ES2337800T3 - Dispositivo para la presurizacion de aire de refrigeracion en un alabe de rodete. - Google Patents
Dispositivo para la presurizacion de aire de refrigeracion en un alabe de rodete. Download PDFInfo
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Abstract
Dispositivo para presurizar con aire de refrigeración la pared interna de un componente, que gira alrededor de un eje de rotación (2), de manera especial un álabe de rodete (1) en una máquina rotativa, del tipo que comprende un pie (3) del componente, que puede ser fijado de manera resistente a la torsión sobre una unidad de rotor, cuyo pie se prolonga en una pala (4) del componente, de una sola pieza, que se extiende en la dirección radial, en cuya pala se ha previsto, al menos, una zona (K1) del canal de refrigeración, que se extiende en la dirección radial a lo largo del eje de rotación (2), cuya zona desemboca en la zona del pie (3) del componente a través de un orificio (7), en un canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración, que atraviesa, al menos en parte, al pie (3) del componente a lo largo del eje de rotación (2), y estando prevista una placa de distribución (8) en la zona del canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración de tal manera, que la placa de distribución (8) establece una conexión estanca a los fluidos con un borde de abertura 871), que rodea al orificio (7) de la zona (K1) del canal de refrigeración, al menos durante la rotación del componente alrededor del eje de rotación (2) y estando previsto en la zona del orificio (7) de LA zona (K1), al menos única, del canal de refrigeración, al menos un orificio de paso (81), a través del cual llega el aire de refrigeración desde el canal (5) axial, para la alimentación del aire de refrigeración, hasta la zona (K1) radial del canal de refrigeración, caracterizado porque en el interior del canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración se han previsto, al menos, dos elementos de talón (6), que están distanciados entre sí en la dirección axial, cuyos elementos de talón están dispuestos en la dirección radial, respectivamente, frente aun borde de abertura (71) y abarcan con el mismo una ranura de inserción (11), que está prevista para la placa de distribución (8).
Description
Dispositivo para la presurización de aire de
refrigeración en un álabe de rodete.
La invención se refiere a un dispositivo para la
presurización de aire de refrigeración en un álabe de rodete, tal
como se define en el preámbulo de la reivindicación 1. Un
dispositivo de este tipo es conocido, por ejemplo, por la
publicación EP-A-0 340 149. Las
máquinas rotativas, por ejemplo las secciones de turbinas o las
secciones de compresores de las instalaciones con turbinas de gas o
con turbinas de vapor, presentan, por regla general, álabes de
rodete directores fijos y giratorios alrededor de un eje de
rotación, con objeto de llevar a cabo una expansión o una
compresión específica de gases o de mezclas de gases, cuyos álabes
de rodete están sometidos, en la mayoría de las ocasiones, a
elevadas temperaturas de proceso y que, por consiguiente, tienen que
soportar elevadas solicitaciones térmicas. Los álabes de rodete,
que son giratorios alrededor del eje de rotación, están sometidos,
así mismo, de manera especial a elevadas solicitaciones mecánicas,
que son provocadas por las fuerzas centrífugas, además de estar
sometidos a la solicitación térmica.
En la mayoría de los casos se toman medidas
destinadas a mejorar el rendimiento de tales máquinas térmicas, por
medio de las cuales quedan sometidos los componentes giratorios a
solicitaciones térmicas y mecánicas, cada vez mayores, como
consecuencia de que temperaturas de proceso son cada vez mayores y
de que son acrecentadas las velocidades de rotación. Sin embargo,
estos esfuerzos están sometidos a límites físicos de la solicitación
como consecuencia de los materiales empleados, a partir de los
cuales se fabrican, ante todo, los componentes giratorios de la
instalación. Sin embargo, con objeto de poder llevar a cabo
optimizaciones complementarias en lo que se refiere al rendimiento,
se buscan vías para refrigerar de manera efectiva a los componentes
de la instalación especialmente expuestos al calor e impulsados por
la fuerza centrífuga. Con esta finalidad se conoce ya una serie de
propuestas, con las cuales pueden ser presurizados los álabes de
rodete con aire de refrigeración en las máquinas rotativas. De
manera típica, un álabe de rodete, configurado de este modo,
presenta un pie del álabe de rodete, que está estructurado en forma
de dendrita con objeto de llevar a cabo su fijación por el lado del
rotor, sobre cuyo pie se prolonga, en la dirección radial, la pala
del álabe de rodete. Con objeto de llevar a cabo la refrigeración,
el pie del álabe de rodete está atravesado, de manera preferente,
por una pluralidad de canales de refrigeración, que están orientados
en la dirección radial, cuyos canales de refrigeración se extienden
en la pared interna, a través de toda la extensión de la pala del
álabe de rodete, con objeto de llevar a cabo una refrigeración
efectiva del álabe de rodete. Para la alimentación del aire de
refrigeración sirven canales de alimentación de aire de
refrigeración, que están previstos por el lado del rotor, a través
de los cuales es alimentado el aire de refrigeración en los canales
de refrigeración, que pasan radialmente a través del pie del álabe
de rodete. Por consiguiente, un sistema de alimentación del aire de
refrigeración de este tipo presupone un rotor, que presente una
pluralidad de canales de aire de refrigeración, que estén
orientados de manera radial, cuyos canales de refrigeración
individuales tienen que estar dispuestos de manera exacta, por
medio de un posicionamiento correspondiente de los álabes de rodete,
individuales, en alineación con los canales de refrigeración
radiales, que están previstos en el pie del álabe de rodete. Ya los
desajustes mínimos entre el pie del álabe de rodete y la unidad de
rotor pueden perjudicar de manera persistente una refrigeración
eficaz del álabe de rodete, con lo cual se reduce considerablemente
la duración de vida del álabe de rodete.
