ES2832489T3 - Módulo para una turbomaquinaria - Google Patents

Abstract

Módulo (20) para una turbomaquinaria (1), que tiene una estructura de paletas guía (21) y un portajuntas (23), en donde la estructura de paletas guía (21) comprende una paleta guía (21a), una plataforma interior (21b) y un primer pasador guía, en donde, en cada caso en relación con un eje longitudinal (2) del módulo (20), la paleta guía (21a) se dispone radialmente hacia afuera en la plataforma interior (21b) y el primer pasador guía (21c) se dispone radialmente hacia adentro en la plataforma interior (21b), y en donde el portajuntas (23) se dispone radialmente dentro de la plataforma interior (21b) y forma un receptáculo (22), que se abre radialmente hacia afuera y en el que se dispone el primer pasador guía (21c) de la estructura de paletas guía (21), y en donde en el receptáculo (22) se dispone en un cuerpo deslizante (31), en el que el primer pasador guía (21c) de la estructura de paletas guía (21) encuentra un contacto en relación con una rotación sobre el eje longitudinal (2) del módulo (20) y es guiado de forma desplazable radialmente en este contacto, en donde el cuerpo deslizante (31) está integrado a una pared (23a,b) del portajuntas (23), que delimita axialmente el receptáculo (22), caracterizado porque la pared (23a,b) del portajuntas (23) junto con otra pared (23a,b) del portajuntas (23) forma el receptáculo (22) en forma de perfil en U visto en sección axial.

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo para una turbomaquinaria

Campo técnico

La presente invención se refiere a un módulo para una turbomaquinaria.

Estado de la técnica

En el caso de una turbomaquinaria, por ejemplo, puede tratarse de un motor a reacción, por ejemplo, un turborreactor de doble flujo. En términos de funcionamiento, la turbomaquinaria se divide en un compresor, una cámara de combustión y una turbina. En el caso de un motor a reacción, por ejemplo, el aire aspirado es comprimido por el compresor y quemado en la cámara de combustión posterior con combustible de avión añadido. El gas caliente resultante, una mezcla de gas de combustión y aire, fluye a través de la turbina y se expande. La turbina también extrae una proporción de la energía del gas caliente para accionar el compresor. La turbina y el compresor se construyen generalmente en varias fases, en donde una fase tiene en cada caso una paleta guía y una corona de palas del rotor. En el caso del compresor, la corona de palas del rotor se dispone aguas abajo de la corona de las paletas guía.

La patente de los Estados Unidos núm. US 3,018,085A se refiere a una paleta guía con un portajuntas dispuesto radialmente en su interior. Este se encuentra encerrado axialmente entre dos placas de sellado, que también forman la plataforma interior de la paleta guía.

La patente de los Estados Unidos núm. US 2003/082050 A1 también se refiere a una paleta guía con un portajuntas dispuesto radialmente en su interior, en donde se utiliza una clavija de centrado para la fijación relativa.

La patente alemana núm. DE 102016202 519 A1 se refiere a una paleta guía, que está montada en un sistema de centrado de rayos opuesto a un portajuntas dispuesto radialmente en el interior. Para el contacto en la dirección de rotación se utiliza un perno.

La patente de los Estados Unidos núm. US 2,812,159 A se refiere a una paleta guía con una placa dispuesta radialmente en su interior, que debe asumir una función de sellado y amortiguación al mismo tiempo.

La patente alemana núm. DE 102011 000203 A1 se refiere a una junta laberíntica con varias pasarelas de diferentes longitudes, en donde el portajuntas está montado radialmente pretensado al mismo tiempo.

La presente invención se refiere a un módulo que tiene una estructura de paletas guía y un portajuntas. Además de la(s) paleta(s) guía dispuesta(s) en una plataforma interior, la estructura de paletas guía tiene pasadores guía dispuestos radialmente hacia adentro opuestos a las paletas guía en la plataforma interior. El(los) pasador(es) guía forma(n) un llamado centrado de rayos y se engancha(n) en un receptáculo abierto radialmente hacia afuera del portajuntas. En este receptáculo también se dispone un cuerpo deslizante que forma un contacto para el/los pasador(es) guía en relación con la dirección de rotación. En la dirección de rotación, que se refiere a una rotación alrededor del eje longitudinal del módulo o de la turbina, se transmiten considerables fuerzas mecánicas a través de las paletas guía y el cuerpo deslizante se somete a la tensión correspondiente. Por esta razón, actualmente se utiliza un cuerpo deslizante separado, que puede soportar estas altas tensiones mecánicas, y se sujeta con un remache.

