ES2341384T3 - Alabe para turbina. - Google Patents

Abstract

Álabe para turbina (12, 14), de manera especial para el empleo en una turbina de gas (2), con un cuerpo de base del álabe (30), cuya superficie externa (32) está dotada en la zona del borde anterior con un elemento para la protección contra el calor (22), que está dispuesto por delante del anterior a una cierta distancia, y presenta una pluralidad de canales de refrigeración secundarios (24) que se derivan de un canal de refrigeración principal (26) que está configurado dentro del cuerpo de base del álabe (30), cuyos canales de refrigeración secundarios desembocan en la zona del borde anterior del cuerpo de base del álabe (30) en orificios de salida, caracterizado porque el elemento para la protección contra el calor presenta una pluralidad de canales de salida (28) que discurren desde el canal de refrigeración principal (26) hasta la superficie externa (36) del elemento para la protección contra el calor (22).

Description

Álabe para turbina.

La invención se refiere a un álabe para turbina de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 1.

Las turbomáquinas, de manera especial las turbinas de gas, son empleadas en muchos sectores para el accionamiento de generadores o de máquinas herramientas. Una turbina de gas presenta, de manera usual, un rotor alojado de manera giratoria, que está rodeado por una carcasa fija. Los componentes estructurales fijos de una turbina de gas se denominan en conjunto también como estator. El contenido energético de un combustible se aprovecha en este caso para llevar a cabo la generación de un movimiento de rotación de los componentes del rotor. Con esta finalidad se quema el combustible en una cámara de combustión, alimentándose aire a presión por parte de un compresor de aire. El medio de trabajo que es generado en la cámara de combustión por medio de la combustión del combustible, y que se encuentra a elevada presión y a elevada temperatura, se conduce en este caso a través de una unidad de turbina, que está conectada
aguas abajo de la cámara de combustión, en cuya unidad de turbina se descomprime con producción de trabajo.

En este caso, con objeto de llevar a cabo la generación del movimiento de rotación del componente del rotor, se dispone sobre el mismo una pluralidad de álabes de rodete que están reunidos, de manera usual, en grupos de álabes o en series de álabes, que accionan a los componentes del rotor por medio de la transmisión del impulso del medio fluyente. Con objeto de llevar a cabo la conducción del medio fluyente en la unidad de turbina se han dispuesto, así mismo, de manera usual series de álabes directores que están unidos con la carcasa de la turbina entre las series contiguas de álabes de rodete. Los álabes de turbina, especialmente los álabes directores, presentan, en este caso, de manera usual, una hoja del álabe, que se extiende a lo largo de un eje del álabe, con objeto de llevar a cabo una conducción adecuada del medio de trabajo, sobre cuya hoja de álabe puede estar conformada, en el lado extremo, una plataforma que se extiende transversalmente con respecto al eje del álabe, para llevar a cabo la fijación del álabe para turbina sobre el correspondiente cuerpo portante.

En el momento de llevar a cabo el diseño de las turbinas de gas de este tipo constituye un objetivo del diseño, de manera usual, un rendimiento especialmente elevado además de la potencia alcanzable. Un aumento del rendimiento puede conseguirse en este caso, por motivos termodinámicos, básicamente por medio de un aumento de la temperatura de salida, con la que el medio de trabajo procedente de la cámara de combustión escapa y penetra en la unidad de turbina. Las temperaturas, que son alcanzadas durante el funcionamiento de una turbina de gas de este tipo, toman valores de hasta 1.300ºC inclusive.

Los componentes y los elementos de construcción de la turbina de gas, que están sometidos a estas elevadas temperaturas del medio de trabajo, están sometidos, por consiguiente, a una elevada solicitación térmica. No obstante, con objeto de garantizar con una elevada fiabilidad, una duración de vida comparativamente prolongada de los componentes correspondientes, son refrigerados los componentes correspondientes, de manera especial los álabes de rodete y/o los álabes conductores de la unidad de turbina. Los álabes de turbina están dotados en este caso, de manera usual, con canales de refrigeración, debiéndose asegurar, de manera especial, una refrigeración activa y fiable del borde anterior del correspondiente álabe para turbina, que están sometidos a una solicitación térmica en una medida especial.

