ES2704485T3 - Fijación de soporte de junta para una turbomáquina - Google Patents

Fijación de soporte de junta para una turbomáquina Download PDF

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Abstract

Estructura de carcasa para una turbomáquina con una corona de álabes de guía y una corona de soporte de junta (6), que rodea anularmente un canal de flujo (14) de la turbomáquina, estando unidas una con otra la corona de álabes de guía y la corona de soporte de junta, caracterizada por que la corona de soporte de junta presenta un alojamiento (7) abierto por un lado en dirección radial, referido al canal de flujo, y formado por una disposición de nervio y, correspondientemente, la corona de álabes de guía unida presenta una zona de acoplamiento (12) radialmente sobresaliente que puede alojarse en el alojamiento, de modo que se sujete por ajuste de forma en sentido axial y en sentido radial en dirección al lado cerrado del alojamiento, pero pueda moverse radialmente con libertad, en sentido contrario a la dirección de la abertura del alojamiento, con respecto al alojamiento unido y a la corona de soporte de junta que presenta este alojamiento.

Description

DESCRIPCIÓN
Fijación de soporte de junta para una turbomáquina
Antecedentes de la invención
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una estructura de carcasa para una turbomáquina, en particular para una turbina de gas o un grupo motopropulsor de aviación.
Estado de la técnica
En turbomáquinas, como turbinas de gas estacionarias o grupos motopropulsores de aviación, se aspira aire a lo largo de un canal de flujo, se comprime y se quema en una cámara de combustión junto con combustible, expulsándose seguidamente los gases de combustión a través del canal de flujo para accionar en este caso rotores en una turbina.
El canal de flujo está rodeado periféricamente por una estructura de carcasa y, para evitar pérdidas de corriente, los rotores o los álabes móviles previstos en los rotores deben aplicarse lo más herméticamente posible a la estructura de carcasa. Para conseguir esto, en la zona de los álabes móviles giratorios en el lado interior de la carcasa, están previstos los denominados forros de frotamiento o forros de rodaje que están en contacto rozante con puntas de sellado que están dispuestas en los extremos radialmente exteriores de los álabes móviles. Debido al encaje de las puntas de sellado en los forros de rodaje o los forros de frotamiento se puede lograr un sellado radial para muchos estados de funcionamiento diferentes de la turbina de gas o del grupo motopropulsor de aviación con diferentes extensiones longitudinales. Este sellado de las puntas de álabes móviles se denomina también sello de aire exterior (outer air seal (OAS)).
Los forros de rodaje están configurados usualmente en un gran número de segmentos de soporte de junta dispuestos en dirección periférica que forman conjuntamente una corona de soporte de junta. Los segmentos de soporte de junta que se designan también como segmentos del sello de aire exterior, o la corona de soporte de junta deben fijarse en dirección radial y axial y en dirección periférica para que pueda proporcionarse de manera fiable la acción de sellado.
Según el estado de la técnica, la fijación axial y radial de la corona de soporte de junta o de los segmentos de correspondientes de ésta se lleva a cabo por aprisionamiento o enganche en los componentes de carcasa exteriores correspondientes.
En general, la problemática consiste en este caso en que el montaje de los segmentos de soporte de junta o de la corona de soporte de junta puede ser laborioso y además pueden limitarse las libertades en la configuración de la estructura de carcasa o la realización de la suspensión de álabes de guía, con la consecuencia de que pueden ajustarse relaciones aerodinámicamente desfavorables.
Ejemplos de estructuras de carcasa correspondientes o la disposición de los denominados segmentos de sellado de aire exterior se proporcionan en los documentos de patente US 6,129,513 A, EP 2267279 A1, DE 101 22464 C1, US 8,011,879 B2 y EP 1106785 B1.
El documento US 2,903,237 divulga una construcción de estator para una turbomáquina axial, estando dispuesto un revestimiento en la zona de los álabes móviles por medio de una zona de brida en forma de T en una plataforma de montaje de un álabe de guía y acoplándose un nervio de la brida en forma de T en un canal dirigido radialmente hacia fuera de la plataforma de montaje del álabe de guía, sujetándose el revestimiento radialmente con respecto a la plataforma de montaje con ayuda de lengüetas.
