ES2254296T3 - Enfriamiento de un alabe de turbina. - Google Patents
Enfriamiento de un alabe de turbina.Info
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Abstract
Un álabe de turbina (1) con una hoja del álabe (2) extendida a lo largo de un eje del álabe (4), principalmente en su dirección longitudinal (L), que pasa a través de un medio de enfriamiento (K), con lo que, en la hoja del álabe (2), esencialmente por toda su longitud (1), se guían un canal de entrada del flujo (6) y un canal de salida del flujo (8) para el fluido refrigerante (K), y el canal de entrada del flujo (6) y el canal de salida del flujo (8) se conectan entre ellos por medio del fluido refrigerante, de tal modo, que se guía a lo largo del canal de entrada del flujo (6), hacia el canal de salida del flujo (8), el fluido refrigerante (K) que haya sobrado, en una dirección transversal (Q) en una pared interior (16) a enfriar de la hoja del álabe (2), con lo que el canal de entrada de fluido (6) se muestra, en orificios de salida (12) externos aproximadamente uniformes, distribuidos por la longitud de la pared interior (16) de la hoja del álabe (2) a enfriar por el fluido refrigerante (K), caracterizado porque mediante varios orificios de salida (12) en dirección transversal (Q), puede conseguirse una carga laminar de la pared interior (16) con fluido refrigerante, y la/cada pared interior (16) a enfriar de la hoja del álabe (2) se ha previsto correspondientemente con refuerzos (20, 80) colocados transversalmente al eje del álabe (4), que guían con el fluido refrigerante (K).
Description
Enfriamiento de un álabe de turbina.
La presente invención trata de un álabe de
turbina con una hoja del álabe extendida a lo largo de un eje del
álabe, principalmente en su dirección longitudinal, que pasa a
través de un medio de enfriamien-
to.
to.
Las turbinas de gas se utilizan en muchos campos,
para el accionamiento de alternadores o de máquinas de trabajo.
Así, la potencia energética de un material combustible se utiliza
para la producción de un movimiento rotatorio del eje de una
turbina. El material combustible se quema, para ello, en una cámara
de combustión, con lo que el aire comprimido se introduce por un
compresor de aire. La sustancia activa que se encuentre en la
cámara de combustión, producida por la combustión del material
combustible, a una presión baja y una temperatura alta, se conduce,
así, por una unidad de turbina conectada a continuación de la cámara
de combustión, donde se relaja en lo que respecta a la potencia de
la máquina.
Para generar el movimiento rotatorio del eje de
la turbina, se han colocado, así, en éste, una cantidad de álabes
de rodete reunidos generalmente en grupos de álabes o hileras de
álabes, que accionan el eje de la turbina por una transmisión de
impulsos fuera del fluido de circulación. Además, hay colocadas,
generalmente entre hileras de álabes colindantes, para el guiado del
fluido de circulación por la unidad de turbina, hileras de álabes
conectadas con el armazón de la turbina. Los alabes de turbina,
especialmente los álabes fijos, muestran, así, generalmente, para
el guiado adecuado de la sustancia activa, una hoja del álabe
extendida a lo largo de un eje del álabe, en la que se puede
diseñar, en su parte final, para la fijación del álabe de turbina
al soporte, una plataforma extendida de forma transversal al eje del
álabe.
En la configuración de las turbinas de gas de
este tipo, hay, adicionalmente a la potencia que se consiga, un
objeto de configuración que generalmente tiene un nivel de
eficiencia especialmente mayor. Se puede conseguir un aumento del
nivel de eficiencia, así, por razones termodinámicas,
fundamentalmente mediante un aumento de la temperatura de salida,
con lo que la sustancia activa fluye desde y hacia la unidad de
turbina. Por eso, se pretenden y alcanzan temperaturas de
aproximadamente 1200º a 1300º para las turbinas de gas de este
tipo.
Con temperaturas altas de este tipo de la
sustancia activa, sin embargo, los componentes y piezas afectados
se exponen a cargas térmicas altas. Para, no obstante, asegurar una
duración relativamente larga de los componentes afectados con plena
fiabilidad, se ha previsto generalmente un enfriamiento de los
componentes afectados, especialmente de los álabes de rodete y/o de
los álabes fijos de la unidad de turbina. Los álabes de turbina,
por ello, se conforman generalmente de modo que puedan enfriarse,
con lo que especialmente se debe asegurar un enfriamiento efectivo
y pleno de la primera hilera de álabes vista en la dirección del
fluido de la sustancia activa. Para el enfriamiento, el álabe de
turbina que corresponda muestra, así, generalmente, un canal del
fluido refrigerante integrado en la hoja del álabe o en el perfil
del álabe, desde el que, dirigido por una sustancia activa, se
puede transmitir especialmente a las zonas cargadas térmicamente del
álabe de turbina.
