DE2524250A1 - Laufschaufelkranz grosser umfangsgeschwindigkeit fuer thermische, axial durchstroemte turbomaschinen - Google Patents

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

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Nürnberg, 13- Mai 1975

Laufschaufelkranz großer Umfangsgeschwindigkeit für thermische, axial durchströmte Turbomaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Laufschaufelkranz großer Umfangsgeschwindigkeit für thermische, axial durchströmte Turbomaschinen, insbesondere für die letzte Stufe von Kondensationsdampfturbinen, von dessen Schaufeln - in radialer Richtung gesehen - der mittlere und äußere Bereich im Gebiet transsonischer Strömung liegt.

Kondensationsdampfturbinen großer Leistung erfordern in der Endstufe relativ lange Schaufeln, wobei der mittlere Durchmesser etwa 2500 3?&nm beträgt. Bei einer Umdrehungsfrequenz von 3000 l/min beträgt die Umfangsgeschwindigkeit dort oa. 390 m/secj die relative Abströmgeschwindigkeit der Laufschaufel am Mittelschnitt beträgt ca. das 1,4-fache der Schallgeschwindigkeit (Ma_g - 1,4). Da die Zuströmung des Schaufelgitters im Bereich des Anströmwinkels /^₁ von 70° - 110° annähernd rechtwinklig ist, stellt sich an Schaufelgittern von Dampfturbinen - je nach dem ausgeführten Abströmwinkel - eine Anströmmachzahl Ma. «0,2 bis 0,4 ein.

Da die Abströmmachzahl nur knapp über der Machzahl I liegt, ist es bekannt, bei Dampfturbinen konventionelle

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Tragfltigelprofile, wie sie in der Zeichnung in Pig. I dargestellt sind, zu verwenden. Bei diesem bekannten Profil erfolgt die Beschleunigung von der Schallinie (Ma » l) zwischen den Punkten b - c bis zur Abström machzahl Ma« « l?4 im Bereich a- b- c- d- e. Die Uberschallexpansion benötigt dabei zusätzlichen Raum für die Strömung, welchen sie sich durch eine Drehung um den Winkel Δ/3 schafft. Dieser Vorgang geschieht ohne angepaßte WandoberfläOhen des Schaufelgitters unkontrol liert im freien Raum a- c- d- e. !in Nachteil dieser be kannten Tragflügelprofile liegt in den hohen ebenen Schaufelgitterverlusten bei steigender Abströmmachzahl

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laufschaufelkranz der eingangs genannten Art zu schaffen, der - im Vergleich zu den konventionellen Tragflügelprofilen - bei Abströmmachzahlen Ma« zwischen 1 und 1,5 geringere Schaufelgitterverluste aufweist und geringere Abströmwinkel ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schaufelprofil im mittleren Bereich bzw. im mittleren und Süßeren Bereich von der Hinterkante ausgehend durch zwei Geraden gebildet ist, von denen die Gerade auf der Saugseite ohne Knick an die stetig gekrümmte Kurve der restlichen Saugseite anschließt, während die Gerade auf der Druckseite in der Nähe der Schaufelhinterkante mit einem Knick an die stetig gekrümmte Kurve der restlichen Druckseite anschließt.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird insbesondere ein höherer Umfangswirkungsgrad erreicht, da die Sohaufelgitterverluste geringer sind. Dieser Vorteil ist vornehmlich die Folge des Knickes auf der Druckseite, da dadurch ein Teil der lckenexpansion, der sonst an der Schaufelhinterkante liegt, in den Schaufelkanal verlegt

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In der Pig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sohematisch dargestellt. Die Zeichnung stellt einen Ausschnitt aus der Abwicklung einer zur Rotorwelle konzentrischen Zylinderfläche dar, welche die Schaufeln - in radialer Richtung gesehen - im mittleren Bereich schneidet.

Jedes erfindungsgemäße Profil 1 wird von der Hinterkante H mit kleinem Kantenradius ausgehend durch zwei Geraden 2, 3 und zwei Kurvenzügen 4, 5 gebildet, wobei die Kurvenzüge 4 und 5 an der Vorderkante mit einem im Vergleich zur Hinterkante großen Radius versehen sind. Die Kurvenztige 4 und 5 sind in der bekannten Weise so berechnet, daß optimale Strömungsbedingungen erreicht werden. Die Gerade 2 der Saugseite Sa erstreckt sich bis zum Punkt b der Schallinie (Ma * I) und schließt dort knickfrei an die stetige Kurve 4 der restlichen Saugseite an. Die Gerade 3 der Druckseite D ist wesentlich kürzer als die Gerade 2 und erstreckt sieh von der Hinterkante bis zum Punkt e der Sohallinie (Ma -I) und stößt in Punkt c mit einem Knick, d.h. nicht tangential, an die stetige Kurve 5 der Druckseite an, so daß sioh eine konvexe Ecke bildet. Der Winkel jp zwischen der Linie b - c und der Geraden 2 ist annähernd 90°. Der Winkel v* zwisohen der Linie b - c und einer in der Zeiehenebene liegenden waagrechten Geraden ist konstruktionsbedingt größer als der Winkel ir bei dem bekannten Profil gemäß der Pig. 1, was für den Abströmwinkel /3 ₂ von Bedeutung ist, da er dadurch verkleinert wird. Ber Winkel ν zwischen der Geraden 3 und der Tangente an die Kurve 5 im Punkt ο iet der Übersohallströmung angepaßt.

Die-Profile im äußeren Bereich (Kopfteil) dir Schaufeln sind in gleicher Weise.wie die vorbeschriebenen Profile in der Umgebung des Mlttelsohnltts ausgeführt.

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Im radial mittleren und äußeren Teil des Schaufelgitters ist die Strömung transsonisch, d.h. der Dampf tritt mit Unterschallgeschwindigkeit (Ma₁ - 0,2 bis 0,4;/3,« 70°
- 110°) in das Schaufelgitter ein und verläßt es - nach einer starken Umlenkung - mit Überschallgeschwindigkeit, die bei einer Machzahl bis 1,5 liegen kann.

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Claims (1)

1. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

   Nürnberg, 13. Mai 1975

   Patentanspruch

   Laufschaufelkranz großer Umfangsgeschwindigkeit für thermische, axial durchströmte Turbomaschinen, insbesondere für die letzte Stufe von Kondensationsdampfturbinen, von dessen Schaufeln - in radialer Richtung gesehen - der mittlere und äußere Bereich im Gebiet transsonischer Strömung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelprofil (I) im mittleren Bereich bzw. im mittleren und äußeren Bereich von der Hinterkante (H) ausgehend durch zwei Geraden (2, 3) gebildet ist, von denen die Gerade (2) auf der Saugseite (Sa) ohne Knick an die stetig gekrümmte Kurve (4) der restlichen Saugseite anschließt, während die Gerade (3) auf der Druckseite (D) in der Nähe der Schaufelhinterkante mit einem Knick an die stetig gekrümmte Kurve (5) der restlichen Druckseite anschließt.

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