KR20010023783A - 터보 기계 및 증기 터빈용 블레이드 - Google Patents

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KR20010023783A
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마티아스 데커스
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칼 하인쯔 호르닝어
지멘스 악티엔게젤샤프트
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    • F01D5/12—Blades
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Abstract

본 발명은 블레이드 축(2)을 따라 정렬된 터보 기계(11)용 블레이드(1)에 관한 것이다. 축에서 서로 일정한 거리에 있는, 블레이드 축(2)에 대해 직각 방향의 횡단면 프로화일(5)이 상기 블레이드(1)의 상단부 영역(4)에서 및 하단부 영역(3)에서 중앙 영역(10)으로 동일 방향으로 대향하여 오프셋되어 있으므로, 이 블레이드(1)가 상기 블레이드 축(2)을 따라 볼록하게 변위되어 있다. 또한 축에서 서로 일정한 거리에 있는 횡단면 프로화일들(5a, 5b; 15a, 15b)이 하단부 영역(3)에서 및/또는 상단부 영역(4)에서 대향하여 트위스트되어 있다. 또한 본 발명은 증기 터빈(11)에 관한 것이다.

Description

터보 기계 및 증기 터빈용 블레이드{BLADE FOR A TURBO-MACHINE AND STEAM TURBINE}
터보 기계, 특히 증기 터빈의 효율은 흐름 손실의 발생 때문에 감소된다. 상기 효율의 개선 및 그와 같은 흐름 손실의 감소와 관련된 논문으로는 예를 들어 네델란드 암스텔담 RAI, 1995년 5월 16 - 18일, "Power-Gen Europe 95", Book 2, Vol. 4, R. B. Scarlin저, "개선된 동작 효율을 위한 진보된 증기 터빈 기술(Advanced Steam Turbine Technology for Improved Operating Efficiency)"의 p.229ff 이다. 여기에서는 갭에서의 손실(gap loss), 블레이드 프로화일(blade profile)에 의한 손실 및 상기 터빈 블레이드의 단부 영역들에서의 손실(끝벽 손실(endwall loss))과 같은 다양한 종류의 흐름 손실들을 고려한 3차원의 터빈 블레이드의 개발이 서술되어 있다. 마지막에 언급한 손실을 줄이기 위해, 원주 방향으로 상기 터빈 블레이드의 기울기가 제공되어 있다. 상기 블레이드 첨두의 영역에서 및 터빈 블레이드의 허브 영역에서 터빈 블레이드의 기울기는 굽혀진(bent) 블레이드를 초래하며, 이 경우 그런 종류의 휨은 기계적인 특성 때문에 가이드 블레이드에서만 적용될 수 있다. 또한 상기 논문에는 상기 블레이드의 트위스트(twist)는 상기 블레이드의 기울기에 영향을 주므로, 상기 블레이드의 단부 영역들의 3차원의 설계에서 블레이드 기울기, 블레이드 트위스트뿐만 아니라 블레이드 프로화일도 이용할 수 있음이 통틀어 설명되고 있다.
마찬가지로, M. Jansen과 W. Ulm저, 1995년 발행, "VDI-보고서" No.1185, "증기 터빈 효율을 개선하기 위한 현대형 블레이드 디자인(Modern Blade Design for Improving Steam Turbine Efficiency)" 논문, 277-290페이지에 증기 터빈, 특히 고압 또는 중압 증기 터빈의 효율의 향상이 상술되고 있다. 다양한 증기 터빈에 대한 다양한 흐름 손실들의 영향이 설명되고 있다. 이 터빈 블레이드의 특수한 설계를 통해 상기 흐름 손실의 감소가 이루어진다. 3차원으로 형성된 터빈 블레이드는 이 경우 상기 터빈 블레이드의 하부 영역 및 상부 영역에서 기울기를 갖는다. 상기 논문에서는 순수하게 원통형인 블레이드와 3차원으로 형성된 터빈 블레이드의 흐름 손실과 관련한 비교가 설명된다. 그와 같은 원통형 블레이드들은 상기 블레이드 축에 대해 평행한 압축 쪽과 흡입 쪽을 가지며 따라서 트위스트도 기울기도 가지지 않는다. 상기 3차원으로 형성된 터빈 블레이드에 대한 다른 대안으로서 소위 트위스트 터빈 블레이드들(twisted turbine blades)이 설명되어 있으며, 이들은 그의 크기에 있어서 점증하는 트위스트(increasing twist)와 가변적인 블레이드 프로화일(altering blade profile)을 가지고 있다.
