ES2897722T3 - Montaje de turbina para enfriamiento por impacto y método de montaje - Google Patents

Abstract

Un montaje de turbina (10) que comprende un perfil aerodinámico hueco (12), un tubo de impacto (15) y un manguito de tubo de impacto (200); el manguito de tubo de impacto (200) comprende al menos un segmento de manguito de tubo de impacto (201); el perfil aerodinámico hueco (12) tiene en su interior (210) nervaduras longitudinales (211) que se extienden desde un borde de ataque (16) hacia un borde de salida (20) del perfil aerodinámico hueco (12), donde el tubo de impacto (15) se inserta en el perfil aerodinámico hueco (12) de forma que el al menos un segmento de manguito de tubo de impacto (201) está dispuesto entre la superficie interior (210) del perfil aerodinámico hueco (12) y una superficie exterior (220) del tubo de impacto (15), caracterizado porque un primer segmento de manguito de tubo de impacto (202) del al menos un segmento de manguito de tubo de impacto (201) proporciona un bloqueador de flujo ranurado (204) en una superficie (205) del primer segmento de manguito de tubo de impacto (202), estando el primer segmento de manguito de tubo de impacto (202) insertado en el perfil aerodinámico hueco (12) de manera que las nervaduras (211) del perfil aerodinámico hueco (12) encajen con las ranuras correspondientes (208) del bloqueador de flujo ranurado (204) y de tal manera que la superficie (205) del primer segmento del manguito del tubo de impacto (202) descanse sobre las nervaduras (211).

Description

DESCRIPCIÓN

Montaje de turbina para enfriamiento por impacto y método de montaje

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un montaje de turbina con forma de perfil aerodinámico, como las palas del rotor de turbina y los álabes del estator, y al enfriamiento de dichos componentes. La presente invención se refiere además a los métodos de montaje relacionados.

Antecedentes de la invención

Las turbinas modernas, especialmente las turbinas de gas, suelen funcionar a temperaturas extremadamente altas para permitir un funcionamiento eficiente. El efecto de la temperatura sobre los álabes de la turbina y/o los álabes del estator puede ser perjudicial para el funcionamiento eficiente de la turbina, ya que las altas temperaturas pueden provocar daños en el componente de la turbina, ya que los álabes del rotor están sometidos a grandes esfuerzos centrífugos y los materiales de las palas del rotor o álabes del estator son más débiles a altas temperaturas. En circunstancias extremas, esto podría incluso llevar a la distorsión y posible fallo del álabe o la pala. Para superar este riesgo, se pueden utilizar álabes o palas huecas de alta temperatura con canales de enfriamiento incorporados, insertos y pedestales para el enfriamiento. Las características mencionadas se utilizan para el enfriamiento por impacto y/o por convección. También se puede utilizar el enfriamiento por película para proteger las superficies del álabe o la pala.

El enfriamiento interno está diseñado para proporcionar una transferencia de calor eficiente desde los perfiles aerodinámicos y el flujo de aire de enfriamiento en su interior. Si la eficiencia de la transferencia de calor mejora, se necesita menos aire de enfriamiento para enfriar adecuadamente los perfiles aerodinámicos. El enfriamiento interno suele incluir estructuras que mejoran la eficiencia de la transferencia de calor, como, por ejemplo, tubos o pedestales de impacto (también conocidos como aletas de pin). Por lo tanto, el enfriamiento interno dentro de los perfiles aerodinámicos de la turbina suele utilizar una combinación de, por ejemplo, enfriamiento por impacto seguida de una región de enfriamiento por pedestal/aleta de pin. El enfriamiento por impacto puede utilizarse en el borde de ataque y puede abarcar una parte importante del perfil aerodinámico. Los pedestales/aletas de pin se utilizan normalmente en el borde de salida. Los pedestales conectan los lados opuestos de dichos perfiles aerodinámicos (lado de presión y lado de succión) para mejorar la transferencia de calor aumentando tanto el área de transferencia de calor como la turbulencia del flujo de aire de enfriamiento. La mejora de la eficiencia de la transferencia de calor resulta en una mejora de la eficiencia global del motor de turbina. Además, la proporción y la configuración de cada zona de enfriamiento suele ser un equilibrio de muchos factores, como las temperaturas del material, las caídas de presión del flujo de enfriamiento, el consumo de enfriamiento, así como las limitaciones de fabricación y de costes. La solicitud de patente EP-2573325 divulga, por ejemplo, un montaje de turbina que comprende un perfil aerodinámico básicamente hueco, un manguito de tubo de impacto en el que el perfil aerodinámico hueco comprende en su superficie interior nervaduras longitudinales, para mantener el dispositivo de impacto a una distancia predeterminada respecto a esta superficie, que se extiende desde un borde de ataque hacia un borde de salida del perfil aerodinámico hueco.

Los requisitos de enfriamiento de las distintas regiones de enfriamiento pueden diferir de los de otras. Tales situaciones pueden significar que, al satisfacer los requisitos de enfriamiento en una región, se esté utilizando un enfriamiento excesivo en otras regiones, lo que conduce a una menor eficiencia general.

Otro problema puede surgir cuando es necesario actualizar un diseño introduciendo el enfriamiento por película en un diseño existente sin enfriamiento por película sin cambiar la fundición. El diseño de enfriamiento por película puede estar limitado debido a que la cavidad de alimentación única dificulta el control suficiente de los flujos de enfriamiento. En este caso, se necesitaría un enfoque de cavidad de enfriamiento de alimentación múltiple. Cavidad de alimentación única significa a este respecto que hay una sola cavidad en la lámina hueca alimentada por un canal de suministro. En cambio, la cavidad de enfriamiento de alimentación múltiple es un diseño en el que se incorporan varios conductos de enfriamiento individuales en el perfil aerodinámico hueca.

Un problema para todas las características de diseño del enfriamiento es que las limitaciones en la fabricación o el montaje tienen que ser consideradas ya en la fase de diseño del perfil aerodinámico.

Un primer objetivo de la invención es proporcionar un montaje ventajoso de turbina con forma de perfil aerodinámico, como una pala del rotor de la turbina y un álabe del estator, con el que se puedan mitigar las deficiencias mencionadas anteriormente y, especialmente, se pueda conseguir una alta eficiencia de enfriamiento.

Es un segundo objetivo de la presente invención proporcionar métodos para el montaje de dichos montajes de turbina con forma de perfil aerodinámico mediante los cuales se facilita un componente de perfil aerodinámico y de turbina de gas de mayor eficacia aerodinámica.

Divulgación de la invención

La presente invención pretende mitigar estas limitaciones e inconvenientes.

Este objetivo se consigue mediante las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes describen desarrollos y modificaciones ventajosas de la invención.

De acuerdo con la invención, se proporciona un montaje de turbina que comprende un perfil aerodinámico básicamente hueco, un tubo de impacto y un manguito de tubo de impacto. El manguito de tubo de impacto comprende al menos un segmento de manguito de tubo de impacto. La superficie interior del perfil aerodinámico hueco presenta nervaduras longitudinales que se extienden desde un borde de ataque hacia un borde de salida del perfil aerodinámico hueco (12). Un primer segmento de manguito de tubo de impacto del al menos un segmento de manguito de tubo de impacto proporciona un bloqueador de flujo ranurado en una superficie del primer segmento de manguito de tubo de impacto, introduciéndose el primer segmento de manguito de tubo de impacto en el perfil aerodinámico hueco de manera que las nervaduras del perfil aerodinámico hueco encajen con las ranuras correspondientes del bloqueador de flujo ranurado y de manera que la superficie del primer segmento de manguito de tubo de impacto descanse sobre las nervaduras. El tubo de impacto se inserta en la superficie hueca de tal manera que al menos un segmento del manguito del tubo de impacto está dispuesto entre la superficie interior de la superficie hueca y la superficie exterior del tubo de impacto.

Este diseño es particularmente útil para una sola alimentación para permitir la división de una cavidad de enfriamiento global en subcavidades. El bloqueador de flujo ranurado actúa como barrera para un flujo de fluido de enfriamiento.

Este diseño permite proporcionar dichas barreras de forma sencilla.

El término "bloqueador de flujo ranurado" se considera que define un elemento de bloqueo para un flujo de fluido, en el que el elemento de bloqueo tiene huecos o ranuras. Se trata de un bloqueador de flujo roto. Normalmente, las ranuras permitirían el paso del fluido, pero como el bloqueador de flujo ranurado encaja con las nervaduras correspondientes, el flujo de fluido queda sustancialmente bloqueado.

