ES2842884T3 - Paleta de una turbomaquinaria con un conducto de enfriamiento y un cuerpo expulsor dispuesto en ella, y método de fabricación de la paleta - Google Patents
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Abstract
Paleta de una turbomaquinaria, que comprende en su interior al menos un conducto de enfriamiento (5) para enfriar la paleta (1) con un líquido que fluye a través del conducto de enfriamiento, en donde el conducto de enfriamiento tiene al menos una entrada (6) y al menos una salida (7) entre las cuales el conducto de enfriamiento se extiende a lo largo de su eje longitudinal, y en donde el conducto de enfriamiento está delimitado radialmente por al menos una pared, caracterizado porque, al menos un cuerpo expulsor (8) se dispone en el conducto de enfriamiento, cuyo cuerpo está provisto de una cubierta cerrada y se extiende solo sobre un área parcial a lo largo del eje longitudinal del conducto de enfriamiento (5), de manera que queda un espacio anular o tubular (10) en el área del o de los cuerpos expulsores (8) entre el cuerpo expulsor (8) y la pared del conducto de enfriamiento (5), en donde dicho espacio está disponible para que el líquido fluya a través de él, o al menos dos o más subconductos (11) se forman en el área del o los cuerpos expulsores.
Description
DESCRIPCIÓN
Paleta de una turbomaquinaria con un conducto de enfriamiento y un cuerpo expulsor dispuesto en ella, y método de fabricación de la paleta
Antecedentes de la invención
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una paleta de una turbomaquinaria, como, por ejemplo, de una turbina de gas estacionaria o un motor de avión, y en particular a una paleta de turbina, preferentemente una paleta de turbina de una turbina de alta presión, en donde la paleta comprende en su interior al menos un conducto de enfriamiento para enfriar la paleta con un líquido que fluye a través del conducto de enfriamiento. Además, la presente invención se refiere a un método de fabricación de dicha paleta.
Estado de la técnica
Se conoce que, en las turbomaquinarias, como las turbinas de gas estacionarias o los motores de avión, las paletas, en particular las del sector de las turbinas de alta presión, disponen de conductos de enfriamiento para poder hacer pasar un líquido de enfriamiento a través del al menos un conducto de enfriamiento de la paleta, con lo que se reduce la carga de temperatura de este. De esta manera, se puede lograr la mayor temperatura de funcionamiento posible de la turbina para una paleta de un material determinado o, se dispone de más alternativas de material para fabricar la paleta de turbina para una temperatura de funcionamiento determinada, sin causar daños a la paleta o a su material durante el funcionamiento debido a la carga de temperatura.
Ejemplos de estas paletas de turbina se describen, por ejemplo, en las patentes núm. US 2016 / 0312617 A1, US 2016 / 222796 A1, WO 2017 / 009051 A1, US 9611 745 B1, WO 2015 / 076909 A2, WO 2017 / 121 689 A1, DE 10004 128 A1 o DE 102015213090 A1. Aunque las paletas de turbina conocidas ya se pueden alcanzar altas temperaturas de funcionamiento de la turbomaquinaria, sigue siendo necesario mejorar el enfriamiento de las paletas de la turbomaquinaria, ya sea para poder aumentar aún más la temperatura de funcionamiento de la turbomaquinaria o para poder utilizar otros materiales para las paletas. Además, es ventajoso para el funcionamiento eficiente de las turbomaquinarias que se reduzca la necesidad de líquido de enfriamiento, como el aire refrigerante.
Los aspectos descritos de la importancia del enfriamiento de las paletas se aplican aún más cuando las paletas están integradas a un disco como el llamado Blisk, ya que esto limita la elección del material de las paletas y, en correspondencia, es más importante el enfriamiento de la paleta o la hoja de paleta.
Descripción de la invención
Objetivo de la invención
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar una paleta para una turbomaquinaria que permita un enfriamiento mejor y, en particular, más eficaz de la paleta o de la hoja de paleta durante el funcionamiento de la turbomaquinaria. Al mismo tiempo, la paleta debe ser fiable y fácil de fabricar.
