ES2225740T3 - Alabe de turbina de alta presion que presenta un borde de fuga enfriado. - Google Patents
Alabe de turbina de alta presion que presenta un borde de fuga enfriado.Info
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Abstract
Álabe móvil de una turbina de alta presión de una turbomáquina, que comprende al menos un circuito de refrigeración compuesto por al menos una cavidad (24) que se extiende de forma radial entre un vértice (16) y una base (14) del álabe (10), de al menos una abertura de admisión de aire en un extremo radial de la o las cavidades para alimentar el o los circuitos de refrigeración con aire de refrigeración, y de una pluralidad de ranuras (26) que se abren en la o las cavidades y que desembocan en el borde de fuga (20) del álabe, estando dispuestas las ranuras a lo largo del borde de fuga, entre el pie y el vértice del álabe, de forma sensiblemente perpendicular a un eje (X-X) del álabe, menos la ranura (28) más cercana a la base del álabe que presenta una inclinación hacia el vértice del álabe, caracterizado porque la inclinación está comprendida entre 10º y 30º con respecto a un eje de rotación del álabe.
Description
Álabe de turbina de alta presión que presenta un
borde de fuga enfriado.
La presente invención se aplica al campo general
de los álabes móviles de las turbinas de alta presión de una
turbomáquina, y más particularmente a las ranuras de evacuación del
aire de refrigeración situadas en el borde de fuga de los álabes
móviles de una turbina de alta presión.
De forma conocida en sí misma, una turbomáquina
comprende una cámara de combustión en la que el aire y el carburante
son mezclados antes de ser allí quemados. Los gases producidos por
esta combustión circulan corriente abajo en la cámara de combustión
y alimentan seguidamente una turbina de alta presión. La turbina de
alta presión comprende una o varias filas de álabes espaciados
formando una circunferencia todo alrededor del rotor de la turbina.
Así los álabes móviles de la turbina de alta presión son sometidos
a las elevadísimas temperaturas de los gases de combustión. Estas
temperaturas alcanzan unos valores muy superiores a los que pueden
soportar sin daños los álabes que están en contacto con estos
gases, lo que provoca una disminución de la vida útil de
dichos
álabes.
álabes.
Con la finalidad de resolver este problema, es
conocido proveer estos álabes van provistos de unos circuitos
internos de refrigeración cuyo objeto es reducir la temperatura de
estos últimos. Gracias a unos circuitos de este tipo, al aire de
refrigeración, que es introducido por lo general en el álabe por su
base, atraviesa dicha base siguiendo un trayecto formado por unas
cavidades practicadas en el álabe antes de ser expulsado por unas
ranuras que se abren en la superficie del álabe. Más precisamente,
estas ranuras de evacuación del aire de refrigeración están por lo
general repartidas a lo largo del borde de fuga del álabe, entre la
base y el vértice del mismo, de forma sensiblemente perpendicular a
un eje longitudinal del
álabe.
álabe.
Es también conocido que los álabes de turbina de
alta presión equipados con circuitos de refrigeración son
fabricadas mediante un proceso de moldeado. Los emplazamientos de
las ranuras de los circuitos de refrigeración son reservados de
forma clásica mediante la colocación en el molde de unos noyos
dispuestos paralelamente entre sí antes de la colada del metal. Con
la finalidad de facilitar la colada del metal, la ranura de
evacuación del aire de refrigeración más cercana a la base del
álabe es realizada por lo general con unas dimensiones más
importantes que las de las otras ranuras. El documento
EP-A-1128024 describe un álabe de
este tipo.
Ahora bien, en la práctica, se observa que la
ranura más cercana a la base del álabe está mal enfriada. En
efecto, a causa de las importantes dimensiones de esta ranura y
debido a la fuerza centrifuga generada por la rotación del álabe,
el aire evacuado por esta ranura tiene tendencia a ser desviado
hacia el vértice del álabe. De ello resultan unos gradientes
térmicos importantes cerca del borde de fuga que generan, a nivel
de esta ranura, una grieta particularmente perjudicial para la vida
útil del álabe. Estos importantes gradientes térmicos tienen
también tendencia a propagarse por conducción hacia la zona de unión
entre la base del álabe y la plataforma que lo soporta.