A medida que el primer segmento de manguito de tubo de impacto se apoya en las nervaduras, una superficie del primer segmento de manguito de tubo de impacto está distante de una superficie interior del perfil aerodinámico hueco. En consecuencia, se forman cavidades de enfriamiento individuales delimitadas por la superficie del primer segmento de manguito de tubo de impacto, la superficie interior del perfil aerodinámico hueco, dos nervaduras adyacentes y uno o dos bloqueadores de flujo. Esta cavidad de enfriamiento individual puede ser alimentada individualmente a través de los agujeros de impacto presentes en el tubo de impacto. El aire de esta cavidad puede ser expulsado a través de los orificios de enfriamiento de la película presentes en la pared del perfil aerodinámico o puede ser guiado a una región de salida del perfil aerodinámico para proporcionar más enfriamiento en esa región.

La invención es particularmente ventajosa ya que el montaje de dicho montaje de turbina es bastante sencillo. De acuerdo con la invención, los siguientes pasos de montaje pueden ser ejecutados en el siguiente orden:

(1) proporcionar el perfil aerodinámico básicamente hueco;

(2) insertar el primer segmento del manguito del tubo de impacto en una región central del perfil aerodinámico hueco;

(3) maniobrar el primer segmento de manguito de tubo de impacto insertado en la dirección de una sección de la pared que responde a la forma del perfil aerodinámico, de manera que las nervaduras del perfil aerodinámico hueco se acoplen a las ranuras que responden a la forma del bloqueador de flujo ranurado del primer segmento de manguito de tubo de impacto y que la superficie del primer segmento de manguito de tubo de impacto se apoye en las nervaduras del perfil aerodinámico hueco;

(4) opcionalmente, si se va a utilizar más de un segmento de manguito de tubo de impacto, insertar y manipular al menos otro de los segmentos de manguito de tubo de impacto, de manera que una superficie posterior de al menos otro de los segmentos de manguito de tubo de impacto se apoye en las nervaduras del perfil aerodinámico hueco; (5) insertar el tubo de impacto en el perfil aerodinámico hueco, de manera que el segmento del manguito del tubo de impacto esté dispuesto entre la superficie interior del perfil aerodinámico hueco y la superficie exterior del tubo de impacto.

Como consecuencia de la etapa (3) y de la etapa opcional (4), una superficie interior de la pared del perfil aerodinámico está revestida con los segmentos del manguito del tubo de impacto.

Como consecuencia del paso (5), el tubo de impacto puede ser deslizado dentro del (los) manguitos(s) del tubo de impacto, que ya ha sido colocada dentro del perfil aerodinámico por la etapa (3) y la etapa opcional (4).

Al maniobrar al menos otro de los segmentos del manguito del tubo de impacto, esto puede incluir la etapa de empujar el al menos otro de los segmentos del manguito del tubo de impacto hasta que toque el primer segmento del manguito del tubo de impacto previamente instalado. Alternativamente, ambos segmentos de manguito de tubo de impacto pueden descansar en posición estando en contacto uno con el otro.

El término "manguito" se utiliza para indicar, por un lado, que el manguito del tubo de impacto es un componente separado del tubo de impacto, que se conectará posteriormente durante el montaje. Por otro lado, "manguito" indica además que el manguito del tubo de impacto tiene una superficie de contacto con una superficie del tubo de impacto. Esto es lo que también se denomina conexión “de ajuste”.

"Manguito" indica que un área expandida del tubo de impacto está en contacto inmediato con el manguito del tubo de impacto. Preferiblemente, la mayor parte de la superficie del tubo de impacto debe estar cubierta por el manguito del tubo de impacto. No obstante, el término "manguito" no debe interpretarse en el sentido de que el manguito esté completamente cerrado o rodee toda la circunferencia del tubo de impacto. El manguito del tubo de impacto puede ser abierto, de manera que no cree un óvalo completo, sino sólo una pared curva con extremos abiertos, preferiblemente con extremos abiertos en el extremo del borde de salida del manguito del tubo de impacto.

En una realización, las nervaduras pueden extenderse básicamente en paralelo a una dirección que se extiende desde el borde de ataque hasta el borde de salida. Adicionalmente o alternativamente, las nervaduras pueden extenderse básicamente en forma perpendicular a una dirección de envergadura del perfil aerodinámico hueco. Por lo tanto, estas nervaduras proporcionan una base estable para el manguito de tubo de impacto insertado. Además, proporcionan barreras para crear distintas cavidades de enfriamiento a diferentes alturas del perfil aerodinámico.

Preferiblemente entre 3 y 8 nervaduras pueden estar presentes en cada pared del perfil aerodinámico, preferiblemente de 4 a 6. Se puede preferir un número diferente en función de la altura del perfil aerodinámico.

De este modo, con las nervaduras y las superficies separadas de la superficie del perfil aerodinámico hueco y del manguito del tubo de impacto, se puede formar preferentemente una pluralidad de cavidades de enfriamiento por impacto entre la superficie interior del perfil aerodinámico hueco y las superficies de al menos un segmento del manguito del tubo de impacto, cada una de ellas separada por una de las nervaduras. El resultado es una pluralidad de cavidades de enfriamiento y/o pasajes de flujo de enfriamiento.

En una realización, preferiblemente dos o más segmentos de manguito de tubo de impacto pueden estar comprendidos en el montaje de la turbina. En particular, un segundo segmento de manguito de tubo de impacto del al menos un segmento de manguito de tubo de impacto puede proporcionar -de forma similar al primer segmento de manguito de tubo de impacto- un bloqueador de flujo ranurado en una superficie del segundo segmento de manguito de tubo de impacto, insertándose el segundo segmento de manguito de tubo de impacto en el perfil aerodinámico hueco de forma que las nervaduras del perfil aerodinámico hueco encajen con las ranuras correspondientes del bloqueador de flujo ranurado y de forma que la superficie del segundo segmento de manguito de tubo de impacto descanse sobre las nervaduras. El bloqueador de flujo ranurado del primer segmento de manguito de tubo de impacto y el bloqueador de flujo ranurado del segundo segmento de manguito de tubo de impacto pueden definir cavidades de enfriamiento por impacto para un borde delantero del perfil aerodinámico que están separadas por los bloqueadores de flujo de otras cavidades de enfriamiento por impacto restantes. Las últimas cavidades pueden estar situadas en el lado de presión o en el lado de succión del perfil aerodinámico.

El término "encajar" también puede entenderse como una depresión de un primer componente que se ajusta a un saliente de un segundo componente, de manera que puedan conectarse entre sí.

En otra realización, el segmento de manguito del tubo de impacto y el tubo de impacto pueden unirse mediante una conexión de ajuste. Preferiblemente, las superficies del segmento de manguito del tubo de impacto y del tubo de impacto tienen superficies correspondientes para que puedan unirse directamente a otro sin espacios entre ellos. Así, pueden estar en contacto inmediato con el otro.

En una realización preferida, el montaje de la turbina está configurado para el enfriamiento por impacto. En particular, el primer segmento de manguito de tubo de impacto puede comprender recortes en los que los orificios de enfriamiento por impacto del tubo de impacto están situados en la alineación de los recortes. En consecuencia, los orificios de enfriamiento por impacto se desbloquean mediante el primer segmento de manguito de tubo de impacto, de modo que el aire que pasa por los orificios de enfriamiento por impacto del tubo de impacto puede golpear la superficie interior del perfil aerodinámico en forma de chorros de impacto. Así pues, los recortes proporcionan una abertura suficientemente grande para una región en la que los orificios de enfriamiento por impacto -u otros orificios de paso de fluido de enfriamiento- están presentes en el tubo de impacto.

En una configuración preferida, el bloqueador de flujo ranurado puede estar dispuesto como una cresta ranurada - la cresta también puede llamarse perfil ranurado o estructura de pared ranurada - unidas al primer segmento del manguito del tubo de impacto o formando parte de él, en particular como recortes de chapa metálica plegados del primer segmento del manguito del tubo de impacto. Si la cresta ranurada forma parte del primer segmento de manguito del tubo de impacto, esto significa que el primer segmento de manguito del tubo de impacto está formado integralmente con la cresta, de modo que son un solo componente.

