RU2815341C1

RU2815341C1 - Steam turbine working blade

Info

Publication number: RU2815341C1
Application number: RU2023114544A
Authority: RU
Inventors: Ольга Александровна Кругликова; Алексей Геннадьевич Долганов; Алексей Димитриевич Карпов; Алексей Михайлович Тюхтяев; Александр Александрович Ивановский
Original assignee: Акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (АО "Силовые машины")
Filing date: 2023-05-31
Publication date: 2024-03-13

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of power engineering, in particular, steam turbine construction, and can be used in the design of working blades included in the stages of cylinders of medium or low pressure of axial steam turbines. Steam turbine working blade has an aerofoil of a variable cross-section with inlet and outlet edges, made as a whole with a herringbone-type shank connected to the aerofoil along its root section, intermediate mechanical link made in the form of protrusions located on the pressure side and the suction face of the aerofoil, and a shroud flange connected to the aerofoil along its peripheral section. In section from 0.7 to 1.0 of the height of the aerofoil in each section on the suction face there is an inflection point, the projection of which on the chord of the aerofoil sets a point remote from the inlet edge by 0–0.5 of the length of the chord, said ledges are arranged at section 0.5–0.65 of aerofoil height. Ends of protrusions have flat contact surfaces, wherein inclination angle θ flat contact surfaces of protrusions to the steam turbine axis is 20–40°.

EFFECT: increase of internal relative efficiency of steam turbine, increase of vibration resistance of the working blade and increase of its service life.

3 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности, паротурбиностроения, и может быть использовано при проектировании рабочих лопаток, входящих в состав ступеней цилиндров среднего или низкого давления осевых паровых турбин.The present invention relates to the field of power engineering, in particular, steam turbine engineering, and can be used in the design of working blades that are part of the cylinder stages of medium or low pressure axial steam turbines.

Актуальной задачей паротурбиностроения в настоящее время является повышение внутреннего относительного КПД паровых турбин. Внутренний относительный КПД паровой турбины находится в прямой зависимости от потерь энергии в ступени, содержащей наиболее ответственные элементы проточной части - рабочие лопатки, аэродинамические профили которых образуют рабочую решетку. Чем ниже потери энергии, тем выше КПД. Потери энергии в ступени с дозвуковым течением пара подразделяются на следующие виды: профильные, вторичные, потери от утечек. При возникновении сверхзвуковых течений в составе профильных потерь добавляется еще одна составляющая - волновые потери или потери от скачков уплотнений пара. Аэродинамический профиль рабочей лопатки должен быть спроектирован таким образом, чтобы минимизировать профильные потери энергии и обеспечить необходимую виброустойчивость лопатки. Для борьбы с волновыми потерями в турбиностроении применяют сверхзвуковые профили рабочих лопаток.An urgent task in steam turbine engineering at present is to increase the internal relative efficiency of steam turbines. The internal relative efficiency of a steam turbine is directly dependent on the energy losses in the stage containing the most critical elements of the flow path - working blades, the aerodynamic profiles of which form a working grid. The lower the energy loss, the higher the efficiency. Energy losses in a stage with subsonic steam flow are divided into the following types: profile, secondary, leakage losses. When supersonic flows occur, another component is added to the profile losses - wave losses or losses from steam shock waves. The aerodynamic profile of the rotor blade must be designed in such a way as to minimize profile energy losses and provide the necessary vibration resistance of the blade. To combat wave losses in turbine construction, supersonic rotor blade profiles are used.

На протяжении десятилетий и в ближайшем будущем постоянно растет производство мощных паровых турбин, имеющих повышенный объемный расход пара, прежде всего, в ступенях цилиндра низкого давления. Это требует разработки все более длинных рабочих лопаток. Традиционно к рабочим лопаткам паровых турбин предъявляются жесткие требования по виброустойчивости, так как недостаточная вибрационная надежность ведет к поломкам, приводящим к остановкам паровой турбины, длительному простою и дорогостоящему ремонту. Обеспечение виброустойчивости длинных рабочих лопаток является сложной инженерной задачей, т.к. с увеличением длины аэродинамического профиля снижаются собственные частоты рабочей лопатки, что может приводить к возбуждению резонансных колебаний. При этом могут возникать возбуждаемые при силовом взаимодействии рабочих лопаток и потока пара срывные автоколебания, а также регулярные колебания на собственных частотах, которые не кратны скорости вращения. Возможность возникновения данных типов колебаний значительно снижает виброустойчивость рабочих лопаток. Одной из мер по борьбе с вибрацией рабочих лопаток является введение в их конструкцию промежуточной механической связи, обеспечивающей демпфирование, значительно снижающее амплитуду колебаний и приводящее к интенсивному их затуханию.Over the decades and in the near future, the production of powerful steam turbines with increased volumetric steam flow, especially in the low-pressure cylinder stages, has been constantly increasing. This requires the development of increasingly longer rotor blades. Traditionally, the working blades of steam turbines are subject to strict requirements for vibration resistance, since insufficient vibration reliability leads to breakdowns, leading to steam turbine shutdowns, long downtime and expensive repairs. Ensuring vibration resistance of long rotor blades is a complex engineering task, because As the length of the airfoil increases, the natural frequencies of the working blade decrease, which can lead to the excitation of resonant oscillations. In this case, stalled self-oscillations, excited by the forceful interaction of the working blades and the steam flow, may arise, as well as regular oscillations at natural frequencies that are not a multiple of the rotation speed. The possibility of these types of vibrations significantly reduces the vibration resistance of rotor blades. One of the measures to combat vibration of rotor blades is the introduction of an intermediate mechanical connection into their design, providing damping that significantly reduces the amplitude of vibrations and leads to their intensive attenuation.

Помимо проблем снижения потерь энергии и виброустойчивости, существует проблема снижения ресурса рабочих лопаток из-за повышенного механического усталостного и эрозионного износа поверхностей рабочих лопаток.In addition to the problems of reducing energy losses and vibration resistance, there is the problem of reducing the life of the working blades due to increased mechanical fatigue and erosive wear of the surfaces of the working blades.

