DE102010033708A1

DE102010033708A1 - Turbine stage has series of adjacent profiled blades distributed in circumferential direction, where blades contain pressure surface and suction surface, and extends from end wall in radial manner

Info

Publication number: DE102010033708A1
Application number: DE102010033708A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Megerle; Thomas MOKULYS; Said Havakechian
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-02-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenstufe, die eine in Umfangsrichtung verteilte Reihe benachbarter Profilblätter (10) enthält, zwischen denen ein Strömungsdurchlass (18) vorhanden ist. Der Durchlass (18) besitzt eine Oberfläche, die in ihrer nicht modifizierten Form eine Profilbezugsebene (DR) bildet. Ein Kanal (30), der sich in dem Durchlass (18) befindet, verläuft in Richtung einer Druckfläche (14) eines Profilblatts (10) von einem Punkt in der Umgebung einer Vorderkantenlinie (20) zu einem Punkt in der Umgebung einer Hinterkantenlinie (22). Der Kanal (30) besteht aus zwei Kanalwänden (32), die relativ zu einer Profilbezugsebene (DR) angewinkelt sind. Er besitzt relativ zu der Profilbezugsebene (DR) einen tiefen Punkt (LP), zwei hohe Punkte (HP) und eine Kanalhöhe (CH), die zwischen dem tiefen Punkt (LP) und dem höchsten der hohen Punkte (HP) gemessen wird. Der Kanal (30) stellt ein Mittel bereit, um Sekundärströmungsverluste zu reduzieren.The invention relates to a turbine stage comprising a circumferentially distributed series of adjacent profiled sheets (10), between which a flow passage (18) is provided. The passageway (18) has a surface which in its unmodified form forms a profile reference plane (DR). A channel (30) located in the passage (18) extends in the direction of a pressure surface (14) of a profile sheet (10) from a point in the vicinity of a leading edge line (20) to a point in the vicinity of a trailing edge line (22 ). The channel (30) consists of two channel walls (32) which are angled relative to a profile reference plane (DR). It has a low point (LP), two high points (HP) and one channel height (CH) relative to the profile reference plane (DR), measured between the low point (LP) and the highest of the high points (HP). The channel (30) provides a means to reduce secondary flow losses.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Gas- und Dampf-Axialturbinen, in denen eine oder mehrere Reihen von im Allgemeinen radial verlaufenden Profilblättern von nicht rotierenden Leitschaufeln und rotierenden Laufschaufeln vorhanden sind. Genauer bezieht sich die Offenbarung auf Konfigurationen von mit radialen Enden von Profilblättern verbundenen Stirnwänden, die ein verbessertes aerodynamisches Verhalten besitzen.The disclosure generally relates to gas and steam axial turbines in which one or more rows of generally radially extending profiled sheets of non-rotating vanes and rotating blades are present. More particularly, the disclosure relates to configurations of end walls connected to radial ends of tread sheets having improved aerodynamic performance.

In dieser Beschreibung wird der Ausdruck ”Teilungsrichtung” in der Bedeutung einer Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Profilblättern oder Leitschaufeln oder Laufschaufeln verwendet. Ferner ist der Ausdruck ”Stirnwand” im umfassenden Sinn als irgendeine Oberfläche an einem radialen Ende eines Profilblatts, von der sich das Profilblatt radial erstreckt, definiert. Stirnwände, enthalten daher Profilblatt-Plattformen und -deckbänder, ohne jedoch darauf eingeschränkt zu sein.In this specification, the term "pitch direction" is used to mean a circumferential direction between two adjacent tread blades or vanes or buckets. Further, the term "end wall" is broadly defined as any surface on a radial end of a profile sheet from which the profile sheet extends radially. End walls, therefore, contain profile sheet platforms and covers, but without being limited thereto.

HINTERGRUNDINFORMATIONENBACKGROUND INFORMATION

Die ideale Strömung durch eine Turbine wird die ”primäre Strömung” genannt, wobei der Unterschied zwischen der primären Strömung und der tatsächlichen Strömung die ”sekundäre Strömung” genannt wird. Die sekundäre Strömung repräsentiert weitgehend einen Verlust, der eine Hauptbeeinträchtigung des Axialturbinen-Wirkungsgrades ist.The ideal flow through a turbine is called the "primary flow", the difference between the primary flow and the actual flow being called the "secondary flow". The secondary flow largely represents a loss that is a major impairment of the axial turbine efficiency.

Die Entwicklung der sekundären Strömung in einer Turbinenkaskade beginnt bei der Stirnwand-Grenzschicht, die mit der Profilblattvorderkante in Wechselwirkung tritt. Wenn die Strömung auf die Vorderkante des Profilblatts auftrifft, erzeugt die radiale Veränderung des Staudrucks eine Strömung längs der Staulinie des Profilblatts zu der Stirnwand. Wenn diese Strömung die Stirnwand erreicht, bewegt sie sich lokal stromaufseitig längs der Stirnwand. Dort, wo die ankommende Grenzschicht auf diese Strömung trifft, erfolgt eine Trennung und um die Vorderkante des Profilblatts wird ein so genannter Hufeisenwirbel gebildet. Die Stärke dieses Wirbels hängt von der Dicke der Vorderkante und von der Veränderung des radialen Gradienten des statischen Drucks längs der Vorderkante ab, der unter anderem mit der Dicke und mit der Qualität der Stirnwand-Grenzschicht in Verbindung steht.The evolution of the secondary flow in a turbine cascade begins at the endwall boundary layer, which interacts with the profile sheet leading edge. When the flow impinges on the leading edge of the profile sheet, the radial change in back pressure creates a flow along the jam line of the profile sheet to the end wall. When this flow reaches the end wall, it moves locally upstream along the end wall. There, where the incoming boundary layer meets this flow, there is a separation and around the leading edge of the profile sheet, a so-called horseshoe vortex is formed. The strength of this vortex depends on the thickness of the leading edge and on the variation in the radial gradient of the static pressure along the leading edge, which is related, inter alia, to the thickness and quality of the end wall boundary layer.

Das druckseitige Bein des Wirbels wird durch den Druckgradienten von Profilblatt zu Profilblatt beeinflusst, wenn es in den Strömungskanal eintritt und sich zur Saugseite bewegt. Die resultierende Durchlassquerströmung längs der Stirnwand bewirkt eine Wirbelbewegung in der Kaskade. Diese Wirbel können gewöhnlich als Durchlasswirbel bezeichnet werden, die in ihrem Kern Hufeisenwirbel enthalten. Diese Wirbel können in jedem beliebigen Strömungskanal mit gekrümmter Form und mit einer Grenzschicht vorhanden sein. Die Stärke dieser sekundären Strömung in einer Kaskade hängt von zahlreichen anderen Faktoren einschließlich des Drehbetrags und der Form der ankommenden Grenzschicht ab.The pressure-side leg of the vortex is affected by the pressure gradient from profile sheet to profile sheet as it enters the flow channel and moves to the suction side. The resulting passage cross-flow along the end wall causes a vortex motion in the cascade. These vortices are commonly referred to as vortices containing horseshoe vortices in their core. These vortices can be present in any flow channel with a curved shape and with a boundary layer. The strength of this secondary flow in a cascade depends on numerous other factors, including the amount of rotation and the shape of the incoming boundary layer.