En este caso es utilizado aire de refrigeración a modo de agente de refrigeración. Este aire puede ser alimentado a los correspondientes álabes de turbina a través de una pluralidad de canales para el agente de refrigeración, que están integrados en la hoja del álabe o en el perfil del álabe. A partir de estos canales de refrigeración, el aire de refrigeración recorre a través de canales de salida, derivados de los anteriores, las respectivas zonas previstas de los álabes de turbina, con lo cual se consigue una refrigeración por convección del interior del álabe y de la pared del álabe. En el lado de salida se han dejado abiertos estos canales de tal manera, que el aire de refrigeración escapa por los orificios de salida, que se denominan también agujeros de refrigeración en capa delgada, una vez que se ha producido el recorrido a través de los álabes de turbina y se forma una capa delgada de refrigeración sobre la superficie de la hoja del álabe. El cuerpo de base del álabe está ampliamente protegido sobre la superficie por medio de esta capa delgada de aire de refrigeración contra un contacto directo e intenso con el medio de trabajo caliente que fluye sobre la misma con una elevada velocidad.

Con objeto de posibilitar una refrigeración en capa delgada especialmente homogénea y efectiva, en la zona del borde anterior de la hoja del álabe, han sido dispuestos los orificios de salida en esta zona, de manera usual, homogéneamente a lo largo de, al menos, dos líneas paralelas orientadas hacia el borde anterior. Los canales de salida están orientados, además, por regla general inclinadamente con respecto a la dirección longitudinal del álabe para turbina, lo cual favorece la formación de la película delgada de aire de refrigeración protectora, que fluye a lo largo de la superficie.

Puesto que la zona del borde anterior del álabe para turbina está sometida, ante todo, a una fuerte solicitación térmica, puede ser dotado el borde anterior del álabe, además, con una capa protectora contra el calor. Esta capa protectora contra el calor está constituida, de manera conveniente, por un material más resistente a la temperatura que el cuerpo de base del álabe. Por otra parte, la capa protectora contra el calor se caracteriza por un bajo coeficiente de conductibilidad térmica, con lo cual se reduce la solicitación debida a la temperatura del material de base del cuerpo del álabe. Por consiguiente se aumenta la duración de vida del álabe para turbina por medio de una capa protectora contra el calor de este tipo en combinación con una refrigeración de la zona del borde anterior del álabe.

Sin embargo, esta protección contra el calor tiene el inconveniente de que al cabo de un cierto tiempo se presentan grietas en la capa protectora contra el calor. Estas grietas reducen la protección del cuerpo de base del álabe frente a los gases de escape calientes de la turbina de gas de tal manera, que también puede producirse una formación de grietas en el cuerpo de base del álabe para turbina como consecuencia de la mayor solicitación térmica. Tales grietas en el cuerpo de base del álabe ponen en peligro la seguridad en el trabajo y pueden conducir a un fallo de la turbina de gas.

Por otra parte, se conoce por la publicación GB 841 117 un álabe para turbina modular del tipo que ha sido citado al principio. El álabe para turbina comprende un cuerpo de base colado con un perfil de la hoja del álabe, sobre el cual se han previsto varias ranuras para llevar a cabo un soplado con aire de refrigeración por el lado de los bordes de entrada, que están cubiertas por una chapa de protección que está fijada lateralmente sobre el perfil de la hoja del álabe, a una cierta distancia. El aire de refrigeración que sale por las ranuras lleva a cabo la refrigeración de los bordes de entrada, dotados con una chapa, según una forma y manera de una refrigeración por impacto y es desviado después de la refrigeración por impacto por medio de la chapa de tal manera, que puede abandonar al álabe modular de turbina en la zona de la superficie del lado de presión y en la superficie del lado de aspiración.

Por consiguiente, la invención tiene como tarea proporcionar un álabe para turbina del tipo citado al principio, que garantice una seguridad en el trabajo especialmente elevada de la turbina de gas con medios sencillos incluso cuando se lleve a cabo su aplicación a elevadas temperaturas de flujo.

Esta tarea se resuelve, de conformidad con la invención, por medio de un álabe para turbina de conformidad con las características de la reivindicación 1.

