ES2310307T3 - Procedimiento para la optimizacion de la corriente en motores de turbopropulsion de varias fases. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la optimización de la corriente en motores de turbopropulsión de varias fases, sobre todo en turbinas de gas, en el cual es optimizado el ataque de la corriente en una tercera rueda de paletas (3) de un respectivo conjunto de tres ruedas de paletas (1, 2, 3), que están dispuestas de forma sucesiva entre si; a este efecto, la primera rueda de paletas (1) y la tercera rueda de paletas (3) tienen el mismo número de paletas y, por consiguiente, tienen el mismo ángulo divisor de paletas (wt), y ambas ruedas de paletas están dispuestas de forma coaxial en la misma unidad, o de rotor o de estator; en este caso, entre la primera rueda de paletas (1) y la tercera rueda de paletas (3) está dispuesta la segunda rueda de paletas (2) de forma coaxial y en la otra de las dos unidades, o rotor o estator, de tal manera que durante el funcionamiento se pueda producir una rotación relativa entre la segunda rueda de paletas (2) y las otras dos ruedas de paletas (1, 3); a este efecto, y en relación con los parámetros de funcionamiento es elegido un estado del trabajo (punto de funcionamiento) con una elevada parte proporcional del tiempo de funcionamiento del motor de turbopropulsión y unos valores máximos de obstrucción (Vmax), que a este estado de funcionamiento se producen de forma periódica - los que dentro de la zona de los bordes de salida (36) de los perfiles de paleta (19) de la segunda rueda de paletas (2) son inducidos por unas prolongaciones (N), que parten de los perfiles de paleta (18) de la primera rueda de paletas (1), y los mismos se mueven desde la zona de los bordes de salida (36) de los perfiles de paleta (19) de la segunda rueda de paletas (2) hacia la zona de los bordes de entrada (27) de los perfiles de paleta (20) de la tercera rueda de paletas (3) - son dirigidos, dentro de un ángulo de tolerancia (Deltawt) de ñ 15% del ángulo divisor de paleta (wt) de la tercera rueda de paletas (3), hacia los bordes de entrada (27) de los perfiles de paleta (20) de la tercera rueda de paleta (3) para lo cual se modifican, en el caso de necesidad, las posiciones y/o las geometrías de los perfiles de paleta (18, 19, 20) de por lo menos una de las tres ruedas de paletas (1, 2, 3); procedimiento éste que está caracterizado porque, al objeto de determinar la magnitud de la obstrucción (V) dentro de la zona del borde de salida (36) de, un perfil de paleta (19) de la segunda rueda de paletas (2), el grosor de desplazamiento delta* (Deltastar) para el lado de presión (DS) y para el lado de aspiración (SS), respectivamente, del perfil de paleta es calculado según la fórmula (Ver fórmula) en la que p representa la densidad del medio de la corriente; u representa la velocidad del medio de la corriente; "y" representa una coordenada de forma vertical a una línea de referencia dentro de la zona del borde de salida (36), mientras que "e" representa el índice para el límite entre la corriente sin perturbar y la corriente perturbada por la capa límite; así como caracterizado porque la magnitud de la obstrucción (V) puede ser calculada, de forma opcional, como la suma de los momentáneos grosores de desplazamiento del lado de presión y del lado de aspiración, delta*DS y delta*SS, respectivamente, con el grosor (D) o sin el grosor (D) del perfil de la paleta dentro de la zona del borde de salida (36) del perfil de paleta (19) y según la fórmula siguiente: (Ver fórmula)

Description

Procedimiento para la optimización de la corriente en motores de turbopropulsión de varias fases.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la optimización de la corriente en motores de turbopropulsión de varias fases, en el cual es optimizado el ataque de la corriente en una tercera rueda de paletas de un respectivo conjunto de tres ruedas de patetas, que están dispuestas de forma sucesiva entre si; conforme a lo indicado en el preámbulo de la reivindicación de patente 1).

Ya son conocidos según el estado de la técnica los procedimientos de este tipo para la optimización de la corriente dentro de la zona de tres ruedas de paletas, de las cuales la primera y la tercera rueda de paletas pueden ser una rueda de paletas de guía o una rueda de paletas de rodadura, mientras que la segunda rueda de paletas puede ser, a la inversa, una rueda de paletas de rodadura o una rueda de paletas de guía.

La Patente Europea Núm. EP 0 756 667 B1 protege un procedimiento - que está relacionado con el procedimiento indicado en el preámbulo de la reivindicación de patente 1) - para la optimización de la corriente, según el cual es denominado "clocking" (sincronización) el posicionamiento relativo del perfil de las paletas entre la primera y la tercera rueda de paletas. En este caso, la preferida aplicación consiste en el clocking de las paletas de guía, es decir, la primera y la tercera rueda de paletas son ruedas de paletas de guía, mientras que la segunda rueda de paletas es de las paletas de rodadura. El principio de este procedimiento consiste en et hecho de que quedan determinados los caminos de la corriente de prolongación de tos perfiles de las paletas de la primera rueda de paletas hasta su entrada en la tercera rueda de paletas, y de que los bordes de entrada de los perfiles de las paletas de la tercera rueda de paletas son posicionados - dentro de una gama previamente determinada de tolerancias de ángulo (el 25% del ángulo divisor de las paletas) - en relación con las posiciones de entrada de las prolongaciones. En este caso, como óptima es considerada una directa incidencia central de cada prolongación en el respectivo borde de entrada. Cada prolongación parte - en forma de una ininterrumpida corriente turbulenta - del borde de salida del perfil de la paleta de la primera rueda de paletas y, en su recorrido por la segunda rueda de paletas en rotación, la misma es dividida en unos tramos separados que se desplazan, uno al lado del otro, por unas determinadas trayectorias. El número de las trayectorias está en función de la circunferencia de la superficie de corriente, dividida por el número de la primera rueda de paletas. De este modo, por estas trayectorias se desplazan, con una sucesión temporal entre si, los tramos en movimiento de las prolongaciones colindantes de la primera rueda de paletas. Según la referida Patente Europea, los tramos de prolongación son ponderados en el tiempo, de tal manera que - en cuanto al cálculo - se produce otra vez una prolongación continua, que incide, en la tercera rueda de paletas. Otra suposición simplificadora del procedimiento patentado consiste en que la corriente de las prolongaciones por parte de la segunda rueda de paletas ha de tener lugar solamente sobre una superficie de corriente, y que no es tenido en consideración el hecho de que la prolongación también se sitúa de una manera distinta en el sentido radial. Debido a todas estas simplificadoras suposiciones y aproximaciones sufre la exactitud del procedimiento y, por consiguiente, la certeza del mismo.

La Patente Europea Núm. EP 1 201 877 B1 protege, asimismo, un procedimiento para la optimización de la corriente; el mismo está también relacionado con el procedimiento indicado en el preámbulo de la reivindicación de patente 1) y está explicado, igualmente, mediante el ejemplo de dos ruedas de paletas de guía, que están posicionadas de forma relativa entre si; con una rueda de paletas de rodadura, que de forma coaxial está dispuesta entre las primeras ruedas. En este caso, durante el paso de las prolongaciones de la primera rueda de paletas por la segunda rueda de paletas, que está en movimiento, se toman en consideración solamente las condiciones termo-dinámicas y fluido-dinámicas por las caras de aspiración de los perfiles de paleta de la segunda rueda de paletas. Es argumentado que los tramos de prolongación, que pasan por aquí, entran en interacción con la capa límite de la pateta, la cual está situada por el lado de aspiración, y que estos tramos se modifican de tal modo, que puedan ser identificadas por lo menos dos zonas, que se encuentran mutuamente distanciadas y que se diferencian entre si por al menos una propiedad termo-dinámica, respectivamente. Como preferido criterio de diferenciación es indicada la magnitud de la entropía. También se indica, sin embargo, que pueden existir otros parámetros, que se distinguen por su magnitud, pero sin especificar los mismos con más detalle. En cualquier caso, ha de ser elegida una de las zonas identificadas para dirigirla sobre los bordes de entrada de los perfiles de paleta de la tercera rueda de paletas. Por lo menos una zona - que no ha sido elegida - puede pasar por el hueco existente entre los perfiles de la paleta. Es admitido, no obstante, que puede ser necesario evaluar distintos parámetros. También puede ser preciso dirigir, por ejemplo, en primer lugar la zona de la mayor entropía sobre los bordes de entrada para dirigir luego la zona de una menor entropía y, en este caso, determinar - mediante cálculo/de forma experimental - cuál de estas medidas puede conducir a un incremento en el rendimiento. En el fondo, la referida Patente
Europea nos enseña un principio de ensayo y error, que obliga al experto a adoptar varias medidas distintas.

A la vista de lo anteriormente expuesto, la presente invención tiene el objeto de proporcionar un procedimiento claro e inequívoco para la optimización de la corriente en los motores de turbopropulsión de varias fases, el cual ofrezca una mayor probabilidad de éxito que los procedimientos ya conocidos.

De acuerdo con la presente invención, este objeto se consigue por medio de las características distintivas de la reivindicación de patente 1), en relación con las características del procedimiento, indicado en el preámbulo de esta misma reivindicación. Conforme a la presente invención, el único y decisivo criterio fluido-dinámico es la llamada obstrucción; a este efecto, son determinados, concretamente, los valores máximos de la obstrucción, los cuales se presentan periódicamente dentro de la zona de salida de la segunda rueda de paletas, así como los caminos de corriente de la misma hasta la entrada en la tercera rueda de paletas.

En este caso, los valores máximos han de incidir - dentro de una tolerancia angular de \pm 15% del ángulo divisor de paleta de la tercera rueda de paletas - en los bordes de entrada de los perfiles de paleta de la tercera rueda de paletas. En relación con un cálculo concreto de la obstrucción, se remiten a las fórmulas indicadas en la reivindicación 1).

De forma preferente, la tolerancia angular es de \pm 10% del ángulo divisor de paleta de la tercera rueda de paletas.

Otras formas para la realización del procedimiento están reveladas en las reivindicaciones secundarias. A continuación, la presente invención se explica con más detalles por medio de los planos adjuntos de los que, en una representación simplificada, indican:

La Figura 1 - Un diagrama para determinar el grosor de desplazamiento \delta*;

La Figura 2 - Un diagrama para determinar la obstrucción V;

La Figura 3a - La posición de superficies de corriente de rotación dentro de un canal de corriente de paletas, con el cubo en rotación y la carcasa estacionaria;

La Figura 3b - Los perfiles de paletas de tres ruedas de paletas, sucesivas y dispuestas entre si de una forma definida;

La Figura 4 - Tres líneas de bordes de paletas, geométricamente distintas y vistas en la dirección axial;

La Figura 5 - Dos paletas, geométricamente distintas y vistas en la dirección circunferencial;

La Figura 6 - Dos paletas, geométricamente distintas y vistas en la dirección circunferencial;

La Figura 7 - Dos perfiles de paletas que están girados entre si y que son idénticos en cuanto a los demás aspectos;

La Figura 8 - Dos perfiles de paletas geométricamente distintos entre si.

Para la realización del procedimiento de la presente invención han de ser determinados - entre otros parámetros más - el grosor de desplazamiento \delta* (Deltastar) y la obstrucción V.

La Figura 1 muestra, en forma de un diagrama, el desarrollo 5 cualitativo de la densidad de corriente pu (y) o - en el incomprensible caso extremo el desarrollo de la velocidad u (y) de un medio de corriente, generador de rozamiento, dentro de la zona de la superficie de una parte componente como, por ejemplo, la superficie de un perfil de paleta, que es atacado por la corriente.

La coordenada "y" es trazada por lo menos de forma aproximadamente vertical a la dirección de la corriente y, por consiguiente, también de forma aproximadamente vertical a la superficie de la parte componente, la cual es atacada por la corriente.

En los perfiles de paletas, la coordenada "y" es definida preferentemente de forma vertical a una tangente local de la superficie del perfil de la paleta. En función de las condiciones de la adherencia, la velocidad u (y) en la superficie de la parte componente es igual a cero. Con una creciente distancia de la superficie de la parte componente aumentan la densidad de corriente pu (y) y la velocidad u (y), según el desarrollo de una curvatura continua, hasta el valor p_{e}u_{e}(y_{e}), siendo y_{e} el valor con el cual la velocidad ya no varía a causa de la capa límite viscosa. En el caso en el que el punto cero de la coordenada "y" se encuentre en la superficie de la parte componente, el valor y_{e}, corresponde - por lo menos con bastante exactitud - al grosor de la capa límite local. Para la parte ulterior del procedimiento, el desarrollo - generador de rozamiento - de la curvada densidad de corriente y de la velocidad es sustituido por un desarrollo sin rozamiento y con una constante densidad de corriente p_{e}u_{e} o con una constante velocidad u_{e}. A este efecto, la superficie de la parte componente es desplazada, ficticiamente, por el valor del grosor de desplazamiento \delta* (Deltastar), es decir, el grosor de un perfil de paleta es aumentado de forma correspondiente, también ficticiamente. Para el modelo de corriente, exento de rozamiento, tiene que resultar la misma corriente de masa como para la corriente real, generadora de rozamiento. Por consiguiente, para \delta* se consigue ta siguiente definición:

1

en la que p_{e} u_{e} e y_{e}, representan los valores correspondientes por el borde de la capa límite.

Por consiguiente, \delta* es et valor. de la coordenada "y", cuya línea horizontal secciona la densidad de corriente pu(y) de tal manera que, por debajo y por encima de la línea \delta*, entre ésta y la curva de velocidad pu(y) estén incluidas dos superficies de un mismo tamaño. En la Figura 1, estas dos superficies están indicadas de manera rayada y en el sentido diagonalmente opuesto entre si. Lateralmente, las superficies están delimitadas por el eje "y" vertical así como por una línea vertical de p_{e}u_{e}(y_{e}). A este efecto, la línea no tiene que representar una vertical, sino la misma - debido a la variación en la velocidad exterior dentro de la corriente y ahora fuera de las capas límites entre el lado de presión y el lado de aspiración - también puede estar inclinada en relación con el eje "y". Véase para ello los desarrollos, indicados mediante trazos en la Figura 1.

Teniendo en cuenta que - con unos perfiles de paleta, dispuestos de manera periódica en la rueda de paleta, que están en rotación corriente arriba - \delta* se modifica periódicamente por el tiempo t, y lo indicado en la Figura 1 ha de ser considerado como una "toma instantánea", realizada en un momento s dado y en un lugar determinado. Para el procedimiento de la presente invención, el desarrollo temporal de \delta* ha de ser determinado para por to menos una duración de periodo y esto, concretamente, tanto para el lado de presión DS como para el lado de aspiración SS del perfil de pateta en cuestión.

La Figura 2 indica la determinación cualitativa de la llamada obstrucción V en base al grosor de desplazamiento para et lado de presión \delta*_{DS} y al grosor de desplazamiento para el lado de aspiración \delta*_{SS} de un perfil de paleta. En este diagrama, los respectivos desarrollos de los grosores de desplazamiento están indicados con signos positivos sobre el eje de tiempo t. Puede ser apreciado, que los valores máximos de \delta*_{DS} y de \delta*_{SS} son aquí de distintas magnitudes, aparte de estar los mismos desplazados temporalmente entre si. El desarrollo temporal de la obstrucción V es el resultado de una interferencia acumulativa de los desarrollos de los grosores de desplazamiento de \delta*_{DS} y de \delta*_{SS}. Por consiguiente, el valor máximo de la obstrucción V_{max} se encuentra temporalmente entre los valores máximos - temporalmente desplazados - de estos grosores de desplazamiento. Se quisiera hacer constar aquí que, en realidad, los desarrollos son raras veces tan continuos y "armónicos" como aquí indicado, lo cual no cambia, sin embargo, nada en el principio de este procedimiento. En el presente caso, el valor máximo de la obstrucción V_{max} tiene que ser determinado dentro de la zona del borde de salida de un perfil de paleta aunque, como alternativa, este valor también puede ser determinado en base a la distribución y de forma vertical a la prolongación N del perfil de la paleta, dentro de la zona situada corriente abajo del borde de salida. En el primero de los casos, como magnitud acumulativa adicional ha de ser añadido a los grosores de desplazamiento, \delta*_{DS} y \delta*_{SS}, el grosor local D del perfil de la paleta. Como consecuencia, se incrementa la magnitud del valor máximo de la obstrucción V_{max} por un sumando que es constante, por lo menos aproximadamente, sin embargo, el momento de la presentación del valor máximo permanece sin variar, lo cual es definitivamente decisivo para la certeza del procedimiento. Con la expresión de "dentro de la zona del borde de salida de un perfil de paleta" se quisiera expresar que el lugar para determinar el valor máximo de la obstrucción puede ser elegido o cerca del borde de salida dentro del perfil de la paleta, o directamente en el borde de salida o incluso cerca del borde de salida y corriente abajo del perfil de la paleta. Lo que importa es, finalmente, que pueda ser determinada de forma correcta ta trayectoria ulterior de la obstrucción.

La Figura 3a muestra una vista de sección longitudinal de un canal de corriente para paletas; con una carcasa estática 46 y con un cubo 47, que está en rotación. En la carcasa 46 están dispuestas unas ruedas de paletas de guía, 48 y 50, y con el cubo 47 están en rotación las ruedas de paletas de rodadura, 49 y 51. Tanto de la carcasa 46 como del cubo 47 se han indicado aquí solamente los respectivos contornos, que se extienden de forma curvada y que delimitan el canal de corriente. Por el interior del canal de corriente pueden ser apreciadas otras tres líneas de curvatura. En este caso, se trata de las líneas de intersección de tres superficies de corriente de rotación 100, 101 y 102 dentro del elegido plano de intersección axial/radial. Estas superficies de corriente corresponden a las trayectorias espaciales para el movimiento de unas elegidas "partículas de fluido". Habida cuenta de que se trata, por regla general, de unas corrientes no-estacionarias, puede ser conveniente - o incluso necesario - simplificar las condiciones a través de una ponderación. En este sentido, en el presente caso se ha indicado la posición de varias superficies de corriente de rotación 103 de la resolución de campos de corriente de tipo 3D-RANS, la cual está promediada tanto en cuanto al tiempo como con respecto a la circunferencia. RANS representa aquí Reynolds-Averaged-Navier-Stokes. Por el borde del canal de corriente, los contornos de la carcasa 46 y del borde 47 corresponden a las respectivas superficies de corriente de rotación, 104 y 105. En cuanto a otras consideraciones, unas elegidas superficies de corriente de rotación constituyen las superficies de intersección, que seccionan las paletas a una definida altura (z) y que producen las intersecciones de los perfiles de paleta.

La Figura 3b indica la aplicación del principio del procedimiento al equipo físico, es decir, a las ruedas de paletas que - en cuanto a la técnica de corrientes - están dispuestas en fila entre si. El paso de la corriente tiene aquí lugar de izquierda a derecha, es decir, desde la rueda de paletas 1 hacia la rueda de paletas 3. De este modo, son tenidas en consideración cada vez tres ruedas de paletas, 1 hasta 3, que son colindantes entre si y de las cuales la primera rueda de paletas 1 y la tercera rueda de paletas 3 forman parte de una misma unidad, es decir, del "estator" o del "rotor". La segunda rueda de paletas 2 forma entonces parte de la respectiva unidad complementaria, o sea, del "rotor" o del "estator". Por consiguiente, entre la rueda de paletas 1 y la rueda de paletas 3 no se produce, durante el funcionamiento, ningún movimiento relativo, mientras que entre la rueda de paletas 2 y las otras dos ruedas de paletas, 1 y 3, sí se produce durante el funcionamiento una rotación relativa a una velocidad constante W. Según el ejemplo de la Figura 3b, tas ruedas de paletas, 1 y 3, forman parte del estator, es decir, las mismas son las ruedas de paletas de guía. La rueda de paletas 2 pertenece al rotor, es decir, se trata de una rueda de paletas de rodadura. Para una mayor claridad en el dibujo, la Figura 3b indica de las paletas 4, 5 y 6 solamente los perfiles 18, 19 y 20 de las mismas sobre una determinada superficie de corriente, es decir, en una sección de superficie de corriente. Los bordes de entrada de los perfiles de paleta 18, 19 y 20 llevan tas referencias 25, 26 y 27, mientras que los bordes de salida de los mismos tienen las referencias 35, 36 y 37. Los perfiles de pateta 18, situados corriente arriba, producen - debido al rozamiento - las llamadas prolongaciones N, es decir, unas zonas de corriente con turbulencias y con una más reducida velocidad en la deseada dirección de la corriente. La dirección del movimiento de cada prolongación N comprende una componente circunferencial así como otra componente meridional que, a su vez, se puede componer de una componente axial y de otra componente radial, de tal manera que cada prolongación N pueda entrar dentro de la zona de la segunda rueda de paletas 2 en rotación para ser dividida - por los perfiles de paleta 19 de ésta última, los cuales son sucesivos entre si - en unos tramos separados, que dentro de los canales de corriente se desplazan entre las paletas y los que entran en una relación recíproca
con las capas límites, tanto del lado de presión como del lado de aspiración de los perfiles de pateta 19.

Conforme a la presente invención, dentro de la zona de los bordes de salida 36 de los perfiles de paleta 19 tienen que ser registrados - tanto local como temporalmente y según el modo de proceder de las Figuras 1 y 2 - los valores máximos de la obstrucción V_{max}, los cuales se presentan aquí periódicamente. Después de la partida del borde de salida 36, la ulterior trayectoria del respectivo valor máximo de obstrucción V_{max} debe ser seguida hasta dentro de la zona de los bordes de entrada 27 de los perfiles de paleta 20 de la tercera rueda de paletas 3, que es estática.

Los valores máximos de la obstrucción V_{max} deben coincidir - dentro de una tolerancia angular \Deltawt previamente determinada - con un borde de entrada 27. Este ángulo de tolerancia puede ser, por ejemplo, de \pm 15% del ángulo divisor wt de la paleta de la tercera rueda de paletas 3, es decir, el mismo se extiende por ambos lados del borde de entrada 27 por un respectivo 15% en la dirección circunferencial. Por consiguiente, toda la gama angular representa el 30% del ángulo divisor wt de la paleta de la tercera rueda de paletas 3. Para el caso de que las mediciones o cálculos den por resultado que los valores máximos de la obstrucción V_{max} inciden efectivamente - dentro de la tolerancia angular \Deltawt previamente establecida - en los bordes de entrada de la tercera rueda de paletas 3, se ha conseguido la deseada optimización de la corriente.

Si este no es el caso, se tienen que efectuar unas variaciones geométricas en por lo menos una de las ruedas de paletas 1, 2 y 3, y esto hasta que esté cumplido el criterio anteriormente explicado.

La primera medida a adoptar bien podría ser un giro relativo entre las ruedas de paletas 1 y 3, es decir, un limitado movimiento angular relativo en la dirección circunferencial y por el eje central longitudinal de las ruedas de paletas.

Una vez conseguida la optimización, debe ser asegurado que este posicionamiento relativo no pueda ser cambiado involuntariamente durante el desmontaje ni durante el funcionamiento. Otra medida más a adoptar podría ser el desplazamiento axial de por lo menos una de las ruedas de paletas 1, 2 y 3; de forma preferente, sin embargo, puede la rueda de paletas 1 ser desplazada en el sentido axial con respecto a la rueda de paletas 2. El mismo efecto puede ser conseguido a través de un desplazamiento axial de los perfiles de paleta con respecto al soporte de los mismos, es decir, en relación con el disco, con el cubo, con la banda de cubierta, etc. Esto, sin embargo, ya estaría relacionado normalmente con unas más amplias modificaciones constructivas.

Para la persona familiarizada con este ramo es evidente, que el aquí propuesto procedimiento de optimización por regla general no solamente ha de ser efectuado sobre una sola superficie de corriente radial - es decir, por una sección de la superficie de corriente - sino también por varias secciones de superficies de corriente, las cuales están distribuidas por toda la extensión radial de la hoja de la paleta.

Esto ha de ser aplicado sobre todo para las paletas marcadamente "tridimensionales", con unas secciones de superficie de corriente de fuertes variaciones así como con una gran extensión radial.

A través de las Figuras 4 hasta 8, se explican ahora algunas variaciones geométricas en las paletas, las cuales pueden ser aplicadas en el contexto del procedimiento de optimización de la presente invención.

La Figura 4 muestra - en una vista axial de los bordes posteriores del estator - las tres paletas 7, 8 y 9, que si bien parten de una zona de base común se extienden, no obstante, de forma distinta en cuanto a su altura radial. La paleta 7, indicada con líneas continuas, se extiende de forma recta y en el sentido radial, o sea la misma está dispuesta más bien de una manera convencional, es decir, las secciones del perfil están ubicadas, por cada borde posterior, en la misma posición circunferencial.

La paleta 8, que está indicada mediante líneas de trazos, se extiende de forma recta, pero con una inclinación en el sentido circunferencial. Esto es conocido como el efecto "lean" o apoyo inclinado. La paleta 9, que está indicada con líneas de puntos y trazos, comprende una curvatura en el sentido circunferencial, o sea, un llamado "bow" o arco. De hecho es así, que con las variaciones de este tipo puede ser conseguido un desplazamiento circunferencial relativo de las secciones de perfil, que en el sentido radial están situadas una sobre la otra.

La Figura 5 indica la vista de dos paletas de rotor, 10 y 11, en la dirección circunferencial. La paleta 10, que - con su borde de entrada 28 y su borde de salida 38 - está indicada mediante líneas continuas, tiene unos contornos de forma trapezoidal, más bien de tipo convencional. La paleta 11, que está indicada con unas líneas de trazos, comprende un borde de entrada 29 curvado en el sentido axial, así como un borde de salida 39, que axialmente está curvado en el mismo sentido. Esta configuración es conocida también como "axial bow" o "sweep" (desviación vertical) y la misma tiene por efecto, en primer lugar, un desplazamiento relativo de las secciones del perfil en la dirección axial.

La Figura 6 muestra la vista de dos paletas, 12 y 13, en la dirección circunferencial. La paleta 12, que - con su borde de entrada 30 y su borde de salida 40 - está indicada mediante unas líneas continuas, corresponde con sus convencionales contornos trapezoidales a la paleta 10 de la Figura 5. La paleta 13, indicada mediante líneas de trazos, tiene en común con la paleta 12 la base de paleta así como la punta de paleta. Sin embargo, el borde de entrada 31 y el borde de salida 41 de esta paleta están doblados - en el sentido entre si opuesto - hacia fuera, de tal manera que se puedan constituir unos contornos de forma abombada.

Esta medida constructiva también es denominada "barrelling" o forma de barril. De este modo, resulta que en primer lugar queda incrementada la longitud axial de las secciones de perfil, siendo este incremento más pronunciado dentro de la zona de la altura radial media. Aparte de la base y de la punta de la paleta, estas paletas también pueden ahora tener en común cualquier otro tipo de sección de perfil.

La Figura 7 indica la vista de sección del perfil de dos paletas, 14 y 15, con idénticos perfiles de paleta, 21 y 22, pero en distintas posiciones. Los bordes de entrada llevan las referencias 32 y 33, mientras que los bordes de salida tienen las referencias 42 y 43.

El perfil de paleta 22, que está indicado con unas líneas de trazos, tiene que estar girado - por el eje de colocación, que aquí no está representado - en relación con el perfil de paleta 21, que está indicado mediante líneas continuas. Por consiguiente, el borde de entrada 32 y el borde de salida 42 de la paleta 21 están - en la dirección circunferencial - más desplazados que el borde de entrada 33 y el borde de salida 43 de la paleta 22. Esta medida constructiva es conocida como "twist" o torsión. A través de este giro o torsión quedan modificadas, en cuanto a sus direcciones, tanto la entrada de corriente como la salida de corriente de una rejilla de paleta de este tipo.

La Figura 8 muestra, finalmente, la vista de sección del perfil de dos paletas, 16 y 17, con la misma entrada de la corriente, pero con una distinta salida de la misma. Los dos perfiles de paleta, 23 y 24, tienen un borde de entrada común 34 así como unos "contornos de saliente" en común. Debido a una más pronunciada curvatura del perfil, el perfil de paleta 23, que está indicado mediante líneas continuas, también surte el efecto de un más pronunciado desvío de la corriente hasta el borde de salida 44 del mismo. El perfil de pateta 24, que está indicado con líneas de trazos, desvía la corriente de una manera pronunciada hasta su borde de salida. Esta medida constructiva también es denominada "vortexing" o vórtice.

Sin pretender ser completas, las medidas constructivas anteriormente mencionadas para una variación en la corriente son apropiadas para ser aplicadas por si solas o en múltiples combinaciones, con el fin de conseguir los criterios de optimización de la presente invención.

Claims (5)

1. Procedimiento para la optimización de la corriente en motores de turbopropulsión de varias fases, sobre todo en turbinas de gas, en el cual es optimizado el ataque de la corriente en una tercera rueda de paletas (3) de un respectivo conjunto de tres ruedas de paletas (1, 2, 3), que están dispuestas de forma sucesiva entre si; a este efecto, la primera rueda de paletas (1) y la tercera rueda de paletas (3) tienen el mismo número de paletas y, por consiguiente, tienen el mismo ángulo divisor de paletas (wt), y ambas ruedas de paletas están dispuestas de forma coaxial en la misma unidad, o de rotor o de estator; en este caso, entre la primera rueda de paletas (1) y la tercera rueda de paletas (3) está dispuesta la segunda rueda de paletas (2) de forma coaxial y en la otra de las dos unidades, o rotor o estator, de tal manera que durante el funcionamiento se pueda producir una rotación relativa entre la segunda rueda de paletas (2) y las otras dos ruedas de paletas (1, 3); a este efecto, y en relación con los parámetros de funcionamiento es elegido un estado del trabajo (punto de funcionamiento) con una elevada parte proporcional del tiempo de funcionamiento del motor de turbopropulsión y unos valores máximos de obstrucción (V_{max}), que a este estado de funcionamiento se producen de forma periódica - los que dentro de la zona de los bordes de salida (36) de los perfiles de paleta (19) de la segunda rueda de paletas (2) son inducidos por unas prolongaciones (N), que parten de los perfiles de paleta (18) de la primera rueda de paletas (1), y los mismos se mueven desde la zona de los bordes de salida (36) de los perfiles de paleta (19) de la segunda rueda de paletas (2) hacia la zona de los bordes de entrada (27) de los perfiles de paleta (20) de la tercera rueda de paletas (3) - son dirigidos, dentro de un ángulo de tolerancia (\Deltawt) de \pm 15% del ángulo divisor de paleta (wt) de la tercera rueda de paletas (3), hacia los bordes de entrada (27) de los perfiles de paleta (20) de la tercera rueda de paleta (3) para lo cual se modifican, en el caso de necesidad, las posiciones y/o las geometrías de los perfiles de paleta (18, 19, 20) de por lo menos una de las tres ruedas de paletas (1, 2, 3); procedimiento éste que está caracterizado porque, al objeto de determinar la magnitud de la obstrucción (V) dentro de la zona del borde de salida (36) de, un perfil de paleta (19) de la segunda rueda de paletas (2), el grosor de desplazamiento \delta* (Deltastar) para el lado de presión (DS) y para el lado de aspiración (SS), respectivamente, del perfil de paleta es calculado según la fórmula

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en la que p representa la densidad del medio de la corriente; u representa la velocidad del medio de la corriente; "y" representa una coordenada de forma vertical a una línea de referencia dentro de la zona del borde de salida (36), mientras que "e" representa el índice para el límite entre la corriente sin perturbar y la corriente perturbada por la capa límite; así como caracterizado porque la magnitud de la obstrucción (V) puede ser calculada, de forma opcional, como la suma de los momentáneos grosores de desplazamiento del lado de presión y del lado de aspiración, \delta*_{DS} y \delta*_{SS}, respectivamente, con el grosor (D) o sin el grosor (D) del perfil de la paleta dentro de la zona del borde de salida (36) del perfil de pateta (19) y según la fórmula siguiente:

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2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1) y caracterizado porque la tolerancia angular (\Deltawt) es \pm 10% del ángulo divisor (wt) de la paleta de la tercera rueda de paletas (3).

3. Procedimiento conforme a la reivindicación 1) o 2) y caracterizado porque el mismo es realizado de manera repetitiva para las distintas alturas de paletas, es decir, para varias secciones de perfil de paleta, desde la base de la paleta hasta la punta de la paleta.

4. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas y caracterizado porque el mismo es repetido tantas veces, hasta que los perfiles de paleta de todas las ruedas de paletas de rodadura y/o ruedas de paletas de guía de una parte componente de un motor de turbopropulsión - como, por ejemplo, de un compresor de alta presión o de una turbina de baja presión de una turbina de gas - estén posicionados y/o contorneados en una o en varias secciones de perfil de paleta y de manera óptima en cuanto a la corriente.

5. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas y caracterizado porque, al tratarse de unas partes componentes para turbinas de gas, como estado de funcionamiento decisivo es aplicado el llamado Aerodynamic Design Point (ADP) o punto de diseño aerodinámico, con el número de revoluciones nominal (100%) así como con unas definidas condiciones en cuanto a la presión total y a la temperatura total.