ES2347210B2 - Recorte de cola de milano de una pala/disco de una turbina para la reducción de la tensión de la pala disco. - Google Patents
Recorte de cola de milano de una pala/disco de una turbina para la reducción de la tensión de la pala disco. Download PDFInfo
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Abstract
Recorte de cola de milano de una pala/disco de
una turbina para la reducción de la tensión de la pala/disco.
La trayectoria de carga de una pala sobre un
disco de una turbina de gas se puede desviar para proporcionar un
beneficio significativo en la vida del disco por la fatiga. Una
pluralidad de palas de una turbina de gas se pueden fijar a un disco
de la turbina gas, donde cada una de las palas de la turbina de gas
incluye una cola de milano de la pala que se puede acoplar en una
ranura de la cola de milano conformada en correspondencia en el
disco de la turbina de gas. Para reducir la tensión del disco de la
turbina de gas, se define un área de retirada de material óptima
según la geometría de la pala y/o del disco para maximizar un
equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el disco de la
turbina de gas, una vida útil de la pala de la turbina de gas, y
mantener o mejorar el comportamiento aeromecánico de la pala de la
turbina de gas. La retirada del material del área de retirada del
material realiza el equilibrio maximizado.
Description
Recorte de cola de milano de una pala/disco de
una turbina para la reducción de la tensión de la pala/disco.
Esta solicitud reivindica el beneficio de la
solicitud provisional US 60/680.036, presentada el 12 de mayo de
2005, todos los contenidos de la cual se incorporan aquí por
referencia.
La presente invención se refiere a tecnología de
turbina de gas y, más particularmente, a una cola de milano de una
pala y/o de un disco modificada diseñada para desviar la trayectoria
de la carga de la pala alrededor de un elemento de concentración de
la tensión en el disco sobre el cual la pala se monta y/o un
elemento de concentración de la tensión en la propia pala.
Ciertos discos de turbinas de gas incluyen una
pluralidad de colas de milano separadas circunferencialmente
alrededor de la periferia externa del disco que define las ranuras
de la cola de milano entre las mismas. Cada una de las ranuras de la
cola de milano aloja en una dirección axial una pala formada con una
porción de plano aerodinámico y una cola de milano de la pala que
tiene una forma complementaria con la ranuras de la cola de
milano.
Las palas se pueden refrigerar mediante el aire
que entra a través de una ranura de refrigeración en el disco y a
través de unas ranuras o hendiduras formadas en las porciones de la
cola de milano de las palas. Típicamente, la ranura de refrigeración
se extiende circunferencialmente 360º a través de las colas de
milano y de las ranuras de la cola de milano alternas.
Se ha encontrado que las posiciones de la
interfaz entre las colas de milano de la pala en la ranuras de la
cola de milano son posiciones que potencialmente limitan la vida
útil debido a las cargas de las palas sobresalientes y a la
geometría de concentración de la tensión. En el pasado, se han
utilizado recortes de cola de milano en ciertos motores de turbinas
para liberar tensiones. Estos recortes, sin embargo, eran de
naturaleza menor y no estaban relacionados con el problema aquí
planteado. Además, las posiciones y las cantidades de material
retirado no estaban optimizadas para maximizar un equilibrio entre
la reducción de la tensión sobre el disco, la reducción de la
tensión sobre las palas, y una vida útil de las palas.
En una realización de ejemplo de la invención,
un método reduce la tensión sobre por lo menos uno entre una pala de
turbina y un disco de rotor. Una pluralidad de palas de turbina se
pueden fijar al disco, y cada una de las palas de la turbina incluye
una cola de milano de la pala que se puede acoplar en una ranura de
cola de milano conformada de manera correspondiente en el disco. El
método incluye las etapas de (a) determinar un punto de inicio para
un recorte de cola de milano respecto a una línea de referencia,
definiendo el punto inicial una longitud del recorte de la cola de
milano a lo largo de un eje de la cola de milano; (b) determinar un
ángulo de corte para el recorte de la cola de milano; y (c) retirar
material de por lo menos uno entre la cola de milano de la pala o la
ranura de cola de milano del disco según el punto inicial y el
ángulo de corte para formar el recorte de la cola de milano. El
punto inicial y el ángulo de corte están optimizados según la
geometría de la pala y el disco para maximizar un equilibrio entre
la reducción de la tensión sobre el disco, la reducción de la
tensión sobre la pala, una vida útil de las palas de la turbina, y
el mantenimiento o la mejora del comportamiento aeromecánico de la
pala de la turbina. Además, la línea de referencia está colocada a
una distancia fija de una cara delantera de la cola de milano de la
pala a lo largo de una línea central del eje de la cola de milano, y
la etapa (a) se practica de manera que el punto inicial del recorte
de la cola de milano está a por lo menos 1,549 pulgadas (3,934
centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de
referencia para la lengüeta ancha y la lengüeta media y a por lo
menos 1,466 pulgadas (3,723 centímetros) en la dirección hacia atrás
desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.
