ES2236459T3 - Dispositivo de toma de aire por flujo centripeto. - Google Patents
Dispositivo de toma de aire por flujo centripeto.Info
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Abstract
Dispositivo de toma de aire por flujo centrípeto previsto entre dos discos (3a, 3b) de un compresor (1) de turbomáquina, comprendiendo dicho dispositivo un soporte anular (10) fijado en una cara de uno de dichos discos (3a, 3b) y una pluralidad de tubos de toma (11) de aire montados sensiblemente en forma radial en orificios (15) practicados en dicho soporte (10), estando equipado cada tubo (11) de medios para reducir las vibraciones de dicho tubo (11) durante el funcionamiento de la turbomáquina. caracterizado porque los medios para reducir las vibraciones de un tubo de toma (11) comprenden un tubo amortiguador (20) retenido en un orificio (15) del soporte anular (10) y que rodea la parte radialmente exterior de dicho tubo de toma (11), encerrando el extremo radialmente interior (26) de dicho tubo amortiguador (20) una zona correspondiente (27) de dicho tubo de toma (11) y estando previsto un espacio anular (32) entre la zona mediana (31) de dicho tubo amortiguador (20) y dicho tubo de toma (11).
Description
Dispositivo de toma de aire por flujo
centrípeto.
La invención se refiere a un dispositivo de toma
de aire en un compresor de turbomáquina.
Más precisamente se refiere a un dispositivo de
toma de aire por flujo centrípeto previsto entre dos discos de un
compresor de turbomáquina, comprendiendo dicho dispositivo un
soporte anular fijado a una cara de uno de dichos discos y una
pluralidad de tubos de toma de aire montados sensiblemente en forma
radial en orificios practicados en dicho soporte, estando equipado
cada tubo de medios para reducir las vibraciones de dicho tubo
durante el funcionamiento de la turbomáquina.
Un dispositivo de este tipo se describe en la
patente EEUU 5.472.313. Un tubo amortiguador está encerrado en el
interior de la parte radialmente interior de cada tubo de toma. El
tubo amortiguador presenta en su parte radialmente exterior
hendiduras longitudinales de manera que forman lengüetas o pétalos
axiales, que bajo el efecto de la fuerza centrífuga, durante el
funcionamiento de la turbomáquina, son placadas contra la pared
interna del tubo de toma. El frotamiento entre los pétalos del tubo
amortiguador interno y el tubo de toma externo disipa energía de
deformación y en consecuencia reduce las tensiones dinámicas en el
tubo externo.
Se han practicado orificios pasantes en el
extremo de las hendiduras longitudinales que son zonas de
concentración de tensiones. Esto precisa un mecanizado
suplementario y la duración de la vida de estos tubos amortiguadores
internos es inferior a los 100.000 ciclos.
La frecuencia del modo 1F para el tubo de toma
centrípeta de la etapa 6 del turbocompresor GE
90-115B es de 950 Hz.
Al comprender este motor 12 tubos de toma, la
frecuencia del modo 8F al régimen de 7.125 revoluciones/min es de
950 Hz (7.125 x x8/60). Esta frecuencia es igual a la del modo
1F.
Un primer objeto de la invención es reducir la
tensión dinámica en el tubo de toma por disipación de la energía de
deformación.
Un segundo objeto de la invención es proponer un
dispositivo de toma de aire por flujo centrípeto en el cual el
sistema de amortiguamiento de las vibraciones de los tubos de toma
permite aumentar de manera notable la frecuencia del primer modo de
flexión llamado modo 1F, a fin de que el cruce entre el modo 1F y la
fuente de excitación no aparezca más.
La invención alcanza su objeto por el hecho de
que los medios para reducir las vibraciones de un tubo de toma
comprenden un tubo amortiguador retenido en un orificio del soporte
anular y que rodea la parte radialmente exterior de dicho tubo de
toma, encerrando el extremo radialmente inferior de dicho tubo
amortiguador una zona correspondiente de dicho tubo de toma y
estando previsto un espacio anular entre la zona mediana de dicho
tubo amortiguador y dicho tubo de toma.
La amortiguación del sistema de toma centrípeta
se realiza así por dos principios. La flexibilidad al nivel del
contacto entre el tubo amortiguador externo y el tubo de toma actúa
como un resorte; la rigidez al nivel de este contacto disipa
energía como un resorte. Además, el tubo amortiguador externo puede
ser sometido a flexiones. La rigidez del tubo amortiguador a flexión
permite una disipación de energía.
El dispositivo propuesto permite una reducción de
la tensión dinámica en el tubo de toma por disipación de la energía
de deformación, y un aumento de la frecuencia del primer modo de
flexión, llamado modo 1F, debido al aumento de la rigidez
equivalente del sistema de toma.