A modo de fluido refrigerante, puede emplearse,
así, generalmente, aire refrigerante. Éste se introduce en el álabe
de turbina correspondiente a la manera de una refrigeración abierta
generalmente, por un canal del fluido refrigerante. Tras la salida
del álabe de turbina, el aire refrigerante se mezcla, así, con la
sustancia activa conducida a la unidad de turbina. La potencia del
tipo de una turbina de gas enfriada se ve, sin embargo, limitada,
especialmente porque, con respecto a la tensión admisible mecánica
limitada de los componentes independientes de la turbina de gas,
sólo se puede lograr otro aumento de potencia, generalmente, por
medio de un aporte de material combustible. Esto limita, a su vez,
una demanda que haya aumentado relativamente en el fluido
refrigerante para el enfriamiento del álabe de turbina, que, por su
lado, significa una pérdida en el caudal másico comprimido
disponible. Estas pérdidas sólo pueden volver a soportarse de forma
limitada. Además, también puede resultar necesario, en las turbinas
de gas, en lo referente a la seguridad requerida, evitar una mezcla
del fluido refrigerante desaguado y la sustancia activa que circula
por la unidad de turbina.
Se conoce un álabe fijo en forma de ala hueca con
una pieza insertada para un mecanismo de propulsión de una turbina
de gas por el documento de patente DE 1601553. La pieza insertada
está configurada de tal modo que se puede ajustar un flujo mínimo
de un fluido para un enfriamiento suficiente. Para esto, la pieza
insertada se encuentra a distancia de la pared interior de la hoja
del álabe, y avanza a lo largo de la extensión longitudinal del
álabe fijo, en forma de cuña. En la pieza insertada, se han previsto
orificios de salida del aire refrigerante, que se encuentran frente
a la parte interior del borde de entrada de fluido situado a
contracorriente.
La presente invención se basa en señalar un álabe
de turbina del tipo señalado anteriormente, para el que sea
posible, con medios relativamente sencillos, un enfriamiento pleno y
totalmente efectivo, especialmente haciendo uso de aire
refrigerante a modo de fluido refrigerante.
Esta función se soluciona, de acuerdo con la
invención, mediante las características de la reivindicación
principal 1.
La invención parte, así, del razonamiento de que
se debe conseguir un enfriamiento plenamente efectivo para un álabe
de turbina, especialmente con una carga laminar de la pared a
enfriar de la hoja del álabe con fluido refrigerante. Se ha
distinguido que una carga laminar de este tipo requiere que entre
fluido refrigerante a la pared, y que se guíe el fluido
refrigerante a lo largo de ésta. Esto se puede conseguir, mientras
se haya previsto correspondientemente un canal de entrada de fluido
y otro de salida de fluido para el fluido refrigerante. Partiendo
de esta bisección del canal de fluido de refrigeración, la carga de
la pared a enfriar de la hoja del álabe se consigue de modo que el
medio refrigerante, en el avance de su penetración desde el canal
de entrada al canal de salida de fluido, es guiado en una dirección
transversal.
El guiado del fluido refrigerante principalmente
en la dirección longitudinal de la hoja del álabe, posibilita el
mantenimiento de pasos del flujo especialmente más cortos y, con
ello, con menos pérdidas, para el paso del fluido refrigerante.
Esta dirección del flujo principal varía sólo en una dirección
transversal, en la zona en la que una variación de este tipo sirve
para el enfriamiento apropiado y efectivo. Las inevitables pérdidas
de flujo se mantienen, así, en un nivel bajo. Tampoco se evita una
carga de la hoja del álabe con una cantidad relativamente grande de
fluido refrigerante, mediante limitaciones en el paso del flujo.
Resulta especialmente ventajoso que se produzca una gran potencia
de refrigeración en una sección relativamente pequeña del paso del
flujo del flujo refrigerante, es decir, en el avance de su sección
del paso colocada en la dirección transversal a la hoja del álabe,
en la penetración del canal de entrada y en el de salida de
flujo.
El canal de entrada de fluido puede mostrar, en
zonas escogidas, térmicas, especialmente cargadas, del álabe de
turbina, puntos asociados con los orificios de salida para el fluido
refrigerante hacia el flujo del canal de salida. Para esto, el
canal de entrada de fluido se muestra, en orificios de salida
externos aproximadamente uniformes, distribuidos por la longitud de
la pared interior de la hoja del álabe a enfriar por el fluido
refrigerante. De este modo, es especialmente fácil conseguir un
enfriamiento laminar de la hoja del álabe. El enfriamiento se
realiza, así, mediante un denominado enfriamiento a chorro, con lo
que una pared del canal de entrada de flujo mostrada de los
orificios de salida sirve a modo de pared de enfriamiento a chorro,
con lo que el fluido refrigerante que se da en ella entra en
contacto intensivo y, a continuación, puede guiarse por los
orificios de salida hasta su penetración en el canal de salida del
flujo.