La presente invención prevé por lo tanto paliar
un inconveniente de este tipo proponiendo un álabe móvil de turbina
de alta presión que presenta una nueva geometría de la ranura de
evacuación del aire de refrigeración más cercana a la base que no
genera ninguna grieta. La invención prevé también no degradar el
comportamiento mecánico general del álabe, pieza sometida a unos
esfuerzos mecánicos muy importantes. Prevé finalmente una turbina
de alta presión de turbomáquina equipada con álabes móviles de este
tipo.
Para ello, se ha previsto un álabe móvil de
turbina de alta presión de turbomáquina, que comprende al menos un
circuito de refrigeración compuesto por al menos una cavidad que se
extiende de forma radial entre el vértice y la base del álabe, de
al menos una abertura de admisión de aire en un extremo radial de
la o las cavidades para alimentar el o los circuitos de
refrigeración con aire de refrigeración, y de una pluralidad de
ranuras que se abren en la o las cavidades y que desemboca en un
borde de fuga del álabe, estando colocadas las ranuras a lo largo
del borde de fuga, entre la base y el vértice del álabe, de manera
sensiblemente perpendicular a un eje longitudinal del álabe,
caracterizada porque al menos la ranura más cercana a la base del
álabe presenta una inclinación hacia el vértice del álabe
comprendido entre 10º y 30º con respecto a un eje de rotación del
álabe.
De esta manera, el aire de refrigeración evacuado
por la ranura más cercana a la base del álabe es guiado sobre toda
la superficie de la ranura de manera que se evite que aparezcan
unas grietas a nivel de la misma. Esta geometría particular de la
ranura permite bajar en un 5% aproximadamente la temperatura local a
nivel de esta ranura. Además, el comportamiento del álabe frente a
los diferentes esfuerzos mecánicos a los que se ve sometido no se
ve deteriorado por esta geometría de la ranura.
Ventajosamente, la inclinación de la ranura más
cercana a la base del álabe es de aproximadamente 20º.
Con la finalidad de disminuir la temperatura de
la zona de unión, entre la base del álabe y la plataforma que
define el chorro de circulación de los gases de combustión a través
de la turbina de alta presión, el extremo corriente arriba de la
ranura más cercana a la base del álabe está formado en esencia en
esta zona de unión.
Otras características y ventajas de la presente
invención aparecerán con la lectura de la siguiente descripción,
haciendo referencia a los dibujos anexos que ilustran un ejemplo de
realización desprovisto de cualquier carácter limitativo. En las
figuras:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de un
álabe móvil de una turbina de alta presión según la invención;
y
- la figura 2 es una vista ampliada y parcial de
la figura 1 que muestra la ranura de evacuación del aire de
refrigeración más cercana a la base del álabe.
La figura 1 representa en perspectiva un álabe
móvil 10, por ejemplo de una turbina de alta presión de una
turbomáquina. Este álabe de eje longitudinal X-X
está fijado sobre un disco rotor (no representado) de la turbina de
alta presión mediante una enmangadura 12 generalmente en forma de
abeto. Comprende típicamente una base 14, un vértice 16, un borde
de ataque 18 y un borde de fuga 20. La enmangadura 12 se une a la
base 14 del álabe a nivel de una plataforma 22 que define una pared
para el chorro de circulación de los gases de combustión a través
de la turbina de alta presión.
Un álabe de este tipo es sometido por los gases
de combustión a unas temperaturas muy elevadas y por lo tanto es
preciso enfriarlo. Para ello, y de manera conocida en si misma, el
álabe móvil 10 comprende al menos un circuito de refrigeración
interno. Este circuito de refrigeración se compone por ejemplo de
al menos una cavidad 24 que se extiende de forma radial entre la
zona 14 y el vértice 16 del álabe. Esta cavidad es alimentada con
aire de refrigeración por uno de sus extremos radiales por una
abertura de admisión de aire (no representada). Esta abertura de
admisión de aire está generalmente prevista a nivel de la
enmangadura 12 del álabe. Se ha previsto también una pluralidad de
ranuras 26 que se abren en la cavidad 24 y que desemboca en el borde
de fuga 20 del álabe con la finalidad de evacuar el aire de
refrigeración que circula en la cavidad. Estas ranuras 26 de
evacuación del aire de refrigeración están típicamente repartidas a
lo largo del borde de fuga 20, entre la base 14 y el vértice 16 del
álabe, de forma sensiblemente perpendicular al eje longitudinal
X-X del álabe.