En el caso de la opción de que una cresta ranurada esté unida al primer segmento de manguito de tubo de impacto, el bloqueador de flujo ranurado puede estar dispuesto como elementos de sellado rotos unidos al primer segmento de manguito de tubo de impacto, particularmente configurados como elementos de sellado de cuerda. Preferentemente, el primer segmento de manguito de tubo de impacto puede comprender elementos de fijación a través de los cuales se pueden sujetar los elementos de sellado. Con respecto a esta configuración, el término "elementos de sellado rotos" también puede cumplirse si una pluralidad de elementos de sellado individuales se fija al primer segmento de manguito de tubo de impacto.

Como las nervaduras se extienden preferentemente de forma perpendicular a la dirección de envergadura, el bloqueador de flujo ranurado puede salir sustancialmente en la dirección de envergadura del primer segmento de manguito del tubo de impacto.

En otra realización, el perfil aerodinámico hueco, el tubo de impacto y el manguito del tubo de impacto pueden ser componentes separados unidos o conectados entre sí para el montaje de la turbina, siendo particularmente el tubo de impacto y el manguito del tubo de impacto, insertos de chapa metálica para el perfil aerodinámico hueco.

El montaje de turbina mencionado puede ser un álabe de turbina o una pala de turbina, particularmente un álabe de turbina de gas o una pala de turbina de gas. El perfil aerodinámico hueco puede ser un perfil aerodinámico de dicho álabe de turbina o pala de turbina.

El tubo de impacto y/o el manguito del tubo de impacto pueden extenderse básicamente por completo a través de un tramo del perfil aerodinámico hueco.

El perfil aerodinámico básicamente hueco puede estructurarse teniendo una región de enfriamiento en el borde de ataque - una región de enfriamiento de pedestal en un borde de salida - "de salida" significa corriente abajo de la trayectoria del fluido principal -, un lado de succión con una pared lateral de succión y un lado de presión con una pared lateral de presión, donde la región de enfriamiento de pedestal comprende al menos un pedestal que se extiende entre la pared lateral de succión y la pared lateral de presión.

Las características dadas del tubo de impacto y de un manguito de tubo de impacto pueden estar situadas en una región hacia un borde de ataque del perfil aerodinámico y/o en una región media del perfil aerodinámico. Una región hacia el borde de salida puede ser demasiado estrecha y, por lo tanto, puede proporcionarse mejor con el enfriamiento del pedestal.

Por "montaje de turbina" se entiende un montaje provisto de una turbina, como una turbina de gas, en el que el montaje posee al menos un álabe. El montaje de turbina puede ser una sola pala del rotor o un álabe guía, o una pluralidad de tales palas o álabes dispuestos en una circunferencia alrededor de un eje de rotación de la turbina. El montaje de la turbina puede comprender además una plataforma exterior y otra interior dispuestas en extremos opuestos del (los) perfil(es) aerodinámico(s) o una cubierta y una parte de raíz dispuestas en extremos opuestos del (los) perfil(s) aerodinámico(s). En este contexto, se entiende por "perfil aerodinámico básicamente hueco" una aerodinámica con una pared, en la que la pared encierra al menos una cavidad. Una estructura, como una nervadura, una corredera o partición, que divide las diferentes cavidades del perfil aerodinámico entre sí, no impide la definición de "perfil aerodinámico básicamente hueco". Preferiblemente, el perfil aerodinámico es hueco por una sola cavidad. En la siguiente descripción, el perfil aerodinámico básicamente hueco se denominará también perfil aerodinámico.

Una región de enfriamiento o una región de enfriamiento del borde de ataque puede ser enfriada por cualquier principio factible para un experto en la materia, como convección simple, enfriamiento por película, enfriamiento por impacto, enfriamiento por vórtice, turbuladores/nervaduras, rizados/pimples, etc. Según la invención, comprenderá estructuras como uno o varios tubos de impacto. Preferentemente, la región de enfriamiento del borde de ataque es una región de enfriamiento por impacto que comprende (al menos) un tubo de impacto. La región de enfriamiento del borde de salida se realiza preferentemente como una región de enfriamiento de pedestal (o) de aleta de pin. Además, la pared del lado de presión o del lado de aspiración es la pared que da al exterior del montaje de la turbina o que está en contacto con la trayectoria del gas de la turbina que rodea el montaje de la turbina. Esta pared también puede tener una superficie interior que puede ser enfriada por las características de enfriamiento mencionadas anteriormente.

Además, un inserto como el tubo de impacto o el segmento de manguito de impacto se refiere a una pieza o parte independiente o fabricada independientemente con respecto al perfil aerodinámico que puede insertarse durante el proceso de montaje dentro del perfil aerodinámico hueco o su cavidad, respectivamente. Así pues, en un estado de montaje del montaje de la turbina, el inserto está dispuesto dentro del perfil aerodinámico hueco o de su cavidad. El estado de montaje de la pieza de inserción en el perfil aerodinámico representa un estado del montaje de la turbina cuando está previsto que funcione y, en particular, un estado de funcionamiento del montaje de la turbina o de la turbina, respectivamente.

El tubo de impacto y/o el manguito del tubo de impacto, como insertos, se apoyan en las nervaduras y, opcionalmente, pueden mantenerse en posición en el perfil aerodinámico por cualquier medio factible para un experto en la materia. Por ejemplo, la pieza de inserción puede estar soldada, soldada por puntos o pegada a, por ejemplo, un pedestal, una pared del perfil aerodinámico o una plataforma. Además, el tubo de impacto puede colocarse en el interior del perfil aerodinámico, ajustando a presión el tubo de impacto en el manguito del tubo de impacto y en la cavidad del perfil aerodinámico. También es posible que el inserto tenga una propiedad elástica y se mantenga en su posición debido a la deformación y expansión elástica.

Además, se prevé que el tubo de impacto y/o el manguito del tubo de impacto estén incorporados como una placa o una chapa metálica. De este modo, el inserto puede tener un perfil muy delgado y un peso ligero. Por "placa" se entiende una estructura que tiene al menos dos superficies que se extienden en paralelo entre sí y/o una estructura básicamente bidimensional que tiene una anchura y una longitud varias veces (más de 10 veces) mayores que una profundidad de la estructura.

Según una realización, el tubo de impacto y/o el manguito del tubo de impacto tiene un contorno curvado que se extiende básicamente a lo largo de una línea de curvatura media del perfil aerodinámico hueco. Por lo tanto, la forma del tubo de impacto se ajusta a la forma del perfil aerodinámico.

El montaje de la turbina comprende una pluralidad de pedestales que forman un montaje o banco de pedestales en la región de enfriamiento del pedestal. La pluralidad de pedestales está preferentemente dispuesta en filas o una detrás de otra, ya sea en dirección de envergadura o en dirección de la cuerda. Por ejemplo, estas hileras pueden estar dispuestas de tal manera que estén desplazadas unas respecto a otras. La dirección de la cuerda o de la corriente es la dirección desde el borde de ataque hacia el borde de salida y la dirección de envergadura es la dirección perpendicular a la dirección de la cuerda o la dirección desde la plataforma interior hacia la exterior.

Por pared o segmento de pared se entiende una región del montaje de turbina que confina al menos una parte de una cavidad y, en particular, una cavidad del perfil aerodinámico. Para proporcionar acceso al perfil aerodinámico hueco o a su cavidad y/o para suministrar fluido de enfriamiento durante el funcionamiento, el segmento de pared comprende al menos una abertura. La abertura y el tubo de impacto y/o el manguito del tubo de impacto como insertos están adaptados entre sí con respecto al tamaño para permitir la inserción del inserto.

De acuerdo con las configuraciones introducidas anteriormente, se puede proporcionar un montaje de turbina que tiene una mayor eficiencia de enfriamiento en comparación con los sistemas del estado de la técnica. Además, para el montaje del montaje de la turbina pueden utilizarse las estructuras aerodinámicas existentes. Por lo tanto, con el uso de dicho montaje de turbina, se pueden utilizar los perfiles aerodinámicos convencionales del estado de la técnica, sin una costosa reconstrucción de estos perfiles aerodinámicos, en particular sin modificar el núcleo de la fundición del perfil aerodinámico. En consecuencia, podría proporcionarse ventajosamente un montaje de turbina o una turbina eficiente.

Como se ha indicado anteriormente, se utiliza una abertura para insertar el tubo de impacto y el manguito del tubo de impacto. Por lo tanto, la abertura puede facilitar una doble función. La frase "maniobrar hasta la posición" se refiere a un proceso mediante un mecanismo pasivo o activo que actúa sobre el inserto.

