ES2790578T3 - Carcasa de una turbina de gas, un motor de avión y un método para operar una turbina de gas - Google Patents

Abstract

Carcasa (10) de una turbina de gas, en la que se monta de manera móvil al menos un elemento de pared (12) que delimita exteriormente un canal de flujo (14) de la carcasa (10) en dirección radial de un eje de rotación (D) de un rotor (16) de la turbina de gas, en donde la carcasa (10) comprende al menos una paleta guía de ajuste variable (18) que se extiende a través del elemento de pared (12) hacia el canal de flujo (14), en donde el elemento de pared (12) se mueve entre una posición de sellado en la cual el elemento de pared (12) está situado a lo largo de al menos una subregión de un lado (40) de una hoja de paleta (30) de la paleta guía (18) que está orientada hacia el elemento de pared, y una posición abierta en la que la hoja de paleta (30) y el elemento de pared (12) están espaciados entre sí, caracterizada porque, el elemento de pared (12) puede ser accionado por un líquido a presión para moverse entre la posición abierta y la posición de sellado.

Description

DESCRIPCIÓN

Carcasa de una turbina de gas, un motor de avión y un método para operar una turbina de gas

La invención se refiere a una carcasa de una turbina de gas de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Una carcasa genérica se conoce de la patente europea núm. EP 2407673 A1. Además, la invención se refiere a una turbina de gas y a un método para operar una turbina de gas.

En el estado de la técnica ya se conocen las turbinas de gas con paletas guía con ajuste variable. Por lo general, las paletas guía se montan de manera giratoria en una carcasa de la turbina de gas para su ajuste, en donde las hojas de paleta de las paletas guía se colocan en un canal de flujo de la carcasa de la turbina de gas. Las paletas guía de una turbina de gas con ajuste variable permiten, en particular, el ajuste de la capacidad de absorción de una turbina, así como el ajuste específico del flujo de entrada de los rotores siguientes. Esto permite que una turbina de gas se ajuste particularmente bien para diferentes puntos de funcionamiento, lo que reduce el consumo de combustible.

La patente de los Estados Unidos núm. US 2919809 describe una carcasa para una turbina de gas, que, además de las paletas guía con ajuste variable, comprende varios elementos de pared que se montan de forma móvil en la carcasa y se someten a una fuerza dirigida en la dirección del canal de flujo a través de un resorte. De esta manera, se pueden compensar las diferentes expansiones térmicas de los distintos elementos de la carcasa y de las paletas guía.

Sin embargo, una desventaja de las carcasas conocidas es el hecho de que siempre debe existir un espacio suficientemente grande entre las hojas de paleta de las paletas guía y el elemento de pared adyacente a fin de garantizar no solo la compensación de la tolerancia sino también la ajustabilidad de las paletas guía durante el funcionamiento de la turbina de gas asociada. Este espacio, también conocido como espacio de bandera, conduce a las llamadas pérdidas por estrangulamiento. Estas pérdidas por estrangulamiento reducen la eficiencia y causan un aumento del consumo de combustible de la turbina de gas. En el peor de los casos, este aumento del consumo de combustible puede incluso sobrecompensar una reducción del consumo de combustible que puede lograrse mediante el ajuste variable de la paleta guía, lo que hace que el ajuste de la paleta guía sea innecesaria.

El objetivo de la presente invención es crear una carcasa para una turbina de gas que, por un lado, permita un ajuste fiable de las paletas guía y, por otro lado, mejore la eficiencia de una turbina de gas asociada. Otro objetivo de la invención es proporcionar una turbina de gas que tenga dicha carcasa y un método de operar una turbina de gas que tenga dicha carcasa.

De acuerdo con la invención, estos objetivos se alcanzan con una carcasa que tenga las características de la reivindicación 1, una turbina de gas con las características de la reivindicación 12 y un método para operar una turbina de gas de acuerdo con la reivindicación 13. En el resto de las reivindicaciones se muestran características ventajosas con un desarrollo ulterior adecuado de la invención.