Усталостный износ возникает вследствие усталостного разрушения (выкрашивания) поверхностного слоя материала при многократном действии циклической контактной нагрузки на элементы трения с контактом поверхностей. В рабочих лопатках такими элементами являются сопрягаемые контактные поверхности выступов промежуточной механической связи. Механический усталостный износ контактных поверхностей приводит к постепенному снижению эксплуатационных характеристик и ресурса рабочих лопаток.Fatigue wear occurs due to fatigue destruction (chipping) of the surface layer of the material under repeated action of cyclic contact load on friction elements with contact surfaces. In working blades, such elements are the mating contact surfaces of the protrusions of the intermediate mechanical connection. Mechanical fatigue wear of contact surfaces leads to a gradual decrease in the performance characteristics and service life of the rotor blades.

Эрозия рабочих лопаток является одной из известных и наиболее сложных проблем паротурбостроения. В ступенях паровой турбины в потоке пара, как правило, образовываются капли влаги разного размера, вызывающие каплеударный эрозионный износ рабочих лопаток. В первую очередь, интенсивному эрозионному износу подвергается аэродинамический профиль рабочей лопатки, вследствие чего искажается его форма. В течение многих лет ведутся экспериментальные и теоретические исследования эрозионной стойкости разных металлов и поиск различных методов упрочнения и защиты рабочих лопаток от каплеударного разрушения. Отсутствие зон повышенной твердости на аэродинамическом профиле, сформированных с помощью методов упрочнения, увеличивает скорость эрозионного износа поверхностей профиля и приводит к значительному снижению ресурса рабочей лопатки.Erosion of rotor blades is one of the well-known and most difficult problems in steam turbine engineering. In the stages of a steam turbine, moisture droplets of different sizes are usually formed in the steam flow, causing droplet-impact erosive wear of the working blades. First of all, the aerodynamic profile of the working blade is subjected to intense erosive wear, as a result of which its shape is distorted. For many years, experimental and theoretical studies have been carried out on the erosion resistance of various metals and the search for various methods of strengthening and protecting rotor blades from droplet impact destruction. The absence of zones of increased hardness on the airfoil, formed using hardening methods, increases the rate of erosive wear of the airfoil surfaces and leads to a significant reduction in the life of the working blade.

Известна заявка на изобретение «Рабочая лопатка турбины и турбина» (заявка JP 2015098825; F01D 5/14; дата публикации 28.05.2015 г.). Рабочая лопатка паровой турбины предназначена для работы в зоне сверхзвуковых течений. Лопатка имеет аэродинамический профиль переменного по высоте сечения с входной и выходной кромками, выполненный как единое целое с хвостовиком елочного типа, соединенным с аэродинамическим профилем по его корневому сечению, промежуточной механической связью, выполненной в виде выступов, размещенных на стороне давления и стороне разрежения в средней части аэродинамического профиля, и бандажной полкой, соединенной с аэродинамическим профилем по его периферийному сечению.There is a known application for the invention “Turbine blade and turbine” (application JP 2015098825; F01D 5/14; publication date 05/28/2015). The working blade of a steam turbine is designed to operate in the zone of supersonic flows. The blade has an aerodynamic profile of variable height with inlet and outlet edges, made as a single unit with a fir-tree type shank connected to the aerodynamic profile along its root section, an intermediate mechanical connection made in the form of protrusions located on the pressure side and the vacuum side in the middle part of the airfoil, and a shroud flange connected to the airfoil along its peripheral section.

Согласно техническому решению, поверхность разрежения рабочей лопатки имеет утолщение на поверхности разрежения ближе к выходной кромке, которое формирует прямолинейную расширяющуюся часть межлопаточного канала, а также может служить для формирования скачка уплотнения перед входной кромкой соседней рабочей лопатки. Входная и выходная кромки выполнены острыми, имеющими малую толщину. Данное решение направлено на уменьшение энергии колебаний рабочей лопатки, вызванных скачком уплотнения, что, в свою очередь, приводит к повышению виброустойчивости рабочей лопатки. Согласно формуле изобретения, данное решение применяется на участках по высоте рабочей лопатки, в которых в межлопаточном канале число Маха потока пара достигает или превышает 1,0.According to the technical solution, the vacuum surface of the working blade has a thickening on the rarefaction surface closer to the outlet edge, which forms a straight expanding part of the inter-blade channel, and can also serve to form a shock wave in front of the inlet edge of the adjacent working blade. The inlet and outlet edges are made sharp and have a small thickness. This solution is aimed at reducing the vibration energy of the working blade caused by the shock wave, which, in turn, leads to an increase in the vibration resistance of the working blade. According to the claims of the invention, this solution is applied in areas along the height of the working blade, in which the Mach number of the steam flow in the interblade channel reaches or exceeds 1.0.

Недостатком известного технического решения является то, что входная кромка аэродинамического профиля рабочей лопатки имеет малую толщину. Такая форма кромки при отклонении потока пара, натекающего на входную кромку от оптимального направления, приводит к отрыву потока на входной кромке и резкому росту профильных потерь энергии, что снижает внутренний относительный КПД паровой турбины. Выполнение длинного прямого участка аэродинамического профиля непосредственно за входной кромкой существенно снижает жесткость аэродинамического профиля, и, при возникновении отрывов потока, а также при условии возникновения нестационарных аэродинамических сил, приводит к снижению виброустойчивости рабочей лопатки.The disadvantage of the known technical solution is that the leading edge of the aerodynamic profile of the working blade has a small thickness. This edge shape, when the steam flow flowing onto the inlet edge deviates from the optimal direction, leads to flow separation at the inlet edge and a sharp increase in profile energy losses, which reduces the internal relative efficiency of the steam turbine. Making a long straight section of the airfoil directly behind the leading edge significantly reduces the rigidity of the airfoil, and, in the event of flow separations, as well as in the event of the occurrence of unsteady aerodynamic forces, leads to a decrease in the vibration resistance of the working blade.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа, является полезная модель «Лопатка последней ступени длиной 900 мм, предназначенная для маневренного режима паровой турбины» (патент CN 216477484; F01D 5/14, F01D 5/22, F01D 5/26, F01D 5/30; дата публикации 10.05.2022 г.). Полезная модель относится к рабочей лопатке паровой турбины. Лопатка имеет аэродинамический профиль переменного по высоте сечения с входной и выходной кромками, выполненный как единое целое с хвостовиком елочного типа, соединенным с аэродинамическим профилем по его корневому сечению, промежуточной механической связью, выполненной в виде выступов, размещенных на стороне давления и стороне разрежения аэродинамического профиля, и бандажной полкой, соединенной с аэродинамическим профилем по его периферийному сечению. При этом, рабочая лопатка имеет длину 900 мм с корневым диаметром 1700 мм, обладает площадью выхлопа 7,32 м². Ширина рабочей лопатки в осевом направлении изменяется по высоте аэродинамического профиля от корневого до периферийного сечения в диапазоне от 185,49 мм до 38,57 мм, длина хорды варьируется в диапазоне от 188,03 мм до 134,56 мм, угол установки сечений аэродинамического профиля изменяется по высоте от 81° до 14,83°, максимальная толщина профиля изменяется от 21,21 мм до 6,68 мм. Торцевая поверхность выступов промежуточной механической связи выполнена с фасками.The closest technical solution to the proposed technical solution in terms of the totality of essential features and chosen as a prototype is the utility model “Last stage blade 900 mm long, designed for maneuverable steam turbine mode” (patent CN 216477484; F01D 5/14, F01D 5/22 , F01D 5/26, F01D 5/30; publication date 05/10/2022). The utility model relates to a working blade of a steam turbine. The blade has an aerodynamic profile of variable height with inlet and outlet edges, made as a single unit with a herringbone-type shank connected to the aerodynamic profile along its root section, an intermediate mechanical connection made in the form of protrusions located on the pressure side and the vacuum side of the aerodynamic profile , and a bandage flange connected to the airfoil along its peripheral section. At the same time, the working blade has a length of 900 mm with a root diameter of 1700 mm, and has an exhaust area of 7.32 m ² . The width of the working blade in the axial direction varies along the height of the airfoil from the root to the peripheral section in the range from 185.49 mm to 38.57 mm, the chord length varies in the range from 188.03 mm to 134.56 mm, the installation angle of the airfoil sections varies in height from 81° to 14.83°, maximum profile thickness varies from 21.21 mm to 6.68 mm. The end surface of the protrusions of the intermediate mechanical connection is made with chamfers.

