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Dokumentenidentifikation DE102007026494A1 13.12.2007
Titel Profil eines Leitschaufelblatts für einen Verdichter
Anmelder General Electric Company, Schenectady, N.Y., US
Erfinder Stampfli, David J., Greer, S.C., US;
Cummins, Josef Scott, Simpsonville, S.C., US
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 05.06.2007
DE-Aktenzeichen 102007026494
Offenlegungstag 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse F04D 29/44(2006.01)A, F, I, 20070605, B, H, DE
Zusammenfassung Statorleitschaufeln der zehnten Stufe für einen Verdichter weisen Schaufelblattprofile auf, die im Wesentlichen den kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z entsprechen, wie sie in Tabelle I in Zoll angegeben sind, wobei die Z-Koordinatenwerte senkrechte Abstände zu Ebenen darstellen, die zu einem Radius von der Verdichtermittellinie senkrecht ausgerichtet sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei der Z-Wert in der X, Y-Ebene in einem radial aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts bei null beginnt. X und Y sind Koordinatenwerte, die das Schaufelblattprofil in jedem Abstand Z definieren. Die X-, Y-, Z-Werte können skaliert werden, um einen aufskalierten oder abskalierten Schaufelblattabschnitt für jede Statorleitschaufel zu schaffen.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter für eine Turbine und insbesondere ein Leitschaufelblattprofil für die Verdichterschaufeln, insbesondere die Schaufeln der zehnten Stufe.

Der Heißgasströmungspfad einer Turbine setzt Blattprofile von Verdichterleitschaufeln voraus, die Systemanforderungen hinsichtlich des Wirkungsgrads und der Beanspruchung erfüllen. Die Schaufelblattgestalt der Verdichterleitschaufeln muss die Wechselwirkung zwischen anderen Stufen in dem Verdichter optimieren, einen aerodynamischen Wirkungsgrad erzielen und aeromechanische Standzeitziele optimieren. Demgemäß besteht ein Bedarf nach einem Leitschaufelblattprofil, der diese Aufgaben oder Ziele optimiert.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Leitschaufel für einen Verdichter mit einem Schaufelblatt geschaffen, wobei das Schaufelblatt eine Form in einer Hülle innerhalb von ± 0,100 Zoll in einer zu einer beliebigen Stelle der Schaufelblattoberfläche senkrechten Richtung aufweist, wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes nominelles Profil im Wesentlichen gemäß den kartesischen Koordinatenwerten von X, Y und Z aufweist, wie sie in Zoll in Tabelle I angegeben sind, in der die Z-Koordinatenwerte senkrechte Abstände von Ebenen darstellen, die zu einem Radius von der Verdichtermittellinie aus senkrecht verlaufen und die X- und Y-Werte enthalten, wobei der Z-Wert in der X, Y-Ebene an einem radial aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts bei null beginnt und X sowie Y Koordinatenwerte darstellen, die, wenn sie durch glatt oder fließend fortgesetzte Bögen miteinander verbunden werden, das Schaufelprofil in jedem Abstand Z definieren, wobei die Profile in den Z-Abständen sanft oder fließend miteinander verbunden sind, um die vollständige Schaufelblattgestalt zu bilden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Laufschaufel für einen Verdichter mit einem Schaufelblatt geschaffen, wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes nominelles Schaufelblattprofil im Wesentlichen gemäß den kartesischen Koordinatenwerten von X, Y und Z aufweist, wie sie in Tabelle I in Zoll angegeben sind, wobei die Z-Koordinatenwerte senkrechte Abstände zu Ebenen darstellen, die senkrecht zu einem Radius von der Verdichtermittellinie ausgerichtet sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei die Z-Werte in der X, Y-Ebene an einem radial aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts bei null beginnen und X und Y Koordinatenwerte darstellen, die, wenn sie durch glatt oder fließend fortgesetzte Bögen miteinander verbunden werden, das Schaufelblattprofil in jedem Abstand Z definieren, wobei die Profile in den Z-Abständen sanft oder fließend miteinander verbunden werden, um das vollständige Schaufelblattprofil zu bilden, wobei die X-, Y- und Z-Werte in Abhängigkeit von derselben Konstante oder Zahl skaliert sind, um ein auf skaliertes oder abskaliertes Verdichterschaufelblatt zu ergeben.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Verdichter geschaffen, der mehrere Statorleitschaufeln aufweist, die einen Teil einer Verdichterstufe bilden, wobei jede der Schaufeln in Gestalt eines Schaufelblatts innerhalb von ± 0,100 Zoll in einer Richtung ausgebildet ist, die senkrecht zu einer beliebigen Position der Schaufelblattoberfläche zeigt, wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes nominelles Profil im Wesentlichen gemäß den kartesischen Koordinatenwerten von X, Y und Z aufweist, wie sie in Zoll in Tabelle I angegeben sind, worin die Z-Koordinatenwerte senkrechte Abstände von Ebenen darstellen, die zu einem Radius von der Verdichtermittellinie senkrecht ausgerichtet sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei die Z-Werte in der X, Y-Ebene in einem radialen aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts bei null beginnen und X sowie Y Koordinatenwerte darstellen, die, wenn sie durch glatt oder sanft fortgesetzte Bögen miteinander verbunden werden, das Schaufelblattprofil in jedem Abstand Z definieren, wobei die Profile in den Z-Abständen sanft oder fließend miteinander verbunden sind, um die vollständige Schaufelblattform zu bilden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Verdichter geschaffen, der mehrere Statorleitschaufeln aufweist, die einen Teil einer Verdichterstufe bilden, wobei jede der Schaufeln die Gestalt eines Schaufelblatts innerhalb eines Bereichs von ± 0,100 Zoll in einer zu einer beliebigen Stelle der Schaufelblattoberfläche senkrechten Richtung aufweist, wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes nominelles Profil im Wesentlichen gemäß den kartesischen Koordinatenwerten von X, Y und Z aufweist, wie sie in Tabelle I in Zoll angegeben sind, wobei die Z-Koordinatenwerte senkrechte Abstände von Ebenen darstellen, die zu einem Radius von der. Verdichtermittellinie senkrecht verlaufen und die X- und Y-Werte enthalten, wobei die Z-Werte in der X, Y-Ebene in einem radial aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts bei null beginnen und X sowie Y Koordinatenwerte darstellen, die, wenn sie durch glatt oder sanft fortgesetzte Bögen miteinander verbunden werden, das Schaufelblattprofil in jedem Abstand Z definieren, wobei die Profile in den Z-Abständen sanft bzw. fließend miteinander verbunden sind, um die vollständige Schaufelblattgestalt zu bilden.