Die Stirnwand-Wirbelerzeugung beeinflusst den Turbinenwirkungsgrad negativ und trägt bis zu 35% der Gesamtverluste einer typischen Hochdruckturbine bei. Die Schlüsselursache für die zusätzliche Verlusterzeugung ist der Durchlasswirbel, der stromabseitig der Kaskade wächst. Die in diesem Wirbel gespeicherte kinetische Energie ist für eine weitere Verwendung verloren, da sie stromabseitig zum größten Teil ausgemischt wird. Der Durchlasswirbel kann ohne weiteres als ein Hochverlustkern detektiert werden, der weg von der Saugoberfläche und in der Nähe des Zentrums des Durchlasswirbels vorhanden ist.Front wall turbulence negatively affects turbine efficiency and contributes up to 35% of the total losses of a typical high pressure turbine. The key cause of the additional loss generation is the passage vortex that grows downstream of the cascade. The kinetic energy stored in this vortex is lost for further use as it is largely blended downstream. The transmission vortex can be readily detected as a high-loss core that is away from the suction surface and near the center of the vortex.

Neben der Verlusterzeugung stört die sekundäre Strömung die Austrittsströmungsverteilung stromabseitig der Kaskade. Wenn das Grenzschichtfluid mit niedrigem Drehimpuls im Wesentlichen in der Nähe der Stirnwand stärker als die Hauptströmung abgelenkt wird, sieht es von Blatt zu Blatt denselben Druckgradienten, es hat jedoch einen geringeren Impuls und bewirkt daher ein Überdrehen der Austrittsströmung in der Nähe der Stirnwand. Weiter entfernt von der Stirnwand kommt die Drehung des Durchlasswirbels ins Spiel, weshalb eine geringere Drehung auftritt, was aufgrund der Tatsache, dass der Durchlasswirbel das Fluid in eine entgegengesetzte Richtung treibt, eine so genannte Unterdrehung zur Folge hat.In addition to loss production, the secondary flow disturbs the exit flow distribution downstream of the cascade. If the low angular momentum boundary fluid deflects more strongly than the main flow substantially near the end wall, it will see the same pressure gradient from blade to blade, but will have less momentum and therefore cause the effusion flow to overdrive near the end wall. Further away from the end wall, the rotation of the passage vortex comes into play, so that less rotation occurs, which results in a so-called under-rotation due to the fact that the passage vortex drives the fluid in an opposite direction.

Das inhomogene Strömungsfeld nach der Kaskade ist für zusätzliche Verluste in der folgenden Kaskade verantwortlich. Dies ist zum Teil durch die überdrehte Strömung in der Nähe der Stirnwand bedingt, was zu einer stärkeren sekundären Strömung in der nächsten Blattreihe führt.The inhomogeneous flow field after the cascade is responsible for additional losses in the following cascade. This is due, in part, to the excessive flow near the end wall, resulting in a stronger secondary flow in the next row of sheets.

Wenn der Durchlasswirbel von der Stirnwand abhebt und wenn seine Größe zunimmt, wird der Strömungskanal durch die sekundäre Strömung zunehmend beeinflusst. Es ist bekanntlich nützlich, wenn sich der Durchlasswirbel näher bei der Stirnwand befindet, weil dadurch der Bereich einer ungestörten primären Strömung vergrößert wird. Ein Verfahren, um dies umzusetzen, besteht in der Messung der radialen Spitzenhelizität. As the passage vortex lifts off the end wall and as its size increases, the flow channel is increasingly affected by the secondary flow. It is known that it is useful if the passage vortex is closer to the end wall because it increases the area of undisturbed primary flow. One way to do this is to measure radial peak helicity.

Der Profilblattentwurf wurde dahingehend entwickelt, dass die sekundäre Strömung durch Optimieren der dreidimensionalen Form von Profilblättern und in jüngerer Zeit durch Kontrollieren der Stirnwände verringert wird. Diese Technologie, die als tangentiale Stirnwandkonturierung (TEWC, Tangential End Wall Contouring) bezeichnet wird, umfasst das Einstellen von Stirnwandoberflächen, um die sekundäre Strömung zu verringern, was beispielsweise ein modifiziertes Profilblatt-Flächendruckprofil zur Folge hat.The profiled sheet design has been developed to reduce the secondary flow by optimizing the three-dimensional shape of profiled sheets and, more recently, by controlling the end walls. This technology, referred to as Tangential End Wall Contouring (TEWC), involves adjusting end wall surfaces to reduce secondary flow, resulting, for example, in a modified profile sheet surface pressure profile.

Die US-Patentanmeldung US 2007/0059177 A1 beschreibt ein solches nicht achsensymmetrisches Profil einer Stirnwand. Diese Lösung enthält das Ausbilden von in Umfangsrichtung verlaufenden Sinuskurven an zahlreichen axialen Positionen, wobei entsprechende Punkte auf aufeinander folgenden Sinuskurven durch Spline-Kurven verbunden sind, so dass die Krümmung der Stirnwand gleichmäßig ist.The US patent application US 2007/0059177 A1 describes such a non-axisymmetric profile of an end wall. This solution includes forming circumferential sinusoids at numerous axial positions with corresponding points on successive sinusoids connected by spline curves so that the curvature of the end wall is uniform.

Eine weitere alternative Lösung besteht darin, die Stirnwand mit einem Zaun zu versehen, der den Wirbel von der Stirnwand und in die Hauptströmung hoch hebt, was die Wirkung hat, dass die Wirbel ausgewaschen werden. Der Zaun, wovon ein Beispiel in ASME Turbo Expo 2000 ”Secondary flow measurements in a turbine passage with end wall flow modification” 2000-GT-0212, beschrieben ist, hat eine Vorderkante in der Mitte einer Linie, die die Vorderkanten der druckseitigen und saugseitigen Profilblätter verbindet. Solche Wände können zwar aerodynamische Verluste verringern, es können jedoch aufgrund des Bedarfs an einer Kühlung des Zauns praktische Probleme entstehen.Another alternative solution is to provide the end wall with a fence that lifts the vortex up from the bulkhead and into the main flow, which has the effect of washing out the vortexes. The fence, an example of which is described in ASME Turbo Expo 2000 2000-GT-0212, has a leading edge in the middle of a line, which is the leading edges of the pressure side and suction side Profile sheets connects. While such walls may reduce aerodynamic losses, practical problems may arise due to the need for cooling the fence.