DE 31 48 995 A1에는 둘레에 서로 일정한 간격으로 배열된 다수의 가이드 블레이드들을 가지는 증기 터빈 또는 가스 터빈과 같은 축류 터빈이 서술되어 있다. 사용된 상기 가이드 블레이드들은 그의 높이 전반에 걸쳐 트위스트되어 있으며 가변적인 인렛 각도(inlet angle)를 가지고 있다. 이 인렛 각도의 변경은 상기 블레이드 바닥(뿌리)으로부터 측정된 일정한 크기로부터 연속적으로 상기 가이드 블레이드의 첨두의 영역에서 오버선형적으로(overlinearly) 증가한다. 이 트위스팅은 상기 가이드 블레이드의 높이 전체에 걸쳐 연속적으로 증가한다. 이 가이드 블레이드의 횡단면 프로화일은 상기 블레이드 바닥으로부터 블레이드 첨두쪽으로 연속적으로 변하며, 이 경우 이 가이드 블레이드는 가늘어진다. 상기 가이드 블레이드의 형성 시에, 상기 가이드 블레이드의 아웃렛 각도(outlet angle), 크기 및 형상과 관련하여, 상기 가이드 블레이드의 높이 전반에 걸쳐 다른 변경들이 고려된다.
독일 공개 공보 제 11 68 599호에는 벽면의 영역에서 횡단면이 변하여 이 벽면을 통해 야기된 흐름의 영향을 보상할 수 있는 가동 블레이드 및/또는 가이드 블레이드를 가지는 축류 압축기가 공지되어 있다. 이 축류 압축기에서는 가스 흐름 통로를 따라 가동- 및 가이드 블레이드들 앞에서 인렛 가이드 블레이드들이 배열되어 있다. 이 인렛 가이드 블레이드들은 상기 벽들의 영역 밖에서 돔 형상의 횡단면을 갖는다. 상기 돔 형상 횡단면을 가지는 중앙의 블레이드 부분은 각각의 벽 영역에서 매끈한 그리고 연속적인 곡선을 가지는 표면에서 상기 벽 영역들의 돔 형상이 아닌 횡단면 프로화일로 넘어간다. 그러므로 상기 인렛 가이드 블레이드의 높이 전반에 걸쳐 상기 블레이드 시트의 횡단면 프로화일이 연속적으로 변한다. 상기 인렛 각도는 인렛 가이드 블레이드의 전체 크기에 걸쳐 변함이 없다.
독일 공개 공보 제 28 41 616호에는 가이드 블레이드들을 가지는 축류 터빈을 위한 가이드 블레이드 링(guide blade ring)이 서술되어 있으며, 이 경우 상기 가이드 블레이드들은 내측 링과 외측 링 사이에 배열되며 이 블레이드 시트의 프로화일 두께는 블레이드의 분할에 비례하여 변한다. 이 경우 상기 가이드 블레이드의 높이 전반에 걸쳐 상기 블레이드 프로화일의 변경이 이루어지는데, 왜냐하면 변경이 앞쪽 에지 (압축 쪽)의 형태로 이루어지는 것이 아니라 상기 가이드 블레이드의 두께가 동시에 증가하면서 상기 돌출부가 뒷쪽 에지에서 그 높이에 대한 크기 면에서 점증하기 때문이다. 이 경우 상기 프로화일이 변함으로써, 상기 가이드 블레이드의 두께가 증가하는 반면, 그의 현 길이(cord length)는 변함이 없다. 그와 같은 가이드 블레이드 링은 증기 터빈, 가스 터빈 및 압축기에도 적용할 수 있다.
