Przedmiotem wynalazku jest lopatka robocza tur¬ bin parowych i gazowych oraz sprezarek osiowych, zwlaszcza lopatka dluga, znajdujaca zastosowanie na wylocie, to znaczy w ostatnim stopniu turbin oraz na wlocie to znaczy w pierwszym stopniu spre¬ zarek.Znane lopatki robocze maszyn cieplnych wirni¬ kowych — turbin parowych i gazowych oraz spre¬ zarek osiowych — przedstawiaja zawsze i bez wy¬ jatku jednolite platy nosne. Lopatki dlugie maja postac platów nosnych scieniajacych sie od stopy do glowy, a nadto zwinietych, przez co rozumie sie okreslona zmiennosc katów wlotowego i wyloto¬ wego.W znanych lopatkach dlugich kat wlotowy ro¬ snie od kata ostrego u nasady lopatki do rozwar¬ tego u jej wierzcholka z ewentualnym równoczes¬ nym zmniejszaniem sie kata na wylocie z lopatki.Tazmiennosc katów lopatki, nazywana prawem zwi¬ niecia plata, moze byc w zasadzie bardzo rózna.Wszelkie jednak znane dotad typy lopatek zwijane sa wedlug jednego konkretnego prawa, a uzyskane w ten sposób powierzchnie platów nosnych maja charakter ciagly, dajacy sie w zasadzie opisac rów¬ naniami analitycznymi.Maksymalny przekrój przeplywu A przez uklad lopatkowy, dajacy sie zrealizowoac ze wzgledów wytrzymalosciowych, jest funkcja trzech wielko¬ sci: — predkosci katowej obrotu co, 10 19 20 30 — stalej materialowej jako stosunku dopuszczal¬ nego naprezenia na rozerwanie do gestosci tworzywa — , Q — wskaznika konstrukcyjnego k wyrazajacego stosunek naprezen rozciagajacych wystepuja¬ cych w identycznych przekrojach stóp dwóch lopatek — lopatki rzeczywistej, zwinietej, zwe¬ zajacej sie i scieniajacej sie od stopy ku wierz¬ cholkowi, oraz lopatki cylindrycznej o stalym przekroju poprzecznym równym przekrojowi stopy.Z drugiej strony przekrój przeplywu przez uklad lopatkowy okresla sie w zaleznosci od wymiarów geometrycznych: A =djtlt, (1) gdzie: d — srednia srednica kola, 1 — dlugosc lopatki równa polowie róznicy mie¬ dzy zewnetrzna srednica dz i wewnetrzna sre¬ dnica dw, t — wskaznik zwezenia przekroju przeplywu, uwzgledniajacy skonczona grubosc krawedzi splywowych lopatek..Maksymalny przekrój przeplywu Amax jako fun¬ kcja trzech parametrów -?L_, k i co nie zalezy od Q 1 doboru stosunku—, dlugosci lopatki do sredniej d srednicy kola. Dla okreslonej wartosci stosunku—— d 111037111037 3 4 rosnie zatem ze wzrostem przekroju przeplywu A zarówno srednia srednica kola d wedlug relacji: d-=-|/ f (2) jak i sredniee skrajne, wewnetrzna dw i zewne¬ trzna dz ukladu lopatkowego, oraz przynalezne predkosci obwodowe. Tymczasem dopuszczalny wzrost srednicy dw jest ograniczony, gdyz wewne¬ trzna srednica lopatki okresla jednoczesnie zewne¬ trzna srednice wirnika dzwigajacego na obwodzie uklad lopatkowy, ta zas jest ograniczona wzgleda¬ mi wytrzymalosciowymi w zaleznosci od typu kon¬ strukcyjnego wirnika, np. tarczy równej wytrzy¬ malosci, tarczy z otworem na wal i odpowiednia piasta, bebna itp.Tak wiec dla okreslonego wzrostu przekroju prze¬ plywu A mozna uniknac wzrostu srednicy wewne¬ trznej lopatek dw, jedynie przyjmujac odpowiednio wieksze wartosci stosunku —, np. od—=—wzwyz d d 3 do wartosci—-—, — itd. 2,75 2,5 Opisane postepowanie jest mozliwe z punktu wi¬ dzenia wytrzymalosci lopatek. Jednak przechodzeniu na duze wartosci stosunku —, w ogólnosci powy- d zej—, stoja na przeszkodzie wzgledy przeplywowe, ó które wyrazaja sie w przekroczeniu granicznych wartosci takich parametrów przeplywu jak stopnia reakcyjnosci albo skladowej osiowej predkosci czyn¬ nika pracujacego, badz na srednicy wewnetrznej badz zewnetrznej plata nosnego