ES2637522T3 - Difusor provisto de álabes con orificios - Google Patents

Difusor provisto de álabes con orificios Download PDF

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ES2637522T3 ES09756031.2T ES09756031T ES2637522T3 ES 2637522 T3 ES2637522 T3 ES 2637522T3 ES 09756031 T ES09756031 T ES 09756031T ES 2637522 T3 ES2637522 T3 ES 2637522T3
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Laurent Tarnowski
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Abstract

Un difusor (18) para un compresor mixto o centrífugo de una turbina de gas, que incluye al menos un álabe (20, 120) que presenta un intradós (I), un extradós (E) y un primer flanco (22, 122), estando provisto dicho álabe de una pluralidad de orificios (26, 126, 34, 134, 32, 132) que desembocan sobre el extradós (E) y/o el intradós (I) y que comunican con al menos una cavidad prevista en el álabe, extendiéndose dicha cavidad transversalmente (30, 36, 200, 210) con relación al álabe desembocando al mismo tiempo sobre el primer flanco, estando caracterizado el difusor por que la sección transversal de la cavidad (30, 36, 200, 210) varía en la dirección transversal del álabe según una ley de variación creciente hacia el primer flanco.

Description

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DESCRIPCION
Difusor provisto de alabes con orificios
La presente invencion se refiere a las etapas de compresion de turbinas de gas y mas particularmente a los difusores que se encuentran habitualmente en tales etapas de compresion, por ejemplo en los compresores del tipo centnfugo o mixto.
El papel del difusor es enderezar el flujo emitido por el rodete del compresor con el fin de recuperar la presion dinamica del fluido en forma de presion estatica.
Para hacer esto, el difusor incluye en general una pluralidad de alabes dispuestos segun una circunferencia y apretados entre dos anillos de retencion.
Esta desviacion impuesta por los alabes del difusor puede provocar un desprendimiento del fluido sobre los intrados o sobre los extrados de los alabes, cuyo desprendimiento, dado que es importante, puede conducir al despegue del fluido y, por lo tanto, al bombeo.
Es conocido que el fenomeno de bombeo es de hecho perjudicial para los elementos constitutivos del compresor, de manera que se busca evitar en la medida de lo posible.
La presente invencion, que pretende paliar este inconveniente, se refiere por tanto mas particularmente a un difusor para un compresor mixto o centnfugo de una turbina de gas, que comprende al menos un alabe que presenta un intrados, un extrados y un primer flanco, estando provisto dicho alabe de una pluralidad de orificios que desembocan sobre los extrados y/o intrados y que comunican con al menos una cavidad prevista en el alabe, extendiendose dicha cavidad transversalmente con relacion al alabe mientras que desemboca sobre el primer flanco. Aqrn, la direccion transversal es la que se extiende entre el primer flanco y el segundo flanco del alabe opuesto al primer flanco.
La idea aqrn es aspirar ligeramente el fluido que circula sobre el extrados y/o intrados con el fin de evitar que se desprenda del alabe.
La estructura de tal difusor es ya conocida por el documento US 6 210 104 que da una ilustracion del mismo aunque el objetivo buscado sea diferente.
En efecto, este documento propone aspirar una parte del fluido a traves de agujeros realizados sobre el extrados de los alabes para utilizar a continuacion como un fluido de refrigeracion con el fin de enfriar las piezas calientes de la turbina.
Un inconveniente de este dispositivo es que la aspiracion del fluido realizada por los agujeros no es homogenea sobre el extrados en consecuencia de lo cual el fluido puede aun desprenderse.
Un objetivo de la presente invencion es proponer un difusor para un compresor centnfugo o mixto que permite una aspiracion homogenea del fluido.
La invencion alcanza su objetivo por el hecho de que la seccion transversal de la cavidad vana en la direccion transversal del alabe segun una ley de variacion creciente hacia el primer flanco.
Dicho de otro modo, la seccion transversal de la cavidad en el lugar del primer flanco sobre el cual desemboca es superior a la seccion transversal en el fondo de la cavidad, entendiendose que el fondo de la cavidad es transversalmente opuesto al primer flanco.
