ES2616411T3 - Perfil aerodinámico y método para la construcción del mismo - Google Patents

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ES2616411T3 ES13786204.1T ES13786204T ES2616411T3 ES 2616411 T3 ES2616411 T3 ES 2616411T3 ES 13786204 T ES13786204 T ES 13786204T ES 2616411 T3 ES2616411 T3 ES 2616411T3
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Abstract

Perfil (10) aerodinámico para una turbomáquina, que comprende: - una pared (20) exterior y una pared (30) interior, y - un canal (40) de enfriamiento ubicado entre la pared (20) exterior y la pared (30) interior para guiar un fluido (60) refrigerante durante el funcionamiento del perfil (10) aerodinámico, en el que la pared (30) interior comprende un saliente (70) que se extiende desde una superficie (37) de la pared (30) interior al interior del canal (40) de enfriamiento, en el que el saliente (70) en la pared (30) interior está dispuesto y perfilado de tal manera que el saliente (70) en la pared (30) interior dirige al menos una parte del fluido (60) refrigerante, cuando el fluido (60) refrigerante está fluyendo a través del canal (40) de enfriamiento y por encima del saliente (70) en la pared (30) interior, para que impacte el fluido (60) refrigerante sobre una primera zona (64) de la pared (20) exterior, caracterizado porque - la pared (20) exterior comprende además un saliente (80), en la que el saliente (80) en la pared (20) exterior se extiende desde una superficie (27) de la pared (20) exterior al interior del canal (40) de enfriamiento, y en el que el saliente (80) en la pared (20) exterior está dispuesto y perfilado de tal manera que el saliente (80) en la pared (20) exterior dirige al menos una parte del fluido (60) refrigerante, cuando el fluido (60) refrigerante está fluyendo a través del canal (40) de enfriamiento y por encima del saliente (80) en la pared (20) exterior, para que impacte sobre una segunda zona (66) de la pared (30) interior.

Description

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PERFIL AERODINAMICO Y METODO PARA LA CONSTRUCCION DEL MISMO
DESCRIPCION
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un perfil aerodinamico y a un metodo para la construccion del perfil aerodinamico.
Un perfil aerodinamico se usa generalmente como alabe y/o pala en una turbomaquina tal como una turbina de gas o una turbina de vapor para la generacion de energfa. La turbomaquina funciona durante periodos de tiempo extensos, y durante su funcionamiento el perfil aerodinamico entra en contacto con gases a temperaturas muy altas (superiores a 1000°C), es decir el fluido de trabajo en la turbomaquina. Con ello, la temperatura de la superficie externa del perfil aerodinamico aumenta enormemente. La exposicion del perfil aerodinamico a las temperaturas de funcionamiento enormemente altas durante tales periodos de tiempo extensos conduce a una reduccion de la vida util operativa del perfil aerodinamico. Por tanto, es necesario enfriar el perfil aerodinamico durante su funcionamiento para aumentar su vida util operativa.
El enfriamiento por impacto es una tecnica popular que se emplea para enfriar un perfil aerodinamico. En el enfriamiento por impacto, se bombardea un fluido refrigerante a alta presion sobre determinadas zonas (puntos calientes) en el perfil aerodinamico que requieren enfriamiento. Esto requiere que se proporcione al fluido refrigerante una alta presion para producir el impacto, lo que requiere el empleo de medios adicionales para aumentar la presion del fluido refrigerante. Por tanto, la tecnica de enfriamiento por impacto actual es cara asf como ineficiente para enfriar el perfil aerodinamico.
El documento US5704763 da a conocer un perfil aerodinamico con un conducto de enfriamiento subdividido que incluye disposiciones para crear turbulencias de un fluido de enfriamiento dirigido a traves del conducto. Las turbulencias mejoran la eficiencia de enfriamiento.
El documento US 5 738 493 da a conocer un generador de turbulencia para una pala de rotor.
El documento US7722327 propone una tecnica alternativa para enfriar un perfil aerodinamico, y cita un circuito de enfriamiento de vortice multiple para un perfil aerodinamico delgado, en el que una pared del perfil aerodinamico se construye con una pluralidad de canales de enfriamiento de vortice individual que se conectan a un canal de suministro de aire de enfriamiento de borde de ataque. Sin embargo, esta es una solucion muy cara, porque propugna una estructura intrincada de perfil aerodinamico, aumentando de ese modo la complejidad de construccion del perfil aerodinamico. El objetivo de la presente invencion es proponer un diseno mas sencillo y potenciado de un perfil aerodinamico para mejorar la eficiencia de enfriamiento el perfil aerodinamico.
El objetivo anterior se logra mediante un perfil aerodinamico segun la reivindicacion 1 y un metodo para la construccion del perfil aerodinamico segun la reivindicacion 10.
El objetivo subyacente de la presente invencion es proponer un diseno para un perfil aerodinamico de tal manera que se potencia el enfriamiento del perfil aerodinamico, especialmente durante el funcionamiento del perfil aerodinamico. En el presente documento, el perfil aerodinamico segun la presente invencion comprende una pared exterior, una pared interior y un canal de enfriamiento ubicado entre las paredes mencionadas anteriormente. Se pretende que el canal de enfriamiento grne un fluido refrigerante durante el funcionamiento del perfil aerodinamico. La pared interior comprende un saliente, que se extiende desde una superficie de la pared interior y al interior del canal de enfriamiento. Este saliente esta dispuesto y perfilado de modo que dirija al menos una parte del fluido refrigerante, que esta fluyendo a traves del canal de enfriamiento y especialmente por encima del saliente, para que impacte el fluido refrigerante sobre una primera zona de la pared exterior. Ademas, la pared exterior comprende un saliente, que se extiende desde una superficie de la pared exterior y al interior del canal de enfriamiento. El saliente en la pared exterior tambien esta dispuesto y perfilado de modo que dirija al menos una parte del fluido refrigerante, que esta fluyendo a traves del canal de enfriamiento y especialmente por encima del saliente en la pared exterior, para que impacte el fluido refrigerante sobre una segunda zona de la pared interior.