En otra realización de ejemplo de la invención,
una pala de turbina incluye un plano aerodinámico y una cola de
milano de la pala, donde la cola de milano de la pala formada en
correspondencia a una ranura de la cola de milano en un disco de la
turbina. La cola de milano de la pala incluye un recorte de cola de
milano dimensionado y colocado según la geometría de la pala para
maximizar un equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el
disco del rotor, la reducción de la tensión sobre la pala, una vida
útil de la pala de la turbina, y el mantenimiento o la mejora del
comportamiento aeromecánico de la pala de la turbina. Un punto
inicial del recorte de la cola de milano, que define una longitud
del recorte de la cola de milano a lo largo de un eje de la cola de
milano, está determinado respecto a una línea de referencia colocada
a una distancia fija desde una cara delantera de la cola de milano
de la pala a lo largo de una línea central del eje de la cola de
milano. El punto inicial del recorte de la cola de milano está a por
lo menos 1,549 pulgadas (3,934 centímetros) en una dirección hacia
atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha y la
lengüeta media y por lo menos a 1,466 pulgadas (3,723 centímetros)
en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la
lengüeta
estrecha.
estrecha.
En otra realización de ejemplo de la invención,
un rotor de turbina incluye una pluralidad de palas de turbina
acopladas con un disco del rotor, incluyendo cada pala un plano
aerodinámico y una cola de milano de la pala, e incluyendo el disco
del rotor una pluralidad de ranuras de cola de milano conformadas en
correspondencia con la cola de milano de la pala. Por lo menos una
de la cola de milano de la pala y la ranura de la cola de milano
incluye un recorte de cola de milano dimensionado y colocado según
la geometría de la pala y del disco para maximizar un equilibrio
entre la reducción de la tensión sobre el disco del rotor, la
reducción de la tensión sobre la pala, una vida útil de la pala de
la turbina, y el mantenimiento o mejora del comportamiento
aeromecánico de la pala de la turbina. Un punto inicial del recorte
de la cola de milano, que define una longitud del recorte de la cola
de milano a lo largo de un eje de la cola de milano, se determina
respecto a una línea de referencia colocada a una distancia fija
desde una cara delantera de la cola de milano de la pala a lo largo
de una línea central del eje de la cola de milano. El punto inicial
del recorte de la cola de milano está a por lo menos 1,549 pulgadas
(3,934 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de
referencia para la lengüeta ancha y la lengüeta media y por lo menos
a 1,466 pulgadas (3,723 centímetros) en la dirección hacia atrás
desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.
La figura 1 es una vista en perspectiva de un
segmento de un disco de una turbina de gas de ejemplo con una pala
de una turbina de gas fijada;
La figura 2 es una vista en perspectiva del lado
de presión de la pala de una turbina de gas de ejemplo;
La figura 3 es una vista en perspectiva del lado
de succión de la pala de una turbina de gas de ejemplo;
Las figuras 4 a 7 muestran vistas cercanas de
las áreas de la cola de milano de la pala o del disco en las que se
retirará material;
Las figuras 8 y 9 muestran un área de retirada
del material para una pala o un disco de etapa 1 en una primera
clase de turbina de un primer tipo;
Las figuras 10 y 11 muestran un área de retirada
del material para una pala o disco de etapa 1 en una primera clase
de turbina de un segundo tipo;
La figura 12 muestra un área de retirada de
material para una pala o un disco de etapa 2 en la primera clase de
turbina;
Las figuras 13 y 14 muestran un área de retirada
de material para una pala o un disco de etapa 1 en una segunda clase
de turbina;
La figura 15 muestra un área de retirada de
material para un lado de presión y una pala o un disco de etapa 2 en
la segunda clase de turbina;
La figura 16 muestra un área de retirada de
material para un lado de succión de la pala o el disco de etapa 2 en
la segunda clase de turbina;
Las figuras 17 y 18 muestran un área de retirada
de material para una pala o un disco de etapa 1 en una tercera clase
de turbina;
La figura 19 muestra un área de retirada de
material para un lado de presión de una pala o un disco de etapa 2
en la tercera clase de turbina;
La figura 20 muestra un área de retirada de
material para un lado de succión de la pala o el disco de etapa 2 en
la tercera clase de turbina; y
Las figuras 21 a 27 muestran la determinación de
una línea de referencia W para la pala o el disco de cada etapa de
cada clase de turbina.