Por otra parte, estando el tubo amortiguador
externo propuesto exento de hendiduras, y de orificios en el
extremo de las hendiduras, su fabricación es más fácil que la
mecanización de un tubo amortiguador interno de pétalos.
Según un primer modo de realización, el extremo
radialmente interior del tubo amortiguador está aplastado
lateralmente y está en contacto con la pared periférica del tubo de
toma según una pluralidad de zonas axiales.
Según un segundo modo de realización, el tubo de
toma presenta a la derecha del extremo radialmente interior del
tubo amortiguador, un cuello que se adapta en dicho extremo.
Ventajosamente, este cuello presenta una pluralidad de zonas planas
a fin de disminuir las superficies en contacto.
Otras ventajas y características de la invención
surgirán de la lectura de la descripción siguiente hecha a título
de ejemplo y haciendo referencia a los dibujos anexos, en los
cuales:
la figura 1 es un semicorte axial de un rotor de
compresor de turbomáquina que muestra el emplazamiento del
dispositivo de toma de aire por flujo centrípeto según la
invención;
la figura 2 muestra, a mayor escala y en corte,
el dispositivo según la invención;
la figura 3 es un corte axial del dispositivo por
un plano que pasa por el eje de un tubo de toma según un primer
modo de realización;
la figura 4 es un corte según la línea
IV-IV de la figura 3;
la figura 5 es una vista en perspectiva del
soporte anular y de un tubo amortiguador externo;
la figura 6 muestra una variante de realización
del tubo de toma; y
la figura 7 es un corte según la línea
VII-VII de la figura 6.
La figura 1 muestra un rotor de un compresor a
alta presión de un turborreactor de eje X que comprende varias
etapas de álabes 2 montadas en la periferia de discos 3. Dos discos
consecutivos están unidos por virolas anulares 4 equipadas de
relieves limados 4a que aseguran la estanqueidad con los extremos
internos de las coronas de álabes fijos del estator. Las coronas de
álabes fijos, no mostradas en la figura 1, están intercaladas entre
las coronas de álabes móviles 2.
Se efectúa una toma de aire entre dos etapas de
disco. Este aire tomado sirve para el enfriamiento de la turbina de
alta presión que acciona al compresor de alta presión 1.
Tal como se muestra en la figura 2, unos
orificios 5 están practicados en la virola 4 que une los discos 3a
y 3b, aguas abajo de los extremos internos de los álabes fijos 6,
practicados entre la corona de álabes 2a del disco 3a y la corona
de álabes 2b del disco 3b.
El aire tomado por los orificios 5 penetra en el
espacio anular 7 delimitado por las caras respecto a los discos 3a
y 3b.
El disco 3b aguas abajo comprende en su región
interna un cuello anular 8 de sección en L sobre el cual se fija
por pernos 9 un anillo 10 de eje X que porta una pluralidad de
tubos de toma de aire 11 practicados sensiblemente en forma
axial.
Como se muestra en la figura 5, el anillo 10
presenta una pared radial delantera 12 y una pared radial trasera
13 unidas por un ánima 14 que tiene una pluralidad de orificios 15
separados por aberturas rectangulares 16. La pared radial trasera
13 presenta orificios 17 para acoger los pernos 9, y un nervio
anular 18 previsto para encerrarse bajo el cuello 8 a fin de
permitir el posicionamiento radial del anillo 10. La pared radial
delantera 12 comprende igualmente un nervio anular 19 que se
posiciona en las inmediaciones de un nervio correspondiente 19a
previsto en el disco 3a, y visible en la figura 2.
Tal como se muestra en la figura 3, la parte
radialmente exterior del tubo de toma 11 se aloja en el interior de
un tubo amortiguador externo 20. Este tubo externo 20 comprende en
su extremo radialmente interno un asiento 21 rectangular que se
apoya contra la cara interna del ánima 14 del anillo y recubre al
menos en parte las aberturas rectangulares 16. La parte radialmente
exterior 22 del tubo externo 20 tiene un diámetro externo
sensiblemente igual al de los orificios 15 practicados en el ánima
14 del anillo 10, a fin de que esta parte 22 pueda ser insertada de
manera apretada en un orificio 15. Cuando todos los tubos externos
20 están montados en los orificios 15, los asientos 21 forman
juntas un anillo que obtura las aberturas rectangulares 16.
El tubo de toma 11 presenta en su parte
radialmente exterior un reborde 23 que se apoya contra el extremo
radialmente interior del tubo externo 20. Este reborde 23 se
prolonga en el interior de la parte radialmente interior 22 del
tubo externo 20 por un cuello 24 cuyo diámetro exterior es
sensiblemente igual al diámetro exterior de la parte 22 a fin de
que el cuello 24 esté apretado es esta parte 22. La referencia 25
designa un anillo de bloqueo del tubo externo 20 y del tubo de toma
11 en el anillo 10. Este anillo de bloqueo 25 tiene una sección en
T invertida, cuyas alas se apoyan en las caras de extremo
radialmente interior de la pared radial delantera 12 del anillo 10
y del tubo de toma 11, y cuya ánima se aloja entre la cara
posterior de la pared radial delantera 12 y los rebordes 23 de los
tubos de toma 11. Las alas de este anillo 25 pueden estar
diferenciadas en longitud así como radialmente a fin de asegurar un
montaje previsible, es decir, siempre en el mismo sentido.
