ES2239300T3 - Sistema de refrigeracion para una tobera de postcombustion de turbomotor. - Google Patents
Sistema de refrigeracion para una tobera de postcombustion de turbomotor.Info
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Abstract
Sistema de refrigeración para una tobera (1) de postcombustión, comprendiendo dicha tobera (1) un canal primario (2) de los gases que posibilita un flujo primario de los gases, un canal secundario (3) de aire que posibilita un flujo secundario de aire, rodeando dicho canal secundario (3) de aire dicho canal primario (2) de los gases y separado de él mediante una camisa (4) de protección térmica, teniendo el canal secundario (3) de aire un extremo aguas arriba (3a), rodeando unos alerones (5) una sección de salida del canal primario (2) de los gases, comprendiendo el sistema de refrigeración una virola (7) de protección térmica en el canal secundario (3) de aire, en el extremo aguas arriba (3a) de éste último, caracterizado porque la virola (7) de protección térmica lleva una diafragma anular (8) que se extiende delante de los alerones (5) y que está provisto de sectores (11) de apoyo y de zonas intersectoriales (9) dotadas de ranuras (15), definiendo las zonas intersectoriales (9) unos espacios (16) entre el diafragma anular (8) y la camisa de protección térmica.
Description
Sistema de refrigeración para una tobera de
postcombustión de turbomotor.
El campo técnico de la presente invención es el
de la protección térmica de las toberas de postcombustión utilizadas
en unos turbomotores aeronáuticos tales como unos
turborreactores.
Las toberas de postcombustión para turbomotores
han sido ya el objeto de diversas realizaciones en la técnica
anterior (véase por ejemplo el documento GB 878195). Se conocen las
toberas clásicas situadas en la salida de la cámara de
postcombustión. Éstas están habitualmente dotadas de una camisa de
protección térmica que delimita un canal de los gases que posibilita
un flujo de los gases calientes donde se encuentran los gases
quemados, y un canal de aire que posibilita un flujo secundario de
aire que contiene el aire relativamente frío. Estas camisas de
protección térmica deben naturalmente estar adaptadas para soportar
unos esfuerzos térmicos importantes, ya que éstas se encuentran
cerca de gases quemados que tienen una temperatura muy elevada.
Como se puede ver en la figura 1 que representa
una sección parcial transversal de una tobera según la técnica
anterior, ésta presenta un canal primario de los gases 20 rodeado
por un canal secundario 21 de aire. Estos dos canales están
delimitados por una camisa multiperforada 22 de protección térmica,
capaz de posibilitar el paso del aire que sirve para su
refrigeración, del canal secundario 21 de aire hacia el canal
primario de los gases 20.
Esta tobera comprende igualmente una pieza
estanca 23 que prohíbe el paso del aire frío contenido en el flujo
secundario 21 de aire en dirección a los alerones 24 de tobera.
Estos alerones 24 de tobera están directamente vinculados a unos
órganos 25 de mando, de los cuales al menos una parte se sitúa
alrededor del canal secundario 21 de aire, a nivel de un extremo
aguas arriba 22a de la camisa 22 de protección térmica.
Ahora bien, se ha podido constatar durante la
puesta en práctica de toberas según la técnica anterior, que
mediante un modo de funcionamiento a pleno gas seco, a saber, cuando
los alerones 24 de tobera están en posición cerrada, el flujo
secundario de aire está sometido a una subida de temperatura
importante al nivel del extremo aguas arriba 22a de la camisa 22 de
protección térmica.
En efecto, los gases calientes que se sitúan en
el flujo de los gases 20 penetran en el flujo secundario 21 de aire,
sin que los gases relativamente fríos que se encuentran en este
flujo lleguen a conservar una temperatura suficientemente baja para
no crear un sobrecalentamiento local que puede deteriorar los
órganos 25 de mando de los alerones 24. Siempre con referencia a la
figura 1, las flechas simbolizan los movimientos de los gases
calientes retenidos en dirección aguas arriba y que circulan en la
dirección del flujo secundario 21 de aire a través de la camisa
multiperforada 22 de protección. Las consecuencias de este
sobrecalentamiento localizado en el flujo secundario 21 de aire son
que las piezas de la tobera, particularmente el cárter de titanio,
así como los órganos de mando de los alerones que se sitúan en el
extremo aguas arriba 22a de la camisa 22 de protección térmica,
tienen una vida útil que se altera en razón de la subida de
tempe-
ratura.
ratura.
