Rotor de la turbina de flujo axial
Descripción general
 En una turbina de flujo axial, mejore la trayectoria del flujo entre las hojas en movimiento y mejore el rendimiento de las filas de la hoja. En la pala de rotor de turbina de flujo axial, se forma el ángulo de entrada cuchilla del fluido elástico correspondiente a la dirección de flujo de entrada .beta.m, el paso de las palas de la fila de álabes de bordes anterior y posterior de t, y paletas Tsubasaretsu la dimensión axial y B, y donde el B t = △ t, △ t / t está en el intervalo de 0,01 a 0,3, la siguiente ecuación entre el βm y △ t / t, es decir,] .beta.m [grados] = 90 [los grados] 233,4 {0.3 (B t) / T} [grados] o tener una relación ... (1)], o, ángulo de entrada cuchilla, en la fórmula (1) A partir de la β m [grados] obtenida, tiene un ángulo arbitrario dentro de un rango de 180 grados.
Campo técnico
La presente invención se refiere a una cuchilla móvil de una turbina de flujo axial.
Antecedentes de la técnica
Las aspas de turbina de flujo axial son diversas. Esto es para que a lo álabe de turbina de flujo axial armoniosa desde el diseño general del fluido térmico y estructura, se debe a que ha sido determinado sobre la base del concepto de diseño del fabricante de turbinas, las directrices de diseño, Es extremadamente flexible.
Entre los ejemplos conocidos de la técnica anterior, como un ejemplo reciente, no son los descritos en VGB Kraftwerkstech (1988), esto es, las directrices de diseño de pala de rotor para una turbina de flujo axial, térmica resistencia a la vibración mecánica hidrodinámico Se afirma que se decide a partir de cada condición de.
A continuación, se describirá una pala de rotor de una turbina de flujo axial convencional con referencia a la figura 11.
La Figura 6 es una vista explicativa de una forma de pala de rotor de la turbina de flujo axial del ejemplo convencional, la Fig. 7 de perfil aerodinámico ilustración envergadura posiciones respectivas en el ejemplo convencional, la Fig. 8 es un diagrama explicativo en relación con la configuración de una cascada de la técnica anterior, la fig. 9 es una vista explicativa de un ángulo de salida de ángulo de entrada de la cuchilla y la cuchilla del ejemplo convencional, la Fig. 10 es una vista explicativa de cada fila de álabes de la porción de raíz y la parte de punta del ejemplo convencional, la Fig. 11 es una vista explicativa del factor de pérdida de superficie aerodinámica en la técnica anterior , 1 de perfil aerodinámico, 2 borde de ataque, 3 de borde de salida, 5 dorsal, la entrada del canal 6, la salida de trayecto de flujo 7, 8 lado ventral de la cuchilla de extremo trasero del borde, las líneas de flujo 9, 11 las zonas de separación, 12 de perfil aerodinámico, B es fila de álabes dimensión axial de los bordes de ataque y de salida del ala, S es la dimensión de la garganta, T es de paso de pala, W es envergadura, .beta.m ángulo de entrada ala, H la longitud de la lámina, L está unido longitud estructura, ángulo de salida del ala .gamma.m, C es la longitud de cuerda, theta representa el ángulo de giro de la hoja.
En la figura 6, solo se extraen dos cuchillas adyacentes de las cuchillas móviles instaladas alrededor del eje de la turbina alrededor de toda la circunferencia. Las cuchillas, la superficie de sustentación 12 es una trayectoria de flujo del fluido, y una parte de la estructura de acoplamiento 13 del eje de la turbina es uno que está formado de manera integrada, el intervalo de la instalación de la hoja adyacente a la de paso de pala t .
La figura 7 muestra el perfil aerodinámico 1 en cada posición en la dirección de la longitud de la cuchilla de la cuchilla móvil. 7 (a), 7 (b), 7 (c) muestran las superficies aerodinámicas 1 respectivas en la parte de la raíz que incluyen la porción 13 de la estructura de acoplamiento con el eje de la turbina , Respectivamente.
Blades, porque se colocan desde el centro eje de la turbina en forma de abanico, hacia la punta de la porción de raíz de la pala, de paso de pala t es más grande.
