RU2549387C2 - Лопатка с аэродинамическим профилем и осевая турбомашина - Google Patents

Лопатка с аэродинамическим профилем и осевая турбомашина Download PDF

Info

Publication number
RU2549387C2
RU2549387C2 RU2012101096/06A RU2012101096A RU2549387C2 RU 2549387 C2 RU2549387 C2 RU 2549387C2 RU 2012101096/06 A RU2012101096/06 A RU 2012101096/06A RU 2012101096 A RU2012101096 A RU 2012101096A RU 2549387 C2 RU2549387 C2 RU 2549387C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
region
aerodynamic profile
coronal
shelf
Prior art date
Application number
RU2012101096/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012101096A (ru
Inventor
Брайан Роберт ХОЛЛЕР
Original Assignee
Альстом Текнолоджи Лтд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Альстом Текнолоджи Лтд filed Critical Альстом Текнолоджи Лтд
Publication of RU2012101096A publication Critical patent/RU2012101096A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2549387C2 publication Critical patent/RU2549387C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using 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
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/10—Two-dimensional
    • F05D2250/16—Two-dimensional parabolic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Лопатка с аэродинамическим профилем включает в радиальном направлении внутреннюю полочную область и внешнюю венечную область, а в осевом направлении - переднюю входную кромку и заднюю выходную кромку, между полочной областью и венечной областью. Лопатка снабжена корытцем, вогнутым в радиальном направлении между внутренней полочной областью и внешней венечной областью, а также спинкой, выпуклой в радиальном направлении между внутренней полочной областью и внешней венечной областью. Ширина лопатки в осевом направлении между входной кромкой и прямой выходной кромкой параболически изменяется от максимальной ширины в полочной и венечной областях до минимальной ширины на участке между полочной областью и венечной областью. Другое изобретение группы относится к осевой турбомашине, содержащей группу указанных выше лопаток с аэродинамическим профилем. Изобретение позволяет снизить профильные потери на лопатке. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к лопатке осевой турбомашины с аэродинамическим профилем, а также к осевой турбомашине, в которой установлена такая лопатка с аэродинамическим профилем. Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к турбинной лопатке паровой или газовой турбины. Варианты осуществления настоящего изобретения преимущественно относятся к неподвижным лопаткам, но не ограничены только ими.
Предшествующий уровень техники
Эффективность турбины имеет важное значение, особенно на крупных установках, где даже незначительное повышение эффективности может обеспечить существенную экономию топлива, используемого для выработки электроэнергии. Это позволяет добиться значительной экономии средств и существенно снизить уровень выбросов СО2, а также соответственно уменьшить выбросы SOx и NOx. Поэтому на изучение конструкций лопаток постоянно затрачиваются значительные объемы денежных средств и усилий, поскольку это существенно влияет на эффективность турбины.
В течение многих лет обычные турбинные лопатки имели сечение аэродинамического профиля, неподвижные лопатки устанавливались радиально между внутренними и внешними торцевыми блоками, а сами лопатки имели призматическую форму. Расположение неподвижных и подвижных лопаток относительно их соответствующих осей лопаток также было стандартизировано для лопаток с подобной призматической конструкцией, подобное положение определяется углом установки лопаток между осевым направлением турбины и линией, проходящей касательно к кругам, описываемым входной кромкой лопатки и выходной кромкой лопатки со стороны корытца лопатки с аэродинамическим профилем.
Один из известных способов повышения производительности призматической лопатки турбины заключается в установке лопатки под «уклоном», т.е. наклон ее относительно корневой части в плоскости окружности, т.е. в плоскости, поперечной или перпендикулярной оси турбины. Подобный «уклон» создает изменение массового потока на выходе лопатки от полочной области (в корневой части лопатки) до венечной области.
Поскольку расстояние между лопатками вдоль окружности (т.е. шаг) прогрессивно
увеличивается от полочной области к венечной области, участок, на котором происходит пересечение линии наименьшего сечения со спинкой, с увеличением радиуса перемещается вверх. Вследствие выгнутой формы спинки это приводит к увеличению выходного угла примерно с 13° у корневой части (относительно касательного направления) примерно до 15° у венца.
В ЕР-В1-0704602 была предложена лопатка с аэродинамическим профилем «управляемого потока», обеспечивающая улучшение производительности по сравнению с известными конструкциями лопаток с аэродинамическим профилем. Настоящее изобретение направлено на то, чтобы предложить лопатку с аэродинамическим профилем управляемого потока измененной конструкции, которая также обеспечивает улучшение производительности по сравнению с лопатками с аэродинамическим профилем из известного уровня техники.