Solución técnica
Este objetivo se logra con una paleta que tiene las características de la reivindicación 1, así como con un método para fabricar una paleta de una turbomaquinaria que tiene las características de la reivindicación 12. Las modalidades ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con la invención, en el caso de una paleta de una turbomaquinaria, que comprende en su interior al menos un conducto de enfriamiento para enfriar la paleta con un líquido que fluye a través del conducto de enfriamiento, se propone disponer al menos un cuerpo expulsor en el conducto de enfriamiento, de manera que quede un espacio anular o tubular en el área del o de los cuerpos expulsores entre el cuerpo expulsor y la pared del conducto de enfriamiento, disponible para que el líquido fluya a través de él. Ello asegura que el líquido de enfriamiento tenga mejor contacto con la pared del conducto de enfriamiento a enfriar o con el material adyacente de la paleta a enfriar con el líquido de enfriamiento, por ejemplo, con aire refrigerante. De esta manera, se puede mejorar la transferencia de calor al líquido de enfriamiento y se produce un enfriamiento más eficaz y eficiente de la paleta, de modo que se pueda reducir la carga de temperatura de la paleta y/o el consumo de líquido de enfriamiento.
Como alternativa a la formación de un espacio anular o tubular entre el cuerpo expulsor y la pared del conducto de enfriamiento, el o los cuerpos expulsores también pueden formarse en el conducto de enfriamiento, de tal manera que se formen al menos dos o más subconductos, que también tienen el efecto de que el líquido de enfriamiento que fluye a través del conducto de enfriamiento se suministra eficientemente a las áreas de la paleta a enfriar.
El cuerpo expulsor o la pluralidad de cuerpos expulsores pueden disponerse de diferentes maneras en el conducto de enfriamiento de una paleta de una turbomaquinaria, a fin de lograr una mejor transferencia de calor de la pared del conducto de enfriamiento al líquido de enfriamiento que fluye a través de este.
Por ejemplo, el al menos un cuerpo expulsor puede disponerse en el área del centro axial y/o radial del conducto de enfriamiento. Por dirección axial se entiende la extensión longitudinal del conducto de enfriamiento a lo largo de la dirección del flujo del líquido de enfriamiento, mientras que la dirección radial es una dirección transversal a la dirección axial o longitudinal del conducto de enfriamiento. Por consiguiente, del al menos un cuerpo expulsor puede disponerse centralmente en el conducto de enfriamiento, con respecto a la dirección longitudinal o axial y/o con respecto al eje central del conducto de enfriamiento, es decir, a la dirección radial.
El cuerpo expulsor puede extenderse a lo largo del eje central del conducto de enfriamiento, en particular coaxial con respecto al eje central del conducto de enfriamiento. Esto da como resultado una distribución uniforme del líquido de enfriamiento que fluye a lo largo de la circunferencia del conducto de enfriamiento.
El ancho del espacio formado entre el cuerpo expulsor y la pared del conducto de enfriamiento, o el diámetro máximo o la sección transversal de flujo de un subconducto formado por el cuerpo expulsor, puede ser constante a lo largo del eje longitudinal del conducto de enfriamiento o puede variar a lo largo del eje longitudinal del conducto de enfriamiento. Además, también se pueden concebir combinaciones de manera tal que en áreas parciales el ancho del espacio o el diámetro máximo o la sección transversal de flujo de un subconducto puede ser diferente, pero en otras áreas parciales el ancho del espacio o el diámetro máximo o la sección transversal de flujo del subconducto permanece constante a lo largo del eje longitudinal. Preferentemente, el ancho del orificio o el diámetro máximo o la sección transversal de flujo de un subconducto puede permanecer constante a lo largo de toda la longitud del conducto de enfriamiento o al menos en un área parcial grande del conducto de enfriamiento, por ejemplo, en al menos el 90 % del conducto de enfriamiento.