La conducción a lo largo del flujo de
refrigeración en la pared interior a enfriar de la hoja del álabe,
se realiza en su dirección transversal sistemáticamente, y refuerza
el efecto refrigerante, mientras que la pared interior, o (en caso
de que haya varias paredes interiores) cada pared interior a enfriar
de la hoja del álabe, se ha previsto correspondientemente con el
fluido refrigerante, refuerzos guías colocados de forma transversal
al eje del álabe. Estos refuerzos tienen, además, como consecuencia,
un efecto adicional de aleta refrigeradora, y perfeccionan, así, el
proceso de enfriamiento.
Para asegurar un flujo uniforme del fluido
refrigerante, y aprovechar del mejor modo posible el espacio
existente en el álabe de turbina, se reduce el corte transversal
libre del canal de entrada de flujo de la hoja del álabe,
preferiblemente en su dirección longitudinal. Con esto, se tiene en
cuenta la circunstancia de que, en el avance del canal de flujo de
entrada, una parte creciente del fluido refrigerante ya ha
abandonado el canal de entrada de fluido, y ha entrado en el canal
de salida de fluido. Especialmente en una carga laminar uniforme
por el largo de la hoja del álabe, con fluido refrigerante, resulta
especialmente ventajoso para una ejecución de obra sencilla del
álabe de turbina que el corte transversal libre del canal de entrada
de fluido se vea linealmente reducido en la hoja del álabe, en su
dirección longitudinal. En este caso, el canal de entrada de fluido
puede formarse, por ejemplo, de manera sencilla, a partir de
planchas metálicas planas. Para conseguir un flujo de volumen libre
uniforme del fluido refrigerante a través del álabe de turbina, el
corte transversal del canal de salida de fluido crece cada vez más
en la hoja del álabe, en su dirección longitudinal,
correspondientemente a la reducción del corte transversal libre del
canal de entrada de flujo. En el ámbito en el que el fluido
refrigerante abandona el canal de entrada de flujo, el corte
transversal libre del canal de entrada de flujo se ve reducido, y,
al mismo tiempo, en la medida correspondiente, el corte transversal
libre del canal de salida de flujo para el fluido refrigerante que
sale, se ve aumentado. De este modo, al mismo tiempo, el fluido
refrigerante que se encuentra dentro del paso del canal de salida de
fluido, puede vaciarse aquí adicionalmente.
Una estructura muy sencilla del canal de entrada
y/o el de salida se deriva, por ejemplo, de placas llanas, si el
canal de entrada de flujo y/o el canal de salida de flujo muestra,
paralelamente a la dirección longitudinal de la hoja del álabe, y
perpendicularmente a la pared interior a enfriar de la hoja del
álabe, de acuerdo con un perfeccionamiento ventajoso, muestra un
corte transversal triangular.
Como, generalmente, no todas las paredes de la
hoja del álabe del álabe de turbina se exponen a las mismas cargas
térmicas, puede ser suficiente prever sólo un canal de entrada del
flujo para el enfriamiento de una pared cargada térmicamente de una
forma especialmente intensa, en el álabe de turbina. Especialmente
a pesar de que, tanto la boca de impulsión como la boca de
aspiración del álabe de turbina deben enfriarse, resulta ventajoso
prever un segundo canal de entrada del flujo para el fluido
refrigerante que sirve para enfriar otra pared interior de l ahoja
del álabe, que se encuentre, con respecto al eje del álabe,
simétricamente al primer canal de entrada del flujo. Puesto que,
así, las paredes interiores a enfriar se encuentran las unas frente
a las otras, el primer y el segundo canal de entrada de flujo
desembocan preferiblemente en un canal de salida del flujo común
para el fluido de refrigeración. El canal de salida del flujo puede
avanzar preferiblemente, de una manera ventajosa, por una zona
central de la hoja del álabe.
Preferiblemente, el canal de entrada del flujo
está cerrado en su extremo frontal a una superficie de entrada al
fluido refrigerante y/o el canal de salida del flujo, en su entrada
frontal a una superficie de salida para el fluido refrigerante, por
lo que se posibilita una entrada y salida del fluido refrigerante
en y del álabe de turbina.
