Abstract

Długie łopatki turbin parowych konstruuje się zasadniczo jako łopatki pełne o przekroju malejącym od stopy do wierzchołka. Dla danego materiału i danej prędkości obrotowej turbiny, dopuszczalna długość łopatki zależy od współczynnika wyrażającego rzeczywistą redukcję masy i związanej z nią siły odśrodkowej wirującej łopatki, w porównaniu z łopatką cylindryczną o tym samym przekroju w stopie. Redukcja ta jest tym skuteczniejsza im bardziej przybliża się model łopatki do postaci równej wytrzymałości. Cel ten można osiągnąć opierając się na nowej koncepcji konstrukcji łopatki, która polega na wykonaniu łopatki jako złożonej z dwóch piór, z których jedno tworzy wypukłą, a drugie wklęsłą powierzchnię łopatki, Ponieważ naprężenie rozciągające przy wierzchołku łopatki maleje do zera, można przyjąć tam bardzo małą grubość obu piór, idąc w kierunku stopy, na przykład, 1 do 1,5 mm. Grubość ta pozostaje stała aż do przekroju, w którym naprężenie rozciągające-osiąga dopuszczalną wartość, a następnie przyrasta zgodnie z warunkiem zachowania i stałego naprężenia. W rezultacie wewnątrz łopatki tworzy się komora o charakterystycznym kształcie, początkowo rozszerzająca się stopniowo od wierzchołka w kierunku stopy, a następnie malejąca do rozmiarów wąskiej szczeliny przy samej stopie. W takim modelu siła odśrodkowa łopatki działająca na obwodzie wirnika oraz naprężenie rozciągające przy stopie łopatki maleją w porównaniu z pełną łopatką o konwencjonalnej konstrukcji; przy takim samym zaś naprężeniu rozciągającym w stopie łopatki dopuszczalna długość w kierunku promieniowym rośnie, co w efekcie pozwala powiększyć powierzchnię wylotową ostatniego stopnia. Nowa konstrukcja długich łopatek daje również inne korzyści, przede wszystkim wyższe częstości drgań własnych oraz większą swobodę w doborze stosunku cięciwy profilu do podziałki przy większych promieniach oraz samych profili łopatki, w szczególności z zaokrąglonymi krawędziami na wlocie.