Este aumento de la seccion transversal de la cavidad, considerado desde el fondo de la cavidad, es elegido de manera que los orificios que comunican con dicha cavidad presentan el mismo caudal de aspiracion, y, por otro lado, que un mismo orificio presenta un caudal de aspiracion uniforme en toda su seccion.
Para conseguir esto,, de manera preferente, la seccion transversal de la cavidad, considerada segun la direccion transversal del alabe, aumenta proporcionalmente con el crecimiento de la seccion global de aspiracion. Esta seccion global de aspiracion es igual a la suma de las secciones de los orificios si los orificios son agujeros y/o a una integral si el orificio de aspiracion, tal como una hendidura transversal, presenta una superficie de aspiracion continua.
Segun la invencion, los orificios pueden por tanto encontrarse sobre el extrados unicamente, sobre el intrados unicamente o bien a la vez sobre el extrados y el intrados.
De manera ventajosa, el difusor segun la invencion incluye una primera serie de orificios que desembocan en el extrados y que comunican con al menos un cavidad prevista en el alabe y que desemboca en el primer flanco.
Segun una primera variante, el difusor comprende una unica cavidad que desemboca en el primer flanco. El
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conjunto de los agujeros de la primera serie comunica entonces con esta unica cavidad prevista en un espesor del alabe.
Segun una segunda variante, el difusor comprende una pluralidad de cavidades que forman alveolos que desembocan en el primer flanco.
De preferencia, estos alveolos son identicos y, aun preferiblemente, presentan una forma troncoconica. La seccion transversal de estos alveolos es por tanto un disco cuyo radio crece hacia el primer flanco.
De manera ventajosa, el difusor incluye ademas una segunda serie de edificios que desembocan en el intrados y que comunican con al menos otra cavidad prevista en el alabe y que desemboca en uno de los dos flancos del alabe.
De preferencia, al menos dicha otra cavidad desemboca igualmente en el primer flanco.
Ventajosamente, esta otra cavidad presenta una seccion transversal que presenta una ley de variacion creciente hacia el primer franco.
Gracias a lo cual, la aspiracion del fluido es homogenea tanto sobre el extrados del alabe como sobre su intrados.
Segun una variante, el difusor comprende una unica cavidad que desemboca en el primer flanco.
Segun otra variante, el difusor comprende una pluralidad de cavidades que forman alveolos que desembocan en el primer franco. En este caso, cada cavidad presenta preferentemente una forma troncoconica.
Por otro lado, los orificios son de preferencia perforaciones y/o hendiduras transversales.
Segun la invencion, pueden considerarse varios modos de realizacion : se pueden asociar perforaciones y hendiduras, prever hacer comunicar varias perforaciones con un mismo alveolo o bien una sola hendidura con un alveolo, o bien comunicar todos los orificios con una cavidad unica prevista en el alabe.
De preferencia pero no exclusivamente, el difusor es un difusor radial.
La invencion se refiere finalmente a una turbomaquina que incluye un difusor conforme a la presente invencion.
La invencion sera mejor comprendida y sus ventajas apareceran mejor con la lectura de la siguiente descripcion, de dos modos de realizacion indicados a tftulo de ejemplos no limitativos. La descripcion se refiere a los dibujos adjuntos en los cuales:
La fig. 1 es una vista en corte parcial de una turbina de gas de helicoptero que incluye un compresor centnfugo equipado con un difusor segun la invencion;
La fig. 2 es una vista de un alabe del difusor segun un primer modo de realizacion, el cual incluye una pluralidad de hendiduras que desembocan sobre su extrados y sobre su intrados, comunicando cada una de las hendiduras con un alveolo;
La fig. 3 es una vista del primer flanco del alabe de la fig. 2 tomada segun el plano de corte MI-IM;
La fig. 4 es una vista en corte longitudinal del alabe de la fig. 2 tomada segun el plano de corte IV-IV;
La fig. 5 es una vista de un alabe del difusor segun un segundo modo de realizacion, el cual incluye una pluralidad de hendiduras que desembocan sobre su extrados y que comunican con una cavidad, asf como una pluralidad de hendiduras que desembocan sobre su intrados y que comunican con otra cavidad;
La fig. 6 es una vista en corte longitudinal del alabe de la fig. 5 tomada segun el plano VI-VI;
La fig. 7 es una vista en corte transversal del alabe en la fig. 5, tomada segun el plano VII-VII y que muestra la evolucion de la seccion transversal de las cavidades;
La fig. 8 es un grafico que da un ejemplo de la ley de variacion de la seccion transversal de una cavidad; y
La fig. 9 es una vista en detalle de la turbina de gas de la fig. 1 que muestra la evacuacion del fluido aspirado fuera
de un alabe del difusor.