Рабочая лопатка с указанными выше геометрическими характеристиками предназначена для ступени паровой турбины, которая работает в маневренном режиме. Заявляемое решение направлено на создание рабочей лопатки, которая будет обладать передовыми характеристиками с точки зрения экономичности, виброустойчивости и прочности.A working blade with the above geometric characteristics is intended for a steam turbine stage that operates in maneuverable mode. The proposed solution is aimed at creating a working blade that will have advanced characteristics in terms of efficiency, vibration resistance and strength.

Недостатком данного решения является то, что из-за введения фаски на торцевой поверхности выступов промежуточной связи, на 2/3 снижается площадь контактной поверхности торцов выступов, что приводит к повышению вероятности выкрашивания материала контактных поверхностей, что, в свою очередь, приводит к механическому усталостному износу контактных поверхностей и снижению ресурса рабочей лопатки, а также к ухудшению демпфирования в зоне контакта и снижению виброустойчивости лопатки.The disadvantage of this solution is that due to the introduction of a chamfer on the end surface of the protrusions of the intermediate connection, the area of the contact surface of the ends of the protrusions is reduced by 2/3, which leads to an increased likelihood of chipping of the material of the contact surfaces, which, in turn, leads to mechanical fatigue wear of contact surfaces and a decrease in the service life of the working blade, as well as deterioration of damping in the contact zone and a decrease in the vibration resistance of the blade.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении внутреннего относительного КПД паровой турбины, повышении виброустойчивости рабочей лопатки и увеличении ее ресурса.The technical result to be achieved by the claimed invention is to increase the internal relative efficiency of the steam turbine, increase the vibration resistance of the working blade and increase its service life.

Для достижения указанного выше технического результата рабочая лопатка паровой турбины имеет аэродинамический профиль переменного по высоте сечения с входной и выходной кромками, выполненный как единое целое с хвостовиком елочного типа, соединенным с аэродинамическим профилем по его корневому сечению, промежуточной механической связью, выполненной в виде выступов, размещенных на стороне давления и стороне разрежения аэродинамического профиля, и бандажной полкой, соединенной с аэродинамическим профилем по его периферийному сечению.To achieve the above technical result, the working blade of a steam turbine has an aerodynamic profile of variable height with inlet and outlet edges, made as a single unit with a fir-tree type shank connected to the aerodynamic profile along its root section, an intermediate mechanical connection made in the form of protrusions, located on the pressure side and the vacuum side of the airfoil, and a bandage flange connected to the airfoil along its peripheral section.

При этом, согласно заявляемому изобретению, на участке от 0,7 до 1,0 высоты аэродинамического профиля в каждом сечении на стороне разрежения имеется точка перегиба, проекция которой на хорду аэродинамического профиля задает точку, удаленную от входной кромки на 0-0,5 длины хорды.Moreover, according to the claimed invention, in the area from 0.7 to 1.0 of the airfoil height in each section on the rarefaction side there is an inflection point, the projection of which onto the airfoil chord sets a point 0-0.5 lengths distant from the leading edge chords.

Выступы размещены на участке от 0,5 до 0,65 высоты аэродинамического профиля.The protrusions are located in the area from 0.5 to 0.65 of the airfoil height.

Торцы выступов имеют плоские контактные поверхности.The ends of the protrusions have flat contact surfaces.

Угол наклона θ плоских контактных поверхностей выступов к оси паровой турбины составляет 20-40°.The angle of inclination θ of the flat contact surfaces of the protrusions to the axis of the steam turbine is 20-40°.

Плоские контактные поверхности торцов выступов выполнены в форме прямоугольника с примыкающими к нему с двух сторон полуокружностями.The flat contact surfaces of the ends of the protrusions are made in the shape of a rectangle with semicircles adjacent to it on both sides.

С целью дополнительного повышения ресурса рабочей лопатки, на участке от 0,55 до 1,0 высоты аэродинамического профиля со стороны входной кромки находится зона повышенной твердости, покрывающая входную кромку и сторону разрежения на указанном участке. Ширина зоны повышенной твердости на всем указанном участке находится в диапазоне от 5 мм до 55 мм.In order to further increase the service life of the working blade, in the area from 0.55 to 1.0 of the airfoil height on the leading edge side there is a zone of increased hardness covering the leading edge and the vacuum side in the specified area. The width of the zone of increased hardness throughout the specified area is in the range from 5 mm to 55 mm.