Ein alternatives Verfahren zum Verringern der Auswirkungen der sekundären Strömung besteht darin, statt der Einstellung des Druckprofils eine nicht achsensymmetrische Profilierung zu verwenden, um Querströmungen zu verringern. Beispielsweise stellt EP 1 995 410 A1 eine Lösung bereit, in der eine Stirnwand einer Turbinenstufenkaskade einen ersten Vorsprung aufweist, der einen Steg besitzt, der sich von der Hinterkante einer Turbinenschaufel zu der stromabwärtigen Seite nach unten, mäßig am Anfang und steil am Ende, und längs der Saugseite einer benachbarten Turbinenschaufel erstreckt. Eine solche Anordnung ist jedoch durch die Tatsache begrenzt, dass ein stromabseitiger axialer Raum erforderlich ist, weshalb eine solche Lösung nicht immer anwendbar sein könnte.An alternative method of reducing the effects of secondary flow is to use non-axisymmetric profiling, rather than adjusting the pressure profile, to reduce crossflow. For example EP 1 995 410 A1 a solution in which an end wall of a turbine stage cascade has a first protrusion having a land extending downwardly from the trailing edge of a turbine blade to the downstream side, moderately at the beginning and steeply end, and along the suction side of an adjacent turbine blade , However, such an arrangement is limited by the fact that a downstream axial space is required and therefore such a solution might not always be applicable.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Diese Offenbarung ist auf das in einer Turbine angetroffene Problem einer Über- und Unterdrehungsfähigkeit und/oder verringerter Helizitätsverluste als Folge von sekundären Strömungen, die durch eine Querströmung verursacht werden, die in der Teilungsrichtung von einer Druckfläche eines Profilblatts zu der Saugfläche eines benachbarten Profilblatts über eine Stirnwandoberfläche strömt, gerichtet.This disclosure is directed to the problem encountered in a turbine of over- and under-rotation capability and / or reduced helicopter losses as a result of secondary flows caused by cross-flow in the pitch direction from one pressure surface of a profile sheet to the suction surface of an adjacent profile sheet Front wall surface flows, directed.

Die Erfindung versucht, dieses Problem mittels des Gegenstands des unabhängigen Anspruchs zu lösen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The invention seeks to solve this problem by means of the subject-matter of the independent claim. Advantageous embodiments are given in the dependent claims.

Ein Aspekt der Erfindung basiert auf dem Prinzip eines oder mehrerer benachbarter Kanäle, die in Stirnwänden in Strömungsdurchlässen zwischen benachbarten Profilblättern gebildet sind. Jeder Kanal verläuft in der Richtung der primären Strömung und kann sich vorzugsweise an benachbarten Profilblatt-Druckflächen befinden. Die Kanäle haben jeweils zwei angewinkelte Wände, die in Verbindung mit der Konfiguration und der Anordnung der Kanäle konfiguriert sind, um die Möglichkeit der Bildung einer sekundären Strömung in den Kanälen zu verringern.One aspect of the invention is based on the principle of one or more adjacent channels formed in end walls in flow passages between adjacent profiled sheets. Each channel is in the direction of the primary flow and may preferably be on adjacent profile sheet pressure surfaces. The channels each have two angled walls that are configured in conjunction with the configuration and arrangement of the channels to reduce the possibility of secondary flow in the channels.

In einem Aspekt wird eine Turbinenstufe geschaffen, die eine in Umfangsrichtung verteilte Reihe benachbarter Profilblätter enthält, wovon jedes eine Druckfläche, eine Saugfläche und entweder eine Stirnwand, von der sich die Profilblätter radial erstrecken, oder zwei Stirnwände, zwischen denen sich die Profilblätter erstrecken, besitzt. Die Turbinenstufe besitzt ferner einen Strömungsdurchlass, der durch einen Bereich zwischen einer Druckfläche eines ersten Profilblatts, einer Saugfläche eines benachbarten zweiten Profilblatts, einer Vorderkantenlinie, die als eine Linie definiert ist, die sich zwischen den Vorderkanten benachbarter Profilblätter erstreckt, und einer Hinterkantenlinie, die als eine Linie definiert ist, die sich zwischen den Hinterkanten benachbarter Profilblätter erstreckt, definiert ist. Der Strömungsdurchlass besitzt eine Oberfläche, die in ihrer nicht modifizierten Form eine Profilbezugsebene definiert. Die Turbinenstufe besitzt in jedem Strömungsdurchlass einen oder zwei oder mehr benachbarte Kanäle benachbart zu einer Druckfläche, die die Oberfläche modifizieren und sich in Richtung von Primärströmungslinien von einem Punkt in der Umgebung der Vorderkantenlinie zu einem Punkt in der Umgebung der Hinterkantenlinie erstrecken. Jeder Kanal besteht aus zwei Kanalwänden, die relativ zu der Profilbezugsebene angewinkelt sind und für die Kanäle einen unteren Punkt, zwei hohe Punkte und eine Kanalhöhe schaffen, die der radiale Abstand zwischen dem unteren Punkt und dem höchsten der hohen Punkte ist. Der Ort der Kanäle benachbart zu der Druckfläche verringert das Ausmaß des Einflusses der Querströmung in Teilungsrichtung über den Strömungsdurchlass durch Reduzierung des Einflusses der sekundären Strömung. Je näher sich der Kanal bei der Druckfläche befindet, desto stärker ist diese Wirkung. Auf diese Weise wird jegliche negative Auswirkung auf die aerodynamische Leistung durch den Vorteil einer verringerten sekundären Querströmung mehr als ausgeglichen.In one aspect, there is provided a turbine stage including a circumferentially spaced series of adjacent profiled sheets, each having a pressure surface, a suction surface and either an end wall from which the profiled sheets extend radially or two end walls between which the profiled sheets extend , The turbine stage further includes a flow passage defined by a region between a pressure surface of a first profile sheet, a suction surface of an adjacent second profile sheet, a leading edge line defined as a line extending between the leading edges of adjacent profiled sheets, and a trailing edge line a line defined between the trailing edges of adjacent profiled sheets is defined. The flow passage has a surface that defines a profile reference plane in its unmodified form. The turbine stage has in each Flow passage one or two or more adjacent channels adjacent a pressure surface which modify the surface and extend in the direction of primary flow lines from a point in the vicinity of the leading edge line to a point in the vicinity of the trailing edge line. Each channel consists of two channel walls which are angled relative to the profile reference plane and provide for the channels a bottom point, two high points and a channel height which is the radial distance between the bottom point and the highest of the high points. The location of the channels adjacent the pressure surface reduces the extent of the influence of the cross flow in the pitch direction across the flow passage by reducing the influence of the secondary flow. The closer the channel is to the printing surface, the stronger this effect. In this way, any adverse effect on aerodynamic performance is more than offset by the benefit of reduced secondary cross flow.

In einem weiteren Aspekt erstrecken sich die hohen Punkte jedes Kanals nicht über die Profilbezugsebene, wodurch die Auswirkung der Kanäle auf die primäre Strömung verringert wird und daher Schabverluste verringert werden. In einem Aspekt befindet sich der untere Punkt jedes Kanals im Wesentlichen am Mittelpunkt in Teilungsrichtung zwischen hohen Punkten jedes Kanals, während in einem weiteren Aspekt der Winkel der Wände jedes Kanals näher bei der Druckfläche in Bezug auf die Profilbezugsebene kleiner ist als jener der Kanalwände näher bei der Saugfläche.In another aspect, the high points of each channel do not extend beyond the profile reference plane, thereby reducing the effect of the channels on the primary flow, and therefore, scraping losses are reduced. In one aspect, the bottom point of each channel is substantially at the midpoint in the pitching direction between high points of each channel, while in another aspect, the angle of the walls of each channel closer to the pressure surface is smaller relative to the profile reference plane than that of the channel walls the suction surface.