Por ejemplo, en una plataforma extendida de forma
transversal al eje del álabe (especialmente para la conexión de los
álabes de turbina en un armazón de una turbina), los álabes de
turbina mostrados, en los que, debido a una carga térmica alta,
también se escoge un enfriamiento de la plataforma, también puede
ser, sin embargo, ventajoso, desviarse del la estructura principal
anteriormente descrita. Resulta ventajoso un álabe de turbina en el
que, en la hoja del álabe, en su parte de salida del flujo
refrigerante, se diseñe una plataforma extendida transversalmente
al eje del álabe, si la plataforma muestra una cámara de
enfriamiento que se pueda cargar con fluido refrigerante, unida al
canal de entrada del flujo. De este modo, el canal de entrada de
flujo, que lleva fluido refrigerante de la pared interior al enfriar
de la hoja del álabe, utiliza el modelo del álabe de turbina de
manera considerablemente simplificada, al mismo tiempo como canal de
suministro del fluido refrigerante para de enfriamiento de la
plataforma. Resulta ventajoso un álabe de turbina en el que se
diseñe, en la hoja del álabe de su parte de entrada del fluido
refrigerante, una plataforma que se extienda de forma transversal
al eje del álabe, que muestre, en el canal de salida del flujo, una
cámara de enfriamiento unida, que se pueda cargar con fluido
refrigerante. Así, el fluido refrigerante traído para el
enfriamiento de la plataforma puede descargarse directamente de la
hoja del álabe, sin que se debiera prever canales de flujo de
corriente costosos, o que pudiera existir el peligro de que se
produjera una mezcla con el fluido refrigerante que se haya
previsto para el enfriamiento de la pared interior de la hoja del
álabe. El enfriamiento plenamente efectivo de la hoja del álabe,
con esto, no se pone en peligro.
Para un gasto especialmente escaso durante la
fabricación del álabe de turbina, se coloca la/cada cámara de
enfriamiento ventajosamente en la plataforma que corresponda, y se
cierra hacia fuera con una chapa protectora. Con ello, la cámara de
enfriamiento puede fabricarse directamente en el vaciado del álabe
de turbina, de modo que no sea necesario un mecanizado posterior
del cuerpo de vertido. Para un cerrado fiable de la cámara de
enfriamiento que corresponda hacia afuera, sólo se requiere la
instalación de la chapa protectora correspondiente.
Se puede realizar un enfriamiento especialmente
pleno de las piezas de la estructura que correspondan con el fluido
refrigerante, mediante un enfriamiento a chorro. Para ello, se ha
previsto la/cada cámara de enfriamiento ventajosamente en una zona
de la base con una chapa de enfriamiento a chorro colocada de forma
distanciada del fondo de la cámara. La chapa de enfriamiento a
chorro se conforma, así, esencialmente, a modo de chapa perforada,
con lo que en el fluido refrigerante que se dé en la chapa de
enfriamiento a chorro, entra en un contacto especialmente
intensivo, y a continuación se puede vaciar por la perforación. Para
un vaciado pleno del fluido refrigerante, se une, así, en otro
acondicionamiento ventajoso, un espacio de salida de flujo limitado
por el fondo de la cámara y la chapa de enfriamiento a chorro.
Correspondientemente, para una conducción fiable del fluido
refrigerante a la cámara de enfriamiento, de acuerdo con otro
perfeccionamiento ventajoso, se une un espacio de entrada del flujo
limitado por la chapa protectora y la chapa de enfriamiento a chorro
de la cámara de enfriamiento al canal de salida del flujo.
El álabe de turbina se conforma preferiblemente a
modo de álabe fijo para una turbina de gas, especialmente para una
turbina de gas fija.
Las ventajas obtenidas con la invención consisten
especialmente en que, mediante la previsión de un canal de entrada
del flujo y un canal de salida del flujo en el álabe de turbina, se
guía el fluido refrigerante por la penetración del canal de entrada
de flujo en el canal de salida del flujo, en una dirección
transversal en el interior, en l ahoja del álabe, por lo que es
posible una carga laminar de l ahoja del álabe, y se produce un
enfriamiento especialmente efectivo. El álabe de turbina se puede
fabricar, así, con un gasto relativamente pequeño, con lo que
resulta especialmente significativo que el canal de entrada y el de
salida de flujo puedan conformarse a modo de piezas insertadas
sencillas que se puedan montar en la hoja del álabe. Además, se
posibilita de una manera relativamente sencilla, una inclusión de
conceptos de una refrigeración cerrada con aire a modo de fluido
refrigeran-
te.
te.
Un ejemplo de ejecución de la invención se
explica con más detalle mediante los gráficos. Se muestra:
Figura 1: Un álabe de turbina en una sección
parcial a lo largo,
Figura 2: Un corte transversal por un álabe de
turbina según la Figura 1,
Figura 3: Otro álabe de turbina en una vista en
perspectiva cortada parcialmente, y
Figura 4: Otro álabe de turbina en una sección a
lo largo.
Las mismas piezas se han previsto en todas las
Figuras con los mismos símbolos de referencia.