Además de la variación del ancho del espacio entre el cuerpo expulsor y la pared del conducto de enfriamiento a lo largo del eje longitudinal del conducto de enfriamiento, el ancho del espacio también puede variar a lo largo de la circunferencia del conducto de enfriamiento en torno al eje longitudinal o ser constante. Un cambio del ancho del espacio a lo largo de la circunferencia del conducto de enfriamiento se puede utilizar para permitir que pase más o menos líquido de enfriamiento a lo largo de la pared del conducto de enfriamiento en ciertas áreas del mismo, por ejemplo, dependiendo de la proximidad a la superficie de la hoja de paleta.
El cuerpo expulsor se puede formar y colocar en el conducto de enfriamiento de tal manera que la sección transversal del flujo del conducto de enfriamiento se reduzca en el área del cuerpo expulsor.
El cuerpo expulsor puede estar formado además por una estructura de panal, matriz o entramado para que se puedan mantener bajos tanto el uso de material como el peso de la paleta. Cuando el cuerpo expulsor tiene forma de una estructura de panal, matriz o entramado, las cavidades de la estructura de panal, matriz o entramado se pueden rellenar con un material de relleno que tenga, por ejemplo, baja densidad.
El cuerpo expulsor está provisto de una envoltura cerrada, por ejemplo, una envoltura de metal, para impedir la entrada de líquido de enfriamiento. La envoltura cerrada se puede sellar completamente, en particular después de llenar las cavidades con material de relleno o después de vaciar las cavidades de material de fabricación.
Las formas transversales del conducto de enfriamiento y/o uno de los subconductos y/o el cuerpo expulsor se pueden realizar de diversas maneras, por ejemplo, como formas redondas, circulares, ovaladas, angulares, cuadrangulares, hexagonales o cualquier forma libre. En este sentido, las formas transversales del conducto de enfriamiento y del cuerpo expulsor pueden ser iguales o diferentes.
La disposición de un cuerpo expulsor en un conducto de enfriamiento se puede caracterizar porque se proporciona una entrada de enfriamiento común para todas las vías de líquido de enfriamiento a través del conducto de enfriamiento, es decir, para un orificio anular o tubular y/o varios subconductos. Por consiguiente, cuando se forma una pluralidad de subconductos, estos pueden desembocar en un conducto de enfriamiento común.
En la formación de subconductos, el al menos un cuerpo expulsor se puede formar y/o colocar en el conducto de enfriamiento de tal manera que los subconductos se formen en los lados del conducto de enfriamiento que se disponen más cerca de una superficie de la paleta que de uno de los otros lados del conducto de enfriamiento. En particular, los subconductos se pueden colocar de manera que tengan al menos una porción de mayor superficie en el o los lados del conducto de enfriamiento que están más cerca de una superficie de la paleta que los lados del conducto de enfriamiento sin o con una porción de menor superficie de uno de los subconductos.
El conducto de enfriamiento y/o los subconductos del conducto de enfriamiento se pueden formar de tal manera que el diámetro máximo del conducto de enfriamiento o de un subconducto sea menor que la extensión longitudinal del conducto de enfriamiento y/o del subconducto.
En particular, el conducto de enfriamiento se puede extender a través de la paleta de tal manera que grandes áreas de la paleta se puedan enfriar con el líquido de enfriamiento que fluye a través del conducto de enfriamiento.
La fabricación de una paleta correspondiente se puede llevar a cabo en particular mediante procesos de fabricación generativos o aditivos, en los que la paleta se construye capa por capa a partir de un material en polvo. De esta manera, es posible de una manera más sencilla formar el cuerpo expulsor en un conducto de enfriamiento.
Preferentemente, la fusión selectiva con rayos láser o la fusión selectiva con rayos de electrones se puede utilizar como método de fabricación generativo o aditivo.