Un primer aspecto de la invención se refiere a la carcasa de una turbina de gas. Para posibilitar, por un lado, el ajuste fiable de la paleta guía y, por otro lado, mejorar la eficiencia de una turbina de gas asociada, se prevé de acuerdo con la invención que el elemento de pared se pueda desplazar entre una posición de sellado en la que el elemento de pared descansa al menos en un área parcial de un lado de una hoja de paleta de la paleta guía opuesto al elemento de pared, y una posición abierta en la que la hoja de paleta y el elemento de pared están separados entre sí. En otras palabras, de acuerdo con la invención, se prevé que el elemento de pared se mueva, por un lado, hacia una posición abierta en la que se forma un espacio suficientemente grande entre el elemento de pared y la hoja de paleta de la paleta guía para poder ajustar la paleta guía. Por otra parte, se prevé que el elemento de pared se pueda mover hacia una posición de sellado en la que el lado de la hoja de paleta de la paleta guía opuesto al elemento de pared colinda, al menos parcialmente, con el elemento de pared. De esa manera, en la posición de sellado, el espacio de bandera se cierra parcial, sustancial o completamente, con lo que se reducen sustancialmente o se evitan completamente las correspondientes pérdidas por estrangulamiento durante el funcionamiento de la turbina de gas asociada. Por un lado, ello mejora la eficiencia de la turbina de gas asociada, mientras por otro lado asegura la ajustabilidad de la paleta guía. A diferencia de un sello abrasivo, que podría realizarse, por ejemplo, mediante cerdas, deslizadores o similares, tampoco hay desgaste en la hoja de paleta ajustable o en el elemento de pared. Por lo tanto, la carcasa de acuerdo con la invención requiere particularmente poco mantenimiento. Además, no es necesaria ninguna modificación estructural o aerodinámica de la paleta guía que pueda afectar negativamente su vida útil o su efecto en el flujo de gas. La paleta guía ajustable puede diseñarse básicamente como una paleta guía de turbina o una paleta guía de compresor. Además, se pueden proporcionar varias paletas guía ajustables, que se disponen una al lado de la otra en la dirección circunferencial de la carcasa para formar un anillo de paletas guía. Las paletas guía ajustables también pueden combinarse en segmentos de paletas guía. De la misma manera, varios elementos de pared ajustables, que también se pueden llamar segmentos de espacio anular, se pueden disponer uno al lado del otro en la dirección circunferencial de la carcasa para formar un anillo completo que limita el canal de flujo radialmente hacia el exterior.

De acuerdo con la invención, se pretende que el elemento de pared pueda ser presurizado con un líquido a presión para que se mueva entre la posición abierta y la posición de sellado. Para ello, por ejemplo, el elemento de pared puede, junto con otros elementos de la carcasa, delimitar una cavidad a la que se puede aplicar presión. Los líquidos a presión pueden generarse en las turbinas de gas sin ningún esfuerzo especial. Por ejemplo, se puede aprovechar el aire comprimido como un líquido en forma del llamado aire de sangrado de una etapa de compresión de la turbina de gas. La evacuación de aire de sangrado o aire comprimido del compresor de las turbinas de gas es conocida en sí misma y ya está prevista en muchos motores de avión. Si la turbina de gas se utiliza en el motor de un avión, por encima de una cierta velocidad de un avión, helicóptero o similar, también se dispone de una presión de aire suficientemente alta en forma de presión dinámica. En consecuencia, el elemento de pared puede ser presurizado con especial facilidad y a un costo particularmente bajo. El número de piezas móviles, especialmente en contraste con el uso, por ejemplo, de un actuador, es particularmente bajo. Esto significa que la carcasa y, por lo tanto, también una turbina de gas equipada con la carcasa se puede diseñar de manera que sean ligeras y requieran particularmente poco mantenimiento. Esto es muy importante en la construcción de aviones. Alternativamente, cuando se utiliza un actuador hidráulico, se puede utilizar el sistema hidráulico que se usa normalmente en los aviones.

En particular resulta ventajoso para la invención que la carcasa comprenda un conducto de suministro de presión para suministrar el líquido a presión y un conducto de evacuación de presión para evacuar el líquido a presión. En consecuencia, a través del conducto de suministro de presión, se puede aumentar la presión sobre el elemento de pared suministrando líquido a presión, mientras a través del conducto de evacuación se puede reducir la presión sobre el elemento de pared drenando el líquido. Por ejemplo, el conducto de suministro de presión puede formar un canal hacia una de las etapas de compresión de la turbina de gas. Alternativamente, el conducto de suministro de presión puede formar un canal hacia el entorno de la turbina de gas, de modo que el elemento de pared pueda someterse a la presión ambiental. También es posible, por ejemplo, que el conducto de suministro de presión sea un orificio pasante en el motor de un avión, por medio del cual el elemento de pared puede ser sometido a la presión dinámica generada por el movimiento del avión, el helicóptero o similar. De manera beneficiosa, un aumento de la presión hace que el elemento de pared se mueva hacia la posición de sellado, de modo que como norma el espacio de bandera se cierra al menos sustancialmente durante el funcionamiento de una turbina de gas asociada. En este caso, el movimiento del elemento de pared hacia la posición abierta se efectúa mediante una reducción de la presión relativa o mediante la evacuación del líquido a presión. Por ejemplo, el conducto de evacuación de la presión puede conducir al medio ambiente. Este movimiento puede ser apoyado por una presión en el canal de flujo, que actúa sobre el elemento de pared. Sin embargo, también es posible invertir este principio de funcionamiento de manera que un aumento suficiente de la presión haga que el elemento de pared se mueva hacia la posición abierta, mientras que una disminución de la presión haga que el elemento de pared se mueva hacia la posición de sellado. Así pues, el movimiento del elemento de pared entre la posición de sellado y la posición abierta puede lograrse con medios particularmente sencillos y económicos desde el punto de vista técnico.