In jedem Fall ist das Verdichterschaufelblatt speziell entworfen, um in Verbindung mit den um ihn herum vorgesehenen Schaufelblättern zu arbeiten. Die einzelnen Schaufelblätter empfangen die Luft von den stromaufwärtigen Schaufelreihen. In diesem eindeutigen Einlasszustand lenkt das Schaufelblatt die Strömung um ein bestimmtes Maß um, um einen gegebenen Druckanstieg zu erreichen, der den gesamten Verdichterwirkungsgrad und das Druckerhöhungsvermögen auf ein Maximum steigert. Wenn ein einzelnes Schaufelblatt nicht in der beabsichtigten Weise arbeitet, ist das aerodynamische Gleichgewicht aller Schaufelblätter rund um dieses beeinträchtigt, und der Verdichter wird nicht in der vorgesehenen Weise arbeiten.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine ausschnittsweise Querschnittsansicht eines Verdichters unter Veranschaulichung verschiedener Stufen eines Verdichters, einschließlich der zehnten Stufe;

2 zeigt eine Perspektivansicht einer Schaufel für die zehnte Stufe des Verdichters;

3 zeigt eine Seitenansicht derselben;

4 zeigt eine perspektivische Tangential- und Hinteransicht der Verdichterschaufel der zehnten Stufe;

5 zeigt eine Stirnansicht der Verdichterschaufel der zehnten Stufe in einer von der Schaufelspitze aus radial nach außen betrachteten Darstellung;

