ES2286624T3 - Metodo de fabricacion de un componente de estator. - Google Patents
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Abstract
Método para fabricar un componente de estator que está previsto en funcionamiento para guiar un flujo de gas y trasferir cargas, en el que el componente está construido con al menos dos sectores (1, 20) en la dirección de su circunferencia, y en el que los sectores están fundidos en piezas separadas, posicionados adyacentes entre sí y unidos conjuntamente por soldadura, caracterizado por el hecho de que cada uno de los sectores (1, 20) está fundido con una forma tal que un primer elemento de pared (3) y un segundo elemento de pared (4) están dispuestos a una distancia entre sí a fin de definir entre ellos un conducto de gas (2) en la dirección de la circunferencia, y en el que dos elementos de pared (4, 21) uno de cada uno de los dos sectores adyacentes, están unidos para formar conjuntamente un dispositivo (11) que se extiende en la dirección radial del componente para guiar dicho flujo de gas y/o transferir cargas durante el funcionamiento del componente.
Description
Método de fabricación de un componente de
estator.
La presente invención se refiere a un método
para fabricar un componente de estator que está previsto en
funcionamiento para guiar un flujo de gas y trasferir cargas. El
componente de estator puede, por ejemplo, ser utilizado en una
turbina de gas y, en particular, en un motor a reacción.
Se entiende por motor a reacción diversos tipos
de motor que toman aire a una velocidad relativamente baja, lo
calientan mediante combustión y lo expulsan a una velocidad mucho
más alta. El término motor a reacción incluye, por ejemplo, motores
a turbo-reacción y motores de
turbo-ventilador.
Dicho componente de estator que comprende un
anillo exterior y uno interior con elementos de pared dispuestos
entre los anillos, puede estar dispuesto con el objeto de poder
transferir principalmente cargas en una dirección radial y axial, y
también tangencial. Los elementos de pared pueden, por ejemplo,
formar álabes huecos, que tienen habitualmente una forma que
presentan un resistencia al aire tan pequeña como sea posible. El
componente puede, por ejemplo, estar dispuesto en un soporte
posterior o frontal, o en un alojamiento intermedio en un motor a
reacción. En tales casos, los álabes se denominan con frecuencia
montantes. Los montantes pueden, sin embargo, ser también creados
mediante otros tipos de partes que los álabes huecos.
De acuerdo con la técnica previamente conocida,
los elementos de pared en forma de álabes huecos están dispuestos
de forma separada en la dirección de la circunferencia del
componente entre un anillo interior y uno exterior. La unión de los
álabes huecos a los anillos se lleva a cabo por soldadura. Cada uno
de los anillos es fabricado en primer lugar con partes que se
prolongan en una dirección radial que tienen la misma sección
transversal y dimensión que los álabes. Dichas partes que se
prolongan se denominan con frecuencia cabos. Después, cada uno de
los álabes es soldado sobre dicha parte que se prolonga utilizando
una unión de tope. Las partes que se prologan en una dirección
radial normalmente son trabajadas fuera de un anillo. Esto consiste
en una operación que consume tiempo y resulta cara.
Según otra técnica previamente conocida, todo el
componente de estator está fundido es una sola etapa. Esto
requiere, sin embargo, medios de fundición grandes y muy
complicados.
La patente DE 195 44 817 describe un método para
fabricar un segmento de aspa para una turbina de gas. Dos aspas
están individualmente fundidas y después unidas entre sí por
soldadura.
Un objeto de la invenciones es conseguir un
método para fabricar un componente de estator que proporcione un
componente mejor con un peso optimizado con relación a las técnicas
previamente conocidas, con la durabilidad y vida igual o
incrementada. En particular, sin embargo, se busca un método de
fabricación con un ahorro de tiempo y más efectivo en costes.
El objeto se consigue por las características de
la reivindicación 1.
Ya que los sectores son fundidos de forma
individual, hay ciertas ventajas con relación a fundir todo el
componente de estator en una sola etapa. Una ventaja es que en el
caso de un fallo o un defecto, no es necesario el rechazo de todo
un componente de estator sino solamente de un sector. Una ventaja
adicional es que la fundición es menos compleja, con partes más
pequeñas que tienen un diseño menos complicado.
Según una realización preferida de la invención,
la superficie de cada uno de los sectores que se prevé ser soldada
es continua. En otras palabras, la superficie soldada no tiene
interrupciones o cambios bruscos en su dirección. Esto significa
que es posible tener un proceso de soldadura eficiente que
proporcione una unión soldada altamente durable. Además, la
superficie de cada uno de los sectores que se prevé ser soldada
tiene esencialmente el mismo espesor en sección transversal sobre
la longitud de toda la superficie. Esto significa que, existe una
necesidad considerablemente menor de cambiar los parámetros de
soldadura durante el proceso de soldadura.
Según otra realización preferida de la
invención, otras partes del sector adyacente a la superficie que se
prevé ser soldada están colocadas ligeramente por detrás en la
dirección de la circunferencia con relación a la superficie soldada
a fin de no interferir con el recorrido de soldadura. Esto implica,
en particular, que cuando los sectores están fundidos con una forma
todos ellos tienen al menos un nervio que se extiende en la
dirección de la circunferencia y se prolonga en una dirección axial.
A continuación, se funde el sector con una forma que dicho nervio
se extienda de tal manera que hay una distancia en la dirección de
la circunferencia entre el extremo del nervio y el borde del
sector. Esto posibilita la unión conjunta de los sectores de una
forma simple después de que los sectores se hallan situado
adyacentes entre sí. Después de que los sectores se hallan situado
adyacentes entre sí en la dirección de la circunferencia, los
sectores se unen así al soldarse conjuntamente los bordes
adyacentes de los sectores entre los extremos de los nervios en una
dirección radial.
Según otro desarrollo de la realización
anterior, después de dicha soldadura conjunta, se rellena el espacio
entre dos bordes de nervio adyacentes mediante la deposición de
material de modo que los nervios forman una estructura continua en
la dirección de la circunferencia.
Otras realizaciones preferidas de la invención y
ventajas asociadas con la invención serán evidentes a partir de la
siguiente descripción y reivindicaciones.
La invención se describirá con mayor detalle a
continuación, con referencia a la realización que se muestra en los
dibujos adjuntos, en los cuales:
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de
un sector fundido;
La figura 2 muestra el componente de estator
construido por una pluralidad de sectores de acuerdo con la figura
1 en la dirección de su circunferencia, y
La figura 3 muestra una vista aumentada de un
parte del componente según la figura 2, y más en particular, el
área de división entre dos sectores, donde los nervios de dos
sectores adyacentes han sido unidos de forma conjunta mediante la
deposición de material metálico.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de
un sector fundido 1. El sector 1 tiene un conducto de gas 2 que es
pasante en línea recta, principalmente en una dirección axial.
También es posible tener uno o más conductos de gas en una
dirección radial para el flujo del compresor (no mostrado), y
también en ciertos casos el flujo del ventilador.
El sector 1 ha sido fundido con elementos de
pared 4, 5, 6, 7, 8 que forman una estructura continua en la
dirección radial con el fin de transferir cargas. En la realización
ilustrada, el sector 1 comprende un primer elemento de pared 3 y un
segundo elemento de pared 4, que se extienden en la dirección radial
prevista del componente de estator y están dispuestos a una
distancia entre sí a fin de definir entre ellas el conducto de gas
2 en la dirección de la circunferencia del componente de
estator.
Cuando dos sectores están unidos conjuntamente,
la estructura de pared continua 4, 5, 6, 7, 8 junto con una
estructura de pared correspondiente 21 de un sector adyacente forman
un dispositivo 1 que se extiende en la dirección radial del
componente para guiar dicho flujo de gas y transferir cargas en una
dirección radial/axial/tangencial durante el funcionamiento del
componente, véase la figura 2. Este dispositivo 11 para
guiar/transferencia de cargas se denomina habitualmente un
montante. En la realización ilustrada, la división entre dos
sectores adyacentes está hecha de este modo recta a través de dicho
montante. Para ciertas aplicaciones, puede, sin embargo, ser más
apropiado realizar la división entre los montantes. De acuerdo con
la realización ilustrada, sin embargo, el componente de estator
comprende dicha sección del núcleo interior complicada cuya división
solamente resulta razonable para que atraviesen los montantes.
El sector 1 comprende además un tercer elemento
de pared 5, que se extiende entre el primer elemento de pared 3 y
el segundo elemento de pared 4 y define el conducto de gas 2
radialmente externo. El sector 1 comprende, además, un cuarto
elemento de pared 6 que se extiende entre el primer elemento de
pared 3 y el segundo elemento de pared 4 y define el conducto de
gas radialmente interno.
Los extremos 9, 10 del sector 1 en la dirección
de la circunferencia tienen un diseño que complementa los extremos
del sector adyacente, a fin de que, cuando se sitúan cerca entre sí,
al menos encajarán sensiblemente fuertemente el uno contra el otro.
Los extremos 9, 10 en la dirección de la circunferencia tienen, más
en particular, una delimitación rectilínea en la dirección radial.
Como resultado de este diseño, dos sectores adyacentes pueden
unirse conjuntamente en la dirección de la circunferencia en un modo
relativamente sencillo desde fuera.
Cada uno de los extremos 9, 10 del sector 1
comprende una superficie alargada continua 22, 23, 24, 25, 26 que
delimita el sector 1 en la dirección de la circunferencia y que se
prevé ser soldada. La superficie de soldadura se extiende al menos
parcialmente alrededor del sector de cuerpo en la periferia del
sector. La superficie de soldadura comprende una primera sección 22
que se extiende principalmente en una dirección radial, una segunda
sección 23 que se extiende principalmente en una dirección axial, y
una tercera sección 24 que se extiende principalmente en una
dirección radial. La soldadura se lleva a cabo en una operación
continua, desde un saliente 12 en un extremo exterior de la
superficie de soldadura en una dirección radial, radialmente hacia
dentro, después axialmente y finalmente radialmente hacia fuera, de
vuelta al saliente 12. La superficie de soldadura forma así una
forma esencialmente en U. Cada una de las partes 25, 26 de la
superficie de soldadura que forman un cambio de dirección entre la
dirección radial y axial está igualmente redondeada. Además, la
superficie de soldadura tiene básicamente el mismo espesor en
sección transversal sobre toda la longitud de la superficie. La
superficie de soldadura puede decirse de este modo que constituye
una curva continua.
Otras partes del sector adyacentes a la
superficie que se prevé ser soldada están colocadas ligeramente por
detrás en la dirección de la circunferencia con relación a la
superficie de soldadura a fin de no interferir con el recorrido de
soldadura. Ejemplos de dichas partes son los bordes del tercer y
cuarto elemento de pared 5, 6 en la dirección de la
circunferencia.
Diversos métodos de soldadura diferentes son
posibles, aunque preferentemente se utilizan soldadura por láser o
por haz de electrones.
Los primeros y segundos elementos de pared 3, 4
se extienden por ello básicamente en la dirección radial del
componente 1. Además, tienen un saliente esencialmente en la
dirección axial del componente.
Además, el sector 1 tiene una placa curvada 14
que delimita el sector radialmente interno y una placa curvada 15
que delimita el sector radialmente externo.
El sector 1 está fundido de tal forma que tiene
al menos un nervio 16, 17, véase la figura 1, que se extiende en la
dirección de la circunferencia y se prolonga en una dirección axial.
Los nervios 16, 17 se extienden con distancias diferentes en la
dirección radial. Además, hay una distancia en la dirección de la
circunferencia entre el extremo 18 del nervio 17 y el borde 19 del
sector, véase la figura 3. Esto es con el fin hacer la superficie
de soldadura accesible para el proceso de soldadura.
Después del posicionamiento de los sectores
cercanos entre sí en la dirección de la circunferencia, véase la
figura 2, los sectores están de este modo unidos mediante la
soldadura los bordes adyacentes de los sectores 19 entre los
extremos 18, 18' de los nervios en la dirección radial. Debido al
diseño de los sectores descritos con anterioridad, es posible
soldar la línea de división entre dos sectores adyacentes. Esto se
lleva a cabo, como se ha mencionado anteriormente, preferentemente
en una ejecución continua por recorrido de soldadura.
Después de dicha unión, el espacio entre dos
bordes de nervios adyacentes 18, 18' es rellenado por deposición de
material metálico 21 de manera que los nervios forman una estructura
continua en la dirección de la circunferencia. La estructura de
nervios continua en la dirección de la circunferencia forma una
estructura de refuerzo con la forma de un resalte circular, y es
utilizado para conseguir una unión en una dirección axial a partes
adyacentes y/o puntos de apoyo y cierres de estanqueidad en la
turbina de gas.
Una pluralidad de sectores idénticos 1, 20 o
secciones que tienen diferentes formas aunque con secciones
transversales idénticas, fabricadas de acuerdo con la descripción
anterior, se disponen de este modo uno al lado del otro, véase la
figura 2.
El componente de estator puede, por ejemplo,
formar una estructura de empuje de carga entre los puntos de apoyo
dispuestos de forma radial y axial en el interior y las estructuras
adjuntas externamente.
Durante la soldadura, se crea un espacio entre
dos elementos de pared de dos sectores adyacentes. Estos espacios
pueden ahora utilizarse para alojar diversos medios para suministrar
el componente con, por ejemplo, aceite y/o aire, como por ejemplo,
tomas de entrada y salidas, para alojar instrumentos, como por
ejemplo, cables metálicos y eléctricos para la transmisión de
información que haga referencia a presión y/o temperatura medida.
Los espacios también pueden usarse para la introducción de fluidos
refrigerantes.
El componente de estator puede, por ejemplo,
formar parte de una toma de entrada, un alojamiento intermedio, un
alojamiento de escape de una turbina (eso es, una parte del
alojamiento de terminación), o una parte de un alojamiento para una
turbina de gas. Su principal tarea es actuar como un acoplamiento
para los puntos de apoyo, transferir cargas, y proporcionar un
conducto para gases.
