ES2240670T3 - Alabe de turbina con alma de estanqueidad. - Google Patents
Alabe de turbina con alma de estanqueidad.Info
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Abstract
Álabe (2) de una etapa móvil de rotor de turbina que consta de una cara interna (8) y de una cara externa (10) dispuestas a una parte y otra parte de un eje de álabe (XX¿), constando el mencionado álabe (2), además de un talón (6) situado en su extremo periférico externo y de al menos una alma de estanqueidad (12, 14) formada sobre el mencionado talón (6), estando dispuesta la mencionada alma de estanqueidad (12, 14) transversalmente a las caras interna (8) y externa (10) y presentando una primera parte de extremo (16, 18) en la cara externa (10) y una segunda parte del extremo (20, 22) en la cara interna (8), teniendo la mencionada primera parte de extremo (16, 18) una altura más importante que la altura de la mencionada segunda parte de extremo (20, 22), presentando la mencionada alma un vértice de alma (26) entre las mencionadas partes de extremo primera (16, 18) y segunda (20, 22), caracterizado por el hecho de que el mencionado vértice de alma (26) presenta una superficie convexa (28)que se extiende entre las mencionadas primera y segunda partes de extremo.
Description
Álabe de turbina con alma de estanqueidad.
La invención se refiere a un álabe de una etapa
móvil de rotor de turbina que consta de una cara interna y de una
cara externa dispuestas a una y otra parte de un eje de álabe,
constando el mencionado álabe además de un talón situado en su
extremo periférico externo y de al menos un alma de estanqueidad
formada sobre el mencionado talón, estando dispuesta la mencionada
alma de estanqueidad transversalmente a las caras interna y externa
y presentando una primera parte de extremo en la cara externa y una
segunda parte de extremo en la cara interna, teniendo la mencionada
primera parte de extremo una altura más importante que la altura de
la mencionada segunda parte de extremo, presentando la mencionada
alma un vértice de alma entre las mencionadas primera y segunda
partes de extremo.
Los rendimientos óptimos de las turbomáquinas,
destinadas a la aviación u otras producciones industriales, son
mejorados continuamente. Por ejemplo, es posible aumentar la
eficacia de una etapa de la turbina o de compresión constituida de
álabes móviles, mejorando la estanqueidad entre el rotor y el
estator en los extremos de los álabes y asegurando una adaptación
en el funcionamiento de las piezas móviles y fijas.
Según las condiciones de funcionamiento del
motor, se han observado ciertos fenómenos de inestabilidad
vibratoria de los álabes móviles. Principalmente, las vibraciones
pueden provenir de las condiciones de circulación aerodinámica en el
nivel de los vértices de los álabes.
Generalmente, existe un juego entre el vértice de
los álabes y el estator asociado. En funcionamiento, los
rozamientos entre los álabes y la virola, que pueden conducir a
deterioros en el nivel de los extremos de los álabes y/o de la
superficie de la virola y a la variación del juego citado
anteriormente, surgen por varias razones. En efecto, por una parte,
el rotor y la virola que le es concéntrica no tienen formas
perfectamente circulares. Por otra parte, existen unas variaciones
de la dilatación térmica diferenciadas entre el rotor y la virola.
Y finalmente, las deformaciones mecánicas provienen de las
presiones que se ejercen sobre las piezas móviles del rotor o sobre
las piezas fijas del estator asociado.
Para disminuir estos rozamientos, es conocido
colocar guarniciones de estanqueidad y de desgaste formadas de
materiales "susceptibles de abrasión" sobre las superficies
internas del estator enfrente de los álabes móviles. Estas
superficies son susceptibles de abrasión, lo que significa que están
revestidas de un material que va a desgastarse o a sufrir abrasión
en función del paso de los álabes hasta acomodarse con estos. Los
álabes son entonces portadores de almas sobre su periferia que están
destinadas a cooperar con las guarniciones susceptibles de abrasión.
Las almas se presentan bajo la forma de elementos perfilados en
material abrasivo; tal dispositivo está descrito en el documento
EP-A-287371.
Es conocido colocar las almas en diente de sierra
de un álabe a otro para evitar su desgaste. Sin embargo, estas almas
presentan un vértice rectilíneo que entraña una sección de fugas
residuales importante.
