SE509299C2 - Ångturbinblad av lättviktstyp - Google Patents

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.

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.

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.

Följaktligen är det viktigt att vikten hos bladet minimeras, varigenom cetrifugal- kraften minimeras som påverkar bladets infästningsparti och rotorspår under drift.

Det är därför önskvärt att åstadkomma en rad blad för en ångturbin som uppnår adekvata prestanda med användande av aerodynamiska profiler av utpräglad lättviktstyp.

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.

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"”.

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. 2 visar ett schematiskt diagram av tvâ intilliggande, typiska ángturbinblad illustrerande olika prestationsrelaterade parametrar.

Fig. 3 visar ett tvärsnitt utefter III-III i fig. 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. 6 visar en förstorad vy av bladets tvärgående tvärsnitt vid halva höjden enligt 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. 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. 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. 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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Sålunda bildar tryckytan 18 en generellt sett konvex yta utom i partiet 47 där det bildar en konkav yta.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (4)

509 299 _17- BATENTKRAV

1. Ångturbin (1) innefattande en stationär cylinder (2) för inneslutning av en ström av ånga (6), och en rotor (3) omgiven av cylindem, och en rad med blad (5), varvid varje blad har ett infästriingsparti (12) fäst vid sagda rotor och ett parti (1 l) med aerodynamiskt profil, varvid varje aerodynarnisk profil, har ett basparti (15) och ett spetsparti (16) som avgränsar däremellan en höjd hos den aerodynamiska profilen, ett rundat fiärnre kantparti (22) och ett bakre kantparti (26), och en tryckyta (18) och en generellt sett konkav sugyta (14), som sträcker sig mellan det nindade främre kantpartiet och det bakre kantpartiet och definierar däremellan en tjocklek hos den aerodynarniska profilen, (i) varje aerodynamisk profil uppvisande första, andra och tredje tvärsektioner anordnade radiellt utåt från in-fasmingen på avstånd lika med approximativt 25%, 50% respektive 75% av höjden hos den aerodynamiska profilen, varvid ett första parti av den aerodynarniska profilens höjd sträcker sig mellan de första och tredje sektionerna, och att (ii) tryckytan över åtminstone det första partiet av den aerodynamiska profilens höjd har en krökning som uppvisar en inflektion i en position anordnad inom tryckytan, ett första parti (47) hos sagda tryckyta som sträcker sig över det första partiet av den aerodynamiska profilens höjd med en konkav krökning och anordnad mellan inflektionspositionen och det rundade främre kantparti, ett andra parti (44) hos tryckytan som sträcker sig över det första partiet hos den aerodynarniska profilens höjd med en konvex krökning och anordnad mellan sagda inflektionspositionen och den bakre kanten, kännetecknad av att den konkava krökningen hos det första partiet (47) hos tryckytan har ett maximalt negativt värde som är större än - 1,0m" x 10%, och den konvexa krökningen hos det andra partiet (44) hos tryckytan har ett maximalt positivt värde större än l,0mm" x 104. 509 299 _13-

2. Ångturbin enligt krav 1, varvid de aerodynarniska profilema (11) var och en definieras av följande parametrar med de approximativa värdena som anges nedan, varvid alla vinklar är uttryckta i grader: 25% 50% 75% Höjd i procent sektion sektion sektion Radie (cm) 85,2 87,8 90,4 Bredd (cm), W 3,6 3,2 2,9 Förhållande stigning/bredd, P/W 1,20 1,39 1,59 Förhållande stigning/korda, P/C 0,69 0,73 0,76 Stafflingsvinkel, S 53,8 57,7 61,1 Maximal tjocklek (mm), t 13,6 10,4 7,8 Maximal tj ocklek/korda 0,22 0,17 0,13 Välvningsvinkel, CA 67,9 53,7 42,4 Utloppsöppning (mm), O 10,1 10,7 11,3 Metallinloppsvinkel, IMA 97,9 112,4 123,8 Innesluten inloppsvinkel, IIA 67,3 52,1 33,8 Sugytans svängningsvinkel, STA 11,2 13,3 14,9

3. Ångturbin enligt krav 1, varvid tryckytan (18) har en krökning i de forsta, andra och tredje tvärsektionema enligt följande, varvid positionerna från 0% till 100% hänför sig till avstånden som varje respektive position är íörskjuten från det bakre kantpartiet (26) utefier tryckytan uttryckt i procent av det totala avståndet utefier tzyckytan från det bakre kantpartiet till det främre kantpartiet (22): _19_ Tryckflans krQkning, mm* (x 1021 25% 50% 75% Position sektion sektion sektion 0% 0,4 0,5 0,2 10% 0,3 0,5 0,2 20% 0,8 0,7 0,5 30% 1,3 0,9 0,7 40% 1,7 1,1 1,1 50% 1,6 1,4 1,2 60% 1,4 1,6 1,4 70% 1,8 1,6 1,3 80% 2,0 1,4 1,1 90% -1,1 - 1,0 - 0,3 100% - 2,6 - 2,5 - 1,3 509 299 509 299

4. Ångturbin enligt krav 3, varvid sugytan (14) har en krökning i de forsta, andra och tredje tvärsektionerna enligt följande, varvid positionema från 0% till 100% hänför sig till avstånden som varje respektive position är fórskjuten från det bakre kantpartiet (26) utefter sugytan uttryckt i procent av det totala avståndet utefter sugytan från det bakre kant-partiet till främre kantpartiet (22): _20- u an 25% 50% 75% Position sektion sektion sektion 0% 0,2 0,2 0,2 10% 0,2 0,2 0,2 20% 0,3 0,2 0,2 30% 0,3 0,3 0,3 40% 0,3 0,3 0,3 50% 1,2 1,1 0,9 60% 1,9 1,7 1,1 70% 4,5 4,1 4,4 80% 6,9 6,0 4,9 90% 7,1 5,9 3,9 100% 1,7 2,2 1,2