Presentación de la invención

La presente invención tiene el objetivo técnico de proporcionar un módulo particularmente ventajoso para una turbomaquinaria.

De acuerdo con la invención, este objetivo se logra con un módulo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cuerpo deslizante está integrado a una pared del portajuntas, que limita axialmente el receptáculo con el pasador de guía en él. El diseño integrado tiene la ventaja de que el cuerpo deslizante como parte integral no tiene que ser sujetado por separado, en concreto no se requiere remachar. En el estado actual de la técnica, el elemento deslizante se coloca entre dos paredes del portajuntas, que de conjunto definen los límites axiales del receptáculo, y se sujeta con un remache que pasa a través de estas paredes y del elemento deslizante. El cuerpo deslizante debe tener un tamaño ligeramente menor para que pueda ser movido entre las paredes en la posición de montaje en absoluto. Al remachar, las paredes se comprimen axialmente antes de que el remache se cierre. El inventor ha descubierto ahora que, tras retirar la herramienta de remachado, el remache se somete a una pretensión debido al efecto de resorte, que en el peor de los casos puede provocar el fallo del remache, desde el primer momento o durante su vida útil. Este problema del espacio puede ser resuelto con el diseño integrado.

Las modalidades preferidas se encuentran en las reivindicaciones dependientes y en toda la descripción, en donde en la representación de las características no siempre se diferencia en detalle entre el módulo, un correspondiente compresor o la turbomaquinaria. La descripción se debe leer con respecto a todas las categorías, en particular también a los usos correspondientes.

Como se mostrará en detalle más adelante, el receptáculo suele estar limitado axialmente por dos paredes del portajuntas, que forman un perfil en U en una sección axial. En relación con la profundidad radial de este perfil en U, de acuerdo con el estado de la técnica, el cuerpo deslizante se dispone esencialmente en el centro, es decir, hay un espacio libre radialmente entre el cuerpo deslizante y la base del perfil. Sin embargo, como también ilustra el ejemplo de modalidad, el cuerpo deslizante en este caso se extiende preferentemente hasta la base del perfil. Si el receptáculo se inserta radialmente desde afuera, por ejemplo, mediante fresado o ranurado, también puede ser obligatoria una forma correspondiente. La eliminación de material radialmente debajo del cuerpo deslizante no es entonces posible en absoluto debido a la falta de accesibilidad. En comparación con el estado de la técnica, con el espacio libre, se acepta por lo tanto una cierta desventaja, a saber, un mayor peso debido al mayor volumen del cuerpo deslizante. Aunque esto puede dar lugar a un consumo de combustible de avión ligeramente superior, por ejemplo, en el caso del motor de una aeronave, el aumento de la fiabilidad de la invención es más importante en una visión global.

En general, en el contexto de esta descripción, "axial" se refiere al eje longitudinal del módulo, es decir, el eje longitudinal del compresor o de la turbomaquinaria. Este eje longitudinal puede, por ejemplo, coincidir con un eje de rotación alrededor del cual giran las palas asociadas al conjunto de paletas durante el funcionamiento. "Radial" se refiere a las direcciones radiales perpendiculares a ella y que apuntan hacia fuera del eje longitudinal, y "circunferencia" o "dirección de rotación" se refiere a una rotación sobre el eje longitudinal. En una "sección axial", el eje longitudinal está en el plano de la sección.

