Patent Application: US-43032603-A

Abstract:
the second stage buckets have airfoil profiles substantially in accordance with cartesian coordinate values of x , y and z set forth table i wherein x , y and z values are in inches . z represents a distance in inches from and perpendicular to a plane passing through the engine centerline . x and y are distances in inches which , when connected by smooth continuous arcs , define airfoil profile sections at each distance z . the profile sections at the z distances are joined smoothly with one another to form the complete airfoil shape . the x and y distances and optionally the z distance may be scalable as a function of the same constant or number to provide a scaled up or scaled down airfoil section for the bucket . the nominal airfoil given by the x , y and z distances lies within an envelop of ± 0 . 016 inches .

Description:
referring now to fig1 there is illustrated a portion of a turbine generally designated 10 in which a second stage turbine bucket 22 having an airfoil profile 23 as defined herein may be utilized . turbine 10 includes a rotor 12 having first , second and third stage rotor wheels 14 , 16 and 18 having buckets 20 , 22 and 24 in conjunction with the respective stator vanes 26 , 28 and 30 of the various stages of the rotor . it will be appreciated that a three stage turbine is illustrated . the second stage comprises the rotor wheel 16 on which buckets 22 are mounted in axial opposition to the upstream stator vanes 28 . it will be appreciated that a plurality of the buckets 22 are spaced circumferentially one from the other about the second stage wheel 16 and in this instance there are ninety - two buckets mounted on the second stage wheel 16 . referring now to fig5 and 6 , there are illustrated buckets 22 of the second stage . each bucket 22 includes a bucket airfoil 30 mounted on a platform 32 , the bucket further including a shank 34 and a dovetail 36 . adjacent the tip of the airfoil 30 is a shroud 38 mounting a seal 40 and a cutter tooth 42 . the shroud 38 lies in radial opposition to a fixed shroud forming part of the stationary casing of the turbine . the seals 40 are provided to seal between high and lower pressure regions on opposite sides of the airfoils which lie in the hot gas path of the turbine . the cutter tooth 42 on each shroud typically forms a wider groove in the fixed shroud to permit slight leakage flows past the seal 40 . referring to fig2 and 9 , the shrouds 38 have leading and trailing edges in a circumferential direction which engage the trailing and leading edges , respectively , of adjacent shrouds . the shrouds are not mechanically connected one to the other but are shaped to maintain engagement . it has been discovered that the leading and trailing edges of adjacent shrouds may have engagements which