ES2205410T3 - Dispositivo de refrigeracion o de calentamiento de un carter circular. - Google Patents

Abstract

EL CARTER ES CALENTADO O ENFRIADO PARA AJUSTAR SU DIAMETRO Y PARTICULARMENTE, JUEGOS ENTRE EXTREMOS DE ALABES GIRATORIOS Y EL MISMO. EL DISPOSITIVO SE COMPONE DE REDES DE TUBOS (1) QUE SE EXTIENDEN SOBRE PORCIONES COMPLEMENTARIAS DE CIRCUNFERENCIA DEL CARTER Y COMPUESTOS POR UN PAR DE DISTRIBUIDORES (3) Y DE TUBOS PARALELOS (2) ENTRE ESTOS DISTRIBUIDORES, ESTANDO LOS TUBOS (2) ALTERNATIVAMENTE CONECTADOS A UNO DE LOS DISTRIBUIDORES O AL OTRO, ESTANDO PROVISTOS DE ORIFICIOS DE SOPLADO DE GAS HACIA EL CARTER. LA CIRCULACION A CONTRACORRIENTE EN LOS TUBOS (2) PERMITE SOPLAR SOBRE CADA UNA DE LAS GENERATRICES DEL CARTER A LA VEZ GAS FUERTMENTE CALENTADO POR UN TRAYECTO MAS LARGO EN LOS TUBOS (2) Y GAS MAS FRESCO QUE HA RECORIDO UN TRAYECTO MAS CORTO EN OTROS TUBOS (2), LO QUE EQUILIBRA EL APORTE DE CALOR EN CADA UNA DE LAS PORCIONES DEL CARTER.

Description

Dispositivo de refrigeración o de calentamiento de un cárter circular.

La invención se refiere a un dispositivo de enfriamiento o de calentamiento de un cárter circular.

El deseo de aumentar los rendimientos de los motores es hoy día general. En aeronáutica, un medio de conseguir esto consiste en reducir todo lo posible las holguras entre el rotor y el estator, especialmente en el lugar de los extremos libres de los álabes giratorios del rotor y de las superficies interiores del cárter que están frente a ellos. Se han concebido ya medios para conseguir esto, especialmente haciendo variar el diámetro del cárter. El procedimiento más habitual consiste en imponerle dilataciones o contracciones de origen térmico soplando sobre su superficie exterior, opuesta al chorro de flujo de los gases, gas tomado de otras partes de la máquina y que se encuentra a la temperatura deseada para calentar o enfriar el cárter, según el caso.

Sin embargo, es fundamental obtener una gran uniformidad de temperatura en toda la superficie del cárter. Un dispositivo ya empleado consiste en disponer alrededor del cárter dos redes de tubos semicirculares, extendiéndose, por tanto, cada una de las redes en una semicircunferencia del cárter, y estando alimentada por un conducto, que es conectado a una caja distribuidora empalmada a cada uno de los tubos de la red, en la mitad de su longitud. El gas se dispersa, por tanto, por el interior de los tubos de la red recorriéndolos hacia sus extremos a partir de la mitad, y los abandona a través de los orificios dirigidos hacia el cárter. Esta construcción explica que estos tubos sean denominados "collarines de ducha". Un dispositivo de este tipo está descrito en el documento EP-A-541325.

Si bien un dispositivo de este tipo asegura realmente un soplado de gas repartido casi uniformemente en toda la superficie del cárter, éste, sin embargo, no consigue imponerle un diámetro uniforme, porque se constata que el gas se calienta durante el recorrido por el interior de los tubos y, por tanto, puede ceder más calor al llegar a los extremos de los tubos que cerca de las cajas distribuidoras; el cárter, calentado cada vez más al alejarse de las generatrices situadas delante de las cajas distribuidoras, toma, por tanto, una forma ovoide cuyo diámetro mayor está situado en las generatrices de empalme de las redes de tubos. El dispositivo objeto de la invención tiene la función de asegurar un calentamiento o, por el contrario, un enfriamiento, mucho más uniforme de un cárter de sección circular. Éste comprende, como el dispositivo conocido, una red de distribución de gas a los distribuidores que se conectan a redes de tubos que rodean el cárter en partes respectivas de las circunferencias; en lugar de que un distribuidor esté empalmado a la parte media de las redes de tubos, se disponen dos distribuidores en los extremos de las redes, empalmándose cada uno de estos dos distribuidores a un grupo respectivo de los tubos de la red considerada; el gas recorre los dos grupos de tubos en sentidos opuestos, lo que equilibra las aportaciones de calor a lo largo de la circunferencia, estando sometida cada generatriz a un doble soplado de gas, en el que el primero, originario de uno de los grupos de tubos de la red, está tanto más caliente cuanto que el otro, originario del otro grupo, está más frío.