Como alternativa a la alimentación radial del
aire de refrigeración de un álabe de rodete a través de un sistema
de alimentación de aire de refrigeración, por el lado del rotor, se
ha propuesto que la alimentación del aire de refrigeración sea
llevada a cabo a través de un canal de alimentación del aire de
refrigeración, que atraviesa en la dirección axial al pie del álabe
de rodete. De este modo, se consigue que llegue una corriente de
aire de refrigeración en el canal de alimentación del aire de
refrigeración, que está orientado en la dirección axial, dentro del
pie del álabe de rodete, desde el cual se ramifican canales de aire
de refrigeración individuales, que se propagan en la dirección
radial en el interior de la pala del álabe de rodete. Puesto que los
álabes de rodete son fabricados, por regla general, con ocasión de
un procedimiento de colada, se utiliza para la formación de tales
cavidades huecas, que están situadas en el interior de una pieza
colada, la denominada tecnología de colada con macho, que
posibilita, de manera especial, la realización del canal para la
alimentación del aire de refrigeración, que atraviesa en la
dirección axial al pie del álabe de rodete, así como la realización
de los canales de refrigeración individuales, que está situados en
el interior de la pala del álabe de rodete, a la que atraviesan
radialmente, al menos en parte,. Sin embargo, se ha observado que,
para conseguir una distribución óptima de la corriente de
alimentación del aire de refrigeración dentro del canal para la
alimentación del aire de refrigeración, que está orientado
axialmente, deben estar previstos distribuidores del flujo, cuyos
distribuidores del flujo deben desviar dentro de la pala del álabe
de rodete a la corriente de alimentación del aire de refrigeración,
que está orientada axialmente, en los canales de refrigeración, que
se extienden en la dirección radial. Sin embargo, los
distribuidores del flujo, que deben estar previstos con esta
finalidad, que condicionan tanto una modificación de la dirección
así como, también, una distribución de la corriente de alimentación
del aire de refrigeración, que está dirigida axialmente en el pie
del álabe, están sometidos a tolerancias correspondientes a su
forma estructural, que dependen de la forma en que hayan sido
fabricados, debido a las cuales únicamente es posible una guía
exacta y una distribución exacta del flujo del aire de
refrigeración entre los canales de refrigeración individuales, que
se extienden radialmente a lo largo de la pala del álabe de rodete,
con una exactitud insatisfactoria.
En este punto la invención debe proporcionar un
remedio de tal manera, que la invención tiene como tarea llevar a
cabo, dentro de un álabe de rodete, la optimización de la
distribución del aire de refrigeración entre los canales de
refrigeración individuales, que están radialmente orientados. Así
mismo, las medidas que deben ser tomadas con esta finalidad no
deben provocar etapas de construcción o etapas de montaje, que
requieren elevados esfuerzos económicos y deben disponer de
propiedades robustas, que puedan soportar las elevadas exigencias
en lo que se refiere a la solicitación térmica así como, también, a
la solicitación mecánica dentro de tales componentes giratorios
alrededor de un eje de rotación.
La solución de la tarea, en la que está basada
la invención, está dada en la reivindicación 1. Desarrollos
ventajosos constituyen el objeto de las reivindicaciones
dependientes, tales como los que pueden verse en la descripción con
referencia a los ejemplos de realización.
Para llevar a cabo una exposición y una
descripción sencillas de la idea inventiva, las otras realizaciones
se refieren al caso de un álabe de rodete, que está montado a lo
largo de una unidad de rotor de una instalación con turbinas de gas
o con turbinas de vapor, y que puede implantarse en una sección de
turbinas o en una sección de compresores. Evidentemente, no debe
quedar limitada por esta referencia la idea inventiva general, que
se refiere a componentes alternativos de la instalación, que estén
sometidos a solicitaciones comparables.