La invención no está limitada a las
realizaciones descritas anteriormente, siendo posible un número de
variantes adicionales y modificaciones dentro del marco de las
siguientes reivindicaciones.
Claims (18)
1. Método para fabricar un componente de estator
que está previsto en funcionamiento para guiar un flujo de gas y
trasferir cargas, en el que el componente está construido con al
menos dos sectores (1, 20) en la dirección de su circunferencia, y
en el que los sectores están fundidos en piezas separadas,
posicionados adyacentes entre sí y unidos conjuntamente por
soldadura, caracterizado por el hecho de que cada uno de los
sectores (1, 20) está fundido con una forma tal que un primer
elemento de pared (3) y un segundo elemento de pared (4) están
dispuestos a una distancia entre sí a fin de definir entre ellos un
conducto de gas (2) en la dirección de la circunferencia, y en el
que dos elementos de pared (4, 21) uno de cada uno de los dos
sectores adyacentes, están unidos para formar conjuntamente un
dispositivo (11) que se extiende en la dirección radial del
componente para guiar dicho flujo de gas y/o transferir cargas
durante el funcionamiento del componente.
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la superficie (22, 23, 24,
25, 26) de cada uno de los sectores (1, 20) que se prevé ser
soldada, se extiende al menos parcialmente alrededor del cuerpo del
sector y está dispuesta en su periferia.
3. Método según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado por el hecho de que la superficie (22, 23, 24,
25, 26) de cada uno de los sectores que se prevé ser soldada se
extiende en ambas direcciones radial y axial.
4. Método según la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que la parte (25, 26) de la
superficie de soldadura que forma un cambio de dirección entre la
dirección radial y axial está igualmente redondeada.
5. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la superficie (22, 23, 24, 25, 26) de cada uno de los sectores
que se prevé ser soldada es continua.
6. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la superficie (22, 23, 24, 25, 26) de cada uno de los sectores
que se prevé ser soldada tiene básicamente el mismo espesor en
sección transversal sobre toda la longitud de la superficie.
7. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que otras partes (5, 6, 16, 17) del sector adyacente a la
superficie (22, 23, 24, 25, 26) que se prevé ser soldada están
colocadas ligeramente por detrás en la dirección de la
circunferencia con relación a la superficie de soldadura a fin de no
interferir con el recorrido soldado.
8. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que cada uno de los sectores (1, 20) está fundido con tal forma que
tiene al menos un nervio (16, 17) que se extiende en la dirección
de la circunferencia y se prolonga en una dirección radial.
9. Método según la reivindicación 8,
caracterizado por el hecho de que dicho nervio (16, 17) se
extiende de tal manera que hay una distancia en la dirección de la
circunferencia entre el extremo (18) del nervio y el borde (19) del
sector.
10. Método según la reivindicación 9,
caracterizado por el hecho de que después de que los sectores
(1, 20) han sido colocados adyacentes entre sí en la dirección de
la circunferencia, los sectores están unidos por soldadura
conjuntamente por los bordes adyacentes de los sectores (19) entre
los extremos (18, 18') de los nervios.
11. Método según la reivindicación 10,
caracterizado por el hecho de que después de dicha soldadura,
el espacio entre dos bordes de los nervios adyacentes (18, 18') es
rellenado mediante la deposición de material (21) de manera que los
nervios forman una estructura continua en la dirección de la
circunferencia.
12. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que dos sectores (1, 20) que están previstos para ser unidos
conjuntamente están fundidos con tales formas de modo que sus
extremos (9, 10) en la dirección de la circunferencia tienen diseños
que se complementan entre sí, a fin que, cuando se sitúan cercanos
entre sí, encajarán al menos sensiblemente fuertemente el uno contra
el otro.
13. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que dos sectores (1, 20) que están previstos para ser unidos
conjuntamente están fundidos con tales formas tal que las
superficies de los extremos de sus extremos (9, 10) se extienden en
la dirección de la circunferencia paralela a un plano en la
dirección radial.
14. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que dos sectores adyacentes (1, 20) están unidos conjuntamente
mediante soldadura por láser desde el exterior del sector.
15. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el sector está fundido con elementos de pared que forman una
estructura continua en la dirección radial a fin de transferir
cargas.
16. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que cada uno de los sectores (1, 20) está fundido con una forma tal
que el primer elemento de pared (3) y el segundo elemento de pared
(4) están dispuestos en relación entre sí de tal modo que en la
posición prevista en el componente se extienden al menos
parcialmente básicamente en la dirección radial del componente.
17. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el componente de estator está previsto para una turbina de
gas.
18. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el componente de estator está previsto para un motor a
reacción.
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