ES2620514T3 - Sector de carcasa de una etapa de compresor de turbomáquina o de turbina de turbomáquina - Google Patents

Sector de carcasa de una etapa de compresor de turbomáquina o de turbina de turbomáquina Download PDF

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Abstract

1. Sector de carcasa de una etapa de compresor de turbomáquina o de turbina de turbomáquina, que presenta una cubierta radialmente exterior (10), en particular cerrada y circular, con nervios (120) que se extienden radialmente hacia dentro, de modo que los nervios (120) están inclinados respecto al radio y encierran al menos un espacio hueco, que está inclinado de forma análoga a los nervios (120) y se extiende en la dirección longitudinal de la turbomáquina, caracterizado por que al menos uno de los espacios huecos definidos por los nervios comunica con una entrada de refrigerante y una salida de refrigerante que están previstas, respectivamente, en una cápsula de carcasa, que está conectada axialmente delante o detrás del sector de carcasa de la etapa de compresor de turbomáquina o de turbina de turbomáquina.

Description

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DESCRIPCION
Sector de carcasa de una etapa de compresor de turbomaquina o de turbina de turbomaquina
La invencion se refiere a un sector de carcasa de una etapa de compresor de turbomaquina o de turbina de turbomaquina segun el preambulo de la reivindicacion 1, asf como a una turbomaquina, en particular una turbina de gas, con tal sector de carcasa.
En una etapa de compresor de turbomaquina o de turbina de turbomaquina, un sector de carcasa encierra una camara de flujo en la que estan dispuestos alabes moviles giratorios. Durante el funcionamiento de la turbomaquina existe el peligro de que se rompan alabes moviles o una parte de estos y choque con alta energfa cinetica sobre el sector de carcasa. Por razones de seguridad es necesario minimizar una deformacion del sector de carcasa. Para ello puede ser aumentado el espesor de pared del sector de carcasa, pero esto tiene el inconveniente de que se incrementa el peso del sector de carcasa. La solicitud de patente EP 2 363 576 da a conocer un sector de carcasa de una etapa de turbina de turbomaquina segun el estado de la tecnica.
El objeto de la invencion consiste en proporcionar una etapa de compresor de turbomaquina o una etapa de turbina de turbomaquina que presente una seguridad suficiente con bajo peso.
El objeto se consigue por el contenido de la reivindicacion 1. Realizaciones ventajosas de la invencion son el contenido de las reivindicaciones dependientes.
Segun la invencion, una etapa de compresor de turbomaquina o de turbina de turbomaquina presenta al menos un sector de carcasa con una cubierta radialmente exterior. La cubierta radialmente exterior presenta varios nervios que se extienden radialmente hacia el interior, de modo que los nervios estan inclinados con respecto al radio. En una realizacion, la cubierta radialmente exterior esta configurada, en particular en seccion transversal, cerrada y circular. En un perfeccionamiento, la cubierta radialmente exterior puede estar dividida longitudinalmente y estar compuesta por dos o mas piezas fijas o separables. En una realizacion los nervios estan unidos con union positiva de material a la cubierta radialmente exterior, en particular realizados integralmente con esta, en particular conformados.
Una ventaja de los nervios que se extienden radialmente hacia el interior puede consistir en que el peso del sector de carcasa no se eleva significativamente, pero al mismo tiempo se asegura que un choque de alabes moviles o partes de estos no conduzca a una deformacion excesiva de la cubierta radialmente exterior y por tanto del sector de carcasa. Adicional o alternativamente, una ventaja del sector de carcasa puede consistir en que este puede ser fabricado por un procedimiento de fabricacion aditivo, en el que para la fabricacion del sector de carcasa pueden ser utilizados diferentes materiales. Adicional o alternativamente, una ventaja de tales nervios puede consistir en que la rigidez del sector de carcasa se ve influenciada positivamente para la transferencia de cargas maximas.
En el sentido de la invencion se entiende como sector de carcasa de una etapa de compresor de turbomaquina o de turbina de turbomaquina, en particular un sector de carcasa que encierra una o varias etapas de alabes moviles de una turbomaquina dispuestas una tras otra en la direccion de flujo. Delante de la etapa de compresor de turbomaquina y/o la etapa de turbina de turbomaquina puede estar conectada al menos una etapa de alabes moviles y/o detras al menos una etapa de alabes directores.
Como etapa de compresor de turbomaquina se entiende en una realizacion aquel sector de la turbomaquina que comprime exclusivamente un flujo de masa de aire determinado para una camara de combustion de la turbomaquina. Por el contrario, un ventilador conectado antes de la etapa de compresor de turbomaquina puede impulsar el flujo de masa de aire y un flujo de derivacion. Alternativa o adicionalmente, en una etapa de compresor de turbo-maquina, una relacion de los diametros de los alabes moviles respecto de los de los alabes directores puede ser mayor o igual a 0,5, en particular 0,75, preferiblemente 0,85.
En el sentido de la invencion se entiende como radio una direccion de un eje longitudinal del sector de carcasa con respecto a la cubierta radialmente exterior, siendo la direccion perpendicular al eje longitudinal.
Por la inclinacion de los nervios con respecto al radio en contraste con nervios puramente radiales puede conseguirse una caractenstica de deformacion ventajosa de los nervios o del sector de carcasa. Adicional o alternativamente, los nervios inclinados con respecto al radio, como se describe a continuacion, pueden servir para la definicion de pasajes de refrigeracion.
En una realizacion preferida, los nervios pueden estar inclinados axialmente. Esto significa que los nervios se pueden extender a lo largo del eje longitudinal del sector de carcasa y perpendicularmente a este. Adicional o alternativamente, los nervios pueden extenderse en la direccion periferica del sector de carcasa. En una realizacion, los nervios estan unidos a una cubierta interior. Radialmente hacia dentro de la cubierta interior puede estar dispuesta una cubierta de canal de flujo, que limita una camara de flujo de la etapa. Del mismo modo, la propia cubierta interior puede limitar la camara de flujo de la etapa, y por tanto actuar como cubierta de canal de flujo. Adicional o alternativamente, los nervios pueden estar unidos entre sf. Los nervios pueden estar realizados con forma circular o poligonal en una seccion transversal al eje longitudinal del nervio. Segun la invencion los nervios
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encierran, respectivamente, un espacio hueco que puede estar inclinado axialmente de forma analoga a los nervios y extenderse en la direccion longitudinal.
En una realizacion, uno o varios espacios huecos encerrados por nervios comunican con una entrada de aire de refrigeracion y una salida de aire de refrigeracion. La entrada de refrigerante y la salida de refrigerante pueden estar previstas, respectivamente, en una capsula de carcasa, que puede estar conectada axialmente antes o despues del sector de carcasa de la etapa de compresor de turbomaquina o de turbina de turbomaquina.
La capsula de carcasa puede encerrar al menos una etapa de alabes directores. Un espacio hueco definido por nervios comunica en una realizacion unicamente con la entrada de refrigerante y/o la salida de refrigerante. En una realizacion, el espacio hueco no comunica con una camara de flujo, en la que, entre otras cosas, estan dispuestos los alabes moviles y/o los alabes directores y que esta encerrada por el sector de carcasa y las capsulas de carcasa.
A traves de los espacios huecos es posible preferiblemente disminuir o reducir una entrada de calor en el sector de carcasa y por tanto disminuir la temperatura del sector de carcasa. De esta forma es posible en una realizacion utilizar para la fabricacion del sector de carcasa otros materiales que puedan conducir a una reduccion del peso del sector de carcasa. Ademas, el espacio hueco puede ser utilizado para la transferencia de refrigerante, en particular aire de refrigeracion, entre las capsulas de carcasa conectadas antes y despues, lo que igualmente puede tener un efecto positivo sobre la entrada de calor en el sector de carcasa. Los nervios, en particular unidos entre sf, pueden formar en la seccion transversal, especialmente en una seccion transversal perpendicular al eje longitudinal del nervio, una estructura de rejilla o panal. De esta forma se puede reducir la entrada de calor mencionada antes de una forma especialmente facil y/o mejorar la transferencia de refrigerante entre las capsulas de carcasa.
Otra ventaja de tal espacio hueco definido por los nervios puede consistir en que puede conseguirse un transporte de refrigerante casi libre de perdidas por fugas entre las capsulas de carcasa conectadas delante y detras del sector de carcasa. Adicional o alternativamente se puede conseguir un numero de componentes reducido y por tanto una reduccion de posibles lugares de desgaste.
De acuerdo con un aspecto de la invencion, los nervios pueden estar preplegados. Los nervios pueden estar preplegados, de tal manera que, en caso de un esfuerzo de carga, como por ejemplo debido a un choque de un alabe movil o de una parte del mismo que se ha roto, se pliegan en correspondencia a una caractenstica de plegado predeterminada. Por una realizacion de este tipo de los nervios puede asegurarse que el peso del sector de carcasa es bajo y que este no se deforma en caso de choque de alabes moviles o piezas del mismo contra este. Por el proceso de plegado los nervios amortiguan el choque e impiden por tanto danos en el sector de carcasa.
Los nervios individuales pueden estar separados uno de otro por un espacio hueco y/o no unidos entre sf. Del mismo modo, los nervios individuales pueden estar unidos a una cubierta interior, en particular con un extremo alejado de la cubierta radialmente exterior.
En una realizacion, los nervios pueden estar preplegados varias veces, en particular en zigzag, con forma convexa y/o concava. De este modo se puede conseguir una caractenstica de plegado ventajosa del sector de carcasa en caso de choque de alabes moviles o piezas de estos contra el sector de carcasa. Los nervios preplegados pueden, en particular, presentar al menos dos sectores que preferentemente enlazan entre sf en un canto y estan inclinados axialmente en sentido contrario y/o en la direccion periferica con respecto al radio.
En un espacio hueco entre nervios puede estar dispuesto un reforzamiento. El reforzamiento puede presentar en seccion transversal una estructura de rejilla o de panal. En caso de choque de alabes moviles o piezas de estos contra el sector de carcasa, el reforzamiento puede mejorar la rigidez del sector de carcasa y oponerse a una deformacion del sector de carcasa.
El sector de carcasa descrito anteriormente puede ser un componente de una turbomaquina, en particular de una turbina de gas. Es claro que la turbomaquina puede tambien presentar varios sectores de carcasa como el descrito anteriormente.
Otras caractensticas y ventajas resultan de las reivindicaciones subordinadas y del ejemplo de realizacion. Asf, muestran:
Fig. 1: un corte longitudinal de un sector de carcasa de acuerdo con una realizacion de la presente invencion,
Fig. 2: un corte longitudinal de un sector de carcasa de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion,
Fig. 3: un corte longitudinal de un sector de carcasa de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion con
cubierta interior y medios de entrada separados, y
Fig. 4: un corte longitudinal de un sector de carcasa de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, sin cubierta interior y con medios de entrada integrados.
En lo que sigue los componentes de construccion identica de las respectivas realizaciones estan dotados de los mismos sfmbolos de referencia y son designados de igual manera.
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El sector de carcasa 1 segun una primera realizacion mostrado en la figura 1 presenta una cubierta radialmente exterior 10 y una cubierta interior 11. La cubierta radialmente exterior 10 esta separada de la cubierta interior 11 por un espacio hueco 13. Desde la cubierta radialmente exterior 10 se extienden radialmente hacia dentro en el espacio hueco 13 una pluralidad de nervios 12. Los nervios 12 estan unidos por un extremo a la cubierta radialmente exterior 10 y por el otro extremo a la cubierta interior 11. Radialmente hacia dentro de la cubierta interior 11 esta dispuesta una cubierta de canal de flujo 16, que define una camara de flujo 2. En la camara de flujo 2 estan dispuestos alabes moviles 4.
Ademas, el sector de carcasa 1 tiene varias grnas 14 dispuestas desplazadas entre sf en la direccion axial para alabes directores ajustables (no representados en la Fig. 1). Las grnas 14 estan realizadas, respectivamente, integrales con la cubierta radialmente exterior 10 y la cubierta interior 11 y unidas con union positiva de forma, material y/o rozamiento a la cubierta de canal de flujo 16.
Los nervios 12 estan preplegados varias veces y por tanto inclinados con respecto al radio, de modo que en caso de un esfuerzo de carga sobre el sector de carcasa 1, los nervios 12 se pliegan segun una caractenstica de plegado predeterminada. En particular, se realiza un plegado de los nervios 12 en la direccion radial. Los nervios 12 estan dispuestos adyacentes entre sf en la direccion axial dentro del espacio hueco 13 y preplegados varias veces en forma de zigzag.
En la figura 2 se muestra un corte longitudinal de un sector de carcasa 100 segun otra realizacion de la presente invencion. El sector de carcasa 100 presenta una cubierta radialmente exterior 10 desde la que se extiende radialmente hacia dentro una pluralidad de nervios 120, estando los nervios 120 unidos entre sf. Los nervios 120 estan inclinados axialmente, extendiendose los nervios 120 en el caso representado oblicuamente a un eje longitudinal no representado del sector de carcasa 100 (horizontal en la Fig. 2).
Los nervios 120 unidos entre sf forman en una seccion transversal perpendicular al eje longitudinal del nervio una estructura de rejilla o panal.
El sector de carcasa 100 representado en la figura 3 presenta con respecto al sector de carcasa 100 representado en la Fig. 2 tambien una cubierta interior 11. Los nervios 120 estan unidos a la cubierta radialmente exterior 10. Los nervios 120 representados en la figura 3, de forma analoga a los nervios 120 representados en la figura 2, encierran espacios huecos, a traves de los cuales es dirigido el aire de refrigeracion desde una entrada de aire de refrigeracion (a la izquierda en la Fig. 3) a una salida de aire de refrigeracion (a la derecha en la Fig. 3), como esta indicado por flechas de flujo en la Fig. 3.
En el lado de la cubierta interior 11 mas alejado de los nervios 120 estan previstos medios de entrada 3 que se extienden radialmente hacia dentro. Los medios de entrada 3 puede entrar en contacto con un alabe movil 4 y sirven, en particular, para reducir el flujo de fuga no deseado entre el alabe movil 4 y la cubierta interior 11 del sector de carcasa 100.
El sector de carcasa 100, por su lado aguas arriba (a la izquierda en la Fig. 3) en el sector de conexion 14 esta unido a una capsula de carcasa 200 mediante una union roscada. Ademas, el sector de carcasa 100 en su lado aguas abajo (a la derecha en la Fig. 3) esta unido a otra capsula de carcasa 201 mediante otro sector de conexion 15. Las dos capsulas de carcasa 200, 201 pueden encerrar, respectivamente, una etapa de alabes moviles no representada. En cuanto a la conexion de la otra capsula de carcasa 201 con el sector de carcasa 100 puede tratarse de una conexion con union positiva de forma.
El sector de carcasa 100' representado en la figura 4 se diferencia del sector de carcasa 100 representado en la figura 3 en que en este no esta prevista una cubierta interior 11. Los medios de entrada 3' estan realizados integrales con los nervios 120'. Asf se asegura que los medios de entrada estan posicionados, de tal manera que pueden entrar en contacto con los alabes moviles 4'.
Los nervios 120, 120' representados en las figuras 2 a 4 estan realizados y alineados, de tal manera que al menos una parte de los espacios huecos encerrados, respectivamente, por los nervios comunica con una abertura de entrada de aire de refrigeracion y/o una abertura de salida de aire de refrigeracion. La abertura de entrada de aire de refrigeracion esta prevista en el sector de conexion 14 y la abertura de salida de aire de refrigeracion esta prevista en el otro sector de conexion 15. La abertura de entrada de aire de refrigeracion y la abertura de salida de aire de refrigeracion comunican con un canal de aire de refrigeracion previsto en la capsula de carcasa 200, 201 respectiva.
Por tanto, por la realizacion y alineacion de los nervios se puede asegurar que el aire de refrigeracion fluye a traves de la abertura de entrada de aire de refrigeracion en los espacios huecos de los nervios y a traves de estos fluye a la abertura de salida de aire de refrigeracion. Como resultado, se puede conseguir que el aire de refrigeracion pueda fluir a traves del sector de carcasa 100 entre dos capsulas de carcasa 200, 201 adyacentes en la direccion del eje longitudinal de la turbomaquina, estando representada la direccion de flujo del aire de refrigeracion en las figuras por las flechas P. Los nervios y la abertura de entrada de aire de refrigeracion y la abertura de salida de aire de refrigeracion estan realizados de tal manera que el aire de refrigeracion no comunica con la camara de flujo 2 de la turbomaquina.
Lista de simbolos de referencia
1
sector carcasa segun la primera realizacion
2
camara de flujo
3
medios de entrada
5 4
alabe movil
10
cubierta radialmente exterior
11
cubierta interior
12
nervio segun la primera realizacion
13
espacio hueco
10 14
sector de conexion
15
otro sector de conexion
16
cubierta de canal de flujo
100
sector de carcasa de acuerdo con la segunda realizacion
100'
sector de carcasa de acuerdo con la tercera realizacion
15 120
nervio de acuerdo con la segunda realizacion
200
capsula de carcasa
201
otra capsula de carcasa
P
direccion del flujo del aire de refrigeracion

Claims (10)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    REIVINDICACIONES
    1. Sector de carcasa de una etapa de compresor de turbomaquina o de turbina de turbomaquina, que presenta una cubierta radialmente exterior (10), en particular cerrada y circular, con nervios (120) que se extienden radialmente hacia dentro, de modo que los nervios (120) estan inclinados respecto al radio y encierran al menos un espacio hueco, que esta inclinado de forma analoga a los nervios (120) y se extiende en la direccion longitudinal de la turbomaquina, caracterizado por que al menos uno de los espacios huecos definidos por los nervios comunica con una entrada de refrigerante y una salida de refrigerante que estan previstas, respectivamente, en una capsula de carcasa, que esta conectada axialmente delante o detras del sector de carcasa de la etapa de compresor de turbomaquina o de turbina de turbomaquina.
  2. 2. Sector de carcasa segun la reivindicacion 1, caracterizado por que los nervios (120) estan inclinados axialmente y/o en la direccion periferica con respecto al radio.
  3. 3. Sector de carcasa segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los nervios (120) estan unidos con union positiva de material a la cubierta radialmente exterior (10), en particular estan realizados integralmente con esta, en particular conformados.
  4. 4. Sector de carcasa segun la reivindicacion anterior, caracterizado por que este esta fabricado por un procedimiento de fabricacion aditivo.
  5. 5. Sector de carcasa segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los nervios (120) forman en una seccion transversal una estructura de rejilla o panal.
  6. 6. Sector de carcasa segun la reivindicacion 1, caracterizada por que los nervios (12) estan preplegados.
  7. 7. Sector de carcasa segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los nervios (12) estan preplegados varias veces, en particular en forma de zigzag, de forma convexa y/o concava.
  8. 8. Sector de carcasa segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en un espacio hueco (13) entre nervios (12) esta dispuesto un reforzamiento, en particular un reforzamiento que presenta en seccion transversal una estructura de rejilla o panal.
  9. 9. Sector de carcasa segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por una cubierta interior (11) que esta unida a los nervios (12, 120).
  10. 10. Turbomaquina, en particular turbina de gas, con al menos un sector de carcasa segun una de las reivindicaciones anteriores.
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