La Fig. 8 muestra las especificaciones básicas requeridas para la estructura de la cuchilla. Es decir, superficie de sustentación 1, el período de W, acorde longitud C, y se define por tales βm ángulo de entrada de la cuchilla y salida de la hoja ángulo .gamma.m. Además, la trayectoria de flujo entre la superficie de sustentación 1 adyacente, es decir, en una trayectoria de flujo entre la superficie de sustentación construido cascada 1 en paralelo, y una entrada de trayectoria de flujo 6 y la salida de trayecto de flujo 7, la trayectoria de flujo más porción estrecha incluye una cuchilla de borde de salida 8 de la ventral con el mismo a partir de la relación geométrica entre la quinta superficie de sustentación 1 de revestimiento adyacente dorsal, está determinada por la dimensión de la garganta S.
La configuración de perfil de ala y la hoja fila como se describió anteriormente, como se describe anteriormente, se ha de determinar a partir del diseño del diseño y la fuerza de fluido térmico, desde el diseño fluido caliente, alas de entrada βm ángulo y la salida de la hoja γm ángulo . Estos ángulos, como se muestra en la Fig. 9, la altura de la hoja, es decir, aquellos que varían de acuerdo con la posición radial de las palas del rotor, en general, el ángulo de la dirección del flujo del fluido se determina a partir del fluido térmico diseñado Es un partido.
Por otro lado, en el diseño de resistencia, se determinan la fuerza de acción del fluido y el área de la sección de la cuchilla que puede resistir la fuerza centrífuga. En este caso, la tensión generada es mayor a medida que la raíz de la superficie de sustentación, cuanto menor sea la punta, más amplia zona Tsubasadan en la parte de la raíz, y poco a poco menor a medida que se vuelque. De acuerdo con esta política de diseño, se determinan el ancho del ala W y la longitud C de la cuerda.
Además, el paso t de la fila de cuchillas se determina de modo que la estructura de acoplamiento de la cuchilla móvil conectada al árbol de la turbina sea suficientemente fuerte en términos de resistencia. Además, la relación entre el tamaño de garganta S y el paso t se establece de modo que la velocidad de flujo que pasa entre las filas de álabes satisface un valor predeterminado.
En la figura 1 se muestra un ejemplo de la configuración de la forma del perfil aerodinámico y la fila de álabes determinada por las directrices de diseño anteriores. La figura 10 (a) muestra la porción de raíz, y la figura 10 (b) muestra el caso de la porción de punta. Al comparar los dos, βm, t y S son grandes en la parte de la punta que la parte de la raíz, y el ángulo de giro θ es pequeño. Las cuchillas móviles están configuradas de manera que la superficie aerodinámica 1 varía continuamente desde la porción de raíz a la porción de punta.
Respeto superficie de sustentación 1 cuchilla ángulo de entrada βm es pequeña como se muestra en la Fig. 10 (a), por la relación de la de paso de pala t y acorde longitud C que constituye la fila de álabes (= t / C), el factor de pérdida de superficie aerodinámica , ser una característica como se muestra en la Fig. 11, se describe por Ainley etc., óptima t / C es como se muestra en líneas de puntos (valor mínimo) en la Fig. 11, se muestra a variar de cuchilla βm ángulo de entrada Ahí
Por cierto, .beta.m en la Fig. 11 es un (βm) 1> (βm) 2> (βm) 3> (βm) 4 de tener una relación, y (.beta.m) durante 1 = 50 °. Por lo tanto, se aplica al perfil aerodinámico de la porción de base que se muestra en la figura 10 (a).
Además, los resultados de prueba para configuración en cascada de varias de tales Bammert se ha descrito, el espesor de perfil aerodinámico, y los cambios en las características de pérdida de superficie aerodinámica debido a la diferencia entre el ángulo de entrada βm cuchilla y el ángulo de entrada se muestra.
También, pequeña cuchilla ángulo de entrada βm y de paso de pala t como se muestra en la figura 10 (a), con respecto a la θ ángulo de giro es de fila, relativamente buena método de diseño de hoja grande capaz de obtener el rendimiento, A.Uenishi:. ASME, 71-GT-34.
