SE509299C2 - Steam turbine blade - Google Patents
Steam turbine bladeInfo
- Publication number
- SE509299C2 SE509299C2 SE9404004A SE9404004A SE509299C2 SE 509299 C2 SE509299 C2 SE 509299C2 SE 9404004 A SE9404004 A SE 9404004A SE 9404004 A SE9404004 A SE 9404004A SE 509299 C2 SE509299 C2 SE 509299C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- height
- aerodynamic profile
- curvature
- pressure surface
- edge portion
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 8
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 8
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 241001191186 Balmes Species 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 244000309466 calf Species 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
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
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
0 9 2 9 9 _ 2 _ en given rad den aerodynamiska profilformen hos bladen identisk, utom i vissa turbiner där de aerodynamiska profilformerna varieras bland bladen inuti raden för att variera resonans- frekvenserna. 0 9 2 9 9 _ 2 _ a given row the aerodynamic profile shape of the blades is identical, except in some turbines where the aerodynamic profile shapes are varied among the blades inside the row to vary the resonant frequencies.
A11 konstruera ett ångmrbinblad är svårt på grund av det faktum att den aerody- namiska profilformen bestämmer, till stor del, den mekaniska hållfastheten hos bladet och dess resonansfrekvenser, liksom den termodynamiska prestandan hos bladet. Dessa övervä- ganden medför begränsningar vid valet av aerodynamisk profilform hos bladet, varför det med nödvändighet är så att den optimala aerodynamiska profilfonnen hos bladet i en given rad är en kompromiss mellan dess mekaniska och aerodynamiska egenskaper.A11 designing a steam turbine blade is difficult due to the fact that the aerodynamic profile shape largely determines the mechanical strength of the blade and its resonant frequencies, as well as the thermodynamic performance of the blade. These considerations imply limitations in the choice of aerodynamic profile of the blade, so that the optimal aerodynamic profile of the blade in a given row is necessarily a compromise between its mechanical and aerodynamic properties.
Denna situation förvärras i övergångszonen hos en ångturbin av lågtryckstyp, i det fall den användes i en kokvaüertrealctor i kärnkraftverk, på grund av det höga fuktinne~ hållet hos strömmen av ånga i denna zon. Sådant högt fuktinnehåll resulterar i erosion och korrosion hos komponentema som utsättes för den strömmande ångan. För föreliggande ändamål är det viktigast att denna erosion och korrosion kan försvaga bladet, speciellt i området för dess infästning, liksom rotorspåret, i vilket bladet är fäst. Eftersom bladets infästningsparti och rotorspåret är utsatta för höga påkänningar på grund av centrifugal- kraften, kan erosionen och korrosionen resultera i sprickbildning.This situation is aggravated in the transition zone of a low pressure type steam turbine, in the case where it is used in a boiling reactor in nuclear power plants, due to the high moisture content of the stream of steam in this zone. Such a high moisture content results in erosion and corrosion of the components exposed to the flowing steam. For the present purpose, it is most important that this erosion and corrosion can weaken the blade, especially in the area of its attachment, as well as the rotor groove, in which the blade is attached. Since the mounting portion of the blade and the rotor groove are exposed to high stresses due to the centrifugal force, erosion and corrosion can result in cracking.
Följaktligen är det viktigt att vikten hos bladet minimeras, varigenom cetrifugal- kraften minimeras som påverkar bladets infästningsparti och rotorspår under drift.Consequently, it is important that the weight of the blade is minimized, thereby minimizing the cetrifugal force affecting the blade mounting portion and rotor groove during operation.
Det är därför önskvärt att åstadkomma en rad blad för en ångturbin som uppnår adekvata prestanda med användande av aerodynamiska profiler av utpräglad lättviktstyp.It is therefore desirable to provide a range of blades for a steam turbine that achieves adequate performance using distinctly lightweight aerodynamic profiles.
Följaktligen är det generella ändamålet med föreliggande uppfinning att åstad- komma en rad med ångturbinblad som uppnår adekvat prestanda med användande av aerody- namiska profiler av utpräglad lättviktstyp.Accordingly, the general object of the present invention is to provide a series of steam turbine blades which achieve adequate performance using aerodynamic profiles of a distinctly lightweight type.
Kortfattat uppnås detta ändamål, liksom andra ändamål med föreliggande upp- finning, i en ångturbin l innefattande en stationär cylinder 2 som innesluter en ström av ånga 6 och en rotor 3 som omges av cylindern, och en rad med blad 5, varvid vart och ett av bladen har ett infästningsparti 12 fäst vid rotom och ett aerodynamiskt parti ll, varvid 5 Û 9 2 9 9 _ 3 _ var och en av de aerodynanriska profilerna kännetecknas av ett baspam' 15 och ett spetsparti 16 som mellan sig definierar en höjd hos den aerodynamiska profilen, ett rundat främre kantparti 22 och ett balae kantparü 26, och en tryckyta 18 och en generellt konkav sugyta 14 som sträcker sig mellan det rundade främre kantpartiet och det bakre kantpartiet och definierar däremellan en tjocklek hos den aerodynarrrislta profilen, (i) var och en av de aero- dynamiska profilema uppvisar första, andra och tredje tvärsektioner anordnade radiellt utåt från infiistningen på avstånd lika med approximativt 25%, 50% respektive 75 % av den aero- dynamiska profilens höjd, ett första parti hos den aerodynamiska profilhöjden sträcker sig mellan de första och tredje sektionerna, och (ii) att tryckytan, åtminstone över det första partiet av den aerodynamiska profilens höjd, har en krökning som har en inflektion i en position anordnad inom sagda tryckyta, ett första parti 47 av tryckytan sträcker sig över det första partiet hos den aerodynamiska profilens höjd med en konkav krölming och anordnad mellan inflektionens position och det rundade främre kantpartiet, ett andra parti 44 av tryck- ytan sträcker sig över det första parfiet och den aerodynamiska profilens höjd med en kon- vex lcrölcrring och anordnad mellan inflektionspositionen och den bakre kanten, varvid den konkava krökningen hos det första partiet 47 hos tryckytan har ett maximalt negativt värde större än -1 ,Om" x 102, och den konvexa lcrökningen hos det andra partiet 44 av tryckytan har ett maximalt positivt värde större än l,0mm" x 10"”.Briefly, this object, like other objects of the present invention, is achieved in a steam turbine 1 comprising a stationary cylinder 2 enclosing a stream of steam 6 and a rotor 3 surrounded by the cylinder, and a row of blades 5, each of the blades has an attachment portion 12 attached to the rotor and an aerodynamic portion 11, each of the aerodynanic protrusions being characterized by a base frame 15 and a tip portion 16 between which they define a height of the the aerodynamic profile, a rounded leading edge portion 22 and a balae edge portion 26, and a pressure surface 18 and a generally concave suction surface 14 extending between the rounded leading edge portion and the trailing edge portion and interposing therebetween a thickness of the aerodynarrhal profile, (i) each and one of the aerodynamic problems has first, second and third cross-sections arranged radially outwardly from the insert at a distance equal to approximately 25%, 50% and 75%, respectively, of that aerodynam. the height of the aerodynamic profile, a first portion of the aerodynamic profile height extends between the first and third sections, and (ii) the pressure surface, at least above the first portion of the height of the aerodynamic profile, has a curvature having an injection in a position arranged within said printing surface, a first portion 47 of the printing surface extends over the first portion of the height of the aerodynamic profile with a concave curvature and arranged between the position of the injection and the rounded front edge portion, a second portion 44 of the printing surface extends over the first pair fi and the height of the aerodynamic profile with a convex curvature and arranged between the injection position and the trailing edge, the concave curvature of the first portion 47 of the pressure surface having a maximum negative value greater than -1, If "x 102, and the convex curvature of the second portion 44 of the printing surface has a maximum positive value greater than 1.0 mm "x 10" ".