En este caso, la invención parte del razonamiento de que, precisamente desde el punto de vista de la seguridad en el trabajo y de la economía de una turbina de gas, los álabes de la turbina deben presentar una duración de vida lo más elevada posible por medio de una elección adecuada de la protección contra el calor. En este caso debe tomarse en consideración especialmente el hecho de que precisamente el borde anterior del álabe para turbina está sometido a una fuerte solicitación térmica. Por consiguiente este borde anterior debe ser protegido de una manera especial.

Esto se consigue porque se ha dispuesto el elemento para la protección contra el calor a una cierta distancia sobre el cuerpo de base del álabe en la zona del borde anterior con lo cual se evita un contacto directo del elemento para la protección contra el calor con el cuerpo de base del álabe. Con objeto de llevar a cabo la refrigeración del cuerpo de base del álabe se ha dotado en este caso su superficie externa en la zona del borde anterior con una pluralidad de canales de refrigeración secundarios, discurriendo éstos desde el canal de refrigeración principal hasta la superficie externa del cuerpo de base del álabe. Estos canales de refrigeración secundarios están dispuestos homogéneamente distribuidos por detrás del elemento para la protección contra el calor para llevar a cabo una refrigeración efectiva en la zona del borde anterior del cuerpo de base del álabe. Por consiguiente pueden evitarse tensiones y las grietas que resultan de las mismas.

Con objeto de llevar a cabo la refrigeración del elemento para la protección contra el calor, éste presente una pluralidad de canales de salida que discurren desde su superficie externa en el sentido dirigido hacia el cuerpo de base del álabe. Este canal, que está configurado para llevar a cabo la conducción de una corriente de refrigeración, sirve, además, también como elemento de conexión entre el elemento para la protección contra el calor y el cuerpo de base del álabe. El canal de salida penetra en este caso con un extremo en un canal de refrigeración principal, que está configurado en el interior del álabe, con lo que el medio que fluye en el canal de refrigeración principal puede fluir sobre la superficie externa del elemento para la protección contra el calor, para llevar a caso su refrigeración.

Por medio de un sistema de protección contra el calor, configurado de este modo, se protege de forma especialmente efectiva, la zona que es especialmente crítica, concretamente la zona del borde anterior del álabe para turbina, contra las temperaturas elevadas del medio de trabajo de la turbina. Por medio de la refrigeración del elemento para la protección contra el calor y del cuerpo de base del álabe es posible aumentar la temperatura del medio de trabajo de la turbina, que recorre el álabe de la turbina, por encima de la temperatura que es posible para el material del álabe de la turbina. La refrigeración se lleva a cabo de tal manera que se es conducida una corriente de refrigeración, procedente del canal de refrigeración principal, en parte, a través de los canales de salida del elemento para la protección contra el calor sobre su superficie externa y, en parte, fluye desde el canal de refrigeración principal, a través de los canales de refrigeración secundarios del cuerpo de base del álabe, a través del recinto intermedio formado por el elemento para la protección contra el calor y el cuerpo de base del álabe. Con ayuda de un medio de refrigeración, conducido de este modo, se forma una capa delgada protectora sobre la superficie externa del elemento para la protección contra el calor. Esta capa delgada de refrigeración impide un contacto directo del medio de trabajo caliente de la turbina con el elemento para la protección contra el calor, con lo cual se reduce la solicitación debida a la temperatura de la superficie externa, que es barrida por la corriente. El aumento que se presenta, no obstante, de la temperatura del elemento para la protección contra el calor no tiene, sin embargo, un efecto directo sobre la temperatura del cuerpo de base del álabe en la del borde anterior, puesto que el elemento para la protección contra el calor está dispuesto a una cierta distancia con respecto al cuerpo de base del álabe. Por otra parte, se reduce esencialmente la transmisión del calor entre el elemento para la protección contra el calor y el cuerpo de base del álabe con ayuda del medio de refrigeración que fluye entre la superficie interna del elemento para la protección contra el calor y la superficie externa del cuerpo de base del álabe, disipándose el calor en la zona del borde anterior por medio de la corriente interna de refrigeración.

