ES2905006T3 - Panel para control de holgura de punta de álabe - Google Patents

Abstract

Panel (1) para control de holgura de punta de álabe adaptado para situarse sobre una carcasa (20) de turbina o compresor cubriendo una porción de arco de la misma, en donde el panel (1) está formado por: - una primera lámina (2) perforada adaptada para disponerse sobre dicha porción de arco de la carcasa (20); dicha primera lámina (2) definiendo dos ejes, uno longitudinal (x-x') y otro circunferencial (y-y'), en donde dicha primera lámina perforada (2) además comprende un extremo anterior (2.1) y un extremo posterior (2.2), ambos sustancialmente paralelos al eje circunferencial (y-y'); así como dos extremos laterales (2.3, 2.4) sustancialmente paralelos al eje longitudinal (x-x'); - una segunda lámina (3) dispuesta sobre dicha primera lámina (2) y configurada para unirse de manera estanca por sus extremos anterior (2.1) y posterior (2.2) dejando un espacio intermedio entre ambas láminas (2, 3); y - una tercera lámina (4) dispuesta entre la primera (2) y segunda (3) lámina, configurando sendos espacios con ambas láminas (2, 3) de manera que la tercera lámina (4) forma junto con la segunda lámina (3) una cámara de distribución (X), mientras que forma con la primera lámina (2) una cámara de inyección de aire (Y), extendiéndose ambas cámaras (X, Y) de uno a otro extremo lateral (1.1, 1.2) del panel (1); en donde dicha tercera lámina (4) comprende al menos un orificio (4.1) para el paso de fluido entre ambas cámaras (X, Y); caracterizado por que el panel (1) además comprende un elemento de cierre (5) junto con un elemento de sellado (5.2.1, 5.4) en al menos uno de los extremos laterales (1.1,1.2) del panel, dicho elemento de cierre (5) estando configurado para sellar un extremo de la cámara de inyección de aire (Y) entre la primera (2) y tercera (4) lámina, al tiempo que permite el paso de aire hacia o desde la cámara de distribución (X) de un panel (1) adyacente entre la segunda (3) y tercera (4) lámina; mientras que el elemento de sellado (5.2.1, 5.4) está configurado para contactar con un panel adyacente de manera que selle fugas de fluido entre la segunda (3) y tercera (4) lámina, el elemento de sellado (5.2.1, 5.4) estando configurado además para permitir un movimiento relativo entre ambos paneles (1) contiguos.

Description

DESCRIPCION

Panel para control de holgura de punta de álabe

Objeto de la invención

La presente invención está dirigida a un conjunto de paneles auto-portantes adaptados para situarse sobre una carcasa de turbina, o una carcasa de compresor, con objeto de controlar la holgura de punta de álabe (TCC, tip clearance control por sus siglas en inglés) cuando se encuentra funcionando dicha turbina o compresor.

Concretamente, cada uno de estos paneles incluye dos cámaras, una superior que comunica con paneles adyacentes y otra inferior, más próxima a la carcasa, y cuya superficie más próxima a la carcasa (pero separada de la misma) se encuentra perforada para facultar la inyección de aire (impingement por su nomenclatura en inglés) hacia a la carcasa. Así, el conjunto de paneles integra ambas cámaras de aire y favorece un mejor reparto del mismo (y, por ende, de temperatura) minimizando las posibles fugas o pérdidas.

Además, en realizaciones detalladas de la invención, se propone un sistema de soportado de estos paneles sobre la carcasa que faculta el movimiento relativo entre ellos al acompañar la dilatación térmica de la carcasa.

Antecedentes de la invención

Como es bien sabido, durante la operación de una turbo-máquina como pudiera ser el motor de un avión, sus componentes internos están expuestos a altas cargas, ya sean de origen térmico o por las fuerzas centrífugas que se generan.

De entre ellos, es especialmente delicada la operación de la turbina ya que esta, en concreto sus etapas de alta presión, se encuentran directamente con los gases calientes que provienen de las cámaras de combustión para generar energía.