El saliente ayuda a dirigir el fluido refrigerante para producir un impacto del fluido refrigerante sobre la pared exterior.
Se pretende que el impacto del fluido refrigerante sobre la pared exterior transfiera mas calor desde la pared exterior sobre el fluido refrigerante, especialmente en comparacion con la tecnica convencional de enfriamiento por conveccion. Adicionalmente, proporcionando un saliente, el area superficial efectiva de la pared se aumenta, potenciando de ese modo la transferencia de calor desde la pared exterior hasta el fluido refrigerante. Con ello, es posible redirigir el fluido refrigerante que impacta sobre la pared exterior de vuelta sobre la pared interior durante la circulacion del fluido refrigerante en el interior del canal de enfriamiento, preparando de ese modo el fluido refrigerante para dirigirse de nuevo sobre la pared exterior para producir un impacto del fluido refrigerante sobre una ubicacion diferente en la pared exterior.
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De ese modo se logra un enfriamiento potenciado de la pared exterior, especialmente el enfriamiento de la primera zona.
Segun una realizacion de la invencion dada a conocer en el presente documento, el saliente en la pared interior se extiende tanto en un sentido de flujo del fluido refrigerante como en un sentido hacia la pared exterior.
Segun otra realizacion de la invencion dada a conocer en el presente documento, el saliente comprende una porcion ascendente, una porcion descendente y un pico, cuando se considera en el sentido global de flujo del fluido refrigerante. La porcion ascendente asciende en un sentido hacia la pared exterior, mientras que la porcion descendente desciende en un sentido hacia la pared interior. El pico esta ubicado entre la porcion ascendente y la porcion descendente. Adicionalmente, el valor absoluto de un gradiente de la porcion descendente es mayor que el valor absoluto de un gradiente de la porcion ascendente.
Este perfil del saliente segun las realizaciones anteriores es ventajoso para dirigir suavemente el fluido refrigerante sobre la primera zona en la pared exterior. El gradiente de la porcion ascendente grna suavemente el fluido refrigerante a lo largo de la porcion ascendente de manera que se aumenta la eficacia del impacto del fluido refrigerante sobre la primera porcion de la pared exterior. Con ello, se logran tanto impactos eficaces asf como una circulacion sin obstaculos del fluido refrigerante en el canal de enfriamiento.
Segun aun otra realizacion de la invencion dada a conocer en el presente documento, la ubicacion del saliente en el perfil aerodinamico es tal que es proximal a un borde de ataque del perfil aerodinamico. El borde de ataque del perfil aerodinamico experimenta mas calentamiento que el borde de salida del perfil aerodinamico durante el funcionamiento del perfil aerodinamico. Por tanto, gracias a que el saliente esta ubicado mas proximo al borde de ataque, se pretende que el saliente enfne la parte del perfil aerodinamico que experimenta mas calentamiento, aumentando de ese modo la vida util operativa del perfil aerodinamico.
Segun aun otra realizacion de la invencion dada a conocer en el presente documento, el saliente en la pared exterior se extiende tanto en un sentido de flujo del fluido refrigerante como en un sentido hacia la pared interior.
Segun aun otra realizacion de la invencion dada a conocer en el presente documento, el saliente en la pared exterior tambien comprende una porcion ascendente, una porcion descendente y un pico, cuando se considera en el sentido global de flujo del fluido refrigerante. La porcion ascendente asciende en un sentido hacia la pared interior, mientras que la porcion descendente desciende en un sentido hacia la pared exterior. El pico esta ubicado entre la porcion ascendente y la porcion descendente. Adicionalmente, el valor absoluto de un gradiente de la porcion descendente es mayor que el valor absoluto de un gradiente de la porcion ascendente.
Este perfil del saliente en la pared exterior que es segun cualquiera de las realizaciones anteriores es ventajoso para dirigir suavemente el fluido refrigerante que impacta sobre la primera zona en la pared exterior de vuelta a la segunda zona en la pared interior. El gradiente de la porcion ascendente grna suavemente el fluido refrigerante a lo largo de la porcion ascendente de manera que se aumenta la eficacia del impacto del fluido refrigerante sobre la segunda porcion de la pared interior. Con ello, se logran tanto impactos eficaces asf como una circulacion sin obstaculos del fluido refrigerante en el canal de enfriamiento. Ademas, esto es beneficioso para producir una serie de impactos del canal de refrigerante sobre la pared exterior, ayudando de ese modo a aumentar la eficiencia de enfriamiento de la pared exterior.
Segun aun otra realizacion de la invencion dada a conocer en el presente documento, cuando se considera en el sentido global de flujo del fluido refrigerante, la ubicacion del saliente en la pared exterior y la ubicacion del saliente en la pared interior de tal manera que la parte de fluido refrigerante que se dirige hacia la primera zona por el saliente en la pared interior impacta sobre la porcion ascendente del saliente en la pared exterior. Con ello, es posible producir una trayectoria de flujo mas eficiente y mas suave del fluido refrigerante en el canal de enfriamiento.
Segun aun otra realizacion de la invencion dada a conocer en el presente documento, cuando se considera en el sentido global de flujo del fluido refrigerante, el pico del saliente en la pared interior y el pico del saliente en la pared exterior estan desviados uno con respecto a otro. Con ello, se potencia la suavidad del flujo asf como la eficacia de los impactos en serie del fluido refrigerante entre las paredes del perfil aerodinamico.