En la figura 21 el plano que contiene la
Referencia W está situado a 4,328 cm del Pt. W1 medido a lo largo de
la Referencia S (línea central del eje de la cola de milano). Pt. W1
está en la cara delantera de la cola de milano.
En la figura 22 el plano que contiene la
Referencia W está situado a 4,312 cm de una línea que contiene el
Pt. W1 medido a lo largo de la Referencia S (línea central del eje
de la cola de milano). Pt. W1 está en la cara delantera de la cola
de milano.
En la figura 23 el plano que contiene la
Referencia W está situado a 4,917 cm de la línea X medida a lo largo
de la Referencia S (línea central del eje de la cola de milano). La
línea X está en la cara delantera de la cola de milano.
En la figura 24 el plano que contiene la
Referencia W está situado a 6,273 cm de una línea que contiene el
Pt. W1 medido a lo largo de la Referencia S (línea central del eje
de la cola de milano). Pt. W1 está en la cara delantera de la cola
de milano.
En la figura 25 el plano que contiene la
Referencia W está situado a 7,155 cm de una línea que contiene el
Pt. W1 medido a lo largo de la Referencia S (línea central del eje
de la cola de milano). Pt. W1 está en la cara delantera de la cola
de milano.
En la figura 26 el plano que contiene la
Referencia W está situado a 7,528 cm de una línea que contiene el
Pt. W1 medido a lo largo de la Referencia S (línea central del eje
de la cola de milano). Pt. W1 está en la cara delantera de la cola
de milano.
En la figura 27 el plano que contiene la
Referencia W está situado a 8,582 cm de una línea que contiene el
Pt. W1 medido a lo largo de la Referencia S (línea central del eje
de la cola de milano). Pt. W1 está en la cara delantera de la cola
de milano.
La figura 1 es una vista en perspectiva de un
segmento de disco de una turbina de gas 10 de ejemplo, en el que
está fijada una pala de turbina de gas 12. El disco de la turbina de
gas 10 incluye una ranura de cola de milano 14 que recibe una cola
de milano de una pala 16 conformada de manera correspondiente para
fijar la pala de la turbina de gas 12 al disco 10. Las figuras 2 y 3
muestran lados opuestos de una sección inferior de la pala de la
turbina de gas 12 que incluye un plano aerodinámico 18 y la cola de
milano de la pala 16. La figura 2 muestra un llamado lado de presión
de la pala de la turbina de gas 12, y la figura 3 muestra un llamado
lado de succión de la pala de la turbina de gas 12.
Las ranuras de cola de milano 14 se califican
típicamente como ranuras "de entrada axial" porque las colas de
milano 16 de las palas 12 están insertadas en las ranuras de cola de
milano 14 en una dirección generalmente axial, es decir,
generalmente paralela pero desviada respecto al eje del disco
10.
Un ejemplo de un elemento de concentración de la
tensión del disco de la turbina de gas es la ranura de
refrigeración. La cara anterior o posterior de la pala y el disco 10
puede estar provista de una ranura de refrigeración anular que se
extiende circunferencialmente 360º completos, pasando a través de la
porción radialmente interna de cada cola de milano 16 y cada ranura
de cola de milano 14. Se apreciará que cuando las palas se instalan
sobre el disco del rotor 10, el aire de refrigeración (por ejemplo,
el aire de descarga del compresor) se suministra a la ranura de
refrigeración, la cual, a su vez, suministra el aire de
refrigeración al interior de las porciones radialmente internas de
la ranuras de cola de milano 14 para su transmisión a través de
ranuras o hendiduras (no representadas) que se abren a través de las
porciones de base de las palas 12 para refrigerar el interior de las
porciones del plano aerodinámico de la pala 18.
Un segundo ejemplo de un elemento de
concentración de la tensión de un disco de una turbina de gas es la
ranura de alambre de retención de la pala. La cara anterior o
posterior de la pala 12 y el disco 10 puede estar provista de una
ranura de retención anular que se extiende circunferencialmente 360º
completos, pasando a través de la porción radialmente interna de
cada cola de milano 16 y de cada ranura de cola de milano 14. Se
apreciará que cuando las palas se instalan sobre el disco del rotor
10, se inserta un alambre de retención de la pala en el interior de
la ranura del alambre de retención, la cual, a su vez, proporciona
una retención axial para las palas.
Los elementos aquí descritos son generalmente
aplicables a cualquier interfaz del plano aerodinámico y del disco.
La estructura representada en las figuras 1 a 3 es meramente
representativa de los muchos diseños diferentes de discos y de palas
a través de diferentes clases de turbinas. Por ejemplo, por lo menos
tres clases de turbinas de gas que incluyen discos y palas de
diferentes tamaños y configuraciones son fabricadas por parte de
General Electric Company de Schenectady, New Cork, incluyendo, por
ejemplo, las turbinas 6FA (y 6FA+e) y 9FA+e de GE. Cada turbina
también comprende múltiples etapas en la turbina, que tienen
diferentes geometrías de la pala y del disco.