Fig. 1 visar ett parti av en tvärsektion genom en ångturbin i närheten av över- gângszonen, där bladet enligt föreliggande uppfinning framgår tillsammans med tillhörande skovlar.Fig. 1 shows a portion of a cross section through a steam turbine in the vicinity of the transition zone, where the blade according to the present invention appears together with associated blades.
Fig. 2 visar ett schematiskt diagram av tvâ intilliggande, typiska ángturbinblad illustrerande olika prestationsrelaterade parametrar.Fig. 2 shows a schematic diagram of two adjacent, typical steam turbine blades illustrating different performance-related parameters.
Fig. 3 visar ett tvärsnitt utefter III-III i fig. 1.Fig. 3 shows a cross section along III-III in fi g. 1.
Fig. 4 visar överlagrade kurvor för tvärsektioner genom bladet enligt fig. 1 i olika radiella positioner. 509 299 _4_ Fig. 5 visar ett diagram över den radiella fördelningen av den inneslutna inlopps- vinkeln IIA och förhållandet stigning till bredd P/W för bladet enligt föreliggande uppfin- ning som en procentsats av den aerodynamiska profilens höjd, från basen av den aerodyna- miska proñlen vid 0% höjd till spetsen av den aerodynamiska proñlen vid 100% höjd.Fig. 4 shows superimposed curves for cross sections through the blade according to fi g. 1 in different radial positions. Fig. 5 shows a diagram of the radial distribution of the enclosed inlet angle IIA and the ratio of pitch to width P / W of the blade according to the present invention as a percentage of the height of the aerodynamic profile, from the base of the aerodynamic plane. the tip at 0% height to the tip of the aerodynamic tip at 100% height.
Fig. 6 visar en förstorad vy av bladets tvärgående tvärsnitt vid halva höjden enligt fig. 3.Fig. 6 shows an enlarged view of the transverse cross-section of the blade at half the height according to Fig. 3.
Fig. 7 visar ett diagram över krökningen K, i mm* x 102 av tryckytan hos den aerodynamiska proñlen enligt föreliggande uppfinning från en punkt intill det bakre kant- partiet TE, som givits hänvisningsbeteclmingen 40 i fig. 4, till en punkt intill det främre kanlpartiet LE, som givits hänvisningsbeteclcriingen 42 i fig. 4, i procent av avståndet utefter tryckytan mellan dessa två punkter i de tre radiella positionerna, basen B, 50% höjd, och spetsen T.Fig. 7 shows a diagram of the curvature K, in mm * x 102 of the pressure surface of the aerodynamic profile according to the present invention from a point adjacent the rear edge portion TE, given the reference numeral 40 in fi g. 4, to a point adjacent the front channel portion LE, given the reference numeral 42 in fi g. 4, as a percentage of the distance along the pressure surface between these two points in the three radial positions, the base B, 50% height, and the tip T.
Fig. 8 visar ett diagram över den beräknade axiella fördelningen av ånghastig- hasföifiállandet VR -- dvs. den lokala ythastigheten i förhållande till utströmningshastighe- ten från raden av blad - utefter bredden W hos den aerodynamiska profilen, från det främre kantparliet LE till det balme kantpatfiet TE, över bladets sugyta, beteclcnad med trianglama, och bladets tryckyta, betecknad med korsen, i läget för halva höjden.Fig. 8 shows a diagram of the calculated axial distribution of the steam velocity filling VR - ie. the local surface velocity in relation to the outflow velocity from the row of blades - along the width W of the aerodynamic profile, from the leading edge portion LE to the balme edge portion TE, over the suction surface of the blade, beteclcnad with the triangles, and the pressure surface of the blade, denoted by the crosses, i the position for half the height.
Fig. 9 visar ett diagram över uppmätningen av bladet enligt föreliggande uppfinning som en procentsats av den aerodynamiska profilens höjd, från basen av den aero- dynamiska proñlen vid 0% höjd till spetsen av den aerodynamiska profilen vid 100% höjd.Fig. 9 shows a diagram of the measurement of the blade according to the present invention as a percentage of the height of the aerodynamic profile, from the base of the aerodynamic profile at 0% height to the tip of the aerodynamic profile at 100% height.
Fig. 10 visar en kurva där metallinloppsvinkeln hos bladet enligt föreliggande uppfinning anges som en procentsats av den aerodynamiska profilens höjd, från basen av den aerodynamiska profilen vid 0% höjd till spetsen av den aerodynamiska proñlen vid 100% höjd.Fig. 10 is a graph showing the metal inlet angle of the blade of the present invention as a percentage of the height of the aerodynamic profile, from the base of the aerodynamic profile at 0% height to the tip of the aerodynamic profile at 100% height.
Med hänvisning till titningama visas i lig. 1 ett parti av ett längsgående tvärsnitt genom låguyckssektionen hos en ångturbin 1 i närheten av övergångszonen. Såsom visas formas ängans strömningsväg hos ångturbinen 1 av en stationär cylinder 2 och en rotor 3.With reference to the views shown in lig. 1 shows a portion of a longitudinal cross-section through the low-accident section of a steam turbine 1 in the vicinity of the transition zone. As shown, the flow path of the steam of the steam turbine 1 is formed by a stationary cylinder 2 and a rotor 3.
En rad med blad 5 är fästade vid periferin hos rotorn 3 och sträcker sig radiellt utåt in i 5 Û 9 2 9 9 _ 5 _ strörnningsvägen som en ringformig uppsättning. En rad med skovlar 4 hos en ledhjulskons- truktion är infästade till cylindern 2 och sträcker sig radiellt inåt i en ringformig uppsättning omedelbart uppströms om raden av blad 5. Som tidigare diskuterats, har skovlama 4 ytor med aerodynarnisk profil 36 som gör att ångan 6 utsätts för en del av tryckstegssärtlcningen när den strömmar genom raderna av skovlar. Skovlamas aerodynamiska profil 36 tjänar även till att styra strömmen av ånga 6 som kommer in i steget så att ångan 7 strömmar in i raden av blad 5 i korrekt vinkel. En andra rad av skovlar 9 är anordnad omedelbart ned- ströms om bladen 5 och tjänar till att styra strömmen av ånga 8 att lämna steget i korrekt vinkel för de efterföljande raderna av blad (ej visade).A row of blades 5 are attached to the periphery of the rotor 3 and extend radially outwards into the path of disruption as an annular set-up. A row of vanes 4 of a guidewheel structure is attached to the cylinder 2 and extends radially inwardly in an annular set immediately upstream of the row of blades 5. As previously discussed, the vanes have 4 surfaces with aerodynamic profile 36 which expose the steam 6 for part of the pressure stage discharge as it flows through the rows of vanes. The aerodynamic profile 36 of the vanes also serves to control the flow of steam 6 entering the stage so that the steam 7 flows into the row of blades 5 at the correct angle. A second row of vanes 9 is arranged immediately downstream of the blades 5 and serves to control the flow of steam 8 to leave the step at the correct angle for the subsequent rows of blades (not shown).