Además, a los efectos de esta descripción, "un" y "uno" deben leerse como artículos indefinidos y, por lo tanto, siempre como "al menos un" o "al menos uno", correspondientemente, a menos que se indique expresamente lo contrario. La estructura de paletas guía puede proporcionarse, por ejemplo, como un segmento múltiple, es decir, se pueden disponer varias paletas guía radialmente en el exterior de la plataforma interior, unas detrás de otras en dirección circunferencial. La estructura de paletas guía forma la fase conjuntamente con otra u otras estructuras de paletas guía, que se suceden en dirección circunferencial. Preferentemente, todas las estructuras de paletas guía de la fase son guiadas cada una en un cuerpo deslizante integrado a la pared del portajuntas.

El cuerpo deslizante y la pared del portajuntas no pueden separarse entre sí de forma no destructiva debido a su diseño "integrado", es decir, solo pueden separarse entre sí destruyendo al menos parcialmente el cuerpo deslizante y/o la pared del portajuntas o una capa de unión entre ellos. En general, también se puede concebir un diseño integrado mediante una unión por adherencia de material del cuerpo deslizante con la pared del portajuntas, en particular mediante soldadura, por ejemplo, mediante soldadura por fricción.

En la modalidad preferida, el cuerpo deslizante es monolítico con la pared del portajuntas. Por lo tanto, ambos se forman uno sobre el otro en el mismo proceso de fabricación, por ejemplo, en el caso de la producción por fundición o el ensamblaje generativo. Sin embargo, el cuerpo deslizante y la pared del portajuntas también se pueden mecanizar a partir de un material sólido mediante la eliminación adecuada del material, por ejemplo, mediante el fresado o la perforación, etc. Debido al diseño "monolítico", un área de transición entre el cuerpo deslizante y la pared del portajuntas puede estar libre de límites materiales entre diferentes materiales o materiales con diferentes historias de fabricación. Por ejemplo, el diseño monolítico puede ser particularmente robusto.

En la modalidad preferida, al menos una superficie del cuerpo deslizante, que forma el contacto para el pasador guía se recubre con un revestimiento. Aunque a diferencia de lo que ocurre en el estado de la técnica, el cuerpo deslizante no se hace de un material más fuerte que la pared del portajuntas, el revestimiento se puede utilizar ventajosamente para aumentar la resistencia mecánica.

En una modalidad preferida, la superficie de la pared interior de la pared del portajuntas está provista de un revestimiento al menos en un área alrededor del cuerpo deslizante, lo que puede ayudar a aumentar la resistencia o la capacidad de carga en esta área sometida a tensión mecánica. La superficie de la pared interior limita el receptáculo axialmente. Preferentemente, el propio cuerpo deslizante y la superficie de la pared interior están recubiertos en algunas áreas. Por ejemplo, en el caso de la producción mediante eliminación de material, el cuerpo deslizante se puede transferir a la superficie de la pared interior con una ranura, que preferentemente luego se recubre.

El revestimiento preferido es una aleación de níquel altamente resistente al calor. El níquel se puede alear, por ejemplo, con cobre.

En una modalidad preferida, el primer pasador guía junto con un segundo pasador guía rodea el cuerpo deslizante en relación con la dirección de rotación. Así pues, el cuerpo deslizante se mantiene entre los pasadores guía (pero todavía puede desplazarse radialmente hasta cierto punto), razón por la cual esta disposición se conoce también como Tang ("Tenazas"). Los dos pasadores guía están en contacto con superficies laterales opuestas del cuerpo deslizante, esta disposición es un dispositivo de centrado de rayos.

De acuerdo con la invención, la pared del portajuntas forma un perfil en U con otra pared del portajuntas cuando vista en sección axial. Las paredes del portajuntas, también llamadas tabiques, tienen su extensión superficial radialmente, mientras su grosor correspondiente se mide axialmente en la dirección de rotación. Preferentemente, las paredes del portajuntas son paralelas entre sí y perpendiculares al eje longitudinal (en relación con su extensión superficial).

En la modalidad preferida, el cuerpo deslizante está integrado a ambas paredes del portajuntas, preferentemente de forma monolítica. Sin embargo, esto no suele ser absolutamente necesario; el cuerpo deslizante también podría diseñarse integrado a una de las paredes del portajuntas, la otra pared del portajuntas podría entonces diseñarse como una lámina, por ejemplo. El diseño monolítico integrado, preferentemente a ambas paredes del portajuntas, se puede lograr, por ejemplo, en una producción por eliminación de material que comienza a partir de un disco, en donde partiendo desde el borde del disco radialmente hacia adentro, se elimina un área central axial, formando así el receptáculo y manteniendo las paredes del portajuntas. Para ello el cuerpo deslizante también se mantiene estacionario, de modo que no se elimina ningún material en el área correspondiente.