Esto provoca la expansión de estas etapas y altera, reduciéndolo o aumentándolo, el espacio disponible entre las puntas de álabe de la turbina y la carcasa que la recubre. Si este espacio aumentase, aumentaría la cantidad de aire que se escapa esquivando los álabes, lo cual repercutirá negativamente en el rendimiento del motor y consumo de combustible.

Por esta razón, es común instalar un sistema TCC alrededor de la carcasa. A partir del aire que recibe y que ha sido sangrado de del fan, o incluso de etapas del compresor, se hace circular controladamente por el sistema TCC hasta inyectarlo hacia la carcasa.

Mediante unas perforaciones en su cara inferior, la que enfrenta a la carcasa, este aire recirculado se acelera por efecto Venturi provocando la aceleración de aire y su impacto sobre la carcasa (“impingement”), que enfría la cubierta de la misma (que puede llegar a estar a más de 800°C) y provoca su contracción. Al contraerse, se reduce asimismo el espacio entre álabe y carcasa (“tip clearance’’ en inglés).

En la actualidad, los sistemas TCC se componen de unas cámaras de impingement situadas en la carcasa de turbina así como de un conducto de distribución de aire encargado de recibir el aire de refrigeración y transportarlo alrededor de la carcasa hacia dichas cámaras de impingement, de manera puntual (i.e. una alimentación por cámara), mediantes codos habilitados a tal efecto.

Estas cámaras se encuentran separadas entre sí y cada una cubre una porción de la carcasa de turbina. Su sujeción, que debe permitir la expansión de la carcasa, se produce por una serie de elementos de sujeción dispuestas en tramos y soportadas en brida de motor para que actúen de soporte a las cámaras, las cuales deben estar a una distancia controlada de la carcasa para la correcta actuación del aire de impingement.

Esta sujeción se basa en tornillería, lo que normalmente implica peso y complejidad añadidos, al tiempo que aumenta la probabilidad de fallo.

Aparte de separar físicamente a las cámaras, se dota al sistema de flexibilidad para la absorción de movimientos relativos sin que ello afecte a su integridad mediante el uso de conexiones tipo “fuelle” entre secciones del conducto.

A su vez, es conocido que para dar servicio a la turbina o monitorizar su actuación, es necesario permitir el paso hacia la carcasa de sensores (e.g. de temperatura como “TGT”, turbine gas temperatura por sus siglas en inglés), o accesos boroscópicos, entre otros. Esto se traduce en recortes en las cámaras de impingement que conlleva a extensas “zonas de sombra” que restan eficiencia al conjunto y promueve la aparición indeseada de puntos calientes al conjunto.

Una vez dentro de la cámara de impingement, el aire proveniente del conducto de distribución debe recorrer una distancia elevada desde este punto de alimentación hasta los últimos agujeros de la cara inferior (los dispuestos para el impingement). Esto ocasiona que la temperatura del aire varíe (i.e. aumente) -proceso de “heat peakup’’- según nos alejamos del único punto de alimentación en cada panel de impingement.

Es más, si la cámara de impingement se sitúa opuesta al punto por donde el conducto de distribución recibe el aire de refrigeración (en caso de haber uno solo), deberá tenerse en cuenta el recorrido efectuado por este aire (en el cual habrá ido adquiriendo temperatura) hasta el punto de alimentación de esa cámara opuesta.

En general, este sistema TCC convencional lleva asociado pérdidas de carga en el transcurso desde la alimentación con aire de refrigeración (que, al provenir del fan, por ejemplo, ya llevaba una presión marginal) hasta la superficie de impingement dada sus múltiples derivaciones, codos con pequeño radio, interfaces selladas (que son potenciales puntos de fuga o pérdida de aire) así como su complejo diseño en general.

Es más, este sistema TCC convencional lleva asociadas elevadas fugas de aire por la separación con la carcasa y que discurre ya sea entre paneles o por los recortes mencionados y que, por consiguiente, no colabora en el proceso de enfriamiento de la carcasa y a su vez resta eficacia al conjunto.