DE 42 28 879 A1에는 적어도 일련의 곡선형 가이드 블레이드들을 가지는 축류 터빈이 공지되어 있다. 이 곡선형 블레이드를 통해 상기 가이드 블레이드의 인렛 에지 뿐만 아니라 아웃렛 에지도 축의 동일 평면에 위치하지 않는다. 이 때 상기 블레이드의 곡률은 현에 대해 직각 방향으로 연장하며, 이는 프로화일 절개면의 변위를 통해 원주 방향으로뿐만 아니라 축방향으로도 이루어진다. 터빈 하우징 벽(실린더)으로부터 터빈 허브 쪽으로 상기 가이드 블레이드가 테이퍼되어 있으므로, 그의 횡단면이 그에 상응하게 변하며, 이 경우 상기 블레이드 프로화일은 블레이드 높이 전반에 걸쳐 거의 변함이 없다. 상기 곡률 및 테이퍼 외에도 상기 가이드 블레이드의 시트 길이에 걸쳐 상기 블레이드 시트의 트위스팅이 이루어지며, 채널 높이에 대해 가이드 블레이드 다음에 오는 가동 블레이드의 선단 속도(peripheral speed)의 변경을 고려할 수 있다. 그러므로 현 길이의 변경과 관련하여, 동시에 축 방향 및 원주 방향 이동처럼, 프로화일 현(곡률 또는 휨)에 대해 직각 방향으로 상기 프로화일 단면의 중심점의 이동을 통한 블레이드 시트의 적응이 이루어진다.
증기 터빈을 위한 기울기를 가지는 터빈 블레이드가 G. Singh, P. J. Walker, B. R. Haller저, 논문 "Development of three-dimensional stage viscous time marching method for optimization of short height stages", "VDI-보고서" No. 1185, 1995년, p.157-179에 제공되어 있다.
본 발명은 상기 블레이드가 블레이드 축에 정렬되며 이 블레이드 축을 따라 하단부 영역, 상단부 영역 및 그 사이에 배열된 중앙 영역 및 이 블레이드 축에 대해 직각 방향의 횡단면 영역을 가지는 터보 기계용 블레이드에 관한 것이다. 또한 본 발명은 증기 터빈, 특히 고압 또는 중압 증기 터빈에 관한 것이다.
도 1은 고압-증기 터빈의 종단면도이고,
도 2는 블레이드 링의 횡단면도이며,
도 3은 블레이드의 블레이드 시트 영역의 입체도이고,
도 4는 도 3에 따른 블레이드의 블레이드 시트 영역의 횡단면도이며,
도 5는 상기 블레이드 축의 방향으로 축에서 도 4에 따른 횡단면으로부터 일정한 거리에 있는 도 3에 따른 블레이드의 다른 횡단면도이다.
본 발명의 목적은 흐름 손실이 작은 터보 기계용 블레이드를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 흐름 손실이 작은 증기 터빈을 제공하는데 있다.
본 발명에 따라 터보 기계용 블레이드에 맞춰진 상기 목적은, 블레이드가 블레이드 축에 정렬되며 이 블레이드 축을 따라 하나의 하단부 영역, 하나의 상단부 영역 및 그 사이에 배열된 중앙 영역 및 상기 블레이드 축에 대해 직각 방향인 횡단면 프로화일을 가지며, 상기 블레이드 축의 방향으로 축에서 서로 일정한 거리에 있는 횡단면 프로화일들이 상기 하단부 영역으로부터 중앙 영역으로 및 상단부 영역으로부터 중앙 영역으로 동일 방향으로 대향하여 오프셋되어 있으며 하단부 영역에서 및/또는 상단부 영역에서 축에서 서로 일정한 거리에 있는 횡단면 프로화일이 각도 차이만큼 서로에 대해 트위스트됨으로써 달성된다.
터빈 샤프트를 가지는 터빈 안에 상기 블레이드를 내장할 때 이 블레이드 축의 방향으로 축에서 블레이드는 상기 터빈 샤프트를 기준으로 반경 방향으로 향해 있다. 상단부 영역에서 그리고 하단부 영역에서 축에서 서로 일정한 거리에 있는 횡단면 프로화일의 변위(displacing) 및 하단부 영역에서 및/또는 상단부 영역에서 부가의 트위스팅(twisting)을 이용함으로써, 터빈 샤프트의 허브에 및 터빈 하우징의 내측 둘레에 할당된 가장자리 영역들(marginal areas)(상단부 영역, 하단부 영역)에서 흐름 손실이 감소된다. 중앙 영역 쪽을 향한 동일 방향 변위가 야기하는 바는 상기 터빈 블레이드들이 블레이드 축에 대해 직각 방향으로 볼록하게 경사진(굽혀진)다는 것이다. 축에서 서로 일정한 거리에 있는 횡단면 프로화일의 부가의 트위스팅을 이용해 효율의 부가적인 향상, 즉 흐름 손실의 감소가 이루어진다.