Выполнение точки перегиба на участке от 0,7 до 1,0 высоты аэродинамического профиля в каждом сечении на стороне разрежения, которая при проекции на хорду аэродинамического профиля задает на хорде точку проекции с удалением от входной кромки на 0-0,5 длины хорды, приводит к снижению интенсивности скачков уплотнения в рабочей решетке, следовательно, к уменьшению профильных потерь энергии, и, соответственно, к повышению внутреннего относительного КПД паровой турбины.Making an inflection point in the area from 0.7 to 1.0 of the airfoil height in each section on the rarefaction side, which, when projected onto the airfoil chord, sets a projection point on the chord with a distance of 0-0.5 chord lengths from the leading edge, results in to a decrease in the intensity of shock waves in the working lattice, consequently, to a decrease in profile energy losses, and, accordingly, to an increase in the internal relative efficiency of the steam turbine.

Диапазон участка от 0,7 до 1,0 высоты аэродинамического профиля выбран авторами с учетом того, что на этом участке параметры пара на входе в рабочую решетку и выходе из нее приводят к тому, что в самой узкой части межлопаточного канала рабочей решетки пар достигает скорости звука. При дальнейшем расширении пар приобретает сверхзвуковую скорость. Выполнение точки перегиба на стороне разрежения формирует расширяющийся канал от самой узкой части до выхода из межлопаточного канала.The range of the section from 0.7 to 1.0 of the airfoil height was chosen by the authors taking into account the fact that in this section the parameters of the steam at the inlet and exit of the working grille lead to the fact that in the narrowest part of the inter-blade channel of the working grille the steam reaches a speed sound. With further expansion, the steam acquires supersonic speed. Making an inflection point on the vacuum side forms a widening channel from the narrowest part to the exit from the interscapular channel.

Экспериментально доказано, что выполнение рабочей решетки с расширяющейся частью межлопаточного канала способствует снижению интенсивности скачков уплотнения, и, следовательно, профильных потерь энергии. Скачки уплотнения приводят к возникновению пульсаций давления в межлопаточном канале в области сверхзвукового течения, характеризуемого числом Маха больше 1,0. Снижение интенсивности скачков уплотнения и, тем самым, снижение пульсаций давления достигается за счет организации течения в расширяющемся канале.It has been experimentally proven that making a working grid with an expanding part of the inter-blade channel helps reduce the intensity of shock waves, and, consequently, profile energy losses. Compaction shocks lead to the occurrence of pressure pulsations in the interblade channel in the region of supersonic flow, characterized by a Mach number greater than 1.0. A reduction in the intensity of shock waves and, thereby, a reduction in pressure pulsations is achieved by organizing the flow in an expanding channel.

В случае, если точка перегиба выполняется на участке до 0,7 высоты аэродинамического профиля, расширяющийся канал формируется в той части рабочей решетки, где достижение сверхзвуковых скоростей невозможно в силу перепада давления, недостаточного для получения скорости звука в самой узкой части межлопаточного канала, либо получаемые значения сверхзвуковых скоростей таковы, что формирование расширяющегося канала не приведет к снижению профильных потерь энергии. В таких условиях наличие расширяющегося канала приведет к появлению отрыва потока вдоль стороны разрежения и значительному росту профильных потерь.If the inflection point is located in a section up to 0.7 of the airfoil height, an expanding channel is formed in that part of the working grid where achieving supersonic speeds is impossible due to the pressure drop being insufficient to obtain the speed of sound in the narrowest part of the interblade channel, or the resulting the values of supersonic speeds are such that the formation of an expanding channel will not lead to a reduction in profile energy losses. Under such conditions, the presence of an expanding channel will lead to the appearance of flow separation along the rarefaction side and a significant increase in profile losses.

Проекция точки перегиба на хорду аэродинамического профиля, удаленная на 0-0,5 длины хорды, обеспечивает такое положение точки перегиба на стороне разрежения, что формируется расширяющаяся часть межлопаточного канала, которая способствует снижению профильных потерь энергии.The projection of the inflection point onto the chord of the airfoil, removed by 0-0.5 chord lengths, ensures such a position of the inflection point on the rarefaction side that an expanding part of the interblade channel is formed, which helps reduce profile energy losses.

Значение верхней границы указанного диапазона обусловлено тем, что размещение проекции точки перегиба на расстоянии от входной кромки больше 0,5 длины хорды делает невозможным формирование расширяющегося канала, что приводит к увеличению профильных потерь энергии.The value of the upper limit of the specified range is due to the fact that placing the projection of the inflection point at a distance from the entrance edge of more than 0.5 chord lengths makes it impossible to form an expanding channel, which leads to an increase in profile energy losses.

Диапазон размещения выступов на участке от 0,5 до 0,65 высоты аэродинамического профиля выбран авторами расчетно-экспериментальным способом для обеспечения повышенной виброустойчивости рабочей лопатки с учетом вибрационной отстройки, то есть достаточной удаленности резонансных частот рабочей решетки от частот возмущающих сил, кратных рабочей частоте паровой турбины, при сохранении оптимальной заявляемой геометрии аэродинамического профиля рабочей лопатки.The range of placement of protrusions in the area from 0.5 to 0.65 of the airfoil height was chosen by the authors using a computational and experimental method to ensure increased vibration resistance of the working blade, taking into account vibration detuning, that is, a sufficient distance between the resonant frequencies of the working grid from the frequencies of disturbing forces that are multiples of the operating frequency of the steam turbine, while maintaining the optimal declared geometry of the aerodynamic profile of the working blade.

В случае размещения выступов за границами расчетного диапазона нарушается вибрационная отстройка, что приводит к снижению виброустойчивости рабочей лопатки. Обеспечение вибрационной отстройки является обязательным условием эксплуатации рабочих лопаток паровой турбины. При сохранении требуемой вибрационной отстройки и размещении выступов на участке ниже 0,5 высоты аэродинамического профиля, нарушается оптимальная геометрия аэродинамического профиля, а именно увеличивается толщина аэродинамического профиля в корневом и близлежащих сечениях, и уменьшается хорда каждого сечения аэродинамического профиля в периферийном и близлежащих сечениях. Это приводит к невозможности формирования расширяющегося межлопаточного канала на участке со сверхзвуковым течением на выходе из рабочей решетки. В случае, если выступы размещены на участке выше 0,65 высоты аэродинамического профиля, также нарушается геометрия аэродинамического профиля, а именно уменьшается толщина аэродинамического профиля в корневом и близлежащих сечениях. Это приводит к снижению статической прочности рабочей лопатки.If the protrusions are placed outside the design range, the vibration detuning is disrupted, which leads to a decrease in the vibration resistance of the working blade. Ensuring vibration detuning is a prerequisite for the operation of steam turbine rotor blades. While maintaining the required vibration detuning and placing the protrusions in the area below 0.5 of the airfoil height, the optimal geometry of the airfoil is violated, namely, the thickness of the airfoil in the root and nearby sections increases, and the chord of each section of the airfoil in the peripheral and nearby sections decreases. This leads to the impossibility of forming an expanding interblade channel in the area with supersonic flow at the exit from the working grid. If the protrusions are placed in an area above 0.65 times the height of the airfoil, the geometry of the airfoil is also disrupted, namely, the thickness of the airfoil in the root and nearby sections is reduced. This leads to a decrease in the static strength of the working blade.