Определения
На протяжении всего описания изобретения используются следующие определения.
Радиально крайняя внутренняя часть лопатки с аэродинамическим профилем именуется «полочной область» (зачастую также ступичной или корневой областью), а радиально крайняя внешняя часть лопатки с аэродинамическим профилем именуется «венечной областью».
«Призматическая» лопатка с аэродинамическим профилем проектируется таким образом, чтобы расчетные секции лопатки с аэродинамическим профилем, каждая из которых теоретически проходит ортогонально радиальной линии оси турбины, имели одинаковую форму от полочной области до венечной области, не были бы скошены (т.е. имели одинаковый угол установки от полочной области до венечной области) и были бы «эшелонированы» друг на друга таким образом, чтобы их входные кромки и их выходные кромки совместно образовывали прямые линии в радиальном направлении.
Выходной угол (α) лопатки с аэродинамическим профилем является углом относительно окружного направления ротора, под которым рабочая среда выходит из окружного ряда лопаток, и выводится из следующего уравнения:
α=sin-1К
где
К = величина наименьшего сечения (t)/величина шага (p)
Величина наименьшего сечения (t) определяется как кратчайшая линия, проходящая от выходной кромки одной лопатки с аэродинамическим профилем перпендикулярно спинке смежной лопатки с аэродинамическим профилем в этом же ряду, причем размер шага (p) является окружным расстоянием от выходной кромки одной лопатки с аэродинамическим профилем до выходной кромки смежной лопатки с аэродинамическим профилем в этом же ряду при заданном радиальном расстоянии от полочной области до венечной области.
Угол (β) установки является углом, на который смещается любая конкретная секция аэродинамического профиля на участке по высоте или по длине лопатки с аэродинамическим профилем в своей собственной плоскости от заранее заданной нулевой отметки. Нулевая отметка, например, может выбираться там, где секция аэродинамического профиля имеет такой же угол (ψ) установки лопатки, как и известная призматическая лопатка с аэродинамическим профилем известной турбины, в которой используются подобные лопатки с аэродинамическим профилем. Угол (ψ) установки лопатки является углом между осью турбины и линией, касательной к кругам, описываемым входной и выходной кромками секции аэродинамического профиля и показывает расположение секции аэродинамического профиля относительно оси турбины.
«Хорда» - кратчайшая линия, проходящая касательно к радиусам входной и выходной кромок секции аэродинамического профиля. «Длина хорды» - расстояние между двумя линиями, перпендикулярными к хорде, проходящее через точки, в которых хорда соприкасается с входной и выходной кромками соответственно.
«Осевая ширина» (W) лопатки с аэродинамическим профилем - осевое расстояние между входной и выходной кромками (т.е. расстояние между входной и выходной кромками, измеряемое вдоль оси вращения турбины).
Деформация тыловой поверхности - изменение угла открытой поверхности лопатки с аэродинамическим профилем между точкой наименьшего сечения и точкой пересечения выходящей кромки на спинке.
Краткое изложение сущности изобретения
По первому аспекту настоящего изобретения предлагается лопатка с аэродинамическим профилем, используемая в качестве одной из лопаток в группе аналогичных лопаток осевой турбомашины, имеющей кольцеобразный контур для прохода рабочей среды, у лопатки с аэродинамическим профилем имеется радиально внутренняя полочная область, радиально внешняя венечная область, аксиально передняя входная кромка, а также аксиально задняя выходная кромка, проходящая прямо между полочной областью и венечной областью и расположенная радиально;
у лопатки с аэродинамическим профилем имеется корытце, которое выгнуто в радиальном направлении между радиально внутренней полочной областью и радиально внешней венечной областью, а также спинка, которая вогнута в радиальном направлении между радиально внутренней полочной областью и радиально внешней венечной областью;
отличающаяся тем, что осевая ширина (W) лопатки с аэродинамическим профилем, являющаяся осевым расстоянием между входной кромкой и прямой выходной кромкой, параболически изменяется от максимальной осевой ширины (Wmax) в полочной и венечных областях до минимальной осевой ширины (Wmin) на участке между полочной областью и венечной областью.
Параболическое изменение осевой ширины (W) лопатки с аэродинамическим профилем между полочной областью и венечной областью уменьшает профильные потери лопатки. В частности, уменьшение размеров наименьшего сечения лопатки с аэродинамическим профилем в полочной и венечной областях позволяет увеличить размеры наименьшего сечения между полочной и венечной областями. Это позволяет добиться большей деформации тыльной поверхности между полочной и венечной областями, обеспечивая, таким образом, уменьшение профильных потерь лопатки.
