ES2353358T3

ES2353358T3 - Procedimiento para la producción de palas móviles de turbinas recubiertas.

Info

Publication number: ES2353358T3
Application number: ES08736059T
Authority: ES
Inventors: Fathi Ahmad
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2011-03-01
Anticipated expiration: 2028-04-10
Also published as: ATE483097T1; MX2009010923A; DE502008001450D1; EP1985803A1; RU2430239C2; US20100129554A1; CN101663465A; PL2137381T3; EP2137381B1; JP2010525229A; CN101663465B; EP2137381A1; US8607455B2; WO2008128902A1; RU2009142996A; CA2684810C; CA2684810A1

Abstract

Procedimiento (10, 20) para la producción de una pala móvil de turbina (40) recubierta, en el que una pala móvil de turbina (40) recubierta es recubierta con al menos una capa de protección (54) y en el que para el ajuste de la frecuencia propia de la pala móvil de turbina (40) se realiza al menos una escotadura en una punta (48) de una hoja (42) de la pala móvil de turbina (40), caracterizado porque la realización de la escotadura se lleva a cabo después del recubrimiento de la pala móvil de turbina (40), en el que como escotadura se perfora un taladro (52) en la punta de la pala (48) en la dirección de una pata de pala de las palas móviles de turbina (40) y en el que se realizan varios taladros.

Description

5

10

15

20

25

30

-1

[0001] La invención se refiere a un procedimiento para la producción de una pala móvil de turbina recubierta, en el que una pala móvil de turbina es recubierta con al menos una capa de protección y en el que para el ajuste de la frecuencia propia de la pala móvil de turbina se realiza al menos una escotadura en una punta de una hoja de la pala móvil de turbina. [0002] Se conoce proveer palas de turbinas con una capa de protección, para que éstas presenten una elevada duración de vida útil durante el funcionamiento en una turbina de gas. Como capa de protección se aplica en este caso con frecuencia una capa de protección contra la corrosión del tipo MCrAlY sobre la pala móvil de turbina fabricada fundida. La aplicación de la capa de protección se realiza en este caso en la zona de su superficie, que está expuesta al gas caliente durante el funcionamiento de la turbina de gas. Esta zona comprende tanto la hoja de la pala como también la plataforma de la pala móvil de turbina, en la que está formada integralmente la hoja de la pala. Además de la capa de protección contra corrosión, se puede aplicar también una capa de aislamiento térmico en la zona mencionada anteriormente, para mantener lo más reducida posible la entrada de calor desde el gas caliente en el material de base de la pala móvil de turbina. [0003] Por lo demás, se conoce que las palas móviles de turbina están expuestas a una excitación de vibración en el funcionamiento de la turbina de gas. La excitación a vibración se realiza en virtud de la rotación del rotor, en el que están fijadas las palas móviles de turbina. Otra excitación a vibración experimentan las hojas de las palas móviles de turbinas a través del gas caliente que incide sobre ellas. Puesto que las hojas de las palas móviles de turbinas –vistas en la dirección de la circulación del gas caliente-circulan detrás de una corona de palas móviles de turbinas, éstas son excitadas a vibración a través del gas caliente que incide cíclicamente. Por lo tanto, es necesario que cada pala móvil de turbina presente una frecuencia propia suficientemente alta, que tanto la excitación a vibración que procede del número de revoluciones del motor como también la excitación a vibración que procede del gas caliente con las frecuencias de excitación respectivas no conduzcan a una vibración inadmisiblemente alta de la hoja de la pala. De una manera correspondiente, en el estado de la técnica las palas móviles de turbina están diseñadas de tal forma que su frecuencia propia se desvía de las frecuencias de excitación de la turbina de gas estacionaria. Por lo tanto, durante el desarrollo de las palas móviles de turbina hay que procurar que las palas móviles de turbina acabadas cumplan, en general, los requerimientos con respecto a la resonancia propia.

5 [0004] Por lo tanto, en el proceso de fabricación de la pala móvil de turbina está previsto verificar cada pala móvil de turbina individual con respecto a sus propiedades de vibración. Si la pala móvil de turbina no cumple los valores de frecuencia propia predeterminados, ésta debe desecharse o manipularse por medio de medidas adecuadas de tal forma que ésta a continuación sea adecuada para el

10 funcionamiento y cumpla los requerimientos de frecuencia propia. Para conducir las palas móviles de turbina, que no están previstas, sin embargo, para el empleo simplemente en virtud de su propiedad de vibración, a la utilización, se conoce a partir del documento US 4.097.192 realizar una escotadura en el lado frontal en la hoja de la pala móvil de turbina, con lo que se puede reducir la masa de la pala móvil

15 de turbina en su extremo libre apto para vibración. A través de la reducción de la masa de la pala móvil de turbina se influye positivamente sobre la propiedad de vibración. Su frecuencia propia se puede desplazar a través de la retirada de la masa, especialmente en su extremo exterior, hacia frecuencias propias más altas. [0005] Además, el documento WO2003/06260A1 publica un procedimiento para la

20 modificación de la frecuencia de palas móviles ya preparadas para el uso. De acuerdo con este documento, para la modificación de la frecuencia se aplica sobre la hoja de la pala un revestimiento metálico en la zona de la punta de la hoja de la pala, cuyo espesor se estrecha continuamente en el canto de salida y en la dirección radial hacia la pata de la pala. Esto tiene, sin embargo, el inconveniente de que con ello se

25 modifica también la aerodinámica de la pala móvil. [0006] Además, se sabe que en palas móviles de turbina empleadas previamente en turbinas de gas se realizan medidas para la prolongación de la duración de la vida útil. Estas medidas comprenden, por una parte, la eliminación de grietas producidas durante el funcionamiento y, por otra parte, la renovación de las capas de protección

30 previstas sobre las palas móviles de turbinas. [0007] El cometido de la invención es la preparación de un procedimiento para la producción de palas móviles de turbinas recubiertas, cuya frecuencia propia corresponde a los requerimientos para el empleo dentro de una turbina de gas estacionaria.

35 [0008] El cometido relacionado con el procedimiento se soluciona por medio de un procedimiento de acuerdo con las características de la reivindicación 1, de maneras que las configuraciones ventajosas se reproducen en las reivindicaciones dependientes. [0009] La invención parte del reconocimiento de que la realización de las

5 escotaduras para el ajuste de la frecuencia propia debe realizarse después del recubrimiento de las palas móviles de turbina. Solamente después del recubrimiento de la pala móvil de turbina, ésta alcanza su forma definitiva y su peso definitivo, dependiendo de ello también la frecuencia propia (= frecuencia de resonancia) de la pala móvil de turbina. En particular, la aplicación de una capa de protección contra la

10 corrosión sobre la pala móvil de turbina conduce a un aumento significativo de la masa, con lo que se reduce la frecuencia propia de la pala móvil de turbina respectiva. Con ello existe el peligro de que la frecuencia propia de la pala móvil de turbina llegue a la proximidad de una de las frecuencias de excitación, de manera que es más probable una excitación de vibración perjudicial o que reduce la duración de

15 vida útil de la pala móvil de turbina o bien de la hoja de la pala durante el funcionamiento de la turbina de gas. Las palas móviles de turbina, que experimentan durante el funcionamiento de la turbina de gas de forma continua una excitación a vibración y que vibran de forma continua, presentan un peligro de rotura elevado y una duración de la vida útil acortada. La carga, que experimenta la pala de turbina a

20 través de la excitación a vibración, se designa también como carga HCF (High Cycle Fatigue). [0010] La invención propone adaptar especialmente una pala móvil de turbina usada, que ya ha consumido una parte de su vida útil y que debe obtener a través de una llamada restauración – mecanización-una prolongación de la duración de vida

25 útil, para el funcionamiento en la turbina de gas estacionaria. Puesto que la restauración comprende con frecuencia la retirada del recubrimiento de una pala móvil de turbina así como un nuevo recubrimiento en las zonas mencionadas, se puede someter la pala móvil de turbina mecanizada después del recubrimiento a una verificación de la frecuencia propia, de manera que se puede mejorar la punta de la

30 hoja de la pala, dado el caso, a través de la retirada de masa en la zona de la punta de la hoja de la pala. A través de la retirada de la masa en el extremo libre de la pala móvil de turbina se desplaza la frecuencia propia fuera de las frecuencias de excitación. [0011] Con frecuencia, durante la mecanización de las palas móviles de turbina se

35 realiza también una llamada actualización (modernización) de la turbina de gas, lo

que debe conducir a una cesión de potencia elevada, y a un rendimiento mejorado de la turbina de gas a través de una elevación de la temperatura admisible del gas caliente. La temperatura admisible más elevada del gas caliente debe conducir a que tanto la capa de protección contra la corrosión como también la capa de aislamiento 5 térmico deban aplicarse con un espesor de capa mayor que el planificado originalmente sobre la pala de turbina no recubierta, para que ésta pueda resistir también las temperaturas más elevadas. El espesor de capa mayor conduce a un aumento de la masa. Para compensar el aumento de la masa y alcanzar de nuevo las propiedades de vibración originales de la pala móvil de turbina, se perfora en el lado 10 frontal de la punta de la hoja de la pala un taladro en la dirección de la pata de la pala de la turbina, con lo que se puede retirar la masa relevante para la vibración en el extremo libre de la pala móvil de turbina. En este caso, se realizan varios taladros. En general, a través de esta disposición se mantienen inalteradas la integridad y la resistencia de la pala móvil de turbina. En este caso, está previsto que cuando debe

15 retirarse una masa dada a través de taladros en la hoja de la pala, debe preverse más bien un número mayor de taladros con una profundidad de perforación más reducida que un número reducido de taladros con una profundidad de perforación mayor. [0012] Montadas en el rotor de una turbina, las palas móviles de turbina conducen entonces a un anillo según la invención formado por palas móviles de turbina para el

20 rotor de una turbina, que es entonces especialmente inadecuado para excitación a vibración procedente del gas caliente de las hojas de las palas. Con preferencia, en este caso, todas las palas móviles de turbina del anillo han sido fabricadas con el procedimiento de acuerdo con la invención. [0013] Los taladros pueden tener una profundidad de perforación de hasta el 50 %

25 de la extensión radial –con relación a la posición de montaje de las palas móviles de turbina en una turbina de gas estacionaria-. Esto es posible porque en esta zona aparecen cargas mecánicas comparativamente reducidas en la hoja de la pala y es admisible un debilitamiento de la sección transversal del material a pesar de las fuerzas centrífugas altas. Con preferencia, el procedimiento se puede aplicar también

30 en una pala móvil de turbina, que presenta una hoja de pala que puede ser refrigerada en el interior. En este caso, los taladros están dispuestos con preferencia en los lugares de la hoja de la pala en los que desembocan las llamadas nervaduras de apoyo entre la pared de la hoja de la pala del lado de aspiración y la pared de la hoja de la pala del lado de la presión. De manera alternativa o adicional, se pueden

35 realizar también taladros en la sección del canto trasero, en la que confluyen la pared lateral de aspiración y la pared lateral de presión. Para prevenir una corrosión de la pala móvil de turbina en el interior de los taladros o bien de las escotaduras, puede estar previsto que después de la realización de los taladros, se cierren sus orificios por medio de un tapón o de una soldadura en la superficie. Pero en este caso no se

5 rellenan los taladros, de manera que permanece una cavidad. [0014] A continuación se explica la invención con la ayuda de un dibujo, en el que los signos de referencia idénticos describen componentes equivalentes. [0015] En este caso:

La figura 1 muestra el procedimiento de acuerdo con la invención para la 10 producción de palas móviles de turbinas recubiertas. La figura 2 muestra el ciclo y el procedimiento para la mecanización de palas móviles de turbinas usadas. La figura 3 muestra una vista en perspectiva sobre la hoja de pala de una pala móvil de turbina con taladros dispuestos en el lado de la punta de la pala, y

15 La figura 4 muestra la sección transversal a través de una pala móvil de turbina refrigerada en el interior de acuerdo con la invención. [0016] El procedimiento 10 de acuerdo con la invención se representa en la figura

1. El procedimiento 10 para la producción de palas móviles de turbina recubiertas comprende en una primera etapa 12 el recubrimiento de las palas móviles de la 20 turbina con una capa de protección. La capa de protección es en este caso con preferencia una capa de protección contra la corrosión del tipo MCrAlY. De manera alternativa, puede estar prevista también una capa de protección de dos capas. Que comprende como capa adhesiva una capa del tipo MCrAlY, sobre la que se ha aplicado en el exterior, además, una capa cerámica de aislamiento térmico (termal 25 barrier coat TBC). Puesto que la pala móvil de turbina está fundida, en general, y comprende, por consiguiente, un cuerpo básico fundido, a través de la aplicación de la capa de protección, en particular una capa de protección contra la corrosión, se eleva adicionalmente su masa. La modificación de la frecuencia propia de la pala móvil de turbina implicada con la elevación de la masa se puede compensar a través 30 de la realización de escotaduras en la punta de la pala de la hoja de pala de la pala móvil de turbina en una segunda etapa 14 del procedimiento. En este caso, está previsto que se realicen tantas escotaduras y tan profundas en el lado frontal de la hoja de la pala móvil de turbina hasta que la pala móvil de turbina cumpla los requerimientos planteados a la frecuencia propia. En este caso puede ser que a pesar

35 de la aplicación del procedimiento de acuerdo con la invención, no se pueda influir

sobre la frecuencia propia en una medida suficientemente fuerte para que se cumplan estos requerimientos. En este caso, la pala móvil de turbina no es adecuada para una utilización posterior. [0017] En la figura 2 se representa un procedimiento, en el que las palas móviles de

5 turbinas usadas, es decir, ya empleadas en el funcionamiento de una turbina de gas estacionaria, se pueden renovar parcialmente por medio de un proceso de mecanización –la llamada restauración-. La restauración sirve como una medida de prolongación de la vida útil para las palas móviles de turbina. De acuerdo con ello, las palas móviles de turbina son expuestas en una primera etapa del procedimiento 22

10 a un gas caliente de la turbina de gas durante su funcionamiento. Durante una inspección o bien revisión de la turbina de gas se desmontan las palas móviles de turbina y, si pueden ser reelaboradas, se conducen al proceso de mecanización. El proceso de mecanización comprende en este caso una etapa 24, en la que se retira el recubrimiento de las palas móviles de turbinas dado el caso recubiertas. La retirada

15 del recubrimiento es necesaria cuando están presentes, por ejemplo, grietas medias o mayores en la capa de protección o aplastamientos parciales o erosión podrían retraer el espesor de capa real por debajo de una medida mínima necesaria. En una etapa opcional 26 siguiente deben eliminarse las grietas, dado el caso, producidas en el material de base de las palas móviles de turbina a través de procedimientos de

20 reparación conocidos. En otra etapa 28 se lleva a cabo entonces el recubrimiento de nuevo de las palas móviles de turbina con una capa de protección de una o dos capas, después de lo cual se puede llevar a cabo finalmente, en una última etapa 30, la perforación de taladros en el lado frontal de la punta de la pala en la dirección de una pata de pala de la pala móvil de turbina para el ajuste de la frecuencia propia.

25 [0018] En la figura 3, se muestra una pala móvil de turbina 40 parcialmente en representación en perspectiva. La pala móvil de turbina 40 comprende de manera conocida una pata de pala en forma de abeto en la sección transversal no representada, en la que se conecta una plataforma de pala no representada. En la plataforma de pala está dispuesta una hoja de pala 42 libre, que está curvada de

30 forma aerodinámica, configurada en forma de gota en la sección transversal. La hoja de pala 42 comprende un lado de presión 44 y un lado de aspiración 36. En la figura 3 solamente se representa la punta de la hoja de pala 48, que está colocada opuesta al extremo de la hoja de pala 42 fijado en la plataforma. Entre la punta de hoja de pala 48 y la plataforma, la hoja de pala 42 presenta una altura H, que se puede registrar en

35 la dirección radial con respecto a su altura de montaje en una turbina de gas

estacionada a travesada axialmente por la corriente. La hoja de pala 42 curvada d forma aerodinámica comprende una línea central de la pala 50 que se extiende en el centro entre el lado de aspiración 46 y el lado de presión 44 desde un canto de ataque de la corriente hacia un canto trasero. La línea central de la hoja de la pala 50 se 5 representa a modo de línea de puntos y trazos. A lo largo de la línea central de la hoja de la pala 50 están distribuidas, por ejemplo, cuatro escotaduras en forma de taladros 52, que se extienden desde el lado frontal de la hoja de la pala 42 en la dirección de la pata de la pala móvil de turbina 40. Por medio de los taladros 52 se ha reducido el peso en el extremo libre de la pala móvil de turbina 40, con lo que se ha desplazado

10 la frecuencia propia hacia frecuencias más altas. [0019] Por medio de los taladros dispuestos en el lado frontal se puede realizar aproximadamente un desplazamiento del 10 % de la frecuencia propia. En este caso, no se refrigera la hoja de pala 42 representada en la figura 3. [0020] En la figura 4 se muestra la sección transversal a través de la hoja de la pala

15 42 de una pala móvil de turbina 40 producida de acuerdo con el procedimiento de la invención. La sección ha sido colocada en este caso en la zona de la punta de la hoja de pala 48. La pala de turbina 40 según la figura 4 comprende el cuerpo de base fundido 41, sobre el que se ha aplicado una capa de protección 54 tanto en el lado de aspiración como también en el lado de presión. La capa de protección 54 ha elevado

20 en una medida significativa la masa de la pala móvil de turbina 40, con lo que se ha producido una modificación de la frecuencia propia hacia frecuencias más reducidas. Para compensar este desplazamiento de la frecuencia propia se realizan taladros 52 desde el lado frontal de la hoja de la pala 42. Los taladros 52 están previstos en la hoja de la pala 42 en los lugares en los que se conectan las nervaduras de apoyo 56

25 presentes en el interior con la pared de la pala 44, 46 del lado de presión o del lado de aspiración. También se puede prever realizar taladros 52 en la zona del canto trasero de la pala móvil de turbina 40, en la que se une la pared de presión 46 del lado de aspiración con la pared de la pala 44 del lado de presión, los cuales están distribuidos allí en este caso con preferencia en esta sección de la línea media de la

30 hoja de la pala. [0021] En general, la invención propone un procedimiento para la producción de palas móviles de turbina 40 recubiertas, cuya propiedad de frecuencia se puede adaptar de manera especialmente sencilla a las condiciones marginales necesarias. A tal fin está previsto que la realización de escotaduras en una punta de pala 48 de la

35 hoja de pala 42 de la pala de turbina 40 se realice después del recubrimiento de la pala móvil de turbina 40. De esta manera, se indica un método con el que se puede ajustar de manera especialmente sencilla y variable la propiedad de oscilación de la pala de turbina. De esta manera se puede reducir el desecho de palas móviles de turbina 40. De la misma manera es posible adaptar una pala de turbina que ha sido

5 inutilizada en otro caso en virtud de modificaciones de diseño, de tal manera que cumple de nuevo al menos los requerimientos con respecto a la frecuencia propia. Con el procedimiento de acuerdo con la invención se pueden preparar palas móviles de turbinas ya usadas en un proceso de restauración, de tal manera que se pueden utilizar de nuevo.

10

Claims

-9-

1.-Procedimiento (10, 20) para la producción de una pala móvil de turbina

(40) recubierta, en el que una pala móvil de turbina (40) recubierta es recubierta con al menos una capa de protección (54) y en el que para el ajuste de la frecuencia 5 propia de la pala móvil de turbina (40) se realiza al menos una escotadura en una punta (48) de una hoja (42) de la pala móvil de turbina (40), caracterizado porque la realización de la escotadura se lleva a cabo después del recubrimiento de la pala móvil de turbina (40), en el que como escotadura se perfora un taladro (52) en la punta de la pala (48) en la dirección de una pata de pala de las palas móviles de

10 turbina (40) y en el que se realizan varios taladros. 2.-Procedimiento (10, 20) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la profundidad de perforación alcanza hasta 50 % de la extensión radial de la hoja de la pala (42) –con respecto a la posición de montaje de la pala móvil de turbina (40)-.
3.-Procedimiento (10, 20) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, 15 que se realiza después de haber retirado el revestimiento de una pala móvil de turbina (40).
4.-Procedimiento (10, 20) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, que se aplica sobre una pala móvil de turbina (40) con una hoja de pala (42) que puede ser refrigerada en el interior.

20 5.-Procedimiento (10, 20) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que las escotaduras se cierran de nuevo. 6.-Procedimiento (10, 20) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que como capa de protección (54) se aplica una capa de protección contra la corrosión y/o una capa de aislamiento térmico sobre la pala móvil de

25 turbina. Siguen dos páginas de dibujos.