ES2273318T3 - Estator de turbina de alta presion de turbomaquina y procedimiento de ensamblaje. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de ensamblaje de elementos sectorizados (14, 24) de un estator anular (10) de una turbina de alta presión de turbomáquina alrededor de un eje longitudinal (X-X) de dicha turbina, incluyendo el estator: - un cárter anular (12) dispuesto alrededor del eje longitudinal (X-X) de la turbina de alta presión; - una pluralidad de travesaños (14) sectorizados y montados en el cárter (12) y sobre los que se fija una pluralidad de sectores (16) de anillo dispuestos circunferencialmente alrededor del eje longitudinal (X-X) de la turbina de manera que forman una superficie circular continua que rodea unos álabes móviles de un rotor de la turbina; y - una pluralidad de sectores angulares (24) de cajas de circulación de aire dispuestos circunferencialmente alrededor del cárter (12) y destinados a descargar aire sobre el cárter a fin de permitir el pilotaje del juego en vértice de los álabes móviles del rotor de la turbina; estando caracterizado el procedimiento porque consiste en: - definirun motivo de reparto angular de los elementos del estator para un sector angular predeterminado (psi), siendo definido el motivo de manera que se evite una alineación radial entre las zonas entre los travesaños (14a) definidas entre dos travesaños (14) adyacentes y las zonas (24a) entre los sectores de caja definidas entre dos sectores (24) de caja adyacentes; y en - repetir dicho motivo de reparto en toda la circunferencia del estator.
Description
Estator de turbina de alta presión de
turbomáquina y procedimiento de ensamblaje.
La presente invención se refiere al campo
general del pilotaje de juego en vértice de los álabes móviles de
una turbina de alta presión de turbomáquina. Contempla más
particularmente un procedimiento de ensamblaje de los elementos
sectorizados que componen el estator de una turbina de alta presión
de turbomáquina.
El estator de una turbina de alta presión de
turbomáquina se compone principalmente de un cárter anular dispuesto
alrededor de un eje longitudinal de la turbina, de una pluralidad de
travesaños sectorizados montados en el cárter y de una pluralidad de
segmentos de anillo fijados sobre los travesaños y que forman una
superficie circular que rodea unos álabes móviles de un rotor de la
turbina.
Es conocido que para aumentar el rendimiento de
una turbina de este tipo es necesario reducir tanto como sea posible
el juego existente entre el vértice de los álabes móviles del rotor
de la turbina y las partes del estator que se sitúan frente al
mismo.
Esta reducción del juego en vértice de los
álabes se alcanza haciendo variar el diámetro del cárter de la
turbina según su régimen de funcionamiento. Generalmente, se
disponen unos conductos anulares del estator de la turbina alrededor
del cárter y son recorridos por aire captado en otras partes de la
turbomáquina. Se inyecta el aire sobre el cárter y provoca así unas
dilataciones o contracciones térmicas del estator de la turbina que
hacen variar su diámetro. Los conductos de circulación de aire
forman una caja de pilotaje de juego en vértice de los álabes.
Las cajas de pilotaje de juego en vértice de los
álabes conocidas hasta ahora no siempre permiten obtener una gran
uniformidad de temperatura en toda la circunferencia del cárter de
la turbina, lo que engendra unas distorsiones del cárter
particularmente perjudiciales al rendimiento y a la duración de la
vida de la turbina de alta presión.
El documento EP 1258599, por ejemplo, describe
un método de ensamblaje de un sistema de control de los juegos en
una turbomáquina.
La presente invención contempla por tanto paliar
tales inconvenientes proponiendo un procedimiento de ensamblaje de
los elementos sectorizados de un estator anular de una turbina de
alta presión que permite obtener un pilotaje de juego en vértice de
álabes que conduce a unas distorsiones térmicas lo más pequeñas
posibles y en todos los casos repetitivas.