Breve descripción de las figuras
Los dibujos adjuntos muestran de manera puramente esquemática:
En la Figura 1, una vista en perspectiva de una paleta de turbina de acuerdo con la invención,
En la Figura 2, una sección longitudinal de la paleta de turbina de la Figura 1 en una vista seccional de acuerdo con las flechas A,
En la Figura 3, una sección transversal de la paleta de turbina de la Figura 1 con una vista seccional de acuerdo con las flechas B, y en
En la Figura 4, otra modalidad de una paleta de turbina como la mostrada en la Figura 3.
Ejemplos de modalidades
Las ventajas, características y rasgos adicionales de la presente invención se apreciarán a partir de la siguiente descripción detallada de los ejemplos de modalidades. Sin embargo, la invención no se limita a estos ejemplos de modalidades.
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de la paleta de turbina 1, en la que se implementa la invención. La paleta de turbina 1, que, por ejemplo, se puede utilizar en la sección de turbinas de alta presión de una turbomaquinaria, consta de una hoja de paleta 2 y una raíz de paleta 3, en donde entre la hoja de paleta 2 y la raíz de paleta 3 se forma una cubierta 4. Como se puede apreciar en la vista seccional de la Figura 2, en el interior de la paleta de turbina 1 se forma un conducto de enfriamiento 5, que tiene una entrada de conducto de enfriamiento 6 en el área de la raíz de paleta 3 y dos salidas de conducto de enfriamiento 7 en el área de la punta de paleta de la hoja de paleta 2.
El conducto de enfriamiento 5 va primero en forma serpenteante desde la entrada del conducto de enfriamiento 6 en el área de la raíz de paleta 3 hasta el extremo superior de la hoja de paleta 2 y, tras una desviación de 180°, desde el extremo superior de la hoja de paleta 2, regresa a la raíz de paleta 3 donde, tras una nueva desviación de 180°, el conducto de enfriamiento 5 vuelve a ir en dirección al extremo superior de la hoja de paleta 2. En el área del extremo superior de la hoja de paleta 2 en la punta de la paleta, el conducto de enfriamiento 5 tiene una pluralidad de salidas del conducto de enfriamiento 7 a través de las cuales puede salir de nuevo del conducto de enfriamiento 5 un líquido que sirve para enfriar la paleta de turbina 1, como el aire refrigerante.
Para lograr que el líquido de enfriamiento o el aire refrigerante, en la medida de lo posible, se desplace a lo largo de la pared del conducto de enfriamiento 5, que delimita radialmente el conducto de enfriamiento 5, a fin de permitir una transferencia de calor correspondiente del material de la hoja de paleta 2 calentado durante el funcionamiento, se proporciona un cuerpo expulsor 8 en el conducto de enfriamiento 5, que en el ejemplo de modalidad mostrado en las Figuras 2 y 3 se extiende centralmente a lo largo del eje longitudinal del conducto de enfriamiento 5.
Como se puede apreciar en la Figura 2, el cuerpo expulsor 8 no se coloca a lo largo de toda la longitud del conducto de enfriamiento 5, sino solo en una sección parcial del conducto de enfriamiento 5, a saber, en la sección parcial en la que el conducto de enfriamiento 5 se extiende desde la raíz de paleta 3 hasta el extremo superior de la hoja de paleta 2 en la punta de la paleta y de regreso a la raíz de paleta 3. Sin embargo, también es posible, por supuesto, proporcionar el cuerpo expulsor 8 sobre otras áreas a lo largo del eje longitudinal del conducto de enfriamiento 5 o disponer una pluralidad de cuerpos expulsores 8 en serie a lo largo del conducto de enfriamiento 5.