Tarea de solución
Sin embargo, el lado del extremo distal de la porción central de la longitud de la hoja, como se muestra en (b) de la Fig. 10, cuando el ángulo de entrada de la cuchilla βm de 90 [los grados] es mayor que es a menudo las limitaciones de resistencia a la vibración se convierten en un factor importante , La tecnología no resuelta permanece relacionada con la mejora del rendimiento de la cascada de la hoja.
La presente invención, en la técnica anterior mencionada anteriormente, una térmica condiciones de diseño de fluidos, la cuchilla de ángulo de entrada .beta.m, en cascada disposición de paletas γm ángulo de salida y dimensión de la garganta S está satisfecho, la longitud de la lámina a lo largo de resistencia a la vibración fue diseñado para satisfacer las condiciones anteriores, por lo que es posible determinar la configuración en cascada, y el propósito es realizar una disposición en cascada de un alto rendimiento en las palas del rotor de una turbina de flujo axial.
Solución
El objeto anterior se puede lograr de la siguiente manera.
(1) ala en la pala de rotor de turbina de fluido elástico de flujo axial que tiene un ángulo de entrada de la cuchilla se forma correspondiente a la dirección de flujo de entrada, el paso de las palas de la fila de álabes t, y bordes anterior y posterior del ala cuando la dimensión de columna axial y B, (B t) / t está en el intervalo de 0,01 a 0,3, el ángulo de entrada de la cuchilla, [90 + 233,4 {0.3 (B t) / t} ] Grados o más.
(2) de ala en la pala de rotor de turbina de fluido elástico de flujo axial que tiene un ángulo de entrada de la cuchilla se forma correspondiente a la dirección de flujo de entrada, el paso de las palas de la fila de álabes t, y bordes anterior y posterior del ala cuando la dimensión de columna axial y B, (B t) / t está en el intervalo de 0,01 a 0,3, el ángulo de entrada de la cuchilla, [90 + 233,4 {0.3 (B t) / t} ] Grados a 180 grados.
(3) En la pala de rotor de turbina de flujo axial, se forma el ángulo de entrada cuchilla del fluido elástico correspondiente a la dirección de flujo de entrada .beta.m, el paso de las palas de la fila de álabes t, y el bordes delantero y trasero del ala Si la fila de álabes dimensión axial y B, (B t) / t está en el intervalo de 0,01 a 0,3, la siguiente ecuación entre βm y (B t) / t, es decir,
β m [grados] = 90 [grados] +233.4 {0.3 (B t) / t} (grados) (1)
Relación.
En la presente invención, primero, con referencia a la figura 12, se examina la presencia o ausencia de una condición óptima para la configuración de la fila de álabes. La Figura 12 es un diagrama explicativo para la comparación del ejemplo de configuración en cascada muestra un ejemplo de un ángulo de entrada de la cuchilla βm aproximadamente 90 grados, en la Fig. 12 (a), (b) y (c) son todos de paso de pala t y el tamaño de garganta S son iguales y la longitud de cuerda C y el ancho W del tramo son diferentes de la condición de resistencia. La Figura 12 (a), una comparación de (b) y (c), además de Longitud cuerda C y la envergadura W son diferentes, diferente fila de álabes dimensión axial B de los bordes delantero y de salida del ala Lo ha hecho.
Es decir, en la figura 12, t> B en (a), t En (a) de la Fig. 13, la zona de separación de flujo 11 en la trayectoria de flujo de la segunda mitad de la parte posterior de la línea de flujo 9 se produce, para convertirse en condiciones fluidizadas a deteriorar el rendimiento fila de álabes, en la Fig. 13 (b), (c) , No hay región de delaminación, y se convierte en un estado de flujo normal.
que se genera, (a) en la Fig. 13, la comparación de méritos relativos de rendimiento Cascade en (b) y (c), en (a) de la Fig. 13, no flujo normal se obtiene por zonas de separación Hay inconvenientes, en la FIG. 13 es una condición normal de flujo (b) y (c), la distancia en contacto con en comparación con (b) (c) la superficie de hoja grande de perfil aerodinámico y el fluido Aumenta, de modo que aumenta la resistencia a la fricción. Estos hechos sugieren que hay una condición óptima para la configuración de la fila de álabes como se muestra en la FIG.