mismatch , which among other things , adversely impact the part life . for example , the shrouds may have a tendency to shingle relative to one another . that is , the trailing edge of one shroud may overlie or underlie the leading edge of an adjacent shroud , as illustrated in fig8 and 9 , with adverse consequences . the bucket airfoil has particular effect on the shroud engagement and the present airfoil profile reduces local creep and increases high cycle fatigue margin in the airfoil , ultimately leading to higher part life . a cartesian coordinate system of x , y and z values given in table i defines the profile of airfoil 30 . the coordinate values for the x , y and z coordinates are set forth in inches in table i although other units of dimensions may be used . the cartesian coordinate system has orthogonally - related x , y and z axes . the z axis extends perpendicular to a plane passing through the axis of rotation of the turbine rotor and normal to a plane containing the x and y values . the coordinate values for z in table i represent distances in inches from and perpendicular to a plane passing through the axis of rotation of the turbine . the x axis extends in a direction parallel to the turbine rotor centerline and the y axis extends in a tangential direction . by defining x and y coordinate values at selected locations in a z direction normal to the x , y plane , the profile of airfoil 40 can be ascertained . by connecting the x and y values with smooth continuing arcs , each profile section at each distance z is fixed . the surface profiles of the various surface locations between the distances z are determined by smoothly connecting the adjacent profile sections to one another to form the airfoil shape . these values represent the airfoil profiles at ambient , non - operating or non - hot conditions and are for an uncoated airfoil . the table i values are generated and shown to three decimal places for determining the profile of the airfoil . there are typical manufacturing tolerances as well as coatings which must be accounted for in the actual profile of the airfoil . accordingly , the values for the profile given in table i are for a nominal airfoil . it will therefore be appreciated that ± typical manufacturing tolerances , i . e ., ± values , including any coating thicknesses , are additive to the x and y values given in table i below . accordingly , a distance of ± 0 . 016 inches in a direction normal to any surface location along the airfoil profile defines an airfoil profile envelope for this particular bucket airfoil design and turbine . the coordinate values given in table i below provide the preferred nominal profile envelope ranging from 10 - 90 % span of the airfoil height . table i x ( 10 %) y ( 10 %) z ( 10 %) x ( 20 %) y ( 20 %) z ( 20 %) − 0 . 4223 0 . 1413 40 . 