Диапазон угла наклона θ плоских контактных поверхностей выступов к оси паровой турбины выбран от 20° до 40° как обеспечивающий оптимальное скольжение и наименьшие напряжения контактных поверхностей при развороте лопаток в процессе работы. При этом создается наиболее полный контакт сопрягаемых контактных поверхностей, который обеспечивает повышенное демпфирование трения, снижая амплитуду колебаний рабочей лопатки и повышая виброустойчивость рабочей лопатки.The range of inclination angle θ of the flat contact surfaces of the protrusions to the axis of the steam turbine is selected from 20° to 40° as providing optimal sliding and the lowest stresses of the contact surfaces when the blades rotate during operation. This creates the most complete contact of the mating contact surfaces, which provides increased friction damping, reducing the amplitude of vibration of the working blade and increasing the vibration resistance of the working blade.

При значениях угла наклона θ, меньших 20°, уменьшается площадь контакта между выступами, при этом при развороте лопаток в процессе работы возникает неполное прилегание контактных поверхностей, что приводит к ухудшению демпфирования в зоне контакта и снижению виброустойчивости.At values of the inclination angle θ less than 20°, the contact area between the protrusions decreases, and when the blades rotate during operation, incomplete contact of the contact surfaces occurs, which leads to deterioration of damping in the contact zone and a decrease in vibration resistance.

При значениях угла наклона θ, больших 40°, скольжение контактных поверхностей при развороте лопаток затрудняется вследствие растущей нормальной составляющей сил взаимодействия между контактными поверхностями в процессе работы. При этом контактные напряжения растут, и возникает вероятность выкрашивания материала, что приводит к механическому усталостному износу контактных поверхностей и снижает ресурс рабочей лопатки.At values of the inclination angle θ greater than 40°, the sliding of the contact surfaces when the blades rotate is hampered due to the growing normal component of the interaction forces between the contact surfaces during operation. At the same time, contact stresses increase, and there is a possibility of material spalling, which leads to mechanical fatigue wear of the contact surfaces and reduces the life of the working blade.

Выполнение выступов с торцами, имеющими плоские контактные поверхности, увеличивает площадь контакта выступов соседних рабочих лопаток и уменьшает вероятность выкрашивания материала контактных поверхностей, что снижает механический износ указанных поверхностей и приводит к увеличению ресурса рабочей лопатки. В частном случае выполнения плоские контактные поверхности торцов выступов выполнены в форме прямоугольника с примыкающими к нему с двух сторон полуокружностями.Making the protrusions with ends having flat contact surfaces increases the contact area of the protrusions of adjacent working blades and reduces the likelihood of chipping of the material of the contact surfaces, which reduces the mechanical wear of these surfaces and leads to an increase in the service life of the working blade. In a particular case of implementation, the flat contact surfaces of the ends of the protrusions are made in the shape of a rectangle with semicircles adjacent to it on both sides.

Зона повышенной твердости, покрывающая входную кромку и сторону разрежения на участке от 0,55 до 1,0 высоты аэродинамического профиля со стороны входной кромки, с шириной зоны на всем указанном участке в диапазоне от 5 мм до 55 мм, обеспечивает дополнительное повышение ресурса рабочей лопатки за счет снижения скорости эрозионного износа поверхностей аэродинамического профиля, наиболее подверженных интенсивному эрозионному износу вследствие каплеударной нагрузки.A zone of increased hardness covering the leading edge and the vacuum side in the area from 0.55 to 1.0 of the height of the airfoil on the side of the leading edge, with a zone width throughout the entire specified area in the range from 5 mm to 55 mm, provides an additional increase in the service life of the working blade by reducing the rate of erosive wear of airfoil surfaces that are most susceptible to intense erosive wear due to droplet impact load.

Нижняя граница диапазона 0,55 высоты аэродинамического профиля связана с уменьшением количества и массы капель влаги, скорости их соударения с аэродинамическим профилем, и, соответственно, со снижением скорости эрозионного износа до значений, не влияющих на ресурс рабочей лопатки.The lower limit of the range of 0.55 of the airfoil height is associated with a decrease in the number and mass of moisture droplets, the speed of their collision with the airfoil, and, accordingly, with a decrease in the rate of erosive wear to values that do not affect the life of the working blade.

При ширине зоны повышенной твердости менее 5 мм возникает локальный интенсивный эрозионный износ поверхности аэродинамического профиля, расположенной непосредственно за зоной повышенной твердости, что приводит к снижению ресурса рабочей лопатки.When the width of the zone of increased hardness is less than 5 mm, local intense erosive wear of the airfoil surface located directly behind the zone of increased hardness occurs, which leads to a decrease in the service life of the working blade.

Увеличение ширины зоны повышенной твердости более 55 мм не повышает ресурс рабочей лопатки, так как направление движения капель влаги становится сонаправленным с основным потоком пара. Каплеударная нагрузка на поверхность аэродинамического профиля снижается и, соответственно, не требуется упрочнение поверхности профиля за пределами зоны повышенной твердости.Increasing the width of the zone of increased hardness by more than 55 mm does not increase the service life of the working blade, since the direction of movement of moisture droplets becomes co-directed with the main steam flow. The droplet impact load on the surface of the airfoil is reduced and, accordingly, hardening of the profile surface outside the zone of increased hardness is not required.