Деформация тыльной поверхности в полочной и венечной областях может находиться в диапазоне от 15 до 25°. Деформация тыльной поверхности в полочной области может быть, по существу, такой же, как и деформация тыльной поверхности в венечной области. Деформация тыльной поверхности и в полочной, и в венечной областях может составлять около 19°. Деформация тыльной поверхности на участке между полочной и венечной областями, например, в средней по высоте части, может варьироваться в диапазоне от 25 до 35° и обычно составляет около 30°.
Параболическое изменение осевой ширины (W) лопатки с аэродинамическим профилем между полочной областью и венечной областью также уменьшает потери во вторичном потоке. В частности, потери во вторичном потоке лопатки уменьшаются за счет увеличения осевой ширины (W) лопатки с аэродинамическим профилем в полочной области и венечной области, а также уменьшения осевой ширины лопатки с аэродинамическим профилем на участке между полочной и венечной областями.
Корытце и/или спинка могут быть, по существу, симметрично изогнуты в радиальном направлении.
Максимальная осевая ширина лопатки с аэродинамическим профилем в полочной области (Wmax platform) обычно, по существу, равна осевой ширине лопатки с аэродинамическим профилем в венечной области (Wmax tip).
Максимальная осевая ширина лопатки с аэродинамическим профилем в полочной области (Wmax platform) и максимальная осевая ширина лопатки с аэродинамическим профилем в венечной области (Wmax tip) может составлять до 1.2 осевой ширины (W) аналогичной лопатки с аэродинамическим профилем призматической конструкции в соответствующих областях. По некоторым вариантам осуществления максимальная осевая ширина лопатки с аэродинамическим профилем в полочной области (Wmax platform) и максимальная осевая ширина лопатки с аэродинамическим профилем в венечной области (Wmax tip) может составлять примерно до 1.076 осевой ширины (W) аналогичной лопатки с аэродинамическим профилем призматической конструкции в соответствующих областях.
Минимальная осевая ширина (Wmin) лопатки с аэродинамическим профилем на участке между полочной областью и венечной областью, а также обычно в средней по высоте части между полочной областью и венечной областью может составлять до 0.9 от осевой ширины (W) аналогичной лопатки с аэродинамическим профилем призматической конструкции в соответствующих областях между полочной областью и венечной областями. По некоторым вариантам осуществления минимальная осевая ширина (Wmin) лопатки с аэродинамическим профилем на участке между полочной областью и венечной областью, а также обычно в средней по высоте части между полочной областью и венечной областью может составлять примерно 0.893 от осевой ширины (W) аналогичной лопатки с аэродинамическим профилем призматической конструкции в соответствующих областях между полочной областью и венечной областями.
У лопатки с аэродинамическим профилем между полочной и венечной областями имеется секция с переменным аэродинамическим профилем. Именно подобное изменение секции аэродинамического профиля обеспечивает параболическое изменение осевой ширины (W) лопатки с аэродинамическим профилем, а, например, неизменение угла (β) установки секций с аэродинамическим профилем. Поэтому секции аэродинамического профиля, расположенные между полочной областью и венечной областью, обычно имеют одинаковый угол (β) установки.
Минимальная осевая ширина (Wmin) лопатки с аэродинамическим профилем может наблюдаться в средней по высоте части между полочной и венечной областями. Обычно параболическое изменение осевой ширины (W) лопатки с аэродинамическим профилем происходит симметрично вокруг средней по высоте части между полочной и венечной областями.
Значение К, равное отношению величины наименьшего сечения (t) к величине шага (p), в данном случае может меняться от минимальных значений (Kmin platform) и (Kmin tip) в полочной области и венечной области, соответственно, до максимального значения (Kmax) на участке между полочной и венечной областями. Выходной угол (α) лопатки, таким образом, может меняться от минимальных значений (αmin) в полочной области и венечной области, соответственно, до максимального значения (αmax) на участке между полочной и венечной областями.
По некоторым вариантам осуществления минимальное значение К в полочной области (Kmin platform), по существу, равно минимальному значению К в венечной области (Kmin tip). Таким образом, выходной угол лопатки в полочной области (αplatform), по существу, равен выходному углу лопатки в венечной области (αtip).
Максимальное значение К (Kmax) обычно наблюдается в средней по высоте части между полочной и венечной областями. Поэтому максимальный выходной угол лопатки (αmax) наблюдается в средней по высоте части. Таким образом, профильные потери лопатки в средней по высоте части, между полочной и венечной областями, преимущественно уменьшаются.