El álabe de turbina 1, de acuerdo con la Figura
1, muestra una hoja del álabe 2, que se extiende a lo largo de un
eje del álabe 4. La hoja del alabe 2, así, es cóncava y/o curvada,
para la influencia adecuada de una sustancia activa que fluya en
una unidad de turbina asociada.
El álabe de turbina 1 se conforma a modo de álabe
fijo para una turbina de gas que aquí no se vuelve a representar, y
en la manera de una refrigeración cerrada, como con aire de
refrigeración, como un álabe de turbina que se pueda enfriar con un
fluido refrigerante. Para esto, la hoja del álabe 2 puede pasar,
principalmente en su dirección longitudinal L, desde el fluido
refrigerante, con lo que el fluido refrigerante K entra desde una
parte de entrada del fluido refrigerante AS en la hoja del álabe 2,
y vuelve a salir de ahí por una parte de salida del fluido
refrigerante BS.
En la hoja del álabe 2 se guían, esencialmente
por toda su longitud 1, un canal de entrada del fluido 6, en el que
puede entrar el fluido refrigerante K desde la parte de entrada del
fluido refrigerante AS, y un canal de salida de flujo 8, para el
fluido refrigerante K. Por el canal de salida del flujo 8, el
fluido refrigerante puede volver a abandonar l ahoja del álabe 2 en
la parte de salida del flujo refrigerante BS. El canal de entrada
del flujo 6 se ve limitado, por un lado, por una pared 10 plana,
cerrada, que avanza en diagonal en la hoja del álabe 2, y, por otro
lado, por una pared 14 plana, que muestra orificios de salida 12
para el fluido refrigerante K; la pared 10 cerrada y la pared 14 que
muestra orificios de salida 12 pueden formarse a partir de planchas
metálicas. La pared 14 que muestra los orificios de salida 12, que
se distribuyen de una manera aproximadamente uniforme por la
longitud 1 del canal de entrada del flujo 6, está colocada
paralelamente a una pared interior 16 a enfriar de la hoja del
álabe 2, con lo que entre esta pared interior 16 y la pared 14
anteriormente nombrada del canal de entrada del flujo 6, se conforma
un canal de rebose 18.
En el canal de rebose 18, se guía a lo largo del
canal de entrada del flujo 6, hacia el canal de salida del flujo 8,
el fluido refrigerante 6 que haya sobrado, en una dirección
transversal Q de l ahoja del álabe 2, en la pared interior 16 a
enfriar de la hoja del álabe 2. En esta pared interior 16 se han
colocado, en dirección longitudinal Q a la hoja del álabe 2,
refuerzos 20 movibles, que determinan en conjunto la dirección del
flujo del fluido refrigerante K que haya penetrado, y, además,
sirven adicionalmente a modo de aletas refrigeradoras para la hoja
del álabe 2.
Después de que el fluido refrigerante haya
circulado a lo largo de la pared interior 16 de la hoja del álabe
2, enfriando, entra en el canal de salida del flujo 8. El canal de
salida del flujo 8 es limitado, por un lado, por la pared 10 plana,
cerrada, que avanza diagonalmente por la hoja del álabe 2 y divide
el canal de entrada del flujo 6 del canal de salida del flujo 8, y,
por otro lado, por una pared interior 22 de la hoja del álabe 2,
que está opuesta a la pared interior 16 a enfriar.
La disposición se escoge de tal modo que el corte
transversal 40 libre del canal de entrada del flujo 6 se reduce
linealmente en la hoja del álabe 2, en su dirección longitudinal L.
Al mismo tiempo, con la medida de esta disminución, el corte
transversal libre 52 del canal de salida del flujo 8 se ve aumentado
en la hoja del álabe 2, en su dirección longitudinal L. Además,
tanto el canal de entrada del flujo 6 como también el canal de
salida de flujo 8 muestran, paralelamente a la dirección
longitudinal L de la hoja del álabe 2, y perpendicularmente a la
pared interior 16 a enfriar, un corte transversal triangular.
La Figura 2 explicita especialmente el rebose del
fluido refrigerante K desde el canal de entrada del flujo 6 hasta
el canal de salida del flujo 8. En esta Figura representa un corte
transversal a lo largo de la línea II-II, por el
álabe de turbina según la Figura 1. Junto a la pared 14 que muestra
orificios de salida 12, exterior a la pared interior 16 a enfriar
de la hoja del álabe 2, y a la pared 10 cerrada, opuesta a ésta, el
canal de entrada del flujo 6 muestra otras dos paredes 24, 26 unidas
a las paredes 10, 14, anteriormente nombradas, de modo que está
cerrado, con la excepción de una superficie de entrada y de los
orificios de salida 12. Así, también pueden formarse las otras
paredes 24, 26, correspondientemente a partir de una plancha
metálica.
En la dirección longitudinal L de la hoja del
álabe 2, en el canal de entrada del flujo 6, el fluido refrigerante
K que haya entrado abandona este canal por los orificios de salida
12, y se encuentra, a continuación, con la pared interior 16 de la
hoja del álabe 2. Con ello, se produce un efecto de enfriamiento a
chorro, que se refuerza debido a que el fluido refrigerante K
(adicionalmente guiado por los refuerzos 20) es conducido a lo
largo de la pared interior 16 de la hoja del álabe 2, en su
dirección transversal Q, y, así, a través de los canales de rebose
18, 28, 30, alcanza el canal de salida del flujo 8; así, el fluido
refrigerante K circula alrededor de, al menos, una parte del canal
de entrada del flujo 6, y alcanza, entonces, el canal de salida del
flujo 8, por el que se vuelve a vaciar, en la dirección longitudinal
de la hoja del álabe 2. Debido a los refuerzos 20 colocados en la
pared interior 16 de la hoja del álabe 2, se produce un efecto de
aleta refrigeradora que refuerza la acción refrigerante.
La Figura 3 muestra otro álabe de turbina 1 con
una hoja del álabe 2 en una vista en perspectiva, cortada
parcialmente. La hoja del álabe 2 muestra aquí un primer y un
segundo canal de entrada del flujo 6, 32, para el fluido
refrigerante K, con lo que los canales de entrada del flujo 6, 32,
con respecto al eje del álabe 4, se encuentran colocados
simétricamente entre ellos, y arrastran la hoja del alabe 2 en su
dirección longitudinal L, por una longitud 1. El fluido
refrigerante K se introduce en la parte de entrada del fluido de
refrigeración AS de la hoja del álabe 2, en los canales de entrada
del flujo 6, 32, atraviesa la hoja del álabe 2 en su dirección
longitudinal L, en ambos canales de entrada del flujo 6, 32, y los
abandona por los orificios de salida 12, que, debido a causas de
claridad de visualización, en la Figura 3 sólo se representan en el
primer canal de entrada del flujo. A continuación, el fluido
refrigerante K circula en una dirección transversal Q que avanza de
forma perpendicular a la dirección longitudinal L de la hoja del
álabe 2, correspondientemente a lo largo de una pared interior 16,
36, a enfriar de la hoja del álabe 2. Estas paredes interiores 16,
36, se encuentran de manera opuesta en los orificios de salida 12
de los canales de entrada del flujo 6, 32, y se han previsto con
refuerzos 20 (en la Figura 3, por razones de claridad de
visualización, sólo mostrados en la primera pared interior 16 a
enfriar), para el guiado del fluido refrigerante K. La circulación a
lo largo de las paredes interiores 16, 36, a enfriar, se consigue
durante una penetración del fluido refrigerante K desde los canales
de entrada del flujo 6, 32, en un canal común de salida del flujo 8
para el fluido refrigerante K, que se encuentra en el medio de los
canales de entrada del flujo 6, 32. Por el canal de salida del flujo
8, se introduce el flujo de refrigeración K, en la dirección
longitudinal L de la hoja del álabe, en la parte de salida del
fluido refrigerante BS.
En la parte de entrada del fluido refrigerante AS
de la hoja del álabe, los canales de entrada del flujo 6, 32,
muestran correspondientemente un corte transversal libre que forma
una superficie de entrada 34, 38 del mismo tamaño. Este corte
transversal de los canales de entrada del flujo 6, 32, se ve
reducido linealmente en la hoja del álabe 2, en su dirección
longitudinal L, de modo que, con la mitad de la longitud ½ del
corte transversal libre 40, 42, se reduce correspondientemente,
asimismo, a la mitad, si los canales de entrada del flujo 6, 32, no
muestran ningún corte transversal libre en su extremo 44, 46,
frontal, de la superficie de entrada 34, 38, para el fluido
refrigerante K. Esto significa, al mismo tiempo, que los canales de
entrada del flujo se cierran correspondientemente es estos extremos
44, 46.
Por otro lado, el canal de salida del flujo 8
está cerrado en su comienzo 50 frontal de una de las superficies de
salida 48 para el fluido refrigerante K formadas por un corte
transversal libre, y no muestra ahí ningún corte transversal libre.
El corte transversal libre del canal de salida del flujo 8 de la
hoja del álabe 2 se ve aumentado en su dirección longitudinal L,
correspondientemente a la disminución del corte transversal libre
de los canales de entrada del flujo 6, 32. Por eso, el corte
transversal libre 52 del canal de salida del flujo 8 muestra, en la
mitad de la longitud 1/2 de la hoja del álabe 2, una superficie que
se corresponde con la suma de los cortes transversales libres 40,
42 de los canales de entrada del flujo 6, 32 en este punto. Con
esto, se asegura una salida libre del fluido refrigerante K.
Junto a un orificio 54 movible en dirección
longitudinal, en el que se encuentran los canales de entrada del
flujo 6, 32, y el canal de salida del flujo 8, la hoja del álabe 2
muestra otros orificios 56, 58, 60, movibles en la dirección
longitudinal L. Los orificios 56, 58, 60 anteriormente nombrados,
que se muestran en la Figura 3 a modo de cavidades, pueden
preverse, asimismo, con los correspondientes canales de entrada y
salida del flujo para el fluido refrigerante, y pueden servir para
el enfriamiento del álabe de turbina 1.
Otro álabe de turbina 1, que puede ser
especialmente un álabe fijo para una turbina de gas, con una hoja
del álabe 2 que muestra dos canales para la entrada del flujo 6, 32,
para el fluido refrigerante K, colocados simétricamente con
respecto a un eje del álabe 4, se muestra en la Figura 4, en un
corte longitudinal. En la hoja del álabe 2 se diseña, en una parte
para la entrada del fluido refrigerante AS, una primera plataforma
62 que se extiende transversalmente al eje del álabe 4, y que forma
una placa primera. En una parte para la salida del fluido
refrigerante BS, se diseña una segunda plataforma 64 que forma una
placa de base, extendida transversalmente al eje del álabe 4. El
fluido refrigerante K se introduce en la parte para la entrada del
fluido refrigerante AS de la primera plataforma 62, y en una zona de
la hoja del álabe 2 unida con los canales de entrada del flujo 6,
32, central, protegida por una chapa protectora 66. Una cámara de
enfriamiento 68 de la primera plataforma 62 está unida, así, al
canal de salida del flujo 8, de modo que ya para el enfriamiento de
la primera plataforma 62, el fluido refrigerante K que se dé se hace
salir por el canal de salida del flujo 8 directamente fuera de la
hoja del álabe 2.
El fluido refrigerante K introducido en los
canales de entrada del flujo 6, 32, abandona estos canales de
entrada del flujo 6, 32, bien por los orificios de salida 12, 70, de
las paredes exteriores 14, 72 a las paredes interiores 16, 36, de
la hoja del álabe 2, o bien por las zonas de transición 74 previstas
en los extremos frontales de los canales de entrada del flujo 6,
32, de las superficies de entrada correspondientes para el fluido
refrigerante, hacia una cámara de enfriamiento 78 de la segunda
plataforma 64. El fluido refrigerante K que pasa a través de los
orificios de salida 12, 70, es guiado en una dirección transversal Q
por las paredes interiores 16, 36 a enfriar, de la hoja del álabe
2, que muestran refuerzos 20, 80, y entonces se introduce en el
canal de salida del flujo 8, y abandona, por éste, la hoja del álabe
2 por su parte para la salida del fluido refrigerante BS.
Las cámaras de enfriamiento 68, 78, de las
plataformas 62, 64, se colocan en éstas, y se cierran hacia fuera
correspondientemente por una chapa protectora 82, 84. Además, las
cámaras de enfriamiento 68, 78 se han previsto correspondientemente
en su zona de la base con una chapa de enfriamiento a chorro 90, 92
colocada de forma distanciada del fondo de la cámara 86, 88. En la
cámara de enfriamiento 68 de la primera plataforma 62 existe una
zona para la salida del flujo 94, que se ve limitada por el fondo de
la cámara 86 y por la chapa de enfriamiento a chorro 90, y se une
al canal de salida del flujo 8. Por otro lado, la cámara de
refrigeración 78 de la segunda plataforma 64 muestra una zona para
la entrada del flujo 96, que se ve limitada por la chapa protectora
84 y por la chapa de enfriamiento a chorro 92, y está unida a los
canales de entrada del flujo 6, 32. De esta manera, la zona para la
entrada del flujo 96 puede alimentarse por los canales para la
entrada del flujo 6, 32, que son separados por paredes 10, 98 del
canal de salida del flujo 8.
Claims (15)
1. Un álabe de turbina (1) con una hoja del álabe
(2) extendida a lo largo de un eje del álabe (4), principalmente en
su dirección longitudinal (L), que pasa a través de un medio de
enfriamiento (K), con lo que, en la hoja del álabe (2),
esencialmente por toda su longitud (1), se guían un canal de entrada
del flujo (6) y un canal de salida del flujo (8) para el fluido
refrigerante (K), y el canal de entrada del flujo (6) y el canal de
salida del flujo (8) se conectan entre ellos por medio del fluido
refrigerante, de tal modo, que se guía a lo largo del canal de
entrada del flujo (6), hacia el canal de salida del flujo (8), el
fluido refrigerante (K) que haya sobrado, en una dirección
transversal (Q) en una pared interior (16) a enfriar de la hoja del
álabe (2), con lo que el canal de entrada de fluido (6) se muestra,
en orificios de salida (12) externos aproximadamente uniformes,
distribuidos por la longitud de la pared interior (16) de la hoja
del álabe (2) a enfriar por el fluido refrigerante (K),
caracterizado porque mediante varios orificios de salida (12)
en dirección transversal (Q), puede conseguirse una carga laminar
de la pared interior (16) con fluido refrigerante, y la/cada pared
interior (16) a enfriar de la hoja del álabe (2) se ha previsto
correspondientemente con refuerzos (20, 80) colocados
transversalmente al eje del álabe (4), que guían con el fluido
refrigerante (K).
2. El álabe de turbina, según la reivindicación
1, en el que el corte transversal (40) libre del canal de entrada
del flujo (6) se ve reducido en la hoja del álabe (2), en su
dirección longitudinal L.
3. El álabe de turbina, según la reivindicación
2, en el que el corte transversal (40) libre del canal de entrada
del flujo (6) se ve reducido linealmente en la hoja del álabe (2),
en su dirección longitudinal L.
4. El álabe de turbina, según la reivindicación 2
ó 3, en el que el corte transversal (52) libre del canal de salida
del flujo (8) aumenta en la hoja del álabe (2) en su dirección
longitudinal (L), correspondientemente a la reducción del corte
transversal (40) libre del canal de entrada del flujo (6).
5. El álabe de turbina, según una de las
anteriores reivindicaciones, en el que el canal de entrada del
fluido (6) y/o el canal de salida del fluido (8) muestra,
paralelamente a la dirección longitudinal (L) de la hoja del álabe
(2), y perpendicularmente a la pared interior (16) a enfriar de la
hoja del álabe (2), un corte transversal triangular.
6. El álabe de turbina, según una de las
anteriores reivindicaciones, en el que, con respecto al eje del
álabe (4), simétricamente al primer canal de entrada del flujo (6),
se encuentra un segundo canal de entrada del flujo (32) para el
fluido refrigerante (K), para el enfriamiento de otra pared interior
(36) de la hoja del álabe (2).
7. El álabe de turbina, según la reivindicación
6, en el que el primer y el segundo canal de entrada del flujo (6,
32) desembocan en un canal de salida del flujo (8) común, para el
fluido refrigerante (K).
8. El álabe de turbina, según una de las
anteriores reivindicaciones, en el que el canal de entrada del
flujo (6, 32) está cerrado en sus extremos (44, 46) frontales de una
superficie de entrada (34, 38) para el fluido refrigerante (K), y/o
el canal de salida del flujo (8), en su comienzo (50) frontal de una
superficie de salida (48) para el fluido refrigerante (K).
9. El álabe de turbina, según una de las
anteriores reivindicaciones, en el que se diseñe, en la hoja del
álabe (2) de su parte de entrada del fluido refrigerante (BS), una
plataforma (64) que se extienda de forma transversal al eje del
álabe (4), que muestre, en el canal de salida del flujo (6, 32), una
cámara de enfriamiento (78) unida, que se pueda cargar con fluido
refrigerante (K).
10. El álabe de turbina, según una de las
anteriores reivindicaciones, en el que se diseñe, en la hoja del
álabe (2) de su parte de entrada del fluido refrigerante (2), una
plataforma (62) que se extienda de forma transversal al eje del
álabe (4), que muestre, en el canal de salida del flujo (8), una
cámara de enfriamiento (68) unida, que se pueda cargar con fluido
refrigerante (K).
11. El álabe de turbina, según la reivindicación
9 ó 10, en el que la cada cámara de enfriamiento (68, 78) se coloca
en la plataforma correspondiente (62, 64), y se cierra hacia fuera
por una chapa protectora (82, 84).
12. El álabe de turbina, según una de las
reivindicaciones de la 9 a la 11, en el que la/cada cámara de
enfriamiento (68, 78) se ha previsto en una zona de la base con una
chapa de enfriamiento a chorro (90, 92) colocada de forma
distanciada del fondo de la cámara (86, 88).
13. El álabe de turbina, según la reivindicación
12, en el que una parte para la salida del flujo (94) de la cámara
de enfriamiento (68) limitada por el fondo de la cámara (86) y por
la chapa de enfriamiento a chorro (90) se cierra en el canal de
salida del flujo (8).
14. El álabe de turbina, según la reivindicación
12, en el que una parte para la entrada del flujo (96) limitada por
la chapa protectora (84) y por la chapa de enfriamiento a chorro
(92) de la cámara de enfriamiento (78) se cierra en el canal de
entrada del flujo (6, 32).
15. El álabe de turbina, según una de las
anteriores reivindicaciones, que se conforma a modo de álabe fijo
para una turbina de gas.
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