El difusor segun la presente invencion esta destinado particularmente para ser utilizado con un compresor del tipo centnfugo o mixto. Por compresor mixto, se entiende un compresor gracias al cual el fluido comprimido sale del rodete del compresor formando un angulo comprendido entre 0 y 70° con una direccion radial.
La fig. 1 ilustra una turbina de gas 10 de un helicoptero (no representado aqrn) que incluye un compresor centrifugo 12 que comprende un rodete del compresor 14 alimentado por una entrada de aire fresco 16 asf como un difusor 18
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objeto de la presente invencion, el cual esta dispuesto aguas abajo del rodete 14.
De manera conocida, el aire comprimido sale radialmente del rodete 14 presentando al mismo tiempo un momento cinetico. La mision del difusor 18 es enderezar el flujo F emitido por el rodete 14.
Para conseguir esto, el difusor 18 incluye una pluralidad de alabes 20 dispuestos segun la circunferencia del difusor 18. Cada uno de los alabes 20 presenta, de manera conocida, una direccion longitudinal L, una direccion transversal T, un extrados E y un Intrados I.
Con la ayuda de las figs. 2 a 4, se describira ahora un primer modo de realizacion del impulsor 18 segun la presente invencion.
Como se ve en estas figuras donde esta representado uno de los alabes 20, este ultimo presenta un primer flanco 22 asf como un segundo flanco 24 transversalmente opuesto al primer flanco 22.
Por otro lado, este alabe 20 esta provisto de una primera serie de orificios 26 que desembocan sobre el extrados E. Los orificios 26 de la primera serie estan constituidos aqrn por hendiduras que se extienden segun la direccion transversal T del alabe 20, siendo las hendiduras preferentemente identicas.
Cada una de las hendiduras 26 de la primera serie comunica con una cavidad 30 formando un alveolo. Los alveolos 30, dispuestos unos al lado de los otros, estan previstos en el espesor del alabe 20 de manera que se extiendan transversalmente con relacion a este ultimo no desembocando mas que sobre el primer flanco 22 del alabe 20.
Como se ve en la fig. 2, la extension transversal de cada uno de los alveolos 30 es ligeramente mas grande que la longitud de la hendidura 26 asociada.
Segun la invencion, la seccion transversal de los alveolos 30 presenta una ley de variacion creciente hacia el primer flanco, tal como la representada en la fig. 8. En este caso, cada uno de los alveolos 30 presenta una forma troncoconica que se abre hacia el primer flanco. Se deduce de ello que la seccion transversal de cada uno de los alveolos, en este caso un disco, es mas grande en la zona del primer flanco 22 que en el fondo del alveolo 30. Dicho de otro modo, la seccion transversal del alveolo crece cuando se desplaza transversalmente del segundo flanco 24 hacia el primer flanco 22.
Se ha ilustrado esto de manera mas explfcita en las figs. 3 y 4: la fig. 4 muestra el primer flanco 22 del alabe 20 sobre el cual desembocan los alveolos 30, mientras que la fig. 4 es una vista en corte tomada segun un plano que se extiende segun la direccion longitudinal L del alabe 20 a distancia del primer flanco 22. Se constata que la seccion transversal S2 del alabe 22 en el fondo de alveolo 30 es mas pequena que la seccion transversal S1 en la zona del primer flanco 22 donde desemboca.
La ley de variacion es por tanto aqrn una funcion lineal. Se podnan prever sin embargo otras leyes de variacion que no sean lineales.
Como variante, se pueden reemplazar las hendiduras 26 por perforaciones 32 dispuestas lado a lado y extendiendose transversalmente, como se ha ilustrado en la fig. 2. En este caso, el conjunto de las perforaciones 32 comunica con el alveolo 30.
