ES2553761T3 - Testigo de erosión para rueda de compresor - Google Patents

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Abstract

Rueda (10) de compresor que comprende un cubo (12), una rueda (14) que se extiende radialmente desde el cubo y que lleva una pluralidad de palas (16), estando caracterizada la citada rueda por que el disco comprende un testigo de erosión (18) de la rueda (10), y por que el testigo de erosión (18) comprende al menos un nervio (20) que sobresale radialmente desde un borde periférico (22) del disco en el lugar del borde de fuga (16b) de una de las palas (16), y por que el nervio (20) presenta un espesor axial (EN) inferior al espesor axial (EV) del disco (14) de manera que se forma un escalón (M) entre una cara (20a) del nervio y una superficie (S) del disco (14) de la que se extienden las palas.

Description

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DESCRIPCION
Testigo de erosion para rueda de compresor
La presente invencion se refiere al ambito de las etapas de compresion de los turbomotores, tales como por ejemplo, pero no de modo exclusivo, los turbomotores de aeronaves y, especialmente, al problema del desgaste de los elementos constitutivos de estas etapas de compresion.
La presente invencion concierne de modo mas preciso a uno de estos elementos constitutivos, a saber una rueda de compresor centrlfugo que comprende un cubo, un disco que se extiende radialmente desde el cubo y que lleva una pluralidad de palas.
En lo que sigue, los adjetivos « axial » y « radial » son considerados con respecto al eje de rotacion de la rueda de compresor.
Una rueda de compresor centrlfugo de este tipo, por otra parte muy conocida, participa con un difusor radial en la compresion del aire que entra axialmente en la etapa de compresion, antes de salir radialmente.
De manera conocida, cada una de las palas se extiende entre un borde de ataque y un borde de fuga y presenta una superficie inferior y una superficie superior.
Durante el funcionamiento de la etapa de compresion, especialmente pero no de modo exclusivo cuando la misma esta equipada con un turbomotor de aeronave, tal como una turbina de gas de un helicoptero, la rueda de compresor tiende a erosionarse a causa especialmente de la ingestion de partlculas, como arena en la etapa de compresion.
Despues de varias horas de funcionamiento, se constata generalmente la presencia de perfiles de erosion, especialmente un retroceso del borde de ataque, y la formacion de un surco en pie de pala en el lado de la superficie inferior y que se extiende hacia el borde de fuga. En otras palabras, la presencia de un surco en este lugar de la rueda resulta de una erosion de esta ultima.
El retroceso de los bordes de ataque puede provocar una degradacion de las caracterlsticas y de la estabilidad aerodinamica del compresor, as! como una degradacion de la resistencia mecanica de la palas. Ademas, el surco degrada la resistencia mecanica del disco de la rueda. La erosion del borde de ataque es facilmente detectable por medios clasicos (camara por la entrada de aire del motor) y puede ocurrir que la misma sea mas pequena que la erosion de tipo surco. As! pues, es necesario tambien controlar tambien este tipo de erosion, y de manera que cuando la rueda de compresor este demasiado erosionada por este surco, sea necesario cambiarla.
Generalmente, el perfil de erosion es muy fino y poco visible por lo que es diflcil estimar rapidamente si la erosion aparecida es o no tolerable.
Ejemplos de ruedas de compresor conocidos estan descritos en el documento EP 1 985 801 y US 2001 / 0007632.
Un objetivo de la presente invencion es proponer una rueda de compresor centrlfugo cuya erosion de tipo surco pueda ser controlada rapida y simplemente.
La invencion logra su objetivo por el hecho de que el disco comprende un testigo de erosion de la rueda.
El testigo de erosion es elegido de tal modo que cuando el mismo este completamente erosionado, el nivel de erosion de la rueda de compresor sea tal que es necesario reemplazarla.
Se comprende tambien que este testigo de erosion sea bien visible de modo que un mecanico puede facil y rapidamente controlar el estado de desgaste de la rueda de compresor.
De acuerdo con la invencion, el testigo de erosion se erosiona a medida de la formacion del surco del disco de la rueda de compresor. Preferentemente, el testigo esta dispuesto de tal manera que la erosion provoca una disminucion del espesor axial del disco y, por tanto, del testigo de erosion.
De manera preferente, el testigo de erosion esta situado en un borde periferico exterior del disco, gracias a lo cual la formacion del surco es facilmente controlable y, ademas, el testigo de erosion as! situado no perturba la circulacion del aire en la rueda de compresor.
De acuerdo con un modo de realizacion particularmente ventajoso, el testigo de erosion comprende al menos un nervio que sobresale radialmente desde un borde periferico del disco, presentando el nervio un espesor axial inferior al del disco, de manera que se forma un escalon entre una cara del nervio y una superficie del disco de la que se extienden las palas.
Dicho de otro modo, el nervio presenta una altura radial ligeramente mayor que aquella de la pala asociada, quedando claro que por altura radial, se entiende la distancia radial considerada desde el eje de rotacion de la rueda de compresor.
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En otras palabras, este nervio constituye un sobreespesor radial del borde periferico del disco.
Durante la erosion de la rueda, el surco que se forma en pie de pala tiende a consumir axialmente el espesor del disco, especialmente en el borde de fuga. Resulta por tanto una erosion progresiva del escalon segun su altura axial, precisandose que por altura axial se entiende la distancia entre la cara del nervio y la superficie interior del disco que lleva la pala. Esta altura axial corresponde tambien a la diferencia entre el espesor axial del disco tomado en su borde periferico y el espesor axial del nervio.
Despues, cuando todo el escalon haya sido erosionado debido a la formacion del surco, este ultimo empieza a formarse en la cara del nervio.
Los inventores han constatado que el inicio de la erosion del nervio es particularmente visible en la cara del nervio, de modo que, de manera ventajosa, es facil identificar el final de la erosion del testigo de erosion.
Asl, de manera particularmente comoda, el mecanico sabra que es necesario reemplazar la rueda de compresor en cuanto haya constatado una traza de erosion en el nervio.
Para hacer esto, la altura axial del escalon esta ventajosamente calibrada.
Preferentemente, el escalon presenta una altura axial comprendida entre 0,5 mm y 1,5 mm.
Por otra parte, la altura radial del nervio esta preferentemente comprendida entre 0,5 mm y 3 mm.
De acuerdo con la invencion, el testigo de desgaste puede estar constituido por uno o varios nervios. Sin embargo, se elegira preferentemente un unico nervio que se extiende a lo largo de la circunferencia del borde periferico del disco.
Hay que anadir que, hasta ahora, el control de la erosion de la rueda de compresor necesita el desmontaje completo de la rueda de compresor. Tal desmontaje, realizado generalmente durante una revision o una reparacion de la turbomaquina, es generalmente largo y caro y, ademas, implica la inmovilizacion en el suelo de la aeronave.
La presente invencion concierne ademas a una etapa de compresion de una turbomaquina que comprende una rueda de compresor de acuerdo con la invencion, asl como un carter provisto de una entrada para permitir la introduction de una camara en la etapa de compresion de manera que controle el desgaste del testigo de erosion.
Asl, gracias a la invencion, no es necesario desmontar la rueda de compresor para controlar su erosion en la medida en que el mecanico pueda controlar el desgaste de la rueda apuntando la camara hacia el testigo de desgaste. Haciendo girar la rueda de compresor, el mecanico puede controlar facilmente la erosion producida por los surcos formados en el pie de cada una de las palas de la rueda.
Preferentemente, la camara es un endoscopio.
La presente invencion concierne tambien a una turbomaquina que comprende una etapa de compresion de acuerdo con la invencion. Preferentemente, la turbomaquina es un turbomotor de helicoptero o de cualquier otra aeronave.
La presente invencion concierne finalmente a un procedimiento de determination de la erosion de una rueda de compresor centrlfugo de una turbomaquina de acuerdo con la invencion, procedimiento en el cual se introduce un endoscopio en la etapa de compresion para controlar el desgaste del testigo de erosion de la citada rueda.
En este procedimiento, el endoscopio es introducido por una abertura realizada en el carter, preferentemente un resalte, y despues penetra a traves del difusor hasta que sea posible observar el borde periferico del disco y por tanto, el testigo de erosion.
Asl, gracias a este procedimiento, el seguimiento del nivel de erosion puede hacerse directamente en servicio y no con ocasion de un mantenimiento global de la turbomaquina.
La invencion se comprendera mejor y sus ventajas se pondran mejor de manifiesto con la lectura de la description que sigue, de un modo de realization indicado a tltulo de ejemplo no limitativo. La descripcion se refiere a los dibujos anejos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de una rueda de compresor de acuerdo con la invencion que comprende un testigo de desgaste constituido por un nervio que se extiende segun la circunferencia del borde periferico del disco;
- la figura 2 es una vista parcial en corte de una etapa de compresion que representa una extremidad aguas abajo de la rueda de la figura 1;
- la figura 3 es una vista parcial detallada de la figura 2 que muestra el testigo de erosion de la rueda de la figura 1 y una portion de un carter de difusor de la etapa de compresion;
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- la figura 4 es una vista parcial del borde de fuga de una pala de la rueda de la figura 1 cuando la citada rueda no esta erosionada;
- la figura 5 es una vista parcial del borde de fuga de una pala de la rueda de la figura 1 cuando la citada rueda esta ligeramente erosionada, estando el testigo de erosion parcialmente consumido;
- la figura 6 es una vista parcial del borde de fuga de una pala de la rueda de la figura 1 cuando la citada rueda esta severamente erosionada, estando el testigo de erosion totalmente consumido; y
- la figura 7 es una vista en corte de una turbina de gas de helicoptero que comprende la rueda de compresor de la figura 1.
La figura 1 es una vista en perspectiva de una rueda de compresor 10 que se encuentra habitualmente en las turbinas de gas de helicoptero. Naturalmente, la presente invencion se aplica igualmente a otros tipos de turbomaquina que comprendan una rueda de compresor.
De manera conocida, la rueda de compresor 10 comprende un cubo 12 destinado a cooperar con un arbol de arrastre (no representando aqul) a fin de arrastrar la rueda 10 en rotacion alrededor de su eje A. En lo que sigue de la descripcion, los adjetivos « radial » y « axial » seran considerados refiriendose a este eje A. Esta rueda de compresor 10 esta destinada a ser montada en un carter enfrente de un difusor 11 de una etapa de compresion 13 visible en la figura 7.
La rueda de compresor 10 comprende igualmente un disco 14, mejor visible en la figura 2, que se extiende radialmente desde el cubo 12.
Por otra parte, la rueda de compresor 10 lleva una pluralidad de palas 16, extendiendose cada una entre un borde de ataque 16a y un borde de fuga 16b. Se sabe tambien que estas palas 16 son llevadas por el cubo 12 y el disco 14. Como se ve en las figuras 2 y 3, en este ejemplo, los borde de fuga 16b de las palas 16 estan a haces con un borde periferico 22 del disco 14.
De acuerdo con la presente invencion, el disco 14 de la rueda de compresor 10 comprende un testigo de erosion 18 que, en este caso, comprende un nervio 20, preferentemente pero no necesariamente unico, sobresaliendo radialmente el citado nervio 20 desde el borde periferico 22 del disco 14, en el lugar del borde de fuga 16b de cada una de las palas 16.
Con la ayuda de las figuras 2 y 3, se describe ahora mas en detalle el testigo de desgaste 18 de acuerdo con la presente invencion.
Como se ve en estas figuras, el nervio 20 presenta un espesor axial EN inferior al espesor axial EV del disco de manera que forma un escalon M entre una cara 20a del nervio 20 y una superficie S del disco 14 de la que se extienden las palas 16. En otras palabras, este escalon M constituye un escalon descendente en el sentido F de circulacion del aire en la rueda de compresor 10. Asl, el nervio 20 esta dispuesto en una extremidad axial del borde periferico, que es opuesta a la superficie S que lleva las palas 16.
Por otra parte, el nervio 20 presenta una altura radial HN comprendida preferentemente entre 0,5 mm y 3 mm, de manera que queda una holgura radial entre la extremidad del nervio 20 y el difusor 11 de la etapa de compresion 13.
Este escalon 20 presenta una altura axial HN comprendida preferentemente entre 0,5 mm y 1,5 mm, cuyo interes se explicara en lo que sigue.
Con la ayuda de las figuras 4 a 6, se va explicar ahora como funciona el testigo de erosion.
Estas figuras muestran la superficie inferior de una de las palas 16 en la proximidad de su borde de fuga 16b.
Cuando la rueda no esta erosionada, lo que es el caso de una rueda nueva por ejemplo, el disco 14 no presenta ningun perfil de erosion en pie de pala como esta representado en la figura 4.
Despues de varios centenares de horas de funcionamiento, las partlculas acarreadas por la circulacion de aire provocan una erosion que se traduce en la aparicion de un surco 30 en pie de pala en el lado de la superficie inferior I, como esta representado en la figura 5.
La profundidad de este surco 30 aumenta progresivamente y tiende a consumir el espesor axial EV del disco 14.
En la figura 5, se constata que el surco 30, en borde de fuga 16b, presenta una profundidad inferior a la altura axial HM del escalon M. Dicho de otro modo, en este estado, el escalon M no esta completamente erosionado y el nervio 20 no ha sido atacado.
Preferentemente, se considera que el desgaste de la rueda de compresor 10 es todavla aceptable en tanto que la erosion no haya atacado al nervio 20.
En un estado mas avanzado de erosion, tal como el representado en la figura 6, se constata que el surco 30 ha atacado el nervio 20 de modo que el escalon M ha desaparecido (en el pie de pala 16 en el lado de la superficie inferior I).
En otras palabras, la profundidad del surco 30 es superior a la altura axial HM del escalon M. En este estado, el testigo de erosion 18 esta totalmente erosionado, lo que implica que la rueda de compresor 10 debe ser cambiada.
5 De acuerdo con la presente invencion, el control del desgaste del testigo de erosion 18 se hace progresivamente con la ayuda de una camara, preferentemente un endoscopio 40, que es introducida a traves de una entrada 42 del carter 15 de la etapa de compresion 13, en este caso un resalte, como esta esquematizado en la figura 7.
La introduccion del endoscopio 40 es realizada a traves de un difusor radial 44 que se encuentra habitualmente en las etapas de compresion.
10 Como se comprende con la ayuda de la figura 2, el endoscopio 40 permite observar y controlar el estado de desgaste del testigo de erosion 18 sin necesitar el desmontaje completo de la rueda 10.
En la practica, los inventores han descubierto que el inicio de erosion del nervio 20, que traduce el desgaste total del testigo de erosion 18, es facilmente detectable con la ayuda del endoscopio. En efecto, la desaparicion del escalon M asociado a la erosion del nervio se ve facilmente.
15 En resumen, durante el control endoscopico del testigo de erosion 18, pueden presentarse dos situaciones: el escalon M esta todavla presente y el nervio 20 no presenta traza de erosion, de modo que la rueda de compresor 10 puede ser utilizada todavla, o el escalon M ha desaparecido y el nervio 20 presenta una traza de erosion, en cuyo caso la rueda debe ser cambiada.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Rueda (10) de compresor que comprende un cubo (12), una rueda (14) que se extiende radialmente desde el cubo y que lleva una pluralidad de palas (16), estando caracterizada la citada rueda por que el disco comprende un testigo de erosion (18) de la rueda (10), y por que el testigo de erosion (18) comprende al menos un nervio (20) que sobresale
    5 radialmente desde un borde periferico (22) del disco en el lugar del borde de fuga (16b) de una de las palas (16), y por que el nervio (20) presenta un espesor axial (EN) inferior al espesor axial (EV) del disco (14) de manera que se forma un escalon (M) entre una cara (20a) del nervio y una superficie (S) del disco (14) de la que se extienden las palas
  2. 2. Rueda de compresor centrlfugo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que el escalon (M) presenta una altura axial (HM) comprendida entre 0,5 mm y 1,5 mm.
    10 3. Rueda de compresor centrlfugo de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada por que la altura radial (EN)
    del nervio (20) esta comprendida entre 0,5 mm y 3 mm.
  3. 4. Rueda de compresor centrlfugo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que el nervio (20) se extiende segun la circunferencia del disco (14).
  4. 5. Etapa de compresion (13) de una turbomaquina que comprende una rueda de compresor (10) de acuerdo con una 15 cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, as! como un carter (15) provisto de una entrada (42) para permitir la
    introduccion de un endoscopio (40) en la etapa de compresion de manera que controla el desgaste del testigo de erosion.
  5. 6. Turbomaquina que comprende una etapa de compresion (13) de acuerdo con la reivindicacion 5.
  6. 7. Procedimiento de determinacion de la erosion de la rueda de compresor centrlfugo de una etapa de compresion de 20 acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado por que se introduce un endoscopio (40) en la etapa de compresion (13)
    para controlar el desgaste del testigo de erosion (18) de la citada rueda.
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