El cuerpo expulsor 8, que en la modalidad mostrada tiene una forma cilíndrica básica con una sección transversal ovalada (véase la Figura 3) y también tiene una forma de U que corresponde a la desviación de 180° del conducto de enfriamiento 5 en el área de la punta de la paleta, se dispone en el centro del conducto de enfriamiento 5 separado por las almas de retención 9 de la pared que limita radialmente el conducto de enfriamiento 5. Las almas de retención 9 pueden estar separadas entre sí a lo largo de la circunferencia del cuerpo expulsor 8, así como separadas entre sí a lo largo de la dirección longitudinal del cuerpo expulsor 8.
El cuerpo expulsor 8 se dispone separado de la pared del conducto de enfriamiento 5 de tal manera que se cree un espacio anular 10, que rodea el cuerpo expulsor 8 y se forma entre el cuerpo expulsor 8 y la pared del conducto de enfriamiento 5. El espacio anular 10 se extiende tubularmente a lo largo de la dirección longitudinal del cuerpo expulsor 8 y del conducto de enfriamiento 5. Debido al cuerpo expulsor 8, el líquido de enfriamiento que fluye por el conducto de enfriamiento solo puede fluir por el conducto de enfriamiento 5 en el área de la abertura anular 10, de modo que
una gran proporción del líquido de enfriamiento que fluye por él fluye en la cercanía inmediata de la pared del conducto de enfriamiento 5 y puede causar allí una correspondiente transferencia de calor.
La Figura 3 muestra una vista transversal de la disposición del cuerpo expulsor 8, que tiene sección transversal ovalada, en las dos primeras subsecciones del conducto de enfriamiento 5 que se extiende desde la raíz de paleta 3 hasta la punta de paleta de la hoja de paleta 2 y de regreso. En la representación de la figura 3, se puede apreciar que el conducto de enfriamiento 5 también tiene una forma ovalada en la sección transversal. Sin embargo, es posible, por supuesto, que tanto el conducto de enfriamiento 5 como el cuerpo expulsor 8 tengan otras formas transversales, por ejemplo, una forma transversal circular, angular, en particular cuadrada, rectangular, poligonal o cualquier otra forma transversal. En este sentido, la forma transversal del cuerpo expulsor 8 puede corresponder a la forma transversal del conducto de enfriamiento 5, o las formas transversales del conducto de enfriamiento 5 y del cuerpo expulsor 8 pueden ser diferentes.
En el ejemplo de modalidad mostrado en la Figura 3, circunferencialmente alrededor del cuerpo expulsor 8, el espacio anular 10 se forma uniformemente con un ancho de espacio anular constante S. Sin embargo, el cuerpo expulsor 8 y el conducto de enfriamiento 5 también pueden tener forma y/o el cuerpo expulsor 8 puede disponerse en el conducto de enfriamiento 5 de tal manera que, circunferencialmente alrededor del cuerpo expulsor 8, el ancho del espacio anular S es diferente. Por ejemplo, el cuerpo expulsor 8 puede no disponerse con su eje longitudinal central coaxial al eje longitudinal central del conducto de enfriamiento 5, como en el ejemplo de la Figura 3, sino excéntricamente al eje central del conducto de enfriamiento 5.
Además, también es posible que el ancho del espacio S del espacio 10 entre el cuerpo expulsor 8 y la pared del conducto de enfriamiento 5 varíe a lo largo del eje longitudinal del conducto de enfriamiento 5. En la Figura 2 se muestra que el ancho del espacio S se mantiene constante en las secciones que se extienden en línea recta desde la raíz de paleta 3 hasta la punta de la paleta. Sin embargo, en el área de la desviación de 180° del conducto de enfriamiento 5 en el área superior de la hoja de paleta 2 en la punta de la paleta, el ancho del espacio S es parcialmente diferente al ancho del espacio S en las secciones rectas del conducto de enfriamiento 5.