De manera especialmente preferente, el elemento para la protección contra el calor presenta una forma que está adaptada al perfil del cuerpo de base del álabe en la zona del borde anterior. De este modo se consigue que el álabe de la turbina presente una forma optimizada desde el punto de vista hidrodinámico en la zona del borde anterior tras la aplicación del elemento para la protección contra el calor. Por otra parte, la forma del elemento para la protección contra el calor, que corresponde con el cuerpo de base del álabe, conduce a una dilatación homogénea del recinto intermedio en la zona del borde anterior. De este modo, el medio refrigerante fluye con una velocidad preponderantemente constante a lo largo de la superficie externa del cuerpo de base del álabe y de la superficie interna del elemento para la protección contra el calor, con lo cual se lleva a cabo de una manera especialmente homogénea la refrigeración de la zona del borde anterior del álabe de la turbina. Por consiguiente no se presentan tensiones demasiado elevadas, ante todo en el cuerpo de base del álabe, que pudiesen conducir a la formación de grietas.

En otra configuración conveniente, el elemento para la protección contra el calor está fabricado a partir de un material más resistente a la temperatura en comparación con el del cuerpo de base del álabe. Puesto que el elemento para la protección contra el calor es directamente barrido por la corriente del medio de trabajo caliente durante el funcionamiento de la turbina, precisamente este componente está sometido a una elevada solicitación provocada por la temperatura. Por consiguiente, el elemento para la protección contra el calor debe estar fabricado con un material que sea especialmente estable a la temperatura con objeto de garantizar, ante todo, la seguridad en el trabajo y con objeto de minimizar los tiempos de detención de la turbina.

Además del empleo de materiales estables a la temperatura, debería refrigerarse el elemento para la protección contra el calor con objeto de aumentar la estabilidad del mismo. En este caso, debe proyectarse el elemento para la protección contra el calor para una refrigeración por impacto para una refrigeración especialmente efectiva, consiguiéndose esto si se mantiene pequeña la distancia comprendida entre el elemento para la protección contra el calor y el cuerpo de base del álabe. Con esta finalidad está dispuesto el elemento para la protección contra el calor de manera preferente a una distancia comprendida entre 1 mm y 3 mm con respecto al cuerpo de base del álabe. Precisamente, un elemento para la protección contra el calor dispuesto en la zona del borde anterior del álabe de la turbina hasta esta distancia, inclusive, garantiza una velocidad de impacto suficientemente elevada del medio refrigerante sobre la superficie interna del elemento para la protección contra el calor, con lo cual se alcanza una refrigeración especialmente efectiva por medio de la refrigeración por impacto. Puesto que está fijada de antemano la presión estática en el canal de refrigeración principal del cuerpo de base del álabe, la velocidad de impacto de la corriente de refrigeración está determinada, ante todo, por la distancia comprendida entre el elemento para la protección contra el calor y el cuerpo de base del álabe además de, por ejemplo, el diámetro de los canales de refrigeración secundarios. Se requiere una velocidad suficientemente elevada del medio de refrigeración inmediatamente antes del impacto sobre la superficie interna del elemento para la protección contra el calor puesto que se produce un contacto íntimo entre el medio refrigerante y la superficie interna del elemento para la protección contra el calor. Por medio de una refrigeración por impacto, de este tipo, es posible una disipación del calor significativamente más efectiva que lo que es posible, por ejemplo, en el caso de una refrigeración de capa delgada.

En una configuración especialmente ventajosa, los canales de refrigeración secundarios están dispuestos esencialmente de forma que están dirigidos perpendicularmente con respecto a la superficie interna del elemento para la protección contra el calor. De este modo la, corriente de refrigeración procedente del canal de refrigeración principal incide perpendicularmente sobra la superficie interna del elemento para la protección contra el calor, con lo cual se utiliza una gran parte de la energía cinética del medio de refrigeración para un contacto especialmente íntimo entre las partículas en la corriente de refrigeración y la superficie interna del elemento para la protección contra el calor. De este modo se transfiere a la corriente interna de refrigeración y se disipa el calor del elemento para la protección contra el calor de una manera especialmente efectiva.

En otra variante, el elemento para la protección contra el calor está conectado en la zona marginal del álabe de la turbina con el cuerpo de base del álabe. Con objeto de formar la refrigeración por impacto especialmente efectiva, el cuerpo de base del álabe está dotado con una escotadura, preferentemente en su zona del borde anterior. La ventaja de esta forma alternativa de realización consiste, entre otras cosas, en que se mantiene la forma original del álabe de la turbina, optimizada desde el punto de vista hidrodinámico.