Изменение значения К, а соответственно, и выходного угла (α) лопатки, происходит параболически и, по существу, симметрично вокруг средней по высоте части между полочной областью и венечной областью.
По некоторым вариантам осуществления значение Kmin platform может составлять примерно 0.1616, что делает величину выходного угла (αplatform) лопатки в полочной области равной примерно 9.3° (т.е., около 9°), значение Kmin tip может составлять примерно 0.1633, что делает величину выходного угла (αtip) лопатки в венечной области равной примерно 9.4° (т.е. около 9°), а значение Kmax в средней по высоте части между полочной областью и венечной областью может составлять примерно 0.2823, что делает величину выходного угла (dmax) лопатки в средней по высоте части равной примерно 16.4° (т.е. около 16°).
Средняя величина наименьшего сечения (tmean) лопатки с аэродинамическим профилем обычно, по существу, равна средней величине наименьшего сечения аналогичной лопатки с аэродинамическим профилем призматической конструкции. За счет этого средняя реактивность, по существу, равна средней реактивности аналогичной лопатки с аэродинамическим профилем призматической конструкции.
Лопатка с аэродинамическим профилем обычно является неподвижной лопаткой ступени турбины, в которой находится группа упомянутых неподвижных лопаток.
По второму аспекту настоящего изобретения предлагается осевая турбомашина, содержащая лопатки с аэродинамическим профилем по первому аспекту настоящего изобретения.
Осевая турбомашина может быть турбиной, например, паровой турбиной или газовой турбиной. В турбине может быть, по меньшей мере, одна ступень турбины с неподвижными турбинными лопатками по первому аспекту настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематически, в сечении вдоль оси паровой турбины показан вид ступени обычной «диско-диафрагменной» паровой турбины высокого/среднего давления с узлом неподвижных лопаток;
на фиг.2 показан вид в перспективе двух подобных обычных лопаток в диафрагме неподвижных лопаток;
на фиг.3(а) показан схематический вид лопатки по фиг.1 в радиальном направлении;
на фиг.3(b) схематично показан выходной угол (α) неподвижных лопаток;
на фиг.4 показан вид в перспективе лопатки с аэродинамическим профилем по настоящему изобретению; и
на фиг.5 в виде графика показано изменение значения К по высоте секции аэродинамического профиля от полочной области до венечной области у обычной призматической лопатки с аэродинамическим профилем, а также у лопатки с аэродинамическим профилем управляемого потока по настоящему изобретению.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Далее в качестве примера будут рассмотрены варианты осуществления настоящего изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показан схематический вид в сечении вдоль оси ступени обычной «диско-диафрагменной» паровой турбины высокого/среднего давления. Направление потока F рабочей среды (пара) примерно параллельно оси А ротора турбины. У ротора 10, на каждой ступени, имеется диск 11, на котором закреплен комплект или ряд выровненных по окружности и разнесенных между собой подвижных лопаток 12, у лопаток 12 имеется бандаж 13, закрепленный на их радиально внешних торцах. Энергия потока, следующего в направлении F, от передней к задней части турбины, преобразуется в механическую энергию в роторе 10.
На каждой ступени турбины перед комплектом подвижных лопаток 12 установлен узел неподвижных лопаток, который закреплен к внутреннему кожуху 20 турбины. Подобный узел неподвижных лопаток состоит из радиально внутреннего кольца 21, радиально внешнего кольца 22, а также ряда выровненных по окружности и разнесенных между собой неподвижных лопаток 23, каждая неподвижная лопатка 23 закреплена с радиально внутреннего торца, в полочной области, на внутреннем кольце 21, а с радиально внешнего торца, в венечной области, на внешнем кольце 22, у каждой лопатки имеется расположенная по ходу спереди входная кромка 24, обращенная в сторону потока, а также расположенная аксиально по ходу сзади выходная кромка 25.
Узел неподвижных лопаток 23 с внутренним и внешним кольцами 21, 22 известен как диафрагма. Ступень из диска и диафрагмы, показанная на фиг.1, относится к тому типу, у которого площадь между внутренним и внешним кольцами 21, 22, ортогональная оси А турбины, больше у выходных кромок 25 неподвижных лопаток, чем у входных кромок 24 неподвижных лопаток. Кроме этого, в примере, показанном на фиг.1, поверхности, т.е. торцевые стенки колец (или торцевые блоки) 21, 22 на которых закреплены неподвижные лопатки 23, имеют форму усеченного конуса, расходящуюся от оси А турбины в направлении F от входной 24 к выходной 25 кромкам лопаток 23.