lopatki. Bez wzgledu na przyjete prawo zwiniecia lopatki, a wiec bez wzgledu na zalozone prawo zmiennosci skladowych predkosci, obwodowej i osiowej, z promieniem, wspomniane ograniczenia sa nieuchronna, koniecz¬ noscia. Wychodzac zatem od wybranego przekroju i profilu poprzecznego lopatki jako od przekroju odniesienia, dopuszczalna z punktu widzenia prze¬ plywowego dlugosc lopatki wypada zawsze ograni¬ czona, badz w kierunku promieni malejacych, badz w kierunku promieni rosnacych.Tak np. w dotychczasowym stanie techniki dla znanego zalozenia swobodnego wiru jako charak¬ teryzujacego przeplyw czynnika roboczego w szcze¬ linie miedzylopatkowej: Cu-r = const (3) gdzie: Cu — skladowa obwodowa predkosci strumienia, r— promien okreslajacy polozenie rozpatry¬ wanego przekroju lopatki; dlugosc lopatki jest ograniczona w kierunku ma¬ lejacych promieni rw, gdyz stopien reakcyjnosci równiez maleje z promieniem, ' zas jego wartosc powinna byc zawsze dodatnia. Dla znanego zaloze¬ nia wiru przymusowego: -^ =const (4) r dlugosc lopatki jest ograniczona w kierunku ro¬ snacych promieni rz, z uwagi na* skladowa osiowa predkosci Ca, a malejaca szybko ze wzrostem pro¬ mienia.Dobierajac jakiekolwiek prawo zmiennosci skla¬ dowej obwodowej Cu z promieniem, dochodzi sie zawsze do parametrów granicznych, ograniczaja¬ cych w zaleznosci od przyjetego prawa Cu = f (r), dopuszczalna dlugosc lopatki. Stad mimo mozliwosci 5 powiekszania dlugosci 1 lopatek oraz wolnego prze¬ kroju przeplywu A przez stopien z uwagi na wy¬ trzymalosc lopatek, w. praktyce na bazie znanego stanu techniki nie daje sie efektywnie korzystac z tej mozliwosci, co z kolei ogranicza moc maksy¬ malna, osiagalna w turbinie na jeden wylot do skraplacza i tym samym moc calkowita turbiny.Zgodnie z wynalazkiem omówionych ograniczen w powiekszaniu dlugosci lopatki unika sie przez skonstruowanie lopatki roboczej jako zlozonej z dwóch róznych platów, jednego rozciagajacego sie od obranego przekroju posredniego w kierunku stopy i drugiego, odmiennego, w kierunku wierz¬ cholka lopatki. Kazdy z wymienionych platów jest uksztaltowany wedlug odmiennych praw podyk¬ towanych wzgledami wytrzymalosciowymi i prze¬ plywowymi.Jeden z platów jest tak uksztaltowany, iz w jed¬ nym z jego konców wystepuje graniczna wartosc któregos ze wskazników przeplywowych, mianowi¬ cie stopnia reakcyjnosci lub skladowej osiowej pre¬ dkosci przeplywu czynnika pracujacego; w tym koncu powierzchnia lopatki przechodzi bezposred¬ nio w drugi odmienny plat tak uksztaltowany, iz na jego dlugosci obrany wskaznik jest utrzymany na niezmiennym lub nieznacznie zmiennym pozio¬ mie. Tak wiec lopatka wedlug wynalazku, poczy¬ najac od obranego przekroju posredniego, ma w kie¬ runku stopy plat zwiniety w jednym kierunku a w kierunku wierzcholka plat zwiniety odpowiednio w przeciwnym kierunku. W miejscu zetkniecia sie opisanych platów, a wiec w miejscu obranego prze¬ kroju posredniego, oba platy maja identyczne pro¬ file, lecz w tym miejscu wystepuje ha powierzchni lopatki krawedz rozgraniczajaca platy o róznej ge¬ ometrii.Wynalazek umozliwia wytwarzanie lopatek ro¬ boczych o dlugosci przekraczajacej dlugosc znanych dotad lopatek, bez naruszenia ograniczen wyznaczo¬ nych przez wzgledy przeplywowe oraz wytrzyma¬ losc wirnika. W konsekwencji, poprzez wzrost wol¬ nego przekroju przeplywu przez uklad lopatkowy, powstaje mozliwosc podniesienia mocy turbiny na jeden wylot do skraplacza, a tym samym ogólnej mocy turbiny, z korzyscia dla kosztu budowy tur¬ biny odniesionego do jednostki mocy, a posrednio takze dla osiaganej sprawnosci.Przedmiot wynalazku jest dokladniej objasniony na przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia lopatke robocza w widoku z bo¬ ku, a fig. 2 — te sama lopatke w widoku od strony wierzcholka, z zaznaczeniem jej profilów w okre¬ slonych miejscach dlugosci.Przedstawiona na przykladzie lopatka robocza ostatniego stopnia turbiny parowej ma stosunek — = ——. Temu odpowiada stosunek promieni we- _j_ r D ^ wnetrznego do zewnetrznego —— = —- = — =- i'z Dz i i _L ^ d 15 20 25 30 . 