Vorzugsweise nimmt die Kanalhöhe in Richtung der primären Strömung zu einem Maximum bei einer relativen Kanallänge in Richtung der Primärströmungslinien zwischen 0,35 bis 0,55 zu, wobei an diesem Punkt die Kanalhöhe abnimmt. Im letzten Fünftel der Länge des Kanals kann diese Abnahmerate geringer sein. Auf diese Weise schafft die Kanaltiefe einen Ausgleich zwischen Schabverlusten, die sich mit dem Geschwindigkeitsprofil in dem Strömungsdurchlass ändern, und dem Vorhandensein einer Querströmung.Preferably, the channel height in the direction of the primary flow increases to a maximum at a relative channel length in the direction of the primary flow lines between 0.35 to 0.55, at which point the channel height decreases. In the last fifth of the length of the channel, this decrease rate can be lower. In this way, the channel depth provides a balance between scraping losses that vary with the velocity profile in the flow passage and the presence of a cross flow.

In einem weiteren Aspekt bleibt die Kanalhöhe aller aufeinander folgenden benachbarten Kanäle in der Umgebung der Teilungsrichtung von der Druckfläche zu der Saugfläche gleich oder sie nimmt ab. Vorzugsweise ist die Kanalhöhe des Kanals benachbart zu der Druckfläche wenigstens zweimal so groß wie jene des in der Teilungsrichtung am weitesten entfernten Kanals beginnend bei der Druckfläche. Auf diese Weise sind die Kanäle konfiguriert, um eine Querströmung dort zu verringern, wo ihre Auswirkung am stärksten ist, d. h. in der Nähe der Druckfläche.In another aspect, the channel height of all successive adjacent channels in the vicinity of the pitch direction from the pressure surface to the suction surface remains equal to or decreases. Preferably, the channel height of the channel adjacent the pressure surface is at least twice that of the channel farthest in the pitch direction, starting at the pressure surface. In this way, the channels are configured to reduce cross flow where their impact is strongest, i. H. near the printing surface.

In einem weiteren Aspekt ist in jedem Strömungsdurchlass der Ausgangspunkt jedes benachbarten Kanals gleich weit oder weiter von der Vorderkantenlinie entfernt, je näher sich der Kanal bei der Saugfläche befindet, wodurch ein erweiterter Bereich benachbart zu der Saugfläche definiert ist, der keine Kanäle besitzt. Der erweiterte Bereich kann im Allgemeinen als ein Bereich definiert sein, der im Betrieb als ein Bereich konfiguriert ist, der im Wesentlichen keine Wirbel der sekundären Strömung aufweist, die durch die Querströmung verursacht werden, die von der Druckfläche ausgeht.In another aspect, in each flow passage the origin of each adjacent channel is equidistant or farther from the leading edge line the closer the channel is to the suction surface, thereby defining an extended region adjacent to the suction surface having no channels. The extended region may generally be defined as an area configured in operation as an area having substantially no secondary flow vortexes caused by the crossflow emanating from the pressure surface.

Andere Aspekte und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, worin veranschaulichend und beispielhaft eine Ausführungsform der Erfindung offenbart wird.Other aspects and advantages will become apparent from the following description when read in conjunction with the accompanying drawings, in which is shown by way of illustration and example an embodiment of the invention.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Im Folgenden wird beispielhaft eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vollständiger mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described more fully by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

1 eine Draufsicht zweier benachbarter Profilblätter einer Turbinenstufe ist; 1 is a plan view of two adjacent profile sheets of a turbine stage;

2 eine perspektivische Ansicht der benachbarten Profilblätter von 1 ist; 2 a perspective view of the adjacent profile sheets of 1 is;

3 eine perspektivische Ansicht der zwei benachbarten Profilblätter einer Turbinenstufe mit beispielhaften Kanälen der Erfindung in Stirnwänden ist; 3 Figure 3 is a perspective view of the two adjacent turbine blade profile sheets with exemplary channels of the invention in end walls;

4 eine Schnittansicht in Teilungsrichtung einer Turbinenstufe ist, die benachbarte Profilblätter und eine Stirnwand einer beispielhaften Ausführungsform zeigt; 4 Fig. 10 is a sectional view in the direction of division of a turbine stage showing adjacent profiled sheets and an end wall of an exemplary embodiment;

5, 6 vergrößerte Ansichten von Kanalwandabschnitten V bzw. VI in 4 sind; 5 . 6 enlarged views of channel wall sections V and VI in 4 are;

7 ein Profil in Teilungsrichtung eines Kanals der 3 oder 4 ist; 7 a profile in the division direction of a channel of 3 or 4 is;

8 ein Höhenprofil eines Kanals der 3 oder 4 ist; 8th a height profile of a channel of 3 or 4 is;

9 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erweiterten Bereichs ist; 9 Fig. 12 is a perspective view of an exemplary embodiment of an extended area;

10 eine Draufsicht von 9 ist, die Sekundärströmungslinien zeigt; und 10 a top view of 9 is, showing the secondary flow lines; and

11–14 beispielhafte Leistungsgraphen beispielhafter Ausführungsformen sind. 11 - 14 exemplary performance graphs of exemplary embodiments.

GENAUE BESCHREIBUNGPRECISE DESCRIPTION

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen überall gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. In der folgenden Beschreibung werden zum Zweck der Erläuterung zahlreiche spezifische Einzelheiten angegeben, um ein vollständiges Verständnis der Offenbarung zu schaffen. Es ist jedoch klar, dass die Offenbarung ohne diese spezifischen Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden kann.Preferred embodiments of the present disclosure will now be described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used to designate like elements throughout. In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the disclosure. It is understood, however, that the disclosure may be practiced without these specific details.