6 zeigt eine der 2 ähnliche Ansicht und

7 zeigt eine Querschnittsansicht von dieser, geschnitten im Wesentlichen an der Linie 7–7 in 6.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bezugnehmend nun auf 1 ist dort ein Abschnitt eines allgemein mit 10 bezeichneten Verdichters veranschaulicht, der mehrere Stufen, einschließlich einer zehnten Stufe, die allgemein mit 12 bezeichnet ist, aufweist. Jede Stufe enthält mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Leitschaufeln 13 sowie Laufschaufeln 14, die an dem Rotor 16 montiert sind. Die Verdichterleitschaufeln 13 der zehnten Stufe sind in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnet und weisen Schaufelblätter 18 einer bestimmten Schaufelblattgestalt oder eines bestimmten Schaufelblattprofils auf, wie diese nachstehend spezifiziert sind. Bezugnehmend auf 2 enthält die Form oder das Profil des Schaufelblatts eine vordere und eine hintere Kante 20 bzw. 22. In der bevorzugten und dargestellten Ausführungsform der Statorleitschaufeln der zehnten Stufe des Verdichters sind 113 Leitschaufeln vorgesehen, die die zehnte Stufe bilden.

Bezugnehmend nun auf 27 weist jede der Leitschaufeln der zehnten Stufe ein Schaufelblattprofil auf, das durch ein kartesisches Koordinatensystem mit X-, Y- und Z-Werten definiert ist. Die Koordinatenwerte sind nachstehend in Tabelle I in Zoll angegeben. Das kartesische Koordinatensystem enthält orthogonal aufeinander bezogene X-, Y- und Z-Achsen, wobei sich die Z-Achse entlang eines Radius von der Mittellinie des Verdichterrotors aus, d.h. senkrecht zu einer Ebene, die die X- und Y-Werte enthält, erstreckt. Der Z-Abstand oder die Z-Distanz beginnt bei null in der X, Y-Ebene an dem radial äußersten aerodynamischen Leitschaufelabschnitt. Dieser Z-Abstand, d.h. Z = 0, ist auf einem Radius von 17,322 Zoll von der Verdichtermittellinie entfernt angeordnet. Die X-Achse liegt parallel zu der Rotormittellinie, d.h. der Drehachse des Verdichters. Durch Definition von X- und Y-Koordinatenwerten an ausgewählten Stellen bzw. Positionen in einer zu der X, Y-Ebene senkrechten Z-Richtung kann das Profil des Schaufelblatts 18 festgelegt werden. Durch Verbindung der X- und Y-Werte mit glatten oder fließend fortgesetzten Bögen, wird jeder Profilabschnitt in jedem Abstand Z festgesetzt. Die Oberflächenprofile an den verschiedenen Oberflächenstellen zwischen den Abständen Z werden in einer sanften oder fließenden Weise miteinander verbunden, um das Schaufelblatt zu bilden. Die Tabellenwerte, wie sie in der Tabelle I nachstehend angegeben sind, sind in Zoll ausgedrückt und stellen Schaufelblattprofile unter Umgebungsbedingungen in betriebsfreien oder nicht-heißen Zuständen dar und sind für ein unbeschichtetes Schaufelblatt angegeben. Die Vorzeichenkonvention weist einen positiven Wert Z in einer radial nach innen weisenden Richtung und positive sowie negative Werte für die X- und Y-Koordinatenwerte zu, wie sie gewöhnlich in kartesischen Koordinatensystemen verwendet werden.

Die 1,232-Punkte stellen ein nominelles Kalt- oder Raumtemperaturprofil für jeden Querschnitt des Schaufelblatts dar.

Es gibt typische Herstellungstoleranzen sowie Beschichtungen, die bei dem tatsächlichen Profil des Schaufelblatts berücksichtigt werden müssen. Demgemäß sind die in Tabelle I angegebenen Werte für das Profil für ein nominelles Schaufelblatt vorgesehen. Es versteht sich ohne Weiteres, das typische Herstellungstoleranzen, d.h. ± Werte, und Beschichtungsdicken zu den in Tabelle I nachstehend angegebenen X-, Y-Werten addiert oder subtrahiert werden können. Demgemäß definiert eine Strecke oder Distanz von ± 0,100 Zoll in einer zu einer beliebigen Oberflächenposition senkrechten Richtung entlang des Schaufelblattprofils eine Schaufelblattprofilhülle oder – hüllkurve für diese bestimmte Schaufelblattkonstruktion und diesen speziellen Verdichter. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Leitschaufelblattprofile, wie sie nachstehend in Tabelle I angegeben sind, für die Leitschaufeln der zehnten Stufe des Verdichters vorgesehen.