En la modalidad preferida, el cuerpo deslizante se extiende radialmente hacia adentro hasta la base de la sección U, ver también los comentarios anteriores. Un cuerpo deslizante alargado correspondiente también puede ser ventajoso con respecto a la tensión mecánica, porque una fuerza aplicada por el o los pasadores guía sobre un área mayor distribuye una presión menor y, por lo tanto, una menor tensión.

En una modalidad preferida, un remache penetra en ambas paredes y en el cuerpo deslizante. En una superficie de la pared exterior de al menos una de las dos paredes del portajuntas que están orientadas en dirección opuesta al receptáculo, el remache sostiene una junta, preferentemente en ambas paredes del portajuntas (cada una en la superficie de la pared exterior). Así pues, el remache sirve para fijar la junta, no para fijar el cuerpo deslizante, por lo que no se plantea el problema del espacio descrito anteriormente, o al menos no en esa medida.

En la modalidad preferida, la junta es una junta de boca de pez. Puede estar formado, en particular, por piezas de chapa en forma de S o L que se extienden con una extensión axial al menos proporcional a la superficie de la respectiva pared exterior de la correspondiente pared del portajuntas. Las juntas de boca de pez pueden entonces tener un solapamiento radial con las bridas axiales de las estructuras de las palas del rotor aguas arriba o aguas abajo.

En una modalidad preferida, el portajuntas lleva un elemento de sellado radialmente hacia adentro, preferentemente una junta de panal. La disposición del anillo portajuntas, la junta de boca de pez y el centrado de rayos por medio de elementos deslizantes se denomina también Sello de Aire Interior Estático (SIAS).

La invención también se refiere a un compresor con un módulo como el descrito aquí. Además, la invención también se refiere a una turbomaquinaria con un compresor correspondiente o un módulo como el descrito aquí.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se explicará la invención con más detalle mediante ejemplos de modalidad, en donde las características individuales dentro del ámbito de las reivindicaciones dependientes también pueden ser esenciales para la invención en otras combinaciones y no se hace ninguna distinción en detalle entre las diferentes categorías de reivindicaciones.

Se muestran:

En la Figura 1, una sección axial de un motor a reacción;

En la Figura 2, de nuevo una sección axial, como parte de una fase de un compresor, una estructura de paletas guía con una suspensión en un portajuntas;

En la Figura 3a, una vista axial seccional de un cuerpo deslizante del estado de la técnica como parte de la suspensión de acuerdo con la figura 1;

En la Figura 3b, una vista axial seccional de un cuerpo deslizante del estado de la técnica como parte de la suspensión de acuerdo con la figura 2.

Modalidad preferida de la invención

La Figura 1 muestra una vista esquemática de una turbomaquinaria 1, específicamente de un motor a reacción. Funcionalmente, la turbomaquinaria 1 se divide en el compresor 1a, la cámara de combustión 1b y la turbina 1c. Tanto el compresor 1a como la turbina 1c constan de varias fases, cada una de las cuales consta de una corona de paleta guía y una corona de palas del rotor. En el caso de la turbina 1c, la corona de las palas del rotor se dispone aguas abajo de la corona de paletas guía asociada. Durante el funcionamiento, las palas del rotor giran alrededor del eje longitudinal 2.

La figura 2 muestra, como módulo 20, una sección del compresor 1c, de nuevo en una sección axial. Específicamente, se puede ver una estructura de paletas guía 21 con una paleta guía 21a, una plataforma interior 21b, y un primer y un segundo pasador guía 21c,d. La paleta guía 21a se dispone radialmente hacia afuera en la plataforma interior 21b, los pasadores guía 21c,d radialmente hacia adentro. Los pasadores guía 21c,d se extienden radialmente hacia adentro en un receptáculo 22, que forma el portajuntas 23. Concretamente, el receptáculo 22 está delimitado axialmente entre una pared delantera 23a y una pared trasera 23b del portajuntas 23; las dos paredes 23a,b del portajuntas 23 forman, en la sección axial, un perfil en U abierto radialmente hacia afuera. Radialmente hacia adentro, el portajuntas 23 tiene un elemento de sellado 24, a saber, una junta de panal.

