ES2565070T3

ES2565070T3 - Pieza intermedia y turbomáquina

Info

Publication number: ES2565070T3
Application number: ES13168642.0T
Authority: ES
Inventors: Stefan Rauscher; Christoph Lauer
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: US20140346768A1; EP2806108B1; US9829130B2; EP2806108A1

Abstract

Pieza intermedia (1) para la conexión de un conducto de fluido a una sección de carcasa (2) de una turbomáquina, con un núcleo de carcasa (6) en el que está conformado un canal de fluido (8) para crear una conexión de fluido entre el conducto de fluido y una entrada de la carcasa, y con ello, bridas (30, 32, 34, 36) que se extienden desde el núcleo de carcasa (6), presentan respectivamente conductos de paso (50, 52) para conducir un elemento de fijación (48), que se caracteriza por que al menos dos bridas (30, 32) forman un par de bridas (10) inferior para la fijación de la pieza intermedia (1) a la sección de la carcasa (2) y al menos dos bridas (34, 36) forman un par de bridas (12) superior para conectar un elemento de unión (4) del conducto de fluido a la pieza intermedia (1), y el par de bridas (10, 12) está dispuesto alrededor de un eje de canal (K) desplazadas la una de la otra y en dirección del eje del canal (K) sin distancia entre sí, y los conductos de paso (50, 52) del par de bridas (12) superior están abiertos por el lado del perímetro.

Description

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DESCRIPCION

Pieza intermedia y turbomaquina

(0001) La invencion hace referencia a una pieza intermedia para conectar un conducto de fluido a una seccion de la carcasa de una turbomaquina segun el concepto general de la reivindicacion 1a de la patente y una turbomaquina.

(0002) Una pieza intermedia conocida para la conexion de un conducto de fluido a una seccion de la carcasa de una turbomaquina, asi como una turbina de gas, y especialmente, un motor de avion presentan un nucleo de carcasa, conformandose un canal de fluido para crear una union de fluido entre el conducto de fluido y una entrada de la carcasa. Para la fijacion de la pieza intermedia a la seccion de la carcasa, asi como para la union de un elemento de union del conducto de fluido, desde el nucleo de la carcasa, se extienden un par de bridas superior y un par de bridas inferior que estan orientados del mismo modo respecto al eje del canal y asi estan dispuestos practicamente coincidiendo uno sobre otro. Gracias a la disposicion superpuesta de los pares de bridas es necesaria una distancia minima entre los pares de bridas para poder posicionar elementos de fijacion, como tornillos o tuercas, para la fijacion de la pieza intermedia a la carcasa o para la union del elemento de conexion del conducto a la pieza intermedia.

(0003) En el documento US 20020150466 A1 se muestra una pieza intermedia para la conexion de un conducto de fluido a una seccion de la carcasa de una turbomaquina que presenta una brida en forma de una placa de brida inferior para la fijacion de una pieza intermedia a la seccion de la carcasa y una brida en forma de una brida anular superior para la fijacion de un elemento de union del conducto. Para el posicionamiento de elementos de fijacion en los conductos de paso de las bridas, la placa de brida y la brida anular estan distanciadas la una de otra en un eje de canal.

(0004) Es objetivo de la invencion crear una pieza intermedia para la conexion de un conducto de fluido a una seccion de la carcasa de una turbomaquina, que elimine las desventajas anteriormente mencionadas y que presente una altura de construccion reducida. Ademas, es objetivo de la invencion crear una turbomaquina con conductos de fluido que se extienden a lo largo de su carcasa de forma hermetica o estrecha.

(0005) Este objetivo se cumple gracias a una pieza intermedia con las caracteristicas de la reivindicacion 1a de la patente y gracias a una turbomaquina con las caracteristicas de la reivindicacion 10a de la patente.