La placa de distribución, que está fabricada, de
manera preferente, a partir de un material plano, resistente a la
temperatura, tiene previstos orificios de paso a lo largo de su
extensión que corresponden, respectivamente, con las zonas del
canal de refrigeración, que se extienden radialmente,
respectivamente con diámetros de los orificios, a través de las
cuales puede predeterminarse el caudal de aire de refrigeración, que
llega hasta las zonas individuales del canal de refrigeración. Por
consiguiente, es posible distribuir, con ayuda de la placa de
distribución, el porcentaje en volumen de aire de refrigeración, que
ha sido calculado previamente, que está adaptado al correspondiente
álabe de rodete giratorio, entre las zonas individuales del canal de
refrigeración, que se extienden en la pala del álabe de rodete en
la dirección radial. Una exacta distribución de este tipo del flujo
del aire de refrigeración no es posible como consecuencia de las
tolerancias de fabricación, que están directamente relacionadas con
el procedimiento de colada, cuando se utilizan de manera exclusiva
los distribuidores del flujo, que son fabricados según la tecnología
de colada.
Con objeto de mantener tan bajo como sea posible
el coste de montaje para llevar a cabo la implantación de la placa
de distribución a lo largo del canal de alimentación de aire de
refrigeración, que se extiende en la dirección axial a través del
pie del componente, y con objeto de conseguir, al mismo tiempo, un
asiento exacto y un posicionamiento exacto de la placa de
distribución con relación a la zona del canal de refrigeración, al
menos única, que se extiende en la dirección radial, se han previsto
dentro del canal para la alimentación del aire de refrigeración, al
menos, dos elementos de talón, que están distanciados entre sí en la
dirección axial, cuyos elementos de talón se encuentran situados,
por el lado radial, frente al borde de abertura, a una pequeña
distancia del mismo, del orificio de la zona del canal de
refrigeración, al menos única, y que limitan con dicho borde de
abertura una ranura de inserción, en la que la placa de distribución
experimenta un ajuste de precisión, preferentemente en enrasado,
por medio de la inserción en la dirección axial en el canal para la
alimentación del aire de refrigeración. En este punto debe indicarse
que se han previsto, de manera preferente, varias zonas para el
canal de refrigeración, que atraviesan en la dirección radial a la
pala del álabe de rodete, cuyas zonas están dispuestas de forma
separada entre sí por medio de paredes intermedias. En la zona del
canal para la alimentación del aire de refrigeración, que se
extiende axialmente en el pie del álabe de rodete, desembocan las
paredes intermedias, respectivamente a través de un borde de
abertura, que está orientado en el sentido dirigido hacia el canal
para la alimentación del aire de refrigeración, cuyo borde de
abertura rodea al orificio de la zona correspondiente del canal de
refrigeración, que se extiende en la dirección radial. Con este
borde de abertura se consigue, al menos en el estado de rotación,
una conexión estanca a los fluidos con la placa de distribución,
con objeto de excluir por completo posibles flujos de fuga entre la
placa de distribución y el borde de abertura.
Por medio de la conexión estanca a los fluidos,
que se establece de manera automática por vía de de la rotación,
entre la placa de distribución y el borde de abertura del orificio
de la zona del canal de refrigeración, al menos única, que se
extiende en la dirección radial, no es necesario prever dimensiones
del intersticio exentas de tolerancia para la ranura de inserción,
que queda limitada entre los elementos de talón y el borde de
abertura, al menos único, un requisito que no puede cumplirse, ene
modo alguno, con los procedimientos de colada tradicionales.
Con objeto de cumplir el requisito de
proporcionar, al menos durante la rotación, una conexión estanca a
los fluidos entre la placa de distribución y los correspondientes
bordes de abertura, debe fabricarse la placa de distribución con un
material así como con un espesor del material tales, que se
sobrepase el momento de flexión de la placa de distribución por
parte de las fuerzas centrífugas que se generan por vía de la
rotación y que actúan sobre la placa de distribución y que la placa
de distribución sea capaz de amoldarse correctamente a la geometría
de la colada de los bordes de abertura. Por otra parte, este proceso
de adaptación puede ser favorecido, en otra forma preferente de
realización, en el caso en que la placa de distribución disponga de
debilitamientos del material, localmente limitados, por ejemplo en
forma de muescas mecánicas o de grietas. De la misma manera, tales
debilitamientos del material pueden ser generados por medio de una
modificación específica de la microestructura en la placa de
distribución. Tales puntos de resistencia disminuida se disponen
repartidos a lo largo de la placa de distribución, preferentemente
en zonas próximas a los bordes de abertura, en los cuales debe
establecerse una conexión estanca a los fluidos.
