schaufel 1 entspricht. Nach einer günstigen Variante geht die Schaufelspitze 7 in einem Radius R2, welcher der Sehnenlänge entspricht, in die Hinterkante 6 über. Der Bereich der unberührten Länge I2 der Schaufelspitze 7 beträgt hierbei etwa 50% bis 80%, vorzugsweise 60% bis 70% der Sehnenlänge. Die Tiefe h2 der Aussparung 8 an der Hinterkante wird regelmässig unter 30%, insbesondere unter 20%, vorzugsweise zwischen 10% und 20% der Länge der Hinterkante 6 liegen.
Nach einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Verdichterlaufschaufel 1 gemäss Fig. 3 ist die austrittsseitige Schaufelspitze durch eine Schräge 11 gebildet, welche durch je eine Abrundung mit einem Radius R3 einenends in die Schaufelspitze 7 und anderenends in die Hinterkante 6 übergeht. Die Abschrägung 11 nimmt einen Winkel α von 20° bis 60°, vorzugsweise von 30° bis 45° zur Hinterkante 6 ein. Auch bei dieser Ausführungsform beträgt die unberührte Länge I3 der Schaufelspitze 7 etwa 50% bis 80%, vorzugsweise 60% bis 70% der axialen Sehnenlänge der Schaufel 1. Die Tiefe h3 der Aussparung 8 an der Hinterkante 6 liegt unter 30%, vorzugsweise zwischen 10% und 20% der Höhe H der Hinterkante 6. Mit dieser erfindungsgemässen Verdichterlaufschaufel 1 werden ebenfalls vorteilhaft Beschädigungen an der austrittsseitigen Schaufelspitze durch den Lyra-Mode bei hohen Frequenzen vermieden.
Die Masseneinsparung, die sich durch die Aussparung 8 an der Verdichterlaufschaufel 1 ergibt, ist in den Ausführungsformen gemäss der Figuren 1 bis 3 annähernd gleich.
Bezugszeichenliste
1
Verdichterlaufschaufel
2
Schaufelblatt
3
Plattform
4
Schaufelfuss
5
Vorderkante
6
Hinterkante
7
Schaufelspitze
8
Aussparung
9
Absatz
10
Abrundung
11
Abschrägung
R1
Radius
R2
Radius
R3
Radius
I1
unberührte Länge
I2
unberührte Länge
I3
unberührte Länge
H
Höhe der Hinterkante 6
h1
Tiefe der Aussparung an Hinterkante 6
h2
Tiefe der Aussparung an Hinterkante 6
h3
Tiefe der Aussparung an Hinterkante 6

Claims (19)

  1. Verdichterlaufschaufel, umfassend einen Schaufelfuss (4), eine Plattform (3) und ein Schaufelblatt (2), welches Schaufelblatt (2) massiv ohne internes Kühlsystem ausgeführt ist und eine Schaufelspitze (7), eine Vorderkante (5), eine Hinterkante (6) sowie eine Druck- und eine Saugseite aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelblatt (2) an der Schaufelspitze (7) eine Aussparung (8) aufweist, die sich bis zur Hinterkante (6) erstreckt.
  2. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelblatt (2) an der Schaufelspitze (7) einen stufenförmigen Absatz (9) aufweist.
  3. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unberührte Länge (I1) der Schaufelspitze (7) 20% bis 60% der axialen Sehnenlänge der Schaufel (1) beträgt.
  4. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die unberührte Länge (I1) der Schaufelspitze (7) 30% bis 50%, insbesondere 30% bis 40% der axialen Sehnenlänge beträgt.
  5. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der stufenförmige Absatz (9) eine Tiefe (h1) von etwa 5% bis 10 % der Höhe (H) der Schaufelhinterkante (6) besitzt.
  6. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspitze (7) des Schaufelblatts (2) austrittseitig eine Abrundung (10) zur Schaufelhinterkante (6) hin aufweist.
  7. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrundung (10) einen Radius (R2) von der 0,5- bis 1,5-fachen Sehnenlänge besitzt.
  8. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius R2 der axialen Sehnenlänge der Schaufel (1) entspricht.
  9. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die unberührte Länge (I2) der Schaufelspitze (7) 50% bis 80% der axialen Sehnenlänge beträgt.
  10. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die unberührte Länge (I2) der Schaufelspitze (7) 60% bis 70% der axialen Sehnenlänge beträgt.
  11. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Aussparung (8) 10% bis 30%, vorzugsweise 10% bis 20%, der Höhe (H) der Schaufelhinterkante (6) beträgt.
  12. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspitze (7) des Schaufelblatts (2) austrittseitig eine Abschrägung (11) zur Schaufelhinterkante (6) hin aufweist.
  13. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (8) aus einer in einem Winkel (α) zur Schaufelhinterkante (6) angeordneten Geraden besteht, die in je einer Rundung mit einem Radius (R3) in die Schaufelspitze (7) bzw. in die Schaufelhinterkante (6) übergeht.
  14. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die unberührte Länge (I3) der Schaufelspitze (7) 50% bis 80% der axialen Sehnenlänge beträgt.
  15. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die unberührte Länge (I3) der Schaufelspitze (7) 60% bis 70% der axialen Sehnenlänge beträgt.
  16. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Aussparung (8) 10% bis 30%, vorzugsweise 10% bis 20%, der Höhe (H) der Schaufelhinterkante (6) beträgt.
  17. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschrägung (11) einen Winkel (α) von 20° bis 60° zur Hinterkante (6) der Verdichterlaufschaufel (1) einnimmt.
  18. Verdichterschaufel nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschrägung (11) einen Winkel (α) von 30° bis 45° einnimmt.
  19. Verdichterlaufschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterlaufschaufel (1) kein Deckband aufweist.
EP04105319A 2003-11-08 2004-10-27 Verdichterlaufschaufel Withdrawn EP1529962A3 (de)

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