Por estos motivos, es necesario proporcionar un sistema TCC más sencillo y capaz de maximizar la cantidad de aire inyectado a la carcasa en condiciones adecuadas para su enfriamiento.

El documento EP3159493A1 describe un dispositivo de doble pared de control térmico de motor de turbina de gas para el control activo de holgura de punta de álabe y un método de uso del dispositivo.

El documento US5993150A describe una cubierta de turbina que incluye un panel que tiene un gancho delantero y un gancho trasero separados del mismo.

Descripción de la invención

La presente invención propone una solución a los problemas anteriores mediante un panel para control de holgura de punta de álabe según la reivindicación 1, un sistema formado por una pluralidad de estos paneles según la reivindicación 10, un conjunto según la reivindicación 12, un método de montaje de un sistema de control de holgura de punta de álabe según la reivindicación 13, y un método de sujeción de un panel sobre una carcasa según la reivindicación 14.

En un primer aspecto inventivo, la invención proporciona un panel para control de holgura de punta de álabe adaptado para situarse sobre una carcasa de turbina o compresor cubriendo una porción de arco de la misma, en donde el panel está formado por:

una primera lámina perforada adaptada para disponerse sobre dicha porción de arco de la carcasa de turbina; dicha primera lámina definiendo dos ejes, uno longitudinal (x-x') y otro circunferencial (y-y'), en donde dicha primera lámina perforada además comprende un extremo anterior y un extremo posterior, ambos sustancialmente paralelos al eje circunferencial; así como dos extremos laterales sustancialmente paralelos al eje longitudinal;

una segunda lámina dispuesta sobre dicha primera lámina y configurada para unirse de manera estanca por sus extremos anterior y posterior dejando un espacio intermedio entre ambas láminas; y

una tercera lámina dispuesta entre la primera y segunda lámina, configurando sendos espacios con ambas láminas de manera que la tercera lámina forma junto con la segunda lámina una cámara de distribución, mientras que forma con la primera lámina una cámara de inyección de aire, extendiéndose ambas cámaras de uno a otro extremo lateral del panel; en donde dicha tercera lámina comprende al menos un orificio para el paso de fluido entre ambas cámaras;

en donde el panel además comprende un elemento de cierre junto con un elemento de sellado en al menos uno de los extremos laterales del panel, dicho elemento de cierre estando configurado para permitir el paso de fluido con otro panel adyacente mientras que el elemento de sellado está configurado para permitir un movimiento relativo entre ambos paneles contiguos.

En uso, es decir, cuando el panel se encuentra situado sobre la carcasa, los ejes definidos por la primera lámina -longitudinal (x-x') y circunferencial (y-y')- son paralelos a aquellos definidos por la turbina o compresor que forman parte de la turbomáquina, siendo su eje longitudinal (x-x') el que lo atraviesa desde el centro de la toma de aire hasta la tobera de salida, y el circunferencial (y-y') uno ortogonal al anterior.

Este panel tiene unas dimensiones tales que cubre una porción de arco de la carcasa una vez se sitúa sobre la misma.

Es decir, que si la carcasa en su totalidad cubre un circulo completo de 360°, el panel cubre un arco de X° grados de los 360°, preferiblemente, siendo sus respectivas láminas curvas.

Además, este panel se considera la unidad mínima (a repetirse) de un conjunto de paneles que se define en otros aspectos inventivos englobado como sistema. Es por ello que, en una realización, cada panel (asumiendo que hubiera un número “N” de ellos) cubrirá un arco de la carcasa igual al resto y que es una división de los 360°. O lo que es lo mismo, que X° es igual a 360°/N.

El experto en la materia reconocerá que, una vez definido el eje circunferencial (y-y') de un panel, el eje circunferencial del resto de paneles que formen el sistema obedecerá a un criterio de tangencialidad respecto a la disposición en círculo de la carcasa, estando por consiguiente estos respectivos ejes circunferenciales decalados entre sí.