Die nachstehend in Tabelle I wiedergegebenen Koordinatenwerte sind in Zoll angegeben und ergeben die bevorzugte nominelle Profilhülle.

TABELLE I

Es versteht sich, dass das in der obigen Tabelle offenbarte Schaufelblatt zur Verwendung in anderen ähnlichen Verdichterkonstruktionen geometrisch auf- oder abskaliert werden kann. Demgemäß können die in Tabelle I angegebenen Koordinatenwerte proportional vergrößert oder verkleinert werden, so dass die Profilgestalt des Schaufelblatts unverändert bleibt. Eine skalierte Version der Koordinaten nach Tabelle I würde durch die X-, Y- und Z-Koordinatenwerte gekennzeichnet sein, die mit derselben Konstante oder Zahl multipliziert oder durch dieselbe Konstante oder Zahl dividiert sind.

Während die Erfindung in Verbindung mit einem Beispiel beschrieben worden ist, das als die momentan praktikabelste und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern dass im Gegenteil die Absicht besteht, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen mit zu umfassen, die in dem Rahmen und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind.

Statorleitschaufeln der zehnten Stufe für einen Verdichter weisen Schaufelblattprofile auf, die im Wesentlichen den kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z entsprechen, wie sie in Tabelle I in Zoll angegeben sind, wobei die Z-Koordinatenwerte senkrechte Abstände zu Ebenen darstellen, die zu einem Radius von der Verdichtermittellinie senkrecht ausgerichtet. sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei der Z-Wert in der X, Y-Ebene in einem radial aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts bei null beginnt. X und Y sind Koordinatenwerte, die das Schaufelblattprofil in jedem Abstand Z definieren. Die X-, Y-, Z-Werte können skaliert werden, um einen auf skalierten oder abskalierten Schaufelblattabschnitt für jede Statorleitschaufel zu schaffen.

10
Verdichter
12
Zehnte Stufe
13
Leitschaufeln
14
Laufschaufeln
16
Rotor
18
Schaufelblätter
20
Vorderkanten
22
Hinterkanten