Hay que señalar que las realizaciones de la invención se han descrito con referencia a diferentes materias. En particular, algunas realizaciones se han descrito con referencia a reivindicaciones de tipo aparato, mientras que otras se han descrito con referencia a reivindicaciones de tipo método. Sin embargo, un experto en la materia deducirá de lo anterior y de la siguiente descripción que, a menos que se notifique lo contrario, además de cualquier combinación de características que pertenezcan a un tipo de materia, también se considera divulgada con esta solicitud cualquier combinación entre características relativas a diferentes materias, en particular entre características de las reivindicaciones de tipo aparato y características de las reivindicaciones de tipo método.

Además, se han dado y se darán a conocer ejemplos en las siguientes secciones con referencia a los motores de turbina de gas. La invención también es aplicable a cualquier tipo de turbo-maquinaria, por ejemplo, compresores o turbinas de vapor. Además, el concepto general puede aplicarse de forma aún más general a cualquier tipo de máquina. Puede aplicarse a piezas giratorias, como las palas del rotor, así como a piezas fijas, como los álabes guía.

Los aspectos definidos anteriormente y otros aspectos de la presente invención se desprenden de los ejemplos de realización que se describen a continuación y se explican con referencia a los ejemplos de realización.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones de la invención se describirán ahora, sólo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, de los cuales:

La FIG. 1: muestra una vista esquemática y seccional de un motor de turbina de gas que comprende varios montajes de turbina inventivos,

La FIG 2: muestra una vista en perspectiva de una turbina con un inserto insertado en un perfil aerodinámico de un segmento de álabes guía del motor de turbina de gas de la FIG. 1,

La FIG. 3: muestra una sección transversal a través del perfil aerodinámico de la FIG. 2 a una altura media sub­ estándar a las formas de la placa interior o exterior de un montaje de turbina de la técnica anterior,

LA FIG. 4: muestra una sección transversal a través de un perfil aerodinámico desde el borde de ataque hasta el borde de salida en una vista tridimensional,

La FIG. 5: muestra una sección transversal a través del perfil aerodinámico de la FIG. 2 a una altura media sub­ estándar a las formas de la placa interior o exterior de un montaje de turbina según la invención,

La FIG. 6: muestra una vista en ángulo de un segmento de manguito de tubo de impacto según la invención,

La FIG. 7: muestra una vista en sección de una sección de manguito de tubo de impacto de encaje con la pared del perfil aerodinámico según la invención,

Las FIG. 8 a 12: muestran vistas en sección de un perfil aerodinámico y sus componentes en diferentes etapas de ejecución para ilustrar un método de montaje según la invención,

La FIG 13: ilustra un manguito de tubo de impacto en una vista tridimensional cuando se conecta a un tubo de impacto,

Las FIG. 14 a 16: ilustran variantes del manguito de tubo de impacto en una vista tridimensional con enfoque en los bloqueadores de flujo,

La FIG. 17: ilustra una vista superior de la variante de la FIG 16 cuando se instala en un perfil aerodinámico.

Descripción detallada de las formas de realización ilustradas

La presente invención se describe, tal y como se muestra en la FIG. 1, con referencia a un motor de turbina de gas ejemplar 68 que tiene un único eje 80 o carrete que conecta una única sección de compresor de múltiples etapas 72 y una única sección de turbina de una o más etapas 76. Sin embargo, debe apreciarse que la presente invención es igualmente apta para motores de dos o tres ejes y que puede utilizarse para aplicaciones industriales, aéreas o marinas.

Los términos "corriente arriba" y "corriente abajo" se refieren a la dirección del flujo del gas principal o de trabajo a través del motor 68, a menos que se indique lo contrario. Si se utilizan, los términos axial, radial y circunferencial se hacen con referencia a un eje de rotación 78 del motor 68.

La FIG. 1 muestra un ejemplo de motor de turbina de gas 68 en una vista en sección. El motor de turbina de gas 68 comprende, en serie de flujo, una entrada 70, una sección de compresor 72, una sección de combustión 74 y una sección de turbina 76, que están dispuestas generalmente en serie de flujo y generalmente en la dirección de un eje longitudinal o de rotación 78. El motor de turbina de gas 68 comprende además un eje 80 que puede girar alrededor del eje de rotación 78 y que sale longitudinalmente a través del motor de turbina de gas 68. El eje 80 conecta los componentes del rotor de la sección de turbina 76 con los componentes del rotor de la sección de compresor 72.

En el funcionamiento del motor de turbina de gas 68, el aire 82 que se toma a través de la entrada de aire 70 es comprimido por la sección del compresor 72 y entregado a la sección de combustión o sección del quemador 74. La sección del quemador 74 comprende, en el ejemplo mostrado, una cámara de combustión 84, una o más cámaras de combustión 86 definidas por una lata de pared doble 88 y al menos un quemador 90 fijado a cada cámara de combustión 86. Las cámaras de combustión 86 y los quemadores 90 están situados en el interior de la cámara de combustión 84. El aire comprimido que pasa por la sección del compresor 72 entra en un difusor del compresor 92 y se descarga desde el difusor 92 en la cámara del quemador 84, desde donde una parte del aire entra en el quemador 90 y se mezcla con un combustible gaseoso o líquido. A continuación, la mezcla de aire y combustible se quema o combustiona, y el gas de combinación generado 94 o el gas de trabajo -o fluido principal- procedente de la combustión se canaliza a través de un conducto de transición 96 hacia la sección de turbina 76.

Este motor de turbina de gas ejemplar 68, tal y como se ha representado, tiene una disposición de sección de combustión 98 anular, que está constituida por un montaje anular de latas de combustión 88, cada una de las cuales tiene el quemador 90 y la cámara de combustión 86, el conducto de transición 96 tiene una entrada genéricamente circular que interactúa con la cámara de combustión 86 y una salida en forma de segmento anular. Un montaje anular de salidas del conducto de transición forma un anillo para canalizar los gases de combustión hacia la sección de turbina 76.

La sección de turbina 76 comprende un número de discos portadores de palas 100 o ruedas de turbina 102 fijados al eje 80. En el presente ejemplo, la sección de turbina 76 comprende dos discos 100 que transportan cada uno un montaje anular de palas de turbina como montajes de turbina 10, que comprenden cada uno un perfil aerodinámico 12. Sin embargo, el número de discos 100 portadores de palas podría ser diferente dependiendo del motor de turbina de gas, es decir, sólo un disco 100 o también más de dos discos 100. Además, las cascadas de turbina 104 están dispuestas entre las palas de la turbina. Cada cascada de turbina 104 lleva un montaje anular de álabes guía -que también son ejemplos de los montajes de turbina 10-, que comprenden cada uno de ellos un perfil aerodinámico 12 en forma de álabes guía. Los álabes guía que son un elemento de un estator 106 del motor de turbina de gas 68 o están fijados a él. Entre la salida de la cámara de combustión 86 y las palas de la turbina situados corriente arriba se encuentran los llamados álabes guía de entrada o álabes guía de tobera 108, cuyo objetivo es dirigir el flujo de gas de trabajo 94 hacia las palas de la turbina.

El gas de combustión 94 procedente de la cámara de combustión 86 entra en la sección de la turbina 76 e impulsa las palas de la turbina que, a su vez, hacen girar el eje 80 y todos los componentes conectados al eje 80. Los álabes guía 108 sirven para optimizar el ángulo del gas de combustión o de trabajo 94 sobre las palas de la turbina. La sección de turbina 76 acciona la sección de compresión 72. La sección de compresión 72 comprende una serie axial de etapas de álabes guía 110 y etapas de palas del rotor 112. Las etapas de las palas del rotor 112 comprenden un disco de rotor 100 que soporta montajes de turbina 10 con un montaje anular de perfil aerodinámico 12 o palas de turbina.

La sección del compresor 72 también comprende una carcasa estacionaria 114 que rodea las etapas del rotor 112 en la dirección circunferencial 116 y soporta las etapas de álabes 110. Las etapas de álabes guía 110 incluyen una serie anular de montajes de turbina 10 que se extienden radialmente con los perfiles aerodinámicos 12 incorporados como álabes que están montadas en la carcasa 114. Los álabes de la sección del compresor 72 -al igual que los álabes de la sección de la turbina 76- se proporcionan para presentar el flujo de gas en un ángulo óptimo para las palas en un punto operativo determinado del motor. Algunas de las etapas de álabes guía 110 pueden tener álabes variables, donde el ángulo de los álabes, alrededor de su propio eje longitudinal, puede ser ajustado para el ángulo de acuerdo a las características del flujo de aire que pueden ocurrir en diferentes condiciones de operación del motor.