Este sobrecalentamiento, directamente unido a un
ángulo de desvío importante de los alerones 24, crea unas
deformaciones consecuentes en las piezas situadas alrededor del
flujo secundario 21 de aire, así como en las que constituyen los
órganos 25 de mando de los alerones 24.
El fin de la presente invención es por lo tanto
remediar al menos parcialmente los diferentes inconvenientes citados
anteriormente, proponiendo un sistema de refrigeración para una
tobera de postcombustión de un turbomotor, que limita los efectos de
sobrecalentamiento del flujo secundario de aire, particularmente
cuando el turbomotor se encuentra en funcionamiento a pleno gas
seco.
Para hacerlo, la invención tiene por objeto un
sistema de refrigeración para una tobera de postcombustión,
comprendiendo la tobera un canal primario de los gases que
posibilita un flujo primario de los gases, un canal secundario de
aire que posibilita un flujo secundario de aire, rodeando el canal
secundario de aire el canal primario de los gases y separado de éste
mediante una camisa de protección térmica, teniendo el canal
secundario de aire un extremo aguas arriba, rodeando los alerones
una sección de salida del canal primario de los gases, comprendiendo
el sistema de refrigeración una virola de protección térmica en el
canal secundario de aire, en el extremo aguas arriba de éste último.
Según la invención, la virola de protección térmica lleva un
diafragma anular que se extiende delante de los alerones y que está
provisto de sectores de apoyo y de zonas intersectoriales dotadas de
ranuras, definiendo las zonas intersectoriales unos espacios entre
el diafragma anular y la camisa de protección térmica.
Esta invención tiene como ventaja principal
remediar los problemas de sobrecalentamiento del flujo secundario de
aire a nivel del extremo aguas arriba del canal secundario de aire,
evitando así las deformaciones de las piezas que se sitúan en esta
región. Además de esta ausencia de deformación, el sistema de
refrigeración según la invención, utilizando una protección térmica
suplementaria en el canal secundario de aire, participa igualmente
en la ralentización de la disminución de la vida útil de los
elementos que se sitúan en esta región crítica.
Además, la invención comprende ventajosamente
medios que permiten ventilar los alerones de tobera con ayuda del
flujo secundario de aire en dirección a estos alerones. Antes, el
canal de aire estaba obturado con ayuda de una pieza estanca que
impedía integralmente la ventilación de estos alerones. Su reemplazo
mediante este diafragma permite por lo tanto hacer posible el paso
del aire que proviene del flujo secundario de aire en dirección a
los alerones de tobera, y sea cual sea la temperatura de las
diferentes piezas constitutivas de la tobera. La ventilación de los
alerones así favorecida permite de este modo evitar el deterioro de
estos últimos en razón de temperaturas demasiado importantes para
soportar, pero igualmente aumentar la vida útil de la totalidad de
estas
piezas.
piezas.
De forma preferente, el diafragma está fijado en
la virola de protección térmica, y posibilita un desplazamiento de
la camisa de protección térmica en relación a los sectores de
apoyo.
Estos sectores de apoyo practicados mantienen la
camisa y permiten efectuar un centrado preciso de esta camisa de
protección térmica.
Según un modo de realización preferido de la
invención, la virola de protección térmica está provista de soportes
de fijación que se apoyan en un cárter que delimita exteriormente el
canal secundario de aire.
Otras características y ventajas de la invención
aparecerán en la descripción detallada, no limitativa, a
continuación.