213 − 1 . 456 0 . 6117 41 . 4 − 0 . 1007 0 . 8256 40 . 213 − 1 . 5812 0 . 2658 41 . 4 − 1 . 6189 0 . 0838 40 . 213 − 0 . 7133 0 . 3439 41 . 4 0 . 2487 0 . 5905 40 . 213 − 1 . 4023 0 . 2375 41 . 4 − 1 . 0913 0 . 1732 40 . 213 − 1 . 1368 0 . 8641 41 . 4 − 1 . 4158 0 . 081 40 . 213 − 0 . 4471 0 . 975 41 . 4 − 1 . 6613 0 . 1579 40 . 213 − 0 . 3129 0 . 2331 41 . 4 − 1 . 4392 0 . 5352 40 . 213 − 0 . 2371 0 . 1983 41 . 4 − 0 . 9176 0 . 8859 40 . 213 − 0 . 5478 0 . 9912 41 . 4 − 0 . 5872 0 . 1774 40 . 213 − 0 . 0903 0 . 1193 41 . 4 − 1 . 1964 0 . 7378 40 . 213 − 1 . 5727 0 . 4498 41 . 4 − 0 . 1837 0 . 0569 40 . 213 − 0 . 6497 0 . 9968 41 . 4 − 1 . 6565 0 . 2049 40 . 213 − 1 . 2234 0 . 8101 41 . 4 − 0 . 7135 0 . 9382 40 . 213 − 0 . 3483 0 . 9493 41 . 4 − 1 . 2812 0 . 6749 40 . 213 − 1 . 5211 0 . 533 41 . 4 − 1 . 6274 0 . 2939 40 . 213 − 1 . 2083 0 . 3012 41 . 4 − 1 . 0078 0 . 1859 40 . 213 − 0 . 6309 0 . 3313 41 . 4 − 0 . 755 0 . 1953 40 . 213 − 0 . 1592 0 . 8728 41 . 4 − 0 . 9238 0 . 1939 40 . 213 − 1 . 3056 0 . 7495 41 . 4 − 1 . 6484 0 . 1129 40 . 213 0 . 0171 0 . 7701 41 . 4 − 1 . 4562 0 . 0703 40 . 213 − 1 . 2872 0 . 2744 41 . 4 − 0 . 2619 0 . 0888 40 . 213 − 1 . 0457 0 . 3381 41 . 4 − 1 . 4974 0 . 0637 40 . 213 − 1 . 6038 0 . 3085 41 . 4 − 1 . 2556 0 . 1344 40 . 213 − 0 . 0193 0 . 0756 41 . 4 − 1 . 3621 0 . 6072 40 . 213 − 1 . 5486 0 . 4925 41 . 4 − 0 . 6708 0 . 1888 40 . 213 − 0 . 8797 0 . 3525 41 . 4 − 0 . 8169 0 . 9174 40 . 213 − 1 . 6039 0 . 3573 41 . 4 − 1 . 5392 0 . 062 40 . 213 − 0 . 7964 0 . 351 41 . 4 0 . 0809 0 . 7183 40 . 213 − 0 . 4692 0 . 291 41 . 4 − 0 . 5042 0 . 1616 40 . 213 − 0 . 963 0 . 3483 41 . 4 − 1 . 5762 0 . 3751 40 . 213 − 0 . 8524 0 . 9748 41 . 4 − 0 . 0317 − 0 . 0166 40 . 213 − 0 . 7517 0 . 9914 41 . 4 − 0 . 8394 0 . 197 40 . 213 − 1 . 592 0 . 4048 41 . 4 − 1 . 0146 0 . 8445 40 . 213 0 . 1004 0 . 711 41 . 4 − 1 . 1076 0 . 7948 40 . 213 − 1 . 3659 0 . 2469 41 . 4 − 0 . 3986 0 . 9296 40 . 213 − 1 . 4396 0 . 2316 41 . 4 − 1 . 336 0 . 1086 40 . 213 − 0 . 5494 0 . 3136 41 . 4 − 0 . 1967 0 . 8691 40 . 213 0 . 0501 0 . 0294 41 . 4 − 1 . 6018 0 . 3353 40 . 213 0 . 258 0 . 5812 41 . 4 − 0 . 6085 0 . 9472 40 . 213 − 0 . 1629 0 . 1603 41 . 4 − 1 . 174 0 . 1559 40 . 213 0 . 3326 0 . 5115 41 . 4 − 0 . 0081 0 . 7749 40 . 213 − 1 . 0457 0 . 9103 41 . 4 − 0 . 5031 0 . 9442 40 . 213 0 . 1807 0 . 6479 41 . 4 − 0 . 3415 0 . 117 40 . 213 − 0 . 3902 0 . 2641 41 . 4 0 . 1664 0 . 6565 40 . 213 − 1 . 1276 0 . 3224 41 . 4 − 1 . 6437 0 . 2505 40 . 213 − 0 . 2522 0 . 9148 41 . 4 − 1 . 5806 0 . 0676 40 . 213 − 0 . 0694 0 . 8242 41 . 4 0 . 328 0 . 5208 40 . 213 − 1 . 5147 0 . 2329 41 . 4 − 0 . 2962 0 . 9042 40 . 213 − 1 . 4772 0 . 2296 41 . 4 − 1 . 5117 0 . 4585 40 . 213 − 1 . 3832 0 . 6832 41 . 4 − 0 . 1069 0 . 0218 40 . 213 − 1 . 5506 0 . 2441 41 . 4 0 . 6185 0 . 215 40 . 213 − 0 . 9507 0 . 9475 41 . 4 1 . 