바람직하게는 상기 하단부 영역에서 그리고 상단부 영역에서의, 축에서 서로 일정한 거리에 있는 횡단면 영역들이 중앙 영역을 향해 동일 방향으로 회전된다. 이 때문에 상기 블레이드의 높이 전반에 걸쳐 상단부 영역으로부터 하단부 영역으로 트위스팅이 다시 복귀된다.
이 블레이드는 바람직하게는 블레이드 링에 배열하기 위해 설계되어 있으며, 이 블레이드 링은 원주 방향을 가지며, 이 횡단면 방향(cross sectional direction)은 국지적으로 상기 원주 방향과 일치한다. 이 때문에 상기 블레이드의 가장자리 영역들에서 상기 블레이드의 단부 영역들에서의 회전(각도 적응(adaption of angle))과 동시에 원주 방향으로의 휨(bending)이 이루어지므로, 흐름 손실의 감소 및 그로 인한 터보 기계의 효율 향상이 달성될 수 있다. 순수하게 원통형인 및 순수하게 경사진 또는 순수하게 굽혀있는 블레이드와 비교하여, 특히 증기 터빈에 있어서 한 편으로는 동일한 열 에너지 투입에서 기계적인 유출 에너지의 증가 및 다른 한편으로는 유출 에너지가 변함없는 경우 유해 물질의 방출로 인한 환경 부담의 감소 및 열 에너지 투입의 감소가 달성된다.
상기 횡단면 프로화일들은 바람직하게는 평면의 무게 중심과 관련하여 또는 상기 블레이드 축과 관련한 회전에서 (예를 들어 불균일한 무게 분포 때문에 편차가 발생하는 경우) 회전된다. 이 때 나타나는 회전각은 하기에서 스텝 각도(stepped angle)로서 표시되고 회전의 실시는 스텝 각도의 변경으로 표시된다.
블레이드 축에 직각인 횡단면에서 상기 횡단면 프로화일은 블레이드 축을 따라 바람직하게는 전체에 걸쳐 동일하다. 이 횡단면 프로화일은 상기 블레이드의 높이 전반에 걸쳐 변함이 없다. 이 경우 바람직하게는 상기 횡단면 프로화일의 상기 횡단면 표면 역시 변함이 없다. 이 때 상기 블레이드는 상기 횡단면 프로화일의 무게 중심의 원주 방향 이동으로부터 결합을 가지며 또한 상단부 영역에서 그리고 하단부 영역에서(허브 및 하우징 영역에서) (프로화일링의 변함없는) 상기 횡단면 프로화일의 스텝핑을 갖는다.
블레이드 축에 대해 직각인 방향으로 블레이드의 확장을 위해 (블레이드 폭) 블레이드 축의 방향으로 블레이드의 확장(블레이드 길이, 블레이드 높이)에 따라 그리고 터보 기계에 상기 블레이드를 내장할 때의 흐름 조건들에 따라 상기 블레이드는 중앙 영역에서 바람직하게는 원통형으로 실시되어 있다. 상기 블레이드의 측면들(압축 측면, 흡입 측면)이 블레이드 축에 대해 평행하게 연장되어 있다.
상기 블레이드는 바람직하게는 증기 터빈의, 특히 고압 또는 중압 증기 터빈의 가이드 블레이드 또는 가동 블레이드로서 실시되어 있다. 이 경우, 특히 고압 증기 터빈을 위한 블레이드에서처럼, 상기 블레이드는 폭에 대한 길이의 작은 비율을 가지는 것이 선호된다.
터빈 축에 배열된 그리고 유입 영역, 배출 영역 및 유체 역학적으로 그 사이에 배열된 블레이드 장착 영역을 가지는 증기 터빈을 위해, 증기 터빈에 맞춰진 상기 목적은, 블레이드 축을 따라 정렬된 블레이드가 블레이드 장착 영역에 배열되며, 이 블레이드는 블레이드 축 전반에 걸쳐 경사와 트위스트를 가지며, 이것은 하단부 영역으로부터 중앙 영역으로 증가하며 중앙 영역으로부터 상단부 영역으로 감소함으로써, 달성된다.
감소하는 그리고 증가하는 기울기 및 트위스트가 있는 블레이드를 포함하는 증기 터빈의 그와 같은 구성을 이용해, 터빈 축을 따라 정렬된 터빈 샤프트의 영역에서 및 이 터빈 샤프트를 포함하는 터빈 하우징에서 흐름 손실의 감소가 달성된다.