Revelación de la invención
Problema de la invención
Por tanto, un problema de la presente invención es crear una estructura de carcasa para una turbomáquina en la que una denominada corona de soporte de junta o segmentos de ésta puedan disponerse de manera más eficiente y más sencilla, garantizándose una gran libertad de diseño simultáneamente para elementos y componentes adyacentes de la estructura de carcasa.
Solución técnica
Este problema se resuelve por una estructura de carcasa con las características de la reivindicación 1. Otras configuraciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones subordinadas.
La invención propone materializar un montaje o unión de la corona de soporte de junta o de segmentos de ésta en o con una corona de álabes de guía o sus segmentos, en particular en la zona de la llamada plataforma de álabes, de modo que se prevea un alojamiento en la corona de soporte de junta que está abierto por un lado en la dirección radial. Con dirección radial se entiende en este caso la dirección radial referido a la dirección de flujo en el canal de flujo. En este alojamiento abierto por un lado se acopla una zona de acoplamiento radialmente sobresaliente del otro componente correspondiente, es decir, de la corona de álabes de guía, de modo que la corona de soporte de junta y la corona de álabes de guía o sus segmentos se sujetan por ajuste de forma en sentido axial y en sentido radial en dirección al lado cerrado del alojamiento, pero los dos componentes pueden moverse libremente uno con respecto a otro en una dirección radialmente opuesta en la dirección de la abertura de alojamiento. Por tanto, puede simplificarse el montaje y también puede hacerse más variable la configuración de los componentes rodeados. La fijación radial en dirección hacia fuera de la abertura de alojamiento se separa así de la zona de unión entre la corona de alabes de guía y la corona de soporte de junta, la llamada fijación de forro y, por ejemplo, provoca que la corona de soporte de junta se mantenga entre los componentes exteriores de carcasa y la corona de álabes de guía. Es ventajoso sobre todo también la disposición de la zona de unión o del alojamiento y de la zona de acoplamiento en la zona de la denominada plataforma de álabes de la corona de álabes de guía, que, para delimitar el canal de flujo en dirección axial o con al menos una componente de dirección axial sobresale de los álabes de guía de una manera comparable a la banda de cubierta de los álabes móviles.
El alojamiento abierto por un lado puede estar configurado sustancialmente en forma de U y formado por escotaduras de material o por una disposición de nervios correspondiente, por ejemplo en forma de chapas curvadas o similares.
La zona de acoplamiento complementaria del alojamiento y radialmente sobresaliente puede formarse por un nervio que discurre radialmente o componentes correspondientes.
Gracias a las zonas de pared que se cubren radialmente de la zona de acoplamiento radialmente sobresaliente y del alojamiento abierto por un lado puede lograrse además una acción de sellado que configura particularmente una superficie de sellado periférica al menos segmentada alrededor del canal de flujo, la cual se extiende en dirección radial.
La unión según la invención entre la corona de álabes de guía y la corona de soporte de junta puede preverse particularmente también en la unión de la corona de soporte de junta con una corona de álabes de guía tendida aguas arriba, lo que puede ser ventajoso debido a fenómenos de dilatación térmica.
Breve descripción de las figuras
Los dibujos adjuntos muestran de forma puramente esquemática en:
la figura 1, una sección transversal parcial y una primera estructura de carcasa según la invención de un grupo motopropulsor de aviación; y en
la figura 2, una vista en sección parcial de una forma de realización que no forma parte de la invención, de una estructura de carcasa de un grupo motopropulsor de aviación.
Ejemplos de realización
Otras ventajas, rasgos y características de la presente invención se aclaran en la descripción detallada siguiente de los ejemplos de realización. No obstante, la invención no está limitada a estos ejemplos de realización.
