ES2348110T3

ES2348110T3 - Turbina que comprende, al menos, un rotor constituido por discos del rotor y por una riostra.

Info

Publication number: ES2348110T3
Application number: ES08716885T
Authority: ES
Inventors: Harald Hoell; Walter Loch; Ulrich Ehehalt; Francois Benkler; Peter-Andreas Schneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2010-11-30
Anticipated expiration: 2028-02-15
Also published as: EP2118446B1; PL2118446T3; US8506239B2; ATE472670T1; US20100143149A1; CN101631931A; JP4954299B2; RU2009137599A; CN101631931B; EP2118446A1; DE502008000876D1; EP1970533A1; WO2008110430A1; RU2429350C2; JP2010520968A

Abstract

Turbina de gas (1) del tipo que comprende, al menos, un rotor (2), que presenta sobre la periferia de los discos del rotor (5) álabes del rodete (4), que están dispuestos en varios planos (3), extendiéndose una riostra (6) a lo largo de escotaduras (7) en los discos del rotor (5) y los mantiene en forma de unidad (8), y presentando el rotor (2) así mismo, básicamente, otros componentes del rotor, con inclusión de, al menos, un canal (10, 11) que rodea en forma de anillo a la riostra (6), estando previsto, al menos en un canal (10, 11), como mínimo un distanciador (15, 15'), que está configurado de forma de anillo, para llevar a cabo la fijación de la posición de la riostra (6) con relación a la línea central (M) del rotor (5) y el distanciador (15, 15') presenta escotaduras (21), que están dispuestas radialmente con respecto a la riostra (6) o bien con respecto a su línea central (M) y que se extienden de manera coaxial, caracterizada porque el canal (10, 11) o bien los canales (10, 11) están configurados para llevar a cabo la conducción de un medio de refrigeración (12) y está limitado radialmente hacia el exterior por un tubo de separación (13, 14), sirviendo las escotaduras (21) como orificios de paso para el medio de refrigeración (12).

Description

La invención se refiere a una turbina de gas de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 1.

Básicamente, se conocen turbinas de gas, del tipo que comprende varias etapas con, al menos, un rodete o bien rotor, que presenta álabes del rodete sobre la periferia de discos del rotor, cuyos álabes están dispuestos en varios planos radiales, según formas de realización de diversos tipos.

Por otra parte, se conoce llevar a cabo la configuración de los discos individuales del rotor, al menos en el caso de las turbinas de gas, a tope así como en unión positiva de tal manera, que pueden mantenerse en forma de una unidad con ayuda de una riostra, que se extiende a través de los discos del rotor. Desde luego, a medida que aumenta la longitud útil aumenta la longitud libre oscilante, es decir la longitud no soportada de la riostra. Por este motivo, las frecuencias intrínsecas se desplazan hasta un nivel próximo al de la frecuencia de rotación del rotor de tal manera que, durante el funcionamiento o bien durante el derrapaje, pueden presentarse amplitudes de la oscilación inadmisiblemente elevadas. Estas amplitudes no solamente pueden destruir la riostra sino que, también, pueden destruir el conjunto de la turbina de gas. Esto es válido de manera especial incluso para aquellas turbinas de gas, en las que la riostra se extiende a través del compresor, a continuación a través de un árbol hueco intermedio con las cámaras de combustión que se encuentran situadas radialmente en el exterior y, por último, a través de la turbina.

A este respecto, la publicación US 3,749,516 divulga un rodete, que está construido de manera similar, de un compresor radial doble. El rodete, que es conocido por dicha publicación, comprende varios discos del rotor y un árbol hueco situado en el centro. A través de árbol hueco y a través de los discos del rotor se extiende concéntricamente, una riostra, que lleva a cabo el arriostramiento firme entre sí de los discos del rotor y del árbol hueco por medio de piezas extremas, que están atornilladas en el lado extremo. Con objeto de llevar a cabo la fijación de la riostra en su posición dentro del rotor, se ha previsto sobre la misma un casquillo con tirantes fijados elásticamente por uno de los lados, cuyos tirantes están apoyados sobre el árbol hueco por medio de un tornillo. De la misma manera, la publicación FR 2 111 096 divulga una turbina de gas con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

La invención tiene como tarea prever medidas encaminadas a impedir, de manera especial, las oscilaciones intrínsecas de la riostra, con independencia del número de revoluciones constante durante el funcionamiento de la turbina de gas estacionaria. En este caso, todas las piezas giratorias de la turbina de gas deben constituir una unidad tan rígida como sea posible.

Para resolver esta tarea la invención, con las medidas de la parte caracterizante de la reivindicación 1, prevé que el canal esté configurado en forma de anillo y para llevar a cabo la conducción de un medio de refrigeración y que esté limitado radialmente hacia el exterior por un tubo de separación, sirviendo las escotaduras a modo de orificios de paso para el medio de refrigeración.

Básicamente, el distanciador de conformidad con la invención es un anillo elástico con orificios de paso, que se extienden de forma coaxial. Este anillo aumenta la amortiguación o bien la consolidación de la riostra en el rodete / rotor y es suficientemente estable como para mantenerlo en su posición teórica independientemente del número de revoluciones de la riostra. Este anillo puede ser montado fácilmente, dándose una tensión previa suficiente a pesar de sus propiedades elásticas. Por lo tanto, está asegurada la funcionalidad también en el caso de un número de revoluciones elevado.

Por otra parte, el empleo de los distanciadores aumenta, no solamente la frecuencia intrínseca de la riostra propiamente dicha sino que, también, aumenta la rigidez intrínseca de todas las piezas.

De igual modo, con esta finalidad sucede que los distanciadores, de conformidad con la invención, son empleados básicamente, también, en la zona de los tubos de refrigeración y de separación, que rodean a la riostra, a una cierta distancia, en una determinada sección axial. En este caso, los distanciadores se encuentran situados entre la riostra y el tubo de separación, que conduce al medio de refrigeración, que delimita en la parte externa al canal en forma de anillo. En este contexto, puede estar conformado en caso dado otro canal en forma de anillo entre un tubo de separación interno o primer tubo de separación y un tubo de separación externo o segundo tubo de separación de tal manera que, en dicho caso, están previstos primeros distanciadores entre la riostra y el tubo de separación interno, por un lado, y, en caso dado, están previstos segundos distanciadores entre el tubo de separación interno y un tubo de separación externo, por medio de los cuales puede quedar apoyada por tramos la riostra contra los componentes del rotor, que pertenecen al rotor, que están situados radialmente en una posición más externa. Por medio del apoyo a lo largo de su extensión, en caso dado incluso múltiple, puede reducirse significativamente la longitud oscilante, libre, de la riostra. Con estas medidas puede aumentarse la distancia entre la frecuencia intrínseca de la riostra y la frecuencia de rotación del rotor, con lo cual se reduce esencialmente su tendencia a la oscilación. Por lo tanto, puede garantizarse un funcionamiento seguro de la turbina de gas.

Por lo tanto, es posible con medios sencillos resolver con éxito la tarea que ha sido planteada más arriba.

Otras características de la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes y del dibujo en relación con la descripción.

La invención se describe a continuación con mayor detalle por medio de ejemplos de realización, que están representados en el dibujo. En este caso muestran:

la figura 1: una parte del rodete / rotor de una turbina de gas con varias etapas, en

forma de corte así como parcialmente en sección;

la figura 2: una vista de un distanciador en perspectiva en posición inclinada

desde abajo, a otra escala;

la figura 3: una vista en perspectiva, como la de la figura 2, pero, sin embargo,

ligeramente inclinada desde arriba;

la figura 4: una vista frontal, respectivamente en forma de corte, de un

distanciador sobre una riostra así como de un tubo de separación

interior y de un tubo de separación exterior, para llevar a cabo la

formación de un canal de forma: de anillo para un medio de

refrigeración, y

la figura 5: una sección a lo largo de la línea V-V de la figura 4.

-4Un rotor 2 de una turbina de gas 1, con varias etapas, comprende, de conformidad con la representación en sección con arranque de material en la figura 1, discos del rotor 5, que están dispuestos en varios planos 3, cuyos discos portan sobre la periferia álabes del rodete 4. Una riostra 6 se extiende a lo largo de escotaduras 7 que están dispuestas de forma concéntrica en los discos del rotor 5 a través de la parte del compresor de la turbina de gas 1, que se encuentra en la parte izquierda en la figura 1, y está arriostrada, de una forma que no ha sido representada, en uno de los discos del rotor, que no están representados, o bien en una parte extrema del rotor adecuada. La riostra 6, sometida a una tensión previa, aprieta a los discos del rotor 5, así como a otras piezas del rotor, de la unidad de turbina en unión positiva de una manera básicamente conocida. Axialmente junto a los discos del rotor 5, que pertenecen al compresor de la turbina de gas, se encuentra un árbol hueco 9 intermedio que está apoyado sobre una de las piezas del rotor de la unidad de turbina, con su extremo opuesto, no representado. En el interior de la carcasa de la turbina de gas se encuentran las cámaras de combustión, que están situadas radialmente en el exterior de este árbol hueco 9, intermedio. Entre el árbol hueco 9 intermedio y la riostra 6 se encuentra, al menos, un canal 10 o bien 11 en forma de anillo. Los canales 10, 11 sirven, respectivamente, para la conducción de un medio de refrigeración 12 desde la sección del lado del compresor del rotor 2 hasta la sección de lado de la turbina. El medio de refrigeración 12 se ha simbolizado en la figura 1 con ayuda de una flecha. El canal 11 que tiene forma de anillo en sección transversal, que conduce al medio de refrigeración 12, puede estar rodeado por un primer tubo de separación 13

o tubo de separación interno, a través del cual se extiende en posición coaxial la riostra 6. Por otra parte, el otro canal de refrigeración 10, que tiene forma de anillo, puede estar dispuesto para llevar a cabo la conducción de un medio de refrigeración 12 entre el primer tubo de separación 16 o tubo de separación interno y un segundo tubo de separación 14 o tubo de separación externo. Para llevar a cabo la fijación exacta en posición de la riostra 6 en el tubo interno de separación 13, se ha previsto, al menos, un distanciador 15. Este distanciador 15 es un elemento en forma de anillo elásticamente deformable y está constituido, al menos, por un anillo de apoyo 16, que presenta brazos de apoyo 17, que se extienden Radialmente, y sobre cada brazo de apoyo 17 presenta, respectivamente, un pie de apoyo 18 en su extremo, tal como se desprende de las figuras 2 hasta 6 en combinación con la figura 1.

De conformidad con los ejemplos de realización, que están representados en las figuras, el distanciador 15 o bien el elemento en forma de anillo elásticamente deformable, está configurado de una sola pieza, extendiéndose los brazos de apoyo 17 radialmente con respecto al anillo de apoyo 16 y que se terminan en los pies de apoyo 18. De conformidad con el ejemplo de realización, cada pie de apoyo 18 presenta en su extremo una superficie de apoyo 20, con la cual se apoya el distanciador 15 o bien su brazo de apoyo 17, respectivamente, sobre el lado interno del tubo de separación 13.

Los brazos de apoyo 17 se extienden desde el anillo de apoyo 16 hasta los pies de apoyo, respectivamente en posición inclinada con respecto al eje central M del rotor 2. De este modo, se forma un punto de articulación ficticio sobre el extremo del lado del anillo del brazo de apoyo 17 con objeto de que el brazo de apoyo 17 pueda bascular en la dirección radial cuando sea arqueado, de manera correspondiente, por las fuerzas centrífugas. Las fuerzas centrífugas actúan de tal modo, que los pies de apoyo 18 no se desprenden de su superficie de apoyo como consecuencia de la fuerza centrífuga sino que se apoyan tanto más sobre su superficie de apoyo con fuerza de expansión, de conformidad con un mayor número de revoluciones del rotor 2 sin que, al mismo tiempo, pueda reducirse con seguridad la extensión radial entre el anillo de apoyo 16 y el pie de apoyo 18. Esto es válido, al menos en el caso en que el anillo de apoyo se encuentre en estado montado radialmente en el interior y los pies de apoyo 18 se encuentren radialmente en el exterior.

Básicamente, se han previsto distanciadores 15', de construcción idéntica, que presentan en caso dado únicamente dimensiones algo diferentes, también para la fijación del canal 10, que tiene forma de anillo, para el medio de refrigeración, tal como se desprende de la figura 1. En este caso, el anillo de apoyo 16' está apoyado sobre el primer tubo de separación 13 o tubo de separación interno y se apoya con sus pies de apoyo 18' interiormente sobre el segundo tubo de separación 14 o tubo de

separación externo.

En este caso, el tubo de separación 14 sirve, así mismo, a modo de delimitación radial interna con respecto al árbol hueco 9, intermedio, tal como se desprende de la figura 1.

Como consecuencia de los brazos de apoyo 17, el distanciador 15 presenta escotaduras 21, que se extienden radialmente, en estado montado, con respecto a la riostra 6 o bien hacia su línea central M, así como coaxialmente con respecto a la riostra 6. De este modo, los distanciadores 15 fijan, no solamente, a la riostra 6 y/o a los dos tubos de separación 13 y 14 con relación a la línea central M del rotor 2 y de la riostra 6, sino que posibilitan, de la misma maneras, un flujo coaxial del medio de refrigeración 12, libre y sin impedimentos. En estado montado, las escotaduras 21 forman, respectivamente, orificios de paso.

Básicamente, el distanciador 15, 15' no solamente está constituido de una sola pieza, sino que, también, es elásticamente deformable como consecuencia de su configuración y como consecuencia del material empleado.

De conformidad con el ejemplo de realización, que está representado en la figura 4, a través del distanciador 15 y de sus brazos de apoyo 17 y de sus pies de apoyo 18, queda aproximadamente la mitad de la sección transversal del anillo para la formación de orificios de paso 21 libres. De este modo, está disponible para la circulación aproximadamente todavía la mitad de la sección transversal del canal del medio de refrigeración.

Independientemente de lo anterior, los distanciadores 15, 15' están fijados de forma inmóvil en la dirección radial sobre la periferia 22 de la riostra 6 o bien sobre la periferia 23 de uno de los tubos de separación 13. Con esta finalidad son térmicamente zunchados los distanciadores 15, 15' con su anillo de apoyo 16, 16', de manera conveniente, sobre la riostra 6, que los porta, y/o sobre el tubo de separación

13.

Por último, la riostra 6 y, en caso dado, incluso el tubo de separación 13 interno, que portan respectivamente los distanciadores 15, 15', pueden presentar topes 24, 25 para los distanciadores 15, 15'. Estos topes 24, 25 son, de manera respectiva, un bordón continuo de conformidad con los ejemplos de realización, que están representados en las figuras, y definen en dirección axial exactamente aquella

-7posición en la que debe apoyarse el distanciador 15, 15' en el momento del zunchado térmico. De igual modo, pueden estar dispuestos distanciadores, básicamente del mismo tipo que el distanciador 15 o bien 15', entre los discos del rotor 5, que portan 5 en su periferia a los álabes del rodete 4, y la riostra 6. En la figura 1 esto ha sido simbolizado la zona de las escotaduras 7 con ayuda de líneas de trazos discontinuos, que se entrecruzan. Ante todo, el primer disco del rotor, situado junto al árbol hueco intermedio, puede estar unido concretamente, de forma conveniente, con uno o con varios distanciadores 15 del tipo considerado en este caso. Básicamente, puede ser 10 válido lo mismo, también, para otros discos del rotor 5, para lo cual éstos están unidos bien directamente con la riostra 6 o con el primer tubo de separación 13 o bien tubo de separación interno.

-8

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Turbina de gas (1) del tipo que comprende, al menos, un rotor (2), que presenta sobre la periferia de los discos del rotor (5) álabes del rodete (4), que están dispuestos en varios planos (3), extendiéndose una riostra (6) a lo largo de escotaduras (7) en los discos del rotor (5) y los mantiene en forma de unidad (8), y presentando el rotor (2) así mismo, básicamente, otros componentes del rotor, con inclusión de, al menos, un canal (10, 11) que rodea en forma de anillo a la riostra (6), estando previsto, al menos en un canal (10, 11), como mínimo un distanciador (15, 15'), que está configurado de forma de anillo, para llevar a cabo la fijación de la posición de la riostra (6) con relación a la línea central (M) del rotor (5) y el distanciador (15, 15') presenta escotaduras (21), que están dispuestas radialmente con respecto a la riostra (6) o bien con respecto a su línea central (M) y que se extienden de manera coaxial, caracterizada porque el canal (10, 11) o bien los canales (10, 11) están configurados para llevar a cabo la conducción de un medio de refrigeración

(12) y está limitado radialmente hacia el exterior por un tubo de separación (13, 14), sirviendo las escotaduras (21) como orificios de paso para el medio de refrigeración (12).
2.-Turbina de gas según la reivindicación 1, caracterizada porque el distanciador (15, 15') está configurado de una sola pieza.
3.-Turbina de gas según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el distanciador (15, 15') es elásticamente deformable.
4.-Turbina de gas según la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizada porque se han dispuesto en el rotor (2) varios canales (10, 11), que están limitados radialmente hacia el exterior, respectivamente, por un tubo de separación (13, 14) o por un árbol hueco (9), intermedio.
5.-Turbina de gas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el distanciador (15, 15') está fijado de forma inmóvil, al menos en la dirección radial, sobre la periferia (22, 23) de la riostra (6) y/o del tubo de separación (13, 14), que delimita el canal (10, 11) para el medio de refrigeración.
6.-Turbina de gas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque se ha previsto, al menos, un tope (24, 25) sobre la riostra (6) y/o sobre el tubo de separación (13, 14) para llevar a cabo la fijación de la posición

axial del distanciador (15, 15').
7.-Turbina según la reivindicación 6, caracterizada porque se ha previsto un bordón, a modo de tope (24, 25), sobre la riostra (6) y/o sobre el tubo de separación (13) interno, para llevar a cabo la fijación de la posición.
8.-Turbina de gas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la riostra (6) delimita radialmente hacia el interior al canal

(11) interno, en forma de anillo, y el primer tubo de separación (13) o bien tubo interno delimita exteriormente al canal (10).
9.-Turbina de gas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque un canal (10), en forma de anillo, situado en la posición más externa, rodea al primer tubo de separación interno o bien tubo interno (13) y está delimitado hacia el exterior por el segundo tubo de separación (14) o tubo externo.
10.-Turbina de gas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque se han dispuesto distanciadores (15, 15') del mismo tipo, así como para la riostra (6), igualmente entre el tubo interno (13) y el tubo externo (14) del canal de refrigeración (10), que presenta forma de anillo.
11.-Turbina de gas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el distanciador (15') está dispuesto y fijado en posición en el lado del tubo interno en el canal de refrigeración (10), que presenta forma de anillo.
12.-Turbina de gas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el distanciador (15) es un elemento en forma de anillo y presenta, al menos, un anillo de apoyo (16) con brazos de apoyo (17), que se extienden radialmente, cuyos brazos de apoyo presentan superficies de apoyo (20) en sus extremos.
13.-Turbina de gas según la reivindicación 12, caracterizada porque entre los brazos de apoyo (17) contiguos del anillo de apoyo (16) se han dispuesto los orificios de paso (21) para el medio de refrigeración (12) de tal manera, que está disponible para el paso del medio de refrigeración aproximadamente la mitad de la sección transversal anular del canal (10, 11).
14.-Turbina según la reivindicación 12 o 13, caracterizada porque las superficies de apoyo (20) están dispuestas en los extremos libres de los brazos de apoyo (17) sobre los pies de apoyo (18).
-1015.-Turbina según la reivindicación 12, 13 o 14, caracterizada porque los brazos de apoyo (17) se extienden desde el anillo de apoyo (16) hasta los pies de apoyo (18), inclinadamente con respecto a la línea central (M) del rotor (2). 16.-Turbina según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada 5 porque el distanciador (15, 15') está zunchado sobre la riostra (6), que lo porta, y/o sobre el tubo de separación (13). 17.-Turbina según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque está previsto, al menos, un distanciador (15) entre la riostra

(6) y, al menos, uno de los discos del rotor (5), que portan los álabes del rodete (4)

10 sobre su periferia. Siguen tres hojas de dibujos.