A tal efecto, la invención tiene por objeto un
procedimiento de ensamblaje de elementos sectorizados de un estator
anular de una turbina de alta presión de turbomáquina alrededor de
un eje longitudinal de dicha turbina, caracterizado porque consiste
en definir un motivo de reparto angular de los elementos del estator
para un sector angular predeterminado, siendo definido el motivo de
reparto de manera que se evite una alineación radial entre unas
zonas entre los sectores de los elementos del estator definidas
entre dos sectores adyacentes de un mismo elemento del estator, y en
repetir el motivo de reparto en toda la circunferencia del
estator.
Preferentemente, el motivo de reparto angular se
repite de manera simétrica en rotación con respecto al sector
angular predeterminado.
Como los elementos del estator se componen de un
cárter anular, de una pluralidad de travesaños sectorizados sobre
los que se fija una pluralidad de sectores de anillo que forman una
superficie circular continua que rodea unos álabes móviles de un
rotor de la turbina, y de una pluralidad de sectores angulares de
cajas de circulación de aire destinadas a descargar aire sobre el
cárter a fin de permitir el pilotaje del juego en el vértice de los
álabes móviles del rotor de la turbina de alta presión, se define
ventajosamente el motivo de reparto angular de los elementos del
estator de manera que se evite una alineación radial entre las zonas
entre los travesaños definidas entre dos travesaños adyacentes y las
zonas entre los sectores de caja definidas entre dos sectores de
caja adyacentes.
De esta manera, se evita alinear radialmente
unas zonas del cárter sobre las cuales no se descarga aire con unas
zonas entre los travesaños. En el sector angular predeterminado, el
reparto de temperatura del cárter y las distorsiones térmicas que
resultan del mismo se hacen por tanto de manera uniforme.
Además, puesto que el reparto angular se repite
de manera simétrica, el reparto de temperatura del cárter se hace de
manera simétrica en toda la circunferencia del cárter. De ello se
deduce que las distorsiones térmicas del cárter son sensiblemente
repetitivas, lo cual facilita su control.
Como los elementos del estator se componen
además de una pluralidad de bocas de alimentación de aire dispuestas
a través del cárter y destinadas a alimentar de aire una etapa de un
distribuidor de baja presión de la turbomáquina dispuesto aguas
abajo de la turbina de alta presión, el procedimiento consiste
además en alinear radialmente cada boca de alimentación de aire con
una zona entre los sectores de la caja.
Preferentemente, el sector angular
predeterminado corresponde a un sector angular de caja de
circulación de aire. Además, a cada sector angular de caja de
circulación de aire se asocia ventajosamente tres travesaños y una
boca de alimentación de aire.
La invención tiene igualmente por objeto un
estator de turbina de alta presión cuyo reparto angular de los
elementos sectorizados conduce a unas distorsiones térmicas pequeñas
y repetitivas.
El estator de turbina de alta presión se
caracteriza porque los elementos del estator se reparten
angularmente alrededor del eje longitudinal de la turbina de alta
presión de manera que se evite una alineación radial entre las zonas
entre los travesaños definidas entre dos travesaños adyacentes y las
zonas entre los sectores de caja definidas entre dos sectores de
caja adyacentes.
Preferentemente, los elementos del estator se
reparten angularmente alrededor del eje longitudinal de la turbina
de alta presión además de manera que se alinea radialmente cada boca
de alimentación de aire con una zona situada entre los sectores de
caja.
De manera ventajosa, el estator incluye N
sectores angulares de cajas de circulación de aire, 3N travesaños, N
bocas de alimentación de aire y 6N sectores de anillo.
Otras características y ventajas de la presente
invención surgirán de la descripción hecha a continuación, haciendo
referencia a los dibujos anexos que ilustran un ejemplo de
realización de la misma desprovisto de todo carácter limitativo. En
las figuras:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de un
estator de turbina de alta presión según la invención;
- la figura 2 es una vista esquemática en corte
transversal del estator de la figura 1; y
- las figuras 3 y 4 son vistas esquemáticas en
corte transversal de estatores según otros modos de realización de
la invención.
El estator 10 de una turbina de alta presión
incluye un cárter anular 12 dispuesto alrededor de un eje
longitudinal X-X de la turbina de alta presión.