Cabe destacar que la definición de los extremos anterior y posterior, así como los dos extremos laterales definidos todos a partir de la primera lámina son igualmente aplicables al resto de láminas (segunda o tercera) e incluso al panel completo.

Por “sustancial” en el paralelismo se entenderá que estos extremos (i.e. sus bordes) podrían ser o bien paralelos a estos ejes o bien podrían tener un cierto ángulo. Incluso, estos mínimos ángulos podrían ser variables de panel a panel, por ejemplo alternando configuraciones en “V” y en “A”.

La distancia entre el extremo posterior y el anterior de la primera lámina, y por ende del panel, puede cubrir de manera preferida un número concreto de etapas de turbina, o incluso cubrir completamente todas ellas. Lo mismo ocurre si se dispone en una carcasa de compresor. A lo largo de esta descripción se entenderá equivalente, a efectos de los paneles de la invención, los componentes de turbina y compresor, con la salvedad de que las etapas de alta y de baja, en cada uno, están intercambiadas respecto al inicio del motor.

Así, tomando como ejemplo la disposición de la primera lámina sobre una carcasa de turbina, su extremo posterior (i.e. su borde posterior) se situará más cerca de la salida de la turbina, es decir, la cara que conecta con la tobera de salida. Por su parte, su extremo anterior (i.e. su borde anterior) se dispondrá más próximo a la entrada, i.e. la cara diseñada para recibir los gases calientes procedentes de los combustores.

Una segunda lámina, que actúa a modo de cubierta exterior del panel, se dispone sobre la primera lámina y se sella su unión por dichos extremos posterior y anterior para evitar fugas de aire indeseadas. El espacio intermedio que queda entre ambas láminas es la suma de la cámara de distribución y la cámara de inyección de aire.

La separación entre ambas cámaras se producirá a raíz de disponer de una tercera lámina entre medias, facultándose el trasvase de aire desde la cámara de distribución hacia la cámara de inyección de aire a través del al menos un orificio del mismo.

El panel además comprende, en al menos uno de sus extremos laterales, un elemento de cierre que canaliza el paso de aire con un panel adyacente. Sin embargo, cuando la turbina (o compresor) se encuentra operando y la temperatura asciende, se producirá la dilatación térmica de su carcasa provocando la separación de los paneles contiguos.

En caso de estar rígidamente unidos los elementos de cierre a ambos paneles contiguos, estos se verían sometidos a esfuerzos de tensión al tirar los paneles del mismo en su forzada apertura. Por ello, el panel según la invención además proporciona junto con dicho elemento de cierre un elemento de sellado que permita el movimiento relativo entre ambos paneles contiguos. Este movimiento relativo puede darse, o bien en términos de desplazamiento lateral, o por el giro (desalineación angular) entre ambos.

Así, el aire que circula por la cámara de distribución pasa a través del al menos un orificio de la tercera lámina hacia la cámara de inyección, en la cual, al encontrarse la primera lámina perforada, este aire saldrá del panel hacia la carcasa a través de estas perforaciones. Al ser de poco tamaño, el aire se acelera, aumentando así su poder de refrigeración, y haciéndolo más efectivo en el TCC al impactar (“impingement”) este aire de manera controlada y localizada sobre la carcasa.

Cabe decir que, a diferencia de las soluciones del estado de la técnica donde el conducto y cámara de impingement se encontraban separados, además de que estas cámaras se separaban físicamente entre sí, la presente invención propone un panel compacto que integra ambas cámaras (de distribución e impingement) lo que supone una reducción en peso y volumen (i.e. reducción de espacio ocupado en el motor) significativa, que puede llegar a rondar del orden del 35% gracias también a la eliminación de elementos auxiliares para la sujeción separada del conducto, las cámaras, la eliminación de tornillería, etc.

Al estar formado por tres láminas unidas entre sí, se dota a dicho panel además de alta adaptabilidad, y es que tanto la densidad (en número y tamaño) de agujeros de la primera lámina perforada como los agujeros de la tercera lámina para comunicar ambas cámaras son susceptibles de modificarse en función de las condiciones de funcionamiento de la turbina o compresor y el nivel de actuación esperado en el control de la holgura de punta de álabe, sin tener que cambiar el diseño mecánico básico del panel.