Предлагаемая конструкция рабочей лопатки паровой турбины в раскрытой выше совокупности существенных признаков позволяет обеспечить повышение внутреннего относительного КПД паровой турбины за счет уменьшения профильных потерь энергии, которое достигается снижением интенсивности скачков уплотнения в рабочей решетке; повышение виброустойчивости рабочей лопатки за счет обеспечения повышенного демпфирования в зоне контакта поверхностей выступов; увеличение ее ресурса за счет снижения усталостного износа контактных поверхностей выступов, а также за счет снижения скорости эрозионного износа поверхностей аэродинамического профиля.The proposed design of the working blade of a steam turbine in the set of essential features disclosed above makes it possible to increase the internal relative efficiency of the steam turbine by reducing profile energy losses, which is achieved by reducing the intensity of shock waves in the working lattice; increasing the vibration resistance of the working blade by providing increased damping in the contact zone of the protrusion surfaces; increasing its service life by reducing fatigue wear of the contact surfaces of the protrusions, as well as by reducing the rate of erosive wear of the airfoil surfaces.

Представленные графические материалы содержат пример конкретного выполнения рабочей лопатки паровой турбины.The presented graphic materials contain an example of a specific design of a steam turbine rotor blade.

На фиг. 1 представлен общий вид рабочей лопатки паровой турбины; на фиг. 2 - сечение А-А аэродинамического профиля, выносной элемент С - участок с зоной повышенной твердости; на фиг. 3 - график зависимости профильных потерь энергии от относительной скорости потока пара на выходе из рабочей решетки к скорости звука (числа Маха); на фиг. 4 общий вид выступов промежуточной механической связи, разрез Б-Б - вид сверху на выступы аэродинамического профиля, вид Д - контактная поверхность выступа; на фиг. 5 - фрагмент рабочего колеса с несколькими рабочими лопатками.In fig. Figure 1 shows a general view of the working blade of a steam turbine; in fig. 2 - section A-A of the airfoil, extension element C - section with a zone of increased hardness; in fig. 3 - graph of the dependence of profile energy losses on the relative speed of steam flow at the exit from the working lattice to the speed of sound (Mach number); in fig. 4 general view of the protrusions of the intermediate mechanical link, section B-B - top view of the aerodynamic profile protrusions, view D - contact surface of the protrusion; in fig. 5 - fragment of an impeller with several rotor blades.

Рабочая лопатка паровой турбины (фиг. 1) имеет аэродинамический профиль 1 переменного по высоте сечения с входной 2 и выходной 3 кромками. Аэродинамический профиль 1 выполнен как единое целое с хвостовиком 4 елочного типа, соединенным с аэродинамическим профилем 1 по его корневому сечению, промежуточной механической связью, выполненной в виде выступов 5, размещенных на стороне давления 6 и стороне разрежения 7 в средней части аэродинамического профиля 1, и бандажной полкой 8, соединенной с аэродинамическим профилем 1 по его периферийному сечению.The working blade of a steam turbine (Fig. 1) has an aerodynamic profile 1 of variable height section with inlet 2 and outlet 3 edges. The airfoil 1 is made as a single unit with a herringbone shank 4 connected to the airfoil 1 along its root section, an intermediate mechanical connection made in the form of protrusions 5 located on the pressure side 6 and the vacuum side 7 in the middle part of the airfoil 1, and a bandage flange 8 connected to the airfoil 1 along its peripheral section.

Аэродинамический профиль 1 переменного по высоте сечения рассчитывается и проектируется таким образом, чтобы обеспечить оптимальный режим течения в рабочей решетке и минимальный уровень потерь энергии в условиях, когда по высоте рабочей лопатки изменяются углы входа и выхода потока пара. Проектирование аэродинамических профилей переменных по высоте сечений осуществляется в современных программных комплексах, например, AxStream, обеспечивающих расчеты проточной части и проектирование профилей в едином замкнутом цикле. Также аэродинамические профили переменных по высоте сечений могут проектироваться в CAD-системе NX, а аэродинамические и прочностные расчеты осуществляются в коммерческих программных пакетах, таких, как Numeca, ANSYS Fluent, ANSYS CFX и ANSYS Mechanical.The aerodynamic profile 1 of a variable cross-section in height is calculated and designed in such a way as to ensure an optimal flow regime in the working grid and a minimum level of energy losses in conditions when the angles of entry and exit of the steam flow change along the height of the working blade. The design of aerodynamic profiles with variable cross-sectional heights is carried out in modern software systems, for example, AxStream, which provide calculations of the flow path and design of profiles in a single closed cycle. Also, aerodynamic profiles of variable height sections can be designed in the NX CAD system, and aerodynamic and strength calculations are carried out in commercial software packages such as Numeca, ANSYS Fluent, ANSYS CFX and ANSYS Mechanical.

Хвостовик 4 елочного типа обеспечивает возможность крепления рабочей лопатки в пазах диска 12 ротора, при этом хвостовик елочного типа способствует достижению наибольшей несущей способности по сравнению с другими типами хвостовиков. Хвостовик 4 может быть выполнен, например, 2-х опорным, прямым, с осевой заводкой под углом к оси X паровой турбины, или соосно с нею.The shank 4 of the herringbone type provides the ability to fasten the working blade in the grooves of the rotor disk 12, while the shank of the herringbone type helps to achieve the greatest load-bearing capacity compared to other types of shanks. The shank 4 can be made, for example, 2-support, straight, with axial insertion at an angle to the X-axis of the steam turbine, or coaxially with it.

Бандажная полка 8 выполняется с ответным сопряжением на входной 2 и выходной 3 кромках для соединения рабочих лопаток в единую конструкцию. Бандажная полка 8 может быть выполнена, например, с торцами контактной поверхности z-образной конфигурации для более надежного сопряжения.The bandage shelf 8 is made with a mating pairing on the inlet 2 and outlet 3 edges to connect the working blades into a single structure. The bandage shelf 8 can be made, for example, with the ends of the contact surface of a z-shaped configuration for more reliable mating.