8176 − 1 . 7672 40 . 213 1 . 4833 − 1 . 5812 41 . 4 0 . 2543 − 0 . 1957 40 . 213 0 . 9639 − 0 . 2882 41 . 4 1 . 3994 − 1 . 4266 40 . 213 0 . 2496 − 0 . 1214 41 . 4 0 . 4043 0 . 448 40 . 213 1 . 5292 − 1 . 6508 41 . 4 0 . 4538 − 0 . 3517 40 . 213 1 . 2462 − 1 . 2383 41 . 4 0 . 9321 − 0 . 8278 40 . 213 0 . 8906 − 0 . 7756 41 . 4 0 . 9872 − 0 . 8917 40 . 213 1 . 4369 − 1 . 5119 41 . 4 0 . 8755 − 0 . 1196 40 . 213 1 . 4189 − 1 . 0863 41 . 4 1 . 4957 − 1 . 5654 40 . 213 0 . 4047 0 . 4391 41 . 4 1 . 4703 − 1 . 1153 40 . 213 0 . 5418 0 . 2879 41 . 4 1 . 2686 − 0 . 7446 40 . 213 0 . 7827 − 0 . 6484 41 . 4 1 . 8161 − 1 . 8444 40 . 213 1 . 7327 − 1 . 7285 41 . 4 1 . 5429 − 1 . 6354 40 . 213 1 . 5566 − 1 . 3599 41 . 4 1 . 6191 − 1 . 3946 40 . 213 1 . 3717 − 0 . 9957 41 . 4 0 . 9356 − 0 . 2063 40 . 213 1 . 2752 − 0 . 8157 41 . 4 1 . 8269 − 1 . 806 40 . 213 0 . 6707 0 . 1295 41 . 4 0 . 7505 0 . 0505 40 . 213 0 . 851 − 0 . 1181 41 . 4 1 . 7879 − 1 . 8727 40 . 213 1 . 1242 − 0 . 5493 41 . 4 0 . 5494 0 . 2949 40 . 213 0 . 118 − 0 . 019 41 . 4 0 . 7609 − 0 . 6411 40 . 213 1 . 6436 − 1 . 8123 41 . 4 1 . 0949 − 1 . 0218 40 . 213 1 . 1478 − 1 . 1037 41 . 4 0 . 0421 − 0 . 0576 40 . 213 1 . 6014 − 1 . 4517 41 . 4 1 . 2504 − 1 . 2218 40 . 213 1 . 5112 − 1 . 2684 41 . 4 1 . 1075 − 0 . 4721 40 . 213 1 . 7287 − 1 . 7901 41 . 4 0 . 8138 − 0 . 0339 40 . 213 0 . 6142 − 0 . 4635 41 . 4 1 . 4207 − 1 . 0221 40 . 213 1 . 0469 − 0 . 9709 41 . 4 1 . 6812 − 1 . 8477 40 . 213 1 . 6892 − 1 . 636 41 . 4 0 . 4781 0 . 3726 40 . 213 0 . 9081 − 0 . 2027 41 . 4 0 . 3222 − 0 . 2459 40 . 213 0 . 3133 − 0 . 1752 41 . 4 1 . 5695 − 1 . 3016 40 . 213 0 . 9434 − 0 . 8401 41 . 4 1 . 6353 − 1 . 7767 40 . 213 1 . 7386 − 1 . 7598 41 . 4 0 . 819 − 0 . 7024 40 . 213 0 . 7924 − 0 . 0345 41 . 4 1 . 5894 − 1 . 7059 40 . 213 0 . 4973 − 0 . 3447 41 . 4 1 . 0514 − 0 . 3827 40 . 213 1 . 6455 − 1 . 5438 41 . 4 0 . 1143 − 0 . 1013 40 . 213 1 . 7054 − 1 . 8119 41 . 4 0 . 1851 − 0 . 1474 40 . 213 1 . 6202 − 1 . 7906 41 . 4 0 . 6416 − 0 . 5216 40 . 213 1 . 0718 − 0 . 4616 41 . 4 0 . 9942 − 0 . 2941 40 . 213 0 . 3758 − 0 . 2305 41 . 4 1 . 7107 − 1 . 8746 40 . 213 0 . 7274 − 0 . 586 41 . 4 1 . 3708 − 0 . 9291 40 . 213 0 . 5563 − 0 . 4036 41 . 4 1 . 3202 − 0 . 8366 40 . 213 1 . 3899 − 1 . 443 41 . 4 0 . 876 − 0 . 7646 40 . 213 0 . 7323 0 . 0481 41 . 4 1 . 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y ( 30 %) z ( 30 %) x ( 40 %) y ( 40 %) z ( 40 %) − 1 . 0013 0 . 4872 42 . 597 − 1 . 0081 1 . 107 43 . 784 − 0 . 6898 1 . 071 42 . 597 − 1 . 2735 0 . 5551 43 . 784 − 0 . 7887 1 . 0678 42 . 597 − 0 . 6281 1 . 1421 43 . 784 − 1 . 0826 0 . 4754 42 . 597 − 1 . 4061 0 . 8458 43 . 784 − 1 . 3992 0 . 7693 42 . 597 − 1 . 4354 0 . 5665 43 . 784 − 0 . 8867 1 . 0537 42 . 597 − 1 . 3061 0 . 5503 43 . 784 − 1 . 3254 0 . 8353 42 . 597 − 1 . 0378 0 . 6098 43 . 784 − 1 . 2467 0 . 