Såsom visas i fig. 1, innefattar varje blad 5 ett parti 11 med aerodynamisk profil som utvinner energi från ångan 7, ett infästrringsparti 12 som tjänar till att ansluta bladet till rotom 3 via ett spår 37 däri, och en periferiyta 13 som är utförd i ett stycke vid spetsen 16 av den aerodynamiska profilen (en sådan integrerad periferiyta visas i US patent nr 4533 298 (Partington et al.), som har överlâtits till samma innehavare som föreliggande uppfinning och härmed i sin helhet införlivas i föreliggande ansökan). Den i ett stycke utförda periferi- ytan 13 tjänar, i samverkan med en tätning 17, att minimera läckaget av ånga förbi raden av blad. Den aerodynamiska profilen ll har ett basparti 15 vid sin proximala ände intill inlästningspartiet 12 -- dvs. basen är det parti av den aerodynamiska profilen som bildar en skärning med infästrringspartiet 12. Den aerodynamiska proñlen 11 har även ett spetsparti 16 vid sin distala ände -- dvs. spetsen är det parti av den aerodynamiska profilen som bildar en skärning med periferiytan 13.As shown in fi g. 1, each blade 5 comprises a portion 11 with aerodynamic profile which extracts energy from the steam 7, an attachment portion 12 which serves to connect the blade to the rotor 3 via a groove 37 therein, and a peripheral surface 13 which is made in one piece at the tip 16. of the aerodynamic profile (such an integrated peripheral surface is disclosed in U.S. Patent No. 4,533,298 (Partington et al.), which has been assigned to the same assignee as the present invention and is hereby incorporated in its entirety into the present application). The one-piece peripheral surface 13 serves, in cooperation with a seal 17, to minimize the leakage of steam past the row of blades. The aerodynamic profile 11 has a base portion 15 at its proximal end adjacent the loading portion 12 - i.e. the base is the portion of the aerodynamic profile that forms an intersection with the attachment portion 12. The aerodynamic profile 11 also has a tip portion 16 at its distal end - i.e. the tip is the portion of the aerodynamic profile that forms an intersection with the peripheral surface 13.
Föreliggande uppfinning hänför sig till den aerodynamiska profilen ll hos bladet 5. Speciellt avser föreliggande uppfinning en ny utformning av den aerodynamiska profilen som i stor utsträckning reducerar vikten hos den aerodynamiska profilen under upprätthål- lande av adekvat terrnodynamisk prestanda. Såsom visas i fig. 6, har varje aerodynamisk profil ett frärnre kantparti 22, ett bakre kantparti 26, en konkav sugyta 14 och en tryckyta 18 som har både konkava och konvexa partier, vilket ytterligare diskuteras nedan. (Förelig- gande användning av uttrycket 'främre kantparti" hänför sig till det krökta partiet hos den 5 0 9 2 9 9 _ 5 _ aerodynamiska profilen ll som förbinder tryckytan 18 med sugytan 14 vid den uppströms belägna kanten av den aerodynamiska profilen - dvs. partiet mellan lokaliseringarna 42 och 42' i fig. 6. På liknande sätt hänför sig termen "bakre lmntparti" till det krökta parti av aero- dynamiska profilen 11 som förbinder tryckytan 18 med sugytan 14 vid den nedströms belägna kanten av den aerodynamiska profilen -- dvs. det parti som beläget mellan lokali- seringarna 40 och 40' i fig. 6.) Den nya geometrin hos denna aerodynamiska profilen 11 för bladet enligt föreliggande uppfinning specificeras i tabellerna I - IV genom de relevanta parametrarna, vilka var och en diskuteras nedan (alla vinklar i tabellerna I och IA uttrycks i grader) och är illustrerade i fig. 4 och 6.The present invention relates to the aerodynamic profile ll of the blade 5. In particular, the present invention relates to a new design of the aerodynamic profile which greatly reduces the weight of the aerodynamic profile while maintaining adequate ternodynamic performance. As shown in fi g. 6, each aerodynamic profile has a leading edge portion 22, a trailing edge portion 26, a concave suction surface 14 and a pressure surface 18 having both concave and convex portions, which is further discussed below. The present use of the term "leading edge portion" refers to the curved portion of the aerodynamic profile 11 which connects the pressure surface 18 to the suction surface 14 at the upstream edge of the aerodynamic profile - i.e. the portion between the locations 42 and 42 'in fi g. 6. Similarly, the term "rear lip portion" refers to the curved portion of the aerodynamic profile 11 which connects the pressure surface 18 to the suction surface 14 at the downstream edge of the aerodynamic profile - i.e. the portion located between the locations 40 and 40 'in fi g. 6.) The new geometry of this aerodynamic profile 11 of the blade according to the present invention is specified in Tables I - IV by the relevant parameters, each of which is discussed below. (all angles in Tables I and IA are expressed in degrees) and are illustrated in fi g. 4 and 6.
E E. 1 I . l m 25% 50% 75% Höjd i procent sektion sektion sektion Radie (cm) 85,2 87,8 90,4 Bredd (cm) 3,6 3,2 2,9 Förhållande stigning/bredd 1,20 1,39 1,59 Förhållande stigning/korda 0,69 0,73 0,76 Stafflingsvinkel 53 ,8 57,7 61 , 1 Maximal tjocklek (mm) 13,6 10,4 7,8 Maximal tjocklek/körda 0,22 0,17 0, 13 Välvningsvinkel 67,9 53,7 42,4 Utloppsöppning (mm) 10,1 10,7 11,3 Metallinloppsvinkel 97,9 112,4 123,8 J' Innesluten inloppsvinkel 67,3 52,1 33,8 | Sugfia_ns svänæingsvinkel 11,2 13,3 14,9 TABELL I 5Û9 299 -7- I tabell I är varje parameter specificerad i tre radiella positioner utefter den aerodynamiskt utformade proñlen -- närmare bestämt (i) vid 25% höjd, motsvarande en radie från rotorns 3 centrumlinje på 85,2 cm (335 tum), (ii) vid halva höjden, motsvarande en radie på 87,8 cm (34.6 tum), och (iii) vid 75% höjd motsvarande en radie på 90,4 cm (35.6 111m). Det skall påpekas att enligt föreliggande användning definieras höjden i procent med hänvisning till det radiella avståndet mellan de extrapolerade bas- och spetssektionema hos den aerodynamiska profilen, såsom diskuterats nedan -- dvs. som en procentsats av avståndet från den aerodynamiska profilens 11 bas 15 där dess främre kantparti 22 skär iníästningsparfiet 12 till spetsen hos den aerodynamiska profilen där dess bakre kantparti 26 skär periferiytan.E E. 1 I. ch 25% 50% 75% Height in percent section section section Radius (cm) 85.2 87.8 90.4 Width (cm) 3.6 3.2 2.9 Ratio pitch / width 1.20 1.39 1 , 59 Rise / chord ratio 0.69 0.73 0.76 Spelling angle 53 .8 57.7 61 .1 Maximum thickness (mm) 13.6 10.4 7.8 Maximum thickness / chord 0.22 0.17 0 .13 Arch angle 67.9 53.7 42.4 Outlet opening (mm) 10.1 10.7 11.3 Metal inlet angle 97.9 112.4 123.8 J 'Enclosed inlet angle 67.3 52.1 33.8 | Suction sv a_ns svänæingsvinkel 11,2 13,3 14,9 TABLE I 5Û9 299 -7- In table I each parameter is specified in three radial positions along the aerodynamically designed projection - more precisely (i) at a height of 25%, corresponding to a radius from the centerline of the rotor 3 of 85.2 cm (335 inches), (ii) at half height, corresponding to a radius of 87.8 cm (34.6 inches), and (iii) at 75% height corresponding to a radius of 90.4 cm ( 35.6 111m). It should be noted that according to the present use, the height is defined as a percentage with reference to the radial distance between the extrapolated base and tip sections of the aerodynamic profile, as discussed below - ie. as a percentage of the distance from the base 15 of the aerodynamic profile 11 where its leading edge portion 22 intersects the insertion pair 12 to the tip of the aerodynamic profile where its trailing edge portion 26 intersects the peripheral surface.