De igual modo, puede ser ventajoso en algunos
casos ensamblar de manera fija la placa de distribución, al menos
por el lado extremo, sobre un extremo o sobre ambos extremos con la
microestructura interna del pie del álabe de rodete en la zona del
canal para la alimentación del aire de refrigeración, por ejemplo
por vía de una conexión realizada por estañado o por soldadura. Los
puntos de ensamblaje, necesarios para esta finalidad, son
fácilmente accesibles para las finalidades de montaje en la
dirección axial a través del canal para la alimentación del aire de
refrigeración de tal manera, que no se aumenta esencialmente el
coste de montaje, necesario para esta finalidad.
Puesto que, tal como se explicará aún con mayor
detalle más adelante por medio de un ejemplo de realización, está
configurado abierto a ambos lados el canal para la alimentación del
aire de refrigeración, que se extiende completamente en la
dirección axial a través del pie del álabe de rodete, con relación
al pie del álabe de rodete, es necesario obturar de forma estanca a
los fluidos un orificio situado en el lado axial.
La forma de realización más sencilla prevé la
consecución de un cierre por el lado frontal del canal para la
alimentación del aire de refrigeración por medio de un acodado
correspondiente de una zona extrema de la placa de distribución,
debiendo ser soldada o ser estañada con la pared interna del canal
para la alimentación del aire de refrigeración la placa de
distribución, al menos en la zona de su sección de la placa, que
está acodada en el lado extremo. Sin embargo, una fijación
correspondiente podría tener efectos negativos sobre la necesaria
conexión estanca a los fluidos, que se establece, al menos en el
estado de rotación, entre la placa de distribución y el borde de
abertura, al menos único, de tal manera, que otra forma preferente
de realización prevé una placa de obturación postiza en lugar de un
ensamblaje fijo de la placa de distribución en la zona de la
sección acodada de la placa de distribución, cuya placa de
obturación cierre por uno de sus lados al canal para la
alimentación del aire de refrigeración en la dirección axial de
manera hermética a los fluidos. Para esta finalidad es conveniente
llevar a cabo un ensamblaje estanco a los fluidos de la placa de
obturación, que está adaptada al contorno de la sección transversal
del canal para la alimentación del aire de refrigeración, por medio
de uniones por estañado o por soldadura con el pie del álabe de
rodete.
La invención se describe a continuación de forma
ejemplificativa, sin limitación de la idea inventiva general, por
medio de ejemplos de realización con referencia al dibujo. Se
muestra:
en la figura 1 la sección transversal a través
de un álabe de rodete de una instalación con turbinas de gas,
en la figura 2 la representación detallada en
sección transversal a través de la zona del pie de un álabe de
rodete,
en la figura 3 la representación detallada
relativa a una placa de obturación, que obtura de manera estanca a
los gases, en la dirección axial, al canal para la alimentación del
aire de refrigeración,
en las figuras 4a-d vistas de
placas de distribución, que están configuradas de forma alternativa
así como
en la figura 5 una placa de distribución
alternativa dentro de un pie del álabe de rodete.
En la figura 1 se ha representado la sección
transversal a través de un álabe de rodete 1, que está dispuesto de
manera giratoria alrededor de un eje de rotación 2 de una unidad de
rotor, que está integrada en una planta con turbinas de gas. El
álabe de rodete 1 presenta un pie 3 del álabe de rodete, que puede
ser conectado en unión por fricción con la unidad de rotor, que no
ha sido representada con mayor detalle, por medio de un contorno de
ensamblaje, que está configurado de manera correspondiente
(estructura en forma de dendrita - no representada). En la
dirección radial se prolonga, sobre el pie 3 del álabe de rodete, la
pala 4 del álabe de rodete, en cuyo interior se han previsto zonas
K1 hasta K4 del canal de refrigeración. En la zona del pie 3 del
álabe de rodete se extiende un canal 5 para la alimentación del aire
de refrigeración, que está orientado en la dirección axial, es
decir paralelamente con respecto al eje de rotación 2, cuyo canal
atraviesa, en primer lugar, toda la anchura axial del pie 3 del
álabe. En el interior del canal 5 para la alimentación del aire de
refrigeración se han previsto los denominados elementos de talón 6,
que han sido labrados a partir del material colado, por vía del
procedimiento de colada, con el que puede fabricarse todo el álabe
de rodete 1, cuyo material de colada constituye el material
restante del álabe de rodete. Los elementos de talón 6 presentan
secciones superficiales 61 superiores, que se encuentran situadas
respectivamente de forma opuesta, ligeramente distanciadas, por el
lado radial de los denominados bordes 71 de abertura 71. Los bordes
de abertura 71 rodean a los orificios 7, que están dirigidos hacia
el canal 5 para la alimentación del aire de refrigeración, en los
cuales se prolongan, por el lado radial, las zonas K1 y K2 del canal
de refrigeración, que están limitadas, respectivamente, por las
paredes 72 de las zonas del canal de refrigeración. Las zonas K1
hasta K4 del canal de refrigeración, que están previstas en el
interior de la pala del álabe de rodete, pueden ser fabricadas, de
la misma manera que el canal 5 para la alimentación del aire de
refrigeración, por vía del proceso de colada, por medio de la
previsión de un macho de desplazamiento, modelado de manera
adecuada, que sirva como mantenedor del emplazamiento para las
respectivas cavidades huecas y que es introducido en el molde para
la colada durante el proceso de colada.