Esta descripción será hecha a la vista de los
dibujos adjuntos entre los que:
la figura 1, ya descrita, representa la técnica
anterior,
la figura 2 representa una sección parcial
transversal de una tobera equipada con un sistema de refrigeración
según un modo de realización preferido de la invención, y
la figura 3 representa una vista parcial en
perspectiva de la camisa de protección térmica y del diafragma del
sistema de refrigeración representado en la figura 2.
En referencia a la figura 2, se ve una parte de
una tobera 1 de postcombustión equipada con un sistema de
refrigeración según la invención. Ésta representa un canal primario
2 de los gases que posibilita un flujo de gases calientes, estando
estos últimos destinados a ser utilizados para la postcombustión.
Alrededor de este canal primario 2 de los gases, se puede percibir
un canal secundario 3 de aire, delimitado por un cárter 13 de
titanio, y que posibilita un flujo de aire relativamente frío.
Apréciese que el canal secundario 3 de aire es de forma casi
anular.
Estos dos canales 2, 3 están separados a través
de una camisa 4 de protección térmica, multiperforada y capaz de
dejar pasar los gases de un canal a otro. Además, la tobera 1
comprende unos alerones 5 así como unos órganos 6 de mando de estos
alerones 5. Estos alerones están situados de tal manera que rodean
una sección de salida del canal primario 2 de los gases, mientras
que los órganos 6 de mando de los alerones 5 están situados, al
menos en parte, alrededor del canal secundario 3 de aire. El sistema
de refrigeración para la tobera 1 comprende una virola 7 de
protección térmica, situada en el canal secundario 3 de aire, al
nivel de un extremo aguas arriba 3a de este último. Es en efecto al
nivel de este extremo aguas arriba 3a del canal secundario 3 de aire
donde el problema de sobrecalentamiento es más importante, y que es
por consiguiente necesario volver a añadir un elemento de protección
contra el calor que proviene de los gases calientes. Esta virola 7
de protección térmica tiene entonces como fin esencial proteger los
elementos de la tobera que se sitúan al nivel de este extremo aguas
arriba 3a, particularmente los órganos 6 de mando de los alerones 5,
así como las piezas que forman el canal secundario 3 de aire.
En referencia a las figuras 2 y 3, esta virola 7
de protección térmica lleva un diafragma anular 8, al que está
ensamblada por ejemplo con ayuda de remaches. Este diafragma anular
8 está realizado de manera que presenta unos sectores 11 de apoyo en
contacto con la camisa 4 de protección térmica, estando estos
sectores de apoyo regularmente espaciados y siendo de forma casi
cónica. Además, el diafragma 8 dispone de zonas intersectoriales 9,
cada una situada directamente entre dos sectores 11 de apoyo, y que
forman relieve hacia el exterior del diafragma 8, estando este
último preferentemente realizado mediante embutición.
Este diafragma 8 que se extiende delante de los
alerones 5 está dotado de ranuras 15 dispuestas en las zonas
intersectoriales 9 entre los sectores 11 de apoyo, y de aberturas 10
presentes en cada sector 11 de apoyo. Apréciese que las ranuras 15
dan elasticidad al diafragma 8, y le permiten seguir cómodamente las
deformaciones de la camisa 4 debidas a las dilataciones
térmicas.
El diafragma 8 está fijado rígidamente en la
virola 7 de protección térmica, mientras que el contacto entre este
diafragma 8 y la camisa 4 de protección térmica está asegurado
mediante los sectores 11 de apoyo. En efecto, estos últimos que
forman relieve en el interior del diafragma 8, están en contacto con
la camisa 4 de protección, asegurando de esta forma un centrado
preciso de esta camisa deslizándose en estos sectores 11 de apoyo,
así como el mantenimiento de un caudal de ventilación casi
constante.
Naturalmente, las aberturas 10 que se sitúan en
los sectores 11 de apoyo del diafragma 8 pueden materializarse según
diferentes formas.