En la superficie interna del cárter anular 12 se
monta una pluralidad de travesaños sectorizados 14 y dispuestos
circunferencialmente alrededor del eje longitudinal
X-X de la turbina. Por elementos sectorizados, se
entiende para la continuación de la descripción, que los elementos
designados se presentan en forma de sectores angulares que, cuando
se ponen extremo con extremo, forman un conjunto angular.
Se fijan unos sectores de anillo 16 en la
superficie interna de los travesaños 14. Los sectores de anillo 16
están dispuestos circunferencialmente alrededor del eje longitudinal
X-X de la turbina y forman una superficie circular
continua que rodea unos álabes móviles (no representados en las
figuras) de un rotor (no representado) de la turbina de alta
presión.
La superficie interna de los sectores de anillo
16 define en parte la vena de flujo de los gases salidos de la
cámara de combustión (no representada) de la turbomáquina y que
atraviesan la turbina de alta presión.
Se deja un juego (no representado) entre la
superficie interna de los sectores de anillo 16 y el vértice de los
álabes móviles del rotor de la turbina para permitir la rotación de
estos últimos.
A fin de aumentar el rendimiento de la turbina,
es necesario reducir tanto como sea posible este juego. Con esta
finalidad, se prevé un dispositivo de control de juego 18. Este
dispositivo se compone especialmente de un tubo colector de aire 20
dispuesto alrededor del cárter 12, y alimentado de aire por al menos
un conducto de alimentación 22 (sólo se ha representado uno en la
figura 1).
El tubo colector de aire 20 alimenta de aire una
pluralidad de sectores angulares de cajas de circulación de aire 24
que están fijadas circunferencialmente sobre el cárter 12 por medio
de reglas de fijación 26. La alimentación de los sectores de caja de
circulación de aire 24 se efectúa por medio de collares en V 28
estancos unidos al tubo colector 20.
En la figura 1, cada sector 24 de caja se
compone de tres rampas de circulación de aire espaciadas axialmente
y sensiblemente paralelas las unas respecto a las otras. Cada una de
estas rampas está atravesada por una pluralidad de orificios (no
representados) que descargan aire sobre el cárter 14 a fin de
modificar la temperatura del mismo.
Por otra parte, se dispone una pluralidad de
bocas de alimentación de aire 30 a través del cárter 12. Estas bocas
30 se destinan a alimentar de aire una etapa de un distribuidor de
baja presión (no representado en las figuras) de la turbomáquina
dispuesto aguas abajo de la turbina de alta presión.
La invención prevé un procedimiento de
ensamblaje de estos diferentes elementos del estator de la turbina
alrededor de su eje longitudinal X-X.
Según la invención, este procedimiento consiste
en definir un motivo de reparto angular de los elementos del estator
10 para un sector angular predeterminado \Psi, y repetir el
motivo en toda la circunferencia del estator.
El motivo de reparto de los elementos del
estator 10 en un sector angular predeterminado \Psi se
define de forma que se evite una alineación radial entre unas zonas
entre los sectores de elementos del estator. Las zonas entre los
sectores se definen como unas zonas situadas entre dos sectores
adyacentes de un mismo elemento del estator.
El sector angular predeterminado \Psi
se escoge ventajosamente a fin de que corresponda a un sector
angular 24 de caja.
La figura 2 ilustra un ejemplo de aplicación del
procedimiento según la invención. En esta figura se ha escogido como
sector angular predeterminado \Psia un sector de 60º.
En este sector angular \Psia los
elementos del estator 10 se disponen de manera que se evite una
alineación radial entre zonas entre los sectores de elementos del
estator. Más particularmente, se escoge el reparto angular de manera
que se evite una alineación radial entre unas zonas entre los
travesaños 14a definidas entre dos travesaños 14 adyacentes y las
zonas entre los sectores 24a de caja definidas entre dos sectores 24
adyacentes de caja.
Un reparto de este tipo de los travesaños 14 con
respecto a los sectores 24 de caja permite evitar alinear
radialmente entre unas zonas del cárter 12 en las cuales no se
descarga el aire por el dispositivo de control de juego 18 (es
decir, al nivel de las zonas entre sectores 24a de caja) y unas
zonas entre los travesaños 14a.
De esta manera, el reparto de temperatura del
cárter 12 en el sector angular \Psia y por tanto las
distorsiones térmicas que resultan del mismo, se hacen de manera
sensiblemente uniforme.
El motivo de reparto así definido se repite
entonces en toda la circunferencia del estator 10. En el ejemplo de
la figura 1, el motivo de reparto se repite cinco veces a fin de
cubrir toda la circunferencia del estator.
Según una característica ventajosa de la
invención, el motivo de reparto se repite en toda la circunferencia
del estator de manera simétrica en rotación con respecto al sector
angular predeterminado \Psia.
Así, el reparto de temperatura del cárter 12 se
hace de manera simétrica en toda la circunferencia del cárter. De
ello resulta que las distorsiones térmicas del cárter 12 son
sensiblemente repetitivas, lo que facilita su control.
Según otra característica ventajosa de la
invención, el motivo de reparto angular de los elementos del estator
10 para el sector angular predeterminado se define igualmente de
manera que se alinee radialmente cada boca de alimentación de aire
30 con una zona 24a entre los sectores de caja. Esta disposición
particular de las bocas de alimentación de aire 30 contribuye
igualmente a mejorar la homogeneidad de temperatura del cárter
12.
En la figura 2, se observa bien que las bocas 30
destinadas a alimentar de aire una etapa de un distribuidor de baja
presión están dispuestas cada una entre dos sectores adyacentes 24
de caja.
La figura 3 ilustra otro ejemplo de aplicación
del procedimiento según la invención. En esta figura, se ha escogido
como sector angular predeterminado \Psib un sector de 90º.
Este sector angular \Psib corresponde a un sector angular
24 de caja.
En este sector angular \Psib, los
elementos del estator 10 están colocados, por una parte de manera
que se evite una alineación radial entre zonas entre los sectores de
elementos del estator, y por otra parte de manera que se alinee
radialmente cada boca de alimentación de aire 30 con una zona 24a
entre los sectores de caja.
Esta disposición angular es igualmente respetada
en el estator de la figura 4 que ilustra todavía otro ejemplo de
aplicación del procedimiento de la invención. En esta figura, se ha
escogido como sector angular predeterminado \Psic un sector
de 30º que corresponde a un sector angular 24 de caja.
Según todavía otra característica ventajosa de
la invención, se prevé que a cada sector angular 24 de caja de
circulación de aire se asocien tres travesaños 14 y una boca de
alimentación de aire 30. Por otra parte, es igualmente ventajoso
asociar dos sectores 16 de anillo a cada travesaño 14.
En otros términos, el estator 10 de turbina de
alta presión según la invención incluye N sectores angulares 24 de
cajas de circulación de aire, 3N travesaños 14, N bocas de
alimentación de aire 30, y 6N sectores 16 de anillo.
Así se obtiene las configuraciones A, B y C del
cuadro siguiente que corresponden respectivamente a los ejemplos de
realización de estator de las figuras 2, 3 y 4. Este cuadro indica
el número de elementos sectorizados en función de la configuración
A, B o C.