감소하는 그리고 증가하는 기울기 및 트위스트가 있는 블레이드가 바람직하게는 상기 유입 영역에 할당된다. 그러므로 이것은 바람직하게는 제 1의 스테이지에 및/또는 그 다음의 스테이지에 배열되어 있다. 이는 가동 블레이드 또는 가이드 블레이드로 이루어지는 블레이드 링을 포함하는 스테이지들에 적용된다. 고압 또는 중압 증기 터빈의 제 1의 스테이지에서 허브 영역 및 하우징 영역에서 소위 2차 손실(가장자리 손실들) 양이 특히 높으며 (예를 들어 전체 손실의 30%까지) 그리고 그 양은 제공된 블레이드 형상을 통해 감소되기 때문에, 효율이 현저히 향상된다.
바람직하게는 트위스트 블레이드, 즉 그의 길이 전반에 걸쳐 증가하는 트위스팅 및 횡단면 프로화일 및/또는 횡단면 표면의 변경을 가지는 블레이드가 상기 배출 영역에 배열되어 있다. 감소하는 및 증가하는 기울기 및 스텝 각도 변경을 가지는 블레이드 및 트위스트 블레이드를 포함하는 스테이지들 사이에 축에 순수하게 원통형인 블레이드가, 즉 상기 블레이드 축에 대해 평행한 측벽들을 가지고 블레이드가 제공된다. 상이한 기하학적 형상의 블레이드들의 그와 같은 배열을 이용해 작은 흐름 감소 및 고효율을 가지는 증기 터빈이 제공된다.
도면에 도시된 실시예들을 이용해 터보 기계용 블레이드 및 증기 터빈이 상술된다. 이는 부분적으로 도시되어 있으며 실크기로 도시된 것은 아니다.
동일한 도면 부호들은 도면 전체에서 동일한 의미를 갖는다.
도 1에는 터보 기계, 고압 증기 터빈(11)이 종단면도로 도시되어 있으며, 이는 터빈 축(17)을 따라 정렬되어 있다. 이 증기 터빈(11)은 터빈 하우징(18)에 의해 에워싸여진, 상기 터빈 축(17)을 따라 정렬된 터빈 샤프트(20)를 갖는다. 상기 터빈 축(17)을 따라 상기 증기 터빈(11)은 액션 유체(action fluid), 뜨거운 증기(hot steam)용 유입 영역(12) 및 뜨거운 증기용 배출 영역(13)을 갖는다. 유입 영역(12)과 배출 영역(13) 사이에 축에 블레이드 장착 영역(14)이 제공된다. 이 블레이드 장착 영역(14)에서 축 방향에서 교대로 전후로 각각 블레이드 링(21)에 조합된 가이드 블레이드(guide blade)(9)와 가동 블레이드(movable blade)(8)들이 배열된다. 각각의 가동 블레이드(8)와 각각의 가이드 블레이드(9)가 블레이드 축(2)을 따라 (침고 도 3) 하단부 영역(3), 상단부 영역(4) 및 블레이드 축(2)의 방향에서 축에서 그 사이에 배열된 중앙 영역(10)을 갖는다. 가동 블레이드(8)의 하단부 영역(3)은 상기 터빈 샤프트(20)에 이웃하며 가이드 블레이드(9)의 하단부 영역은 터빈 하우징에 이웃한다. 그 반대의 경우가 상기 상단부 영역(4)에도 적용된다. 상기 유입 영역(12)에 가장 근접한 가동 블레이드(8) 및/또는 가이드 블레이드(9)는 상기 하단부 영역(3)에서 그리고 상단부 영역(4)에서 경사진 그리고 트위스트된 블레이드(1)로서 실시되어 있다. 상기 배출 영역(13)에 근접한 가동 블레이드(8)와 가이드 블레이드(9)는 각각 상기 블레이드 축(2)을 지나면서 증가하는 트위스팅 및 변하는 횡단면 프로화일을 가지는 트위스트 블레이드(19)로서 실시되어 있다. 경사진 그리고 트위스트된 블레이드(1)와 트위스트된 블레이드(19) 사이에 축에서 블레이드 장착 영역(14)에서 순수하게 원통형인 블레이드(16)가 배열되며, 그의 흡입 및 압축 측면은 상기 블레이드 축(2)에 평행하게 위치한다.