Los pasadores guía 21c,d se mantienen en posición axial entre las paredes 23a,b, pero aún pueden desplazarse radialmente, es decir, no están sujetos. En detalle, el plano seccional de la sección axial de acuerdo con la figura 2 se encuentra circunferencialmente entre las dos pasadores guía 21c,d. Por consiguiente, a continuación se hace referencia también a la figura 3a, que muestra cómo los pasadores guía 21c,d (indicados por guiones) rodean juntas un elemento deslizante 31 con respecto a una dirección de rotación 30. El primer pasador guía 21c está en contacto con una superficie lateral circunferencial 31a del cuerpo deslizante 31, el segundo pasador guía 21d está en contacto con la superficie lateral opuesta 31b. Esta disposición, también conocida como Tang, forma el llamado centrado de rayos, que aún permite cierto desplazamiento radial (para compensar los diversos grados de expansión inducida térmicamente durante el funcionamiento). Los pasadores guía 21c,d convergen radialmente hacia afuera en una especie de horquilla, como se puede ver en la vista seccional de la figura 2.

La figura 3a muestra una vista axial seccional, el plano seccional es perpendicular al eje longitudinal 2 y divide al medio el receptáculo 22. La pared delantera 23a está fuera del plano de dibujo, la vista recae en la pared trasera 23b del portajuntas 23. La figura 3a muestra una variante del estado de la técnica, en la que el cuerpo deslizante 31 no está integrado a las paredes 23a,b del portajuntas 23 y está fijado por un remache (no mostrado en la figura 3a).

La figura 3b muestra una variante del estado de la técnica, en la que el cuerpo deslizante 31 está integrado a las paredes 23a,b del portajuntas 23. Concretamente, el cuerpo deslizante 31 se fusiona monolíticamente en ambas paredes 23a,b, la producción se lleva a cabo en este caso mediante la eliminación de material. Para ello, el receptáculo 22 se introduce a partir de un disco radialmente desde el exterior, es decir, en la figura 3b desde arriba, por ejemplo, mediante fresado o perforación. El cuerpo deslizante 31 se mantiene estacionario.

Los pasadores guía 21c,d no se muestran en la figura 3b para mayor claridad, pero rodean el cuerpo deslizante 31 como en la figura 3a. Debido al alargado cuerpo deslizante 31 hacia la base del perfil 23c, la superficie de contacto entre los pasadores guía 21c,d y el cuerpo deslizante 31 es mayor, lo que reduce la tensión mecánica. Además, una superficie de la pared interior 23ba alrededor del cuerpo deslizante 31 se utiliza como refuerzo mecánico y las superficies laterales 31a,b del propio cuerpo deslizante 31 también están recubiertas con una aleación de níquel resistente a altas temperaturas.

Debido al diseño monolítico o integrado, el cuerpo deslizante 31 no tiene que ser sujetado con un remache, lo que en la constelación actual resultaría en un remache cargado con una alta pretensión. De acuerdo con el estado de la técnica, se requiere cierto espacio axial entre el cuerpo deslizante 31 y las paredes 23a,b, véanse también las notas de la introducción a la descripción en detalle. El diseño de acuerdo con la invención puede tener ventajas en términos de vida útil y fiabilidad.

Como puede verse en un resumen de las figuras 2 y 3b, el cuerpo deslizante 31 está penetrado preferentemente por un remache 25, que sostiene una junta de boca de pez 26a,b en cada una de las dos paredes 23a,b. Sin embargo, debido a que el cuerpo deslizante 31 está integrado a las paredes 23a,b, se requiere considerablemente menos el remache 25.