Segun aun otra realizacion de la invencion dada a conocer en el presente documento, la ubicacion del saliente en la pared exterior es tal que es proximal al borde de ataque del perfil aerodinamico. Con ello, se beneficia el enfriamiento de las partes del perfil aerodinamico ubicadas de manera proximal al borde de ataque, porque el borde de ataque del perfil aerodinamico experimenta un calentamiento maximo durante el funcionamiento del perfil aerodinamico. Se pretende que esto aumente la vida util operativa del perfil aerodinamico.
En un metodo para la construccion del perfil aerodinamico segun cualquiera de las realizaciones mencionadas anteriormente, la pared exterior y la pared interior se disponen de tal manera que el canal de enfriamiento separa la pared exterior y la pared interior. El saliente en la pared interior se proporciona de tal manera que el saliente (70) en la pared interior se extiende desde la superficie de la pared interior y al interior del canal de enfriamiento. Ademas, el
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saliente en la pared exterior se proporciona de tal manera que el saliente en la pared exterior se extiende desde la superficie de la pared exterior y al interior del canal de enfriamiento. Con ello, es posible dirigir al menos una parte del fluido refrigerante que fluye a traves del canal de enfriamiento y tambien por encima del saliente en la pared exterior para que impacte sobre una segunda zona de la pared interior.
Con ello, resulta beneficioso dirigir el fluido refrigerante para producir un impacto del fluido refrigerante sobre la primera zona en la pared exterior.
Las realizaciones mencionadas anteriormente y otras de la invencion que se refieren a un perfil aerodinamico y a un metodo para enfriar el mismo se trataran ahora con referencia a los dibujos adjuntos de la presente invencion. Las realizaciones ilustradas pretenden ilustrar, pero no limitar la invencion. Los dibujos adjuntos contienen las siguientes figuras, en las que numeros similares se refieren a partes similares, en la totalidad de la descripcion y los dibujos.
Las figuras ilustran de manera esquematica ejemplos adicionales de las realizaciones de la invencion, en las que:
La figura 1 representa una vista en seccion transversal de un perfil aerodinamico segun una realizacion de la presente invencion,
la figura 2 representa una vista en seccion transversal ampliada de una seccion del perfil aerodinamico al que se hace referencia en la figura 1, y
la figura 3 representa un diagrama de flujo de un metodo para la construccion del perfil aerodinamico al que se hace referencia en la figura 1.
La figura 1 representa una vista en seccion transversal de un perfil 10 aerodinamico segun una o mas realizaciones de la invencion descritas en el presente documento. El perfil 10 aerodinamico puede ser un alabe o una pala de una turbomaquina (no representada), tal como una turbina de gas o una turbina de vapor que se emplea para la generacion de energfa.
El perfil 10 aerodinamico comprende una primera pared 20, una segunda pared 30 y un canal 40 de enfriamiento. El canal 40 de enfriamiento esta ubicado entre la primera pared 20 y la segunda pared 30, y el canal 40 de enfriamiento facilita el enfriamiento de la primera pared 20 del perfil 10 aerodinamico. La primera pared 20 es una pared exterior y la segunda pared 30 es una pared interior del perfil 10 aerodinamico, en el que la pared 20 exterior rodea la pared 30 interior. Ademas, el canal 40 de enfriamiento separa la pared 30 interior y la pared 20 exterior. Segun un aspecto a modo de ejemplo, el canal 40 de enfriamiento puede rodear preferiblemente toda la extension de la pared 30 interior. Sin embargo en el perfil aerodinamico a modo de ejemplo descrito en el presente documento, la pared 30 interior es un nucleo del perfil 10 aerodinamico.
Durante el funcionamiento de la turbomaquina, la pared 20 exterior se expone a gases 50 calientes dando como resultado de ese modo el calentamiento de la pared 20 exterior, que posteriormente aumenta la temperatura de la pared 20 exterior. Un fluido 60 refrigerante, que se dispensa al interior del canal 40 de enfriamiento, fluye a traves del canal 40 de enfriamiento. Sin embargo, la dispensacion del fluido 60 refrigerante al interior del canal 40 de enfriamiento del perfil 10 aerodinamico es una tecnica bien conocida y no esta cubierta en el presente documento con fines de brevedad.
Mientras que el fluido 60 refrigerante pasa a traves del canal 40 de enfriamiento, el fluido 60 refrigerante esta en contacto termico tanto con la pared 20 exterior como con la pared 30 interior. La pared 30 interior esta relativamente mas fna que la pared 20 exterior. La interaccion entre el fluido 60 refrigerante y la pared 20 exterior da como resultado una transferencia sustancial de calor desde la pared 20 exterior hasta el fluido 60 refrigerante, dando como resultado de ese modo el enfriamiento de la pared 20 exterior. La mayona del calor se retirana del perfil 10 aerodinamico junto con el fluido 60 refrigerante tal como se describe a continuacion. Ademas, puesto que el fluido 60 refrigerante esta en contacto con la pared 20 exterior asf como con la pared 30 interior, el canal 40 de enfriamiento puede transferir una cantidad marginal de calor sobre la pared 40 interior. Sin embargo, la mayona del calor transferido desde la pared 20 exterior sobre el fluido 60 refrigerante se retiene todavfa en el fluido 60 refrigerante. Con ello, se logra el enfriamiento la pared 20 exterior segun la manera mencionada anteriormente.
El fluido 60 refrigerante puede dispensarse al interior del canal 40 de enfriamiento usando cualquiera de las tecnicas bien conocidas, por ejemplo, por medio de un suministro de fluido refrigerante (no representado) acoplado operativamente a un orificio 45 de entrada previsto en una base o un pie (no representado) del perfil 10 aerodinamico. Despues de eso, el fluido 60 refrigerante fluye a traves del canal 40 de enfriamiento, y el fluido 60 refrigerante finalmente sale a traves de un orificio 165 de salida que esta ubicado generalmente en el borde 160 de salida del perfil 10 aerodinamico. El fluido 60 refrigerante circula de ese modo en el interior del canal 40 de enfriamiento entrando en el perfil 10 aerodinamico a traves del orificio 45 de entrada y saliendo a traves del orificio 165 de salida. Con esto, la mayona del calor se transporta fuera del perfil 10 aerodinamico por medio de la circulacion del fluido 60 refrigerante en el canal 40 de enfriamiento del perfil 10 aerodinamico.