Se encuentran, por tanto, el doble de distribuidores que de redes de tubos, teniendo cada par de redes de tubos consecutivas dos distribuidores adyacentes. En tales circunstancias, es ventajoso hacer desembocar un único conducto de distribución de gas a la vez en los dos distribuidores de estos pares, a condición de asegurar una unión conveniente de estos distribuidores, que pueden estar sometidos a desplazamientos de naturaleza imprevisible a causa de las deformaciones de origen térmico. Se propone unirlos por un manguito que comprende dos extremos en porción de esfera abierta y en apoyo deslizante dentro de casquillos que delimitan los distribuidores y provistos de topes de retención del manguito.

Finalmente, los conductos que desembocan en un par de distribuidores son empalmados a un conducto de unión que ocupa una mitad de su sección y que se extiende, al menos, hasta uno de los casquillos atravesando una superficie de retención del citado casquillo. Este último conducto penetra ligeramente en el conducto más ancho de la red de distribución, recupera, por tanto, la mitad del caudal que sale y trasmite esta mitad de caudal al distribuidor situado más allá del casquillo de unión; la otra mitad del caudal de gas sale del conducto de distribución alrededor del conducto de unión y entra en el otro distribuidor. El conducto de unión que tiene una sección mitad menor que la del conducto de distribución, al cual está conectado con holgura, completa, por tanto, el dispositivo cuyo objeto es igualar el calentamiento o el enfriamiento.

Un perfeccionamiento posible consiste en dotar al dispositivo con una válvula de mando del caudal de gas de calentamiento o de enfriamiento, que es gobernada por un calculador en función de los regímenes alcanzados por la máquina. En el caso considerado, principalmente, de un soplado de gas frío sobre el cárter, es ventajoso, especialmente, reducir el caudal de gas soplado durante el arranque: si en este momento se aplica un caudal grande, mientras que la máquina está todavía fría, el cárter se calienta mucho más lentamente que el rotor y sus álabes, cuyos extremos se dilatan hasta el punto de rozar contra la pared interna del cárter. Esta pared está guarnecida normalmente con una capa de material blando, denominada abrasible, que se erosiona bajo el efecto del rozamiento y evita el dañado de los álabes del rotor, pero la holgura que reaparece entre estos y la capa abrasible ya erosionada aumenta cuando a su vez el cárter se calienta y se dilata. Se trata, por tanto, de evitar este resultado.

Se va a describir ahora la invención más en detalle con la ayuda de las figuras siguientes, que se adjuntan a título ilustrativo y no limitativo:

\bullet la figura 1 es una vista general del dispositivo,

\bullet la figura 2 es un corte de las redes de tubos que ilustra su modo de funcionamiento y su emplazamiento,

\bullet la figura 3 es una representación en un plano del dispositivo, explicativa de su funcionamiento,

\bullet y la figura 4 ilustra el modo de unión de las cajas distribuidoras.