Sin embargo, para llevar a cabo la conducción
del flujo, de manera especial para llevar a cabo el dimensionado
del flujo, correspondiente al flujo de aire de refrigeración, que
pasa a través de las zonas K1, K2, K3 y K4 del canal de
refrigeración, se ha previsto una placa de distribución 8, en la que
se han dispuesto orificios de paso 81, que están posicionados y
dimensionados de manera correspondiente. Los orificios de pasa 81
están previstos, de manera correspondiente, en la zona de abertura
de los orificios 7.
En el ejemplo de realización, que ha sido
mostrado, de conformidad con la figura 1, debe ser alimentada la
corriente de alimentación del aire de refrigeración, que es
alimentada en la dirección axial a través del canal 5 para la
alimentación del aire de refrigeración, de manera específica hasta
las zonas K1 y K2 del canal de refrigeración. Los orificios de paso
81, que están previstos por encima de la zona de abertura de la zona
K1 del canal de refrigeración, posibilitan un flujo del aire de
refrigeración por el lado radial a través del canal de
refrigeración K1, que prevé sobre el flanco superior de la pala 4
del álabe de rodete un orificio de salida A, a través del cual se
escapa el aire de refrigeración hasta el canal H para el gas
caliente. Por el contrario, se desvía en su mayor parte el aire de
refrigeración, que penetra en la zona K2 del canal de refrigeración
a través de los orificios de paso 81, hasta la zona K3 del canal de
refrigeración con ayuda de medios 9, correspondientes, para la
conducción del flujo, cuya zona se prolonga en la zona K4 del canal
de refrigeración en el sentido de flujo (véanse las flechas
indicadoras del flujo). La placa de distribución 8 se encarga en la
zona de conexión de las zona K3 y K4 del canal de refrigeración de
que sea desviada, en su totalidad, la corriente del aire de
refrigeración, que fluye hacia abajo en la zona K3 del canal de
refrigeración hasta la zona K4 del canal de refrigeración, que se
extiende hacia arriba por el lado radial. Con esta finalidad es
preciso que se amolde la placa de distribución 8 de forma estanca a
los gases o bien de forma estanca a los fluidos sobre los
correspondientes bordes de abertura 71 así como al contorno marginal
10. Al mismo tiempo, deben tomarse precauciones para que no se
presenten flujos de fuga, de ningún tipo, entre la placa de
distribución 8 y los bordes de abertura 71. Con objeto de
garantizar esto, debe dimensionarse la placa de distribución 8 y la
placa debe ser elegida, en lo que se refiere a su material de tal
manera, que sea presionada, de manera enrasada y estanca a los
fluidos, de manera fija sobre los correspondientes bordes de
abertura 71 así como sobre el contorno marginal 10 por medio de las
fuerzas centrífugas, que son provocadas por la rotación alrededor
del eje de rotación 2. En este caso, la placa de distribución 8 yace
de manera desprendida en la ranura de inserción 11 (véase la figura
2), que está limitada entre las secciones superficiales 61 de los
elementos de talón 6 y los bordes de abertura 71 así como el
contorno marginal 10.
Una placa de obturación 12 se encarga de un
cierre axial, estanco a los gases, por uno de los lados del canal 5
para la alimentación del aire de refrigeración, cuya placa de
obturación está ensamblada de manera fija con el pie 3 del álabe de
rodete por vía de una conexión realizada por soldadura o realizada
por estañado.
La figura 2 muestra una representación en
detalle de la placa de distribución 8, que está dispuesta en el
canal 5 para la alimentación del aire de refrigeración, que se
extiende en la dirección axial. Tal como ya se ha indicado, se
fabrican conjuntamente los elementos de talón 6, que están presentes
en el interior del canal 5 para la alimentación del aire de
refrigeración, así como las zonas individuales K1 hasta K4 del canal
de refrigeración, es decir las paredes 72 de la zona del canal de
refrigeración, con los correspondientes bordes de abertura 71 por
vía del procedimiento de colada. Los bordes de abertura 71 rodean
una ranura de inserción 11 con las secciones superficiales 61 de
los elementos de talón 6, a lo largo de cuya ranura puede ser
insertada, en la dirección axial, la placa de distribución 8, que se
ha conformado igualmente plana en el estado inicial. Una vez
insertada la placa de distribución 8, en la forma representada en la
figura 2, en el interior del canal 5 para la alimentación del aire
de refrigeración, se acodan las zonas extremas de la placa de
distribución 8, en la forma que ha sido indicada en la figura 2,
para llevar a cabo una fijación axial y radial amplia de la placa
de distribución 8 dentro de la ranura de inserción 11. Por lo demás,
la placa de distribución 8 permanece apoyada de manera desprendida
sobre las secciones superficiales 61 de los elementos de talón 6.
Con el fin de obturar en dirección axial por uno de sus lados, de
forma estanca a los fluidos, al canal 5 para la alimentación del
aire de refrigeración, se inserta una placa de obturación 12 sobre
el orificio de entrada, que está situado en la parte izquierda de la
figura 2, en el canal 5 para la alimentación del aire de
refrigeración y se suelda o bien se estaña en las zonas marginales
con el pie 3 del álabe de rodete. Por medio de la obturación por
uno de los lados, estanca los gases, del canal 5 para la
alimentación del aire de refrigeración, el flujo S para la
alimentación del aire de refrigeración, que penetra, por el lado
derecho, en el canal 5 para la alimentación del aire de
refrigeración, experimenta un efecto de acumulación, que se forman
dentro del canal 5 para la alimentación del aire de refrigeración,
con lo cual la corriente S para la alimentación del aire de
refrigeración, es impulsada a través de los orificios de paso 81,
que están previstos en la placa de distribución 8. El tamaño y la
disposición de los orificios de paso 81, individuales, definen el
caudal del flujo de aire de refrigeración, que penetra en las
correspondientes zonas K1 y K2 del canal de refrigeración. Por
medio de la conexión íntima, estanca a los fluidos, que se establece
durante la rotación, entre la placa de distribución 8 y las zonas
marginales 71, que rodean a los correspondientes orificios 7 de las
zonas K1 y K2 del canal de refrigeración, se evita cualquier tipo de
flujo de fuga, que pudiese formarse entre la placa de distribución
8 y las zonas marginales 71. De esta forma, se garantiza que el
flujo del aire de refrigeración sea conducido, en ausencia de
pérdida, de manera exclusiva a lo largo de las zonas K1 hasta K4
del canal de refrigeración, que están previstas en el interior de la
pala del álabe de rodete.
La figura 3 muestra otra representación en
detalle de la placa de obturación 12, que está soldada de manera
estanca a los fluidos con la zona extrema axial del canal 5 para la
alimentación del aire de refrigeración. La placa de obturación 12
está asentada en una escotadura 13 correspondiente, que presenta un
contorno complementario, dentro del pie 3 del álabe de rodete y
está soldada con el mismo de manera estaca a los fluidos. De la
misma manera puede verse, por medio de la representación gráfica de
la figura 3, que la placa de distribución 8 yace de manera
desprendida dentro de la ranura de inserción 11 sobre el elemento de
talón 6. Solamente por vía de la rotación y de las fuerzas
centrífugas, que se generan de este modo, es levantada la placa de
distribución 8 en dirección radial y, por consiguiente, entra en
contacto con el contorno marginal 10, con el cual establece una
conexión estanca a los fluidos correspondiente. De esta forma se
evita que el aire de refrigeración pueda retornar en este punto,
desde la zona K4 del canal de refrigeración, hasta el canal 5 para
la alimentación del aire de refrigeración.
\newpage
En las figuras 4 a-d se han
representado, respectivamente, dos formas diferentes de
configuración para una placa de distribución 8. Las figuras 4a y b
muestran una representación en planta desde arriba y una
representación en vista lateral de una primera placa de
distribución 8, cuyas dimensiones geométricas están adaptadas a la
ranura de inserción 11, que ha sido descrita precedentemente. La
placa de distribución 8 está fabricada con un material plano,
resistente al calor, y se ha configurado plana en primer lugar por
uno de sus lados para los fines de montaje (véase la figura 4a).
Así mismo, la placa de distribución 8 dispone de orificios de paso
81, cuya disposición, forma y tamaño determinan el volumen del aire
de refrigeración, que es impulsado a través de las zonas K1 hasta K4
del canal de refrigeración.