La discusión anterior con respecto a la disposición de filas de hoja de palas del rotor de una turbina de flujo axial, en la hoja βm ángulo de entrada es de 90 grados o más, es evidente probable que se puede obtener la configuración en cascada de alto rendimiento.
En la presente invención, como el flujo de la fila de álabes entre el paso está optimizada mediante la regulación de la dimensión axial de la cascada de bordes delantero y trasero del paso de las palas y la cuchilla, el rendimiento fila de álabes Se hizo posible utilizar de manera efectiva la fuerza del fluido que actúa sobre el ala sin dañarse.
Es decir, el efecto de la distribución de la presión de la superficie de la cuchilla en el perfil aerodinámico que forma la fila de álabes se muestra en la figura 14. La Figura 14 es una vista explicativa de una relación entre una configuración en cascada con distribución de la presión superficie de la pala, en la Fig. 14 (a), (b) y (c), respectivamente, de la figura 12 (a), (b) y (c )
14, el producto de la zona y el ancho de la hoja W indicarán mediante líneas rodeado por la distribución de la presión entre el lado ventral y dorsal, una fuerza de fluido que actúa sobre las palas del rotor, que este se produce la diferencia de configuración en cascada Respectivamente
En el caso de la Fig. 14 (a), aunque el área de la parte indicada por la eclosión grande, la envergadura W como se muestra en la Fig. 12 (a) es pequeño. Por otro lado, en el caso de la Fig. 14 (c), aunque el área de la parte indicada por la eclosión pequeña envergadura W como se muestra en la Fig. 12 (c) es grande.
Es decir, la fuerza del fluido que actúa sobre las palas, pero se expresa en una zona sinérgicamente producto y la duración de W de la parte indicada por el sombreado, sólo la magnitud de la fuerza del fluido, no es suficiente para comparar los méritos relativos de la configuración en cascada , y el observado en (a) de la Fig. 13, la generación de la región de liberación, el aumento de la resistencia de fricción en (c) de la Fig. 13, es necesario para evitar ambos.
En la presente invención, es posible mejorar el rendimiento de la fila de álabes formando una configuración de hilera de álabe apropiada como se muestra en la figura 13 (b).
Una realización de la presente invención se describirá con referencia a la FIG.
1 es una vista explicativa de la fila de álabes en la realización y el ejemplo convencional de la presente invención, la Fig. 2 realización e ilustración del flujo en un ejemplo convencional de la presente invención, la superficie de sustentación en la realización y el ejemplo convencional de la Fig. 3 es la invención ilustración del coeficiente de presión, la Fig. 4 es una vista explicativa del factor de forma de realización la pérdida de superficie de sustentación de la presente invención, la figura 5 es un diagrama explicativo relativo a la configuración de perfil aerodinámico óptimo de la realización de la presente invención, 4 ventral, 10 de expansión Wave, δ es el ángulo de deflexión de la línea de corriente, los otros son los de arriba. Además, B t = Δt (tanto B como t se dan arriba).
La figura 1 (a) muestra una realización de la presente invención, y la figura 1 (b) muestra un ejemplo convencional. Aquí, un caso donde el ángulo de entrada de la cuchilla \\ beta m> 90 grados se toma como ejemplo, ambos ejemplos se describirán en comparación.
En la Figura 1 (a) y (b), el ángulo de entrada βm cuchilla y la duración de W son ambos iguales, S / t indica casi la misma condición estructura en cascada.
En ambos ejemplos, la fila de álabes dimensión axial B entre los bordes anterior y posterior de la hoja, son diferentes de y el paso de las palas t, en la FIG. 1 es una forma de realización (a) t B en el ejemplo convencional.
Por lo tanto, es térmicamente condiciones de diseño de fluidos ángulo de entrada .beta.m, y las dimensiones de la garganta / de paso de pala (= S / t) en cualquier caso de la misma configuración, cascada son diferentes, dando como resultado diferencias se produce en el rendimiento fila de álabes. Esto se vuelve claro al comparar la situación de flujo en la fila de álabes.