La figura 2 ilustra más precisamente la geometría
de la ranura 28 más cercana a la base 14 del álabe 10. De acuerdo
con la invención, la ranura 28 más cercana a la base del álabe
presenta una inclinación hacia el vértice 16 del álabe comprendido
entre 10º y 30º con respecto a un eje de rotación del álabe (no
representado). Preferentemente, la inclinación de esta ranura es de
aproximadamente 20º. Esta inclinación particular de la ranura 28 más
cercana a la base del álabe permite homogenizar la temperatura a
nivel de ésta y así suprimir cualquier punto caliente. El aire de
refrigeración evacuado por esta ranura recubre en efecto toda
superficie de la ranura 28 y baja la temperatura local en
aproximadamente un 5%. Así, cualquier riesgo de grieta a nivel de
esta ranura más cercana a la base del álabe desaparece y entonces
la vida útil del álabe se prolonga.
Según una característica ventajosa de la
invención, el extremo corriente arriba 28a de la ranura 28 más
cercano a la base 14 del álabe está formado esencialmente en una
zona de unión 30 entre la base 14 del álabe y la plataforma 22 del
lado del chorro de circulación de los gases de combustión de manera
que el aire evacuado por esta ranura tiene tendencia a ir a enfriar
por conducción térmica la zona de unión 30. Así la temperatura de
la zona de unión 30 entre la base 14 del álabe y la plataforma 22
es disminuida en aproximadamente un 1,5%. Con la finalidad de
acentuar este enfriado de la zona de unión 30, los ángulos vivos
del extremo corriente arriba 28a de la ranura 28 están amolados para
facilitar el guiado del aire evacuado por la ranura hacia esta zona
30. Por otra parte, como el extremo corriente abajo 28b de la
ranura 28 más cercana a la base del álabe no está formada en la
zona de unión 30, el comportamiento del álabe 10 frente a los
diferentes esfuerzos mecánicos no se ve afectado por esta geometría
particular de la ranura.
Claims (5)
1. Álabe móvil de una turbina de alta presión de
una turbomáquina, que comprende al menos un circuito de
refrigeración compuesto por al menos una cavidad (24) que se
extiende de forma radial entre un vértice (16) y una base (14) del
álabe (10), de al menos una abertura de admisión de aire en un
extremo radial de la o las cavidades para alimentar el o los
circuitos de refrigeración con aire de refrigeración, y de una
pluralidad de ranuras (26) que se abren en la o las cavidades y que
desembocan en el borde de fuga (20) del álabe, estando dispuestas
las ranuras a lo largo del borde de fuga, entre el pie y el vértice
del álabe, de forma sensiblemente perpendicular a un eje
(X-X) del álabe, menos la ranura (28) más cercana a
la base del álabe que presenta una inclinación hacia el vértice del
álabe, caracterizado porque la inclinación está comprendida
entre 10º y 30º con respecto a un eje de rotación del álabe.
2. Álabe según la reivindicación 1,
caracterizado porque la inclinación de la ranura (28) más
cercana a la base del álabe es de aproximadamente 20º.
3. Álabe según una de las reivindicaciones 1 ó 2,
caracterizado porque un extremo corriente arriba (28a) de la
ranura (28) más cercana a la base del álabe está formado
esencialmente en una zona de unión (30) entre la base del álabe y
una plataforma (22) que define una pared para un chorro de
circulación de los gases de combustión a través de la turbina de
alta presión.
4. Álabe según la reivindicación 3,
caracterizado porque los ángulos vivos del extremo corriente
arriba (28a) de la ranura (28) más cercana a la base del álabe
están amoladas.
5. Turbina de alta presión de una turbomáquina,
caracterizada porque comprende una pluralidad de álabes
móviles (10) según una cualquiera de las reivindicaciones
anteriores.
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