Lista de referencia de los dibujos:

Turbomaquinaria 1

Compresor 1a

Cámara de combustión 1b

Turbina 1c

Eje longitudinal 2

Módulo 20

Estructura de paletas guía 21

Paleta guía 21a

Plataforma interior 21b

Primer pasador guía 21c

Segundo pasador guía 21d

Receptáculo 22

Portajuntas 23

Pared delantera 23a

Pared trasera 23b

Superficie de la pared interior 23ba

Elemento de sellado 24

Remache 25

Junta de boca de pez 26a,b

Dirección de rotación 30 Cuerpo deslizante 31 Superficies laterales 31a,b

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Módulo (20) para una turbomaquinaria (1), que tiene

una estructura de paletas guía (21) y

un portajuntas (23),

en donde la estructura de paletas guía (21) comprende una paleta guía (21a), una plataforma interior (21b) y un primer pasador guía, en donde, en cada caso en relación con un eje longitudinal (2) del módulo (20), la paleta guía (21a) se dispone radialmente hacia afuera en la plataforma interior (21b) y el primer pasador guía (21c) se dispone radialmente hacia adentro en la plataforma interior (21b),

y en donde el portajuntas (23) se dispone radialmente dentro de la plataforma interior (21b) y forma un receptáculo (22), que se abre radialmente hacia afuera y en el que se dispone el primer pasador guía (21c) de la estructura de paletas guía (21),

y en donde en el receptáculo (22) se dispone en un cuerpo deslizante (31), en el que el primer pasador guía (21c) de la estructura de paletas guía (21) encuentra un contacto en relación con una rotación sobre el eje longitudinal (2) del módulo (20) y es guiado de forma desplazable radialmente en este contacto,

en donde el cuerpo deslizante (31) está integrado a una pared (23a,b) del portajuntas (23), que delimita axialmente el receptáculo (22), caracterizado porque la pared (23a,b) del portajuntas (23) junto con otra pared (23a,b) del portajuntas (23) forma el receptáculo (22) en forma de perfil en U visto en sección axial.

2. Módulo (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cuerpo deslizante (31) se forma monolíticamente con la pared (23a,b) que delimita axialmente el receptáculo (22) del portajuntas (23).

3. Módulo (20) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que al menos un área de la superficie del cuerpo deslizante (31), que forma el contacto para el primer pasador guía (21c) de la estructura de paletas guía (21), está provista de un revestimiento.

4. Módulo (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que una superficie de la pared interior (23ba) de la pared (23a,b) del portajuntas (23) orientada hacia el receptáculo (22) está provista de un revestimiento al menos en un área alrededor del cuerpo deslizante (31).

5. Módulo (20) de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en el que el revestimiento es una aleación de níquel resistente a altas temperaturas.

6. Módulo (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que radialmente hacia adentro de la plataforma interior (21b) se dispone un segundo pasador guía (21d), que se dispone junto con el primer pasador guía (21c) en el receptáculo (22) del portajuntas (23), en donde el segundo pasador guía (21d) también hace contacto con el cuerpo deslizante (31) y el cuerpo deslizante (31) se dispone, con respecto a la circunferencia, entre el primer pasador guía (21c) y el segundo pasador guía (21d).

7. Módulo (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo deslizante (31) también está integrado a la otra pared (23a,b) del portajuntas (23) y es opcionalmente monolítico.

8. Módulo (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo deslizante (31) se extiende radialmente hacia adentro hasta una base de perfil en U.

9. Módulo (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que un remache (25) atraviesa las dos paredes (23a,b) y el cuerpo deslizante (31) y de este modo sujeta una junta en al menos una de las dos paredes (23a,b), específicamente en la superficie de la pared exterior alejada de su receptáculo (22).

10. Módulo (20) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la junta es una junta de boca de pez (26a,b).

11. Módulo (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el portajuntas (23) tiene radialmente interior un elemento de sellado (24).

12. Módulo (20) de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el elemento de sellado (24) es una junta de panal.

13. Compresor (1a) para una turbomaquinaria (1), que tiene un módulo (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

14. Turbomaquinaria (1) que tiene un módulo (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 o un compresor (1a) de acuerdo con la reivindicación 13.