Para los fines del montaje debe insertarse en la
dirección axial la placa de distribución 8, que está configurada
plana en uno de sus lados, entre los bordes de abertura 71 y las
secciones superficiales 61 de los elementos de talón 6 y, una vez
realizada por completo la inserción en el canal 5 para la
alimentación del aire de refrigeración, se acoda de manera
correspondiente en una sección extrema 82 u 83 en forma que ha sido
descrita precedentemente. A este respecto véase la representación
en vista lateral en la figura 4b. Tal como ya se ha indicado al
principio, las dimensiones de la placa de distribución 8, así como
el material, se eligen de tal manera, que puedan presentarse
deformaciones permanentes, al menos locales, sobre la placa de
distribución 8 en la zona de los bordes de abertura 71, con objeto
de que la placa de distribución 8 pueda participar en una conexión
estanca a los fluidos con los bordes de abertura 71. Con objeto de
mejorar la capacidad de flexión de la placa de distribución 8, de
manera especial en las zonas que se encuentren situadas frente a los
bordes de abertura 71, sirven debilitamientos locales del material,
de conformidad con el ejemplo de realización de las figuras 4c y d,
en forma de muescas 15 a lo largo de la placa de distribución 8.
Por medio de las muescas 15, que se han realizado específicamente
de forma localmente limitada, puede reducirse la resistencia a la
flexión de la placa de distribución 8, al menos localmente, con
objeto de optimizar una adaptación local de la placa de distribución
8 a los bordes de abertura 71. De la misma manera, el ejemplo de
realización de las figuras 4c y 4d prevé, respectivamente,
orificios de paso 81, dimensionados de manera diferente, para la
alimentación del aire de refrigeración en las secciones K1 y K2 del
canal de refrigeración. De este modo, se presuriza la zona K1 del
canal de refrigeración con una cantidad de aire de refrigeración
esencialmente menor que la zona K2 del canal de refrigeración.
Las medidas, que han sido descritas
precedentemente, sirven para el soporte, preferentemente
desprendido, de la placa de distribución 8 dentro del canal 5 para
la alimentación del aire de refrigeración, llevándose a cabo una
fijación en el espacio de la placa de distribución 8 únicamente
dentro de la ranura de inserción 11, por un lado por medio de los
elementos de talón 6 y, por otro lado, por medio de los bordes de
abertura 71, respectivamente por medio del contorno marginal 10. De
esta forma, pueden evitarse por completo procesos de soldadura, de
montaje costoso, cuyos procesos de soldadura pueden estar previstos,
sin embargo, localmente en caso necesario.
La figura 5 muestra una sección transversal
parcial a través de la zona del pie 3 de un álabe de rodete 1, que
está configurado de conformidad con las realizaciones precedentes. A
lo largo del canal 5 para la alimentación del aire de refrigeración
se ha previsto, únicamente, una sola zona K1 del canal de
refrigeración, en la que debe desviarse, de manera específica, el
aire de refrigeración procedente del canal 5 para la alimentación
del aire de refrigeración. Esto se lleva a cabo a través de
orificios de paso, que están previstos de manera correspondiente en
la placa de distribución 8, que está insertada axialmente, cuya
placa de distribución disponer en puntos adecuados, a lo largo de
la placa de distribución 8, de de muescas 14, que mejoran la
capacidad de flexión.
- 1
- Álabe de rodete
- 2
- Eje de rotación
- 3
- Pie del álabe de rodete
- 4
- Pala del álabe de rodete
- 5
- Canal para la alimentación del aire de refrigeración
- 6
- Elementos de talón 61 Sección superficial
- 7
- Orificio
- 71
- Borde de abertura
- 72
- Pared intermedia del canal de refrigeración
- 8
- Placa de distribución
- 81
- Orificio de paso
- 82, 83
- Secciones extremas
- 9
- Elementos de desviación
- 10
- Contorno marginal
- 11
- Ranura de inserción
- 12
- Placa de obturación
- 13
- Escotadura
- 14
- Muescas
Claims (17)
1. Dispositivo para presurizar con aire de
refrigeración la pared interna de un componente, que gira alrededor
de un eje de rotación (2), de manera especial un álabe de rodete (1)
en una máquina rotativa, del tipo que comprende un pie (3) del
componente, que puede ser fijado de manera resistente a la torsión
sobre una unidad de rotor, cuyo pie se prolonga en una pala (4) del
componente, de una sola pieza, que se extiende en la dirección
radial, en cuya pala se ha previsto, al menos, una zona (K1) del
canal de refrigeración, que se extiende en la dirección radial a lo
largo del eje de rotación (2), cuya zona desemboca en la zona del
pie (3) del componente a través de un orificio (7), en un canal (5)
para la alimentación del aire de refrigeración, que atraviesa, al
menos en parte, al pie (3) del componente a lo largo del eje de
rotación (2), y estando prevista una placa de distribución (8) en la
zona del canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración de
tal manera, que la placa de distribución (8) establece una conexión
estanca a los fluidos con un borde de abertura 871), que rodea al
orificio (7) de la zona (K1) del canal de refrigeración, al menos
durante la rotación del componente alrededor del eje de rotación (2)
y estando previsto en la zona del orificio (7) de LA zona (K1), al
menos única, del canal de refrigeración, al menos un orificio de
paso (81), a través del cual llega el aire de refrigeración desde el
canal (5) axial, para la alimentación del aire de refrigeración,
hasta la zona (K1) radial del canal de refrigeración,
caracterizado porque en el interior del canal (5) para la
alimentación del aire de refrigeración se han previsto, al menos,
dos elementos de talón (6), que están distanciados entre sí en la
dirección axial, cuyos elementos de talón están dispuestos en la
dirección radial, respectivamente, frente aun borde de abertura (71)
y abarcan con el mismo una ranura de inserción (11), que está
prevista para la placa de distribución (8).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el componente puede ser fabricado por
vía de un procedimiento de colada, en el que pueden ser
manufacturados, por medio de la tecnología de colada con macho, el
canal (5) de alimentación del aire de refrigeración, que atraviesa
axialmente al pie (3) del componente, así como la zona (K1), al
menos única, del canal de refrigeración, que está orientada
radialmente en la pala (4) del componente.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque el borde de abertura (71), que rodea al
orificio (7), es una zona superficial, que rodea al orificio (7),
que presenta un plano superficial, que coincide con el plano de
abertura.
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque están previstas, al menos, dos regiones
(K1, K2) del canal de refrigeración, cuyos bordes de abertura (71)
yacen en un plano superficial común, con el que la placa de
distribución (8) establece una conexión estanca a los fluidos, al
menos durante la rotación del componente alrededor del eje de
rotación (2).
5. Dispositivo según la reivindicación 3 o 4,
caracterizado porque el plano de abertura del orificio (7)
está orientado perpendicularmente con respecto a la dirección
radial, que está predeterminada por la rotación alrededor del eje de
rotación (2).
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque de canal (5) para la alimentación
del aire de refrigeración atraviesa por completo en la dirección
axial al pie (3) del componente, y porque la placa de distribución
(8) puede ser insertada por completo, al menos por uno de los lados,
en el canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración.
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque la placa de distribución (8) presenta,
en el estado insertado en el canal (5) para la alimentación del aire
de refrigeración, al menos, una región extrema (82, 83) acodada.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 7, caracterizado porque la placa de distribución (8) está
constituida por un material metálico, plano.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 8, caracterizado porque la placa de distribución (8) yace
de manera desprendida sobre los elementos de talón (6) y se verifica
una conexión estanca a los fluidos entre la placa de distribución
(8) y el borde de abertura (7) por medio de una conexión realizada
mediante una unión por fricción, que se establece por medio de las
fuerzas centrífugas, provocadas por la rotación, que actúan sobre la
placa de distribución (8).
10. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque el material y el espesor del material de
la placa de distribución (8) se eligen de tal manera, que la placa
de distribución (8) se amolda en su contorno superficial, de manera
localmente limitada, al menos en la zona del borde de abertura
(71).
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la placa de
distribución (8) está fabricada con un material plano o redondo.
12. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la placa de
distribución (8) está ensamblada de manera fija dentro del canal (5)
para la alimentación del aire de refrigeración, de una manera al
menos localmente limitada.
\newpage
13. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la placa de
distribución (8) presenta debilitamientos del material, localmente
limitados.
14. Dispositivo según la reivindicación 13,
caracterizado porque los debilitamientos del material están
configurados en forma de muescas (14) mecánicas o de grietas o por
medio de la modificación de la microestructura de la placa de
distribución (8).
15. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 bis 14, caracterizado porque el canal (5)
para la alimentación del aire de refrigeración está obturado de
forma estanca a los fluidos, al menos por uno de los lados, con una
placa de obturación (12).
16. Dispositivo según la reivindicación 15,
caracterizado porque la placa de obturación (12) se estaña o
se suelda con el pie (3) del componente una vez verificada la
inserción de la placa de distribución (8) en el canal (5) para la
alimentación del aire de refrigeración.
17. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque el componente
es un álabe de rodete de una sección de compresores o de turbinas de
una planta de turbinas vapor o de gas.
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-
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