35 40 45 50 55 605 111037 6 - 0,4284. Dla promienia sredniego r = r0 = rw +rz zaklada sie stopien reakcyjnosci Qó = 0,50 jako naj¬ korzystniejszy.Dla r = rz = 1,4 r0 otrzymuje sie stad qz =0,745.Dla r = rw = 0,6 rQ otrzymuje sie w rozwiazaniu konwencjonalnym qw < 0, co jest nie do przyjecia.Graniczna zalozona wartosc gg = 0,1 wystepuje przy rg = 0,746 r0 i na tym promieniu wystepuje prze¬ krój 1 rozgraniczajacy zewnetrzny plat 2 od we¬ wnetrznego plata 3. Zewnetrzna granica plata 2 uksztaltowanego wedlug zasady Cur = const jest wierzcholek 4 lopatki na promieniu r = rz, gdzie qz = 0,745. Od przekroju 1 ku stopie 5 lopatki do rw = 0,6 r0 rozciaga sie plat 3 uksztaltowany we- dlug zasady —- = const ze stalym stopniem reak- r cyjnosci q = 0,1 = Qg = pw. Dla promienia rw skla¬ dowa osiowa predkosci Caw = 1,1870 Cao to znaczy jest ona o 18,7% wyzsza niz na promieniu odniesie¬ nia rg.Dla podanych wielkosci katy lopatkowe wyno¬ sza: feo = 24,0°; q0 = 0,5 (32z = 18,88°; Qz = 0,745 ftg = 28,79°; Qg = 0,1 r = ro-0io = 74,88°; r = rz-(3iz = 141,9°; r = rg-(3ig = 33,22°; i wreszcie dla r = rw-Piw = 43,26°; £w = 0,1 (32w = 38°30'; Jak z powyzszego wynika, kat |3i, najwiekszy na promieniu r = rz — kat rozwarty 141,9° — maleje stopniowo w kierunku stopy osiagajac na promie¬ niu r = rg wartosc najmniejsza 33,2°, po czym znowu rosnie do wartosci 43,26° na promieniu wewnetrz¬ nym r = rw.Zmiennosc katów górnego plata 2 i dolnego plata 15 25 30 35 3 lopatki znajduje swoje odbicie w ksztalcie bocz¬ nych krawedzi lopatki pokazanym na fig. 2 rysun¬ ku. Zarówno jedna krawedz, zlozona, z odcinka 6 stanowiacego krawedz plata 2 i odcinka 7 stano¬ wiacego krawedz plata 3 jak i druga krawedz zlo¬ zona odpowiednio z odcinków 8 i 9, wykazuja na tej figurze zalamanie odpowiadajace na dlugosci lopatki miejscu wystepowania przekroju 1.Analogicznie mozna zlozyc lopatke z dwóch pla¬ tów, z których jeden uksztaltowany wedlug prawa Cut = const siega od promienia stopy r = rw do odpowiedniego promienia granicznego, po czym prze¬ chodzi w drugi plat uksztaltowany wedlug prawa n ——= const siegajacy do r = rz to znaczy do wierz- r cholka lopatki.Zastrzezenie patentowe Lopatka robocza turbin parowych i gazowych oraz sprezarek osiowych, zwlaszcza lopatka dluga, zna¬ mienna tym, ze jest zlozona z dwóch róznych pla¬ tów, z których plat (3) rozciaga sie od obranego posredniego przekroju (1) w kierunku stopy (5) a drugi odmienny plat (2) w kierunku wierzcholka (4) lopatki, przy czym jeden z platów jest tak uksz¬ taltowany, iz w jego koncu w przekroju (1) wy¬ stepuje graniczna wartosc jednego ze wskazników przeplywowych, korzystnie stopnia reakcyjnosci lub skladowej osiowej predkosci przeplywu czynnika pracujacego a w zaczynajacym sie od tego prze¬ kroju (1) drugim placie obrany wskaznik jest utrzy¬ many na niezmiennym poziomie, zas poczynajac od przekroju (1), w którym na powierzchni lopatki wystepuje krawedz rozgraniczajaca platy, plat (2) jest zwiniety w kierunku przeciwnym niz plat (3).Fig. 2 PL PL PL