Por otra parte, las zonas intersectoriales 9 que
se sitúan entre dos sectores 11 de apoyo, definen cada una un
espacio 16 entre el diafragma anular 8 y la camisa 4 de protección
térmica. Como es visible en la figura 3, cada espacio 16 está
delimitado igualmente mediante dos sectores 11 de apoyo directamente
consecutivos. Así, el aire que proviene del canal secundario 3 de
aire puede tomar los espacios 16 para atravesar el diafragma 8 y
alcanzar los alerones 5, asegurando de esta manera la ventilación de
estos últimos.
Los sectores 11 de apoyo comprenden una parte
trapezoidal destinada a estar en contacto en su base menor con la
camisa 4 de protección térmica, así como una abertura 10 para los
gases que desembocan por un lado en el canal secundario 3 de aire, y
por otro lado en dirección a los alerones 5. Así, tal disposición de
los espacios 16 y de las aberturas 10 en este diafragma 8 permite
asegurar un caudal de ventilación de los alerones 5 relativamente
constante a pesar de las deformaciones importantes de la camisa 4,
debidas a las dilataciones térmicas. A título de ejemplo, los
desplazamientos de la camisa 4 pueden ser de 14 mm axialmente y de 4
mm radialmente.
La figura 2 representa los alerones 5 abiertos,
lo que representa un estado de postcombustión activa. Se puede ver
que el aire secundario pule entonces toda la longitud de los
alerones 5 sin ser casi desviado, lo que hace su ventilación todavía
más eficaz que en el estado de los alerones cerrados que corresponde
al régimen a pleno gas seco.
Siempre en referencia a las figuras 2 y 3, la
virola 7 de protección térmica está provista de soportes de fijación
(no representados) situados en la periferia de ésta y que se apoyan
en un cárter 13. Estos soportes permiten entonces la fijación de la
virola 7 de protección térmica en el interior del cárter 13.
Además, la virola 7 de protección térmica puede
estar dotada de una protección suplementaria. En efecto, un material
aislante térmico 14 puede estar dispuesto alrededor de la virola 7
de protección térmica, aumentando entonces más los efectos de esta
virola en los elementos a proteger.
Por supuesto, diversas modificaciones pueden ser
proporcionadas por el experto en la técnica en el sistema de
refrigeración que acaba de ser descrito, únicamente a título de
ejemplo no limitativo.
Claims (4)
1. Sistema de refrigeración para una tobera (1)
de postcombustión, comprendiendo dicha tobera (1) un canal primario
(2) de los gases que posibilita un flujo primario de los gases, un
canal secundario (3) de aire que posibilita un flujo secundario de
aire, rodeando dicho canal secundario (3) de aire dicho canal
primario (2) de los gases y separado de él mediante una camisa (4)
de protección térmica, teniendo el canal secundario (3) de aire un
extremo aguas arriba (3a), rodeando unos alerones (5) una sección de
salida del canal primario (2) de los gases, comprendiendo el sistema
de refrigeración una virola (7) de protección térmica en el canal
secundario (3) de aire, en el extremo aguas arriba (3a) de éste
último, caracterizado porque la virola (7) de protección
térmica lleva una diafragma anular (8) que se extiende delante de
los alerones (5) y que está provisto de sectores (11) de apoyo y de
zonas intersectoriales (9) dotadas de ranuras (15), definiendo las
zonas intersectoriales (9) unos espacios (16) entre el diafragma
anular (8) y la camisa de protección térmica.
2. Sistema de refrigeración para una tobera (1)
de postcombustión según la reivindicación 1, caracterizado
porque el diafragma (8) está fijado a la virola (7) de protección
térmica y posibilita un desplazamiento de la camisa (4) de
protección térmica en relación a los sectores (11) de apoyo.
3. Sistema de refrigeración para una tobera (1)
de postcombustión según la reivindicación 1 o la reivindicación 2,
caracterizado porque la virola (7) de protección térmica está
provista de soportes de fijación que se apoyan en un cárter (13) que
delimita exteriormente el canal secundario (3) de aire.
4. Sistema de refrigeración para una tobera (1)
de postcombustión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque un material aislante térmico (14)
está dispuesto alrededor de la virola (7) de protección térmica.
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