La Figura 4 muestra, en una vista transversal similar a la de la Figura 3, otra representación de una paleta de turbina 1 de acuerdo con la invención, en la que el conducto de enfriamiento 5 tiene una forma transversal rectangular. En el conducto de enfriamiento 5 de la modalidad de la Figura 4, se inserta un cuerpo expulsor 8, que se forma en sección transversal en forma poligonal con una pluralidad de hendiduras triangulares en los lados longitudinales de una forma básica rectangular. Cuando el cuerpo expulsor 8 se dispone en el conducto de enfriamiento 5, las hendiduras triangulares forman una pluralidad de subconductos 11 en los lados longitudinales de la forma transversal rectangular del conducto de enfriamiento 5, que permiten que el líquido de enfriamiento que fluye a través del conducto de enfriamiento 5 barra sustancialmente a lo largo de las superficies de la pared del conducto de enfriamiento 5 que se disponen adyacentes a los lados exteriores de la hoja de paleta 2 , es decir, en el ejemplo de modalidad mostrado, en los lados longitudinales del conducto de enfriamiento 5 de sección transversal rectangular. De esta manera, el líquido de enfriamiento que fluye a través del conducto de enfriamiento se concentra en las áreas de la pared del conducto de enfriamiento 5, que son adyacentes a los lados exteriores cargados de temperatura de la hoja de paleta 2, es decir, los lados longitudinales del conducto de enfriamiento rectangular. Esto permite un uso particularmente eficiente del líquido de enfriamiento.
Aunque la presente invención se ha descrita en detalle con referencia a los ejemplos de modalidades, los expertos en la técnica entenderán que la invención no se limita a estos ejemplos de modalidades, sino que son posibles variaciones de tal manera que pueden omitirse características individuales o puedan realizarse diferentes combinaciones de características sin apartarse del ámbito de protección de las reivindicaciones que se adjuntan. En particular, esta publicación incluye todas las combinaciones de las características individuales mostradas en los diferentes ejemplos de modalidades, de modo que las características individuales descritas solo en relación con una modalidad se pueden utilizar también en otros ejemplos de modalidades o en combinaciones de características individuales no mostradas explícitamente.
Lista de referencia de los dibujos:
1 Paleta de turbina
2 Hoja de paleta
3 Raíz de la paleta
4 Cubierta
5 Conducto de enfriamiento
6 Entrada del conducto de enfriamiento
7 Salida del conducto de enfriamiento
8 Cuerpo expulsor
9 Alma de retención
10 Espacio
11 Subconducto
S Ancho del espacio
Claims (13)
1. Paleta de una turbomaquinaria, que comprende en su interior al menos un conducto de enfriamiento (5) para enfriar la paleta (1 ) con un líquido que fluye a través del conducto de enfriamiento, en donde el conducto de enfriamiento tiene al menos una entrada (6) y al menos una salida (7) entre las cuales el conducto de enfriamiento se extiende a lo largo de su eje longitudinal, y en donde el conducto de enfriamiento está delimitado radialmente por al menos una pared,
caracterizado porque,
al menos un cuerpo expulsor (8) se dispone en el conducto de enfriamiento, cuyo cuerpo está provisto de una cubierta cerrada y se extiende solo sobre un área parcial a lo largo del eje longitudinal del conducto de enfriamiento (5), de manera que queda un espacio anular o tubular (10) en el área del o de los cuerpos expulsores (8) entre el cuerpo expulsor (8) y la pared del conducto de enfriamiento (5), en donde dicho espacio está disponible para que el líquido fluya a través de él, o al menos dos o más subconductos (11 ) se forman en el área del o los cuerpos expulsores.
2. Paleta de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizada porque,
el al menos un cuerpo expulsor (8) se dispone en el área del centro axial y/o radial del conducto de enfriamiento (8) a lo largo del eje central del conducto de enfriamiento, en particular coaxialmente al conducto de enfriamiento (5).
3. Paleta de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque,
el ancho del espacio (10) entre el cuerpo expulsor (8) y la pared del conducto de enfriamiento (5) o el diámetro máximo de uno o cada uno de los subconductos (11 ) varía a lo largo del eje longitudinal del conducto de enfriamiento o es constante al menos en las áreas parciales, preferentemente en toda la longitud del cuerpo expulsor (8) o al menos en el 90 % de la longitud del cuerpo expulsor (8).