Såsom visas i fig. 1, är både spetsen 16 och basen 15 hos den aerodynamiska profilen 11 lutade i en vinkel relativt den axiella riktningen. Således skulle även en tvär- sektion genom den aerodynamiska spetsen 16 och basen 15 luta en vinkel mot den axiella riktningen, snarare än att ligga i ett enskilt plan parallellt med rotoms 3 axel. Dessutom, såsom visas i lig. 3, är 38 och 39 utformade i skärningama mellan den aerodynamis- ka profilen ll och periferiytan 13 och mellan den aerodynamiska profilen och infastnings- partiet 12. Dessa deformerar den egentliga bladgeometrin pâ ett sätt som i mångt och mycket är irrelevant vad gäller termodynamiska prestanda. Därför, för att åstadkomma en aerodynamisk geometri, anser konstruktörer av blad vanligen att tvärsektionen hos spetsen skall vara tvärsektionen hos den aerodynamiska profilen, varvid bortses från hålkälen 38, extrapolerad upp till ett plan parallellt med axeln hos rotom 3 och beläget i skämingen mellan det bakre kantpartiet 26 och periferiytan 13. Tvärsektionen hos den aerodynamiska basen är ansedd som tvärsektionen hos den aerodynamiska profilen, varvid bortses från hål- kâílerr 39, extrapolerad ned till ett plan parallellt med rotoms 3 axel och beläget i skärningen mellan den främre kanten 22 och infästrringsparfiet 12.As shown in Fig. 1, both the tip 16 and the base 15 of the aerodynamic profile 11 are inclined at an angle relative to the axial direction. Thus, even a cross section through the aerodynamic tip 16 and the base 15 would be inclined at an angle to the axial direction, rather than lying in a single plane parallel to the axis of the rotor 3. In addition, as shown in lig. 3, 38 and 39 are formed in the intersections between the aerodynamic profile 11 and the peripheral surface 13 and between the aerodynamic profile and the mounting portion 12. These deform the actual blade geometry in a manner which is in many respects irrelevant to thermodynamic performance. Therefore, in order to provide an aerodynamic geometry, blade designers generally consider that the cross section of the tip should be the cross section of the aerodynamic profile, disregarding the hollow core 38, extrapolated up to a plane parallel to the axis of the rotor 3 and located at the intersection of the rear the edge portion 26 and the peripheral surface 13. The cross section of the aerodynamic base is considered as the cross section of the aerodynamic profile, disregarding the hollow column 39, extrapolated down to a plane parallel to the axis of the rotor 3 and located in the intersection between the leading edge 22 and the mounting pair fi .
Således, för at1 ytterligare definiera de aerodynamiska parametrarna hos bladet enligt föreliggande uppfinning, visar tabell IA samma parametrar som i tabell I i fyra ytter- ligare radiella positioner. Två av dessa radiella positioner befinner sig i baspartiet 15 -- 5 0 9 2 9 9 _ 3 _ närmare bestämt, (i) en tvärsektion av den aerodynamiska profilen som extrapolerad till ett plan orienterat parallellt med rotorns 3 axel, beläget i skärningen mellan den främre kanten 22 och infistningspaitiet 12 Cextrapolerad bas"), motsvarande en radie på 82,6 cm (325 tum) och (ii) positionen just ovanför hålkâlen 39, indikerat av linjen 45 i fig. 3, motsvarande en radie på 83,5 cm (32.9 tum). De återstående två radiella positionerna finns i spetspaniet 16 -- närmare bestämt (i) positionen just under hålkälen 38, indikerad genom linjen 46 i fig. 3, motsvarande en radie på 91,6 cm (36.1 tum) och (ii) den aerodynamiska profilens tvär- sektion som är exttapoleiad till ett plan orienterat parallellt med rotoraxeln, belägen i skär- ningen mellan det bakre kantpartiet 26 och spetsen ("extrapolerad spets“), motsvarande en radie på 93,0 cm (36.6 tum).Thus, to further define the aerodynamic parameters of the blade of the present invention, Table IA shows the same parameters as in Table I in four further radial positions. Two of these radial positions are located in the base portion 15 - 5 0 9 2 9 9 _ 3 _ more specifically, (i) a cross section of the aerodynamic profile as extrapolated to a plane oriented parallel to the axis of the rotor 3, located in the intersection between the front edge 22 and the infistle pad 12 "Extrapolated base"), corresponding to a radius of 82.6 cm (325 inches) and (ii) the position just above the hollow calf 39, indicated by the line 45 in fi g. 3, corresponding to a radius of 83.5 cm (32.9 inches) The remaining two radial positions are found in the tip span 16 - more precisely (i) the position just below the hollow core 38, indicated by the line 46 in fi g. 3, corresponding to a radius of 91.6 cm (36.1 inches) and ( (ii) the cross-section of the aerodynamic body extending to a plane oriented parallel to the rotor axis, located at the intersection of the rear edge portion 26 and the tip ("extrapolated tip"), corresponding to a radius of 93.0 cm (36.6 inches); .
P m 'r r i k r fil n Extrapo- Ovanför Nedanför Extrapo- Sektionsposition lerad bas hålkäl periferiyta lerad spets Radie (cm) 82,6 83,5 91,6 93,0 Bredd (cm) 4,1 3,9 2,7 2,5 Förhållande stigning/bredd 1,03 1,09 1,71 1,85 Förhållande stigning/korda 0,65 0,66 0,78 0,79 Stafflingsvinkel 49,7 5 1 , 1 62, 8 64,6 Maximal tjocklek (mm) 18,1 16,4 6,7 5,4 Maximal tjocklek/korda 0,28 0,28 1, 1 0,09 Välvningsvinkel 81,6 76,8 39,5 36,2 Utloppsöppning (mm) 9,6 9,8 11,6 11,9 Metallinloppsvinkel 84, 1 89, 1 127, 1 131,0 Innesluten inloppsvinkel 78,9 73,7 28, 1 21,8 Sugytans svängningsvinkel 9,3 9,8 16,1 16,8 TABELL 1A 5 0 9 2 9 9 _ 9 _ Parametrama som visas i tabellerna l och IA är definierade såsom följer, med hänvisning till fig.2. (Det skall påpekas att fig. 2 är ett schematiskt diagram som illustrerar de olika parametrarna som beskrives nedan för ett blad hos en ångturbin med aerodynamisk profil med generaliserad tvärsektion. Hänvisning skall göras till fig. 4 och 6 som illustration till den aerodyrrarniska profilformen hos bladet enligt föreliggande uppfinning i olika defini- erade tvärgående sektioner.) Kordan hos bladet är avståndet från den främre kanten till den bakre kanten och är betecknad med C i fig. 2. Bredden hos bladet hänför sig till avståndet från den främre till den bakre kanten i axiell riktning -- dvs. den axiella komponenten av kordan -- och är betecknad med W i fig. 2. Stigningen är avståndet i tangentiell riktning mellan de bakre kanterna hos intilliggande blad och betecknas i fig. 2 med P. För varje given diameter innebär färre antal blad en större stigning.P m 'rrikr fi l n Extrapo- Above Below Extrapo- Section position clay base hollow core peripheral surface clay tip Radius (cm) 82.6 83.5 91.6 93.0 Width (cm) 4.1 3.9 2.7 2, 5 Slope / width ratio 1.03 1.09 1.71 1.85 Slope ratio / chord 0.65 0.66 0.78 0.79 Spelling angle 49.7 5 1, 1 62, 8 64.6 Maximum thickness ( mm) 18.1 16.4 6.7 5.4 Maximum thickness / chord 0.28 0.28 1, 1 0.09 Curve angle 81.6 76.8 39.5 36.2 Outlet opening (mm) 9.6 9.8 11.6 11.9 Metal inlet angle 84, 1,89, 1,127, 1,131.0 Enclosed inlet angle 78.9 73.7 28, 1 21.8 Suction surface swing angle 9.3 9.8 16.1 16.8 TABLE 1A 5 0 9 2 9 9 _ 9 _ The parameters shown in Tables 1 and IA are defined as follows, with reference to fi g.2. It should be noted that fi g. 2 is a schematic diagram illustrating the various parameters described below for a blade of a steam turbine with aerodynamic profile with generalized cross-section. Reference should be made to fi g. 4 and 6 as an illustration of the aerodynamic profile shape of the blade according to the present invention in various defined transverse sections.) The cord of the blade is the distance from the leading edge to the trailing edge and is denoted by C in fi g. 2. The width of the blade refers to the distance from the front to the rear edge in the axial direction - ie. the axial component of the chord - and is denoted by W in fi g. 2. The pitch is the distance in the tangential direction between the trailing edges of adjacent leaves and is denoted in fi g. 2 with P. For any given diameter, fewer leaves means a larger pitch.