En otra modalidad ventajosa de la invención, se prevé que el conducto de suministro de presión y/o el conducto de evacuación de presión comprendan una válvula a través de la cual se pueda controlar y/o regular la presión sobre el elemento de pared. Esto permite un control y/o regulación particularmente precisa del movimiento del elemento de pared entre la posición de sellado y la posición abierta. El control y/o la regulación de la válvula se puede realizar en función de los parámetros de funcionamiento de la turbina de gas. Para ello, la válvula se puede acoplar, por ejemplo, a un dispositivo de control y/o regulación de la turbina de gas.

En una modalidad particularmente ventajosa de la invención, se pretende que un canal de drenaje del conducto de evacuación de presión tenga una sección transversal más grande que un canal de entrada del conducto de suministro de presión. El hecho de que el canal de drenaje tenga una sección transversal más grande permite una reducción especialmente rápida de la presión y, por lo tanto, un movimiento especialmente rápido del elemento de pared entre la posición abierta y la posición de sellado. También permite utilizar una sola válvula en el conducto de evacuación de presión, manteniendo así el número de piezas y el peso de la carcasa lo más bajo posible. Debido a que la sección transversal del canal de drenaje es más grande, al abrir la válvula, se puede evacuar más líquido a través del conducto de evacuación de presión que el que se puede suministrar simultáneamente a través del conducto de suministro de presión, con lo que logra una rápida reducción de la presión.

Además, se ha demostrado que es ventajoso mantener el elemento de pared con un soporte en un lado de un elemento de la carcasa. El soporte reduce al menos una de las líneas rectas de libertad del elemento de pared móvil. El elemento de pared puede moverse con respecto al elemento de la carcasa adyacente sobre el soporte y, por ejemplo, se puede girar o arquear entre la posición de sellado y la posición abierta.

En una modalidad particularmente ventajosa de la invención, se prevé que entre el elemento de pared y un elemento de carcasa adyacente se coloque al menos un elemento de sellado. Esto permite un sellado fiable de un espacio entre el elemento de pared y el elemento de la carcasa adyacente. Ese espacio puede crearse en particular al mover el elemento de pared entre la posición de sellado y la posición abierta. Por medio del elemento de sellado, se pueden evitar las pérdidas de presión en el canal de flujo de manera particularmente fiable, de modo que se aumente la eficiencia de la turbina de gas independientemente de la posición del elemento de pared. El elemento de sellado se puede colocar de manera que el elemento de pared se deslice a lo largo del elemento de sellado al desplazarse entre la posición de sellado y la posición abierta. Alternativamente, el elemento de sellado se puede fijar al elemento de pared móvil y deslizarse a lo largo del otro elemento de la carcasa.

Otras ventajas se derivan del hecho de que una superficie del elemento de pared que delimita el canal de flujo y un disco de paleta de la paleta guía están al menos esencialmente al mismo nivel en la posición de sellado. El lado del disco de paleta opuesto al canal de flujo y el lado del elemento de pared que limita el canal de flujo forman así una superficie sustancialmente lisa desde el punto de vista aerodinámico. De esa forma, se inducen particularmente pocas turbulencias indeseables en el flujo de gas en la transición entre el disco de paleta y el elemento de pared. El disco de paleta y el elemento de pared se forman en posición de sellado. Siempre puede quedar básicamente un pequeño espacio entre el disco de paleta y el elemento de pared.

En otra modalidad ventajosa de la invención, se pretende que el elemento de pared comprenda una abertura en la que se coloque el disco de paleta de la paleta guía. Para ello, se prefiere que haya un espacio libre entre el disco de paleta y la abertura para que la paleta guía y el elemento de pared puedan moverse uno con respecto al otro. De esa manera, el elemento de pared puede servir como guía de la paleta guía ajustable. A su vez, el disco de paleta puede servir de guía para ajustar el elemento de pared entre las posiciones de apertura y sellado.

En otra modalidad ventajosa de la invención, se pretende que el elemento de pared y la paleta guía se fijen entre sí por fricción en la posición de sellado. Esto significa que el elemento de pared en la posición de sellado ejerce una fuerza normal tal sobre el lado de la paleta guía que contacta que impida un movimiento relativo de la paleta guía, al menos en las condiciones normales de funcionamiento de una turbina de gas asociada. Esto permite una estabilidad posicional particularmente fiable y reversible de la paleta guía, de modo que no es necesario ni siquiera un dispositivo adicional para fijar la paleta guía de ajuste variable.