El objetivo de la invención es proponer unos
álabes que constan de almas que permiten disminuir esta sección de
fugas residuales, permitiendo así aumentar el rendimiento de la
turbina y por tanto disminuir el consumo específico del motor.
La invención alcanza su objetivo por el hecho de
que el vértice del alma presenta una superficie convexa que se
extiende entre las partes de extremo primera y segunda.
Siendo el vértice del alma convexo, la sección
disponible entre el vértice y la superficie de la virola se
encuentra disminuida.
La superficie convexa presenta ventajosamente una
sección transversal circular que tiene un eje mediano, un centro y
un radio.
Para facilitar la realización de las almas, es
ventajoso escoger un arco de círculo como forma del vértice.
Ventajosamente, el eje mediano está desviado en
un ángulo con relación al eje del álabe, estando el ángulo orientado
de la cara interna hacia la cara externa, y el centro está
descentrado en una distancia medida perpendicular al eje del
álabe.
La primera parte de extremo tiene una altura más
importante que la segunda parte de extremo para guardar el efecto de
diente de sierra entre dos álabes consecutivos. Por esta razón, es
necesario orientar la curvatura del arco de círculo si se desea
unir las dos partes de extremo entre ellas con la sola y única
superficie curvilínea.
La distancia es ventajosamente al menos igual a
la mitad de la separación entre la mencionada primera parte de
extremo y la mencionada segunda parte de extremo.
Para tener un destalonado del alma que permita
evitar su desgaste, es preferible desviar el centro de curvatura del
vértice en un medio-paso con relación al eje del
álabe.
Ventajosamente, la diferencia de altura entre la
mencionada primera parte de extremo y la mencionada segunda parte de
extremo es de al menos 0,2 mm.
Esta diferencia de altura permite conservar el
efecto de diente de sierra entre dos álabes consecutivos.
El álabe consta ventajosamente de dos almas
sensiblemente paralelas para generar un laberinto para el aire que
circula entre los álabes y la virola, permitiendo disminuir las
inestabilidades vibratorias.
Otras características y ventajas de la invención
se desprenderán de la lectura de la siguiente descripción hecha a
título de ejemplo no limitativo y con referencia a los dibujos
anexos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de un
álabe de turbina que consta de dos almas.
- la figura 2 es una vista desde arriba de la
figura 1,
- la figura 3 es un corte transversal de varios
álabes montados sobre un rotor dispuesto en una virola, y
- la figura 4 es una vista simplificada mostrando
un álabe en contacto con la virola.
La figura 1 muestra un álabe 2 de turbomáquina
que consta de un pie del álabe 4 en su extremo interno y de un talón
6 en su extremo periférico externo. Para favorecer la circulación
axial, el álabe 2 se extiende a lo largo de un eje
X-X' perpendicular al eje del rotor sobre el que
está montado el mencionado álabe 2, según un perfil que tiene una
cara interna 8 y una cara externa 10. Dos almas 12 y 14 están
formadas sobre la cara externa del talón 6.
Las figuras 1 y 2 muestran que las almas 12 y 14
están dispuestas transversalmente a las caras interna 8 y externa
10. Las almas 12 y 14 tienen cada una primera parte de extremo 16,
respectivamente 18, situada en la cara externa 10 y una segunda
parte de extremo 20, respectivamente 22, situada en la cara interna
8.
La figura 3 representa varios álabes 2 montados
sobre un rotor no representado situado en un estator 24 y cuyo
sentido de rotación está indicado por una flecha F. Los álabes
constan todos de almas 12 y 14. Las almas 12 y 14 están dispuestas
en unos planos paralelos perpendiculares al eje de rotación del
rotor y se extienden periféricamente sobre un ángulo igual a un paso
angular entre álabes con el fin de formar un laberinto con la pared
interna del estator 24. Solo las almas 12 son visibles sobre esta
figura 3.
La primera parte de extremo 16 tiene una altura
superior a la altura de la segunda parte de extremo 20 a fin de
formar un efecto de diente de sierra de un alma 12 formada sobre un
primer álabe 2 del alma 12 formada sobre el álabe 2 siguiente. Se
escoge de preferencia una diferencia de altura d igual a 0,2 mm para
evitar un desgaste del alma 12.