La carcasa 114 define una superficie radialmente exterior 118 de un paso de fluido principal 120 de la sección 72 del compresor. Una superficie radialmente interior 122 del pasaje 120 está definida, al menos en parte, por un tambor de rotor 124 del rotor que está parcialmente definido por el montaje anular de palas.

La FIG. 2 muestra una vista en perspectiva de un montaje de turbina 10 integrado como un álabe, de la turbina del motor de gas 68. El montaje de la turbina 10 comprende un perfil aerodinámico 12, básicamente hueco, con dos regiones de enfriamiento, específicamente, una región de enfriamiento del borde de ataque 14, que es una región de enfriamiento por impacto, y una región de enfriamiento de las aletas de pin o del pedestal 18. La primera está situada en el borde de ataque 16 y la segunda en el borde de salida 20 del perfil aerodinámico 12. En los extremos opuestos 126, 126' el perfil aerodinámico 12 comprende una plataforma exterior 128 y una plataforma interior 128'. En la dirección circunferencial 116 de una cascada de turbinas 104 pueden disponerse varios perfiles aerodinámicos 12, en las que todos los perfiles aerodinámicos 12 pueden estar conectados entre sí a través de las plataformas interiores y exteriores 128, 128'. Un anillo global de perfil aerodinámico 12 y sus plataformas conectadas 128, 128' pueden ser ensambladas a partir de segmentos de álabes guía. El ejemplo que se muestra es un segmento de álabe guía con dos perfiles aerodinámicos 12.

Tanto la plataforma exterior como la interior 128, 128' comprenden un segmento de pared 62 que se extiende básicamente en paralelo a una dirección 58 que se extiende desde el borde de ataque 16 hasta el borde de salida 20 (también conocida como dirección de cuerda) y básicamente perpendicular a una dirección de envergadura 40 del perfil aerodinámico hueco 12. El segmento de pared 62 tiene una abertura aerodinámica 66 que está alineada con la región de enfriamiento del borde de ataque 14 de perfil aerodinámico 12 y proporciona acceso al perfil aerodinámico hueco 12 (en la FIG. 2 sólo se muestra la abertura de perfil aerodinámico 62 del segmento de pared 62 en la plataforma exterior 128, pero también puede haber una abertura en la plataforma interior 128').

El perfil aerodinámico 12 comprende además un lado de succión 26 con una pared lateral de succión 28 y un lado de presión 22 con una pared lateral de presión 24. A partir del borde de salida 20, la pared lateral de succión 28, el borde de ataque 14 y la pared lateral de presión 24 forman un límite de perfil aerodinámico 130 del perfil aerodinámico hueco 12. El límite de perfil aerodinámico 130 comprende una cavidad 132 como región central, que se extiende particularmente sobre la región de enfriamiento del borde de ataque 14 y posiblemente también se extiende a una región media del perfil aerodinámico hueco 12. A través de la abertura del perfil aerodinámico 66, una estructura de pared 50, representada al menos por un tubo de impacto, puede situarse en el interior de la cavidad 132 con fines de enfriamiento. La estructura de pared 50 se extiende en la dirección de envergadura 40 completamente a través de la envergadura 60 del perfil aerodinámico 12. El medio de enfriamiento 134, como el aire, puede entrar en la estructura de pared 50 a través de la abertura de inserción 66 en la plataforma exterior 128 y una parte de la misma puede salir de la superficie aerodinámica a través de la abertura de inserción 66 en la plataforma interior 128'.

En la zona del tubo de impacto y de la región enfriada por impacto, preferentemente cerca del borde de ataque, puede haber orificios de enfriamiento de película 160 a través de los cuales puede pasar aire de enfriamiento a través de la pared de la superficie aerodinámica -por ejemplo, la pared lateral de presión 24- para proporcionar cierto efecto de enfriamiento de película en la superficie exterior lavada con gas caliente de la superficie aerodinámica 12.

La región de enfriamiento del borde del pedestal 18 comprende un montaje o una pluralidad de pedestales 30 dispuestos en varias filas o uno tras otro en la dirección 58 desde el borde de ataque 16 hacia el borde de salida 20, así como en la dirección 40 de la envergadura. Además, las filas de pedestales 30 están preferiblemente dispuestas en ambas direcciones 40 y 58 de tal manera que están dispuestas desplazadas una respecto de la otra.

La FIG. 3 muestra una sección transversal a través del perfil aerodinámico de la FIG. 2 a una altura media sustancialmente paralela a las plataformas interiores o exteriores 128, 128' de un ensamblaje de turbina del arte previo.

Se muestra el límite aerodinámico 130, los pedestales 30 y un tubo de impacto 15. El tubo de impacto 15 proporciona una región de enfriamiento de impacto 150, los pedestales 30 proporcionan una región de enfriamiento de pedestal 152.

El tubo de impacto 15 comprende agujeros de impacto que permiten crear chorros de impacto que golpean una superficie interior del límite aerodinámico 130 durante la operación, como se indica con flechas en la figura.

El tubo de impacto 15 puede apoyarse en las nervaduras longitudinales, como se representa en la FIG. 4.

La FIG. 4 muestra una sección transversal a través de un perfil aerodinámico 12 desde el borde de ataque 16 hasta el borde de salida 20 en una vista tridimensional. Un tubo de impacto 15 es removido en esta representación. Se muestran los pedestales 30, junto con una superficie interior 210 del perfil aerodinámico 12 de la que se erigen los pedestales 30 y las nervaduras longitudinales 211.

Las nervaduras 211 proporcionan una superficie acanalada sobre la que el tubo de impacto 15 puede descansar una vez insertado, como en la FIG. 3. Por lo tanto, un espacio en la FIG. 3 entre el tubo de impacto 15 y el límite del aerodinámico 130 por un lado simplemente muestra una cavidad entre estas dos paredes, pero por otro lado puede mostrar una vista superior en una de las nervaduras.

La FIG. 5 muestra ahora una sección transversal a través del perfil aerodinámico de la FIG. 2 a una altura media sustancialmente paralela a las plataformas interiores o exteriores de un montaje de turbina según la invención. El montaje de turbina inventivo 10 es un álabe guía, que se representa en una vista en sección transversal.

El montaje de la turbina 10 está configurado como un perfil aerodinámico hueco 12 con una pared lateral de presión 24 y una pared lateral de succión 28. De forma similar a la configuración descrita en la FIG. 4, la superficie interior del perfil aerodinámico hueco 12 presenta unas nervaduras longitudinales 211 que se extienden desde un borde de ataque 16 hacia un borde de salida 20 de la superficie hueca 12. "Hacia" indica la dirección, pero las nervaduras 211 ya terminan mucho antes, posiblemente en una región media de la pared lateral de presión 24 y/o de la pared lateral de succión 28. En la FIG. 5 sólo se muestra una de las nervaduras 211, que está en el plano de la sección transversal o por debajo del plano de la sección transversal. Las nervaduras 211 están particularmente libres de recortes, ranuras o muescas.

En la configuración representada en la FIG. 5 se coloca un tubo de impacto 15 en una cavidad 132 del perfil aerodinámico hueco 12. El tubo de impacto 15 no descansa directamente sobre las nervaduras 211, sino que hay un componente intermedio entre ellas, un manguito de tubo de impacto 200. El manguito del tubo de impacto 200 sigue la forma del tubo de impacto 15, de modo que una pared del manguito del tubo de impacto 200 está en contacto inmediato y continuo. El manguito de tubo de impacto 200 de la FIG. 5 está segmentado y comprende al menos un segmento de manguito de tubo de impacto 201. En la FIG. 5 se muestran dos segmentos, un primer segmento de manguito de tubo de impacto 202 y un segundo segmento de manguito de tubo de impacto 203. En otras realizaciones, podrían estar presentes más de dos segmentos.

En la realización ejemplar de la FIG. 5 también se indican los agujeros de enfriamiento de la película 160, que proporcionan un paso desde una cavidad interna a un exterior del perfil aerodinámico 12, particularmente para proporcionar enfriamiento de la película en el exterior del perfil aerodinámico 12.