Далее на фиг.2 показан вид сзади части узла неподвижных лопаток такого же типа, как и на фиг.1. Неподвижные лопатки по фиг.2, которые являются лопатками обычного призматического типа, другими словами, все прямые, т.е. сконструированы таким образом, что расчетные секции аэродинамического профиля лопатки, каждая из которых расположена ортогонально радиальной линии, проходящей от оси А турбины, имеют одинаковую форму от полочной области лопатки до венечной области лопатки, не скручиваются от полочной области до венечной области и эшелонированы таким образом, что входная кромка 24 и выходная кромка 25, каждая, находятся на прямой линии. У каждой лопатки 23 имеется вогнутое корытце 26 и выгнутая спинка 27.
На фиг.3(а) на радиальном виде в плане показано расположение неподвижных лопаток 23 и 29 относительно оси А турбины и поперечной (т.е. касательной или окружной) плоскости Т, в которой находится группа неподвижных лопаток перпендикулярно к оси А турбины. Секция аэродинамического профиля лопатки имеет малый круг 15 выходной кромки и большой круг 17 входной кромки. Касательная линия 19 к этим двум кругам проходит под углом ψ, именуемым здесь углом установки лопатки, в направлении от оси А турбины. Можно заметить, что осевая ширина (W) подобных обычных неподвижных лопаток 23, 29 в заданном радиальном положении является расстоянием между входной и выходной кромками 24, 25 в заданном радиальном положении.
Если провести перпендикулярную линию от спинки 27 лопатки 23 до корытца 26 смежной лопатки 29 и выбрать кратчайшую из подобных линий, то это будет величиной наименьшего сечения t, которое наблюдается в районе выходной кромки 25 лопатки 29. Соотношение подобной величины (t) к величине шага (p) неподвижных лопаток дает значение К, которое равно синусу выходного угла (α), как это было рассмотрено ранее. Можно заметить, что данный угол является примерно выходным углом каждой лопатки относительно поперечной плоскости Т.
На фиг.4 показана лопатка 30 с аэродинамическим профилем, форма которой соответствует принципам изобретения и которая может быть частью узла неподвижных лопаток, рассмотренного выше. У лопатки 30 с аэродинамическим профилем имеется прямая выходная кромка 36, проходящая, также как и у обычной призматической лопатки, между полочной областью 32 и венечной областью 34. У лопатки 30 с аэродинамическим профилем имеется корытце 38 и спинка 40, которые являются соответственно выгнуто и вогнуто симметрично изогнутыми в радиальном направлении между полочной область 32 и венечной областью 34.
Осевая ширина (W) лопатки 30 с аэродинамическим профилем меняется по высоте или по длине лопатки 30 и, в частности, меняется параболически и симметрично от максимальной осевой ширины (Wmax) в полочной и венечной областях 32, 34 до минимальной осевой ширины (Wmin) на участке между полочной областью 32 и венечной областью 34. Таким образом, следует понимать, что входная кромка 35 лопатки 30 с аэродинамическим профилем является не прямой, в отличие от выходной кромки 36, а выгнутой в осевом направлении. В изображенном варианте осуществления степень изогнутости входной кромки 35 симметрична вокруг средней по высоте части 42, находящейся между полочной и венечной областями 32, 34, таким образом, что максимальная осевая ширина в полочной области 32 (Wmax platform), по существу, равна максимальной осевой ширине в венечной области (Wmax tip), а минимальная осевая ширина (Wmin) наблюдается в средней по высоте части 42, между полочной областью 32 и венечной областью 34.
Параболическое изменение осевой ширины (W) лопатки достигается за счет изменения секций 44 аэродинамического профиля между полочной областью 32 и венечной областью 34, причем все секции аэродинамического профиля имеют одинаковый угол (В) установки.
Ключевые параметры лопатки 30 по одному из вариантов осуществления, изображенному на фиг.4, приведены в таблице 1 ниже.
Таблица 1
  Полочная (т.е. ступичная) область Средняя по высоте часть Венечная область
r, выходная кромка (мм) 420 462 504
Осевая ширина (W) (мм) 73.42 68.20 73.42
К(=sin α) 0.16 0.28 0.16
Наименьшее сечение (t) (мм) 8.88 17.07 10.77
Шаг (p) (мм) 54.978 60.476 65.973
Деформация тыловой поверхности (градусов) 19.44 30 19.22
На фиг.5 показано соотношение между величиной К (равной синусу выходного угла (α) лопатки) и радиальной высотой секции двух разных лопаток 30 с аэродинамическим профилем по настоящему изобретению, параметры которых указаны в таблице 1, а также аналогичной обычной призматической лопатки с аэродинамическим профилем, имеющей постоянную осевую ширину (W) между полочной областью и венечной областью равную примерно 68.2 мм.