En otra modalidad ventajosa de la invención, se pretende que la carcasa comprenda al menos un elemento de tope que limite el movimiento del elemento de pared en la posición de sellado y/o en la posición abierta. Los elementos de tope representan una posibilidad estructuralmente simple y funcionalmente fiable de limitar el movimiento relativo del elemento de pared, en particular el giro, la rotación y/o el arqueo, con respecto a los elementos adyacentes de la carcasa. De esta manera, los elementos de la carcasa adyacentes al elemento de pared también están especialmente bien protegidos contra los daños causados por el movimiento inadmisible del elemento de pared.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a una turbina de gas, en particular a un motor de avión, con una carcasa de acuerdo con uno de los ejemplos de modalidad precedentes. Las características resultantes y sus ventajas pueden extraerse de las descripciones del primer aspecto de la invención, por lo que las modalidades ventajosas del primer aspecto de la invención deben considerarse como modalidades ventajosas del segundo aspecto de la invención.

Un tercer aspecto de la invención se refiere a un método de funcionamiento de una turbina de gas que tiene una carcasa de acuerdo con el primer aspecto de la invención. De acuerdo con la invención, para permitir un ajuste fiable de las paletas guía por un lado y una mayor eficiencia de la turbina de gas por otro, se prevé que el elemento de pared se mueva entre la posición de sellado y la posición abierta. Las características resultantes y sus ventajas pueden extraerse de las descripciones del primer aspecto de la invención, por lo que las modalidades ventajosas del primer aspecto de la invención deben considerarse como modalidades ventajosas del segundo aspecto de la invención.

En una modalidad ventajosa del método se pretende que el elemento de pared se mueva primero hacia la posición abierta. Esto libera el espacio entre el lado de la hoja de paleta de la paleta guía ajustable opuesto al elemento de pared y el elemento de pared. En una segunda etapa se ajusta la paleta guía. El elemento de pared se vuelve a colocar en la posición de sellado, por lo que el espacio de bandera entre el elemento de pared y el lado de la hoja de paleta de la paleta guía ajustable opuesto al elemento de pared se vuelve a cerrar, al menos sustancialmente. Esto permite, en particular, mover el elemento de pared hacia la posición abierta y mantenerlo allí solo el tiempo necesario para el ajuste deseado de la paleta guía. Posteriormente, el elemento de pared se puede mover de nuevo directamente hacia la posición de sellado para cerrar de nuevo, al menos sustancialmente, el espacio de bandera. De esta manera, se pueden minimizar ventajosamente las pérdidas de aceleración y por lo tanto también el consumo de combustible de la turbina de gas.

En la siguiente descripción de ejemplos de modalidad preferidos, así como en los dibujos, se pueden encontrar otras ventajas, características y detalles de la invención; que muestran:

En la Figura 1 una vista seccional esquemática de la carcasa de una turbina de gas, que comprende al menos un elemento de pared móvil y al menos una paleta guía de ajuste variable; y

En la Figura 2 una vista detallada ampliada de la carcasa mostrada en la Figura 1.

La Figura 1 muestra una vista seccional esquemática de una sección de una carcasa 10 para una turbina de gas. Al menos un elemento de pared 12 está montado de manera móvil en la carcasa 10. Este elemento de pared 12 limita un canal de flujo 14 en la dirección radial de un eje de rotación D de un rotor 16 de la turbina de gas hacia el exterior. Además, la carcasa 10 comprende varias paletas guía 18 de ajuste variable. La ilustración de la Figura 1 debe entenderse como que la carcasa 10 es esencialmente simétrica en cuanto a la rotación con respecto al eje de rotación D.

La turbina de gas que se muestra es un motor de avión, es decir, un motor por ejemplo para un avión, un helicóptero, un dron o cualquier otro dispositivo de vuelo. Sin embargo, también es posible su uso en un barco, así como su uso estacionario para la generación de energía. Otra posibilidad ejemplar es el uso de una turbina de gas para presurizar un gasoducto.

La sección del motor de avión mostrada en la Figura 1 muestra el área del canal de flujo 14, que forma la transición de una cámara de combustión de turbina de gas a una turbina. Un flujo de gas caliente entra en la turbina desde la cámara de combustión a través del canal de flujo 14. En la Figura 1, las flechas 32 ilustran el flujo de gas en el canal de flujo 14. Este flujo de gas se expande en la turbina e impulsa el rotor 16 de la turbina de gas. De esa manera, el rotor 16 recupera la energía de este flujo de gas. En una turbina de gas, esta energía se utiliza, entre otras cosas, para accionar un compresor de la turbina de gas por medio de uno o más ejes. La energía recuperada del flujo de gas también se puede utilizar en un motor de avión, por ejemplo, para accionar un llamado ventilador.

El rotor 16 consiste en un gran número de paletas de turbina 20 dispuestas en un anillo alrededor del eje de rotación D. El canal de flujo 14, también conocido como espacio anular, está sellado por un elemento de sellado 22, tanto en la dirección radial exterior como en la interior del rotor 16.