4. Paleta de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque,
el ancho del especio (10) entre el cuerpo expulsor (8) y la pared del conducto de enfriamiento (5) varía o es constante a lo largo de la circunferencia del conducto de enfriamiento (5).
5. Paleta de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque,
el cuerpo expulsor (8) reduce la sección transversal de flujo del conducto de enfriamiento (5).
6. Paleta de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque,
el cuerpo expulsor (8) comprende una estructura de panal, una estructura de matriz o una estructura de rejilla.
7. Paleta de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque,
en la sección transversal, se selecciona una forma de la circunferencia del conducto de enfriamiento (5) y/o del subconducto (11 ) y/o del cuerpo expulsor (8) del grupo que comprende una forma redonda, circular, oval, cuadrada, tetragonal o hexagonal y cualquier forma libre.
8. Paleta de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque,
una pluralidad de subconductos (11 ) se abren en un conducto de enfriamiento común y/o comprenden una entrada del conducto de enfriamiento común (6).
9. Paleta de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque,
el o los cuerpos expulsores (8) se disponen en el conducto de enfriamiento (5) de tal manera que los subconductos (11 ) se forman al menos de manera que tienen una mayor proporción de superficie en el o los lados del conducto de enfriamiento que se disponen más cerca de una superficie de la paleta que en el lado sin o con una menor proporción de superficie del subconducto.
10. Paleta de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque,
la extensión longitudinal del conducto de enfriamiento (5) y/o de los subconductos (11) es mayor que el diámetro máximo del conducto de enfriamiento (5) o de uno o cada uno de los subconductos (11).
11. Paleta de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque,
el conducto de enfriamiento (5) se extiende a través de la paleta de manera serpenteante.
12. Método de producción de una paleta de una turbomaquinaria de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la paleta se produce por un método generativo.
13. Método de acuerdo con la reivindicación 12,
caracterizado porque,
el método generativo es la fusión selectiva por rayo de electrones o por rayo láser.
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JPS5960002A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-05 | Toshiba Corp | タ−ビンの翼 |
JPS6032902A (ja) * | 1983-08-01 | 1985-02-20 | Agency Of Ind Science & Technol | ガスタ−ビンの翼 |
JPS60182302A (ja) * | 1984-02-28 | 1985-09-17 | Toshiba Corp | ガスタ−ビン冷却翼 |
US5640767A (en) * | 1995-01-03 | 1997-06-24 | Gen Electric | Method for making a double-wall airfoil |
US5820337A (en) * | 1995-01-03 | 1998-10-13 | General Electric Company | Double wall turbine parts |
DE10004128B4 (de) * | 2000-01-31 | 2007-06-28 | Alstom Technology Ltd. | Luftgekühlte Turbinenschaufel |
US7918647B1 (en) * | 2006-06-21 | 2011-04-05 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Turbine airfoil with flow blocking insert |
EP1947295A1 (de) * | 2007-01-18 | 2008-07-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaufeleinsatzkörper einer Axialturbinenschaufel |
US9611745B1 (en) * | 2012-11-13 | 2017-04-04 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Sequential cooling insert for turbine stator vane |
US20100054915A1 (en) * | 2008-08-28 | 2010-03-04 | United Technologies Corporation | Airfoil insert |
US9366142B2 (en) * | 2011-10-28 | 2016-06-14 | General Electric Company | Thermal plug for turbine bucket shank cavity and related method |
US20160222793A1 (en) * | 2013-09-09 | 2016-08-04 | United Technologies Corporation | Cooling configuration for engine component |
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DE102015213090A1 (de) * | 2015-07-13 | 2017-01-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaufel für eine Strömungskraftmaschine und Verfahren zu deren Herstellung |
US10012092B2 (en) * | 2015-08-12 | 2018-07-03 | United Technologies Corporation | Low turn loss baffle flow diverter |
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