El elemento para la protección contra el calor, descrito, puede ser empleado de manera ventajosa sobre aquellos emplazamientos de la turbomáquina en los que sean impulsados elementos de construcción y grupos de construcción de la turbomáquina térmica con el medio de trabajo caliente. Sin embargo, es especialmente preferente el empleo del elemento para la protección contra el calor con objeto de proteger a la zona del borde anterior del álabe de la turbina puesto que la solicitación debida a la temperatura del cuerpo de base del álabe en esta zona es especialmente elevada. Entre otras cosas se minimizan los tiempos de detención de la turbina de gas por medio de un sistema para la protección contra el calor de este tipo puesto que la duración de vida aumenta por medio del elemento para la protección contra el calor.

De la misma manera, pueden presentarse grietas en el elemento para la protección contra el calor debido a la solicitación térmica extremadamente elevada del elemento para la protección contra el calor, incluso cuando se utilice un material especialmente estable a la temperatura, de manera especial al cabo de una determinada duración de funcionamiento de la turbina. En este caso pueden ser retirados de una forma y manera relativamente sencilla los elementos para la protección contra el calor, por ejemplo en el ámbito de los trabajos de mantenimiento de la turbina de gas, y pueden reemplazados por otros elementos nuevos. Por consiguiente no tienen que recambiarse por completo los álabes de la turbina correspondiente, como ocurría hasta ahora en el caso de la formación de grietas en la zona del borde anterior del álabe de la turbina.

Las ventajas, que se consiguen por medio de la invención, consisten de manera especial en que se proporciona una protección más eficaz de la zona del borde anterior del álabe de la turbina contra las elevadas temperaturas del medio de trabajo de las turbinas por medio del elemento para la protección contra el calor, que está conectado por delante del cuerpo de base del álabe correspondiente al álabe de la turbina. De manera especial, un sistema para la protección contra el calor de este tipo posibilita el empleo de una refrigeración por impacto, con lo cual puede ser refrigerado de una manera especialmente efectiva el elemento para la protección contra el calor. Por otra parte, se impide por medio del elemento para la protección contra el calor que se propaguen las grietas, que se formen eventualmente, que parten de la superficie externa del elemento para la protección contra el calor hasta el cuerpo de base del álabe. De la misma manera, los elementos para la protección contra el calor, de conformidad con la invención, pueden ser aplicados ulteriormente sobre los álabes de las turbinas de forma y manera sencillas y con un coste relativamente pequeño.

Se explica con mayor detalle un ejemplo de realización de la invención por medio de un dibujo. En éste muestran:

la figura 1 una semisección a través de una turbina de gas,

la figura 2 un álabe para turbina, dotado con el escudo protector contra el calor, en sección longitudinal,

la figura 3 un elemento para la protección contra el calor seccionado en dirección longitudinal,

la figura 4 un elemento para la protección contra el calor en sección transversal,

la figura 5 una sección transversal a través de un álabe para turbina dotado con un elemento para la protección contra el calor,

la figura 6 en una realización alternativa, un álabe para turbina con un elemento para la protección contra el calor integrado en la zona del borde anterior del cuerpo de base del álabe.

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En todas las figuras se han dotado con los mismos números de referencia a las partes que son iguales.

La turbina de gas 1, de conformidad con la figura 1, presenta un compresor 2 para el aire de combustión, una cámara de combustión 4 así como una unidad de turbina 6 para el accionamiento del compresor 2 y de un generador, que no ha sido representado, o de una máquina herramienta. Con esta finalidad, se han dispuesto la unidad de turbina 6 y el compresor 2 sobre un árbol de turbina 8 común, que se denomina también como rotor de turbina, con el que está conectado también el generador o bien la máquina herramienta, y que está alojado de manera giratoria alrededor de su eje central 9. La cámara de combustión 4, que está realizada en forma de una cámara de combustión anular, está equipada con una pluralidad de quemadores 10 para llevar a cabo la combustión de un combustible líquido o gaseoso.

La unidad de turbina 6 presenta una pluralidad de álabes de rodete 12 giratorios, que están unidos con el árbol de turbina 8. Los álabes de rodete 12 están dispuestos en forma de corona sobre el árbol de turbina 8 y forman, por consiguiente, una pluralidad de series de álabes de rodete. Por otra parte, la unidad de turbina 6 abarca una pluralidad de álabes directores 14 fijos, que están fijados igualmente en forma de corona sobre una carcasa interna 16 de la unidad de turbina 6, formando series de álabes directores. Los álabes de rodete 12 sirven en este caso para el accionamiento del árbol de turbina 8 por medio de la transmisión del impulso del medio de trabajo M, que recorre la unidad de turbina 6. Los álabes directores 14 sirven, por el contrario, para la conducción de la corriente del medio de trabajo M entre, respectivamente, dos series de álabes de rodete o dos coronas de álabes de rodete sucesivas, visto en el sentido de la corriente del medio de trabajo M. Un par sucesivo, constituido por una corona de álabes directores 14 o por una serie de álabes directores y por una corona de álabes de rodete 12 o por una serie de álabes de rodete, se denomina en este caso como etapa de la turbina.

Cada álabe director 14 presenta una plataforma 18, que está dispuesta sobre la carcasa interna 16 de la unidad de turbina 6 como elemento de pared, para llevar a cabo la fijación del correspondiente álabe director. En este caso, la plataforma 18 es un elemento de construcción que está sometido a una solicitación térmica comparativamente fuerte -así como también los álabes de la turbina 12, 14-. Cada álabe de rodete 12 está fijado de manera análoga sobre el árbol de turbina 8 por medio de una plataforma 19, que se denomina también como pie del álabe.

Entre las plataformas 18, que están dispuestas a una cierta distancia mutua, de los álabes directores 14 de dos series contiguas de álabes directores se ha dispuesto respectivamente un anillo de guía 21 sobre la carcasa interna 16 de la unidad de turbina 6. La superficie externa de cada anillo de guía 21 está sometida igualmente al medio de trabajo M caliente, que recorre la unidad de turbina 6 y se encuentra a una cierta distancia, en dirección radial, con respecto al extremo externo de los álabes de rodete 12, situados frente a la misma, por medio de un intersticio. Los anillos de guía 21, que están dispuestos entre las series contiguas de los álabes directores, sirven en este caso, de manera especial, como elementos de cobertura, que protegen a la carcasa interna 16 o a otras piezas postizas de la carcasa contra una solicitación excesiva por parte del medio de trabajo M, que recorre la turbina 6.

La cámara de combustión 4 se ha configurado en el ejemplo de realización como una cámara de combustión denominada anular, en la que desemboca una pluralidad de quemadores 10, en una cámara de combustión común, cuyos quemadores están dispuestos alrededor del árbol de turbina 8 en la dirección periférica. Con esta finalidad, la cámara de combustión 4 está configurada en su conjunto como estructura anular, que está posicionada alrededor del árbol de turbina 8.

Con objeto de conseguir un rendimiento comparativamente elevado, la cámara de combustión 4 está proyectada para una temperatura comparativamente elevada del medio de trabajo M, comprendida entre aproximadamente 1.000ºC y 1.600ºC. Con objeto de posibilitar una duración de funcionamiento comparativamente prolongada incluso en el caso de estos parámetros de funcionamiento que son desfavorables para los materiales, los álabes de rodete 12 presentan - como se ha representado en la figura 2 - un elemento para la protección contra el calor 22, que está dispuesto en la zona del borde anterior. Cada uno de los elementos para la protección contra el calor 22, que están dispuestos sobre los álabes de rodete 12, está equipado por el lado del medio de trabajo con una capa de protección especialmente estable frente al calor, tal como por ejemplo de cerámica, o está fabricado con un material estable a las temperaturas
elevadas.