(0006) Una pieza intermedia conforme a la invencion para la conexion de un conducto de fluido a una seccion de carcasa de una turbomaquina tiene un nucleo de carcasa, en el cual hay conformado un canal de fluido para crear una union de fluido entre el canal de fluido y una entrada de la carcasa, y bridas que respectivamente presentan conductos de paso para el paso de un elemento de fijacion. Conforme a la invencion, al menos dos bridas forman un par de bridas inferior para fijar la pieza intermedia a la seccion de carcasa y al menos dos bridas forman un par de bridas superior para la conexion de una pieza de union del conducto de fluido a la pieza intermedia. Los pares de bridas estan dispuestos desplazados entre si alrededor del eje del canal y en direccion del eje del canal sin distancia entre si. Ademas, los conductos de paso del par de bridas superior estan abiertos por el lado del perimetro.

(0007) A traves del desplazamiento de los pares de bridas alrededor del eje del canal o del giro de los pares de bridas entre si y de su disposicion superpuesta directa, o un encajado entre si, la pieza intermedia se caracteriza por una altura de construccion reducida, en comparacion con las piezas intermedias conocidas previamente descritas, habida cuenta que no es necesario ningun espacio libre para el posicionamiento del elemento de fijacion o de una pieza del elemento de fijacion entre el par de bridas. El espacio libre necesario se crea mediante el giro lateralmente respecto al par de bridas inferior. Mediante el hecho de que los conductos de paso superiores estan abiertos por el lado del perimetro, los elementos de fijacion, como tornillos, pueden ser empleados para unir el conducto de fluido en cualquier momento, y especialmente, tambien posteriormente, o sea, despues de que la pieza intermedia se haya fijado a la seccion de carcasa. Debido a la distancia minima del par de bridas superior respecto a la seccion de la carcasa, esta actua entonces practicamente como limite para los elementos de fijacion empleados con holgura antes de su atornilladura. Mediante la colocacion posterior de los tornillos y mediante el aseguramiento de la posicion axial de la seccion de la carcasa, se simplifican considerablemente la fijacion de la pieza intermedia, y especialmente, la conexion del conducto de fluido. Un ambito de empleo de la pieza intermedia es, por ejemplo, una carcasa de turbina de baja presion de un motor de avion, siendo conducido un agente refrigerador de la turbina de baja presion a traves de la pieza intermedia. Naturalmente, la pieza intermedia puede servir tambien para la union de otros conductos de fluido, especialmente, a una carcasa de una turbomaquina.

(0008) En un ejemplo de ejecucion preferible, los pares de bridas estan dispuestos de forma desplazada o girada entre si a 90°. Mediante esto, con un minimo numero de bridas puede llevarse a cabo una union altamente resistente.

(0009) Preferiblemente, los pares de bridas se extienden de forma radial respecto al eje del canal. Mediante esta medida, puede aumentarse la estabilidad de la fijacion de la pieza intermedia a la seccion de la carcasa, asi como la union del elemento de union del conducto a la pieza intermedia.

(0010) Preferiblemente, el par de bridas superior tiene en la zona de sus conductos de paso topes laterales

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inferiores para formar una union positiva con una pieza del elemento de fijacion ampliada enfrente de un vastago del elemento de fijacion. Los topes forman un aseguramiento contra el giro de manera que, a pesar de la altura de construccion reducida, puede llevarse a cabo un montaje sencillo de la pieza intermedia. No es necesaria una herramienta para la sujecion del elemento de fijacion. Ademas, los topes actuan como aseguramientos para evitar que se suelten por descuido los correspondientes elementos de fijacion.

(0011) Los topes pueden ser secciones de pared que se extienden desde el par de bridas superior. Semejantes topes son facilmente ejecutables. Por ejemplo, pueden ser fresados a partir de los pares de bridas superiores.

(0012) Para conseguir un apoyo no basculante de la pieza intermedia en la seccion de la carcasa, es ventajoso cuando el par de bridas inferior sobresale sobre un lado inferior del nucleo de la carcasa que presenta un canal de fluido, en la direccion del eje del canal. Mediante esto, el nucleo de la carcasa, en el estado montado, esta distanciado de la seccion de la carcasa y no forma ninguna superficie de apoyo, de manera que la pieza intermedia se apoya exclusivamente sobre el par de bridas inferior en la seccion de la carcasa.

(0013) La orientacion de la pieza intermedia en la seccion de la carcasa, asi como la orientacion del elemento de union del conducto en la pieza intermedia pueden simplificarse cuando los conductos de paso son agujeros alargados, que se extienden radialmente respecto al eje del canal. Al mismo tiempo, mediante los agujeros alargados puede llevarse a cabo una compensacion de la tolerancia respecto a los agujeros del elemento de fijacion en la seccion de la carcasa y en el elemento de union del conducto.

(0014) Preferiblemente, el canal de fluido tiene una pared de canal que se extiende en direccion del eje del canal sobre las superficies de apoyo del par de bridas inferior. Mediante esto, el canal de fluido se introduce en la entrada de la carcasa, mediante lo cual se evita una perdida por derrame, o bien, se reduce el riesgo de perdida por derrame.

(0015) Para la reduccion del peso, el nucleo de la carcasa puede presentar una escotadura de anillo superior y/o una escotadura de anillo inferior, respecto al eje del canal.

(0016) Una turbomaquina preferible esta provista de al menos una pieza intermedia, conforme a la invencion, unida a una carcasa. Mediante esto, un conducto de fluido unido con la pieza intermedia puede ser guiado estrechamente a lo largo de la carcasa. Preferiblemente, la pieza intermedia esta dispuesta en la carcasa de un compresor de baja presion y unida con un conducto del agente refrigerador para la conduccion del agente refrigerador hacia el compresor de baja presion.

(0017) Otros ejemplos de ejecucion preferibles de la invencion son objeto de otras reivindicaciones dependientes.

(0018) A continuacion se detalla un ejemplo de ejecucion preferible de la invencion en base a unas representaciones esquematicas. Se muestran:

Fig. 1 una vista superior en perspectiva de una pieza intermedia, conforme a la invencion, que esta unida a una seccion de carcasa de una turbomaquina y que esta provista de un elemento de union de un conducto de fluido,

Fig. 2 una representacion individual de la pieza intermedia desde la perspectiva de pajaro,

Fig. 3 una representacion individual de una pieza intermedia desde el plano contrapicado,

Fig. 4 una representacion lateral de la pieza intermedia,

Fig. 5 una vista lateral de la pieza intermedia con un elemento de union del conducto de fluido montado, y Fig. 6 una vista inferior de la pieza intermedia con un elemento de union del conducto de fluido montado.

(0019) En la Fig. 1 se muestra un ejemplo de ejecucion de una pieza intermedia (1), conforme a la invencion, para la union de un conducto de fluido no dibujado a una seccion de carcasa (2) de una turbomaquina. El conducto de fluido se une mediante un elemento de union (4) dispuesto en el mismo a la pieza intermedia (1). La seccion de carcasa es, por ejemplo, una seccion de una carcasa de un compresor de baja presion y el conducto de fluido es un conducto del agente refrigerador para la conduccion de un agente refrigerador al compresor de baja presion. La turbomaquina, en si misma, es por ejemplo, una turbina de gas y especialmente, un motor de avion.

(0020) La pieza intermedia (1) tiene un nucleo de carcasa (6) en forma rectangular, que esta recorrido por un canal de fluido provisto en las siguientes figuras de la cifra (8) para crear una conexion de fluido entre el conducto de fluido y una entrada de la carcasa de la seccion de carcasa (2). Por motivos de claridad, en la Fig. 1 solo se dibuja un eje de canal (K) del canal de fluido (8) que se dirige en direccion longitudinal del canal de fluido (1). Ademas, la pieza intermedia (1) tiene un par de bridas inferior (10), mediante el cual la pieza intermedia o el nucleo de carcasa (8) estan unidos a la seccion de carcasa (2), y un par de bridas superior (12) al que esta unido el elemento de union del conducto (4).

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(0021) Como se muestra en las Fig. 2 y 3, el canal de fluido (8) recorre el nucleo de la carcasa (6) desde un lado superior (14) en la direccion de un lado inferior (16). El lado superior (14) forma junto con el par de bridas superior (12) una superficie de union (18) para una superficie de contacto, cifrada con (20) en la Fig. 5, del elemento de union del conducto (4). Cuando el elemento de union de conducto (4) tiene una seccion de cuerpo central que sobresale de su superficie de contacto (20) o en el nucleo de carcasa (6), por ejemplo, se dispone una obturacion anular no mostrada, entre la superficie de union (18) y la superficie de contacto (20), en el lado superior (14) puede incorporarse una escotadura de anillo superior (22) correspondiente. Ademas, en el lado inferior (16) puede incorporarse una escotadura de anillo inferior (24) para, por ejemplo, la reduccion del peso de la pieza intermedia (1). Para evitar una perdida por derrame en la zona entre la seccion de carcasa (2) y la pieza intermedia (1), el canal de fluido (8) tiene una pared de canal (26) que se prolonga sobre una superficie de apoyo (28) formada por el par de bridas inferior (10) y que en el estado montado se inserta en la entrada de la carcasa (ver tambien Fig. 4).

(0022) Los pares de bridas (10, 12) estan dispuestos respectivamente de forma desplazada entre si, alrededor del eje de canal (K) a 90°. Tienen respectivamente dos bridas (30, 32) y (34, 36) alineadas en direccion radial, que respectivamente se extienden desde dos superficies laterales (38, 40) y (42, 44) opuestas entre si del nucleo de la carcasa (6). En direccion del eje de canal (K), los pares de bridas (10, 12) estan dispuestos sin distancia entre si. Como se menciona a continuacion, los espacios de recepcion, o bien, los espacios libres (46) son creados para la recepcion de los elementos de fijacion (48), para la union del elemento de union del fluido (4) lateralmente respecto al par de bridas inferior, mediante lo cual la pieza intermedia (1) se puede conformar o se conforma de modo plano, o bien, con una altura de construccion minima.

(0023) El par de bridas superior (12), o bien, las bridas superiores (34, 36) cierran de modo enrasado con el lado superior (14) del nucleo de carcasa (6) y forman con este la superficie de union (18) comun, para la union del elemento de union del conducto (4). La superficie de union (18) esta geometricamente adaptada a la superficie de contacto (20) del elemento de union del conducto (4). En el ejemplo de ejecucion mostrado, la superficie de union (18) esta conformada de forma plana.

(0024) Como muestra la Fig. 4, el par de bridas inferior (10) forma, o bien, las bridas inferiores (30, 32) forman la o una superficie de apoyo comun (28) o (28a, 28b), para el apoyo en la seccion de carcasa (2). Preferiblemente, la superficie de apoyo (28) esta adaptada geometricamente a la seccion de la carcasa, para la mejora de un apoyo en la seccion de la carcasa (2). En el ejemplo de ejecucion mostrado, la superficie de apoyo (28) tiene un abombamiento concavo, que se corresponde con un abombado convexo de la seccion de carcasa (2).

(0025) Adicionalmente a la mejora del apoyo de la pieza intermedia (1) en la seccion de carcasa (2), en el ejemplo de ejecucion mostrado, sobresale el par de bridas inferior (10) sobre el lado inferior (16) del nucleo de la carcasa (6) en direccion del eje de canal (K). Mediante esto, en el estado montado, el nucleo de carcasa (6) con su lado inferior (16) esta posicionado con una distancia (a) de la seccion de carcasa (2), indicado con las rayas, de manera que se evita un apoyo del nucleo de la carcasa (6) sobre la seccion de carcasa (2). Ademas, mediante esta distancia, como se observa en las Fig. 5 y 6, se facilita un posicionamiento del elemento de fijacion (48).

(0026) Segun las Fig. 2 y 3, en cada brida (30, 32) y (34, 36) hay conformados respectivamente un conducto de paso (50, 52) para la recepcion de un elemento de fijacion (48). Como se muestra en el ejemplo de la Fig. 5, el elemento de fijacion (48) es, preferiblemente, un tornillo que actua junto con una correspondiente tuerca (54). Por motivos de claridad, los conductos de paso (50, 52) segun las representaciones en las Fig. 2 y 3 estan cifradas en la brida inferior izquierda (30) y en la brida superior delantera (36).

(0027) Los conductos de paso (50) del par de bridas inferior (10) estan conformados como agujeros alargados que se extienden radialmente respecto al eje de canal (K), y con ello, estan conformados en el centro de las bridas (30, 32).

(0028) Los conductos de paso (52) del par de bridas superior (12) estan conformados como agujeros alargados abiertos por el lado del perimetro, que igualmente se extienden radialmente respecto al eje de canal (K) y, con ello, estan conformados en el centro de las bridas superiores (34, 36). De este modo, al igual que los pares de bridas (10, 12), los conductos de paso (50, 52) inferior y superior estan desplazados entre si a 90°. En el ejemplo de ejecucion mostrado, los conductos de paso superiores (52), estan abiertos, especialmente, por el lado frontal, y con ello, respecto al eje de canal (K) en direccion radial.

(0029) Como esta cifrado en las Fig. 5 y 6, las bridas superiores (34, 36) tienen respectivamente dos secciones de pared (56, 58) orientadas en direccion del par de bridas inferior (10), que estan dispuestas a ambos lados de los conductos de paso (52) y que presentan dos superficies de union positiva (60,62) opuestas entre si. Las secciones de pared (56, 58) limitan con sus superficies de union positiva (60, 62) lateralmente los espacios de recepcion (46). La distancia de las superficies de union positiva (60, 62) es de tal modo, que entre ellas puede disponerse, practicamente sin huelgo, una cabeza del elemento de fijacion (66) ampliada, que se encuentra enfrente de un vastago del elemento de fijacion (64).

(0030) Como se muestra en la Fig. 6, los espacios de recepcion (46) se extienden desde las superficies laterales (44 o 46) y estan abiertas por el lado frontal, asi como hacia abajo. Estas sirven para la recepcion de la cabeza del elemento de fijacion (66), pudiendo insertarse el elemento de fijacion (48) para el elemento de union del conducto (4)

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a traves de la abertura del lado frontal, despues de que la pieza intermedia (1) se haya fijado a la seccion de carcasa (2), de forma que el conducto de fluido pueda unirse comodamente a la pieza intermedia (1). En el estado unido del elemento de union del conducto (4), los elementos de fijacion (48) estan en contacto con sus cabezas (66), lateralmente de modo plano, con las superficies de union positiva (60, 62) y con sus vastagos (64) estan dirigidos en direccion del eje de canal (K) hacia arriba. En sus secciones del extremo del vastago libres, conducidas por los conductos de paso (52), hay respectivamente una tuerca (54) atornillada.

(0031) Las secciones de pared (56, 58), y especialmente, sus superficies de union positiva (60, 62) actuan asi como topes, y especialmente, como aseguramientos contra el giro para los respectivos elementos de fijacion (48). Preferiblemente, las secciones de pared (56, 58) no sobresalen sobre el lado inferior (16) del nucleo de carcasa (6), sino que se extienden como maximo hasta este o se cierran de modo enrasado con el mismo. De este modo, las secciones de pared (56, 58) en el estado montado estan igualmente distanciadas de la seccion de carcasa (2) por la distancia (a) (vease la Fig. 4). Las cabezas del elemento de fijacion (66) tienen en el ejemplo de ejecucion mostrado tal altura, que se cierran igualmente de modo enrasado con el lado inferior (16).

(0032) Se ha manifestado una pieza intermedia para la conexion de un conducto de fluido a una seccion de carcasa de una turbomaquina, en la que un par de bridas superior y un par de bridas inferior estan dispuestos de forma desplazada entre si alrededor de un eje de canal, y en direccion del eje de canal, el par de bridas superior esta dispuesto sin distancia respecto al par de bridas inferior, estando abiertos los conductos de paso del par de bridas superior por el lado del perimetro.

Lista de referencias

(0033)

1 pieza intermedia

2 seccion de carcasa

4 elemento de union / elemento de union de conducto

6 nucleo de la carcasa

8 canal de fluido

10 par de bridas inferior

12 par de bridas superior

14 lado superior

16 lado inferior

18 superficie de union

20 superficie de contacto

22 escotadura de anillo superior

24 escotadura de anillo inferior

26 pared de canal

28 superficie de apoyo

30 brida

32 brida

34 brida

36 brida

38 superficie lateral

40 superficie lateral

42 superficie lateral

44 superficie lateral

46 espacio de recepcion

48 elemento de fijacion

50 conducto de paso

52 conducto de paso

54 tuerca

56 seccion de pared / tope

58 seccion de pared / tope

60 superficie de union positiva

62 superficie de union positiva

64 vastago del elemento de fijacion / vastago 66 cabeza del elemento de fijacion / cabeza

a distancia

K eje de canal

Claims

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REIVINDICACIONES
18.- Pieza intermedia (1) para la conexion de un conducto de fluido a una seccion de carcasa (2) de una turbomaquina, con un nucleo de carcasa (6) en el que esta conformado un canal de fluido (8) para crear una conexion de fluido entre el conducto de fluido y una entrada de la carcasa, y con ello, bridas (30, 32, 34, 36) que se extienden desde el nucleo de carcasa (6), presentan respectivamente conductos de paso (50, 52) para conducir un elemento de fijacion (48), que se caracteriza por que al menos dos bridas (30, 32) forman un par de bridas (10) inferior para la fijacion de la pieza intermedia (1) a la seccion de la carcasa (2) y al menos dos bridas (34, 36) forman un par de bridas (12) superior para conectar un elemento de union (4) del conducto de fluido a la pieza intermedia (1), y el par de bridas (10, 12) esta dispuesto alrededor de un eje de canal (K) desplazadas la una de la otra y en direccion del eje del canal (K) sin distancia entre si, y los conductos de paso (50, 52) del par de bridas (12) superior estan abiertos por el lado del perimetro.
28.- Pieza intermedia segun la reivindicacion 1a, en la que los pares de bridas (10, 12) estan desplazadas entre si a 90°.
38.- Pieza intermedia segun la reivindicacion 18 o 28, en la que los pares de bridas (10, 12) se extienden radialmente respecto al eje del canal (K).
48.- Pieza intermedia segun una de las reivindicaciones 18, 28 o 38, en la que el par de bridas (12) superior tiene en la zona de sus conductos de paso (50, 52) topes (56, 58) laterales inferiores para formar una union positiva con una pieza del elemento de fijacion (66) ampliada frente a un vastago del elemento de fijacion (64).
58.- Pieza intermedia segun la reivindicacion 48, en la que los topes son secciones de pared (56, 58) que se

extienden desde el par de bridas superior (12).
68.- Pieza intermedia segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que el par de bridas inferior (10) sobresale

sobre un lado inferior (16) del nucleo de la carcasa (6) en direccion del eje del canal (K).
78.- Pieza intermedia segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que los conductos de paso (50, 52) son agujeros alargados que se extienden radialmente respecto al eje del canal (K).
88.- Pieza intermedia segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que el canal de fluido (8) tiene una pared de canal (26) que se extiende en direccion del eje del canal (K) sobre una superficie de apoyo (28) del par de bridas (10) inferior.
98.- Pieza intermedia segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que el nucleo de la carcasa (6) presenta una escotadura de anillo superior (22) y/o una escotadura de anillo inferior (24) respecto al eje de canal (K).
108.- Turbomaquina con al menos una pieza intermedia (1) unida a una carcasa segun una de las reivindicaciones anteriores.