Para asegurar un flujo óptimo de la corriente de gas hacia las paletas de turbina 20, las diversas paletas guía 18, que también están dispuestas en forma de anillo alrededor del eje de rotación D, son de ajuste variable. En el ejemplo mostrado, las paletas guía 18 con un vástago 24 están montadas de forma giratoria en la carcasa 10 en dirección radial exterior por medio de un montaje con rodamiento 26. En su extremo interior radial, las paletas guía 18 están montadas de forma rotatoria en la carcasa 10 con otro elemento de vástago 28. Se puede apreciar que una hoja de paleta 30 de la paleta guía 18 está colocada en el canal de flujo 14. Al hacer girar la paleta guía 18 alrededor de su eje de rotación D2, se puede cambiar el ángulo de ataque de esta hoja de paleta 30 con respecto al flujo de gas 32 en el canal de flujo 14. En el ejemplo de modalidad mostrado, este ajuste de las paletas guía 18 se realiza mediante un dispositivo de ajuste a través de una palanca 36. De esta manera, se puede optimizar aerodinámicamente la entrada de las paletas de turbina 20 con el flujo de gas, reduciendo así el consumo de combustible de la turbina de gas en varios puntos de funcionamiento.

Para poder ajustar la paleta guía 18 de forma variable, debe existir un espacio 38 entre la hoja de paleta 30 y el elemento de pared 12. Este espacio 38 también se conoce como espacio de bandera y puede verse con especial claridad en la Figura 2. Para reducir el consumo de combustible de la turbina de gas, este espacio de bandera 38 debe cerrarse lo mejor posible durante el funcionamiento. De lo contrario, se producirán aquí fuertes pérdidas de aceleración debido al desbordamiento y a la inducción de turbulencias. Por lo tanto, el elemento de pared 12 se puede mover entre una posición de sellado, en la que el elemento de pared 12 descansa al menos en un área parcial de un lado 40 de la hoja de paleta 30 de la paleta guía 18 opuesto al elemento de pared 12, y una posición abierta, en la que la hoja de paleta 30 y el elemento de pared 12 están separados uno del otro. La posición de sellado del elemento de pared 12 se muestra en la Figura 2 con líneas sólidas, la posición abierta con líneas discontinuas. Es fácil ver cómo el elemento de pared 12 se apoya contra el lado 40 de la hoja de paleta 30 en la posición de sellado, con lo que se cierra esencialmente el espacio de bandera 38.

El elemento de pared 12 se puede presurizar para que se mueva entre la posición de sellado y la posición abierta. Para ello, el elemento de pared 12 y un elemento de carcasa adyacente 42 definen una cavidad 44. La cavidad 44 también se llama vacío. Esta cavidad 44 recibe presión a través de un conducto de suministro de presión 48 diseñado como una perforación 46. La presión puede ser generada por el aire de congestionamiento, que se crea durante el movimiento de un avión, helicóptero o similar. Alternativamente, se puede utilizar el aire de purga de una etapa de compresor de la turbina de gas para presurizar la cavidad 44, en donde la etapa de compresor también se denomina etapa de compresión. Esta presión en la cavidad 44 ejerce una fuerza de accionamiento sobre el elemento de pared 12, de modo que lo mueve o lo presiona contra el lado 40 de la hoja de paleta 30. Esto se corresponde con el movimiento del elemento de pared 12 hacia la posición de sellado. En otras palabras, en la paleta guía variable 18 se realiza un cierre neumático del espacio de bandera. El aire de congestionamiento o de purga puede servir preferentemente como aire refrigerante para enfriar la carcasa de la turbina. Puede escapar, al menos parcialmente, de la cavidad 44 como flujo de fuga a través de los orificios o espacios restantes hacia el canal de gas caliente o el canal de flujo 14 hacia este último, impidiendo así que el gas caliente del canal de gas caliente o el canal de flujo 14 sea arrastrado hacia la cavidad 44 a través de los orificios o espacios. Debido a que, de acuerdo con la presente invención, el elemento de pared 12 se coloca de manera que se pueda desplazar entre la posición de sellado y la posición abierta, mientras la paleta guía 18 se coloca de manera que esté fija, exceptuando una posible rotación sobre su eje de rotación D2, con respecto al resto de la carcasa de la turbina, se proporciona un ajuste holgado con un pequeño espacio anular entre el elemento de pared 12 y la paleta guía 18. A través del espacio anular de este ajuste holgado, por ejemplo, parte del aire refrigerante puede escapar de la cavidad 44 hacia el canal de gas caliente o el canal de flujo 14. Sin embargo, si fuera necesario, en este espacio anular también se puede proporcionar un elemento de sellado para evitar, al menos sustancialmente, un flujo de fuga.