Die 1 und 2 zeigen eine Draufsicht bzw. eine perspektivische Ansicht von zwei benachbarten Profilblättern 10 einer Turbinenstufe, in der Profilblätter 10 benachbart und in Umfangsrichtung in Reihen verteilt sind. Jedes Profilblatt 10 ist an einem oder an beiden radialen Enden mit entsprechenden Stirnwänden 12, die teilweise als Gitterlinien gezeigt sind, einteilig verbunden. Der Flächenbereich zwischen der Druckfläche 14 und der Saugfläche 16 von benachbarten Profilblättern 10 definiert einen Strömungsdurchlass 18, der ferner durch einen Bereich begrenzt ist, der zwischen einer Vorderkantenlinie 20, die als eine Linie definiert ist, die sich zwischen den Vorderkanten 21 benachbarter Profilblätter 10 erstreckt, und einer Hinterkantenlinie 22, die als eine Linie definiert ist, die sich zwischen der Hinterkante 23 benachbarter Profilblätter 10 erstreckt, verläuft. Der Strömungsdurchlass 18 besitzt eine Oberfläche, die einer Oberfläche der Stirnwände 12 gemeinsam ist. In ihrer nicht modifizierten Form definiert die Oberfläche eine Profilbezugsebene DR, die in 4 gezeigt ist, wobei ”nicht modifizierte Form” die Kontur bedeutet, die die Durchlassoberfläche hätte, wenn die Oberflächen nicht verändert wären, beispielsweise durch TEWCs, wodurch eine Ebene gebildet wird, die sich zwischen Grundflächen der Druckfläche 14 und der Saugfläche 16 benachbarter Profilblätter 10 erstreckt. Die Gitterlinien in den 1 und 2, die eine nicht modifizierte Oberfläche darstellen, umfassen Primärströmungslinien PFL, die ideale Linien einer nicht durch die sekundäre Strömung beeinflussten Strömung repräsentieren, und Teilungsrichtungsabschnitte A–D.The 1 and 2 show a plan view and a perspective view of two adjacent profile sheets 10 a turbine stage, in the profile sheets 10 adjacent and circumferentially distributed in rows. Every profile sheet 10 is at one or both radial ends with corresponding end walls 12 , which are partially shown as grid lines, integrally connected. The area between the printing surface 14 and the suction surface 16 from adjacent profile sheets 10 defines a flow passage 18 which is further limited by an area that is between a leading edge line 20 which is defined as a line extending between the leading edges 21 adjacent profile sheets 10 extends, and a trailing edge line 22 which is defined as a line extending between the trailing edge 23 adjacent profile sheets 10 extends, runs. The flow passage 18 has a surface that is a surface of the end walls 12 is common. In its unmodified form, the surface defines a profile reference plane DR that is in 4 where "unmodified shape" means the contour the passage surface would have if the surfaces were not altered, for example, by TEWCs, thereby forming a plane extending between bases of the printing surface 14 and the suction surface 16 adjacent profile sheets 10 extends. The grid lines in the 1 and 2 , which represent an unmodified surface, include primary flow lines PFL representing ideal lines of non-secondary flow influenced flow, and pitch direction sections A-D.

3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, die auf die in den 1 und 2 gezeigte Turbinenstufe angewendet wird. Sie enthält Kanäle 30, die in den Durchlassoberflächen von Stirnwänden 12 an einem oder an beiden radialen Enden benachbarter Profilblätter 10 ausgebildet sind. Die Kanäle 30 erstrecken sich in Richtung der primären Strömungslinien PFL, d. h. im Wesentlichen in Richtung der Druckfläche 14 eines Profilblatts 10, so dass die Kanäle 30 im Wesentlichen zueinander parallel sind. Die Erstreckung erfolgt von einem Punkt in der Umgebung der Vorderkantenlinie 20 zu einem Punkt in der Umgebung der Hinterkantenlinie 22. Jeder Kanal 30 besteht aus zwei Kanalwänden 32, die in Bezug auf die Profilbezugsebene DR, die genauer in den 5 und 6 gezeigt ist, angewinkelt sind und miteinander verbunden sind, um einen tiefen Punkt LP des Kanals 30 relativ zu der Profilbezugsebene DR zu definieren. 3 shows an exemplary embodiment, which in the in the 1 and 2 shown turbine stage is applied. It contains channels 30 which are in the passage surfaces of end walls 12 at one or both radial ends of adjacent profiled sheets 10 are formed. The channels 30 extend in the direction of the primary flow lines PFL, ie substantially in the direction of the pressure surface 14 a profile sheet 10 so the channels 30 are substantially parallel to each other. The extension takes place from a point in the vicinity of the leading edge line 20 to a point in the vicinity of the trailing edge line 22 , Every channel 30 consists of two channel walls 32 in relation to the profile reference plane DR, which are more detailed in the 5 and 6 shown are angled and connected together to a deep point LP of the channel 30 relative to the profile reference plane DR.

4 zeigt einen beispielhaften Querschnitt durch einen Teilungsabschnitt A–D, der sich zwischen der Druckfläche 14 eines Profilblatts 10 und der Saugfläche 16 eines weiteren benachbarten Profilblatts 10 erstreckt. Es sind Kanäle 30 gezeigt, die in Stirnwänden 12 zwischen benachbarten Profilblättern 10 ausgebildet sind. Jeder Kanal 30 besitzt zwei Kanalwände 32, wovon sich einer näher bei der Druckfläche 14 und der andere näher bei der Saugfläche 16 befindet. Die Kanalhöhe CH ist die radiale Höhe, die die Höhe ist, die senkrecht zu der Profilbezugsebene DR zwischen den tiefen Punkten LP des Kanals und dem höchsten hohen Punkt HP des Kanals gemessen wird. In dieser Beschreibung beziehen sich ”tief” und ”hoch” auf die Profilbezugsebene DR, wobei sich ”tief” auf eine negative Erstreckung von der Profilbezugsebene DR in die Stirnwand 12 bezieht, während sich ”hoch” auf eine positive Erstreckung in der Richtung weg von der Stirnwand 12 bezieht. Die Angabe ist unabhängig von einem absoluten Ort. Das heißt, selbst wenn sich der hohe Punkt HP in einer Richtung weg von der Stirnwand 12 erstreckt, kann sich der hohe Punkt HP wie in 7 gezeigt über die Höhe der Profilbezugsebene DR erstrecken oder nicht. 4 shows an exemplary cross section through a dividing portion A-D, which is located between the pressure surface 14 a profile sheet 10 and the suction surface 16 another adjacent profile sheet 10 extends. They are channels 30 shown in end walls 12 between adjacent profile sheets 10 are formed. Every channel 30 has two channel walls 32 , one of which is closer to the printing surface 14 and the other closer to the suction surface 16 located. The channel height CH is the radial height, which is the height measured perpendicular to the profile reference plane DR between the deep points LP of the channel and the highest high point HP of the channel. In this description, "deep" and "high" refer to the profile reference plane DR, where "deep" refers to a negative extension from the profile reference plane DR into the end wall 12 while "high" refers to a positive extent in the direction away from the end wall 12 refers. The specification is independent of an absolute location. That is, even if the high point HP is in a direction away from the end wall 12 extends, the high point HP can be as in 7 shown extending over the height of the profile reference plane DR or not.

Der ”Kanalwandwinkel” θ, der in den 5 und 6 gezeigt ist, ist der Winkel einer Nennkanalwand 33 relativ zu der Profilbezugsebene DR, wobei die Nennkanalwand 33 ohne Krümmung der tatsächlichen Kanalwand 32 angenähert ist. Beispielsweise zeigt 5, die eine vergrößerte Ansicht V von 4 ist, den Kanalwandwinkel θ einer ausgebauchten Kanalwand 32. Der Wandwinkel θ ist der Winkel der Nennkanalwand 33, der der durchschnittliche Winkel der Nennkanalwand 32 ist. In einem weiteren Beispiel, das in 6 gezeigt ist, die eine vergrößerte Ansicht von VI von 4 ist, ist eine Kanalwand 32 mit einem abgerundeten Endabschnitt gezeigt, die ansonsten geradlinig ist. In diesem Fall entspricht die Nennkanalwand 33 dem geradlinigen Abschnitt der Kanalwand 32 unabhängig von dem abgerundeten Endabschnitt.The "channel wall angle" θ, which in the 5 and 6 is the angle of a nominal channel wall 33 relative to the profile reference plane DR, wherein the nominal channel wall 33 without curvature of the actual channel wall 32 is approximated. For example, shows 5 which has a magnified view V of 4 is that Channel wall angle θ of a bulged channel wall 32 , The wall angle θ is the angle of the nominal channel wall 33 , which is the average angle of the nominal channel wall 32 is. In another example, that in 6 shown is an enlarged view of VI from 4 is, is a canal wall 32 shown with a rounded end portion which is otherwise rectilinear. In this case, the nominal channel wall corresponds 33 the rectilinear section of the channel wall 32 regardless of the rounded end section.