Se ha descubierto que las superficies de la
interfaz entre la cola de milano de la pala 16 y la ranura de la
cola de milano del disco 14 están sometidas a concentraciones de
tensiones que son potencialmente posiciones que limitan la vida útil
del disco de la turbina 10 y/o la pala de la turbina 12. Sería
deseable reducir estas concentraciones de tensiones para maximizar
el periodo de vida del disco y/o la pala sin impactar de una manera
negativa al periodo de vida o al comportamiento aeromecánico de las
palas de la turbina de gas.
Con referencia a las figuras 4 a 7, la cola de
milano de la pala de la turbina de gas 16 incluye una serie de caras
o lengüetas de presión 20 en el lado de succión de la cola de
milano. Dependiendo de la clase de la turbina y de la etapa de la
pala y el disco, puede hacerse un recorte 22 en uno o en los dos del
extremo hacia atrás del lado de succión y el extremo delantero del
lado de presión de las lengüetas de la cola de milano de la pala 20
o las lengüetas de la cola de milano del disco 21 (ver la figura 1).
Con particular referencia a las figuras 6 y 7, el recorte 22 está
formado mediante la retirada de material de las caras de presión 20
de la cola de milano de la pala 16 o la ranura ante la cola de
milano del disco 14. El material se puede retirar utilizando
cualquier proceso adecuado, tal como un proceso pulido o fresado o
similar, que puede ser el mismo o similar al proceso correspondiente
utilizado para formar la cola de milano de la pala 16 o la ranura de
la cola de milano del disco 14.
La cantidad de material que se ha de retirar y,
así, el tamaño del recorte 22 está determinada mediante la
determinación en primer lugar de un punto inicial para el recorte de
la cola de milano respecto a una línea de referencia, definiendo el
punto inicial la longitud del recorte de la cola de milano a lo
largo del eje de la cola de milano. También se determina un ángulo
de corte para el recorte de la cola de milano, el ángulo de ejemplo
mostrado en las figuras 6 y 7 es como máximo de 3º. El punto inicial
y el ángulo de corte se optimizan según la geometría de la pala y el
disco para maximizar un equilibrio entre la reducción de la tensión
sobre el disco de la turbina de gas 10, la reducción de la tensión
de la pala de la turbina de gas 12, una vida útil de la pala de la
turbina de gas 12, y el mantenimiento o la mejora del comportamiento
aeromecánico de la pala de la turbina de gas. Como tal, si un
recorte de la cola de milano 22 es demasiado grande, el recorte
tendrá un efecto negativo sobre la duración de la vida de la pala de
la turbina 12. Si el recorte de la cola de milano es demasiado
pequeño, aunque la vida de la pala de la turbina se maximizará, las
concentraciones de la tensión en la interfaz entre la pala de la
turbina y el disco no se minimizarán, y el disco no se beneficiará
de un periodo de vida maximizado.
El recorte 22 puede ser plano, o tal como se
muestra en línea de trazos en la figura 6, el recorte 22' puede ser
de manera alternativa no plano. En este contexto, el ángulo de corte
se define como un ángulo de corte inicial. Para algunas clases de
turbinas, el ángulo de corte es pertinente desde el punto inicial
hasta que el recorte 22, 22' es suficientemente profundo, de manera
que la cara de carga de la pala de la cola de milano de la pala 16
pierde contacto con la ranura de la cola de milano del disco 14. Una
vez se ha perdido el contacto con la ranura del disco 14, cualquier
corte de cualquier profundidad o forma fuera de la envoltura
definida sería aceptable.
Tal como se ha descrito anteriormente, cuando la
cola de milano de la pala 16 y la ranura de la cola de milano del
disco 14 incluye una pluralidad de lengüetas 20, se pueden
determinar un punto inicial y/o un ángulo de corte para el recorte
de la cola de milano por separado para cada una de la pluralidad de
lengüetas. En un contexto relacionado, tal como también se ha
indicado anteriormente, los recortes de la cola de milano pueden
estar formados en uno o los dos del lado de presión y el lado de
succión de la pala y/o el disco de la turbina.
La optimización del punto inicial y el ángulo de
corte para los recortes de la cola de milano se determinan mediante
la ejecución de un análisis de elementos finitos sobre la geometría
de la pala y del disco. Se aplican cargas térmicas y estructurales
virtuales basadas en los datos del motor a las rejillas de elementos
finitos de la pala y del disco para estimular las condiciones
operativas del motor. La geometría del no recorte y una serie de
geometrías del recorte variables se analizan utilizando el modelo de
elementos finitos. Una función de transferencia entre la geometría
del recorte y las tensiones de la pala y el disco se deduce a partir
de los análisis de elementos finitos. Las tensiones predichas se
correlacionan a continuación con los datos de campo utilizando los
datos de los materiales del propietario para predecir las vidas de
la pala y del disco y el comportamiento aeromecánico de la pala para
cada geometría del recorte. La geometría óptima del recorte y el
rango de geometría del recorte aceptable se determinan a través de
la consideración de la vida de la pala y del disco y del
comportamiento aeromecánico de la pala.
La línea de referencia W también varía según la
geometría de la pala o del disco. La línea de referencia W está
colocada a una distancia fija desde una cara delantera de la cola de
milano de la pala o del disco a lo largo de una línea central del
eje de la cola de milano. Las figuras 21 a 27 ilustran la definición
de la línea de referencia W para cada una de las clases de turbina
de General Electric referenciadas anteriormente para cada etapa de
la pala y del disco. Por ejemplo, la figura 21 ilustra la definición
de la línea de referencia W para una pala y un disco de etapa 1 en
una primera clase de turbina de un primer tipo (6FA), donde la línea
de referencia W está situada a 1,704 pulgadas (4,328 centímetros)
desde una cara delantera de la cola de milano de la pala y el disco
a lo largo de la línea central (referencia S) del eje de la cola de
milano. La figura 22 ilustra la definición de la línea de referencia
W para una pala y un disco de etapa 1 en una primera clase de
turbina de un segundo tipo (6FA+e), donde la línea de referencia W
está situada a 1,698 pulgadas (4,312 centímetros) de una cara
delantera de la cola de milano de la pala y del disco a lo largo de
la línea central (referencia S) del eje de la cola de milano. La
figura 23 ilustra la definición de la línea de referencia W para el
segundo tipo de la primera clase de turbina con pala y disco de
etapa 2, donde la línea de referencia W está situada a 1,936
pulgadas (4,917 centímetros) de la cara delantera de la cola de
milano de la pala y del disco a lo largo de una línea central
(referencia S) del eje de la cola de milano. La figura 24 muestra la
dimensión como 2,470 pulgadas (6,273 centímetros) para una pala y un
disco de etapa 1 en una segunda clase de turbina (7FA+e), y la
figura 25 muestra la dimensión como 2,817 pulgadas (7,155
centímetros) para la pala y el disco de etapa 2 de la segunda clase
de turbina. La figura 26 muestra la dimensión como 2,964 pulgadas
(7,528 centímetros) para la pala y disco de etapa 1 de una tercera
clase de turbina (9FA+e), y la figura 27 muestra la dimensión como
3,379 pulgadas (8,582 centímetros) para la tercera clase de turbina
de pala y disco de etapa 2. La línea de referencia W proporciona un
punto de referencia que se puede identificar para cada pala y disco
de cada etapa de cada clase de turbina para localizar el punto
inicial del recorte de la cola de milano optimizado.
Los detalles del punto inicial y del ángulo de
corte optimizados para cada clase de turbina en cada etapa
respectiva de la pala y del disco se describirán con referencia las
figuras 8 a 20. Tal como se apreciará, el punto inicial y el ángulo
de corte optimizados para cada recorte de la cola de milano se han
determinado utilizando análisis de elementos finitos para maximizar
un equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el disco de la
turbina de gas, la reducción de la tensión sobre las palas de la
turbina de gas, una vida útil de las palas de la turbina de gas, y
el mantenimiento o la mejora del comportamiento aeromecánico de la
pala de la turbina de gas. Aunque se describirán dimensiones
específicas, la invención no está pensada necesariamente para estar
limitada a estas dimensiones específicas. El recorte máximo de la
cola de milano se mide mediante la distancia nominal al punto
inicial mostrado desde la línea de referencia W. A través del
análisis de elementos finitos se ha determinado que un recorte de la
cola de milano más grande provocaría sacrificios en la vida
aceptable de la pala de la turbina de gas. Al describir las
dimensiones óptimas, se pueden determinar valores separados para la
pluralidad de lengüetas 20 de la cola de milano de la pala 16 y/o
las ranuras de la cola de milano del disco 14.
Las figuras 8 y 9 ilustran los valores para el
primer tipo de la primera clase de turbina de pala y disco de etapa
1, que contiene tres series de lengüetas de cola de milano
identificadas mediante la anchura general entre las series de
lengüetas, donde el punto inicial del recorte de la cola de milano
está a por lo menos 1,649 pulgadas (4,188 centímetros) en una
dirección hacia atrás desde la línea de referencia W para la
lengüeta ancha, por lo menos a 1,552 pulgadas (3,942 centímetros) en
una dirección hacia atrás desde la línea de referencia W para la
lengüeta media, y por lo menos 1,519 pulgadas (3,858 centímetros) en
la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la
lengüeta estrecha. El ángulo de corte es como máximo de 3º.
Las figuras 10 y 11 ilustran los valores para el
segundo tipo de la primera clase de turbina de pala y disco de etapa
1 que contiene tres series de lengüetas de cola de milano aquí
identificadas mediante la anchura general entre las series de
lengüetas, donde el punto inicial del recorte de la cola de milano
está a por lo menos 1,549 pulgadas (3,934 centímetros) en una
dirección hacia atrás desde la línea de referencia W para la
lengüeta ancha y la lengüeta media, y por lo menos a 1,466 pulgadas
(3,723 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de
referencia para la lengüeta estrecha. El ángulo de corte es como
máximo de 3º. La pala y el disco de etapa 2 del segundo tipo de la
primera clase de turbina que contiene tres series de lengüetas de
cola de milano identificadas mediante la anchura general entre las
series de lengüetas se ilustra en la figura 12, se muestra un punto
inicial del recorte de la cola de milano a por lo menos 0,923
pulgadas (2,344 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la
línea de referencia W para la lengüeta ancha y por lo menos 1,654
pulgadas (4,201 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la
línea de referencia W para la lengüeta media. El ángulo de corte es
como máximo de 5º.
Las figuras 13 y 14 ilustran los valores para la
pala y el disco de etapa 1 en la segunda clase de turbina que
contiene tres series de lengüetas de cola de milano. El punto
inicial del recorte de la cola de milano está a por lo menos 1,945
pulgadas (4,940 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la
línea de referencia, y el ángulo de corte es como máximo de 3º. Para
el lado de presión de la pala y del disco de etapa 2 en la segunda
clase de turbina que contiene tres series de lengüetas de cola de
milano aquí identificadas mediante la anchura general entre las
series de lengüetas, la figura 15 ilustra el punto inicial del
recorte de la cola de milano por lo menos a 1,574 pulgadas (3,997
centímetros) en una dirección hacia adelante desde la línea de
referencia W para la lengüeta ancha, por lo menos a 1,400 pulgadas
(3,556 centímetros) en la dirección hacia adelante desde la línea de
referencia para la lengüeta media, y por lo menos a 1,226 pulgadas
(3,114 centímetros) en la dirección hacia adelante en desde la línea
de referencia para la lengüeta estrecha. El ángulo de corte es como
máximo de 5º. Para el lado de succión de la pala y del disco de
etapa 2 en la segunda clase de turbina que contiene tres series de
lengüetas de cola de milano, tal como se muestra en la figura 16, el
punto inicial del recorte de la cola de milano está a por lo menos
1,725 pulgadas (4,381 centímetros) en la dirección hacia atrás desde
la línea de referencia, el ángulo de corte es como máximo
de 5º.
de 5º.
Las figuras 17 y 18 ilustran la pala y el disco
de etapa 1 para la tercera clase de turbina que contiene tres series
de lengüetas de cola de milano donde el punto inicial del recorte de
la cola de milano está a por lo menos 1,839 pulgadas (4,671
centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de
referencia W. El ángulo de corte es como máximo de 3º. El lado de
presión de la pala de la etapa 2 en la tercera clase de turbina, que
contiene tres series de lengüetas de cola de milano se ilustra en la
figura 19. El punto inicial del recorte de la cola de milano está a
por lo menos 1,848 pulgadas (4,693 centímetros) en la dirección
hacia adelante desde la línea de referencia W, y el ángulo de corte
es como máximo de 5º. El lado de succión de la pala y del disco de
etapa 2 y una tercera clase de turbina, que contiene tres series de
lengüetas de la cola de milano se ilustra en la figura 20. El punto
inicial del recorte de la cola de milano está a por lo menos 2,153
pulgadas (5,468 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la
línea de referencia W, y el ángulo de corte es como máximo de
5º.
Se anticipa que los recortes de cola de milano
se pueden formar en una unidad durante un proceso de inspección de
la trayectoria del gas caliente normal. Con esta disposición, la
trayectoria de carga de la pala se desviará alrededor de la región
de alta tensión en los elementos de concentración de la tensión del
disco y/o la pala. Los parámetros del corte en relieve que incluyen
un punto inicial optimizado respecto a una línea de referencia y un
ángulo de corte optimizado definen un recorte de la cola de milano
que maximiza un equilibrio entre la reducción de la tensión en el
disco de la turbina de gas, la reducción de la tensión en las palas
de la turbina de gas, una vida útil de las palas de la turbina de
gas, y el mantenimiento o la mejora del comportamiento aeromecánico
de la pala de la turbina de gas. Las concentraciones de tensión
reducidas sirven para reducir el agotamiento en el disco de la
turbina de gas, produciendo de esta manera un beneficio
significativo en la vida total del disco por la fatiga.