Tal como se ha representado en la figura 2, el álabe para turbina 12, 14 está dotado en la zona del borde anterior con una pluralidad de canales de refrigeración secundarios 24. Los canales de salida 28, que están aplicados igualmente en la zona del borde anterior del álabe para turbina 12, 14 y que penetran en un canal de refrigeración principal 26, sirven como elementos de fijación para el elemento para la protección contra el calor 22, además de servir como guía para el medio de refrigeración K. El aire de refrigeración K, que es empleado preferentemente como medio de refrigeración K, fluye a través de los canales de refrigeración secundarios 24 hasta el recinto intermedio, que está formado entre la superficie externa 32 del cuerpo de base del álabe 30 y la superficie interna 34 del elemento para la protección contra el calor 22 como consecuencia de la elevada presión que reina en el canal de refrigeración principal 26 del cuerpo de base del álabe 30, y fluye así mismo a través de los canales de salida 28 del elemento para la protección contra el calor 22, formando el aire de refrigeración K, que escapa de los canales de salida 28, una capa delgada protectora entre el medio de trabajo M y la superficie externa 36 del elemento para la protección contra el calor 22. Por el contrario, el aire de refrigeración K, que se escapa por los canales de refrigeración secundarios 24 del cuerpo de base del álabe 30 fluye contra la superficie interna 34 del elemento para la protección contra el calor 22 y lo refrigera por medio del efecto de refrigeración por impacto, que se genera de este modo.

Las figuras 3 y 4 muestran al elemento para la protección contra el calor 22 respectivamente en dos vistas en sección diferentes, viéndose por medio de la sección longitudinal del elemento para la protección contra el calor 22, que está representada en la figura 3, que los canales de salida 28 están dispuestos sucesivamente visto en la dirección longitudinal del elemento para la protección contra el calor 22 y cada canal de salida 28 discurre desde la superficie externa 36 del elemento para la protección contra el calor 22 hasta su superficie interna 34. Los canales de salida 28 pueden estar dispuestos en el centro, en posición vertical con respecto a la dirección longitudinal del elemento para la protección contra el calor 22 -como se muestra en la figura 4-.

Tal como puede verse de manera especial por medio de la representación en la figura 5, el elemento para la protección contra el calor 22 presenta una forma que está adaptada al perfil del cuerpo de base del álabe 30 en la zona del borde anterior. De este modo se consigue, entre otras cosas, que el álabe de la turbina 12, 14 presente una forma optimizada desde el punto de vista hidrodinámico incluso tras la aplicación del elemento para la protección contra el calor 22 sobre el cuerpo de base del álabe 30. Por otra parte, un elemento para la protección contra el calor 22, arqueado de este modo, provoca una distancia constante entre la superficie interna 34 del elemento para la protección contra el calor 22 y la superficie externa 32 del cuerpo de base del álabe 30, con lo cual se posibilita una refrigeración especialmente efectiva en esta zona. El aire de refrigeración K, que se requiere para llevar a cabo la refrigeración, fluye en este caso desde el canal de refrigeración principal 26 del álabe de la turbina 12, 14 a través de los canales de refrigeración secundarios 24 y de los canales de salida 28, con lo cual se forma una capa delgada de refrigeración sobre la superficie externa 36 del elemento para la protección contra el calor 22 como consecuencia del aire de refrigeración K, que escapa por el canal de salida 28 y del medio de trabajo M, que fluye en la unidad de turbina 6. La refrigeración de la superficie interna 34 del elemento para la protección contra el calor 22 y la superficie externa 32 del cuerpo de base del álabe 30 en la zona del borde anterior del álabe de la turbina 12, 14 se lleva a cabo por medio del escape del aire de refrigeración K a partir de los canales de refrigeración secundarios 24, siendo refrigerada de manera especialmente efectiva la superficie interna 34 del elemento para la protección contra el calor 22 por medio del efecto de refrigeración por impacto, que se presenta en este caso.

Con objeto de alcanzar, dentro de lo posible, una refrigeración por impacto en cada una de las zonas, que son barridas por la corriente del aire de refrigeración K, sobre la superficie interna 34 del elemento para la protección contra el calor 22, se han dispuesto los canales de refrigeración secundarios 24 de manera preferente de tal modo, que el aire de refrigeración K, que sale de los canales de refrigeración secundarios 24, incide perpendicularmente sobre la superficie interna 34 del elemento para la protección contra el calor 22. La distancia comprendida entre el elemento para la protección contra el calor 22 y el cuerpo de base del álabe 30 se ha elegido en este caso, de manera preferente, de tal manera, que se provoque un contacto íntimo entre el aire de refrigeración K y la superficie de impacto por medio de una velocidad de flujo suficientemente elevada del medio de refrigeración K cuando incide sobre la superficie interna 34 del elemento para la protección contra el calor 22 y, de este modo, se establece un efecto de refrigeración por impacto.

En la figura 6 se ha representado una configuración especialmente conveniente del álabe de la turbina 12, 14 con el elemento para la protección contra el calor 22 de conformidad con la invención. En este caso se ha integrado el elemento para la protección contra el calor 22 en la zona del borde anterior del cuerpo de base del álabe 30, con lo cual se mantiene constante, de manera ventajosa, la forma externa original del álabe de la turbina 12, 14. Por consiguiente, no se modifica el diseño aerodinámico de la turbomáquina, con lo que se impide una disminución del rendimiento de la turbina de gas, por ejemplo como consecuencia de las formaciones de torbellinos sobre los bordes externos con ocasión de un elemento para la protección contra el calor 22, aplicado externamente sobre el cuerpo de base del álabe 30.

El intersticio, que se requiere para la generación de la refrigeración por impacto, entre el elemento para la protección contra el calor 22 y el cuerpo de base del álabe 30 se consigue en esta forma especial de realización del álabe de la turbina 12, 14, porque el elemento para la protección contra el calor 22 está aplicado sobre una escotadura 38, existente en el cuerpo de base del álabe 30. De este modo se forma la superficie externa del álabe de la turbina 12, 14, que penetra en el canal de flujo de la turbina de gas, en parte por medio de la superficie externa del elemento para la protección contra el calor 22.

Los extremos libres del elemento para la protección contra el calor 22, de conformidad con la figura 5, están conformados formando nivel sobre las paredes del álabe formadas por el cuerpo de base 30, en el caso de la configuración de conformidad con la figura 6, para conseguir una superficie exenta de rellenos del álabe de la turbina 12, 14. En este caso la parte del cuerpo de base 30, que se encuentra situada frente al elemento para la protección contra el calor 22 está rebajada, de tal manera, que la zona marginal del elemento para la protección contra el calor 22 está unida con el cuerpo del álabe.

Claims (7)

1. Álabe para turbina (12, 14), de manera especial para el empleo en una turbina de gas (2), con un cuerpo de base del álabe (30), cuya superficie externa (32) está dotada en la zona del borde anterior con un elemento para la protección contra el calor (22), que está dispuesto por delante del anterior a una cierta distancia, y presenta una pluralidad de canales de refrigeración secundarios (24) que se derivan de un canal de refrigeración principal (26) que está configurado dentro del cuerpo de base del álabe (30), cuyos canales de refrigeración secundarios desembocan en la zona del borde anterior del cuerpo de base del álabe (30) en orificios de salida, caracterizado porque el elemento para la protección contra el calor presenta una pluralidad de canales de salida (28) que discurren desde el canal de refrigeración principal (26) hasta la superficie externa (36) del elemento para la protección contra el calor (22).

2. Álabe para turbina (12, 14) según la reivindicación 1, cuyo elemento para la protección contra el calor (22) presenta una forma adaptada a la del perfil del álabe en la zona del borde anterior del cuerpo de base del álabe (30).

3. Álabe para turbina (12, 14) según la reivindicación 1 o 2, cuyo elemento para la protección contra el calor (22) está fabricado con un material que es comparativamente más resistente a la temperatura que el del cuerpo de base del álabe (30).

4. Álabe para turbina (12, 14) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el elemento para la protección contra el calor (22) está dispuesto a una distancia de 3 mm, como máximo, con respecto al cuerpo de base del álabe (30).

5. Álabe para turbina (12, 14) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los canales de refrigeración secundarios (24) están dispuestos de una manera esencialmente orientada perpendicularmente con respecto a la superficie de la pared interna (34) del elemento para la protección contra el calor (22).

6. Álabe para turbina (12, 14) según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el elemento para la protección contra el calor (22) está unido en su zona marginal con el cuerpo de base del álabe (30).

7. Turbomáquina térmica, especialmente turbina de gas (2), con una pluralidad de álabes de turbina (12, 14) según una de las reivindicaciones 1 a 6.