Der Zweck der Kanäle 30 besteht darin, eine Querströmung zu verringern und somit eine sekundäre Strömung und sich daraus ergebende Verluste zu verringern. Die bevorzugte Kanalhöhe CH und die bevorzugte Anzahl von Kanälen 30 hängt von dem Ausmaß einer Querströmung ab, das unter Verwendung bekannter Techniken geschätzt werden kann, die beispielsweise beschrieben sind in Harvey, N. W. u. a., 2000 ”Nonaxisymmetric Turbine end Wall Design: Part I”, ASME J. Turbomach., 122, S. 278–285 , und Hartland, J. C. u. a., 2000 ”Nonaxisymmetric Turbine end Wall Design: Part II”, ASME 122 J. Turbomach, 122, S. 286–293 . Bei zunehmender Kanalhöhe CH und zunehmender Anzahl von Kanälen 32 nimmt der Durchlassoberflächeninhalt zu, was bei Abwesenheit einer sekundären Strömung erhöhte Schabverluste zur Folge hat. Wenn die Auswirkung von Schabverlusten höher sein könnte als der Nutzeffekt der Kanäle 32, könnte es vorteilhaft sein, die Kanalhöhe CH und/oder die Anzahl minimal zu machen. Eine Ausführungsform in ihrer einfachsten Gestalt, die für Turbinenstufen mit minimaler Querströmung geeignet ist, enthält daher einen Kanal 30, der zu der Druckfläche 14 benachbart ist, wo sich der Bereich mit der deutlichsten Querströmung befindet.The purpose of the channels 30 is to reduce cross-flow and thus reduce secondary flow and consequent losses. The preferred channel height CH and the preferred number of channels 30 depends on the extent of cross-flow which can be estimated using known techniques described, for example, in US Pat Harvey, NW et al., 2000 "Nonaxisymmetric Turbine End Wall Design: Part I", ASME J. Turbomach., 122, pp. 278-285 , and Hartland, JC et al., 2000 "Nonaxisymmetric Turbine End Wall Design: Part II", ASME 122 J. Turbomach, 122, pp. 286-293 , With increasing channel height CH and increasing number of channels 32 the passage surface area increases, resulting in increased scraping losses in the absence of secondary flow. If the impact of scraping losses could be higher than the efficiency of the channels 32 , it might be advantageous to minimize the channel height CH and / or the number. An embodiment in its simplest form, which is suitable for minimum cross-flow turbine stages, therefore contains a channel 30 that is to the printing surface 14 is adjacent to where the area with the most significant cross-flow is located.

Die Kanaltiefe CH, die im Einzelnen in 4 gezeigt ist, ist eine Funktion der Anzahl von Kanälen 30 und des Ausmaßes der Querströmung. Falls die Kanaltiefe CH zu groß ist, kann eine weitere sekundäre Strömung erzeugt werden, die zusätzliche Verluste zur Folge hat.The channel depth CH, which in detail in 4 is a function of the number of channels 30 and the extent of crossflow. If the channel depth CH is too large, another secondary flow may be generated, resulting in additional losses.

Falls die Kanaltiefe CH zu gering ist, wird die Fähigkeit des Kanals, eine Querströmung zu begrenzen, begrenzt sein. Eine weitere Betrachtung ist der Kanalwandwinkel θ. Falls er zu steil ist, kann eine zusätzliche sekundäre Strömung erzeugt werden. Der Kanalentwurf stellt daher einen Kompromiss wenigstens zwischen diesen Faktoren dar und ist somit stark von dem Profilblattentwurf und von Betriebsbedingungen abhängig. Angesichts dieser Faktoren kann ein optimaler Entwurf durch Simulation unter Verwendung bekannter Verfahren abgeleitet werden.If the channel depth CH is too low, the ability of the channel to limit crossflow will be limited. Another consideration is the channel wall angle θ. If it is too steep, additional secondary flow can be created. The channel design therefore represents a compromise between at least these factors and is thus highly dependent on the profile sheet design and operating conditions. In view of these factors, optimal design can be derived by simulation using known methods.

In einer beispielhaften Ausführungsform befindet sich der tiefe Punkt LP jedes Kanals 30 in Teilungsrichtung in der Mitte zwischen den hohen Punkten HP des Kanals, wie in 4 gezeigt ist.In an exemplary embodiment, the deep point LP of each channel is located 30 in pitch direction in the middle between the high points HP of the channel, as in 4 is shown.

In einer beispielhaften Ausführungsform bleibt die Kanalhöhe CH aller aufeinander folgenden benachbarten Kanäle 30 in der Teilungsrichtung ausgehend von der Druckfläche 14 bis zur Saugfläche 16 gleich oder sie nimmt ab. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Kanalhöhe CH des Kanals 30 benachbart zu der Druckfläche 14 wenigstens doppelt so groß wie jene des Kanals 30, der sich am weitesten entfernt von der Druckfläche 14 befindet, wie in 4 ersichtlich ist. Da die Querströmung typischerweise in der Umgebung der Druckfläche 14 am größten ist, nimmt der Nutzen der Kanäle 30 in Richtung zur Saugfläche 16 ab.In an exemplary embodiment, the channel height CH of all consecutive adjacent channels remains 30 in the division direction starting from the printing surface 14 to the suction surface 16 same or she decreases. In another exemplary embodiment, the channel height CH of the channel 30 adjacent to the printing surface 14 at least twice that of the channel 30 the furthest away from the printing surface 14 is located as in 4 is apparent. As the cross flow is typically in the vicinity of the pressure surface 14 the biggest one is taking advantage of the channels 30 towards the suction surface 16 from.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform befindet sich der tiefe Punkt näher bei der Saugfläche 16, die als die Teilungsposition ”1” in 7 dargestellt ist, als bei der Druckfläche 14, die durch ”0” dargestellt ist. Dies hat typischerweise zur Folge, dass der Kanalwandwinkel θ der Kanalwand 32, die sich näher bei der Saugfläche 16 befindet, größer ist als der Kanalwandwinkel θ der Kanalwand 32, die sich näher bei der Druckfläche 14 befindet. Auf diese Weise wird für die Querströmung ein gleichmäßiger Übergang in den Kanal 30 geschaffen, die von der Druckfläche 14 ausgeht, wodurch die Bildung zusätzlicher Verluste minimal gemacht wird, während die Querströmungsunterdrückung durch den steileren Kanalwandwinkel θ der Kanalwand 32, die sich näher bei der Saugfläche 16 befindet, gefördert werden kann. Der Kanalwandwinkel θ der Kanalwand 32, die sich näher bei der Saugfläche 16 befindet, ist typischerweise kleiner als 90 Grad, da ein Winkel, der sich 90 Grad annähert oder größer ist, zusätzliche Wirbel erzeugen könnte, was zusätzliche Verluste zur Folge hätte.In another exemplary embodiment, the deep point is closer to the suction surface 16 , which is considered the division position "1" in 7 is shown as the pressure surface 14 , which is represented by "0". This typically results in the channel wall angle θ of the channel wall 32 that are closer to the suction surface 16 is greater than the channel wall angle θ of the channel wall 32 that are closer to the printing surface 14 located. In this way, for the cross flow, a smooth transition into the channel 30 created by the printing surface 14 whereby the formation of additional losses is minimized, while the cross-flow suppression by the steeper channel wall angle θ of the channel wall 32 that are closer to the suction surface 16 can be funded. The channel wall angle θ of the channel wall 32 that are closer to the suction surface 16 is typically less than 90 degrees, as an angle approaching 90 degrees or greater could create additional vortices, resulting in additional losses.