För att reducera centrifugallcraften på rotorn 3, har antalet blad i raden reducerats. Som ett resultat har förhållandena stigning/korda och stigning/bredd ökats rela- tivt konventionella blad. Sålunda, såsom visas i fig. 5, är förhållandet stigning/bredd, P/W, större än 1,0 över bladets hela höjd. Emellertid, ökning av stigningen gör det svårt att styra hastighetsfördelningen, och därvid skapa potentialen för separation av gränsskiktet när ångan expanderar mot det bakre kantpartiet 26 på grund av omfattande retardation.To reduce the centrifugal force on the rotor 3, the number of blades in the row has been reduced. As a result, the pitch / chord and pitch / width ratios have increased relative to conventional blades. Thus, as shown in fi g. 5, the pitch / width ratio, P / W, is greater than 1.0 over the entire height of the blade. However, increasing the pitch makes it difficult to control the velocity distribution, thereby creating the potential for separation of the boundary layer as the steam expands toward the trailing edge portion 26 due to extensive deceleration.
Stafflingsvinkeln är den vinkel som en linje 21 dragen fiån det fiämre kantpartiet 22 till det bakre kantpartiet 26 bildar med den axiella riktningen och är i fig. 2 betecknad med S. Såsom visas ökades stafflingsvinkeln över konventionella värden för att öka stig- ningen utan att förlora kontroll över ângans hastighet.The staffing angle is the angle that a line 21 drawn from the upper edge portion 22 to the rear edge portion 26 forms with the axial direction and is in fi g. 2 denoted by S. As shown, the spelling angle was increased above conventional values to increase the slope without losing control of the steam velocity.
Den maximala tjockleken hos den aerodynamiska profilen visas i fig. 2 beteck- nad med t. Förhållandet mellan den maximala tjockleken/kordan är förhållandet mellan den maximala tjockleken hos den aerodynarniska profilens tvärsektion vid den radiella positionen och kordalängden i denna position. Storheten (l - (maximal tjocklek/stigning» definieras som blockeringen. Den reducerade tjockleken och den stora stigningen hos bladet enligt föreliggande uppfmning resulterar i relativt hög blockering. 5 Û 9 2 9 9 _ 19 _ Välvningsvinkeln beteckans CA i fig. 2 och deñnieras som vinkeln mellan de främre och bakre kantpartierna hos den aerodynamiska profilen. Sålunda kan välvnings- vinkeln uttryckas genom ekvationen CA = l80° - (IMA + EMA), där IMA och EMA är metallvinklarna för inlopp respektive utlopp. Metallinloppsvinkeln definieras nedan.The maximum thickness of the aerodynamic profile is shown in fi g. 2 denoted by t. The ratio of the maximum thickness / chord is the ratio of the maximum thickness of the cross-section of the aerodynamic profile at the radial position to the chord length in this position. The quantity (l - (maximum thickness / pitch »they are fi denied as the blockage. The reduced thickness and the large pitch of the blade according to the present invention result in relatively high blockage. 5 Û 9 2 9 9 _ 19 _ The curvature angle is denoted CA in fi g. 2 and is deniered. as the angle between the front and rear edge portions of the aerodynamic profile, thus the arc angle can be expressed by the equation CA = 180 ° - (IMA + EMA), where IMA and EMA are the metal angles for the inlet and outlet, respectively.The metal inlet angle is denoted below.
Metallutloppsvinkeln är vinkeln som bildas mellan perifeririktrtingen och linjen 27 som ligger mitt emellan linjerna 23 och 24, varvid linjerna 23 och 24 är de linjer som utgör tan- genten till sugytan 11 respektive nyckytan 18 vid det bakre kantpartiet 26. Metallutlopps- vinkeln betecknas i fig. 2 med EMA.The metal outlet angle is the angle formed between the peripheral direction and the line 27 which lies midway between the lines 23 and 24, the lines 23 and 24 being the lines constituting the tangent to the suction surface 11 and the key surface 18, respectively, at the rear edge portion 26. The metal outlet angle is denoted in FIG. 2 with EMA.
Utloppsöppningen, eller halsen, är det kortaste avståndet från det bakre kant- partiet 26 hos ett blad till sugytan 14 hos det intilliggande bladet och betecknas i fig. 2 med O. Uppmätningen av raden av blad defirtieras som förhållande mellan halsen och stigningen och betecknar den procentsats av den ringfonniga ytan som är tillgänglig för strömning av ånga. Den radiella distributionen av uppmätningen av bladen enligt föreliggande uppfinning visas i fig. 9.The outlet opening, or neck, is the shortest distance from the trailing edge portion 26 of a blade to the suction surface 14 of the adjacent blade and is indicated in Fig. 2 by O. The measurement of the row of blades is indicated as the ratio of the neck to the pitch and denotes it percentage of the annular surface available for steam flow. The radial distribution of the measurement of the blades according to the present invention is shown in fi g. 9.
Metallinloppsvinkeln är den vinkel som bildas mellan perifeririktriingen och linjen 25 som ligger mitt emellan linjerna 19 och 20, varvid linjerna 19 och 20 är de linjer som utgör tangenter till sugytan 14 respektive tryckytan 18 i närheten av det främre kant- partiet 22. Metallinloppsvinkeln betecknas i fig. 2 med IMA och visas som en funktion av höjden hos den aerodynamiska profilen i fig. 10. Det framgår att i bladet enligt föreliggande uppfinning är metallinloppssvinkeln ovanligt stor, större än 80:' vid den aerodynamiska pro- fiiens bes een ökar nu över 13o° vid spetsen.The metal inlet angle is the angle formed between the peripheral direction and the line 25 which lies midway between the lines 19 and 20, the lines 19 and 20 being the lines constituting tangents to the suction surface 14 and the pressure surface 18, respectively, in the vicinity of the leading edge portion 22. The metal inlet angle is denoted in Fig. 2 with IMA and is shown as a function of the height of the aerodynamic profile in fi g. 10. It can be seen that in the blade according to the present invention the metal inlet angle is unusually large, greater than 80: 'at the aerodynamic pro- bes bes es one now increases above 13o ° at the tip.
Den inneslutna inloppsvinkeln är den vinkel mellan tangentema 19 och 20 som är betecknad med IIA i tig. 2. Såsom ytterligare diskuteras nedan medger den nya formen hos den aerodynamiska profilen 11 enligt föreliggande uppfinning en relativt stor innesluten iriloppsvirikel, speciellt i området för den aerodynamiska profilens halva höjd, såsom visas i fig. 5. Denna stora inneslutna inloppsvinkel medför hög acceleration i inloppspaniet av passagen mellan intilliggande blad, varigenom potentialen för gränsskiktsseparation minimeras, vilket är en källa till energiförlust, såsom diskuteras nedan. 509 299 _11- Sugytans svängningsvinkel är värdet där sugytan svänger från halsen O till det bakre kantpartiet 26 och betecknas i fig. 2 med STA. Det optimala värdet för sugytans svängningsvinkel beror på machtalet och utgör även en kompromiss eftersom ett alltför stort värde pà svängningen kan orsaka strömningsseparation och alltför liten svängning kommer att förhindra ångströmmen att accelerera tillfredsställande.The enclosed inlet angle is the angle between the keys 19 and 20 denoted by IIA in FIG. 2. As further discussed below, the new shape of the aerodynamic profile 11 according to the present invention allows a relatively large enclosed running gear, especially in the area of the half height of the aerodynamic profile, as shown in fi g. 5. This large enclosed inlet angle causes high acceleration in the inlet pan of the passage between adjacent blades, thereby minimizing the potential for boundary layer separation, which is a source of energy loss, as discussed below. 509 299 _11- The angle of oscillation of the suction surface is the value where the suction surface pivots from the neck 0 to the rear edge portion 26 and is denoted in fi g. 2 with STA. The optimum value for the oscillation angle of the suction surface depends on the power number and also constitutes a compromise because an excessive value of the oscillation can cause flow separation and too small an oscillation will prevent the steam current from accelerating satisfactorily.