Además, la carcasa 10 comprende un conducto de evacuación de presión 50, mediante el cual se puede reducir la presión en la cavidad 44 al drenar el líquido. Por ejemplo, el conducto de evacuación de presión 50 puede conducir al medio ambiente y de esa manera drenar el aire comprimido presente en la cavidad 44. Cuando se reduce la presión en la cavidad 44, la diferencia de presión entre la presión en la cavidad 44 y una presión en el canal de flujo 14 empuja el elemento de pared 12 radialmente hacia fuera, de modo que se mueva hacia la posición abierta. Alternativamente, este movimiento también puede ser causado y/o apoyado por un elemento de resorte.

El conducto de evacuación de la presión 50 comprende una válvula cambiable 52, mediante la cual se puede controlar o regular la presión. La válvula cambiable 52 solo se muestra simbólicamente en la Figura 1. Al cerrar la válvula cambiable 52, se puede aumentar la presión en la cavidad 44 lo que permite que el aire comprimido fluya a través del conducto de suministro de presión 48 hacia la cavidad 44 y que no escape a través del conducto de evacuación de presión 50 cerrado por la válvula 52. Tan pronto como la presión en la cavidad 44 excede la presión en el canal de flujo 14, el elemento de pared 12 se mueve hacia la posición de sellado. Al abrir la válvula cambiable 52, el aire comprimido sale de la cavidad 44 a través del conducto de evacuación de presión 50. Tan pronto como la presión en la cavidad 44 sea menor que la presión en el canal de flujo 14, el elemento de pared 12 se mueve entonces hacia la posición abierta y libera el espacio de bandera 38, de modo que la paleta guía 18 puede ser ajustada sin desgaste debido a la fricción con el elemento de pared 12. Por lo tanto, con la ayuda de la válvula 52, durante el funcionamiento de la turbina de gas el elemento de pared 12 puede moverse, según sea necesario, entre la posición de sellado y la posición abierta. Preferentemente, la presión en la cavidad 44 se reduce por debajo de la presión en el canal de flujo 14 solo brevemente, es decir, menos de 10 segundos, preferentemente menos de 2 segundos, más preferentemente menos de 2 segundos, y ello ocurre, esencialmente, solo durante el tiempo que dure el ajuste de la paleta guía 18. Ello evita que la carcasa de la turbina se sobrecaliente durante este tiempo debido a la entrada de gas caliente y la falta de suministro de aire refrigerante.

Se puede apreciar que un canal de drenaje 54 del conducto de evacuación de presión 50 tiene una sección transversal 56 más grande que un canal de entrada 58 del conducto de suministro de presión. La sección transversal del canal de entrada 58 está marcada en la Figura 2 con el número de referencia 60. La sección transversal más grande 56 del canal de drenaje 54 permite un flujo más rápido de aire comprimido desde la cavidad 44 que el que puede entrar por el canal de entrada 58. Alternativa o adicionalmente, el conducto de suministro de presión 48 también puede incluir una válvula cambiable.

El conducto de suministro de presión 48 o su sección transversal 60 se selecciona preferentemente de tal manera que se logre un equilibrio entre la entrada de aire comprimido en la cavidad 44 y el flujo de salida debido a las fugas en la carcasa 10. Esto significa que, con la válvula 52 cerrada, fluye suficiente aire comprimido como para asegurar que se mantenga una presión sustancialmente constante en la cavidad 44, lo que mantiene el elemento de pared 12 en la posición de sellado. Por lo tanto, el suministro del líquido a presión debe seleccionarse de manera tal que no se escape tanta presión de la cavidad 44 a través de las fugas como para que el elemento de pared 12 se mueva involuntariamente hacia la posición abierta. Asimismo, tampoco debe haber un aumento inaceptable de la presión en la cavidad 44. Para ello, se puede proporcionar una válvula de sobrepresión o una limitación de sobrepresión correspondiente mediante la válvula 52.

También se puede apreciar que el elemento de pared 12 tiene un solo soporte 62 en el elemento de la carcasa 42. Para ello, un elemento de nariz 64 del elemento de pared 12 se introduce en una ranura 66 del elemento de carcasa 42. En la posición abierta, el lado 68 opuesto al soporte 62 del elemento de pared 12 gira o se arquea radialmente hacia afuera en relación con el canal de flujo 14. En cambio, en la posición de sellado, el lado 68 del elemento de pared 12, gira o se arquea radialmente hacia afuera en dirección al canal de flujo 14. Alternativamente, el elemento de pared 12 también se puede montar de forma rotatoria en una articulación en el soporte 62.

También se puede apreciar que el elemento de pared 12 del lado 68 opuesto al soporte 62 realiza el mayor movimiento relativo con respecto al elemento de carcasa 42 durante un movimiento entre la posición de sellado y la posición abierta. Para ello, se libera un espacio entre el elemento de pared 12 y el elemento de la carcasa 42. Para evitar pérdidas de presión innecesarias en el canal de flujo 14, que podrían dar lugar a un aumento del consumo de combustible, y para evitar que grandes cantidades de gas caliente sean arrastradas a la cavidad 44, se coloca en este punto un elemento de sellado 70. Cuando el elemento de pared 12 se mueve, se desliza a lo largo del elemento de sellado 70.