In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Kanalwände 32 in der Weise konfiguriert, dass sich die Kanäle 20 nicht über die Profilbezugsebene DR hinaus erstrecken, wie in 7 gezeigt ist, wobei ”0” die Kanalhöhe CH bei der Profilbezugsebene DR ist. Damit wurde festgestellt, dass Schabverluste der primären Strömung weiter verringert werden können, während noch immer eine gute Querströmungsunterdrückungsleistung aufrechterhalten wird.In an exemplary embodiment, the channel walls 32 configured in such a way that the channels 20 do not extend beyond the profile reference plane DR as in 7 where "0" is the channel height CH at the profile reference plane DR. Thus, it has been found that primary flow scraping losses can be further reduced while still maintaining good cross flow suppression performance.

Durch eine Turbinenkaskade wird die Strömung erheblich beschleunigt. Schabverluste, die mit der Geschwindigkeit in einer quadratischen Beziehung stehen, sind im Bereich höchster Geschwindigkeit von größter Bedeutung. Die höchste Geschwindigkeit kann einem Bereich entsprechen, in dem der Trennabstand, der in Teilungsrichtung zwischen benachbarten Profilblättern 10 gemessen wird, am kleinsten ist. In einem solchen Bereich kann der Gesamtwirkungsgrad optimiert werden, wenn die Kanalhöhe CH begrenzt ist, so dass sie niedriger ist, als sie nur im Hinblick auf die vorhergesagte Querströmung optimal entworfen würde. Daher nimmt in einer beispielhaften Ausführungsform in Richtung der Primärströmungslinien PFL, die sich von der Umgebung der Vorderkantenlinie 20 zu der Hinterkantenlinie 20 erstrecken, die Kanalhöhe zunächst auf ein Maximum bei einer relativen Kanallänge im Bereich von 0,35–055 zu, woraufhin sie abnimmt. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Abnahme im letzten Fünftel der relativen Kanallänge nicht ausgeprägt. Die relative Kanallänge ist der Längenpunkt längs eines Kanals 30 gemessen relativ zu der Gesamtlänge des Kanals 30. 8 zeigt ein Beispiel einer Konfiguration dieser Ausführungsformen, in der festgestellt worden ist, dass für einen Satz von Betriebsbedingungen nicht nur Schabverluste verringert werden können, sondern auch die Über- und Unterdrehleistung geringfügig verbessert werden kann, ohne die Helizität nachteilig zu beeinflussen.Through a turbine cascade, the flow is significantly accelerated. Scrap losses, which are in quadratic relationship with speed, are of paramount importance in the highest speed range. The highest speed may correspond to an area where the separation distance, in Division direction between adjacent profile sheets 10 is measured, is smallest. In such a range, the overall efficiency can be optimized if the channel height CH is limited to be lower than optimally designed only in view of the predicted cross-flow. Therefore, in an exemplary embodiment, the direction of the primary flow lines PFL is different from that of the leading edge line 20 to the trailing edge line 20 extend the channel height first to a maximum at a relative channel length in the range of 0.35-055, whereupon it decreases. In another exemplary embodiment, the decrease in the last fifth of the relative channel length is not pronounced. The relative channel length is the longitudinal point along a channel 30 measured relative to the total length of the channel 30 , 8th shows an example of a configuration of these embodiments, in which it has been found that not only scraping losses can be reduced for a set of operating conditions, but also the over- and under-twisting performance can be slightly improved without adversely affecting helicity.

9 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, in der die Kanäle 30 in der Umgebung der Saugfläche 16 weiter entfernt von der Vorderkantenlinie 20 beginnen als die Kanäle 30, die sich näher bei der Druckfläche 14 befinden. Das heißt, dass ihr Ausgangspunkt von der Vorderkantenlinie 20 weiter entfernt ist. Dies hat die Bildung eines erweiterten Bereichs ER benachbart zu der Saugfläche 16 in der Umgebung der Vorderkantenlinie 20, der frei von Kanälen 30 ist, zur Folge. Der erweiterte Bereich ER kann durch einen Mittelpunkt auf der Vorderkantenlinie 20, einen Punkt auf der Saugfläche 16 und einen Punkt auf der Saugfläche 16, an der die Saugfläche 16 und die Vorderkantenlinie 20 miteinander verbunden sind, begrenzt sein, wie in 9 und in 10 gezeigt ist. Eine solche Anordnung ist nützlich, wenn die Strömung über den erweiterten Bereich ER im Wesentlichen frei von einer sekundären Strömung ist, wie in 10 gezeigt ist, wobei in diesem Fall der Verlust in diesem Bereich primär Schabverluste umfasst. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der erweiterte Bereich ER der Bereich benachbart zu der Saugfläche 16 in der Umgebung der Vorderkantenlinie 20, der im Wesentlichen frei von einer sekundären Strömung ist, wie durch die Strömungslinien FL in 10 gezeigt ist. Da die Größe und die Form des erweiterten Bereichs ER nicht nur von der Turbinenstufenkonfiguration, sondern auch von Betriebsbedingungen abhängen, ist der optimale Ort des erweiterten Bereichs ER für jede Turbinenkonfiguration spezifisch. Vorzugsweise ist daher der erweiterte Bereich ER durch einen Bereich definiert, der durch bekannte Strömungssimulationsverfahren abgeleitet und bestimmt wird. 9 shows an exemplary embodiment in which the channels 30 in the vicinity of the suction surface 16 further away from the leading edge line 20 start as the channels 30 that are closer to the printing surface 14 are located. That is, its starting point from the leading edge line 20 further away. This has the formation of an expanded area ER adjacent to the suction surface 16 in the vicinity of the leading edge line 20 that is free of channels 30 is the result. The extended area ER may be through a midpoint on the leading edge line 20 , a point on the suction surface 16 and a point on the suction surface 16 on the suction surface 16 and the leading edge line 20 be interconnected, be limited, as in 9 and in 10 is shown. Such an arrangement is useful when the flow over the extended area ER is substantially free of secondary flow, as in FIG 10 In this case, the loss in this area primarily involves scraping losses. In another exemplary embodiment, the extended area ER is the area adjacent to the suction area 16 in the vicinity of the leading edge line 20 which is substantially free of secondary flow, such as through the flow lines FL in 10 is shown. Since the size and shape of the extended area ER depend not only on the turbine stage configuration but also on operating conditions, the optimum location of the extended area ER is specific to each turbine configuration. Preferably, therefore, the extended area ER is defined by a range derived and determined by known flow simulation methods.