Segun un aspecto ventajoso de la presente invencion, el difusor 18 incluye ademas una segunda serie de orificios 34, similares a las hendiduras 26, que desembocan sobre el intrados I.
De manera similar a los orificios 30 de la primera serie, los orificios 34 de la segunda serie comunican con cavidades 36, que forman igualmente alveolos, que son distintas de las cavidades 30 que comunican con los orificios 26 de la primera serie.
Como se ha ilustrado particularmente en la fig. 2, los alveolos 30 y los alveolos 36 son identicos y estan dispuestos segun dos capas.
Durante el flujo del fluido, esquematizada por la flecha F, se lleva a cabo una aspiracion en los alveolos 30 y 36, lo que tiene por efecto crear una aspiracion a en la superficie del extrados E y del intrados I a traves de la primera y segunda series de hendiduras 26, 34.
Esta aspiracion a tiende a mantener el flujo del fluido F contra el extrados E y el intrados I del alabe 20, gracias a lo cual, de manera ventajosa, se tiende a evitar el desprendimiento del fluido F. Dicho de otro modo, se limita el flujo del fluido F para que se adapte a la forma del extrados E y del intrados I.
Con la ayuda de las figs. 5 y 6 se describira ahora un segundo modo de realizacion de la presente invencion.
Los elementos identicos a los del primer modo de realizacion tienen la misma referencia aumentado en el valor de cien.
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El alabe 120 representado en la fig. 5 es del mismo tipo que el del primer modo de realizacion.
Comprende una primera serie de hendiduras 126 que desembocan sobre el extrados E, asf como una segunda serie de hendiduras 134 que desembocan sobre el intrados I. Como variante, se pueden reemplazar las hendiduras 126, 134 por perforaciones 132 como se ilustrado en la fig. 5. Se pueden igualmente alternar hendiduras y perforaciones segun el efecto buscado.
El segundo modo de realizacion se distingue del primero porque las hendiduras 126 de la primera serie comunican con una unica primera cavidad 200 que esta prevista en el alabe 120, mientras que las hendiduras 134 de la segunda serie comunican con una unica segunda cavidad 210 prevista en el alabe 120.
La primera cavidad 200 presenta una extension transversal ligeramente superior a la longitud de las hendiduras 126 y una extension longitudinal al menos igual a la extension longitudinal de la distribucion de hendiduras 126.
Igualmente, la segunda cavidad 210 presenta una extension transversal ligeramente superior a la longitud de las hendiduras 134 y una extension longitudinal al menos igual a la extension longitudinal de la distribucion de las hendiduras 134.
Como se ve en la fig. 6, la primera y segunda cavidades 200, 210 se extienden longitudinalmente mientras que estan superpuestas entre sf.
Estas desembocan las dos en un primer flanco 122 del alabe 120.
La fig. 7 es una vista en corte tomada segun el plano transversal VII-VU que muestra que la seccion transversal S1, S2 de cada una de las cavidades 200, 210 presenta una ley de variacion creciente hacia el primer flanco 122. Se ve en efecto que las cavidades 200, 210 se abren hacia el primer flanco 122.
En este caso, la ley de variacion es una funcion lineal.
Como en el primer modo de realizacion, se lleva a cabo una aspiracion en las cavidades 200, 210 de manera que atraiga el flujo de fluido F contra la superficie del extrados E y del intrados I por medio de las hendiduras 126, 134 de manera que se evite el desprendimiento del flujo F.
Se da un ejemplo de la ley de variacion en la fig. 8. El grafico representa la variacion de la seccion transversal de una cavidad que comunica con cuatro orificios 32 o 132 de seccion igual a 1. El eje de las abscisas representa el eje transversal del alabe, mientras que el eje de las ordenadas representa la seccion transversal normalizada.
Finalmente la fig. 9 muestra el difusor 18 segun la invencion montado en un carter de la turbina de gas 10. Aunque se ha representado aqrn el alabe segun un primer modo de realizacion, la descripcion mencionada mas arriba es totalmente transportable al segundo modo de realizacion.