8953 42 . 597 − 1 . 4905 0 . 6248 43 . 784 − 0 . 9824 1 . 0286 42 . 597 − 0 . 9152 1 . 1323 43 . 784 − 1 . 4653 0 . 6958 42 . 597 − 1 . 484 0 . 7212 43 . 784 − 1 . 0748 0 . 9931 42 . 597 − 1 . 4045 0 . 5555 43 . 784 − 1 . 1631 0 . 9483 42 . 597 − 1 . 4629 0 . 5846 43 . 784 − 0 . 3056 0 . 9849 42 . 597 − 1 . 1951 0 . 5743 43 . 784 − 0 . 4937 1 . 046 42 . 597 − 1 . 4369 0 . 8074 43 . 784 0 . 0356 0 . 7857 42 . 597 − 1 . 372 0 . 5502 43 . 784 − 0 . 2186 0 . 2908 42 . 597 − 1 . 339 0 . 5486 43 . 784 − 0 . 9194 0 . 4926 42 . 597 − 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357 1 . 1598 − 0 . 8882 48 . 544 0 . 7533 − 0 . 0778 49 . 742 1 . 2774 − 1 . 4112 47 . 357 1 . 1968 − 0 . 9665 48 . 544 0 . 7246 − 0 . 5039 49 . 742 1 . 3922 − 1 . 3364 47 . 357 0 . 9539 − 0 . 8913 48 . 544 0 . 8298 − 0 . 2286 49 . 742 1 . 4365 − 1 . 4483 47 . 357 0 . 7754 − 0 . 1116 48 . 544 1 . 1231 − 0 . 8378 49 . 742 1 . 3542 − 1 . 2561 47 . 357 1 . 3075 − 1 . 2017 48 . 544 0 . 9578 − 0 . 8963 49 . 742 1 . 1967 − 1 . 2787 47 . 357 1 . 3443 − 1 . 2802 48 . 544 0 . 8806 − 0 . 7652 49 . 742 1 . 3407 − 1 . 5 47 . 357 1 . 2915 − 1 . 4414 48 . 544 0 . 9047 − 0 . 3802 49 . 742 1 . 2779 − 1 . 0955 47 . 357 1 . 2688 − 1 . 4186 48 . 544 1 . 111 − 1 . 1592 49 . 742 1 . 403 − 1 . 5009 47 . 357 1 . 3875 − 1 . 3901 48 . 544 0 . 7918 − 0 . 1532 49 . 742 1 . 1157 − 1 . 1465 47 . 357 1 . 3225 − 1 . 4501 48 . 544 0 . 6851 − 0 . 4389 49 . 742 1 . 2013 − 0 . 9351 47 . 357 1 . 3775 − 1 . 4208 48 . 544 1 . 0511 − 0 . 6849 49 . 742 1 . 2397 − 1 . 0153 47 . 357 1 . 3539 − 1 . 4426 48 . 544 0 . 8675 − 0 . 3043 49 . 742 1 . 4303 − 1 . 4167 47 . 357 1 . 1905 − 1 . 2866 48 . 544 1 . 3339 − 1 . 3596 49 . 742 1 . 3161 − 1 . 1758 47 . 357 1 . 2706 − 1 . 1233 48 . 544 1 . 248 − 1 . 3798 49 . 742 1 . 2372 − 1 . 345 47 . 357 1 . 2337 − 1 . 0449 48 . 544 1 . 3102 − 1 . 3814 49 . 742 1 . 3718 − 1 . 5086 47 . 357 1 . 1512 − 1 . 2206 48 . 544 1 . 2789 − 1 . 3887 49 . 742 1 . 1563 − 1 . 2125 47 . 357 1 . 3811 − 1 . 3586 48 . 544 1 . 3439 − 1 . 3289 49 . 742 1 . 4266 − 1 . 479 47 . 357 1 . 2296 − 1 . 3526 48 . 544 1 . 3375 − 1 . 2974 49 . 742 it will also be appreciated that the airfoil disclosed in the above table may be scaled up or down geometrically for use in other similar turbine designs . consequently , the coordinate values set forth in table i may be scaled upwardly or downwardly such that the airfoil section shape remains unchanged . a scaled version of the coordinates in table i would be represented by x , y and , optionally , z coordinate values multiplied or divided by the same constant or number . while the invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment , it is to be understood that the invention is not to be limited to the disclosed embodiment , but on the contrary , is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims .