ES2335932T3 - Dispositvo de guiado de un flujo de aire para turbomaquina, y turbomaquina y difusor asociados. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de guiado de un flujo de aire a la entrada de una cámara de combustión en una turbomáquina, que comprende un enderezador (14) seguido de un difusor (16), comprendiendo el enderezador dos virolas coaxiales (38, 40), entre las que se extienden álabes (42) sensiblemente radiales, y comprendiendo el difusor dos paredes de revolución coaxiales (32, 34), unidas una con otra mediante tabiques radiales (36), caracterizado porque una de las virolas (40) del enderezador está hecha de una sola pieza con una pared de revolución (34) del difusor, estando asociada la otra de las virolas (38) del enderezador con la otra pared de revolución (32) del difusor, fijada en ella, y estando unidos los álabes del enderezador, por un extremo, con una virola del enderezador, separados de la otra virola, por su otro extremo, en una distancia (46) pequeña.
Description
Dispositivo de guiado de un flujo de aire para
turbomáquina, y turbomáquina y difusor asociados.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de guiado de un flujo de aire a la entrada de una cámara
de combustión en una turbomáquina tal como un turborreactor o un
turbopropulsor de avión.
Un dispositivo de este tipo se dispone a la
salida de un compresor y comprende un enderezador seguido de un
difusor, comprendiendo el difusor dos paredes de revolución
coaxiales unidas una con otra mediante tabiques radiales, y
comprendiendo el enderezador dos virolas coaxiales alineadas
axialmente con las dos paredes de revolución del difusor,
respectivamente, y entre las cuales se extienden álabes
sensiblemente radiales.
En la técnica actual, es conocido hacer el
enderezador y el difusor independientemente uno de otro con el fin
de optimizar mejor sus formas, sus dimensiones y sus funciones, y,
después, fijar, merced a medios apropiados, el extremo de aguas
abajo del enderezador en el extremo de aguas arriba del difusor.
Pero los medios de fijación utilizados son pesados y voluminosos, y
pueden generar pérdidas de carga del flujo de aire en el
dispositivo.
Es conocido, también, hacer el enderezador y el
difusor de una sola pieza. Pero esta técnica es muy limitativa, ya
que no permite optimizar las funciones ni fabricar enderezadores
complejos, especialmente, enderezadores que comprendan un gran
número de álabes de pequeña dimensión radial (por ejemplo, un
enderezador que disponga de más de 100 álabes). En particular,
resulta extremadamente complejo fabricar un enderezador y un difusor
de una sola pieza de fundición, pues los machos de fundición
previstos entre los álabes del enderezador y los tabiques radiales
del difusor son poco accesibles, y, por tanto, su retirada es muy
difícil, o imposible.
Los documentos EP-1378631 y US
5211003 ilustran el estado de la técnica.
La invención tiene por objeto, en particular,
ofrecer una solución simple, económica y eficaz a estos problemas
de la técnica anterior.
Para este fin, la invención ofrece un
dispositivo de guiado de un flujo de aire a la entrada de una cámara
de combustión en una turbomáquina, que comprende un enderezador
seguido de un difusor, comprendiendo el enderezador dos virolas
coaxiales entre las que se extienden álabes sensiblemente radiales,
y comprendiendo el difusor dos paredes de revolución coaxiales
unidas una con otra mediante tabiques radiales, caracterizado porque
una de las virolas del enderezador está hecha de una sola pieza con
una pared de revolución del difusor, estando dispuesta la otra de
las virolas del enderezador en la otra pared de revolución del
difusor, fijada en ella, y estando unidos los álabes del
enderezador, por
un extremo, con una virola del enderezador y separados de la otra virola, por su otro extremo, en una distancia pequeña.
un extremo, con una virola del enderezador y separados de la otra virola, por su otro extremo, en una distancia pequeña.
De acuerdo con la invención, una sola de las
virolas del enderezador se hace de una pieza con el difusor, y la
otra virola del enderezador se asocia con el difusor, fijándola en
él, por ejemplo, mediante soldadura, de manera que el dispositivo
sea monobloque. En consecuencia, el dispositivo de la invención no
requiere medios de fijación particulares pesados ni voluminosos, lo
que permite reducir la masa del dispositivo sin limitar la función
aerodinámica de guiado del flujo de aire del dispositivo.
Por tanto, la invención supone un compromiso
entre las técnicas de fabricación utilizadas hasta ahora y permite
optimizar las funciones conservando, al mismo tiempo, cierta
comodidad de fabricación. En particular, las formas y dimensiones
del enderezador pueden ser optimizadas independientemente de las del
difusor sin ser limitadas por el procedimiento de realización del
dispositivo, por lo que el enderezador puede ser complejo y
presentar una dimensión radial reducida y un gran número de álabes.
Por ejemplo, cuando una de las virolas del enderezador y el difusor
se hagan de una sola pieza de fundición con los álabes del
enderezador y con los tabiques radiales del difusor, se podrá
acceder a los machos de fundición fácilmente, para su retirada, por
efecto de la ausencia de la otra de las virolas del enderezador.
De manera general, la invención permite la
economía de la fabricación de una virola del enderezador, puesto
que esta virola se hace de fundición con el difusor. Permite,
también, la economía de la fabricación de los álabes del
enderezador, cuando éstos se fabriquen, por fundición, con el
difusor.
Por otro lado, la invención permite una
fabricación y una puesta en práctica más sencillas, así como una
reducción de masa no despreciable, en relación con las técnicas
actuales. Igualmente, reduce los riesgos de no conformidad,
disminuye los tiempos de fabricación y mejora la fiabilidad, puesto
que el conjunto enderezador-difusor final es
monobloque.
De acuerdo con otra característica de la
invención, la virola externa del enderezador y la pared de
revolución externa del difusor se hacen de una sola pieza, y el
extremo de la virola interna del enderezador se fija, por ejemplo,
mediante soldadura, en el extremo de aguas arriba de la pared de
revolución interna del difusor.
De acuerdo con un modo de realización de la
invención, los álabes del enderezador están unidos, por su extremo
radialmente externo, con la virola externa del enderezador, y están
separados, en una distancia radial pequeña, de la virola interna
del enderezador.
De acuerdo con una variante, los álabes del
enderezador están unidos, por su extremo radialmente interno, con
la virola interna del enderezador, y están separados, en una
distancia radial pequeña, de la virola externa del enderezador.
En funcionamiento, la distancia entre los álabes
y la virola del enderezador está comprendida, por ejemplo, entre
0,1 y 0,5 mm, aproximadamente.
Los álabes se unen con la virola del enderezador
por encaje y fijación, por ejemplo, mediante soldadura fuerte, de
uno de los extremos de los álabes en una hendidura correspondiente
prevista en esta virola. De ese modo, los álabes pueden optimizarse
y hacerse independientemente de la virola en la que se fijen.
De acuerdo con una variante, los álabes se hacen
de una sola pieza con la virola del enderezador. Cuando esta virola
sea la virola externa del enderezador, los álabes se hacen al mismo
tiempo que el difusor.
Ventajosamente, la virola interna del
enderezador comprende un reborde anular axial que coopera con la
pared de revolución interna del difusor, con el fin de facilitar el
posicionamiento y la fijación de la virola en el difusor.
La invención se refiere, también, a un difusor
de turbomáquina que comprende dos paredes de revolución coaxiales,
unidas una con otra mediante tabiques radiales, caracterizado porque
una de las paredes de revolución del difusor se prolonga axialmente
aguas arriba, más allá de las otra de las paredes de revolución del
difusor, con el fin de formar una virola de un enderezador
destinado a estar situado, axialmente, aguas arriba del
difusor.
De acuerdo con un modo de realización, la
prolongación hacia aguas arriba de la pared del difusor comprende
una pluralidad de hendiduras radiales, pasantes, repartidas
regularmente en torno al eje del difusor. El número de estas
hendiduras puede ser, por ejemplo, superior a 100.
De acuerdo con una variante, la prolongación
hacia aguas arriba de la pared del difusor se hace de una sola
pieza con álabes radiales repartidos regularmente en torno al eje
del difusor. El número de estos álabes puede ser, por ejemplo,
superior a 100.
La invención se refiere, también, a una virola
de enderezador de turbomáquina, caracterizada porque se hace de una
pieza con álabes que se extienden radialmente a partir de una
superficie cilíndrica de la virola y repartidos regularmente en
torno al eje de la virola.
La invención se refiere, además, a una virola de
enderezador de turbomáquina, caracterizada porque comprende una
pluralidad de hendiduras radiales, pasantes, repartidas regularmente
en torno al eje de la virola.
La invención se refiere, igualmente, a un álabe
de enderezador de turbomáquina, que comprende un borde de ataque y
un borde de fuga de gas, caracterizado porque comprende, en unos de
sus extremos longitudinales, medios de encaje en una hendidura
correspondiente de una virola de enderezador, en una dirección
sensiblemente paralela al eje longitudinal del álabe.
Por último, la invención se refiere a una
turbomáquina, tal como un turborreactor o un turbopropulsor de
avión, caracterizada porque comprende el dispositivo descrito en lo
que antecede.
La invención se comprenderá mejor y otros
detalles, características y ventajas de la misma se pondrán de
manifiesto a partir de la lectura de la descripción que sigue,
ofrecida a título de ejemplo no limitativo y con referencia a los
dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 muestra una vista esquemática
parcial, en corte axial, del dispositivo de guiado de un flujo de
aire de acuerdo con la invención;
- la figura 2 muestra una vista, a mayor escala,
de una parte de la figura 1;
- la figura 3 muestra una vista esquemática, en
perspectiva, de una variante de realización del dispositivo de
acuerdo con la invención, cuando se mira desde aguas arriba, sin la
virola interna del enderezador;
- la figura 4 muestra otra vista esquemática, en
perspectiva, del dispositivo de la figura 3;
- la figura 5 muestra una vista de acuerdo con
la figura 2, y que ilustra otra variante de realización de la
invención;
- la figura 5a muestra una vista ampliada de un
detalle de realización de una variante de la invención;
- la figura 6 muestra una vista esquemática del
dispositivo de la figura 5, en perspectiva, cuando se mira desde
aguas arriba, sin la virola interna ni los álabes del
enderezador;
- la figura 7 muestra una vista esquemática, en
perspectiva, de una parte del enderezador de la figura 6;
- la figura 8 muestra una vista de acuerdo con
la figura 7, y que ilustra una variante de realización del
enderezador.
El dispositivo 10 de acuerdo con la invención
representado en la figura 1 se monta, axialmente, entre un compresor
(no representado), situado aguas arriba, y una cámara de combustión
12 de la turbomáquina, con el fin de garantizar el enderezamiento y
el guiado del flujo de aire que salga del compresor, y la
alimentación con aire de la cámara 12, que, a su vez, alimenta una
turbina (no representada) dispuesta aguas abajo de la cámara.
Este dispositivo 10 comprende, desde aguas
arriba hacia aguas abajo, un enderezador 14 y un difusor 16, unidos
uno con otro y soportados por un velo troncocónico externo 18 que se
extiende hacia aguas arriba, en dirección al exterior, y fijado,
mediante una brida anular externa 20, en un cárter externo 22 de la
cámara, y por un velo troncocónico interno 24, que se extiende
hacia aguas abajo, en dirección al interior, y fijado, mediante una
brida anular interna 26, en un cárter interno 28 de la cámara
12.
El cárter externo 22 de la cámara monta
inyectores 30 de carburante repartidos regularmente en una
circunferencia en torno al eje longitudinal de la cámara, y que
desembocan, por su extremo radialmente interno, en la cámara. El
carburante inyectado en la cámara está destinado a mezclarse con
aire que sale del dispositivo 10 y a ser quemado, y, después,
inyectado en la turbina, para el accionamiento a rotación de un
árbol de la turbomáquina.
El difusor 16 comprende una pared de revolución
interna 32 unida con el velo troncocónico interno 24, y una pared
de revolución externa 34, unida con el velo troncocónico externo 18,
estando unidas las paredes 32 y 34, una con otra, mediante tabiques
radiales 36, por ejemplo, en número de 18.
El enderezador 14 comprende una virola interna
38, alineada axialmente con la pared de revolución interna 32 del
difusor, una virola externa 40, alineada axialmente con la pared de
revolución externa 34 del difusor, y álabes 42, que se extienden
radialmente entre las virolas interna 32 y externa 40 del
enderezador. El número de álabes 42, por ejemplo, es igual a 126, y
son independientes y se encuentran desplazados axialmente, hacia
aguas arriba, en relación con los tabiques radiales 36 del
difusor.
En el ejemplo representado en las figuras 1 y 2,
la virola externa 40 y los álabes 42 del enderezador 14 están
hechos de una sola pieza con la pared externa 34 del difusor 16. La
virola interna 38 del enderezador se fija por su extremo de aguas
abajo, por ejemplo, mediante soldadura 44, en el extremo de aguas
arriba de la pared interna 32 del difusor, y está separada del
extremo radialmente interno de cada álabe 42 en una distancia
radial 46 pequeña. Los álabes 42 y la virola externa 40 del
enderezador se hacen, por ejemplo, de una sola pieza de fundición
con el difusor 16. El diámetro interno de la virola 38 en su extremo
de aguas abajo, es igual al diámetro interno de la pared 32 del
difusor en su extremo de aguas arriba.
En funcionamiento, la distancia radial 46 entre
los extremos radialmente internos de los álabes y la virola interna
puede variar entre 0,1 y 0,5 mm, por las dilataciones térmicas y las
fuerzas centrífugas a las que se someten los álabes 42 y las
virolas 38, 40 del enderezador.
De acuerdo con la variante de realización
representada en las figuras 3 y 4, los álabes 42 se fijan, por su
extremo radialmente externo 48, en la virola externa 40 del
enderezador, hecha siempre de una sola pieza con el difusor 16. Los
extremos radialmente internos 50 de los álabes están separados en
una distancia radial 46 pequeña de la virola interna (no
representada) del enderezador, fijada mediante soldadura en el
extremo de aguas arriba 51 de la pared interna 32 del difusor.
De manera clásica, los álabes 42 comprenden un
intradós 52, o superficie interior cóncava, y un extradós 54, o
superficie exterior convexa, unidos, por su extremo de aguas arriba,
con un borde de ataque 56, y por su extremo de aguas abajo, con un
borde de fuga 58. Los álabes pueden hacerse, por ejemplo, por ECM
(mecanizado electroquímico).
La parte de extremo radialmente externo de cada
álabe proporciona medios 48 de encaje en una hendidura 60
correspondiente prevista en la virola externa 34 del enderezador.
Las hendiduras 60 son sensiblemente radiales y pasantes, y están
repartidas regularmente en torno al eje de la virola. Los medios de
encaje 48 del álabe se aplican con una hendidura 60, en dirección
sensiblemente radial, y se retienen en ella, por ejemplo, mediante
soldadura fuerte del extremo radialmente externo del álabe con la
superficie cilíndrica exterior de la virola 40. Las hendiduras 60
pueden practicarse durante la fundición de la virola o mediante
corte por láser de la misma.
De acuerdo con un ejemplo particular de
realización, los álabes 42 se fijan en posición en las hendiduras
60 de la virola mediante esferas de soldadura (de 1 mm de diámetro,
por ejemplo), dispuestas manualmente por puntos, o mediante arco
eléctrico, entre los extremos radialmente externos de los álabes y
la superficie cilíndrica exterior de la virola.
De acuerdo con otra variante, representada en
las figuras 5 a 8, los álabes 42 del enderezador se unen, por su
extremo radialmente interno, con la virola interna 38 del
enderezador, asociada con el extremo de aguas arriba de la pared
interna 32 del difusor y fijada en él por su extremo de aguas abajo.
La virola externa 40 del difusor se hace de una sola pieza con el
difusor 16 y se separa, en una distancia radial pequeña, del
extremo radialmente externo de cada álabe.
Los álabes 42 y la virola interna 38 del
enderezador de la figura 7 se hacen de una sola pieza merced a una
técnica apropiada, tal como fundición, EDM (mecanizado por
electroerosión), fresado a gran velocidad, etc.
De acuerdo con una variante, y como se
representa en la figura 8, los extremos radialmente internos 62 de
los álabes 42 se encajan y fijan en hendiduras radiales 64
correspondientes de la virola interna. Estos álabes son similares a
los descritos en relación con las figuras 3 y 4, y las hendiduras 64
de la virola son pasantes y están repartidas regularmente en torno
al eje de la virola. Los extremos radialmente internos de los álabes
pueden fijarse, por soldadura fuerte, en la superficie cilíndrica
interior de la virola 38.
Ventajosamente, la virola interna 38 del
enderezador comprende un reborde anular axial 66 de centrado (figura
5a), destinado a estar aplicado radialmente con el interior de la
pared interna del difusor, con el fin de facilitar el montaje de la
virola. En este caso, la virola 38 se fija en la pared 32 del
difusor por soldadura del extremo de aguas abajo de este reborde 66
con la superficie cilíndrica interior de la pared 32, para evitar
que los puntos o el cordón de soldadura penetren en el interior y
perturben el flujo de aire en el dispositivo. Igualmente, la virola
interna 38 de cada dispositivo descrito en lo que antecede puede
estar dotada de este reborde axial 66.