Los alveolos 30 asociados con los orificios 26 de la primera serie estan conectados con una primera camara 50, mientras que los alveolos 36 asociados con los orificios 34 de la segunda serie estan conectados con una segunda camara 52 distinta de la primera camara 50.
El fluido aspirado desde las hendiduras 26 fluye en la primera camara 50 por los alveolos 30 antes de ser evacuado por ejemplo en la atmosfera, mientras que el fluido aspirado desde las hendiduras 34 fluye en la segunda camara 52 por los alveolos 36 antes de ser evacuado, por ejemplo en la atmosfera AT. Bien entendido se asegurara la estanqueidad entre la primera y la segunda camaras 50, 52. Se podran prever otros modos de evacuacion teniendo cuidado de que el fluido aspirado por las hendiduras 26 no se encuentre con el fluido aspirado por las hendiduras 34.
Alternativamente, se puede igualmente concebir que los alveolos asociados con los orificios de la segunda serie desemboquen en el segundo flanco 24, despues de lo cual la evacuacion del aire aspirado se hara por el primer flanco 22 para el aire aspirado sobre el extrados E, y por el segundo flanco 24 para el aire aspirado sobre el intrados I.

Claims (12)

  1. 5
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    20
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    30
    REIVINDICACIONES
    1. - Un difusor (18) para un compresor mixto o centnfugo de una turbina de gas, que incluye al menos un alabe (20, 120) que presenta un intrados (I), un extrados (E) y un primer flanco (22, 122), estando provisto dicho alabe de una pluralidad de orificios (26, 126, 34, 134, 32, 132) que desembocan sobre el extrados (E) y/o el intrados (I) y que comunican con al menos una cavidad prevista en el alabe, extendiendose dicha cavidad transversalmente (30, 36, 200, 210) con relacion al alabe desembocando al mismo tiempo sobre el primer flanco, estando caracterizado el difusor por que la seccion transversal de la cavidad (30, 36, 200, 210) vana en la direccion transversal del alabe segun una ley de variacion creciente hacia el primer flanco.
  2. 2. - Un difusor segun la reivindicacion 1, caracterizado por que incluye una primera serie de orificios (26, 126) que desembocan en el extrados (E) y que comunican con al menos una cavidad (30, 200) prevista en el alabe y que desemboca sobre el primer flanco (22, 122).
  3. 3. - Un difusor segun la reivindicacion 2, caracterizado por que comprende una unica cavidad (200) que desemboca sobre el primer flanco (122).
  4. 4. - Un difusor segun la reivindicacion 2, caracterizado por que comprende una pluralidad de cavidades (30) que forman alveolos que desembocan sobre el primer flanco (22).
  5. 5. - Un difusor segun la reivindicacion 4, caracterizado por que cada alveolo (30) presenta una forma troncoconica.
  6. 6. - Un difusor segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que incluye ademas una segunda serie de orificios (34, 134) que desembocan sobre el intrados (I) y que comunican con al menos otra cavidad (36, 120) prevista en el alabe (20, 120) y que desemboca sobre uno de los dos flancos del alabe.
  7. 7. - Un difusor segun la reivindicacion 6, caracterizado por que la seccion transversal de esta otra cavidad (36, 120) presenta una ley de variacion creciente hacia el primer flanco del alabe (22, 122).
  8. 8. - Un difusor segun la reivindicacion 6 o 7, caracterizado por que los orificios (134) de la segunda serie comunican con una unica cavidad (210) que desemboca sobre el primer flanco (122).
  9. 9. - Un difusor segun la reivindicacion 6 o 7, caracterizado por que los orificios (34) de la segunda serie comunican con una pluralidad de cavidades (36) que forman alveolos que desembocan sobre el primer flanco (22).
  10. 10. - Un difusor segun la reivindicacion 9, caracterizado porque cada alveolo (36) presenta una forma troncoconica.
  11. 11. - Un difusor segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que los orificios (26, 126, 34, 134) son perforaciones (32, 132) y/o hendiduras (26, 126, 34, 134) transversales.
  12. 12. - Una turbomaquina (10) que incluye un difusor (18) segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
ES09756031.2T 2008-10-17 2009-10-15 Difusor provisto de álabes con orificios Active ES2637522T3 (es)

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