El estator 24 consta sobre su pared interna de un
material susceptible de abrasión que en el curso del funcionamiento
va a permitir que el estator al ser sometido a abrasión se adapte a
la forma de las almas 12 y 14 rozando contra él. Así, se encuentra
que los rozamientos están disminuidos después de la adaptación de
las superficies entre ellas, lo que permite disminuir las
fugas.
Para disminuir las fugas residuales, entre los
vértices 26 de las almas 12 y 14 y el estator 24, los vértices 26
presentan una superficie convexa en el sentido de la
circunferencia. Las partes sombreadas sobre la figura 3 muestran la
disminución de las superficies de fuga con relación a la técnica
anterior.
En particular, la sección del vértice 26 se
presenta bajo la forma de un arco de círculo 28 de centro O y de
radio R. La primera parte de extremo 16 esta unida a la segunda 20
por el vértice 26, cuyo arco de círculo 28 está inclinado, puesto
que las dos partes de extremo 16 y 20 son de altura diferente. De
este modo, el centro O del arco del círculo 28 está descentrado en
una distancia L con relación al centro \Omega de rotación de los
álabes cuando están montadas sobre el rotor 24. La distancia L es al
menos igual a la mitad de la longitud del alma, lo que corresponde
a un medio-paso, es decir a la mitad de la
separación entre dos álabes 2 consecutivos.
En realidad, el eje mediano x-x'
del alma está desviado en un ángulo \alpha orientado con relación
al eje del álabe X-X' hacia la cara externa 10. La
orientación del ángulo \alpha es pues opuesta al sentido de
rotación del rotor 24 indicado por la flecha F. El radio de
curvatura R del arco del círculo 28 puede ser igual o inferior al
radio de la virola.
Claims (7)
1. Álabe (2) de una etapa móvil de rotor de
turbina que consta de una cara interna (8) y de una cara externa
(10) dispuestas a una parte y otra parte de un eje de álabe (XX'),
constando el mencionado álabe (2), además de un talón (6) situado
en su extremo periférico externo y de al menos una alma de
estanqueidad (12,14) formada sobre el mencionado talón (6), estando
dispuesta la mencionada alma de estanqueidad (12,14)
transversalmente a las caras interna (8) y externa (10) y
presentando una primera parte de extremo (16,18) en la cara externa
(10) y una segunda parte del extremo (20,22) en la cara interna
(8), teniendo la mencionada primera parte de extremo (16,18) una
altura más importante que la altura de la mencionada segunda parte
de extremo (20,22), presentando la mencionada alma un vértice de
alma (26) entre las mencionadas partes de extremo primera (16,18) y
segunda (20,22),
caracterizado por el hecho de que el
mencionado vértice de alma (26) presenta una superficie convexa
(28) que se extiende entre las mencionadas primera y segunda partes
de extremo.
2. Álabe (2) según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la mencionada superficie
convexa (28) presenta una sección transversal circular que tiene un
eje mediano (xx'), un centro (O) y un radio (R).
3. Álabe (2) según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que el mencionado eje mediano
(xx') está desviado un ángulo (\alpha) con relación al eje del
álabe (XX'), estando orientado el mencionado ángulo (\alpha) de la
cara interna (8) hacia la cara externa (10) y por el hecho de que
el centro (O) está descentrado en una distancia (L) medida
perpendicular al eje del álabe (XX').
4. Álabe (2) según la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que la distancia (L) es al
menos igual a un medio-paso correspondiente a la
mitad de la separación entre la mencionada primera parte de extremo
(16,18) y la mencionada segunda parte de extremo (20,22).
5. Álabe (2) según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que la
diferencia de altura (d) entre la mencionada primera parte de
extremo (16,18) y la mencionada segunda parte de extremo (20,22) es
de al menos 0,2 mm.
6. Álabe (2) según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que
consta de dos almas (12,14).
7. Álabe (2) según la reivindicación 6,
caracterizado por el hecho de que las dos almas (12,14) son
sensiblemente paralelas.
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