A continuación, se explicarán algunas de las características refiriéndose a las FIG 5 a 7, teniendo una visión particular del primer segmento de manguito de tubo de impacto 202. No obstante, todo lo que se explicará en relación con el primer segmento de manguito de tubo de impacto 202 se aplicaría también al segundo segmento de manguito de tubo de impacto 203. La FIG. 6 muestra una vista en ángulo del primer segmento de manguito de tubo de impacto 202 según la invención y la FIG. 7 muestra una vista en sección de un segmento de manguito de tubo de impacto 202 con una pared aerodinámica como la pared lateral de presión 24 según la invención.

El primer segmento de manguito de tubo de impacto 202 proporciona un bloqueador de flujo ranurado 204 en una superficie 205 del primer segmento de manguito de tubo de impacto 202. En el ejemplo mostrado, el bloqueador de flujo ranurado 204 comprende dos aletas que están dispuestas en un ángulo con respecto a la superficie 205.

Como se destaca en la FIG. 7, el primer segmento de manguito de tubo de impacto 202 se inserta en el perfil aerodinámico hueco 12 -en particular en la pared lateral de presión 24- de tal manera que las nervaduras 211 del perfil aerodinámico hueco 12 encajan con las ranuras correlativas 208 del bloqueador de flujo ranurado 204 y de tal manera que la superficie 205 del primer segmento de manguito de tubo de impacto 202 se apoya en las nervaduras 211.

Volviendo a la FIG. 5, el tubo de impacto 15 se inserta en el perfil aerodinámico hueco 12 de forma que el segmento o segmentos del manguito del tubo de impacto 201 están dispuestos entre la superficie interior 210 del perfil aerodinámico hueco 12 y una superficie exterior 220 del tubo de impacto 15. La superficie interior 210 del perfil aerodinámico 12 puede ser también una superficie superior de las nervaduras 211. Así, una superficie superior de las nervaduras 211 estará en contacto con el primer segmento de manguito de tubo de impacto 202 a través de una superficie de apoyo 212, que se indica con líneas discontinuas en la FIG. 6.

En consecuencia, la FIG. 5 muestra un perfil aerodinámico hueco 12 con una región con nervaduras 211 que se enfría mediante enfriamiento por impacto a través del tubo de impacto 15. Esta región está situada en la sección delantera y/o media del perfil aerodinámico 12. Además, el perfil aerodinámico 12 comprende una región de enfriamiento por pedestal 18 en una región de salida del perfil aerodinámico 12 para utilizar el enfriamiento por convección.

En la FIG 5 se indican dos segmentos de manguito de tubo de impacto 201. La forma de ensamblar dicha figuración con dos segmentos de manguito de tubo de impacto 201 se muestra ahora en referencia a las FIG 8 a 12. El mismo principio sería también aplicable para más de dos de estos segmentos.

Las FIG. 8 y 9 ilustran el paso inicial en una realización de cómo montar un tubo de impacto 15 en un perfil aerodinámico12 básicamente hueco. Las FIG. 10 a 12 muestran los pasos consecutivos del método para ensamblar esta unidad.

En la FIG. 8 se muestra una vista en sección transversal de un perfil aerodinámico hueco 12, en la que se muestra una de una pluralidad de nervaduras 211 en una superficie interior 210 del perfil aerodinámico 12. Se muestra un primer segmento de manguito de tubo de impacto 202 como un componente separado. El primer segmento de manguito de tubo de impacto 202 comprende un bloqueador de flujo ranurado 204 que está configurado para interactuar con las nervaduras 211. La misma situación se muestra en la FIG. 9 desde un punto de vista diferente. Allí se puede ver que los tamaños de las nervaduras 211 coinciden con los tamaños de las ranuras del bloqueador de flujo ranurado 204. Además, la distancia entre dos nervaduras 211 vecinas coincide con la longitud de cada uno de los bloqueadores de flujo 204.

Indicado por las flechas en las FIG. 8 y 9, el primer segmento de manguito de tubo de impacto 202 es empujado y maniobrado a su posición de tal manera que las nervaduras 211 y los bloqueadores de flujo 204 interactúan entre sí y de tal manera que el primer segmento de manguito de tubo de impacto 202 estará eventualmente en posición como se indica en la FIG. 10, de tal manera que una superficie 205 del primer segmento de manguito de tubo de impacto 202 descansa en superficies de cresta de las nervaduras 211.

La FIG. 10 ilustra además cómo se inserta un segundo segmento de manguito de tubo de impulsión 203 en el perfil aerodinámico 12. Como se indica con la flecha, el segundo segmento de manguito de tubo de impacto 203 se empuja y maniobra hasta su posición de manera que las nervaduras 211 y los bloqueadores de flujo 204 que se extienden desde una superficie 206 del segundo segmento de manguito de tubo de impacto 203 interactúan entre sí y de manera que el segundo segmento de manguito de tubo de impacto 203 formará finalmente, junto con el primer segmento de manguito de tubo de impacto 202, un manguito de tubo de impacto común 200, como se indica en la FIG. 11. El movimiento de montaje del segundo segmento de manguito de tubo de impacto 203 puede ser tal que, inicialmente, el segundo segmento de manguito de tubo de impacto 203 se desplazará hacia la cara lateral adyacente del perfil aerodinámico 12 -en este caso, la pared lateral de presión 24- hasta que las nervaduras 211 y el bloqueador de flujo ranurado 204 encajen entre sí. A continuación, el segundo segmento de manguito de tubo de impacto 203 se mueve en la dirección del borde de ataque 16 deslizando el segundo segmento de manguito de tubo de impacto 203 acoplado en la dirección del borde de ataque 16 hasta que todas las secciones de la superficie del segundo segmento de manguito de tubo de impacto 203 estén en contacto con la cresta de las nervaduras 211.

Después de tener la pluralidad de segmentos del manguito de impacto (aquí: 202 y 203) en su lugar para que se cree un manguito de impacto global 200, como paso final - véase la FIG 12 - el tubo de impacto 15 puede ser deslizado dentro del manguito de impacto 200. En consecuencia, el tubo de impacto 15 se mantiene en su lugar dentro del perfil aerodinámico 12.

Como el manguito de tubo de impacto 200 está supuestamente dotado de orificios de impacto, se forman cavidades de impacto 230 entre una pared del perfil aerodinámico 12, dos nervaduras adyacentes 211 y la superficie o el manguito de tubo de impacto 200 y el tubo de impacto 15 combinados. Como pueden crearse una pluralidad de cavidades de impacto 230, el enfriamiento puede configurarse de forma muy individual.

Por ejemplo, en un borde de ataque del perfil aerodinámico 12, se pueden formar cavidades de enfriamiento por impacto en el borde de ataque 230A, por ejemplo, con un gran número de orificios de enfriamiento por impacto en esta sección.

Pueden estar presentes otras cavidades de enfriamiento por impacto 230B que están separadas de las cavidades de enfriamiento por impacto del borde de ataque 230A a través de los bloqueadores de flujo ranurados 204. Las cavidades de enfriamiento por impacto 230B pueden ser, en un ejemplo y como se muestra en la FIG. 12, semiabiertas con una abertura 231 en dirección al borde de salida 20. Por lo tanto, las cavidades de enfriamiento por impacto adicionales 230B están encapsuladas por 5 paredes, mientras que falta una pared final a través de la cual el fluido de enfriamiento puede ser guiado a la región de enfriamiento del pedestal 18.

El perfil aerodinámico 12 puede tener -no se muestran- agujeros de enfriamiento que perforan la pared del perfil aerodinámico 12. Un ejemplo serían los agujeros de enfriamiento de la película cerca del borde de ataque 16, similar a lo que se muestra en la FIG 2 por los agujeros de enfriamiento de la película 160. Esto significa que, durante el funcionamiento, las cavidades de enfriamiento por impacto del borde de ataque 230A recibirían líquido refrigerante a través de los orificios de impacto del tubo de impacto 15, que posteriormente se expulsaría a través de los orificios de enfriamiento de la película en la pared del perfil aerodinámico 12. Además, las otras cavidades de enfriamiento por impacto 230B también recibirían líquido refrigerante -preferentemente aire de un compresor del motor de turbina de gas- a través de los orificios de impacto presentes en el tubo de impacto 15. El fluido de enfriamiento de las cavidades de enfriamiento por impacto 230B puede ser expulsado a través de la abertura 231.