El dispositivo, ilustrado en su conjunto en la figura 1, tiene sensiblemente la forma de una corona que debe imaginarse colocada alrededor de un cárter cilíndrico o cónico representado en otro lugar. Esta corona está compuesta, esencialmente, por tres redes de tubos 1, idénticas y que se extienden, cada una, en un tercio de la circunferencia del cárter, formando, así, una superficie casi completamente continua. Cada una de las redes de tubos 1 comprende seis tubos 2 paralelos y en prolongación de una red a otra y termina en dos cajas distribuidoras 3 a las cuales se conectan sus tubos 2, lo que da tres pares de cajas distribuidoras 3 adyacentes situadas en los límites de las tres redes de tubos 1. Las cajas distribuidoras 3 y los tubos 2 son alimentados de gas de calentamiento o de enfriamiento por una red de conductos que comprende, en primer lugar, un conducto único 4 que se desdobla en un primer conducto 5 que se dirige hacia un primer par de cajas distribuidoras 3, en la parte superior de la figura, y en un segundo conducto 6 que a su vez se desdobla en dos conductos, de los cuales, uno 7 se extiende en la parte inferior derecha de la figura y aprovisiona un segundo par de cajas distribuidoras 3 en este lugar, mientras que el otro no es visible en la figura, pero se extiende detrás de una de las redes de tubos 1 para conectarse al tercer par de cajas distribuidoras 3, invisible también, pero situado detrás de la parte inferior izquierda de la figura. Los conductos son elegidos para que los tres pares de cajas distribuidoras 3 sean alimentadas por caudales iguales de gas a una misma temperatura: las longitudes de conducto que hay que recorrer para llegar a cada uno de los pares de cajas son todas iguales, dividiéndose el conducto único 4 en la unión de dos redes de tubos 1, y el conducto 6 en la parte media de una de estas dos redes de tubos 1; el conducto 5 se extiende aproximadamente en un tercio de la circunferencia del cárter, y el conducto 6 en un sexto de circunferencia, igual que los dos conductos en los cuales se desdobla.

La figura 2 muestra que las redes de tubos 1 están compuestas por dos chapas onduladas 8 vueltas y unidas de modo que sus ondulaciones 9 están opuestas y enfrentadas para formar los tubos 2. Las chapas onduladas 8 presentan porciones planas 10 medianeras de las ondulaciones 9, en contacto cuando las chapas 8 están ensambladas y remachadas o unidas por otro medio. Los tubos 2 están provistos de orificios 11 dirigidos hacia el cárter 12 para proyectar hacia él el gas de calentamiento o de enfriamiento. Este gas se acumula dentro de la cámara 13 anular delimitada por el cárter 12 y las redes de tubos 1, pero puede escaparse por orificios suplementarios 14 practicados a través de las porciones medianeras 10. Se han representado los ganchos 15 del cárter 12, es decir los nervios circulares a los cuales se enganchan los sectores de anillos portadores de los álabes fijos y de las superficies interiores 16 guarnecidas con una capa abrasible que rodean los álabes móviles 17 del rotor. Como estos ganchos 15 son las porciones del cárter 12 que determinan directamente las holguras en el extremo de los álabes, es útil que los tubos 2 y sus orificios 11 de soplado estén situados cada uno frente a uno de estos.

La figura 3 muestra que los conductos de distribución de gas desembocan cada uno, en una de las cajas distribuidoras 3 adyacentes de los pares mencionados anteriormente y que su contenido se expande dentro de la caja distribuidora 3 antes de que una mitad pase a la otra caja distribuidora 3 atravesando un manguito 17 que las une. Los seis tubos 2 de las redes de tubos 1 están conectados alternativamente a una de las cajas distribuidoras 3 opuestas y situadas en los extremos de estas redes, de modo que el gas fluye por tres de los tubos 2 en una dirección y por los otros tres tubos 2 en la dirección opuesta: el gas se calienta dentro de los tubos 2 como en el dispositivo anterior y sale, por tanto, por los orificios 11 a temperaturas crecientes alejándose de las cajas distribuidoras, pero si se considera una generatriz del cárter 12, ésta recibe el gas de tres tubos 2 que han recorrido un camino relativamente largo y el gas de tres tubos 2 que han recorrido un camino relativamente corto, es decir, a la vez, gas muy calentado y gas poco calentado y, por tanto, una cantidad de calor prácticamente uniforme: se consigue, así, el objetivo de la invención.