La figura 1 muestra una sección transversal parcial a través de una zona de carcasa de un grupo motopropulsor de aviación, rodeando anularmente la carcasa un canal de flujo 14. En el canal de flujo 14 están dispuestos álabes de guía 1 y álabes móviles 2 que guían fluido de corriente o se accionan por éste. Los álabes móviles 2 presentan en los extremos radialmente exteriores las denominadas puntas de sellado 13 que pueden acoplarse en un forro de rodaje 3 para formar un denominado sello de aire exterior (OAS). Gracias al esmerilado de las puntas de sellado 13 en el forro de rodaje 3 puede lograrse un sellado radial entre los álabes móviles 2 y la carcasa, de modo que no pueda fluir ningún fluido de corriente por delante de los álabes móviles 2 sin accionar éstos, de manera que se evitan en total pérdidas de corriente. El forro de rodaje 3 está dispuesto en una denominada corona de soporte de junta 6, estando subdividida la corona de soporte de junta 6 en dirección periférica en un gran número de segmentos.
Análogamente a la corona de soporte de junta 6, los álabes de guía 1 forman con plataformas 5 sobresalientes en dirección axial (las denominadas plataformas de álabe) una corona de álabes de guía rodeada, que está unida con la corona de soporte de junta 6 para formar una pared de carcasa interior con respecto al canal de flujo 14. Entre la pared de carcasa exterior 4 y la corona de álabes de guía 5 o la corona de soporte de junta 6 están previstos elementos de sellado y aislamiento así como escudos térmicos 8 y similares, en los que no se entra aquí en detalle. En el ejemplo de realización mostrado de la figura 1, la corona de álabes de guía 5 presenta, extendiéndose en dirección periférica, un nervio radialmente sobresaliente 12 que se representa además de manera puramente esquemática con una representación de línea de trazos.
El nervio radialmente sobresaliente 12 se acopla en un alojamiento 7 que está configurado en forma de U en sección transversal y está abierto radialmente hacia dentro. El alojamiento 7 se forma en el ejemplo de realización mostrado por zonas de nervio o secciones 9, 10 y 11 del soporte de junta 6. La forma en U se representa otra vez ampliada por una U adicionalmente dibujada. Siempre que el nervio 12 radialmente sobresaliente esté dispuesto en el alojamiento 7, la corona de soporte de junta 6 o sus segmentos individuales se sujeta hacia dentro en dirección radial y por ajuste de forma en dirección axial. La corona de soporte de junta 6 o los elementos individuales pueden ser separados sin más dificultad de la corona de álabes de guía 5 en dirección radial hacia fuera, dado que no está prevista ninguna sujeción en ajuste de forma en esta dirección. En la dirección radial hacia fuera, la corona de soporte de junta 6 se sujeta en estado ensamblado por medio de componentes exteriores de carcasa. De forma correspondiente, puede renunciarse a una fijación de la corona de álabes de guía 5 o de la corona de soporte de junta 6 o de segmentos individuales de ésta en dirección radial hacia fuera en la zona de unión 20 del nervio radialmente sobresaliente y del alojamiento 7. Esto lleva a una posibilidad sencilla del ensamblaje, siendo posible simultáneamente una fijación efectiva que puede proporcionar además una acción de sellado. Gracias a las secciones 9, 10 y 11 del alojamiento que se aplican al nervio 12 puede lograrse un sellado. En este caso, es suficiente para obtener la acción de sellado que el nervio 12 y una de las secciones 9, 10, 11 del alojamiento 7 se apliquen periféricamente entre ellos.
En la figura 1, el alojamiento 7 abierto por un lado está configurado de modo que la abertura de alojamiento esté dispuesta hacia dentro en dirección radial, mientras que el nervio radialmente sobresaliente 12 mira hacia fuera. En el ejemplo de realización de la figura 2, las condiciones son exactamente las contrarias, siendo los componentes restantes como los álabes de guía 1, los álabes móviles 2, la parte de carcasa exterior 4, la corona de álabes de guía 5 y la corona de soporte de junta 6 idénticos a la forma de realización de la figura 1 y, por tanto, están provistos de los mismos símbolos de referencia.
En la forma de realización de la figura 2 está configurado ahora el alojamiento 15 como escotadura de material en la plataforma 5 de la corona de álabes de guía, ilustrando la U dibujada superpuesta la forma en sección transversal del alojamiento 15.
El nervio radialmente sobresaliente 17 que se ilustra de nuevo por una representación esquemática superpuesta con un trazo correspondiente, está formado, en la corona de soporte de junta 6 de la forma de realización de la figura 2, por un borde rebordeado con zonas de nervio correspondientes 18, 19, estando configurado el borde rebordeado de modo que se ajuste exactamente en el alojamiento 15.