Можно заметить, что у обычной призматической лопатки с аэродинамическим профилем величина К увеличивается, по существу, линейно от минимального значения в полочной области до максимального значения в венечной области. Это аналогично, по существу, линейному увеличению выходного угла (α) лопатки примерно от 13° в полочной области до примерно 15° в венечной области. Подобное увеличение выходного угла (а) лопатки всего лишь соответствует увеличению шага (p) лопатки при увеличении радиуса.
Можно заметить, что у лопаток 30 с аэродинамическим профилем управляемого потока по настоящему изобретению величина К изменяется параболически и симметрично вокруг средней по высоте части 42 лопатки от равных минимальных значений К в полочной области и венечной области (Kmin platform=Kmin tip) ДО максимального значения К (Kmax) в средней по высоте части. Минимальные значения К соответствуют выходным углам лопатки в полочной области (αplatform) и венечной области (αtip) примерно в 9° и максимальному выходному углу (αmax) лопатки в средней по высоте части примерно в 16°. Уменьшение угла К, а следовательно, выходного угла а в полочной и венечной областях позволяет увеличить значение К, а следовательно, и выходной угол а в средней по высоте части между полочной и венечной областями. За счет этого профильные потери лопатки в средней по высоте части уменьшаются.
Хотя в предыдущих абзацах были рассмотрены варианты осуществления изобретения, следует понимать, что подобные варианты осуществления допускают внесение в них различных изменений, не выходя за объем изобретения, определенный в формуле изобретения ниже.
Хотя изобретение было рассмотрено на примере неподвижных лопаток высокого/среднего давления «короткой длины» паровой турбины низкореактивного диско-диафрагменного типа, оно также относится и к другим типам осевых турбин и компрессоров, а также к подвижным лопаткам с аэродинамическим профилем и неподвижным лопаткам с аэродинамическим профилем.

Claims (15)

1. Лопатка (30) с аэродинамическим профилем, имеющая в радиальном направлении внутреннюю полочную область (32) и внешнюю венечную область (34), а в осевом направлении - переднюю входную кромку (35) и заднюю выходную кромку (36), расположенную между полочной областью (32) и венечной областью (34) в радиальном направлении, при этом лопатка (30) снабжена корытцем (38), вогнутым в радиальном направлении между внутренней полочной областью (32) и внешней венечной областью (34), а также спинкой (40), выпуклой в радиальном направлении между внутренней полочной областью (32) и внешней венечной областью (34),
отличающаяся тем, что
ширина (W) лопатки (30) в осевом направлении между входной кромкой (35) и прямой выходной кромкой (36), параболически изменяется от максимальной ширины (Wmax) в полочной и венечной областях (32, 34) до минимальной ширины (Wmin) на участке между полочной областью (32) и венечной областью (34).
2. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что между полочной областью (32) и венечной областью (34) расположены секции (44) аэродинамического профиля переменной осевой ширины, предназначенные для обеспечения упомянутого параболического изменения ширины (W) лопатки (30) в осевом направлении.
3. Лопатка по п. 2, отличающаяся тем, что секции (44) аэродинамического профиля переменной осевой ширины, расположенные между полочной областью (32) и венечной областью (34), имеют неизменный угол (β) установки.
4. Лопатка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что ширина (Wmin) лопатки (30) с аэродинамическим профилем имеет минимальное значение на участке (42) между полочной областью (32) и венечной областью (34).
5. Лопатка по п. 4, отличающаяся тем, что параболическое изменение ширины (W) лопатки (30) с аэродинамическим профилем симметрично относительно участка (42), расположенного в средней по высоте части между полочной областью (32) и венечной областью (34).
6. Лопатка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что значение K, равное отношению величины наименьшего сечения (t) к величине шага (p), лежит в диапазоне от минимальных значений (Kmin platform) в полочной области (32) и (Kmin tip) в венечной области (34), соответственно, до максимального значения (Kmax) на участке между полочной областью (32) и венечной областью (34).
7. Лопатка по п. 6, отличающаяся тем, что минимальное значение K в полочной области (Kmin platform) равно минимальному значению K в венечной области (Kmin tip).
8. Лопатка по п.п. 1 или 2, отличающаяся тем, что значение K достигает максимального значения (Kmax) на участке (42), в средней по высоте части, между полочной областью (32) и венечной областью (34).