sectores 24 de caja | travesaños 14 | bocas 30 | sectores 16 de anillo | |
A con N = 6 | 6 | 18 | 6 | 36 |
B con N = 4 | 4 | 12 | 4 | 24 |
C con N = 12 | 12 | 36 | 12 | 72 |
Claims (10)
1. Procedimiento de ensamblaje de elementos
sectorizados (14, 24) de un estator anular (10) de una turbina de
alta presión de turbomáquina alrededor de un eje longitudinal
(X-X) de dicha turbina, incluyendo el estator:
- un cárter anular (12) dispuesto alrededor del
eje longitudinal (X-X) de la turbina de alta
presión;
- una pluralidad de travesaños (14) sectorizados
y montados en el cárter (12) y sobre los que se fija una pluralidad
de sectores (16) de anillo dispuestos circunferencialmente alrededor
del eje longitudinal (X-X) de la turbina de manera
que forman una superficie circular continua que rodea unos álabes
móviles de un rotor de la turbina; y
- una pluralidad de sectores angulares (24) de
cajas de circulación de aire dispuestos circunferencialmente
alrededor del cárter (12) y destinados a descargar aire sobre el
cárter a fin de permitir el pilotaje del juego en vértice de los
álabes móviles del rotor de la turbina;
estando caracterizado el procedimiento
porque consiste en:
- definir un motivo de reparto angular de los
elementos del estator para un sector angular predeterminado
(\Psi), siendo definido el motivo de manera que se evite
una alineación radial entre las zonas entre los travesaños (14a)
definidas entre dos travesaños (14) adyacentes y las zonas (24a)
entre los sectores de caja definidas entre dos sectores (24) de caja
adyacentes; y en
- repetir dicho motivo de reparto en toda la
circunferencia del estator.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el motivo de reparto angular se repite
de manera simétrica en rotación con respecto al sector angular
predeterminado (\Psi).
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 y 2, en el cual los elementos del estator se
componen además de una pluralidad de bocas de alimentación de aire
(30) dispuestas a través del cárter (12) y destinadas a alimentar de
aire una etapa de un distribuidor de baja presión de la turbomáquina
dispuesto aguas abajo de la turbina de alta presión,
caracterizado porque dicho procedimiento consiste además en
alinear radialmente cada boca de alimentación de aire (30) con una
zona (24a) entre los sectores de la caja.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque al sector
angular predeterminado (\Psi) le corresponde un sector angular
(24) de caja de circulación de aire.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque a cada sector
angular (24) de caja de circulación de aire se asocia tres
travesaños (14) y una boca de alimentación de aire (30).
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque a cada travesaño (14) se asocia dos
sectores (16) de anillo.
7. Estator de una turbina de alta presión de
turbomáquina, que incluye los elementos siguientes:
- un cárter anular (12) dispuesto alrededor de
un eje longitudinal (X-X) de la turbina de alta
presión;
- una pluralidad de travesaños (14) sectorizados
y montados en el cárter (12) y sobre los que se fija una pluralidad
de sectores de anillo (16) dispuestos circunferencialmente alrededor
del eje longitudinal (X-X) de la turbina de alta
presión de manera que forman una superficie circular continua que
rodea unos álabes móviles de un rotor de la turbina de alta presión;
y
- una pluralidad de sectores angulares (24) de
cajas de circulación de aire dispuestos circunferencialmente
alrededor del cárter (12) y destinados a descargar aire sobre el
cárter a fin de permitir el pilotaje del juego en vértice de los
álabes móviles del rotor de la turbina de alta presión; y
- una pluralidad de bocas de alimentación de
aire (30) dispuestas a través del cárter (12) y destinadas a
alimentar de aire una etapa de un distribuidor de baja presión de la
turbomáquina dispuesto aguas abajo de la turbina de alta
presión,
caracterizado porque los elementos del
estator se reparten angularmente alrededor del eje longitudinal
(X-X) de la turbina de alta presión de manera que se
evita una alineación radial entre las zonas (14a) entre los
travesaños definidas entre dos travesaños (14) adyacentes y las
zonas (24a) entre los sectores de caja definidas entre dos sectores
(24) de caja adyacentes.
8. Estator según la reivindicación 7,
caracterizado porque los elementos del estator se reparten
angularmente alrededor del eje longitudinal (X-X) de
la turbina de alta presión de manera que además se alinea
radialmente cada boca de alimentación de aire (30) con una zona
(24a) entre los sectores de caja.
9. Estator según una de las reivindicaciones 7 y
8, caracterizado porque incluye N sectores angulares (24) de
cajas de circulación de aire, 3N travesaños (14), y N bocas de
alimentación de aire 30).
10. Estator según la reivindicación 9,
caracterizado porque incluye 6N sectores (16) de anillo.
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