Enligt föreliggande uppfinning har den aerodynamiska profilen en mycket liten tvärsektionsyta för att reducera dess massa, och följaktligen den centrifiigallcraft som påföres bladets infástriingsparti 12 och rotorspåret 37 som en följd av den aerodynamiska profilens vikt. Om emellertid andra förhållanden är desamma, så innebär reduktion av tvärsektions- arean hos den aerodynamiska profilen en reduktion av dess böjhållfasthet. Enligt förelig- gande uppfinning löses detta problem genom användande av en relativt stor välvningsvinkel, såsom visas i tabellema I och IA, för att åstadkomma den nödvändiga böjstyvheten, liksom en omkastning i krökning hos tryckytan 18 nära det främre kantpartiet 22.According to the present invention, the aerodynamic profile has a very small cross-sectional area to reduce its mass, and consequently the centrifugal force applied to the mounting portion 12 of the blade and the rotor groove 37 due to the weight of the aerodynamic profile. However, if other conditions are the same, then reduction of the cross-sectional area of the aerodynamic profile means a reduction of its flexural strength. According to the present invention, this problem is solved by using a relatively large arch angle, as shown in Tables I and IA, to provide the necessary bending stiffness, as well as a reversal in curvature of the pressure surface 18 near the leading edge portion 22.
En detaljerad vy av formen hos den aerodynamiska profilen enligt föreliggande uppfinning visas i positionen på dess halva höjd i fig. 6. Dessutom visar tabellerna Il och III värdena av lcrölmingen hos sug- och tryckytorna 14 respektive 18, i elva positioner, visade i fig. 6, fördelade utefter dessa ytor och i fem radiella lägen. (Krökningsvärdena för basens och spetsens tvärselctioner som visas i tabellerna II och III är baserade på de extrapo- lerade tvärsektioner som tidigare diskuterats.) Enligt föreliggande användning är krökningen K defmierad som inversen till krökningsradien R för ytkonturen. Krölmingsradien är definierad som avståndet från ytan till krökningscentnim, varvid krökningscentrum är deñnierad som skämingen mellan två linjer vinkelräta mot ytan när skämingspunkterna för de två vinkelräta linjema mot ytan närmar sig varandra. 0%-positionerna som visas i tabellema II och III är belägna intill, i uppströms- riktningen, det bakre kantpartiet 26 och utgör skämingspunktema 40 och 40” mellan radien som bildar det bakre kantpartiet och nyck- och sugytorna 18 respektive 14, såsom visas i fig. 6. l00%-positionerna är belägna intill, i nedströmsriktriingen, det främre kantpartiet 22 5 0 9 2 9 9 _ 12 _ och utgöres av skämingspunkterna 42 och 42' mellan den radie som bildar det främre kantpartiet och tryck- och sugytoma 18 respektive 14. De återstående punkterna är jämt tör- delade mellan Phnkterna 40/40' och 42/42”. Positionerna 10%, 20%, etc., hänför sig till avståndet från denna position till 40/40'-punkten (beroende på om referens göres till sug- eller tryckyta) mätt utefter ytan hos tvärsektionen på den speciella höjden (dvs. basen, 25%, etc.), uttryckt som procentsats av avståndet mellan punkterna 40 och 42 eller mellan punk- terna 40' och 42' (åter beroende på om referens göres till sug- eller tryckytan) mätt utefter tvärsektionens yta på den höjden.A detailed view of the shape of the aerodynamic profile according to the present invention is shown in the position at its half height in g. In addition, Tables II and III show the values of the curvature of the suction and pressure surfaces 14 and 18, respectively, in eleven positions, shown in fi g. 6, distributed along these surfaces and in five radial positions. (The curvature values of the base and tip cross-sections shown in Tables II and III are based on the extrapolated cross-sections previously discussed.) According to the present application, the curvature K is defined as the inverse of the radius of curvature R of the surface contour. The radius of curvature is defined as the distance from the surface to the center of curvature, the center of curvature being defined as the intersection of two lines perpendicular to the surface as the points of intersection of the two perpendicular lines to the surface approach each other. The 0% positions shown in Tables II and III are located adjacent to, in the upstream direction, the trailing edge portion 26 and constitute the intersections 40 and 40 "between the radius forming the trailing edge portion and the key and suction surfaces 18 and 14, respectively, as shown in fi g. The 100% positions are located adjacent to, in the downstream direction, the leading edge portion 22 5 0 9 2 9 9 _ 12 _ and are formed by the intersection points 42 and 42 'between the radius forming the leading edge portion and the pressure and suction surfaces 18 and 14, respectively. The remaining points are evenly divided between paragraphs 40/40 'and 42/42'. The positions 10%, 20%, etc., refer to the distance from this position to the 40/40 'point (depending on whether reference is made to the suction or pressure surface) measured along the surface of the cross section at the particular height (ie the base, 25%, etc.), expressed as a percentage of the distance between points 40 and 42 or between points 40 'and 42' (again depending on whether reference is made to the suction or pressure surface) measured along the cross-sectional area at that height.
Bas- 25% 50% 75% Spets- Position sektion sektion sektion sektion sektion W 0% 0,3 0,2 0,2 0,2 0,3 H 10% 0,3 0,2 0,2 0,2 0,3 20% 0,2 0,3 0,2 0,2 0,3 30% 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 40% 0,7 0,3 0,3 0,3 0,4 50% 1,0 1,2 1,1 0,9 0,5 60% 2,3 1,9 1,7 1,1 1,5 70% 5,8 4,5 4,1 4,4 2,7 80% 7,1 6,9 6,0 4,9 4,1 90% 6,5 7,1 5,9 3,9 3,6 100% _1,5 1,7 2,2 1,2 0,8 TABELL II lï Såsom visas i tabell III och fig. 6, och grafiskt i tig. 7, har enligt föreliggande uppfinning krökningen hos tryckytan 18 en inflektionspunkt mellan partiet 47 hos tryckytan 18 intill det främre kantpartiet 22 och det nedströms intilliggande partiet 44. Vid denna inflektionspunkt ändrar krökningsradien hos den aerodynamiska profilen 11 tecken från positivt till negativt. (I ßreliggande fall är teckenregeln godtyckligt valt att indikera om, 5 0 9 2 9 9 _ 13 _ fian en given referenspunkt, lcrölcningen är konkav (negativ) eller konvex (positiv).) Denna luölaiingsändring är mest uttalad i det centrala partiet av den aerodynamiska profilens höjd -- dvs. från en höjd på uppskattningsvis 25% hos den aerodynamiska profilen till en höjd pâ uppskattningsvis 75%. Med hänvisning till fig. 6 och 7 framgår att på halva höjden har partiet hos nyckytan 18, approximativt 50-80% uppströms om det bakre kantpartiet 26, en krökning K som är större än +0,012 mm", indikerad av lcrökningsradien R2 från krök- ningscentrum C2. Emellertid har krökningen hos det omedelbart uppströms belägna partiet 47, som sträcker sig till punkten 42, en negativ krökning som uppgår till -0,025 mm", indi- kerad av krökningsradien R1 från krökningscentrum Cl. Inflektionspunkten inträffar uppskattningsvis 85% uppströms om det bakre kantpartiet 26, såsom visas i fig. 6 och 7.Bass- 25% 50% 75% Tip- Position section section section section section W 0% 0.3 0.2 0.2 0.2 0.3 H 10% 0.3 0.2 0.2 0.2 0 .3 20% 0.2 0.3 0.2 0.2 0.2 0.3 30% 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 40% 0.7 0.3 0.3 0.3 0.4 50% 1.0 1.2 1.1 0.9 0.5 60% 2.3 1.9 1.7 1.1 1.5 70% 5.8 4.5 4.1 4, 4 2.7 80% 7.1 6.9 6.0 4.9 4.1 90% 6.5 7.1 5.9 3.9 3.6 100% _1.5 1.7 2.2 1 , 2 0.8 TABLE II lï As shown in Table III and fi g. 6, and graphically in fig. 7, according to the present invention, the curvature of the pressure surface 18 has an injection point between the portion 47 of the pressure surface 18 adjacent the leading edge portion 22 and the downstream adjacent portion 44. At this injection point, the radius of curvature of the aerodynamic profile 11 changes from positive to negative. (In the present case, the character rule is arbitrarily chosen to indicate whether, 5 0 9 2 9 9 _ 13 _ fi at a given point of reference, the curve is concave (negative) or convex (positive).) This loop change is most pronounced in the central part of the aerodynamic profile height - ie. from an altitude of approximately 25% of the aerodynamic profile to an altitude of approximately 75%. With reference to fi g. 6 and 7 show that at half the height, the portion of the key surface 18, approximately 50-80% upstream of the trailing edge portion 26, has a curvature K greater than +0.012 mm ", indicated by the radius of curvature R2 from the center of curvature C2. the curvature of the immediately upstream portion 47, which extends to the point 42, a negative curvature amounting to -0.025 mm ", indicated by the radius of curvature R1 from the center of curvature C1. The inflection point occurs approximately 85% upstream of the trailing edge portion 26, as shown in fi g. 6 and 7.