El extremo radialmente externo 26 del tubo
externo 20 está en contacto con la zona correspondiente 27 del tubo
de toma 11.
Según un primer modo de realización mostrado en
las figuras 3 y 4, el extremo 26 está aplastado lateralmente y
comprende una pluralidad de zonas axiales 28 en contacto apretado
contra la pared externa de la zona 27. Estas zonas axiales 28 se
realizan, por ejemplo, apretando el extremo 26 del tubo externo 20
con ayuda de mandíbulas. La figura 4 muestra cuatro zonas axiales
28 diametralmente opuestas dos a dos, pero el número de zonas
axiales 28 puede ser diferente de cuatro.
Las figuras 6 y 7 muestran un segundo modo de
realización del contacto entre el extremo 26 del tubo externo 20 y
la zona 27 del tubo de toma 11. Aquí la zona 27 comprende un cuello
29 que presenta una pluralidad de zonas planas 30. El diámetro
externo del cuello 29 es sensiblemente igual al diámetro interior
del extremo 26 del tubo externo 20, a fin de asegurar un contacto
positivo entre los dos tubos 20 y 11 a la derecha del cuello
29.
Sea cual sea el modo de realización del contacto
entre el extremo radialmente externo 26 del tubo externo 20 y el
tubo de toma 11, la zona mediana 31 del tubo externo 20 está fuera
de contacto del tubo de toma 11, y está separada de éste último por
una cámara anular 32.
Así, el tubo de toma 11 es retenido de manera
apretada por su extremo radialmente exterior en el tubo externo 20
y es retenido con una cierta flexibilidad por el extremo
radialmente interior 26 del tubo externo 20. El tubo externo 20
actúa en este lugar a manera de un resorte y la rigidez al nivel de
este contacto disipa energía como un resorte.
Debido a la presencia de la cámara anular 32, el
tubo externo 20 está igualmente sometido a pares de flexión
vibratorios. La rigidez en flexión del tubo externo 20 permite
igualmente una disipación de energía. Debido al aumento de la
rigidez equivalente del conjunto de los dos tubos 20 y 11, con
respecto al estado de la técnica revelado por el documento EEUU
5.472.313, la frecuencia del primer modo de flexión, llamado modo
1F, se aumenta fuertemente.
Así, la utilización de un sistema de
amortiguación con un tubo externo 20 amortiguador trae consigo un
aumento de la frecuencia del modo 1F en la etapa 6 del compresor de
alta presión del turborreactor GE 90-115B, de 950 Hz
a 1653 Hz, para una longitud del tubo 20 de 58,1 mm y DE 950 Hz a
1921 Hz para una longitud del tubo 20 de 45 mm. El cruce entre el
modo 1F y el modo 8N ya no aparece, porque la frecuencia máxima que
puede alcanzar el modo 8N en el caso del compresor a alta presión
del GE 90-115B es de 1505 Hz.
Claims (4)
1. Dispositivo de toma de aire por flujo
centrípeto previsto entre dos discos (3a, 3b) de un compresor (1)
de turbomáquina, comprendiendo dicho dispositivo un soporte anular
(10) fijado en una cara de uno de dichos discos (3a, 3b) y una
pluralidad de tubos de toma (11) de aire montados sensiblemente en
forma radial en orificios (15) practicados en dicho soporte (10),
estando equipado cada tubo (11) de medios para reducir las
vibraciones de dicho tubo (11) durante el funcionamiento de la
turbomáquina.
caracterizado porque los medios para
reducir las vibraciones de un tubo de toma (11) comprenden un tubo
amortiguador (20) retenido en un orificio (15) del soporte anular
(10) y que rodea la parte radialmente exterior de dicho tubo de
toma (11), encerrando el extremo radialmente interior (26) de dicho
tubo amortiguador (20) una zona correspondiente (27) de dicho tubo
de toma (11) y estando previsto un espacio anular (32) entre la
zona mediana (31) de dicho tubo amortiguador (20) y dicho tubo de
toma (11).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el extremo radialmente interior (26)
del tubo amortiguador (20) está aplastado lateralmente y está en
contacto con la pared periférica del tubo de toma (11) según una
pluralidad de zonas axiales (28).
3. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el tubo de toma (11) presenta a la
derecha del extremo radialmente interior (26) del tubo amortiguador
(20), un cuello (29) que se adapta en dicho extremo (26).
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque el cuello (29) comprende una pluralidad
de zonas planas (30).
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