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Con referencia al perfil 10 aerodinamico a modo de ejemplo representado en la figura 1, en la mitad 110 superior del perfil 10 aerodinamico, que esta tanto por encima de la lmea 100 de curvatura como proximal al lado 130 de succion del perfil 10 aerodinamico, el fluido 60 refrigerante generalmente fluye hacia el borde 150 de ataque del perfil 10 aerodinamico. Por otro lado, en la mitad 120 inferior del perfil 10 aerodinamico, que esta tanto por debajo de la lmea 100 de curvatura como proximal al lado 140 de presion del perfil 10 aerodinamico, el fluido 60 refrigerante generalmente fluye hacia el borde 160 de salida del perfil 10 aerodinamico.
Para aumentar la eficiencia de la transferencia de calor entre la pared 20 exterior y el fluido 60 refrigerante para enfriar la pared 20 exterior, una porcion 35 de la pared 30 interior comprende una pluralidad de salientes 70, 75. Los salientes 70, 75 en la pared 30 interior son preferiblemente solidarios con la pared 30 interior. En el presente documento, cada uno de los salientes 70, 75 en la pared 30 interior se extiende desde una superficie 37 en la pared 30 interior al interior del canal 40 de enfriamiento y generalmente en un sentido hacia la pared 20 exterior. Estos salientes 70, 75 en la pared interior influyen en el recorrido del fluido 60 refrigerante que fluye en el canal 40 de enfriamiento. Cada uno de los salientes 70, 75 en la pared 30 interior esta dispuesto y perfilado de tal manera que el fluido 60 refrigerante se dirige hacia una primera zona 64 opuesta en la pared 20 exterior, con el fin de impactar el fluido 60 refrigerante sobre esa primera zona 64 en la pared 20 exterior. Con ello se logra un efecto de enfriamiento por impacto en la primera zona 64 opuesta puesto que al fluido 60 refrigerante se le proporciona una presion aumentada en la primera zona 64. Este impacto del fluido 60 refrigerante sobre la primera zona 64 en el presente documento da como resultado una transferencia de calor potenciada desde la primera zona 64 en la pared 20 exterior sobre el fluido 60 refrigerante. La porcion 35 de la pared 30 interior que comprende los salientes 70, 75 esta ubicada preferiblemente de manera proximal al borde 150 de ataque del perfil 10 aerodinamico debido al calentamiento significativo experimentado en el borde 150 de ataque del perfil 10 aerodinamico.
De manera similar, una porcion 25 de la pared 20 exterior tambien comprende una pluralidad de salientes 80, 85, en la que cada uno de los salientes 80, 85 en la pared 20 exterior se extiende desde una superficie 27 en la pared 20 exterior al interior del canal 40 de enfriamiento y generalmente en un sentido hacia la pared 30 interior. Los salientes 80, 85 en la pared 20 exterior son preferiblemente solidarios con la pared 20 exterior. Cada uno de los salientes 80, 85 en la pared 20 exterior esta dispuesto y perfilado de tal manera que al menos una parte del fluido 60 refrigerante que impacta sobre la primera zona 64 en la pared 20 exterior se dirige hacia una segunda zona 66 opuesta en la pared 30 interior, produciendo de ese modo un efecto de enfriamiento por impacto en la segunda zona 66 en la pared 30 interior, dando como resultado con ello una transferencia marginal de calor desde el fluido 60 refrigerante hasta la pared 30 interior. Sin embargo, la mayona del calor se retiene todavfa en el fluido 60 refrigerante.
En el presente documento, se prefiere que la pared 30 interior y la pared 20 exterior comprendan una pluralidad respectiva de salientes 70, 75, 80, 85, de tal manera que varias primeras zonas 64 y segundas zonas 66 correspondientes esten presentes en la pared 20 exterior y la pared 30 interior sobre las que se dirigina el fluido refrigerante para lograr el efecto de enfriamiento por impacto en las primeras zonas 64 y segundas zonas 66.
En el presente documento, con la disposicion de la pluralidad de salientes 70, 75, 80, 85 tanto en la pared 30 interior como en la pared 20 exterior, el fluido refrigerante que ha impactado se redirige repetidamente entre la pared 20 exterior y la pared 30 interior en el sentido de flujo global del fluido 60 refrigerante en el canal 40 de enfriamiento. Por ejemplo, si el primer saliente 70, 75 esta ubicado en la pared 30 interior tal como se observa en el sentido de flujo global, el fluido 60 refrigerante se dirige para que impacte sobre la primera zona 64 en la pared 20 exterior. Despues de eso, el fluido 60 refrigerante se redirige hacia la segunda zona 66 opuesta en la pared 30 interior para un impacto adicional del fluido 60 refrigerante sobre la pared 30 interior. Despues de eso, el fluido 60 refrigerante se redirigira de nuevo hacia la primera zona 64 de la pared exterior, y asf sucesivamente. De manera especial, esta serie de impactos del fluido 60 refrigerante sobre la pared 20 exterior del perfil 10 aerodinamico da como resultado que se potencie la eficiencia de enfriamiento del perfil 10 aerodinamico. Ademas, esta porcion 25 de la pared 20 exterior que comprende los salientes 70, 75 se ubica de nuevo preferiblemente de manera proximal al borde 150 de ataque del perfil 10 aerodinamico.
En la mitad 110 superior del perfil 10 aerodinamico, el sentido global de flujo del fluido 60 refrigerante en el canal 40 de enfriamiento del perfil 10 aerodinamico a modo de ejemplo representado en el presente documento es en un sentido preferiblemente desde el borde de salida hacia el borde 150 de ataque. Sin embargo, el sentido local del flujo del fluido 60 refrigerante esta determinado por el perfil de cada uno de los salientes 70, 75, 80, 85 por encima de los que fluye el fluido 60 refrigerante.
Una seccion 65 a modo de ejemplo del perfil 10 aerodinamico que representa las porciones 25, 35 mencionadas anteriormente en el presente documento de la pared 20 exterior y la pared 30 interior y el canal 40 de enfriamiento, que esta presente entre las porciones 25, 35 y las paredes 20, 30, se explica con referencia a la figura 2. La serie de impactos del fluido 60 refrigerante sobre la pared 20 exterior de la seccion 65 tiene lugar debido a el flujo de fluido 60 refrigerante por encima de los salientes 70, 75 en la pared 30 interior de la seccion 65. De manera similar, la serie de impactos del fluido 60 refrigerante sobre la pared 30 interior de la seccion 65 tiene lugar debido al flujo de fluido 60 refrigerante por encima de los salientes 80, 85 en la pared 20 exterior de la seccion 65. La geometna de los salientes 70, 75, el flujo del fluido 60 refrigerante, y la manera en que los salientes 70, 75 dirigen el fluido 60 refrigerante para provocar impactos del fluido 60 refrigerante sobre las primeras zonas 64 y las segundas zonas 66 de la pared 20
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exterior y la pared 30 interior respectivas para enfriar la pared 20 exterior se explicaran en los siguientes parrafos.
La figura 2 representa una vista en seccion transversal ampliada de la seccion 65 a modo de ejemplo mencionada anteriormente que comprende la porcion 25 de la pared 20 exterior y la porcion 35 de la pared 30 interior del perfil 10 aerodinamico.
La seccion 65 a modo de ejemplo representada en el presente documento esta ubicada en la mitad 110 superior del perfil 10 aerodinamico y es ademas proximal al borde 150 de ataque del perfil 10 aerodinamico cuando se compara con el borde 160 de salida del perfil 10 aerodinamico. El sentido global del flujo del fluido 60 refrigerante en el canal 40 de enfriamiento comprendido en la seccion 65 representada es en el sentido desde el borde 160 de salida hacia el borde 150 de ataque.
Con el fin de explicar la seccion 65 a modo de ejemplo, se consideran dos salientes 80, 85 a modo de ejemplo en la porcion 25 de la pared 20 exterior y dos salientes 70, 75 a modo de ejemplo en la porcion 35 de la pared 30 interior del perfil 10 aerodinamico. Cuando se observa a lo largo del sentido global del flujo del fluido 60 refrigerante en la seccion 65, cada uno de los salientes 70, 75, 80, 85 mencionados anteriormente comprende lo siguiente:
1. una porcion 170 ascendente,
2. un pico 175, y
3. una porcion 180 descendente.
Cuando se observa a lo largo del sentido global del flujo del fluido 60 refrigerante, las porciones 170 ascendentes de los salientes 70, 75 respectivos en la pared 30 interior se extienden desde la superficie 37 en la pared 30 interior y ascienden en el sentido hacia la pared 20 exterior, mientras que la porcion 170 ascendente del saliente 80, 85 en la pared 20 exterior se extiende desde la superficie 27 en la pared 20 exterior y asciende en el sentido hacia la pared 30 interior. La porcion 170 ascendente es preferiblemente tanto continua como lisa, y cada una de las porciones 170 ascendentes de cada uno de los salientes 70, 75, 80, 85 terminan en el pico 175 respectivo de los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos. El fluido 60 refrigerante que fluye por encima de la porcion 170 ascendente de cada uno de los salientes 80, 85 se dirige hacia la porcion 170 ascendente del saliente 70, 75 opuesto en la pared 30 opuesta. Posteriormente, esto da como resultado el impacto del fluido 60 refrigerante sobre la segunda zona 64 opuesta de la pared 20 opuesta, conduciendo de ese modo a una transferencia de calor potenciada entre el fluido 60 refrigerante y la pared 20 opuesta.
Adicionalmente, el flujo del fluido 60 refrigerante por encima de la porcion 170 ascendente del saliente 70, 75 da como resultado la aceleracion del fluido 60 refrigerante. Con ello, se aumenta la velocidad del fluido 60 refrigerante. Se logra una mayor incidencia sobre el impacto del fluido 60 refrigerante sobre la porcion 170 ascendente del saliente 80, 85 sobre la pared 20 opuesta, que potencia la transferencia de calor desde la pared 20 hasta el fluido 60 refrigerante.
Cuando se observa a lo largo del sentido global del flujo del fluido 60 refrigerante, la porcion 180 descendente del saliente 70, 75 en la pared 30 interior desciende desde el pico 175 respectivo y en el sentido hacia la pared 30 interior de la misma, mientras que la porcion 180 descendente del saliente 80, 85 en la pared 20 exterior desciende desde el pico 175 respectivo y en el sentido hacia la pared 20 exterior de la misma. En el presente documento, los valores absolutos de los gradientes respectivos de las porciones 180 descendientes de cada uno de los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos son preferiblemente mayores que los valores absolutos de los gradientes de las porciones 170 ascendentes de cada uno de los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos, es decir la porcion 170 ascendente asciende gradualmente y la porcion 180 descendente desciende abruptamente.
El perfil de la porcion 170 ascendente puede ser lineal, logantmico, exponencial, cuadratico, y similares. De manera similar, el perfil de la porcion 180 descendente puede ser lineal, logantmico, exponencial, cuadratico, y similares. Sin embargo, los perfiles de todos los salientes 70, 75, 80, 85 son esencialmente iguales.
El pico 175 de cada uno de los salientes 70, 75, 80, 85 se encuentra entre la porcion 170 ascendente respectiva y la porcion 180 descendente respectiva del saliente 70, 75, 80, 85. El gradiente del saliente 70, 75, 80, 85 es cero en su pico 175. El sentido de flujo local del fluido 60 refrigerante cambia constantemente a medida que fluye el fluido refrigerante a lo largo de las porciones 170 ascendentes de los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos. El flujo local en el pico 175 de los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos es en el sentido hacia la zona 64, 66 opuesta respectiva de la pared 20, 30 opuesta, sobre la que impacta el fluido 60 refrigerante.
El flujo del fluido 60 refrigerante por encima de los salientes 70, 75, 80, 85 tambien puede crear vortices del flujo de fluido 60 refrigerante dependiendo de los perfiles de los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos. En el presente documento el flujo habitualmente laminar del fluido 60 refrigerante se convierte en un flujo turbulento, analogo a un efecto de generador de turbulencia, dando como resultado de ese modo una mejor transferencia de calor entre el fluido 60 refrigerante y la pared 30 interior y pared 20 exterior del perfil 10 aerodinamico.
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El sentido global del flujo del fluido 60 refrigerante se representa en el presente documento mediante una tangente “X” 190, que es tangencial a la porcion 25 de la pared 20 exterior que esta comprendida en la seccion 65. Los picos 175 de los salientes 70, 75, 80, 85 representados en la seccion 65 se proyectan sobre la tangente “X” 190 trazando perpendiculares desde los picos 175 sobre la tangente “X” 190, dando como resultado de ese modo las posiciones Xi, X2, X3 y X4 de los picos 175 sobre la tangente “X”. En ese caso, X1 y X3 son las posiciones de los picos 175 de los salientes 80, 85 a modo de ejemplo respectivos en la pared 20 exterior, y en el que X2 y X4 son las posiciones de los picos 175 de los salientes 70, 75 a modo de ejemplo respectivos en la pared 30 interior.
Los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos en cualquiera de las paredes 20, 30 son preferible y sustancialmente equidistantes unos de otros, es decir las distancias entre los picos 175 vecinos de los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos son sustancialmente iguales cuando se observan a lo largo del sentido global de flujo del fluido 60 refrigerante. Por ejemplo, la distancia entre los picos 175 X1 y X3 de los salientes 80, 85 sera identica a la distancia entre dos picos 175 vecinos cualesquiera de los salientes 80, 85 respectivos en la pared 20 exterior del perfil 10 aerodinamico. En el presente documento, puede indicarse que la distancia entre los salientes 70, 75 en la pared 30 interior puede diferir ligeramente cuando se compara con la distancia entre los salientes 80, 85 en la pared 20 exterior. Esto puede atribuirse a las curvaturas y radios ligeramente diferentes de la pared 30 interior y la pared 20 exterior. Ademas, la distancias entre los salientes 70, 75 en la pared 30 interior pueden variar ligeramente debido a la variacion en la curvatura de la pared 30 interior, y el mismo motivo tambien es valido para la pared 20 exterior. Sin embargo, las distancias entre los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos de las paredes 20, 30 respectivas son sustancialmente iguales cuando se consideran en seccion.
Ademas, los salientes 70, 75 en una pared 30 y los salientes 80, 85 en la pared 20 opuesta estan desviados, es decir no son directamente opuestos entre sf, cuando se observan a lo largo del sentido global de flujo del fluido 60 refrigerante. Es decir, un pico 175 de un saliente 80, 85 en la pared 20 exterior y un pico 175 de un saliente 70, 75 en la pared 30 interior preferiblemente no son directamente opuestos entre sf Por ejemplo, X1 y X2 no son directamente opuestos entre sf y lo mismo se aplica X3 y X4. Adicionalmente, el pico X2 esta ubicado entre picos X1 y X3 cuando se observa a lo largo de la tangente “X” 190, preferiblemente a medio camino entre los picos X1 y X3. De manera similar, el pico X3 esta ubicado entre picos X2 y X4 cuando se observa a lo largo de la tangente “X” 190, preferiblemente a medio camino entre los picos X2 y X4.
Las ubicaciones de los salientes 80, 85 en la pared 20 exterior con relacion a las ubicaciones de los salientes 70, 75 en la pared 30 interior son tales que las zonas 64, 66 primeras y segundas sobre las que impacta el fluido 60 refrigerante estan ubicadas cada una entre los picos 175 de los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos de las paredes 30, 20 exterior e interior respectivas. Es decir, las primeras zonas 64 en la pared 20 exterior estan ubicadas entre los picos 170 X1 y X3 de los salientes 80, 85 de la pared 20 exterior, mientras que las segundas zonas 66 en la pared 30 interior estan ubicadas entre los picos 170 X2 y X4 de los salientes 70, 75 de la pared 30 interior.
En el presente documento, las ubicaciones individuales de los salientes 70, 75, 80, 85 pretenden ser las posiciones individuales de los salientes 70, 75, 80, 85 en el sentido global del flujo del fluido 60 refrigerante.
Preferiblemente, las zonas 64, 66 primeras y segundas sobre las que impacta el fluido 60 refrigerantes son los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos de las paredes 20, 30 opuestas. Especialmente, la primera zona 64 y la segunda zona 66 son las porciones 170 ascendentes de los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos. El fluido 60 refrigerante asciende a lo largo de la porcion 170 ascendente de un saliente 70 y el sentido del flujo de fluido refrigerante cambia en el pico 175 del saliente 70, 75, 80, 85. Despues de eso, el fluido 60 refrigerante se dirige hacia la porcion 170 ascendente del saliente 80 opuesto en la pared 30 opuesta, sobre la que impacta conduciendo de ese modo a una transferencia de calor desde la pared 20 opuesta hasta el fluido 60 refrigerante. Con ello, las primeras zonas 64 y las segundas zonas 66 mencionadas anteriormente pueden ser las porciones ascendentes respectivas de los salientes 70, 75, 80, 85 respectivos. En el presente documento, el impacto del fluido 60 refrigerante sobre la pared exterior 30 conduce a la transferencia de calor desde la pared 20 exterior hasta el fluido 60 refrigerante, mientras que el impacto del fluido 60 refrigerante y la pared 30 interior conduce a la transferencia de calor desde el fluido 60 refrigerante hasta la pared 30 interior. El grueso de la transferencia de calor se produce siempre en la porcion 170 ascendente del saliente 70, 75, 80, 85 tras el impacto del fluido 60 refrigerante sobre el saliente 70, 75, 80, 85.
En el presente documento, los salientes 70, 75, 80, 85 pueden proporcionarse en la pared 20 exterior y la pared 30 interior por medio de colada de precision, sinterizacion por laser, mecanizado por descarga electrica, etcetera.
La figura 3 representa un diagrama de flujo de un metodo para la construccion del perfil 10 aerodinamico.
En una etapa 200, la pared 30 interior y la pared 20 exterior del perfil 10 aerodinamico se disponen opuestas entre sf La disposicion de las paredes 20, 30 es tal que el canal 40 de enfriamiento mencionado anteriormente se forma entre la pared 30 interior y la pared 20 exterior, en el que el canal 40 de enfriamiento separa la pared 30 interior y la pared 20 exterior. En una etapa 210, la pared 30 interior se dota de salientes 70, 75. Los salientes 70, 75 en la pared 30 interior se extienden desde la superficie 37 y tambien al interior del canal 40 de enfriamiento y en el sentido hacia la pared 20 exterior. Adicionalmente, la pared 20 exterior tambien se dota de los salientes 80, 85. Los salientes 80,
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85 en la pared 20 exterior tambien se extienden tanto desde la superficie 27 como tambien al interior del canal 40 de enfriamiento y en el sentido hacia la pared 30 interior. La disposicion de la pared 30 interior y la pared 20 exterior es tal que los picos 175 de los salientes 70, 75 de la pared 30 interior y los picos 175 de los salientes 80, 85 de la pared 20 exterior estan desviados unos con respecto a otros en el sentido de flujo del fluido 60 refrigerante.
En el presente documento, los salientes 70, 75 en una determinada pared 30 pueden estar previstos en determinadas ubicaciones predefinidas dependiendo de las zonas 64 en la pared 20 opuesta sobre las que va a impactarse de manera precisa el fluido 60 refrigerante, con el fin de enfriar las zonas 64 en la pared opuesta. Estas zonas 64 pueden ser puntos calientes en la pared 20 exterior, que experimentan un intenso calentamiento con la exposicion del perfil 10 aerodinamico a los gases 50 calientes. Estos puntos calientes se producen principalmente en el borde 150 de ataque del perfil 10 aerodinamico. Con esto, el flujo del fluido 60 refrigerante por encima de los salientes 70, 75, 80, 85 en la pared 30 interior se dirige de manera precisa para provocar impactos del fluido refrigerante sobre los puntos calientes.
Despues de eso, el fluido 60 refrigerante puede dispensarse en el canal 40 de enfriamiento. El recorrido del fluido 60 refrigerante en el canal 40 de enfriamiento se ve influido en el presente documento por los perfiles de los salientes 70, 75 en la pared 30 interior y los salientes 80, 85 en la pared 20 exterior.
El fluido 60 refrigerante que fluye por encima del cualquiera de los salientes 70, 75 en la pared 30 interior se dirige hacia la pared 20 exterior, conduciendo de ese modo a un impacto del fluido 60 refrigerante sobre la zona 64 de la pared 20 exterior. El impacto del fluido 60 refrigerante sobre la pared 20 exterior conduce a una transferencia de calor desde la pared 20 exterior hasta el fluido 60 refrigerante. Con ello, se logra el enfriamiento de la pared 20 exterior. De manera similar, el fluido 60 refrigerante que fluye por encima de cualquiera de los salientes 80, 85 en la pared 20 exterior se dirige hacia la pared 30 interior, conduciendo de ese modo a un impacto del fluido 60 refrigerante sobre la zona 66 de la pared 30 interior. El impacto del fluido 60 refrigerante sobre la pared 30 interior conduce a una transferencia de calor desde el fluido 60 refrigerante hasta la pared 30 interior. Con ello, el fluido 60 refrigerante se enfna con el fin de redirigirse de nuevo sobre la pared 20 exterior para un enfriamiento adicional de la pared 20 exterior.
Aunque se ha descrito la invencion en el presente documento con referencia a realizaciones espedficas, esta descripcion no pretende interpretarse en sentido limitativo. Diversos ejemplos de las realizaciones dadas a conocer, asf como realizaciones alternativas de la invencion, resultaran evidentes para los expertos en la tecnica con la referencia a la descripcion de la invencion.

Claims (5)

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3.
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4.
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7.
REIVINDICACIONES
Perfil (10) aerodinamico para una turbomaquina, que comprende:
- una pared (20) exterior y una pared (30) interior, y
- un canal (40) de enfriamiento ubicado entre la pared (20) exterior y la pared (30) interior para guiar un fluido (60) refrigerante durante el funcionamiento del perfil (10) aerodinamico,
en el que la pared (30) interior comprende un saliente (70) que se extiende desde una superficie (37) de la pared (30) interior al interior del canal (40) de enfriamiento,
en el que el saliente (70) en la pared (30) interior esta dispuesto y perfilado de tal manera que el saliente (70) en la pared (30) interior dirige al menos una parte del fluido (60) refrigerante, cuando el fluido (60) refrigerante esta fluyendo a traves del canal (40) de enfriamiento y por encima del saliente (70) en la pared (30) interior, para que impacte el fluido (60) refrigerante sobre una primera zona (64) de la pared (20) exterior,
caracterizado porque
- la pared (20) exterior comprende ademas un saliente (80), en la que el saliente (80) en la pared (20) exterior se extiende desde una superficie (27) de la pared (20) exterior al interior del canal (40) de enfriamiento, y
en el que el saliente (80) en la pared (20) exterior esta dispuesto y perfilado de tal manera que el saliente (80) en la pared (20) exterior dirige al menos una parte del fluido (60) refrigerante, cuando el fluido (60) refrigerante esta fluyendo a traves del canal (40) de enfriamiento y por encima del saliente (80) en la pared (20) exterior, para que impacte sobre una segunda zona (66) de la pared (30) interior.
Perfil (10) aerodinamico segun la reivindicacion 1, en el que el saliente (70) en la pared (30) interior se extiende tanto en un sentido de flujo del fluido (60) refrigerante como en un sentido hacia la pared (20) exterior.
Perfil (10) aerodinamico segun la reivindicacion 1 o 2, en el que en el sentido global de flujo del fluido (60) refrigerante, el saliente (70) en la pared (30) interior comprende:
- una porcion (170) ascendente que asciende en un sentido hacia la pared (20) exterior,
- una porcion (180) descendente que desciende en un sentido hacia la pared (30) interior, y
- un pico (175) ubicado entre la porcion (170) ascendente y la porcion (180) descendente,
en el que el valor absoluto de un gradiente de la porcion (180) descendente es mayor que el valor absoluto de un gradiente de la porcion (170) ascendente.
Perfil (10) aerodinamico segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el saliente (70) en la pared (30) interior esta ubicado de manera proximal a un borde (150) de ataque del perfil (10) aerodinamico en comparacion con un borde (160) de salida del perfil (10) aerodinamico.
Perfil (10) aerodinamico segun la reivindicacion 1, en el que el saliente (80) en la pared (20) exterior se extiende tanto en el sentido de flujo del fluido (60) refrigerante como en un sentido hacia la pared (30) interior.
Perfil (10) aerodinamico segun la reivindicacion 1 o 5, en el que en el sentido global de flujo del fluido (60) refrigerante, el saliente (80) en la pared (20) exterior comprende:
- una porcion (170) ascendente que asciende en un sentido hacia la pared (30) interior,
- una porcion (180) descendente que desciende en un sentido hacia la pared (20) exterior, y
- un pico (175) ubicado entre la porcion (170) ascendente y la porcion (180) descendente,
en el que para el saliente (80) en la pared (20) exterior, el valor absoluto de un gradiente de la porcion (180) descendente es mayor que el valor absoluto de un gradiente de la porcion (170) ascendente.
Perfil (10) aerodinamico segun la reivindicacion 6, en el que el saliente (80) en la pared (20) exterior y el
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saliente (70) en la pared (30) interior estan ubicados en el sentido global de flujo del fluido (60) refrigerante de tal manera que la parte de fluido (60) refrigerante que se dirige hacia la primera zona (64) de la pared (20) exterior por el saliente (70) en la pared interior (80) impacta sobre la porcion (170) ascendente del saliente (80) en la pared (20) exterior.
Perfil (10) aerodinamico segun la reivindicacion 6 o 7, en el que en el sentido global de flujo del fluido (60) refrigerante, el pico (175) del saliente (80) en la pared (30) interior y el pico (170) del saliente (70) en la pared (20) exterior estan desviados uno con respecto a otro.
Perfil (10) aerodinamico segun la reivindicacion 8, en el que el saliente (80) en la pared (20) exterior esta ubicado de manera proximal al borde (150) de ataque del perfil (10) aerodinamico.
Metodo para la construccion de un perfil (10) aerodinamico para una turbomaquina, en el que el perfil (10) aerodinamico comprende:
- una pared (20) exterior y una pared (30) interior, y
- un canal (40) de enfriamiento ubicado entre la pared (20) exterior y la pared (30) interior de tal manera que el canal (40) de enfriamiento separa la pared (20) exterior y la pared (30) interior para guiar un fluido refrigerante durante el funcionamiento del perfil aerodinamico, en el que la pared (30) interior comprende un saliente (70) para dirigir al menos una parte del fluido (60) refrigerante, cuando el fluido (60) refrigerante esta fluyendo a traves del canal (40) de enfriamiento, para que impacte el fluido (60) refrigerante sobre una primera zona (64) de la pared (20) exterior,
en el que el saliente (70) en la pared (30) interior se extiende desde una superficie (37) de la pared (30) interior al interior del canal (40) de enfriamiento,
en el que la pared (20) exterior comprende ademas un saliente (80), y
en el que el saliente (80) en la pared (20) exterior se extiende desde una superficie (27) de la pared (20) exterior al interior del canal (40) de enfriamiento, comprendiendo el metodo:
- una etapa (200) de disponer la pared (20) exterior y la pared (30) interior de tal manera que el canal de enfriamiento separa la pared (20) exterior y la pared (30) interior,
caracterizado porque
- una etapa (210) de proporcionar el saliente (70) en la pared (30) interior de tal manera que el saliente (70) en la pared (30) interior se extiende desde la superficie (37) de la pared (30) interior al interior del canal (40) de enfriamiento, y proporcionar el saliente (80) en la pared (20) exterior de tal manera que el saliente (80) en la pared (20) exterior se extiende desde la superficie (27) de la pared (20) exterior al interior del canal (40) de enfriamiento para dirigir al menos una parte del fluido (60) refrigerante, cuando el fluido (60) refrigerante esta fluyendo a traves del canal (40) de enfriamiento y por encima del saliente (80) en la pared (20) exterior, para que impacte sobre una segunda zona (66) de la pared (30) interior.
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