El uso de un manguito que rodea el perímetro del tubo de impacto y la abertura del perfil aerodinámico ofrece al menos las siguientes ventajas. Mejora la estanqueidad en los radios interior y exterior (radio del perfil aerodinámico con respecto al eje de rotación, es decir, la parte superior y la parte inferior del perfil aerodinámico) del tubo de impacto, lo que reduce al mínimo los espacios de fuga y facilita la unión con el perfil aerodinámico, por ejemplo, mediante soldadura. Además, la solución garantiza que las estructuras de bloqueo estén situadas en las posiciones correctas, proporcionando un punto de referencia para el manguito exterior.

La intención permite crear múltiples cavidades de enfriamiento dentro de un diseño existente de una sola cavidad de enfriamiento sin necesidad de cambiar la fundición o utilizar complejas operaciones de mecanizado, lo que daría lugar a operaciones de coste extremadamente elevado. La formación seccional conjunta y el montaje permiten subdividir los canales de enfriamiento sin tener en cuenta las características geométricas como las nervaduras longitudinales en las superficies internas del perfil aerodinámico. El diseño permite un mejor control de las distribuciones del flujo de enfriamiento, lo cual es una característica crítica cuando se implementan métodos de enfriamiento de mayor eficiencia, como el enfriamiento por película, en un diseño existente sin enfriamiento por película. La solución logra un control mucho mayor de la distribución del flujo entre las distintas regiones de enfriamiento, lo que es fundamental para la optimización del diseño de enfriamiento, es decir, el control de las distribuciones de flujo entre los flujos de enfriamiento por película y las regiones de enfriamiento por convección, estas últimas especialmente hacia el borde de salida. La capacidad de implementar diseños optimizados con mayores eficiencias de enfriamiento de los perfiles aerodinámicos permite reducir el consumo de enfriamiento, lo que mejora el rendimiento del motor o reduce la temperatura de los componentes, lo que aumenta su vida útil y su integridad.

Hasta aquí la invención puede resumirse en que se refiere a un manguito exterior -el manguito del tubo de impacto 200- que se sitúa alrededor del tubo de impacto 15 y que permite modificar la distribución del flujo de enfriamiento en los canales de enfriamiento del tubo de impacto bloqueando o restringiendo las vías de flujo, lo que ayuda a controlar la distribución de los flujos de enfriamiento a las diferentes regiones, en particular las regiones refrigeradas por la película. La invención utiliza un montaje de tubo de impacto que comprende un tubo de impacto estándar -elemento 15- junto con un manguito exterior seccionado, es decir, una pluralidad de segmentos de mangas de tubo de impacto 201.

En el caso de una mejora de un perfil aerodinámico existente, el tubo de impacto en sí mismo puede ser similar a una forma estándar utilizada previamente, simplemente escalada para permitir el espesor de la pared del manguito del tubo de impacto. El manguito del tubo de impacto se utiliza para controlar la distribución del flujo en el canal de enfriamiento por impacto añadiendo restricciones de flujo discretas. El manguito de tubo de impacto tiene una estructura de perfil en la superficie externa que está diseñada para ajustarse al canal de enfriamiento situándose alrededor de las nervaduras longitudinales. El manguito del tubo de impacto es seccional para permitir que se añadan/ensamblen estructuras en bloque entre las nervaduras longitudinales dentro de las limitaciones de acceso de la aptitud/abertura del perfil aerodinámico. El manguito exterior se ensambla en primer lugar, lo que permite encajar los bloqueos entre las nervaduras. A continuación, el tubo de impacto se empuja o se desliza - manualmente o con una máquina - en su posición, asegurando así el manguito exterior en su posición.

Se pueden requerir regiones de corte en el manguito del tubo de impacto en las ubicaciones correspondientes de los agujeros de impacto del tubo de impacto15. Esto se visualizará en la FIG 13.

La FIG. 13 ilustra el primer manguito de tubo de impacto 202 en una vista tridimensional cuando está conectado al tubo de impacto 15, donde en la FIG. 13 sólo se indica una sección del tubo de impacto 15. El primer manguito de tubo de impacto 202 y el tubo de impacto 15 están conectados por una conexión de ajuste 240.

El término "ajuste" se refiere a una configuración en la que el primer manguito de tubo de impacto 202 sigue la forma de la superficie del correspondiente tubo de impacto 15. Los dos componentes tienen superficies que se acoplan y/o coinciden. Las superficies se acoplan entre sí. Las superficies pueden corresponder a otra sin forma, como también se indica en la ilustración de la FIG. 13.

En la FIG. 13 se muestra un bloqueador de flujo ranurado ejemplar 204 con una pluralidad de elementos de bloqueo fijados a la superficie 205 del segmento de manguito del tubo de impacto 201. En el ejemplo los bloqueadores de flujo están dispuestos en una línea a otra.

En el ejemplo se muestran tres recortes 209. Dos de estos recortes 209 están localizados directamente adyacentes a los segmentos del bloqueador de flujo 204. Un corte adicional 209 se indica distante del bloqueador de flujo 204. Podrían estar presentes otros recortes en la pared del segmento del manguito del tubo de impacto 201.

En la pared del tubo de impacto adyacente 15 una pluralidad de agujeros de enfriamiento por impacto 221 están presentes. Estos agujeros están situados en la pared del tubo de impacto adyacente 15 de tal manera que estarán situados en áreas de los mencionados recortes 209. En consecuencia, el fluido de enfriamiento podrá pasar a través de los agujeros de enfriamiento por impacto 221 y, además, pasar sin bloquear la pared del segmento de manguito de tubo de impacto 201, permitiendo un efecto de impacto en la superficie interior 210 del perfil aerodinámico 12 (los elementos 210 y 12 no se muestran en la FIG. 13 sino en la FIG. 5).

Los orificios de enfriamiento por impacto 221 se situarán preferentemente de manera que estén ubicados en la región de los recortes 209 y en las regiones en las que el segmento de manguito de tubo de impacto 201 está distante de la superficie interior 210 del perfil aerodinámico 12, es decir, no en la proximidad de las nervaduras 211 del perfil aerodinámico 12.

Por lo tanto, el diseño inventivo de una combinación de una pluralidad de segmentos de manguito de tubo de impacto 201 y de un tubo de impacto 15 permite un enfriamiento por impacto suficiente de la superficie aerodinámica 12 durante el funcionamiento de la turbina.

Las FIGs. 14 a 16 ilustran variantes de manguitos de tubos de impacto en una vista tridimensional con enfoque en los bloqueadores de flujo. La FIG. 17 ilustra una vista superior de la variante de la FIG. 16 cuando se instala en el perfil aerodinámico 12.

La FIG. 14 muestra de manera ejemplar el bloqueador de flujo ranurado 204 ya mostrado. Como variación de la variante ya mostrada, se muestran dos filas de bloqueadores de flujo ranurados 204, cada elemento de los bloqueadores de flujo ranurados 204 con un recorte adyacente 209.

El bloqueador de flujo ranurado 204 de la FIG 14 es preferiblemente un elemento de chapa metálica delgada. El bloqueador de flujo ranurado 204 puede ser flexible.

La FIG. 15 representa una variante en la que el bloqueador de flujo ranurado es un componente más grueso en comparación con un elemento de chapa fina. Podría considerarse como una cresta ranurada 204A. Puede ser integrado como un cuboide. El bloqueador de flujo ranurado 204A puede ser un componente rígido.

La variante de la FIG 16, que también corresponde a la representación de la FIG 17, muestra un bloqueador de flujo ranurado 204 que está configurado como un elemento de sellado roto 204B. "Roto" indicará que el elemento de sellado está dividido en segmentos, pero preferiblemente alineado con otro. Como ejemplo, se puede utilizar un sello de cuerda. Para cada segmento individual del elemento de sellado roto 204B se fija una abrazadera 241 a la superficie del segmento del manguito del tubo de impacto 201, que está configurada para sujetar el segmento del elemento de sellado roto 204B.

Una superficie del elemento de sellado 204B estará entonces en contacto de acoplamiento con una superficie interna del perfil aerodinámico 12, una vez instalada.

Cabe señalar que en la mayoría de las figuras sólo se muestran secciones transversales o segmentos. Un tubo de impacto y/o un manguito de tubo de impacto pueden estar dimensionados para cubrir la longitud de la cavidad interior del perfil aerodinámico. Alternativamente, el tubo de impacto y/o el manguito del tubo de impacto pueden extenderse sólo sobre una parte de la envergadura del perfil aerodinámico.