На участке h₁ от 0,7 до 1,0 высоты Н аэродинамического профиля 1 в каждом сечении на стороне разрежения 7 имеется точка перегиба Р (фиг. 2, сечение А-А). При проекции на хорду 9 аэродинамического профиля 1, имеющей длину В, точка перегиба Р задает на хорде 9 точку проекции Р'. Точка проекции Р' удалена от входной кромки 2 на длину b₁, находящуюся в диапазоне 0-0,5 длины В хорды 9. От входной кромки 2 до точки перегиба Р сторона разрежения 7 выпуклая относительно стороны давления 6, а от точки перегиба Р до выходной кромки 3 - вогнутая относительно стороны давления 6.In the section h ₁ from 0.7 to 1.0 height H of the airfoil 1, in each section on the rarefaction side 7 there is an inflection point P (Fig. 2, section A-A). When projected onto the chord 9 of the airfoil 1, which has a length B, the inflection point P sets the projection point P' on the chord 9. The projection point P' is removed from the inlet edge 2 by a length b ₁ , which is in the range 0-0.5 of the length B of the chord 9. From the inlet edge 2 to the inflection point P, the vacuum side 7 is convex relative to the pressure side 6, and from the inflection point P to outlet edge 3 is concave relative to the pressure side 6.

На фиг. 3 показана зависимость профильных потерь энергии от отношения скорости потока пара на выходе из рабочей решетки к скорости звука (числа Маха). Кривая v соответствует зависимости для рабочей решетки, сформированной аэродинамическим профилем 1 с точкой перегиба Р на стороне разрежения 7. Кривая w соответствует зависимости для рабочей решетки, сформированной аэродинамическим профилем 1 без точки перегиба Р на стороне разрежения 7. Из приведенной зависимости следует, что введение точки перегиба Р обеспечивает снижение профильных потерь в диапазоне 1.3-1.9 чисел Маха на выходе из рабочей решетки по сравнению с рабочей решеткой, сформированной аэродинамическим профилем 1 без точки перегиба Р.In fig. Figure 3 shows the dependence of the profile energy losses on the ratio of the steam flow velocity at the exit from the working lattice to the speed of sound (Mach number). Curve v corresponds to the dependence for the working grid formed by the airfoil 1 with an inflection point P on the rarefaction side 7. Curve w corresponds to the dependence for the working grid formed by the airfoil 1 without the inflection point P on the rarefaction side 7. From the given dependence it follows that the introduction of the point inflection P ensures a reduction in profile losses in the range of 1.3-1.9 Mach numbers at the exit from the working grid compared to the working grid formed by airfoil 1 without the inflection point P.

Выступы 5 промежуточной механической связи размещены на участке h₂ от 0,5 до 0,65 высоты Н аэродинамического профиля 1. Торцы выступов 5 имеют плоские контактные поверхности 10. В частном случае выполнения плоские контактные поверхности 10 выполнены в форме прямоугольника с примыкающими к нему с двух сторон полуокружностями (фиг. 4). Угол наклона θ плоских контактных поверхностей 10 выступов 5 к оси X паровой турбины составляет 20-40°. В конкретном примере выполнения выступов 5 на фиг. 3 значения угла θ находятся в указанном диапазоне. Выступы 5 выполняются заодно с аэродинамическим профилем 1 и обеспечивают демпфирование рабочей лопатки. Выступы 5 выполняются и со стороны давления 6, и со стороны разрежения 7 аэродинамического профиля 1 таким образом, что торец контактной поверхности 10 одной части является ответным сопряжением торца контактной поверхности 10 другой части, для соединения рабочих лопаток в единую конструкцию.The protrusions 5 of the intermediate mechanical connection are located in the area h ₂ from 0.5 to 0.65 of the height H of the airfoil 1. The ends of the protrusions 5 have flat contact surfaces 10. In a particular case, the flat contact surfaces 10 are made in the shape of a rectangle with adjacent two sides in semicircles (Fig. 4). The inclination angle θ of the flat contact surfaces 10 of the projections 5 to the X axis of the steam turbine is 20-40°. In a specific example of the implementation of the projections 5 in FIG. 3 angle θ values are within the specified range. The protrusions 5 are integral with the airfoil 1 and provide damping for the working blade. The protrusions 5 are made both from the pressure side 6 and from the vacuum side 7 of the airfoil 1 in such a way that the end of the contact surface 10 of one part is a reciprocal mate of the end of the contact surface 10 of the other part, for connecting the rotor blades into a single structure.

На участке h₃ от 0,55 до 1,0 высоты Н аэродинамического профиля 1 находится зона повышенной твердости 11 (фиг. 2, выносной элемент С). Зона повышенной твердости 11 покрывает входную кромку 2 и сторону разрежения 7 на участке h₃. Ширина s зоны повышенной твердости 11 на всем участке h₃ находится в диапазоне от 5 мм до 55 мм.In the area h ₃ from 0.55 to 1.0 height H of the airfoil 1 there is a zone of increased hardness 11 (Fig. 2, extension element C). The zone of increased hardness 11 covers the entrance edge 2 and the vacuum side 7 in section h ₃ . The width s of the zone of increased hardness 11 throughout the entire area h ₃ is in the range from 5 mm to 55 mm.

Зона повышенной твердости может быть выполнена известными методами упрочнения, например, лазерной закалкой. Для формирования зоны повышенной твердости с применением лазерной закалки, участок аэродинамического профиля со стороны входной кромки и стороны разрежения подвергают очистке от органических и неорганических соединений и инородных частиц. Используя в качестве источника тепла излучение лазера, осуществляют преобразование кристаллической структуры материала рабочей лопатки на указанном участке. Затем выполняют низкотемпературный отжиг с целью снятия остаточных напряжений.The increased hardness zone can be made using known hardening methods, for example, laser hardening. To form a zone of increased hardness using laser hardening, the section of the airfoil on the leading edge side and the vacuum side is cleaned of organic and inorganic compounds and foreign particles. Using laser radiation as a heat source, the crystal structure of the working blade material is transformed in the specified area. Then low-temperature annealing is performed to relieve residual stresses.

Приведенный в качестве примера метод упрочнения с использованием лазерной закалки не является частным случаем применения упрочнения аэродинамического профиля рабочей лопатки. Для упрочнения рабочих лопаток могут быть использованы аналогичные методы, например, индукционная закалка и другие.The method of hardening using laser hardening given as an example is not a special case of using hardening of the aerodynamic profile of a rotor blade. To harden working blades, similar methods can be used, for example, induction hardening and others.

На фиг. 5 показан фрагмент рабочего колеса с несколькими рабочими лопатками. Рабочие лопатки своими хвостовиками 4 заведены в ответные пазы диска 12. Контактные поверхности 10 выступов 5 соприкасаются между собой, бандажные полки 8 сопряжены друг с другом по контактным поверхностям.In fig. Figure 5 shows a fragment of an impeller with several rotor blades. The working blades with their shanks 4 are inserted into the reciprocal grooves of the disk 12. The contact surfaces 10 of the protrusions 5 are in contact with each other, the bandage shelves 8 are mated to each other along the contact surfaces.