En la Figura 2 se puede apreciar también que el elemento de pared 12 comprende una abertura 72, en la que se coloca un disco de paleta 74 de la paleta guía 18. Como ya se ha mencionado, entre el disco de paleta 74 y la abertura 72 se proporciona un ajuste holgado, por ejemplo, en forma de un pequeño espacio anular, que permite que la paleta guía 18 gire sobre el eje de rotación D2 y reduce considerablemente las pérdidas de presión en el canal de flujo 14.

Se puede apreciar que una superficie 76 del elemento de pared 12 y el disco de paleta 74 que delimita el canal de flujo 14 están al mismo nivel en la posición de sellado. Esto significa que el elemento de pared 12 y el disco de paleta 74 limitan el canal de flujo 14 en la dirección exterior radial con una superficie aerodinámicamente uniforme, de modo que se evita la inducción de vórtices u otros fenómenos aerodinámicos indeseables en el flujo de gas en el canal de flujo 14.

El elemento de pared 12 movido hacia la posición de sellado fija por fricción la paleta guía 18 en esa posición. Con ello, la paleta guía 18 se asegura contra la torsión en el elemento de pared 12, de modo que se prescinde ventajosamente de elementos adicionales para fijar la paleta guía 18.

También se puede observar que en la carcasa 10 hay un elemento de tope 78 para limitar el movimiento del elemento de pared 12 en la posición abierta y un elemento de tope 80 para limitar el movimiento del elemento de pared 12 en la posición de sellado. El elemento de tope 78 de la carcasa 10 está diseñado como un elemento de nariz. El correspondiente elemento de nariz 82 del elemento de pared 12 se apoya contra el elemento de tope 78 en posición abierta. Esta es una forma particularmente fiable de evitar que el elemento de pared 12 se arquee demasiado hacia fuera radialmente en la posición abierta debido a una excesiva diferencia de presión entre el canal de flujo 14 y la cavidad 44, dañándose a sí mismo o dañando el elemento de la carcasa 42. El elemento de tope 80 está diseñado como un borde en el elemento de la carcasa 42, sobre el cual puede descansar un correspondiente elemento de nariz 84 del elemento de pared 12 en la posición de sellado. Esto evita que el elemento de pared 12 se mueva o se arquee radialmente hacia adentro de manera inadmisible. Además, la hoja de paleta 30 también está protegida contra los daños causados por el movimiento excesivo del elemento de pared 12.

La turbina de gas o el motor del avión que se muestra funciona de la siguiente manera: Tan pronto como exista una condición operativa que requiera un ajuste de la paleta guía 18, el elemento de pared 12 se mueve de la posición de sellado hacia la posición abierta. Para ello se abre la válvula cambiable 52 y el aire comprimido sale de la cavidad 44 por el conducto de evacuación de presión 50. Esto reduce la presión que actúa sobre el elemento de pared 12 en la cavidad 44. Debido a la presión predominante en el canal de flujo 14, el elemento de pared 12 se mueve o se arquea en la posición abierta y así se libera el espacio de bandera 38. Con ello, la paleta guía 18 se puede girar alrededor del eje de rotación D2 mediante el dispositivo de ajuste hasta que se establezca un flujo óptimo de la paleta de turbina 20 para el punto de funcionamiento correspondiente. Tan pronto como la paleta guía 18 se ajuste o gire hacia la posición correcta, la válvula cambiable 52 se cierra de nuevo. El aire comprimido que fluye a través del conducto de suministro de presión 48 hacia la cavidad 44 ejerce una presión sobre el elemento de pared 12, que actúa radialmente desde el exterior de la cavidad 44 sobre el elemento de pared 12. En consecuencia, el elemento de pared 12 se mueve de nuevo o se arquea hacia la posición de sellado y el espacio de bandera 38 se cierra al menos sustancialmente. Mediante el espacio de bandera 38 y posiblemente otros espacios durante el movimiento de ajuste del elemento de pared 12 y las paletas guía 18, solo se producen breves pérdidas que son insignificantes para el consumo de combustible durante toda la duración del vuelo del avión, el helicóptero o similares. En cambio, las pérdidas externas en el canal de flujo 14 se evitan casi por completo durante el funcionamiento restante de la turbina de gas o el motor de avión, lo que da lugar a un aumento significativo de la eficiencia.

Cabe señalar también que el elemento de pared 12 puede sellarse contra otros elementos de pared adyacentes en la dirección circunferencial, que pueden diseñarse de manera idéntica al elemento de pared 12, por ejemplo, mediante placas de sellado no mostradas, que se proporcionan en las correspondientes ranuras de sellado en el elemento de pared 12, conocidas suficientemente en el estado de la técnica. De esta manera se puede lograr un alto grado de estanqueidad entre los elementos de pared circunferencialmente adyacentes, tanto en la posición de sellado como en la posición abierta y en la transición entre estas posiciones. Preferentemente, todas las paletas guía ajustables se ajustan simultáneamente de modo que todos los elementos de pared 12 subordinados también se transfieran simultáneamente de la posición de sellado hacia la posición abierta y viceversa.