도 2에는 원주 방향(6a)으로 병렬로 블레이드(1)들이 배열된 블레이드 링(21)의 단면이 도시되어 있다. 개관(槪觀)을 돕기 위해, 상기 블레이드 링(21)은 상기 원주 방향(6a)으로 펼쳐져 있고 그 중 단지 2개의 블레이드(1)만이 도시되어 있다. 상기 원주 방향(6a)은 상기 터빈 축(17)에 대해 직각 방향인 단면에서의 터빈 샤프트(20)의 원주에 일치한다. 상기 증기 터빈(11) 안에서 흐르는 증기의 주요 흐름 방향(22)은 상기 블레이드 링(21)의 원주 방향(6a)에 직교한다.
도 3에는 블레이드 축(2)을 따라 정렬된 블레이드(1)의 블레이드 시트 영역(23)의 입체도가 도시되어 있다. 이 블레이드 시트 영역(23)은 하단부 영역(3), 상단부 영역(4) 및 그 사이에 중앙 영역(10)을 갖는다. 개관을 돕기 위해 상기 하단부 영역(3)에 인접한 고정 영역은 도시되어 있지 않으며, 이것을 이용해 상기 터빈 블레이드(1)는 상기 터빈 샤프트(20)에 그리고 터빈 하우징(18)에 고정된다. 또한 경우에 따라서는 상기 상단부 영역(4)에 이웃하는 덮개 스트립 역시 도시되어 있지 않다. 바람직하게는 상기 블레이드 링(21)의 원주 방향에 일치하는 횡단면 방향(6)에서 상기 터빈 블레이드(1)는 상기 상단부 영역(4)에서 그리고 하단부 영역(3)에서 경사져 있으며 축 방향으로 각도 차이(Δβ)만큼 (도 4와 도 5 참고)회전되어 있다. 상기 하단부 영역(3)에서 중앙 영역(10) 쪽으로 커지는 트위스팅과 커지는 원주 방향 휨(circumferential bending)은 상단부 영역(4)에서의 트위스팅과 원주 방향 휨에 일치한다. 하단부 영역(3)으로부터 시작하며 이것이 의미하는 바는 블레이드 축(2)을 따라서 횡단면 프로화일이 상기 중앙 영역(10) 방향으로 회전되고 변위되며 그리고 중앙 영역(10)으로부터 상단부 영역(4)으로 회전 및 트위스팅이 복귀한다는 것이다. 상기 중앙 영역(10)의 높이 전반에 걸쳐 상기 변위와 트위스팅의 정도는 변함없다. 상단부 영역(4)을 지나는 복귀 회전 및 복귀 변위의 크기는 바람직하게는 하단부 영역(3)에서의 변위 및 트위스팅의 크기와 동일하다.
여기에서 상기 원주 방향 휨은 바람직하게는 블레이드 링(21)의 원주 방향(6a)에 일치하는 횡단면 방향(6)의 방향으로 상기 횡단면 프로화일(5, 5a)의 변위를 의미한다. 상기 블레이드(1)의 트위스팅이 스텝 각도 변경을 통해 이루어지며, 즉 바람직하게는 상기 블레이드(1)의 중심 축과 일치하는 블레이드 축(2)을 중심으로 횡단면 프로화일(5)의 회전을 통해 도 4와 도 5에 따른 각도(β)의 변경을 통해 이루어진다. 횡단면 전체에서 균일한 질량 분포를 가지는 블레이드(1)에서 이는 횡단면 프로화일(5, 5a)의 평면 무게 중심(7) (질량 무게 중심(7))을 중심으로 한 회전에 일치한다. 이 횡단면 프로화일(5, 5a, 5b)은 각각의 횡단면에 대한 블레이드 시트 영역(23)의 전체 높이에 걸쳐 동일한 횡단면이며, 즉 특히 횡단면 형상 및 면이 변함없다. 도 5에 도시된 횡단면 프로화일(5b)은 도 4에 도시된 횡단면 프로화일(5a)에 비해 각도 차이(Δβ) 만큼 회전되며 변위값(ΔU)만큼 변위된다. 이는 스텝 각도(β')의 값에 대한 상기 스텝 각도(β)의 변경에 일치한다(도 5).