Anspruch[de]
Leitschaufel (13) für einen Verdichter (10) mit einem Schaufelblatt (18), wobei das Schaufelblatt eine Gestalt in einer Umhüllung innerhalb von ± 0,100 Zoll in einer zu einer beliebigen Stelle der Schaufelblattoberfläche senkrechten Richtung aufweist, wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes nominelles Profil im Wesentlichen gemäß den kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z aufweist, wie sie in Tabelle I in Zoll angegeben sind, wobei die Z-Koordinatenwerte senkrechte Abstände zu Ebenen darstellen, die zu einem Radius von der Verdichtermittellinie senkrecht ausgerichtet sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei die Z-Werte in der X, Y-Ebene an einem radial aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts bei null beginnen und X sowie Y Koordinatenwerte darstellen, die, wenn sie durch glatt fortgesetzte Bögen miteinander verbunden werden, das Schaufelblattprofil in jedem Abstand Z definieren, wobei die Profile in den Z-Abständen fließend miteinander verbunden sind, um die vollständige Schaufelblattgestalt zu bilden. Leitschaufel nach Anspruch 1, die Teil einer zehnten Stufe (12) eines Verdichters bildet. Leitschaufel nach Anspruch 1, wobei der Wert Z = 0 in einem radialen Abstand von 17,322 Zoll von der Verdichtermittellinie beginnt und die Z-Werte in einer radial nach außen weisenden Richtung in Tabelle I zunehmend positiv sind. Leitschaufel (13) für einen Verdichter (10) mit einem Schaufelblatt (18), wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes nominelles Schaufelblattprofil im Wesentlichen gemäß den kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z aufweist, wie sie in Tabelle I in Zoll angegeben sind, wobei die Z-Koordinatenwerte senkrechte Abstände zu Ebenen darstellen, die zu einem Radius von der Verdichtermittellinie senkrecht ausgerichtet sind und die X- und Y = Werte enthalten, wobei die Z-Werte in der X, Y-Ebene in einem radial aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts bei null beginnen und X und Y Koordinatenwerte darstellen, die, wenn sie durch glatt fortlaufende Bögen miteinander verbunden sind, das Schaufelblattprofil in jedem Abschnitt Z definieren, wobei die Profile in den Z-Abständen fließend miteinander verbunden sind, um das vollständige Schaufelblattprofil zu bilden, wobei die X-, Y- und Z-Werte in Abhängigkeit von derselben Konstante oder Zahl skaliert sind, um ein proportional vergrößertes oder proportional verkleinertes Verdichterschaufelblatt zu ergeben. Leitschaufel nach Anspruch 4, die einen Teil der zehnten Stufe (12) des Verdichters bildet. Leitschaufel nach Anspruch 4, wobei der Wert Z = 0 in einem radialen Abstand von 17,322 Zoll von der Verdichtermittellinie beginnt und die Z-Werte in einer radial nach außen weisenden Richtung zunehmend positiv sind. Verdichter (10) mit mehreren Leitschaufeln (13), die einen Teil einer Verdichterstufe bilden, wobei jede der Leitschaufeln in der Form eines Schaufelblatts (18) innerhalb von ± 0,100 Zoll in einer zu einer beliebigen Stelle der Schaufelblattoberfläche senkrechten Richtung ausgebildet sind, wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes nominelles Profil im Wesentlichen gemäß den kartesischen Koordinatenwerten X, Y und Z, wie sie in Tabelle I in Zoll angegeben sind, aufweist, wobei die Z-Koordinatenwerte senkrechte Abstände zu Ebenen darstellen, die zu einem Radius von der Verdichtermittellinie senkrecht ausgerichtet sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei die Z-Werte in der X, Y-Ebene an einem radial aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts bei null beginnen und X sowie Y Koordinatenwerte darstellen, die, wenn sie durch sich glatt fortsetzende Bögen miteinander verbunden sind, das Schaufelblattprofil in jedem Abstand Z definieren, wobei die Profile in den Z-Abständen fließend miteinander verbunden werden, um die vollständige Schaufelblattform zu bilden. Verdichter nach Anspruch 7, wobei die Verdichterstufe die zehnte Stufe (12) ist. Verdichter nach Anspruch 7, wobei der Wert Z = 0 in einem radialen Abstand von 17,322 Zoll von der Verdichtermittellinie beginnt und die Z-Werte in einer radial nach außen gerichteten Richtung zunehmend positiv sind. Verdichter (10) mit mehreren Leitschaufeln (13), die einen Teil einer Verdichterstufe bilden, wobei jede der Leitschaufeln in der Gestalt eines Schaufelblatts (18) innerhalb von ± 0,100 Zoll in einer zu einer beliebigen Stelle der Schaufelblattoberfläche senkrechten Richtung ausgebildet ist, wobei das Schaufelblatt ein unbeschichtetes nominelles Profil im Wesentlichen gemäß den kartesischen Koordinatenwerten X, Y, Z, wie sie in Tabelle I in Zoll angegeben sind, aufweist, wobei die Z-Koordinatenwerte senkrechte Abstände zu Ebenen darstellen, die senkrecht zu einem Radius von der Verdichtermittellinie ausgerichtet sind und die X- und Y-Werte enthalten, wobei die Z-Werte in der X, Y-Ebene in einem radial aerodynamischen Abschnitt des Schaufelblatts bei null beginnen und X sowie Y Koordinatenwerte darstellen, die, wenn sie durch sich glatt fortsetzende Bögen miteinander verbunden sind, das Schaufelblattprofil in jedem Abstand Z definieren, wobei die Profile in den Z-Abständen miteinander fließend verbunden sind, um die vollständige Schaufelblattgestalt zu bilden.






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