Asimismo, se proporciona aquí un ajuste de forma en dirección radial hacia dentro así como en dirección axial, mientras que la corona de soporte de junta 6 o los segmentos individuales de ésta pueden retirarse del alojamiento sin impedimentos en dirección radial hacia fuera, si los componentes exteriores de la carcasa no impiden un movimiento de la corona de soporte de junta 6 dirigido radialmente hacia fuera. No obstante, gracias a una configuración de este tipo, se logra un montaje más sencillo con una fijación simultáneamente estable y exacta, dado que, entre otras, en la zona de unión 20 del alojamiento 15 y del nervio 17 radialmente sobresaliente, se ha omitido la función de una fijación radial en una dirección y esta función se ha asociado a los componentes exteriores de carcasa. Gracias a la disposición correspondiente, como se describe en las figuras 1 y 2, se puede minimizar también una cavidad encima de la plataforma 5 del segmento de corona de álabes, lo que lleva consigo ventajas aerodinámicas, dado que se evitan turbulencias desventajosas.
Aunque la presente invención se ha descrito detalladamente con ayuda de los ejemplos de realización, la invención no está limitada a estos ejemplos de realización sino que más bien son posibles modificaciones de forma que se omitan características individuales o se pongan en práctica combinaciones de otro tipo de las características, mientras no se abandone el alcance de protección de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Estructura de carcasa para una turbomáquina con una corona de álabes de guía y una corona de soporte de junta (6), que rodea anularmente un canal de flujo (14) de la turbomáquina, estando unidas una con otra la corona de álabes de guía y la corona de soporte de junta, caracterizada por que la corona de soporte de junta presenta un alojamiento (7) abierto por un lado en dirección radial, referido al canal de flujo, y formado por una disposición de nervio y, correspondientemente, la corona de álabes de guía unida presenta una zona de acoplamiento (12) radialmente sobresaliente que puede alojarse en el alojamiento, de modo que se sujete por ajuste de forma en sentido axial y en sentido radial en dirección al lado cerrado del alojamiento, pero pueda moverse radialmente con libertad, en sentido contrario a la dirección de la abertura del alojamiento, con respecto al alojamiento unido y a la corona de soporte de junta que presenta este alojamiento.
2. Estructura de carcasa según la reivindicación 1, caracterizada por que la corona de álabes de guía presenta una plataforma axialmente sobresaliente (5) que rodea anularmente el canal de flujo, estando dispuesta en la plataforma la zona de unión (20) entre la corona de álabes de guía y la corona de soporte de junta.
3. Estructura de carcasa según la reivindicación 1, caracterizada por que el alojamiento (7) está configurado sustancialmente en forma de U.
4. Estructura de carcasa según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la zona de acoplamiento radialmente sobresaliente (12) está formada por un nervio que discurre radialmente.
5. Estructura de carcasa según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la corona de soporte de junta (6) está sujeta en dirección radial entre la corona de álabes de guía (5) y los componentes exteriores de carcasa (4).
6. Estructura de carcasa según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la zona de acoplamiento radialmente sobresaliente (12) y el alojamiento (7) forman por medio de zonas de pared que se cubren radialmente una junta que proporciona particularmente una superficie de sellado periférica que se extiende en dirección radial.
7. Estructura de carcasa según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el alojamiento presenta varias secciones (9, 10, 11), que definen en sección transversal la configuración en forma de U del alojamiento, aplicándose periféricamente al menos una única sección a la zona de acoplamiento radialmente sobresaliente.
8. Estructura de carcasa según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la corona de álabes de guía (5) unida con la corona de soporte de junta (6) por medio del alojamiento abierto radialmente por un lado y la zona de acoplamiento radialmente sobresaliente está dispuesta aguas arriba.
9. Estructura de carcasa según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la corona de soporte de junta (6) y/o la corona de álabes de guía (5) presentan varios segmentos en dirección periférica.
10. Estructura de carcasa según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la corona de soporte de junta presenta un forro de rodaje (3) contra el cual frotan las puntas (13) de los álabes móviles.
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