9. Лопатка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что значение K изменяется параболически и, по существу, симметрично относительно участка (42), расположенного в средней по высоте части, между полочной областью (32) и венечной областью (34).
10. Лопатка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что лопатка (30) с аэродинамическим профилем является неподвижной лопаткой ступени турбины, содержащей группу упомянутых неподвижных лопаток (30).
11. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что лопатка (30) с аэродинамическим профилем предназначена для использования в качестве одной из лопаток в группе аналогичных лопаток, установленных в осевой турбомашине, имеющей кольцеобразный контур для прохода рабочей среды.
12. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что максимальная осевая ширина (Wmax) в полочной и венечной областях, по существу, одинакова.
13. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что лопатка с аэродинамическим профилем является неподвижной лопаткой.
14. Осевая турбомашина, содержащая группу лопаток (30) с аэродинамическим профилем по любому из пп. 1-13.
15. Осевая турбомашина по п. 14, отличающаяся тем, что осевая турбомашина является турбиной, содержащей, по меньшей мере, одну ступень турбины с неподвижными турбинными лопатками (30) по любому из пп. 1-13.
RU2012101096/06A 2011-01-13 2012-01-12 Лопатка с аэродинамическим профилем и осевая турбомашина RU2549387C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11150847.9 2011-01-13
EP11150847.9A EP2476862B1 (en) 2011-01-13 2011-01-13 Vane for an axial flow turbomachine and corresponding turbomachine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012101096A RU2012101096A (ru) 2013-07-20
RU2549387C2 true RU2549387C2 (ru) 2015-04-27

Family

ID=43618841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012101096/06A RU2549387C2 (ru) 2011-01-13 2012-01-12 Лопатка с аэродинамическим профилем и осевая турбомашина

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8894364B2 (ru)
EP (1) EP2476862B1 (ru)
JP (1) JP5777531B2 (ru)
CN (1) CN102587997B (ru)
IN (1) IN2012DE00113A (ru)
RU (1) RU2549387C2 (ru)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5866802B2 (ja) 2011-05-26 2016-02-17 株式会社Ihi ノズル翼
FR2981118B1 (fr) * 2011-10-07 2016-01-29 Snecma Disque aubage monobloc pourvu d'aubes a profil de pied adapte
FR2999151B1 (fr) * 2012-12-07 2017-01-27 Snecma Pale d'helice pour turbomachine
EP2921647A1 (en) 2014-03-20 2015-09-23 Alstom Technology Ltd Gas turbine blade comprising bended leading and trailing edges
EP3023585B1 (en) * 2014-11-21 2017-05-31 General Electric Technology GmbH Turbine arrangement
GB2544735B (en) * 2015-11-23 2018-02-07 Rolls Royce Plc Vanes of a gas turbine engine
GB201702384D0 (en) 2017-02-14 2017-03-29 Rolls Royce Plc Gas turbine engine fan blade
GB201702382D0 (en) 2017-02-14 2017-03-29 Rolls Royce Plc Gas turbine engine fan blade
US10662802B2 (en) 2018-01-02 2020-05-26 General Electric Company Controlled flow guides for turbines
CN108194150B (zh) * 2018-02-11 2023-06-09 杭州汽轮动力集团股份有限公司 一种工业汽轮机大负荷高效调节级静叶片
GB201810885D0 (en) 2018-07-03 2018-08-15 Rolls Royce Plc High efficiency gas turbine engine
US10436035B1 (en) 2018-07-03 2019-10-08 Rolls-Royce Plc Fan design
US10808535B2 (en) * 2018-09-27 2020-10-20 General Electric Company Blade structure for turbomachine
US11220910B2 (en) * 2019-07-26 2022-01-11 Pratt & Whitney Canada Corp. Compressor stator
PL3816397T3 (pl) * 2019-10-31 2023-06-19 General Electric Company Łopatki turbiny o kontrolowanym przepływie
US11629599B2 (en) 2019-11-26 2023-04-18 General Electric Company Turbomachine nozzle with an airfoil having a curvilinear trailing edge
US11566530B2 (en) 2019-11-26 2023-01-31 General Electric Company Turbomachine nozzle with an airfoil having a circular trailing edge
CN115013089B (zh) * 2022-06-09 2023-03-07 西安交通大学 宽工况后向遮挡的涡轮后机匣整流支板设计方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU70723A1 (ru) * 1946-01-02 1947-11-30 С.И. Шевяков Способ профилировани рабочих и направл ющих винтовых лопаток паровых и газовых турбин
SU1154488A1 (ru) * 1983-05-17 1985-05-07 Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт Ступень турбомашины
US4741667A (en) * 1986-05-28 1988-05-03 United Technologies Corporation Stator vane
US6079948A (en) * 1996-09-30 2000-06-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Blade for axial fluid machine having projecting portion at the tip and root of the blade
US6312219B1 (en) * 1999-11-05 2001-11-06 General Electric Company Narrow waist vane
US6709233B2 (en) * 2000-02-17 2004-03-23 Alstom Power N.V. Aerofoil for an axial flow turbomachine

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE410331B (sv) 1976-09-24 1979-10-08 Kronogard Sven Olof Statorkonstruktion avsedd att placeras nedstroms en separat arbetsturbinrotor
GB9417406D0 (en) 1994-08-30 1994-10-19 Gec Alsthom Ltd Turbine blade
US6508630B2 (en) * 2001-03-30 2003-01-21 General Electric Company Twisted stator vane
ITMI20032388A1 (it) 2003-12-05 2005-06-06 Nuovo Pignone Spa Ugello variabile per una turbina a gas.