La figura 2 es muestra las condiciones de flujo en la cascada, como se muestra en la Fig. 1, en la Fig. 2 (a), (b) es, en la Fig. 1 (a), corresponden respectivamente a (b). De (A) es 2, un caso de t B se muestran en b) desvía las líneas de corriente 9 aguas abajo de la dimensión de la garganta S, reducir en gran medida las zonas de separación de rendimiento fila de álabes es generada 11.
Cuando una situación tal flujo se comparan con la distribución de presión de la superficie de la pala se muestra en la Figura 3, ventral el caso de esta forma de realización, mientras que un relativamente buen estado de aceleración también el lado posterior, en la Fig. 2 en el ejemplo convencional mostrado en (b), disminuye rápidamente la presión en el lado posterior del flujo acelerado de entrada y se genera a partir de entonces la peladura región no redujo la presión, la influencia de la viscosidad del fluido aumenta, el ala Indicando que la pérdida de forma aumenta.
Estado de flujo entre cuchillas en tal ejemplo convencional, alcanzar una velocidad del sonido en una parte de la garganta dimensión S, y debe ser dado también un efecto significativo en las condiciones de diseño de fluido térmico de tal manera que el supersónico aguas abajo del mismo, la ventral la caída de presión del borde de salida 8 (que se muestra en líneas de trazos en la Fig. 2.) la zona de la onda de expansión 10 por la relación función Prandtl Meyer a la repentina se ensancha, la deflexión de las líneas de corriente ilustrados en la Fig. 2 (b) El ángulo \\ delta y la región de deslaminación 11 se hacen más grandes, dando como resultado un deterioro significativo en el rendimiento de la fila de álabes.
Es decir, se consigue un alto rendimiento construyendo la fila de álabes para satisfacer la condición de t Además, los tres cuchilla .beta.m ángulo de entrada en el dibujo, es decir, (βm) 1, (βm) 2 y (.beta.m) 3 curva es la (βm) 1> (βm) 2> (βm) Para 3 sino que se pretende indicar que las diferentes características de la superficie de sustentación factor de pérdida por entrada de hoja .beta.m ángulo, se vuelve cóncava en en cualquier ángulo de entrada .beta.m cuchilla, factor mínimo la pérdida de superficie de sustentación, más hoja de ángulo de entrada .beta.m grande Y el valor de Δt / t tiene la propiedad de desplazarse al más pequeño.
valor óptimo de la? t / t? t / t cuando coeficiente de pérdida de superficie de sustentación mínimo se convierte en un valor mínimo, es decir, como (? T / t) 0, si está indicado por la relación entre el (? T / t) 0 y entrada de cuchilla ángulo .beta.m, se convierte como se muestra en la Fig. 5, en la entrada de la cuchilla βm ángulo en el intervalo de la presente realización es de 90 [grados] anterior, (? T / t) 0 está en el intervalo de 0,01 0,30, la hoja de entrada βm ángulo A medida que aumenta a más de 90 °, el valor de (Δt / t) 0 disminuye. Más específicamente, la línea óptima en la FIG.
β m [grados] = 90 [grados] +233.4 {0.3 (B t) / t} (grados) (1)
En la relación
Además, la función de los coeficientes de pérdida de superficie aerodinámica muestra en la Fig. 4, cuanto mayor sea el ángulo .beta.m entrada de la cuchilla, ya que el aumento en el factor de pérdida en el valor grande de Delta] t / t disminuye, el rango de aplicación de Delta] t / t ensancha .
Sin embargo, en el intervalo de Delta] t / t <0, como se describe anteriormente, puesto que el flujo no es normal a la trayectoria de la hoja de flujo de fila se produce, intervalo práctico está dentro del alcance de la fig. Como el intervalo de aplicación, el alcance sustancial del efecto se obtiene Delta] t / t de la presente invención y 0,01 0.3, también el alcance del ángulo de entrada de la cuchilla con respecto a cada Delta] t / t está representado por (1) Desde el ángulo de entrada de la cuchilla β m en la línea óptima a 180 °.
En este ejemplo, el rendimiento de la fila de cuchillas podría mejorarse en un 20 40%.