Рабочая лопатка, включающая аэродинамический профиль, хвостовик, промежуточную механическую связь, бандажную полку обычно изготавливается из единой штампованной заготовки. Для изготовления рабочих лопаток паровой турбины применяют материалы, обладающие высокой прочностью, например, стальные сплавы 13Х11Н2В2МФ-Ш, 15Х11МФ-Ш, 20X13-Ш, титановый сплав ВТ6.The working blade, including an airfoil, a shank, an intermediate mechanical connection, and a shroud, is usually made from a single stamped blank. For the manufacture of steam turbine rotor blades, materials with high strength are used, for example, steel alloys 13Х11Н2В2МФ-Ш, 15Х11МФ-Ш, 20Х13-Ш, titanium alloy VT6.

Предлагаемая конструкция работает следующим образом.The proposed design works as follows.

В процессе работы паровой турбины в ступени цилиндра паровой турбины поток пара, сформированный направляющим аппаратом (на фиг. не показаны) этой ступени, натекает на входную кромку 2 аэродинамического профиля 1 рабочей лопатки и попадает в межлопаточные каналы между соседними рабочими лопатками. В межлопаточных каналах пар изменяет направление согласно кривизне межлопаточного канала и ускоряется. В наиболее узкой части межлопаточного канала скорость пара достигает скорости звука. Точка перегиба Р на стороне разрежения формирует расширяющийся межлопаточный канал, в котором при дальнейшем расширении пара возникает сверхзвуковое течение с менее интенсивными скачками уплотнения и без отрывов потока. В ступенях, в которых пар содержит влагу в виде значительного количества эрозионно опасных капель, скорость капель отличается от скорости основного потока пара, а траектория движения капель отклоняется от направления основного потока. При этом скорость соударения и масса эрозионно опасных капель достаточно велики на входной кромке 2 аэродинамического профиля 1 и стороне разрежения 7. Зона повышенной твердости 11, покрывающая входную кромку 2 и сторону разрежения 7, улучшает стойкость к эрозионному износу материала рабочей лопатки в этой зоне, и, тем самым, значительно уменьшает скорость эрозионного износа.During the operation of the steam turbine in the cylinder stage of the steam turbine, the steam flow generated by the guide vane (not shown in Fig.) of this stage flows onto the inlet edge 2 of the airfoil 1 of the working blade and enters the inter-blade channels between adjacent working blades. In the interscapular channels, the steam changes direction according to the curvature of the interscapular channel and accelerates. In the narrowest part of the interblade channel, the steam velocity reaches the speed of sound. The inflection point P on the rarefaction side forms an expanding inter-blade channel, in which, with further expansion of the steam, a supersonic flow occurs with less intense shock waves and without flow separations. In stages in which steam contains moisture in the form of a significant amount of erosively dangerous drops, the speed of the drops differs from the speed of the main steam flow, and the trajectory of the drops deviates from the direction of the main flow. In this case, the impact speed and the mass of erosively dangerous drops are quite large at the entrance edge 2 of the airfoil 1 and the vacuum side 7. The zone of increased hardness 11, covering the entrance edge 2 and the vacuum side 7, improves the resistance to erosive wear of the working blade material in this zone, and , thereby significantly reducing the rate of erosive wear.

При вращении рабочего колеса происходит разворот аэродинамического профиля 1 рабочей лопатки, приводящего к прижимающему усилию на контактных поверхностях 10 выступов 5, которое приводит к возникновению трения между ними, при этом плоская контактная поверхность 10 обеспечивает большую площадь трения. При обтекании аэродинамического профиля 1 потоком пара происходит силовое взаимодействие аэродинамического профиля 1 и потока пара, которое приводит к возникновению колебаний рабочей лопатки. Трение между контактными поверхностями 10 выступов 5 обеспечивает демпфирование, значительно снижает амплитуду колебаний и приводит к интенсивному их затуханию.When the impeller rotates, the aerodynamic profile 1 of the working blade rotates, leading to a pressing force on the contact surfaces 10 of the protrusions 5, which leads to friction between them, while the flat contact surface 10 provides a large friction area. When a steam flow flows around the airfoil 1, a force interaction occurs between the airfoil 1 and the steam flow, which leads to the occurrence of oscillations of the working blade. Friction between the contact surfaces 10 of the protrusions 5 provides damping, significantly reduces the amplitude of vibrations and leads to their intensive attenuation.

Как показали результаты расчетно-экспериментальных исследований, проведенных авторами, выполнение согласно предлагаемому техническому решению в совокупности существенных признаков обеспечивает снижение профильных потерь энергии в рабочей решетке на величину до 6%, что влечет за собой прирост внутреннего относительного КПД паровой турбины до 0,4%.As shown by the results of computational and experimental studies carried out by the authors, the implementation of the proposed technical solution in combination with essential features ensures a reduction in profile energy losses in the working grid by up to 6%, which entails an increase in the internal relative efficiency of the steam turbine up to 0.4%.

Claims

1. A steam turbine working blade having an aerodynamic profile of variable height with inlet and outlet edges, made as a single unit with a fir-tree type shank connected to the aerodynamic profile along its root section, an intermediate mechanical connection made in the form of protrusions placed on the side pressure and the vacuum side of the airfoil, and a shroud flange connected to the airfoil along its peripheral section, characterized in that in the area from 0.7 to 1.0 of the airfoil height in each section on the vacuum side there is an inflection point, the projection of which is on the chord of the airfoil is defined by a point distant from the leading edge by 0-0.5 of the chord length, the protrusions are located in the area from 0.5 to 0.65 of the height of the aerodynamic profile, the ends of the protrusions have flat contact surfaces, and the angle of inclination θ of the flat contact surfaces of the protrusions to the axis of the steam turbine is 20-40°.

2. The working blade of a steam turbine according to claim 1, characterized in that the flat contact surfaces of the ends of the protrusions are made in the shape of a rectangle with semicircles adjacent to it on both sides.

3. The working blade of a steam turbine according to claim 1 or 2, characterized in that in the area from 0.55 to 1.0 of the airfoil height there is a zone of increased hardness, covering the leading edge and the vacuum side in the specified area, while the width of the increased zone hardness in the entire specified area is in the range from 5 to 55 mm.