Sålunda bildar tryckytan 18 en generellt sett konvex yta utom i partiet 47 där det bildar en konkav yta.Thus, the pressure surface 18 forms a generally convex surface except in the portion 47 where it forms a concave surface.
T n kr"kni " 1 '2 Bas- 25% 50% 75% Spets- Position sektion sektion sektion sektion sektion 0% 1,0 0,4 0,5 0,2 0,2 10% 1,0 0,3 0,5 0,2 0,2 20% 1,2 0,8 0,7 0,5 0,4 30% 1,3 1,3 0,9 0,7 0,5 40% 1,4 1,7 1,1 l,l 0,6 50% 1,6 1,6 1,4 1,2 0,9 60% 1,7 1,4 1,6 1,4 1,1 70% 1,9 1,8 1,6 1,3 1,4 80% 1,0 2,0 1,4 1,1 1,0 90% - 0,3 -1,1 - 1,0 - 0,3 0,5 100% - 0,9 - 2,6 - 2,5 - 1,3 0,0 TABELL III 5 Û 9 2 9 9 _ 14 _ Såsom visas i tabell III och fig. 7 är den omvända krökningen -- dvs. graden av konkavitet hos krölmingen - hos tryckytan 18 maximal uppskattningsvis i området 25 % till 50% höjd. Emellertid avtar den omvända krökningen helt när den aerodynamiska profilen sträcker sig radiellt utåt mot spetsen och reduceras även väsentligt när den aerodynamiska profilen sträcker sig inåt mot basen 15. Denna utfomming är utförd av det skälet att fastän den högre acceleration som resulterar från den större inneslutrra inloppsvinkeln, med till- hörande omvända lcrökrring, är önskvärd i det mellersta partiet av bladets höjd, såsom tidigare diskuterats, är det önskvärt att undvika sådan acceleration nära spetsen och basen eftersom den skulle tendera att befrämja sekundära strömmar med tillhörande förluster.T n kr "kni" 1 '2 Bas- 25% 50% 75% Lace- Position section section section section section 0% 1.0 0.4 0.5 0.2 0.2 10% 1.0 0.3 0.5 0.2 0.2 20% 1.2 0.8 0.7 0.5 0.4 30% 1.3 1.3 0.9 0.7 0.5 40% 1.4 1, 7 1.1 l, l 0.6 50% 1.6 1.6 1.4 1.2 0.9 60% 1.7 1.4 1.6 1.4 1.1 70% 1.9 1 .8 1.6 1.3 1.4 80% 1.0 2.0 1.4 1.1 1.0 90% - 0.3 -1.1 - 1.0 - 0.3 0.5 100 % - 0.9 - 2.6 - 2.5 - 1.3 0.0 TABLE III 5 Û 9 2 9 9 _ 14 _ As shown in Tables III and fi g. 7 is the reverse curvature - ie. the degree of concavity of the curl - at the pressure surface 18 maximum in the range of 25% to 50% height. However, the reverse curvature decreases completely when the aerodynamic profile extends radially outwards towards the tip and is also significantly reduced when the aerodynamic profile extends inwards towards the base 15. This design is performed for the reason that although the higher acceleration resulting from the larger enclosed inlet , with associated reverse curvature, is desirable in the middle portion of the blade height, as previously discussed, it is desirable to avoid such acceleration near the tip and base as it would tend to promote secondary currents with associated losses.
Användandet av den omvända krökningen i partiet 47 hos den aerodynamiska profilen ll resulterar i en ovanligt stor innesluten inloppsvinkel IIA, definierad i fig. 2.The use of the reverse curvature in the portion 47 of the aerodynamic profile II results in an unusually large enclosed inlet angle IIA, defined in fi g. 2.
Såsom visas i tabell I och IA och i form av kurvor i fig. 5, är den inneslutna inloppsvinkeln större än 25° nästan över hela den radiella höjden av den aerodynamiska profilen 11 och är över 50° i den undre halvan av den aerodynamiska profilens höjd. Detta resulterar i att den aerodynamiska profilen ll är speciellt tjock intill dess främre kantparti 22, varvid det är möjligt att väsentligen förtunrra den aerodynamiska profilens parti nedströms om det omvänt krökta partiet 47.As shown in Tables I and IA and in the form of curves in Fig. 5, the enclosed inlet angle is greater than 25 ° almost over the entire radial height of the aerodynamic profile 11 and is above 50 ° in the lower half of the aerodynamic profile height. . This results in the aerodynamic profile 11 being particularly thick adjacent to its leading edge portion 22, whereby it is possible to substantially darken the portion of the aerodynamic profile downstream of the inverted curved portion 47.
Den nya formen hos den aerodynamiska profilens 11 blad enligt föreliggande uppfinning, såsom speciflceras i tabellerna I - III och illustreras i fig. 4 - 7, medger att ångan 7 expanderar över raden av blad med en minimal energiförlust. De dominerande källorna till förlust i raden av blad är ytfriktion och separation av gränsskiktet på bladets sugyta. Hos bladet enligt föreliggande uppfinning minimeras således friktionsförluster genom att utforma den aerodynamiska formen så att ângans hastighet bibehälles vid relativt låga värden, såsom visas i fig. 8. Speciellt visar fig. 8 att hastighetsförhâllandet -- dvs. förhållandet mellan ânghastigheten utefter den aerodynamiska profilens yta i en given radiell position och hastigheten hos ångan som lämnar raden av blad i denna radiella position -- på både sugytan 14 och tryckytan 18, betecknad medelst trianglar respektive kors utefter den 5 0 9 2 9 9 _ 15 _ aerodynamiska profilens hela bredd, varvid förhållandet är mindre än 1,2. Sådana fördel- aktiga hastighetsproñler är möjliga genom bladets ytkontur.The novel shape of the blades of the aerodynamic profile 11 of the present invention, as specified in Tables I - III and illustrated in Figs. 4-7, allows the steam 7 to expand over the row of blades with a minimal energy loss. The predominant sources of loss in the row of blades are surface friction and separation of the boundary layer on the suction surface of the blade. Thus, in the blade of the present invention, friction losses are minimized by designing the aerodynamic shape so that the steam velocity is maintained at relatively low values, as shown in fi g. 8. In particular, fi g. 8 that the speed ratio - ie. the ratio between the steam velocity along the surface of the aerodynamic profile in a given radial position and the velocity of the steam leaving the row of blades in this radial position - on both the suction surface 14 and the pressure surface 18, denoted by triangles and crosses along the radius, respectively. The full width of the aerodynamic profile, the ratio being less than 1.2. Such advantageous velocity projections are possible through the surface contour of the blade.