US7686567B2 (en) 2005-12-16 2010-03-30 United Technologies Corporation Airfoil embodying mixed loading conventions
FR2900194A1 (fr) * 2006-04-20 2007-10-26 Snecma Sa Profil aerodynamique pour une aube de turbine
US8016567B2 (en) * 2007-01-17 2011-09-13 United Technologies Corporation Separation resistant aerodynamic article
GB0701866D0 (en) * 2007-01-31 2007-03-14 Rolls Royce Plc Tone noise reduction in turbomachines
JP4869099B2 (ja) 2007-02-16 2012-02-01 株式会社東芝 ノズル翼および軸流タービン
US8602727B2 (en) * 2010-07-22 2013-12-10 General Electric Company Turbine nozzle segment having arcuate concave leading edge

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU70723A1 (ru) * 1946-01-02 1947-11-30 С.И. Шевяков Способ профилировани рабочих и направл ющих винтовых лопаток паровых и газовых турбин
SU1154488A1 (ru) * 1983-05-17 1985-05-07 Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт Ступень турбомашины
US4741667A (en) * 1986-05-28 1988-05-03 United Technologies Corporation Stator vane
US6079948A (en) * 1996-09-30 2000-06-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Blade for axial fluid machine having projecting portion at the tip and root of the blade
US6312219B1 (en) * 1999-11-05 2001-11-06 General Electric Company Narrow waist vane
US6709233B2 (en) * 2000-02-17 2004-03-23 Alstom Power N.V. Aerofoil for an axial flow turbomachine

Also Published As

Publication number Publication date
CN102587997A (zh) 2012-07-18
EP2476862A1 (en) 2012-07-18
JP5777531B2 (ja) 2015-09-09
CN102587997B (zh) 2015-10-21
JP2012145112A (ja) 2012-08-02
US20120183411A1 (en) 2012-07-19
US8894364B2 (en) 2014-11-25
RU2012101096A (ru) 2013-07-20
IN2012DE00113A (ru) 2015-05-08
EP2476862B1 (en) 2013-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2549387C2 (ru) Лопатка с аэродинамическим профилем и осевая турбомашина
US8167548B2 (en) Steam turbine
CN100489276C (zh) 轴流式涡轮机
EP2492440B1 (en) Turbine nozzle blade and steam turbine equipment using same
US9004850B2 (en) Twisted variable inlet guide vane
RU2611465C2 (ru) Аэродинамический профиль
US9963973B2 (en) Blading
JP2014015858A (ja) 軸流タービン動翼
US10378388B2 (en) Exhaust hood and its flow guide for steam turbine
JP2012154332A (ja) 軸流タービン
US20130209246A1 (en) Gas turbine annular diffusor
CN107091120B (zh) 涡轮叶片质心偏移方法和系统
CN110873075B (zh) 用于涡轮机的压缩机的具有突起的叶片
US8777564B2 (en) Hybrid flow blade design
CN106256994B (zh) 轴流涡轮机
US8591185B2 (en) Low pressure exhaust gas diffuser for a steam turbine
CA3166702A1 (en) Diffuser pipe with curved cross-sectional shapes
CN110778532A (zh) 用于涡轮发动机压气机的气隙翅片
US9121285B2 (en) Turbine and method for reducing shock losses in a turbine
JP2021071114A (ja) 制御されたフロータービンブレード
RU2789652C1 (ru) Направляющая лопатка ступени цилиндра низкого давления паровой турбины
US20170130596A1 (en) System for integrating sections of a turbine
US10570743B2 (en) Turbomachine having an annulus enlargment and airfoil

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner