ES2259983T3 - Estator con separacion circunferencial particular de los perfiles de ala. - Google Patents
Estator con separacion circunferencial particular de los perfiles de ala.Info
- Publication number
- ES2259983T3 ES2259983T3 ES00311260T ES00311260T ES2259983T3 ES 2259983 T3 ES2259983 T3 ES 2259983T3 ES 00311260 T ES00311260 T ES 00311260T ES 00311260 T ES00311260 T ES 00311260T ES 2259983 T3 ES2259983 T3 ES 2259983T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- separation
- envelope
- circumferential
- fan
- blades
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
- F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/668—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps damping or preventing mechanical vibrations
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/26—Antivibration means not restricted to blade form or construction or to blade-to-blade connections or to the use of particular materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/542—Bladed diffusers
- F04D29/544—Blade shapes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/56—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
- F04D29/563—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/10—Stators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/10—Two-dimensional
- F05D2250/18—Two-dimensional patterned
- F05D2250/184—Two-dimensional patterned sinusoidal
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Abstract
Un estator (14) configurado para canalizar el aire a través de un extremo de entrada de un motor de turbina de gas hasta una fila de álabes de un rotor de ventilador, y que comprende una fila de perfiles de ala (22, 28) que se extienden radialmente hacia dentro desde una envolvente (24) para canalizar dicho aire hacia dichos álabes del rotor del ventilador, estando dichos álabes del estator separados circunferencialmente entre si con una separación circunferencial que varía progresivamente alrededor del perímetro de dicha envolvente para reducir la excitación por estela de dichos álabes del rotor del ventilador debida a dichos perfiles de ala; caracterizado porque dicha separación circunferencial es senoidal y está separada de acuerdo con la expresión: S = A + B x sen(n/N x 2B) en donde A representa la separación nominal uniforme del número total de montantes o paletas, N representa el número total de montantes o paletas alrededor del perímetro, B representa el límite de variación de la separación circunferencial alrededor del perímetro de la envolvente, y n representa el número del montante o la posición del correspondiente conducto adyacente al mismo.
Description
Estator con separación circunferencial
particular de los perfiles de ala.
La presente invención está relacionada
generalmente con motores de turbina de gas y, más específicamente,
con los estátores de los mismos.
En un motor de turbina de gas, el aire se
presuriza mediante unos álabes rotativos y se mezcla con
combustible, y se inflama para generar unos gases de combustión
calientes que fluyen aguas abajo a través de una turbina para
extraer energía de los mismos.
En un motor con turboventilador, el aire se
canaliza a través de unas filas de álabes del ventilador y del
compresor que presurizan el aire progresivamente. Los álabes del
ventilador son relativamente grandes, disminuyendo de tamaño los
álabes de las filas subsiguientes del rotor para seguir comprimiendo
el aire progresivamente.
Para guiar aerodinámicamente el aire hasta las
diversas etapas del rotor, se disponen unos correspondientes
estátores aguas arriba de las mismas. Un estator típico incluye una
fila de perfiles de ala del estator que se extienden radialmente
hacia dentro desde una envolvente anular de soporte, estando
configurados los perfiles de ala para desacelerar el aire dirigido
hacia la correspondiente fila de álabes del rotor.
La eficiencia aerodinámica de un motor de
turbina es el objetivo supremo del diseño. Los perfiles de ala del
estator y del rotor están configurados para que cooperen con el
máximo de eficiencia y prestaciones. En los componentes del
ventilador y del compresor del motor, las prestaciones aerodinámicas
incluyen también un margen adecuado de desprendimiento del flujo
para evitar un desprendimiento de flujo indeseable cuando se
presuriza el aire por encima de la velocidad del motor al variar la
potencia de salida desde el valor mínimo hasta el máximo.
Otra consideración significativa en el diseño de
los álabes del rotor es la longevidad a la fatiga. Debido a que
durante el funcionamiento los álabes giran y están sometidos a
diversas fuerzas de excitación, se producen durante el
funcionamiento tensiones y esfuerzos vibratorios en los álabes. Por
lo tanto los álabes se diseñan para minimizar las vibraciones
excitadas y asegurar una adecuada longevidad a la fatiga.
La combinación de prestaciones aerodinámicas y
respuesta vibratoria es particularmente significativa en el bastidor
frontal de un motor de turbina de gas con turboventilador y doble
flujo. El bastidor frontal incluye unos perfiles de ala de estator
en forma de montante, que se utilizan solos o en combinación con
unas paletas guía de entrada variables. Estos montantes se extienden
radialmente entre un cubo interno y una envolvente externa y dirigen
el aire ambiente hacia la primera etapa de álabes del ventilador.
Puesto que los álabes de la primera etapa del ventilador son
relativamente grandes, su prestación aerodinámica y su respuesta
vibratoria son particularmente sensibles a la interacción con el
bastidor frontal.
Más específicamente, los montantes del bastidor
bloquean localmente el camino de flujo aerodinámico hacia los álabes
del ventilador. En consecuencia, el aire diverge alrededor de los
montantes penetrando en los conductos circunferenciales existentes
entre los mismos, y se forman estelas en los bordes traseros de los
montantes. Por lo tanto, el perfil de presión del aire de entrada a
los álabes del ventilador varía circunferencialmente alrededor del
bastidor frontal, lo cual afecta correspondientemente a las
prestaciones aerodinámicas de los álabes.
En un motor de producción típico, los montantes
del ventilador están separados circunferencialmente de manera
uniforme y producen una excitación fundamental o frecuencia
forzadora, también conocida como frecuencia por paso de estela. Esta
frecuencia es producto del número total de montantes y de la
velocidad de rotación del ventilador. Si la frecuencia por paso de
estela coincide con una frecuencia de resonancia natural de los
álabes, los álabes pueden verse sometidos a unas tensiones y
esfuerzos vibratorios que afectan negativamente a la longevidad a
la fatiga de los mismos.
Una fila de álabes de ventilador tiene una
frecuencia fundamental de resonancia y unas frecuencias armónicas de
mayor orden. Similarmente, la frecuencia por paso de estela tiene
unas frecuencias armónicas de mayor orden. Y, puesto que un
ventilador funciona a una velocidad variable entre la marcha en
vacío y la velocidad máxima, típicamente se producirá al menos un
cruce resonante de la frecuencia por paso de estela, o de sus
armónicos, con las frecuencias de resonancia del ventilador.
El procedimiento más común para minimizar la
respuesta resonante de los álabes de un ventilador es seleccionar el
número de montantes para evitar el cruce resonante con los posibles
modos de vibración de los álabes. Puesto que algunos modos de
vibración de los álabes son más excitables que otros, típicamente se
evita en lo posible un funcionamiento próximo a esos modos
excitables.
Puesto que la frecuencia fundamental de
excitación se corresponde con el número total de perfiles de ala de
la fila, las fuerzas de excitación que se corresponden con la misma
se repiten a cada revolución del rotor. Esta frecuencia fundamental
se expresa comúnmente por cada revolución, o /rev, siendo sus
armónicos unos múltiplos enteros de la misma. Para 20 perfiles de
ala, la frecuencia fundamental por paso de estela está representada
por 20/rev, siendo los armónicos de mayor orden 40/rev, 60/rev,
etc.
También puede reducirse la excitación de los
álabes de un ventilador cambiando la separación entre los perfiles
de ala del estator, para eliminar las excitaciones discretas a la
frecuencia /rev fundamental y a los armónicos, y repartir la
excitación vibratoria entre muchas frecuencias vibratorias
individuales para distribuir la energía de excitación. Sin embargo,
aunque se puede reducir la excitación y el esfuerzo vibratorio en
los álabes a la frecuencia fundamental por paso de estela, el
esfuerzo vibratorio puede aumentar indeseablemente a otras
frecuencias de resonancia que se producen durante el funcionamiento.
Además, una separación irregular de los perfiles de ala del estator
puede afectar negativamente a las prestaciones aerodinámicas,
incluyendo el margen de desprendimiento del flujo en un compresor de
aguas
abajo.
abajo.
Por estas razones, en los motores de producción
conocidos, típicamente los perfiles de ala del estator están
uniformemente separados los unos de los otros, no conociéndose que
existan en producción perfiles de ala de estator irregularmente
separados.
En consecuencia, es deseable proporcionar unos
perfiles de ala de estator que tengan una excitación vibratoria
reducida en los álabes del rotor y que a la vez mantengan unas
aceptables prestaciones aerodinámicas de los mismos.
Los documentos US 1.534.721; US 3.006.603; US
5.342.167 y US 3.169.747 afrontan los problemas de las vibraciones
excesivas en máquinas rotativas, en particular turbinas y
similares.
Según la presente invención, se proporciona un
estator configurado para canalizar el aire a través de un extremo de
entrada de un motor de turbina de gas hasta una fila de álabes de un
rotor de ventilador, y que comprende una fila de perfiles de ala que
se extienden radialmente hacia dentro desde una envolvente para
canalizar dicho aire hacia dichos álabes del rotor del ventilador,
estando dichos álabes del estator separados circunferencialmente
entre si con una separación circunferencial que varía
progresivamente alrededor del perímetro de dicha envolvente para
reducir la excitación por estela de dichos álabes del rotor del
ventilador debida a dichos perfiles de ala;
caracterizado
porque
dicha separación circunferencial es
senoidal y está separada de acuerdo con la
expresión:
\vskip1.000000\baselineskip
S = A + B x sen(n/N x
2B)
\vskip1.000000\baselineskip
en donde A representa la separación
nominal uniforme del número total de montantes o paletas, N
representa el número total de montantes o paletas alrededor del
perímetro, B representa el límite de variación de la separación
circunferencial alrededor del perímetro de la envolvente, y n
representa el número del montante o la posición del correspondiente
conducto adyacente al
mismo.
Según la invención, se proporciona un estator
que incluye una fila de perfiles de ala que se extienden hacia
dentro desde una envolvente. Los perfiles de ala están separados
circunferencialmente los unos de los otros, con una separación
progresivamente variable alrededor del perímetro de la envolvente,
para reducir la excitación vibratoria de una etapa de rotor situada
aguas abajo.
La invención, según las realizaciones preferidas
y ejemplares, junto con otros objetivos y ventajas de la misma, está
descrita más particularmente en la siguiente descripción detallada,
tomada junto con las figuras que la acompañan, en las cuales:
La Figura 1 es una vista axial parcialmente
seccionada de una parte de un motor de turbina de gas con
turboventilador que tiene un estator del ventilador según una
realización ejemplar de la presente invención.
La Figura 2 es una vista en sección
circunferencial planiforme de una parte del bastidor frontal y de la
etapa de ventilador ilustrados en la Figura 1, y tomada por la línea
2-2.
La Figura 3 es una vista parcialmente
esquemática del bastidor central ilustrado en la Figura 1, tomada
por la línea 3-3, para mostrar la separación
variable de los perfiles de ala del mismo según una realización
ejemplar de la presente invención.
Se ilustra en la Figura 1 la parte frontal de un
motor 10 de turbina de gas con turboventilador que es simétrica con
respecto a un eje 12 axial o longitudinal. El motor incluye un
estator en la forma ejemplar de un bastidor frontal 14 del
ventilador que está configurado para dirigir el aire ambiente 16
hacia una fila de álabes 18 del rotor del ventilador que se
extienden radialmente hacia fuera desde un disco soporte situado
aguas abajo del bastidor frontal.
El ventilador puede tener una o más etapas de
álabes de ventilador, según se desee, y está seguido a su vez por un
compresor axial multietapa convencional 20 que comprime aún más una
parte del aire para mezclarlo con combustible para generar gases de
combustión. Los gases de combustión son canalizados hasta unas
correspondientes etapas de turbina (no representadas) que propulsan
el compresor y el ventilador de manera convencional. Una parte
externa del aire del ventilador contornea el núcleo del motor y se
descarga desde el motor junto con los gases de combustión para
producir un empuje que propulsa al avión durante el vuelo.
El bastidor o estator 14 del ventilador incluye
una fila de perfiles de ala 22 del estator que se extienden
radialmente hacia dentro desde una envolvente anular exterior 24, y
radialmente hacia fuera desde un cubo anular interior 26. Los
perfiles de ala 22 del bastidor del ventilador se denominan
típicamente montantes, ya que proporcionan una vía de carga entre el
cubo y la envolvente para soportar un extremo del rotor del
ventilador. Los montantes 22 pueden tener cualquier perfil
aerodinámico adecuado, tal como el perfil fusiforme ilustrado en la
Figura 2, para disminuir el arrastre aerodinámico cuando el aire 16
es canalizado hacia los álabes 18 del rotor.
Según se muestra en las Figuras 1 y 2, el
bastidor 14 del ventilador puede incluir también unas paletas guía
28 de entrada, variables, montadas sobre la envolvente 24 y
alineadas axialmente con los correspondientes montantes 22 aguas
abajo de los bordes de salida de los mismos. Los montantes y las
paletas tienen un perfil de ala adecuado, tanto individual como
colectivamente, para guiar el aire ambiente 16 hacia el ventilador
de cualquier manera convencional.
Según se indicó anteriormente, los montantes de
los ventiladores convencionales, así como las paletas guía de
entrada que cooperan con los mismos, están normalmente separados
circunferencialmente los unos de los otros de manera uniforme o
regular para asegurar una adecuada prestación aerodinámica del
ventilador así como del compresor situado aguas abajo. Sin embargo,
el número total de montantes o paletas alrededor del perímetro del
bastidor crean con los álabes 18 del ventilador, situados aguas
abajo, una frecuencia fundamental por paso de estela, con unos
correspondientes armónicos de mayor orden, que pueden conducir a la
excitación vibratoria de uno o más de los modos de vibración
resonante de los álabes cuando el motor funciona a diversas
velocidades de rotor, típicamente expresadas en revoluciones por
minuto.
Según una realización preferida de la presente
invención, los perfiles de ala fijos del bastidor frontal 14 del
ventilador, que incluyen los montantes 22 y las paletas 28 del
mismo, están separados circunferencialmente entre si con una
separación circunferencial S, según se ilustra en la Figura 2, que
varía progresivamente de un ala a otra alrededor de todo el
perímetro de la envolvente 24.
En la realización ejemplar ilustrada en las
Figuras 2 y 3, hay un total de diecisiete (17) montantes 22
alrededor del perímetro total de 360º de la envolvente 24, y
similarmente diecisiete paletas 28 correspondientes. El producto del
número total de montantes o paletas por la velocidad de rotación del
ventilador define en el ventilador una frecuencia nominal por paso
de estela que puede representarse por 17/rev. Para los perfiles de
ala del estator separados uniformemente, la frecuencia fundamental
de excitación o frecuencia fundamental por paso de estela es 17/rev,
siendo los armónicos de mayor orden de la misma unos múltiplos
enteros que incluyen 34/rev como primer armónico y 51/rev como
segundo armónico.
Para los perfiles de ala uniformemente
separados, la frecuencia fundamental 17/rev crea la fuerza relativa
máxima de las estelas de presión procedentes de los perfiles de ala,
con la fuerza relativa de la estela decreciendo a su vez para los
correspondientes armónicos de orden superior.
Variando ligeramente y de manera progresiva la
separación circunferencial S entre uno y otro perfil de ala del
bastidor del ventilador, las frecuencias por paso de estela se
distribuyen alrededor de la frecuencia nominal por paso de estela y
de sus armónicos para distribuir correspondientemente la energía de
estela sobre un mayor número de frecuencias de excitación.
Correspondientemente, la fuerza de estela relativa para cada una de
las frecuencias excitadas es relativamente baja, reduciéndose
substancialmente la fuerza de estela relativa de la frecuencia
nominal 17/rev y de sus armónicos en comparación con los perfiles de
ala de estator uniformemente separados.
Es preferible variar gradualmente y de manera
periódica la separación circunferencial S entre uno y otro perfil de
ala, no solo para reducir la excitación producida por las
frecuencias por paso de estela, sino también para limitar las
prestaciones aerodinámicas adversas de los componentes situados
aguas abajo, incluyendo el compresor. Las prestaciones aerodinámicas
del ventilador y del compresor, y el margen de desprendimiento de
flujo del compresor, deben mantenerse mientras se reduce la
respuesta vibratoria de estos componentes debida a las estelas de
presión creadas por el bastidor del ventilador. El cambio gradual de
la separación también reduce los efectos adversos de prestación
debidos a las tolerancias típicas de fabricación de la posición
circunferencial.
En la realización preferida ilustrada en la
Figura 3, los perfiles de ala con el montante 22 y la paleta 28
tienen una mayor separación circunferencial, progresivamente
variable, en un primer lado circunferencial de la envolvente que en
un segundo lado circunferencial de la misma, diametralmente opuesto,
en el cual la separación entre los perfiles de ala es menor que en
el primer lado, aunque en el segundo lado también varía
progresivamente.
Según se muestra en la Figura 2, la separación
circunferencial S entre montantes y paletas está representada por la
separación del paso entre ejes de esos perfiles de ala. Puesto que
estos perfiles de ala tienen típicamente una sección o perfil radial
idéntico, la separación circunferencial real entre los perfiles de
ala, que define los conductos de flujo para el aire 16, varía
correspondientemente con la separación S del paso.
Refiriéndose de nuevo a la Figura 3,
preferiblemente la separación circunferencial de los montantes y
paletas alrededor de la envolvente 24 varía con un periodo único que
corresponde al perímetro de 360º de la envolvente. De este modo, la
separación circunferencial de los montantes y paletas puede variar a
partir de una separación nominal o uniforme de los mismos según una
distribución basada esencialmente en una unidad por rev. En otras
palabras, alrededor del perímetro total de la envolvente, la
separación circunferencial de los perfiles de ala varía
progresivamente entre uno y otro perfil de ala con una mayor
extensión en el segundo lado opuesto, para distribuir
correspondientemente las frecuencias por paso de estela
resultantes.
Por ejemplo, en lugar de una frecuencia
fundamental por paso de estela que tenga la máxima fuerza relativa
de estela a 17/rev, la frecuencia fundamental se convierte en 1/rev,
y la excitación por estela se distribuye sobre varias frecuencias
dentro de un amplio margen por debajo y por encima del valor de
17/rev, todas ellas con una fuerza relativa de estela
correspondientemente menor. Similarmente, las frecuencias por estela
armónicas discretas a 34/rev y 51/rev se sustituyen por unos
márgenes de frecuencias armónicas distribuidos por debajo y por
encima de esas frecuencias discretas, de nuevo con una fuerza
relativa de estela correspondientemente menor.
De esta manera, los perfiles de ala del estator
ya no experimentan una frecuencia fundamental por paso de estela de
17/rev, correspondiente al número total por fila, sino que
experimentan una frecuencia fundamental por paso de estela de 1/rev
correspondiente a uno solo de los perfiles de ala del estator. Un
número mayor de frecuencias armónicas por paso de estela se
distribuye entonces sobre un margen mayor de frecuencias que cubre
el margen de frecuencias de 17/rev a 51/rev para los tres primeros
modos de vibración.
En la realización preferida ilustrada en la
Figura 3, la separación circunferencial S es preferiblemente
sinusoidal con un único periodo correspondiente al perímetro de 360º
de la envolvente. Por ejemplo, la separación circunferencial S entre
los montantes y paletas circunferencialmente adyacentes puede
representarse por la siguiente ecuación: S = A + B x Sen(n/N
x 2\pi). El índice n representa el número del montante o la
localización del correspondiente conducto adyacente al mismo, y N
representa el número total de montantes o paletas alrededor del
perímetro. La constante A representa la separación uniforme nominal
para el número total de montantes o paletas alrededor del perímetro.
La constante B representa el límite de variación de la separación
circunferencial alrededor del perímetro de la envolvente.
Para el número total N = 17 de montantes o
paletas de la fila, la separación circunferencial nominal A es
simplemente 360º/17 = 21,2º, representada por una línea horizontal
de trazos en el gráfico superior de la Figura 1, y por unas líneas
radiales de punto y trazo en la fila de perfiles de ala representada
debajo. La máxima variación de la separación circunferencial está
representada por la constante B y puede tener cualquier valor
adecuado. La distribución sinusoidal de la separación
circunferencial resulta en una mayor separación para los perfiles de
ala de un lado de la envolvente y una menor separación para los
perfiles de ala del lado opuesto de la envolvente,
correspondiéndose con la distribución simétrica de una onda senoidal
típica. La separación circunferencial mayor o ampliada está
representada en la Figura 3 por el signo más (+), estando
representada la separación circunferencial menor o reducida por el
signo menos (-), todo ello con relación a la separación
circunferencial nominal A.
En una realización preferida, la separación
circunferencial S mayor (+) es hasta un 10% mayor que la separación
nominal uniforme A para el número total de perfiles de ala alrededor
del perímetro de la envolvente, siendo la separación circunferencial
menor (-) hasta aproximadamente un 10% menor que la separación
nominal uniforme A. La constante B de la ecuación anterior puede
tener por lo tanto un valor que, en este ejemplo, es el 10% del
valor nominal A. En realizaciones alternativas, la variación de la
separación circunferencial puede llegar aproximadamente hasta el 15%
para gozar de las ventajas de una reducida excitación por estela de
los álabes del ventilador pero limitando un cambio indeseable de las
prestaciones aerodinámicas del ventilador y del compresor situado
aguas abajo.
Los diecisiete montantes o paletas ilustrados en
la Figura 3 que rodean el perímetro de la envolvente, y los
correspondientes conductos de flujo entre los mismos, están
identificados en el sentido de las agujas del reloj por los números
de referencia comprendidos entre 1 y 17. La correspondiente
separación circunferencial de los montantes y paletas está ilustrada
en el gráfico y expresada en grados. La separación circunferencial
entre el primer y el segundo montante 1 y 2, o las paletas
correspondientes, es ligeramente mayor que la separación nominal A,
aumentando la separación progresivamente de un perfil de ala a otro
perfil de ala hasta un máximo de la onda senoidal de la separación
circunferencial entre el quinto y el sexto montante 5 y 6. A
continuación la separación circunferencial disminuye para los
montantes 6,7,8, siendo la separación entre los montantes 8 y 9
ligeramente superior a la separación nominal A.
La separación sigue disminuyendo hasta quedar
por debajo de la separación nominal, en el valor cero de la onda
senoidal, para los montantes 9,10,11 y 12, teniendo la separación
circunferencial en los montantes 12 y 13 un valor similar mínimo
cerca del valor mínimo de la onda senoidal. A continuación la
separación circunferencial aumenta para los montantes 13 a 17,
teniendo la separación entre el montante 17 y el montante 1 el valor
nominal A en el valor cero de la onda senoidal.
Aunque la distribución preferida de la
separación circunferencial de los perfiles de ala del bastidor varía
sinusoidalmente en la invención, pueden usarse otras distribuciones
periódicas de variación continua, que son puramente ejemplares y no
forman parte de la invención según está reivindicada, para
distribuir la excitación por estela de los álabes del ventilador
sobre un margen de frecuencias mayor para reducir el esfuerzo
relativo de los mismos. La distribución de separaciones puede ser
optimizada para reducir la interacción entre las frecuencias de
excitación por estela y cualquier frecuencia resonante excitable de
los álabes del ventilador. La distribución con variación suave de
las separaciones alrededor del perímetro de la envolvente del
ventilador puede ser utilizada para limitar cualquier efecto
aerodinámico adverso sobre las prestaciones del ventilador y del
compresor, atribuible al bastidor del ventilador, reduciendo a la
vez las tensiones y esfuerzos vibratorios en los mismos.
Claims (6)
1. Un estator (14) configurado para canalizar el
aire a través de un extremo de entrada de un motor de turbina de gas
hasta una fila de álabes de un rotor de ventilador, y que comprende
una fila de perfiles de ala (22,28) que se extienden radialmente
hacia dentro desde una envolvente (24) para canalizar dicho aire
hacia dichos álabes del rotor del ventilador, estando dichos álabes
del estator separados circunferencialmente entre si con una
separación circunferencial que varía progresivamente alrededor del
perímetro de dicha envolvente para reducir la excitación por estela
de dichos álabes del rotor del ventilador debida a dichos perfiles
de ala;
caracterizado
porque
dicha separación circunferencial es
senoidal y está separada de acuerdo con la
expresión:
\vskip1.000000\baselineskip
S = A + B x sen(n/N x
2B)
\vskip1.000000\baselineskip
en donde A representa la separación
nominal uniforme del número total de montantes o paletas, N
representa el número total de montantes o paletas alrededor del
perímetro, B representa el límite de variación de la separación
circunferencial alrededor del perímetro de la envolvente, y n
representa el número del montante o la posición del correspondiente
conducto adyacente al
mismo.
2. Un estator según la reivindicación 1, en el
cual dichos perfiles de ala (22, 28) tienen una mayor variación
progresiva de la separación circunferencial en un lado de dicha
envolvente que en un lado opuesto de la misma, el cual tiene una
menor variación progresiva de la separación circunferencial.
3. Un estator según la reivindicación 2, en el
cual dichos perfiles de ala (22, 28) varían en separación
circunferencial alrededor de dicha envolvente con un periodo que se
corresponde con dicho perímetro de la envolvente.
4. Un estator según cualquier reivindicación
precedente, en el cual dicha mayor separación circunferencial es
hasta aproximadamente un 10% superior a una separación nominal
uniforme del número total de perfiles de ala de dicha envolvente, y
dicha menor separación circunferencial es hasta aproximadamente un
10% inferior a dicha separación nominal.
5. Un estator según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4 en forma de un bastidor central (14) de un
ventilador, en el cual dichos perfiles de ala comprenden unos
montantes (22) configurados para dirigir el aire hacia una fila de
álabes (18) de un rotor del ventilador situado aguas abajo de los
mismos.
6. Un estator según la reivindicación 5, en el
cual dichos perfiles de ala comprenden además unas paletas (28) de
guía montadas en dicha envolvente (24) en alineación con los
correspondientes montantes (22).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US466157 | 1999-12-18 | ||
| US09/466,157 US6439838B1 (en) | 1999-12-18 | 1999-12-18 | Periodic stator airfoils |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2259983T3 true ES2259983T3 (es) | 2006-11-01 |
Family
ID=23850730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES00311260T Expired - Lifetime ES2259983T3 (es) | 1999-12-18 | 2000-12-15 | Estator con separacion circunferencial particular de los perfiles de ala. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6439838B1 (es) |
| EP (1) | EP1111191B1 (es) |
| JP (1) | JP4495335B2 (es) |
| AT (1) | ATE321191T1 (es) |
| DE (1) | DE60026803T2 (es) |
| ES (1) | ES2259983T3 (es) |
| IL (1) | IL140103A (es) |
Families Citing this family (52)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2824597B1 (fr) † | 2001-05-11 | 2004-04-02 | Snecma Moteurs | Reduction de vibrations dans une structure comprenant un rotor et des sources de perturbation fixes |
| US6789998B2 (en) * | 2002-09-06 | 2004-09-14 | Honeywell International Inc. | Aperiodic struts for enhanced blade responses |
| US7234914B2 (en) | 2002-11-12 | 2007-06-26 | Continum Dynamics, Inc. | Apparatus and method for enhancing lift produced by an airfoil |
| US20040187475A1 (en) * | 2002-11-12 | 2004-09-30 | Usab William J. | Apparatus and method for reducing radiated sound produced by a rotating impeller |
| GB2420157B (en) * | 2003-05-14 | 2006-06-28 | Rolls Royce Plc | A stator vane assembly for a turbomachine |
| US6905303B2 (en) * | 2003-06-30 | 2005-06-14 | General Electric Company | Methods and apparatus for assembling gas turbine engines |
| US7097420B2 (en) * | 2004-04-14 | 2006-08-29 | General Electric Company | Methods and apparatus for assembling gas turbine engines |
| US8757965B2 (en) * | 2004-06-01 | 2014-06-24 | Volvo Aero Corporation | Gas turbine compression system and compressor structure |
| DE602005017793D1 (de) * | 2004-07-16 | 2009-12-31 | Bell Helicopter Textron Inc | Gegendrehmomentvorrichtung für hubschrauber |
| JP4590227B2 (ja) | 2004-08-04 | 2010-12-01 | 株式会社日立製作所 | 軸流ポンプ及び斜流ポンプ |
| US20070022196A1 (en) * | 2005-06-29 | 2007-01-25 | Subodh Agrawal | Single token multifactor authentication system and method |
| US7743497B2 (en) * | 2005-10-06 | 2010-06-29 | General Electric Company | Method of providing non-uniform stator vane spacing in a compressor |
| WO2007063768A1 (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-07 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | ターボ形流体機械の静翼列 |
| DE102006060694B4 (de) * | 2006-12-18 | 2020-07-09 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Rotor- und Statorschaufel-Anordnung für ein Gasturbinentriebwerk |
| JP5222152B2 (ja) * | 2006-12-21 | 2013-06-26 | 三菱重工業株式会社 | 圧縮機 |
| PL2126367T3 (pl) * | 2007-01-17 | 2014-07-31 | Ansaldo Energia Spa | Wielostopniowa sprężarka układu turbogazowego |
| EP2014925A1 (de) | 2007-07-12 | 2009-01-14 | ABB Turbo Systems AG | Diffuser für Radialverdichter |
| US20090317237A1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-12-24 | General Electric Company | System and method for reduction of unsteady pressures in turbomachinery |
| US8277166B2 (en) * | 2009-06-17 | 2012-10-02 | Dresser-Rand Company | Use of non-uniform nozzle vane spacing to reduce acoustic signature |
| EP2295732A1 (en) | 2009-09-14 | 2011-03-16 | Alstom Technology Ltd | Axial turbine and method for discharging a flow from an axial turbine |
| US8042483B2 (en) * | 2009-09-18 | 2011-10-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatus for control of stator wakes |
| US8534991B2 (en) * | 2009-11-20 | 2013-09-17 | United Technologies Corporation | Compressor with asymmetric stator and acoustic cutoff |
| GB2482545B (en) * | 2010-08-06 | 2017-05-03 | Ge Aviat Systems Ltd | Aircraft propellers with composite blades mounted to a single propeller hub |
| US20120099995A1 (en) * | 2010-10-20 | 2012-04-26 | General Electric Company | Rotary machine having spacers for control of fluid dynamics |
| US8678752B2 (en) | 2010-10-20 | 2014-03-25 | General Electric Company | Rotary machine having non-uniform blade and vane spacing |
| US8684685B2 (en) * | 2010-10-20 | 2014-04-01 | General Electric Company | Rotary machine having grooves for control of fluid dynamics |
| EP2474744A1 (de) * | 2011-01-11 | 2012-07-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Ringförmiger Strömungskanal für einen Axialverdichter |
| KR102060691B1 (ko) | 2011-09-06 | 2020-02-11 | 브리티시 아메리칸 토바코 (인베스트먼츠) 리미티드 | 가열식 흡연가능 재료 |
| US8932013B2 (en) | 2011-10-05 | 2015-01-13 | Twin City Fan Companies, Ltd. | Guide vane and inline fan assembly |
| US20130094942A1 (en) * | 2011-10-12 | 2013-04-18 | Raymond Angus MacKay | Non-uniform variable vanes |
| GB201217067D0 (en) | 2012-09-25 | 2012-11-07 | British American Tobacco Co | Heating smokable material |
| US10221707B2 (en) * | 2013-03-07 | 2019-03-05 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Integrated strut-vane |
| WO2014158283A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-10-02 | Bronwyn Power | A subsonic shock strut |
| US9581034B2 (en) | 2013-03-14 | 2017-02-28 | Elliott Company | Turbomachinery stationary vane arrangement for disk and blade excitation reduction and phase cancellation |
| GB201311620D0 (en) | 2013-06-28 | 2013-08-14 | British American Tobacco Co | Devices Comprising a Heat Source Material and Activation Chambers for the Same |
| US9835038B2 (en) | 2013-08-07 | 2017-12-05 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Integrated strut and vane arrangements |
| US20150063997A1 (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-05 | General Electric Company | Airfoil trailing edge |
| US9556746B2 (en) | 2013-10-08 | 2017-01-31 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Integrated strut and turbine vane nozzle arrangement |
| JP5804044B2 (ja) * | 2013-12-27 | 2015-11-04 | ダイキン工業株式会社 | 多翼ファン |
| US10094223B2 (en) * | 2014-03-13 | 2018-10-09 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Integrated strut and IGV configuration |
| GB201500582D0 (en) | 2015-01-14 | 2015-02-25 | British American Tobacco Co | Apparatus for heating or cooling a material contained therein |
| US9909434B2 (en) | 2015-07-24 | 2018-03-06 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Integrated strut-vane nozzle (ISV) with uneven vane axial chords |
| US10125622B2 (en) * | 2015-08-27 | 2018-11-13 | Rolls-Royce North American Technologies Inc. | Splayed inlet guide vanes |
| US20170055575A1 (en) | 2015-08-31 | 2017-03-02 | British American Tobacco (Investments) Limited | Material for use with apparatus for heating smokable material |
| US11924930B2 (en) | 2015-08-31 | 2024-03-05 | Nicoventures Trading Limited | Article for use with apparatus for heating smokable material |
| US20170055584A1 (en) | 2015-08-31 | 2017-03-02 | British American Tobacco (Investments) Limited | Article for use with apparatus for heating smokable material |
| US20170119047A1 (en) | 2015-10-30 | 2017-05-04 | British American Tobacco (Investments) Limited | Article for Use with Apparatus for Heating Smokable Material |
| US20170119046A1 (en) | 2015-10-30 | 2017-05-04 | British American Tobacco (Investments) Limited | Apparatus for Heating Smokable Material |
| US10443626B2 (en) | 2016-03-15 | 2019-10-15 | General Electric Company | Non uniform vane spacing |
| US10443451B2 (en) | 2016-07-18 | 2019-10-15 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Shroud housing supported by vane segments |
| US20190078450A1 (en) * | 2017-09-08 | 2019-03-14 | United Technologies Corporation | Inlet guide vane having a varied trailing edge geometry |
| DE102017221684A1 (de) * | 2017-12-01 | 2019-06-06 | MTU Aero Engines AG | Turbomaschinen-Strömungskanal |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1534721A (en) * | 1924-04-28 | 1925-04-21 | Aeg | Construction of elastic-fluid turbines to prevent breakage of blades due to vibrations |
| US3006603A (en) * | 1954-08-25 | 1961-10-31 | Gen Electric | Turbo-machine blade spacing with modulated pitch |
| US3058528A (en) * | 1960-01-18 | 1962-10-16 | Continental Motors Corp | Noise suppressed fan structure |
| US3169747A (en) * | 1961-01-06 | 1965-02-16 | Bristol Siddeley Engines Ltd | Rotary bladed power conversion machines |
| US3745629A (en) * | 1972-04-12 | 1973-07-17 | Secr Defence | Method of determining optimal shapes for stator blades |
| JPS5525555A (en) * | 1978-08-12 | 1980-02-23 | Hitachi Ltd | Impeller |
| US4474534A (en) * | 1982-05-17 | 1984-10-02 | General Dynamics Corp. | Axial flow fan |
| US5342167A (en) * | 1992-10-09 | 1994-08-30 | Airflow Research And Manufacturing Corporation | Low noise fan |
| DE19525699A1 (de) * | 1995-07-14 | 1997-01-16 | Bmw Rolls Royce Gmbh | Tandem-Schaufelgitter |
-
1999
- 1999-12-18 US US09/466,157 patent/US6439838B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-12-05 IL IL14010300A patent/IL140103A/en not_active IP Right Cessation
- 2000-12-15 ES ES00311260T patent/ES2259983T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2000-12-15 EP EP00311260A patent/EP1111191B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-12-15 JP JP2000381144A patent/JP4495335B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-12-15 DE DE60026803T patent/DE60026803T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-12-15 AT AT00311260T patent/ATE321191T1/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1111191B1 (en) | 2006-03-22 |
| JP4495335B2 (ja) | 2010-07-07 |
| US6439838B1 (en) | 2002-08-27 |
| DE60026803T2 (de) | 2006-12-07 |
| JP2001214705A (ja) | 2001-08-10 |
| IL140103A (en) | 2004-06-01 |
| DE60026803D1 (de) | 2006-05-11 |
| ATE321191T1 (de) | 2006-04-15 |
| EP1111191A2 (en) | 2001-06-27 |
| IL140103A0 (en) | 2002-02-10 |
| EP1111191A3 (en) | 2003-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2259983T3 (es) | Estator con separacion circunferencial particular de los perfiles de ala. | |
| US7144221B2 (en) | Method and apparatus for assembling gas turbine engines | |
| CN100443735C (zh) | 一种用于燃气涡轮发动机的导流叶片组件 | |
| CA2548361C (en) | Integrated counterrotating turbofan | |
| CA2846374C (en) | Compressor bleed self-recirculating system | |
| US7510371B2 (en) | Forward tilted turbine nozzle | |
| EP1731734A2 (en) | Counterrotating turbofan engine | |
| EP2518326A2 (en) | Centrifugal compressor assembly with stator vane row | |
| KR20170015175A (ko) | 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈 및 축류 압축기의 정익 | |
| CN107829958A (zh) | 带有低部分翼展实度的飞行器风扇 | |
| CN110397504B (zh) | 燃烧腔室布置和包括燃烧腔室布置的气体涡轮引擎 | |
| RU2638495C2 (ru) | Сопловая лопатка турбины, турбина и аэродинамическая часть сопловой лопатки турбины | |
| GB2199375A (en) | A turbofan gas turbine engine | |
| RU2002135788A (ru) | Узел авиационного газотурбинного двигателя | |
| EP2484869A2 (en) | Strut airfoil design for low solidity exhaust gas diffuser | |
| PL200265B1 (pl) | Sprężarka | |
| US8104257B2 (en) | Tip turbine engine with multiple fan and turbine stages | |
| US20130219907A1 (en) | Geared turbofan architecture for improved thrust density | |
| CN1490497A (zh) | 燃气轮机 | |
| US3484039A (en) | Fans and compressors | |
| US6719528B2 (en) | Stator vane arrangement for rotating machinery | |
| RU2181855C2 (ru) | Безлопаточный диффузор центробежного нагнетателя | |
| RU26327U1 (ru) | Биротативная турбина |