Dessutom visar fig. 8 också att hos bladet enligt Föreliggande uppfinning förhindras separation av gränsskiktet genom utformning av den aerodynamiska proñlens geometn' för att säkerställa att ångan inte retarderas för hastigt när den expanderar mot det bakre kantpartiet av den aerodynamiska profilen, varvid skall noteras den gradvisa sänkningen av hastighetsförhållandet på sugytan nedströms om 80% av bladets bredd.In addition, fi g. 8 also that in the blade of the present invention separation of the boundary layer is prevented by shaping the geometry of the aerodynamic profile to ensure that the vapor does not retard too rapidly as it expands towards the trailing edge portion of the aerodynamic profile, noting the gradual decrease in velocity ratio suction surface downstream of 80% of the blade width.
Mknik m arf"'r er mik rfil Höjd i procent Bas 25% 50% 75% Spets Vinkel för huvudkoordinataxlar 52 55 58 62 65 Tvärsektionsarea, mm2 650 463 355 265 191 Im, (mm*x103) 35,0 14,8 7,0 3,0 1,1 Imm (mm4xl03) 14,9 6,7 3,2 1,5 0,6 Im (mmtxwß) 131 87 65 48 37 Cm, LE (mm) - 11,9 - 9,3 - 7,4 - 5,9 - 4,8 Cm, LE (mm) 20,9 20,8 21,3 21,8 22,3 Cmin TE (mm) - 8,9 - 8,0 - 6,5 - 5,3 - 4,1 i TE (mm) - 44 - 42 ~ 39 - 38 - 37 TABELL IV De mekaniska egenskaperna hos bladet visas i tabell IV (basen och spetsektioner- na är de extrapolerade sektioner, såsom tidigare diskuterats). Huvudkoordinataxlama hos den aerodyriarrtiska profilen betecknas i fig. 2 som MIN och MAX. De minimala och maxi- mala sekundära tröghetsmomenten runt dessa axlar visas i tabell II som Imm respektive Im, Den radiella fördelningen av Imin och tvärsektionsarean har ett starkt inflytande på det första vibrationstillståndet. Den radiella fördelningen av lm” och tvärsektionsarean har ett starkt inflytande på det andra vibrationstillståndet. Det är således viktigt att dessa värden justeras 5 Û 9 2 9 9 _ 16 _ för att undvika resonans. Avstânden för de främre och bakre kanterna från huvudkoordina- taxlarna betecknas med C. Den vinkel som huvudkoordinataxeln MIN bildar med den axiella riktningen betecknas i fig. 2 med PCA.Mechanics need micr "l Height in percent Base 25% 50% 75% Tip Angle for main coordinate axes 52 55 58 62 65 Cross-sectional area, mm2 650 463 355 265 191 Im, (mm * x103) 35.0 14.8 7 .0 3.0 1.1 Imm (mm4x10 3) 14.9 6.7 3.2 1.5 0.6 Im (mmtxwß) 131 87 65 48 37 Cm, LE (mm) - 11.9 - 9.3 - 7.4 - 5.9 - 4.8 Cm, LE (mm) 20.9 20.8 21.3 21.8 22.3 Cmin TE (mm) - 8.9 - 8.0 - 6.5 - 5.3 - 4.1 in TE (mm) - 44 - 42 ~ 39 - 38 - 37 TABLE IV The mechanical properties of the blade are shown in Table IV (the base and tip sections are the extrapolated sections, as previously discussed). The main coordinate axes of the aerodyriarratic profile are denoted in fi g. 2 as MIN and MAX The minimum and maximum secondary moments of inertia around these axes are shown in Table II as Imm and Im, respectively. The radial distribution of Imin and the cross-sectional area have a strong influence on the first vibration state The radial distribution of the ch and cross-sectional area has a strong influence on the second state of vibration. It is thus important that these values are adjusted 5 Û 9 2 9 9 _ 16 _ to avoid resonance. The distances of the leading and trailing edges from the main coordinate axes are denoted by C. The angle that the main coordinate axis MIN forms with the axial direction is denoted in fi g. 2 with PCA.
Vid den aerodynamiska profilen enligt föreliggande uppfinning är alltså masscentmm för alla tvätsektionerna approximativt ovanför masscentrum för infástriingspar- tiet för att minimera excenuiska spänningar. Emellertid är företrädesvis den aerodynamiska profilens niasscenua förskjutna något från infiistriingspartiets masscentrum för att kompen- sera böjning på grund av ángkrafter.Thus, in the aerodynamic profile of the present invention, the center of mass of all the wash sections is approximately above the center of mass of the installation portion to minimize excise stresses. However, preferably the niasscenua of the aerodynamic profile is slightly offset from the center of mass of the engineering part to compensate for bending due to vapor forces.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/164,372 US5354178A (en) | 1993-11-24 | 1993-12-09 | Light weight steam turbine blade |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE9404004D0 SE9404004D0 (en) | 1994-11-18 |
| SE9404004L SE9404004L (en) | 1995-06-10 |
| SE509299C2 true SE509299C2 (en) | 1999-01-11 |
Family
ID=22594194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE9404004A SE509299C2 (en) | 1993-12-09 | 1994-11-18 | Steam turbine blade |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SE (1) | SE509299C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11441428B2 (en) | 2018-12-18 | 2022-09-13 | Mitsubishi Power, Ltd. | Turbine blade and steam turbine including the same |
-
1994
- 1994-11-18 SE SE9404004A patent/SE509299C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11441428B2 (en) | 2018-12-18 | 2022-09-13 | Mitsubishi Power, Ltd. | Turbine blade and steam turbine including the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE9404004D0 (en) | 1994-11-18 |
| SE9404004L (en) | 1995-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5354178A (en) | Light weight steam turbine blade | |
| US5277549A (en) | Controlled reaction L-2R steam turbine blade | |
| EP1046783B1 (en) | Turbine blade units | |
| EP0997612B1 (en) | A circumferential row of aerofoil members of a turbomachine | |
| EP1798377B1 (en) | Airfoil embodying mixed loading conventions | |
| JP3621216B2 (en) | Turbine nozzle | |
| EP3205820B1 (en) | End wall contour for an axial flow turbine stage | |
| US6375419B1 (en) | Flow directing element for a turbine engine | |
| JP3982261B2 (en) | Turbine blade | |
| KR100566759B1 (en) | Turbine nozzle vane | |
| JP2003074306A (en) | Axial flow turbine | |
| US9441502B2 (en) | Gas turbine annular diffusor | |
| JPH04262002A (en) | Stationary blade structure for steam turbine | |
| JP3986798B2 (en) | Turbine blade type, turbine blade and turbine cascade of axial flow turbine | |
| GB2164098A (en) | Improvements in or relating to aerofoil section members for turbine engines | |
| JP2010281320A (en) | Turbine stage | |
| EP1260674B1 (en) | Turbine blade and turbine | |
| US2830753A (en) | Axial flow compressors with circular arc blades | |
| JP2009168024A (en) | Two aerofoil type blade including spacer strip | |
| KR100228927B1 (en) | Control stage nozzle vane for use in partial arc operation | |
| WO2000061918A2 (en) | Airfoil leading edge vortex elimination device | |
| SE509299C2 (en) | Steam turbine blade | |
| JP2004263602A (en) | Nozzle blade, moving blade, and turbine stage of axial-flow turbine | |
| JP3570438B2 (en) | Method of reducing secondary flow in cascade and its airfoil | |
| JP3402176B2 (en) | Blades for turbomachinery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 9404004-5 Format of ref document f/p: F |