Aunque la invención se ha descrito en conexión
con lo que actualmente se considera que son las realizaciones más
prácticas y preferidas, debe entenderse que la invención no está
limitada a las realizaciones descritas, sino que, por el contrario,
está pensada para cubrir varias modificaciones y disposiciones
equivalentes incluidas dentro del espíritu y el alcance de las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (16)
1. Método para reducir la tensión sobre por lo
menos uno entre un disco de una turbina y una pala de una turbina,
en el que una pluralidad de palas de la turbina se puede fijar al
disco, y en el que cada una de las palas de la turbina incluye una
cola de milano de la pala que se pueda acoplar en una ranura de la
cola de milano conformada de manera correspondiente en el disco,
incluyendo la cola de milano de la pala tres lengüetas como una
lengüeta ancha, una lengüeta media, y una lengüeta estrecha,
comprendiendo el método:
(a) determinar un punto inicial para un recorte
de la cola de milano respecto a una linea de referencia, definiendo
el punto inicial una longitud del recorte de la cola de milano a lo
largo de un eje de la cola de milano;
(b) determinar un ángulo de corte para el
recorte de la cola de milano; y
(c) retirar material de por lo menos una entre
la cola de milano de la pala o la ranura de la cola de milano del
disco según el punto inicial y el ángulo de corte para formar el
recorte de la cola de milano,
en el que el punto inicial y el ángulo de corte
se optimizan según la geometría de la pala y del disco para
maximizar un equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el
disco, la reducción de la tensión sobre la pala, una vida útil de
las palas de la turbina, y el mantenimiento o la mejora del
comportamiento aeromecánico de la pala de la turbina,
en el que la línea de referencia está colocada a
una distancia de 1,704 pulgadas (4.33 cm) desde una cara delantera
de la cola de milano de la pala a lo largo de una línea central del
eje de la cola de milano, y en el que la etapa (a) se practica de
manera que el punto inicial del recorte de la cola de milano está a
por lo menos 1,549 pulgadas (3,934 centímetros) en una dirección
hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha y la
lengüeta media, y por lo menos a 1,466 pulgadas (3,723 centímetros)
en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la
lengüeta estrecha.
2. Método según la reivindicación 1, en el que
el punto inicial del recorte de la cola de milano está a por lo
menos 1,649 pulgadas (4,188 centímetros) en una dirección hacia
atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha, a por lo
menos 1,552 pulgadas (3,942 centímetros) en una dirección hacia
atrás desde la línea de referencia para la lengüeta media, y por lo
menos 1,519 pulgadas (3,858 centímetros) en la dirección hacia atrás
desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.
3. Método según la reivindicación 1, en el que
la etapa (b) se practica de manera que el ángulo de corte es como
máximo de 3º.
4. Método según la reivindicación 3, en el que
la optimización del punto inicial y del ángulo de corte se practica
ejecutando un análisis de elementos finitos sobre la geometría de la
pala y del disco.
5. Método según la reivindicación 1, en el que
la etapa (b) se practica mediante la determinación de múltiples
ángulos de corte para definir el recorte de la cola de milano con
una superficie no plana.
6. Método según la reivindicación 1, en el que
la etapa (c) se practica mediante la retirada de material de la cola
de milano de la pala.
7. Método según la reivindicación 1, en el que
la etapa (c) se practica mediante la retirada de material de la
ranura de la cola de milano del disco.
8. Método según la reivindicación 1, en el que
la etapa (c) se practica mediante la retirada de material de la cola
de milano de la pala y de la ranura de la cola de milano del
disco.
9. Método según la reivindicación 8, en el que
en la etapa (c) también se practica de manera que un ángulo
resultante basado en el material retirado de la cola de milano de la
pala y que la ranura de la cola de milano del disco no supera el
ángulo de corte.
10. Pala de turbina que comprende un plano
aerodinámico y una cola de milano de la pala, estando conformada la
cola de milano de la pala en correspondencia a una ranura de la cola
de milano en un disco de turbina, incluyendo la cola de milano de la
pala tres lengüetas como una lengüeta ancha, una lengüeta media, y
una lengüeta estrecha,
en el que la cola de milano de la pala incluye
un recorte de la cola de milano dimensionado y colocado según la
geometría de la pala para maximizar un equilibrio entre la reducción
de la tensión sobre el disco, la reducción de la tensión sobre la
pala, una vida útil de la pala de la turbina, y el mantenimiento o
la mejora del comportamiento aeromecánico de la pala de la
turbina,
en el que punto inicial del recorte de la cola
de milano, que define la longitud del recorte de la cola de milano a
lo largo de un eje de la cola de milano, se determina respecto a una
línea de referencia colocada a una distancia de 1,704 pulgadas (4.33
cm) desde una cara delantera de la cola de milano de la pala a lo
largo de una línea central del eje de la cola de milano, y
en el que el punto inicial del recorte de la
cola de milano está por lo menos a 1,549 pulgadas (3,934
centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de
referencia para la lengüeta ancha y la lengüeta media y a por lo
menos 1,466 pulgadas (3,723 centímetros) en la dirección hacia atrás
desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.
11. Pala de turbina según la reivindicación 10,
en el que el punto inicial del recorte de la cola de milano está a
por lo menos 1,649 pulgadas (4,188 centímetros) en una dirección
hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha, a
por lo menos 1,552 pulgadas (3,942 centímetros) en una dirección
hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta media, y a
por lo menos 1,519 pulgadas (3,858 centímetros) en la dirección
hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta
estrecha.
12. Pala de turbina según la reivindicación 10,
en el que un ángulo de corte del recorte de la cola de milano es
como máximo de 3º.
13. Pala de turbina según la reivindicación 10,
en el que el recorte de la cola de milano tiene una superficie no
plana.
14. Rotor de turbina que incluye una pluralidad
de palas de turbina acopladas con un disco del rotor, comprendiendo
cada pala un plano aerodinámico y una cola de milano de la pala, y
comprendiendo el disco del rotor una pluralidad de ranuras de cola
de milano conformadas en correspondencia a la cola de milano de la
pala, incluyendo la cola de milano de la pala tres lengüetas como
una lengüeta ancha, una lengüeta media, y una lengüeta estrecha,
en el que por lo menos una entre la cola de
milano de la pala y la ranura de la cola de milano incluye un
recorte de la cola de milano dimensionado y colocado según la
geometría de la pala y del disco para maximizar un equilibrio entre
la reducción de la tensión sobre el disco del rotor, la reducción de
la tensión sobre la pala, una vida útil de la pala de la turbina, y
el mantenimiento o la mejora del comportamiento aeromecánico de la
pala de la turbina,
en el que un punto inicial del recorte de la
cola de milano, que define una longitud del recorte de la cola de
milano a lo largo de un eje de la cola de milano, está determinado
respecto a una línea de referencia colocada a una distancia de 1,704
pulgadas (4.33 cm) desde una cara delantera de la cola de milano de
la pala a lo largo de una línea central del eje de la cola de
milano, y
en el que el punto inicial del recorte de la
cola de milano está a por lo menos 1,549 pulgadas (3,934
centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de
referencia para la lengüeta ancha y la lengüeta media, y a por lo
menos 1,466 pulgadas (3,723 centímetros) en la dirección hacia atrás
desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.
15. Rotor de turbina según la reivindicación 14,
en el que el punto inicial del recorte de la cola de milano está por
lo menos a 1,649 pulgadas (4,188 centímetros) en una dirección hacia
atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha, a por lo
menos 1,552 pulgadas (3,942 centímetros) en una dirección hacia
atrás desde la línea de referencia para la lengüeta media, y a por
lo menos 1,519 pulgadas (3,858 centímetros) en la dirección hacia
atrás desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.
16. Pala de turbina que comprende un plano
aerodinámico y una cola de milano de la pala, estando conformada la
cola de milano de la pala en correspondencia a una ranura de la cola
de milano en un disco de turbina, incluyendo la cola de milano de la
pala tres lengüetas como una lengüeta ancha, una lengüeta media, y
una lengüeta estrecha,
en el que la cola de milano de la pala incluye
un recorte de la cola de milano dimensionado y colocado según la
geometría de la pala para maximizar un equilibrio entre la reducción
de la tensión sobre el disco, la reducción de la tensión sobre la
pala, una vida útil de la pala de la turbina, y el mantenimiento o
la mejora del comportamiento aeromecánico de la pala de la
turbina,
en el que punto inicial del recorte de la cola
de milano, que define la longitud del recorte de la cola de milano a
lo largo de un eje de la cola de milano, se determina respecto a una
línea de referencia colocada a una distancia de 1,698 pulgadas (4,31
centímetros) desde una cara delantera de la cola de milano de la
pala a lo largo de una línea central del eje de la cola de milano,
y
en el que el punto inicial del recorte de la
cola de milano está por lo menos a 1,619 pulgadas (4.11 centímetros)
en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la
lengüeta ancha, por lo menos 1,552 pulgadas (3,94 centímetros) en la
dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta
mediana, y por lo menos 1,419 pulgadas (3,60 centímetros) en la
dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta
estrecha.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20101026 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2347210 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20120214 |
|
| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20230926 |