Por consiguiente, el reparto de aire en las cámaras es totalmente adaptable, lo que impacta favorablemente en la funcionalidad y actuaciones del sistema TCC. Por ejemplo, permite reducir el efecto de heat pick-up (i.e. aumento indeseado de la temperatura de refrigeración por obligarse a permanecer más tiempo o recorrer más distancia) al poder alimentar (mediante orificios en la tercera lámina) desde puntos más próximos a las perforaciones de la primera lámina, lo que consigue una temperatura del aire de impigment menor y más uniforme.

De manera colateral, al eliminarse el espacio entre paneles, se consigue una mayor área de cobertura de impingement, sin puntos calientes en carcasa.

Por todo ello, se reducen notablemente las pérdidas de carga por la eliminación, inter alia, de codos y transiciones abruptas. El sistema de paneles, una vez ensamblado, integra un anillo único donde el aire circula en dirección circunferencial sin apenas restricciones, cambios de dirección, etc. Sin prejuicio de que se pueda acomodar su geometría para conseguir transiciones suaves, las únicas reducciones de área aparecerían de manera localizada en la interface entre paneles para el alojamiento de los elementos de cierre y sellado.

En una realización preferida, la primera lámina perforada, y/o la segunda lámina perforada, y/o la tercera lámina perforada están fabricadas en chapa metálica.

En una realización particular:

- la primera lámina perforada además comprende al menos un entrante; y

- la segunda lámina además comprende al menos un abultamiento;

de manera que los dichos al menos un entrante y al menos un abultamiento de sendas láminas sean coincidentes entre sí para que al apoyar el entrante sobre el abultamiento se forme un asiento.

Téngase en cuenta que los términos “entrante” (o concavidad) y “abultamiento” se han tomado bajo el punto de vista de la primera lámina. Sea como fuere, la presencia de ambos produce cajeados en la parte exterior del panel, por lo que ambos “entrante” y “abultamiento” se dirigen uno hacia el otro para su contacto.

Como ya se comentara, la carcasa incorpora una serie de accesos para el paso de sensores. Estos accesos se conocen como bosses y forman localizaciones planas para proporcionar una instalación estable y al mismo tiempo controlar la inclinación de los sensores a introducir. En realizaciones concretas, estas bosses toman la forma de casquillos de guiado para el paso de los sensores, que sobresalen del plano de la carcasa y que, en uno de sus extremos, forman las localizaciones planas.

Al contrario que los sistemas convencionales donde se evitaban estos pasos, marcando incluso la zona de separación entre cámaras contiguas, esta realización aprovecha dichas instalaciones para usarlas como puntos de soportado del panel.

Más concretamente, los asientos formados por parejas entrante-abultamiento se hacen coincidir con estas localizaciones planas, en las bosses, de la carcasa para que descansen sobre las mismas.

Cabe destacar también que estas localizaciones de paso de la carcasa o bien pueden tener una abertura para el paso de sensores reusando las ya existentes, o pueden incluirse a propósito donde sean necesarias para que sostengan los paneles pudiendo ser, en este último caso, ciegas (i.e. sin agujero).

Así, las zonas de sombra donde no había capacidad de impingement en los sistemas TCC convenciones se reducen drásticamente con la presente realización, y de esta forma se puede conseguir un registro de temperatura más baja y uniforme.

Por todo ello, se consigue una función dual con esta realización, por un lado existe un aprovechamiento de las bosses o sus localizaciones planas en la carcasa, mientras que, por otro lado, se minimizan las fugas de aire así como las zonas de sombra.

Ventajosamente, esta realización reduce peso al no precisarse más de las escaleras de sujeción ni su tornillería asociada.

En una realización preferida, al menos un entrante de la primera lámina perforada además comprende un orificio; y el al menos un abultamiento de la segunda lámina además comprende un orificio similar al de al menos un entrante de la primera lámina perforada, estando sendos orificios del entrante y del abultamiento, que forman el asiento, adaptados para el paso de sensores hacia la carcasa.