Die 11–14 zeigen die Leistung, die mit einer Kombination aus verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen erzielt werden kann. Verbesserungen umfassen die Über- und Unterdrehung, wie in den 11 und 12 gezeigt ist, sowohl für einen Stator als auch für einen Rotor, und die Helizität, die in den 13 und 14 ebenfalls für einen Stator und für einen Rotor gezeigt ist.The 11 - 14 show the performance that can be achieved with a combination of various exemplary embodiments. Improvements include over- and under-rotation, as in the 11 and 12 is shown, both for a stator and a rotor, and the helicity in the 13 and 14 also shown for a stator and for a rotor.

Obwohl die Offenbarung hier anhand dessen gezeigt und beschrieben worden ist, was als die am Besten für die Praxis geeignete beispielhafte Ausführungsform angesehen wird, wird der Fachmann auf dem Gebiet anerkennen, dass die vorliegende Erfindung in anderen bestimmten Formen ausgeführt werden kann, ohne vom Erfindungsgedanken und von wesentlichen Eigenschaften hiervon abzuweichen. Die derzeit offenbarten Ausführungsformen werden daher in jeder Hinsicht als erläuternd und nicht als beschränkend angesehen. Der Schutzbereich der Erfindung ist eher durch die beigefügten Ansprüche als durch die vorangehende Beschreibung angegeben, wobei alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs hiervon liegen, als darin eingeschlossen angesehen werden. BEZUGSZEICHEN 10 Profilblatt 12 Stirnwand 14 Druckfläche 16 Saugfläche 18 Strömungsdurchlass 20 Vorderkantenlinie 21 Vorderkante 22 Hinterkantenlinie 23 Hinterkante 30 Kanal 32 Kanalwand 33 Nennkanalwand A–D Teilungsabschnitte CH Kanalhöhe DR Profilbezugsebene ER erweiterter Bereich FL Strömungslinien PFL Primärströmungslinien LP tiefer Punkt (eines Kanals) HP hoher Punkt (eines Kanals) RD radiale Richtung θ Kanalwandwinkel Although the disclosure has been shown and described herein with reference to what is considered to be the best mode of practical example, those skilled in the art will recognize that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and the spirit of the invention deviate from essential characteristics thereof. The presently disclosed embodiments are therefore to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description, all changes which come within the meaning and range of equivalency thereof are to be regarded as included therein. REFERENCE NUMBERS 10 profile sheet 12 bulkhead 14 print area 16 suction 18 Flow passage 20 Leading edge line 21 leading edge 22 Trailing edge line 23 trailing edge 30 channel 32 channel wall 33 Nominal channel wall A-D partitioning portions CH channel height DR Profile reference plane HE extended area FL streamlines PFL Primary flow lines LP low point (of a channel) HP high point (of a channel) RD radial direction θ Channel wall angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1995410 A1 [0013]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Harvey, NW et al., 2000 "Nonaxisymmetric Turbine end Wall Design: Part I", ASME J. Turbomach., 122, pp. 278-285 [0039]
Hartland, JC et al., 2000 "Nonaxisymmetric Turbine End Wall Design: Part II", ASME 122 J. Turbomach, 122, pp. 286-293 [0039]

Claims

Turbine stage, comprising: a circumferentially distributed series of adjacent profiled sheets ( 10 ), each of which contains: a printing surface ( 14 ); and a suction surface ( 16 ); and either an end wall from which the profiled sheets extend radially, or two end walls, between which the profile sheets ( 10 ), the turbine stage further comprising: a flow passage ( 18 ) defined by an area between: a printing surface ( 14 ) of a first profile sheet ( 10 ); a suction surface ( 16 ) of an adjacent second profile sheet ( 10 ); a leading edge line ( 20 ) defined as a line extending between the leading edges ( 21 ) of adjacent profile sheets ( 10 ) and a trailing edge line ( 22 ) defined as a line extending between the trailing edges ( 23 ) of adjacent profile sheets ( 10 ), wherein the flow passage ( 18 ) has a defined profile reference plane (DR) extending between a base of the printing surface (DR) 14 ) and a base of the suction surface ( 16 ) of adjacent profile sheets ( 10 ), wherein the turbine stage is characterized by: a channel ( 30 ) in the flow passage ( 18 ) adjacent to the printing surface ( 14 ) extending in the direction of the printing surface ( 14 ) from a point in the vicinity of the leading edge line ( 20 ) to a point in the vicinity of the trailing edge line ( 22 ), wherein the channel ( 30 ) of two angled and interconnected channel walls ( 32 ) which form a deep point (LP) at the junction relative to the profile reference plane (DR), two high points (HP) and one channel height (CH), the channel height being the radial distance between the deep point (LP) and the channel highest of high points (HP).

A turbine stage according to claim 1, wherein each flow passage ( 18 ) at least two adjacent channels ( 30 ) contains.

Turbine stage according to claim 1 or 2, wherein the high points (HP) of the or each channel ( 30 ) do not extend beyond the profile reference plane (DR).

Turbine stage according to one of claims 1 to 3, wherein the low point (LP) of the or each channel ( 30 ) in each flow passage ( 18 ) in the pitch direction substantially midway between the high points (HP) of each channel ( 30 ) is located.

Turbine stage according to one of claims 1 to 4, wherein in each flow passage ( 18 ) the angle θ of the or each channel wall ( 32 ), which are closer to the printing surface ( 14 ) with respect to the profile reference plane (DR) is less than the angle θ of the or each channel wall ( 32 ), which are closer to the suction surface ( 16 ) is located.

A turbine stage according to any one of claims 1 to 5, wherein in each flow passage ( 18 ), the channel height (CH) of the primary flow direction at a relative channel length, which is in the direction of the leading edge line ( 20 ) to the trailing edge line ( 22 ) rises to a maximum in the range of 0.35-0.55, at which point the channel height (CH) decreases.

A turbine stage according to claim 2 or any one of claims 3 to 6 when dependent on claim 2, wherein the channel height (CH) of all contiguous adjacent channels in the pitch direction (FIG. 30 ) from the printing surface ( 14 ) to the suction surface ( 16 ) remains the same or decreases.

A turbine stage according to claim 7, wherein in each flow passage ( 18 ) the channel height (CH) of the channel ( 30 ) adjacent to the printing surface ( 14 ) is at least twice as large as that of the channel ( 30 ) which is furthest away from the printing surface in the pitch direction (FIG. 14 ) is located.

A turbine stage according to claim 2 or any one of claims 3 to 8 when dependent on claim 2, wherein in each flow passage ( 18 ) in the division direction of the printing surface ( 14 ) to the suction surface ( 16 ) all successive adjacent channels ( 30 ) start from a point that is just as far or further from the leading edge line ( 20 ), whereby adjacent to the suction surface ( 16 ) an extended area (ER) is formed which is free of channels ( 30 ).

A turbine stage according to claim 9, wherein said extended area (ER) is an area which, in use, encloses an area substantially free of secondary flow vortices passing through one of said pressure area (14). 14 ) Outgoing crossflow can be generated.