Lista de referencia de los dibujos

10 Carcasa

12 Elemento de pared

14 Canal de flujo

16 Rotor

18 Paleta guía

20 Paleta de turbina

22 Elemento de sellado

24 Eje

26 Montaje de rodamiento

28 Elemento del eje

30 Hoja de paleta

32 Flecha

36 Palanca

38 Espacio

40 Lado

42 Elemento de la carcasa

44 Cavidad

46 Perforación

48 Conducto de suministro de presión

50 Conducto de evacuación de presión

52 Válvula

54 Canal de drenaje

56 Sección transversal más grande

58 Canal de entrada

60 Sección transversal más pequeña

62 Soporte

64 Elemento de nariz

66 Ranura

68 Lado

70 Elemento de sellado

72 Orificio

74 Disco de paleta

76 Superficie

78 Elemento de tope

80 Elemento de tope

82 Elemento de nariz

84 Elemento de nariz

D Eje de rotación del rotor

D2 Eje de rotación de la paleta guía

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Carcasa (10) de una turbina de gas, en la que se monta de manera móvil al menos un elemento de pared (12) que delimita exteriormente un canal de flujo (14) de la carcasa (10) en dirección radial de un eje de rotación (D) de un rotor (16) de la turbina de gas, en donde la carcasa (10) comprende al menos una paleta guía de ajuste variable (18) que se extiende a través del elemento de pared (12) hacia el canal de flujo (14),

en donde el elemento de pared (12) se mueve entre una posición de sellado en la cual el elemento de pared (12) está situado a lo largo de al menos una subregión de un lado (40) de una hoja de paleta (30) de la paleta guía (18) que está orientada hacia el elemento de pared, y una posición abierta en la que la hoja de paleta (30) y el elemento de pared (12) están espaciados entre sí,

caracterizada porque,

el elemento de pared (12) puede ser accionado por un líquido a presión para moverse entre la posición abierta y la posición de sellado.

2. Carcasa (10) de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizada porque,

dicha carcasa comprende un conducto de suministro de presión (48) para suministrar el líquido a presión y un conducto de evacuación de presión (50) para extraer el líquido a presión.

3. Carcasa (10) de acuerdo con la reivindicación 2,

caracterizada porque,

el conducto de suministro de presión (48) y/o el conducto de evacuación de presión (50) comprende una válvula (52) a través de la cual se puede controlar y/o regular la presión sobre el elemento de pared (12).

4. Carcasa (10) de acuerdo con la reivindicación 2 o la reivindicación 3,

caracterizada porque,

un canal de drenaje (54) del conducto de evacuación de presión (50) tiene una sección transversal (56) más grande que un canal de entrada (58) del conducto de suministro de presión (48).

5. Carcasa (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,

caracterizada porque,

el elemento de pared (12) se apoya en un lado sobre un elemento de carcasa (42) a través de un soporte (62).

6. Carcasa (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,

caracterizada porque,

al menos un elemento de sellado (70) se dispone entre el elemento de pared (12) y un elemento de carcasa adyacente (42).

7. Carcasa (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6,

caracterizada porque,

el elemento de sellado (70) se dispone en un lado (68) contrario al soporte (62) del elemento de pared (12).

8. Carcasa (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,

caracterizada porque,

una superficie (76) del elemento de pared (12) que delimita el canal de flujo (14) y un disco de paleta (74) de la paleta guía (18) se adhieren entre sí de manera que estén al menos sustancialmente alineados en la posición de sellado.

9. Carcasa (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,

caracterizada porque,

el elemento de pared (12) comprende una abertura (72) en la que se coloca un disco de paleta (74) de la paleta guía (18).

10. Carcasa (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,

caracterizada porque,

el elemento de pared (12) y la paleta guía (18) están unidos entre sí por fricción en la posición de sellado.

11. Carcasa (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10,

caracterizada porque,

dicha carcasa comprende al menos un elemento de tope (78, 80) que limita el movimiento del elemento de pared (12) en la posición de sellado y/o en la posición abierta.

12. Turbina de gas, en particular un motor de avión, que comprende una carcasa (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

13. Método de funcionamiento de una turbina de gas que comprende una carcasa (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el elemento de pared (12) se mueve entre la posición de sellado y la posición abierta al ser accionado por un líquido a presión.

14. Método de acuerdo con la reivindicación 13,

caracterizado por las siguientes etapas:

- Mover el elemento de pared (12) hacia la posición abierta;

- Ajustar la paleta guía (18); y

- Mover el elemento de pared (12) hacia la posición de sellado.