증기 터빈, 특히 고압 증기 터빈에 있어서, 터빈 샤프트와 터빈 하우징의 근처에서 가장자리 손실들, 즉 유체 역학적 손실이 전체 손실의 대략 30%가 되기 때문에, 증기 터빈에서 상기 블레이드의 트위스팅과 원주 방향 휨으로 인해 가장자리 손실의 감소는 효율의 증가를 가져온다. 트위스팅과 원주 방향 휨의 정도는 증기 터빈에서 유체 역학적인 관계에 적응할 수 있으며, 이 경우 상기 트위스팅과 원주 방향 휨이 전체 중앙 영역에 걸쳐 연장되어 있다. 상기 중앙 영역이 순수하게 원통형인, 즉 상기 블레이드의 흡입 측면과 압축 측면이 상기 블레이드 축에 대해 평행하게 배열될 수 있다.

Claims (11)

  1. 블레이드(1)가 블레이드 축(2)에 정렬되며 이 블레이드 축을 따라 하나의 하단부 영역(3), 상기 블레이드 축(2)을 따라 반대편에 배열된 하나의 상단부 영역(4) 및 그 사이에 배열된 중앙 영역(10) 및 상기 블레이드 축(2)에 대해 직각 방향인 횡단면 프로화일(5; 5a, 5b; 15a, 15b)을 가지며, 상기 블레이드 축(2)의 방향으로 축에서 서로 일정한 거리에 있는 횡단면 프로화일들(5a, 5b)이 상기 상단부 영역(4)에서 중앙 영역(10)으로 횡단면 방향(6)으로 대향하여 오프셋되어 있으며 및 축에서 서로 일정한 거리에 있는 횡단면 프로화일들(15a, 15b)이 상기 횡단면 방향(6)으로 하단부 영역(3)에서 중앙 영역(10)으로 대향하여 오프셋되어 있으며, 하단부 영역(3)에서 및/또는 상단부 영역(4)에서 축에서 서로 일정한 거리에 있는 횡단면 프로화일(15a, 15b; 5a, 5b)이 각도 차이(Δβ)만큼 서로에 대해 트위스트되어 있는, 터보 기계(11)용 블레이드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    축에서 서로 일정한 거리에 있는 횡단면 프로화일들(5a, 5b; 15a, 15b)이 하단부 영역(3)에서 그리고 상단부 영역(4)에서 중앙 영역(10) 쪽으로 동일 방향으로 트위스트되어 있는 것을 특징으로 하는 블레이드.
  3. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    블레이드가 원주 방향(6a)을 가지는 블레이드 링에 배열되고, 횡단면 방향(6)이 국지적으로 원주 방향(6a)에 일치하는 것을 특징으로 하는 블레이드.
  4. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    횡단면 프로화일(5a, 5b; 15a, 15b)들이 그의 평면 무게 중심(7)을 기준으로 회전되어 있는 것을 특징으로 하는 블레이드.
  5. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 횡단면 프로화일(5a, 5b; 15a, 15b)이 상기 블레이드 축(2)을 따라 전체적으로 동일한 것을 특징으로 하는 블레이드.
  6. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    블레이드가 그 중앙 영역(10)에서 원통형으로 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 블레이드.
  7. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    블레이드가 증기 터빈(11)의 가이드 블레이드(9) 또는 가동 블레이드(8)로서 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 블레이드.
  8. 증기 터빈(11)이 터빈 축(17)에 배열된 그리고 유입 영역(12), 배출 영역(13) 및 유체 역학적으로 그 사이에 배열된 블레이드 장착 영역(14)을 가지며, 블레이드 축(2)을 따라 정렬된 블레이드(1)가 블레이드 장착 영역(14)에 배열되며, 이 블레이드(1)는 블레이드 축(2)을 따라서 기울기 및 트위스팅을 가지며, 이것은 하단부 영역(3)으로부터 중앙 영역(10)으로 증가하며 중앙 영역(10)으로부터 상단부 영역(4)으로 감소하는, 증기 터빈(11), 특히 고압 증기 터빈 또는 중압 증기 터빈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 블레이드(1)는 감소하는 그리고 증가하는 기울기와 트위스트를 가지고 유입 영역(12)에 할당되어 있는 것을 특징으로 하는 증기 터빈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    트위스트 블레이드(19)가 상기 배출 영역(13)에 할당되어 있는 것을 특징으로 하는 증기 터빈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 블레이드(1)와 트위스트 블레이드(19) 사이에서 터빈 축(17)의 방향으로 순수한 원통형의 블레이드(16)가 배열되는 것을 특징으로 하는 증기 터빈.
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