Falta describir cómo se produce la unión entre las cajas distribuidoras 3 adyacentes alimentadas por un mismo conducto. Si se vuelve temporalmente a la figura 1, se ve que las cajas distribuidoras 3 presentan protuberancias 18 hacia el exterior y en prolongación, y que los conductos de alimentación tales como 5 y 7 acaban en alineación con estas protuberancias 18 y penetran en una de ellas. Como se ve en la figura 4, las protuberancias 18 contienen, cada una, un casquillo 19 que las delimita parcialmente, estando los casquillos 19 uno frente a otro y unidos por manguitos 17; el manguito 17 termina en dos porciones esféricas 20, abiertas en sus extremos opuestos 21 y que son aptas para rodar y deslizar sobre la superficie interna de los casquillos 19. Las redes de tubos 1 y los casquillos 19 pueden, por tanto, desplazarse mutuamente sin producir más que una rotación o un movimiento deslizante del manguito 17 dentro de los casquillos 19, y sin que se rompa la estanqueidad, y todavía menos la unión entre las cajas distribuidoras 3. El manguito 17 debe, evidentemente, estar hundido suficientemente en los casquillos 19 para que su extracción sea imposible, incluso si las redes de tubos 1 se separan; por otra parte, los casquillos 19 están provistos de superficies de retención 22 que enmarcan el manguito 17 y le impiden desplazarse indefinidamente en una misma dirección, porque éste haría tope sobre ellas. Las superficies de retención 22 comprenden una abertura central 23 para permitir la entrada del gas en las cajas distribuidoras 3. Un tubo de unión 24 está soldado a una de estas aberturas 23, y la otra de las aberturas está libre. El tubo de unión 24 está conectado al conducto de alimentación tal como 5 ocupando solamente la mitad de su sección, lo que garantiza el paso de la mitad del caudal de gas dentro de la caja distribuidora 3 opuesta, a la izquierda en la figura, por el tubo de unión 24, mientras que la otra mitad del caudal se detiene contra el casquillo 19 y es impulsado a través de los tubos 2 del distribuidor 3 a la derecha. De acuerdo con un último perfeccionamiento, el caudal de gas puede ser mandado por una válvula de apertura progresiva 25, gobernada por un calculador 26 en función del régimen alcanzado, para regular el caudal de gas aplicado al dispositivo y, por tanto, la dilatación sufrida por el cárter 12. El calculador 26 puede ser informado por captadores de velocidad, de temperatura, de presión, etc., que miden magnitudes presentes en la máquina, y utiliza estas mediciones con la ayuda de tablas establecidas empíricamente o de fórmulas. Se ha representado, finalmente, el punto 27 de toma de gas por el conducto 4 de alimentación; se trata habitualmente de un punto del chorro de flujo de los gases de la máquina, del que se toma una parte del caudal de modo ampliamente conocido en la técnica.

Se han representado tres redes de tubos 1; sigue siendo posible un número diferente de redes, que se extiendan en fracciones correspondientes de la circunferencia del cárter 12; los tubos son más cortos si las redes son numerosas, lo que limita la trayectoria de los gases y, por tanto, su calentamiento, pero las
características de la invención permiten, precisamente, liberarse de las consecuencias de este calentamiento, por lo que es inútil fraccionar mucho el dispositivo.

La invención encontrará utilidad, sobre todo, en las turbinas de turbomáquinas, en las que los gases más calientes que en otro lugar la hacen más

\hbox{necesaria.}

Claims (4)

1. Dispositivo de enfriamiento o de calentamiento de un cárter circular (12), que comprende redes (1) de tubos (2) que rodean el cárter en partes respectivas de circunferencia y que comprenden distribuidores (3) de entrada de gas que se empalman a los tubos (2) y orificios (11) de salida del gas en los tubos, dirigidos hacia el cárter, y una red (4, 5, 6) de distribución de gas a los distribuidores, en el que las redes (1) de tubos están situadas entre dos distribuidores (3), empalmándose cada uno de los citados dos distribuidores a un grupo respectivo de los tubos de la citada red, y la red de distribución de gas comprende conductos (5, 6) que desembocan, cada uno, en un par de distribuidores, caracterizado porque los distribuidores del par son adyacentes, asociados a redes de tubos diferentes y unidos por un manguito (17) que comprende dos extremos (20) en porción de esfera abierta y en apoyo deslizante dentro de los casquillos (19) que delimitan las cajas y provistos de topes (22) de retención del manguito (17) y porque los conductos (5, 6) que desembocan en un par de distribuidores (3) están empalmados a un conducto (24) que ocupa una mitad de su sección y que se extiende, al menos, hasta uno de los casquillos (19) atravesando una superficie de retención (22) del citado casquillo (19).

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de las redes de tubos está compuesta por dos placas onduladas (8) unidas en porciones (10) medianeras de ondulaciones (9), estando formados los tubos (2) por las ondulaciones (9) y comprendiendo las partes medianeras orificios (14) de evacuación del gas.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las redes de tubos (1) son en número de tres.

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la red de distribución de gas (4, 5, 6) comprende una válvula (25) de apertura progresiva mandada por un calculador (26).