Además, existen diseños en los que se instala más de un tubo de impacto dentro de una cavidad de un perfil aerodinámico, por ejemplo, un tubo de impacto principal y un tubo de impacto para una sección media del perfil aerodinámico. El diseño inventivo también puede aplicarse a un diseño de tubo de impacto plural.

Todas las diferentes opciones de diseño que se han explicado anteriormente permiten la siguiente operación. Se proporcionará un medio de enfriamiento presurizado al núcleo hueco del perfil aerodinámico. Viajará a lo largo del interior del tubo de impacto y finalmente saldrá a través de los agujeros del tubo de impacto (agujeros de impacto), entrando en subcavidades entre la pared del perfil aerodinámico y el montaje del tubo de impacto -por tanto, el tubo de impacto y el manguito correspondiente- y golpeará las superficies interiores de la pared del perfil aerodinámico. Preferentemente, en una región del borde de ataque, el medio de enfriamiento pasará a través de la pared del perfil aerodinámico mediante los orificios de enfriamiento del perfil aerodinámico presentes en la pared del perfil aerodinámico. Alternativamente, el medio de enfriamiento pasará a través de los pasajes entre la pared del perfil aerodinámico y el tubo de impacto, principalmente en la dirección del borde de salida. En este último caso, el medio de enfriamiento puede enfriar una región de enfriamiento del pedestal de salida y, finalmente, será expulsado a través de una ranura o aberturas en el borde de salida del perfil aerodinámico. Por lo tanto, el montaje del tubo de impacto que comprende el tubo de impacto y el manguito correspondiente realiza la misma funcionalidad que un único tubo de impacto en un diseño de la técnica anterior.

Cabe señalar que el término "que comprende" no excluye otros elementos o pasos y "un" o "una" no excluye una pluralidad. También pueden combinarse los elementos descritos en relación con diferentes realizaciones. También hay que señalar que los signos de referencia en las reivindicaciones no deben interpretarse como una limitación del alcance de las mismas.

Aunque la invención se ilustra y se describe en detalle mediante las realizaciones preferidas, la invención no está limitada por los ejemplos presentados, y un experto en la materia puede derivar otras variaciones de los mismos sin apartarse del alcance de la invención.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un montaje de turbina (10) que comprende

un perfil aerodinámico hueco (12), un tubo de impacto (15) y un manguito de tubo de impacto (200); el manguito de tubo de impacto (200) comprende al menos un segmento de manguito de tubo de impacto (201); el perfil aerodinámico hueco (12) tiene en su interior (210) nervaduras longitudinales (211) que se extienden desde un borde de ataque (16) hacia un borde de salida (20) del perfil aerodinámico hueco (12), donde el tubo de impacto (15) se inserta en el perfil aerodinámico hueco (12) de forma que el al menos un segmento de manguito de tubo de impacto (201) está dispuesto entre la superficie interior (210) del perfil aerodinámico hueco (12) y una superficie exterior (220) del tubo de impacto (15),

caracterizado porque

un primer segmento de manguito de tubo de impacto (202) del al menos un segmento de manguito de tubo de impacto (201) proporciona un bloqueador de flujo ranurado (204) en una superficie (205) del primer segmento de manguito de tubo de impacto (202), estando el primer segmento de manguito de tubo de impacto (202) insertado en el perfil aerodinámico hueco (12) de manera que las nervaduras (211) del perfil aerodinámico hueco (12) encajen con las ranuras correspondientes (208) del bloqueador de flujo ranurado (204) y de tal manera que la superficie (205) del primer segmento del manguito del tubo de impacto (202) descanse sobre las nervaduras (211).

2. El montaje de turbina (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque entre la superficie interior (210) de la superficie aerodinámica (12) y las superficies (205,206) del al menos un segmento de manguito de tubo de impacto (201) se forman una pluralidad de cavidades de enfriamiento por impacto (230), cada una de ellas separada por una de las nervaduras (211).

3. El montaje de turbina (10) según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque

un segundo segmento de manguito de tubo de impacto (203) del al menos un segmento de manguito de tubo de impacto (201) proporciona un bloqueador de flujo ranurado (204) en una superficie (206) del segundo segmento de manguito de tubo de impacto (203) el segundo segmento de manguito de tubo de impacto (203) se inserta en el perfil aerodinámico hueco (12) de tal manera que las nervaduras (211) del perfil aerodinámico hueco (12) se encajan con las correspondientes ranuras (208) del bloqueador de flujo ranurado (204) y de tal manera que la superficie (206) del segundo segmento de manguito de tubo de impacto (203) se apoya en las nervaduras (211) donde el bloqueador de flujo ranurado (204) del primer segmento de manguito de tubo de impacto (202) y el bloqueador de flujo ranurado (204) del segundo segmento de manguito de tubo de impacto (203) definen cavidades de enfriamiento de impacto (230) para un borde de ataque (16) del perfil aerodinámico que están separadas por los bloqueadores de flujo (204) de las restantes cavidades de enfriamiento de impacto (230) .

4. El montaje de turbina (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un segmento de manguito de tubo de impacto (201) y el tubo de impacto (15) están unidos mediante una conexión de ajuste.

5. El montaje de turbina (10) según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado poque

el primer segmento del manguito del tubo de impacto (202) comprende recortes (209) donde los orificios de enfriamiento por impacto (221) del tubo de impacto (15) están situados en alineación con los recortes (209).

6. El montaje de turbina (10) según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque el bloqueador de flujo ranurado (204) está dispuesto como una cresta ranurada (204A) unida al primer segmento de manguito de tubo de impacto (202) o formando parte de él, en particular como recortes de chapa metálica plegados (209) del primer segmento de manguito de tubo de impacto (202).

7. El montaje de turbina (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el bloqueador de flujo ranurado (204) está dispuesto como elementos de sellado rotos (204B) unidos al primer segmento de manguito de tubo de impacto (202), particularmente configurados como elementos de sellado de cuerda.

8. El montaje de turbina (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el bloqueador de flujo ranurado (204) se extiende sustancialmente en la dirección de envergadura (40) del primer segmento de manguito de tubo de impacto (202).

9. El montaje de turbina (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el perfil aerodinámico hueco (12), el tubo de impacto (15) y el manguito del tubo de impacto (200) son componentes separados unidos para el montaje de turbina (10), siendo el tubo de impacto (15) y el manguito del tubo de impacto (200) particularmente insertos de chapa metálica para el perfil aerodinámico hueco (12).

10. El montaje de turbina (10) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el perfil aerodinámico hueco (12) es una pala de turbina o un álabe de turbina, particularmente una pala de turbina de gas o un álabe de turbina de gas.

11. Método para ensamblar un montaje de turbina (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el método comprende al menos las etapas de:

- proporcionar el perfil aerodinámico básicamente hueco (12);

- insertar el primer segmento del manguito del tubo de impacto (202) en una región central (132) del perfil aerodinámico (12);

- maniobrar el primer segmento de manguito de tubo de impacto insertado (202) para colocarlo en una dirección de una sección de la pared correspondiente del perfil aerodinámico hueco (12), de manera que las nervaduras (211) del perfil aerodinámico hueco (12) se acoplen con las ranuras correspondientes (208) del bloqueador de flujo ranurado (204) del primer segmento de manguito de tubo de impacto y que la superficie (205) del primer segmento de manguito de tubo de impacto (202) se apoye en las nervaduras (211) del perfil aerodinámico la hueco (12);

- opcionalmente, insertar y maniobrar al menos otro de los segmentos del manguito del tubo de impacto (201) de manera que una superficie adicional (206) del al menos otro de los segmentos del manguito del tubo de impacto (201) se apoye en las nervaduras (211) del perfil aerodinámico hueco (12);

- insertar el tubo de impacto (15) en el perfil aerodinámico hueco (12) de manera que el al menos un segmento del manguito del tubo de impacto (201) se encuentre entre la superficie interior (210) del perfil aerodinámico hueco (12) y una superficie exterior (220) del tubo de impacto (15).

12. El método para montar un montaje de turbina (10) según la reivindicación 11, caracterizado porque los pasos del método de insertar el primer segmento del manguito del tubo de impacto (202) en una región central (132) del perfil aerodinámico hueco (12) y de insertar el tubo de impacto (15) en el perfil aerodinámico hueco (12) se realizan introduciendo el componente respectivo en el perfil aerodinámico hueco (12) a través de una abertura desde una dirección de envergadura (40).