En los ejemplos de las figuras 4, 5 y 6, el
difusor 16 comprende un separador 70 montado en los tabiques
radiales 36 del difusor, entre sus paredes interna 32 y externa 34,
estando destinado este separador a dividir el flujo de gas que
salga del enderezador en dos venas anulares coaxiales.
El enderezador 14 y el difusor 16 se hacen, por
ejemplo, de una aleación a base de níquel y cromo.
Claims (15)
1. Dispositivo de guiado de un flujo de aire a
la entrada de una cámara de combustión en una turbomáquina, que
comprende un enderezador (14) seguido de un difusor (16),
comprendiendo el enderezador dos virolas coaxiales (38, 40), entre
las que se extienden álabes (42) sensiblemente radiales, y
comprendiendo el difusor dos paredes de revolución coaxiales (32,
34), unidas una con otra mediante tabiques radiales (36),
caracterizado porque una de las virolas (40) del enderezador
está hecha de una sola pieza con una pared de revolución (34) del
difusor, estando asociada la otra de las virolas (38) del
enderezador con la otra pared de revolución (32) del difusor,
fijada en ella, y estando unidos los álabes del enderezador, por un
extremo, con una virola del enderezador, separados de la otra
virola, por su otro extremo, en una distancia (46) pequeña.
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque la virola externa (40) del
enderezador y la pared de revolución externa (34) del difusor están
hechos de una sola pieza, y el extremo de la virola interna (38)
del enderezador está fijado en el extremo de aguas arriba de la
pared de revolución interna (32) del difusor.
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
2, caracterizado porque la virola externa (40) del
enderezador está hecha de una sola pieza de fundición con el
difusor.
4. Dispositivo de acuerdo con las
reivindicaciones 2 o 3, caracterizado porque el extremo de
aguas abajo de la virola interna (38) del enderezador está fijado,
mediante soldadura, en el extremo de aguas arriba de la pared de
revolución interna (32) del difusor.
5. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque los álabes (42)
del enderezador están unidos, por su extremo radialmente externo,
con la virola externa (40) del enderezador, y están separados, en
una distancia radial (46) pequeña, de la virola interna (38) del
enderezador.
6. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque los álabes (42)
del enderezador están unidos, por su extremo radialmente externo,
con la virola interna (38) del enderezador, y están separados, en
una distancia radial pequeña, de la virola externa (40) del
enderezador.
7. Dispositivo de acuerdo con las
reivindicaciones 5 o 6, caracterizado porque los álabes (42)
están unidos con la virola externa (38, 40) del enderezador por
encaje y fijación, por ejemplo, por soldadura fuerte, de uno de los
extremos de los álabes en una hendidura (64, 60) correspondiente
prevista en esta virola.
8. Dispositivo de acuerdo con las
reivindicaciones 5 o 6, caracterizado porque los álabes (42)
están hechos de una sola pieza con la virola (38, 40) del
enderezador.
9. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque la virola
interna (38) del enderezador comprende un reborde anular axial (62)
aplicado radialmente con el interior de la pared de revolución
interna (32) del difusor.
10. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, en
funcionamiento, la distancia entre los álabes (42) y la virola (38,
40) del enderezador está comprendida entre 0,1 y 0,5 mm,
aproximadamente.
11. Turbomáquina, tal como un turborreactor o un
turbopropulsor de avión, caracterizada porque comprende un
dispositivo (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
precedentes.
12. Difusor de turbomáquina, que comprende dos
paredes de revolución coaxiales (32, 34) unidas una con otra
mediante tabiques radiales (36), caracterizado porque una de
las paredes de revolución (34) del difusor se prolonga axialmente
aguas arriba, más allá de la otra de las paredes de revolución del
difusor, con el fin de formar una virola de un enderezador
destinado a estar situado, axialmente, aguas arriba del difusor.
13. Difusor de acuerdo con la reivindicación 12,
caracterizado porque la prolongación hacia aguas arriba de
la pared del difusor comprende una pluralidad de hendiduras radiales
pasantes (60), repartidas regularmente en torno al eje del
difusor.
14. Difusor de acuerdo con la reivindicación 12,
caracterizado porque la prolongación hacia aguas arriba de
la pared del difusor está hecha de una sola pieza con álabes
radiales (42) repartidos regularmente en torno al eje del
difusor.
15. Difusor de acuerdo con la reivindicación 13,
caracterizado porque la prolongación hacia aguas arriba de
la pared del difusor comprende más de 100 hendiduras o álabes
radiales.
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