Efecto de la invención
Según la presente invención, la turbina de flujo axial, un paso de las palas, mediante la optimización de la dimensión axial fila de álabes de la pala del rotor principal y bordes de salida, para mejorar la trayectoria de flujo entre las palas del rotor, la fila de álabes Es posible lograr un alto rendimiento. Esto es efectivo particularmente en la configuración de filas de álabes donde el ángulo de entrada de la cuchilla es de 90 grados o más, y el rendimiento de la hilera de álabes puede mejorarse en un 20 40%.
Breve descripción de los dibujos
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista explicativa de cada fila de álabes en una realización de la presente invención y un ejemplo convencional.
La figura 2 es un diagrama explicativo de flujos en una realización de la presente invención y un ejemplo convencional.
La figura 3 es un diagrama explicativo de los coeficientes de presión de la cuchilla en una realización de la presente invención y un ejemplo convencional.
La figura 4 es una vista explicativa de un coeficiente de pérdida del perfil aerodinámico de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 5 es una vista explicativa que se refiere a una configuración aerodinámica óptima de una realización de la presente invención.
La figura 6 es una vista explicativa de la forma de una pala de rotor de una turbina de flujo axial de un ejemplo convencional.
La figura 7 es una vista explicativa de una superficie aerodinámica convencional en cada posición en la dirección longitudinal de la pala.
La figura 8 es un diagrama explicativo relacionado con una configuración de una fila de álabes de un ejemplo convencional.
La figura 9 es una vista explicativa de un ángulo de entrada de la cuchilla y un ángulo de salida de la cuchilla de un ejemplo convencional.
La figura 10 es una vista explicativa de cada fila de álabes en la porción de base y la porción de punta del ejemplo convencional.
La figura 11 es un diagrama explicativo del coeficiente de pérdida de cuchilla del ejemplo convencional.
La figura 12 es un diagrama explicativo que se refiere a una comparación de ejemplos de configuración de cuchillas de cuchillas.
La figura 13 es un diagrama explicativo de la relación entre la configuración de fila de álabes y la situación de flujo.
La figura 14 es un diagrama explicativo de la relación entre la configuración de la fila de álabes y la distribución de presión de la superficie de la cuchilla.
5 ...... 12 ... de superficie aerodinámica, .beta.m ... ángulo de entrada cuchilla, t ... paso de las palas, B ... fila de álabes dimensión axial de los bordes delantero y de salida del ala.
Reclamo
Ala en la pala de rotor de turbina de flujo axial que tiene una demanda de superficie de sustentación ángulo de entrada se forma 1 fluido elástico correspondiente a la dirección de flujo de entrada, el paso de las palas de la fila de álabes t, y delantero y trasero bordes del ala cuando la dimensión de columna axial y B, (B t) / t está en el intervalo de 0,01 a 0,3, en el que el ángulo de entrada cuchilla, [90 + 233,4 {0.3 (B t) / t }] Grados o más.
Ala en la pala de rotor de turbina de flujo axial que tiene una demanda de superficie de sustentación ángulo de entrada se forma 2 fluido elástico correspondiente a la dirección de flujo de entrada, el paso de las palas de la fila de álabes t, y delantero y trasero bordes del ala (B t) / t está en un rango de 0.01 a 0.3, y el ángulo de entrada de la cuchilla es [90 + 233.4 {0.3 (B t) / t }] Grados a 180 grados del eje de rotación de la pala del rotor.
En la pala de rotor de la reivindicación 3 de la turbina axial, se forma el ángulo de entrada cuchilla del fluido elástico correspondiente a la dirección de flujo de entrada .beta.m, el paso de las palas de la fila de álabes t, y el bordes delantero y trasero del ala Si la fila de álabes dimensión axial y B, (B t) / t está en el intervalo de 0,01 a 0,3, la siguiente ecuación entre βm y (B t) / t, es decir,
Reivindicar β m [deg] = 90 ° + 233.4 {0.3 (Bt) / t} [deg].
Dibujo :
Application number :1994-002501
Inventors :株式会社日立製作所
Original Assignee :佐藤武、池内和雄、小野田武志、山崎義昭