Para completar dicho soportado, en una realización particular, el panel, en cualquiera de sus láminas, además comprende al menos una orejeta por su extremo posterior adaptado para estabilizar el asentamiento del panel sobre la carcasa de turbina.

Esta orejeta puede ser un elemento integral de la lámina de partida o puede ser un elemento unido, mediante soldadura por ejemplo, con posterioridad.

En una realización particular:

- la segunda lámina está dividida según la dirección longitudinal en una sección anterior y una sección posterior, cada una extendiéndose hasta sus extremos laterales; en donde dicha sección posterior se encuentra abultada respecto a la sección anterior para conformar la cámara de distribución junto con la tercera lámina; y

- la tercera lámina tiene una extensión sustancialmente similar a dicha sección posterior de la segunda lámina para sellar su perímetro y así evitar el paso de aire hacia la cámara de inyección de aire a través de la unión entre la segunda y tercera láminas.

En otras palabras, la segunda lámina se divide según la dirección longitudinal (y a lo largo de su dirección circunferencial, i.e. de extremo a extremo lateral) en las secciones anterior y posterior.

Es decir, el perímetro del abultamiento de la segunda lámina, lo que corresponderá a la sección posterior, queda sellado con la tercera lámina, canalizando todo el paso de aire a la cámara de inyección de aire a través del al menos un orificio de esta tercera lámina.

Esto permite que la cámara de distribución tenga una extensión (en términos de proyección sobre la carcasa) menor que la cámara de inyección de aire (impingement) para evitar la subida de temperatura del aire en su recorrido a través de los paneles.

Cabe destacar que estas primera, y/o segunda, y/o tercera láminas pueden estar compuestas por porciones de láminas más pequeñas y unidas entre sí, mediante soldadura por ejemplo, conformando, en su configuración final, las tres láminas según la invención.

Es por ello que, en una realización particular, las láminas del panel según la invención se forman a partir de tres láminas de partida según:

- una lámina de partida comprendiendo la sección anterior de la segunda lámina y la tercera lámina;

- otra lámina de partida comprendiendo la sección posterior de la segunda lámina; y

- otra lámina de partida comprendiendo la primera lámina perforada.

La unión, mediante soldadura por ejemplo, de estas dos primeras láminas de partida da como resultado la segunda y tercera láminas según la presente invención.

En una realización particular, la tercera lámina además comprende al menos una muesca adaptada a la forma del al menos un entrante y del al menos un abultamiento de la primera y segunda láminas, respectivamente.

Ventajosamente, esto ayuda en el correcto posicionamiento de la segunda lámina y permite aumentar ligeramente la extensión de la cámara de distribución.

En una realización particular, la segunda lámina además comprende una entrada de aire en comunicación fluídica con la cámara de distribución.

Esta entrada de aire se encuentra en comunicación fluídica con puertos de sangrado del compresor o fan para recibir el aire sangrado que posteriormente se circulará por la cámara de distribución.

En caso de que la carcasa tuviera unas dimensionas tales que hicieran inadecuada la alimentación de los paneles por un único punto, podrían disponerse dos o más paneles según esta realización para conseguir una refrigeración lo más uniforme posible de la carcasa.

En una realización particular, dicha entrada de aire de la segunda lámina además comprende un elemento distribuidor configurado para dividir un flujo de aire de entrada en ramales, preferiblemente dos ramales opuestos.

En una realización preferida, este elemento distribuidor está integrado dentro de la cámara de distribución del panel. En una realización particular, el elemento de cierre está configurado para sellar un extremo de la cámara de inyección de aire entre la primera y tercera lámina, al tiempo que permite el paso de aire hacia o desde la cámara de distribución de un panel adyacente entre la segunda y tercera lámina, mientras que el elemento de sellado está configurado para contactar con un panel adyacente de manera que selle fugas de fluido entre la segunda y tercera lámina.

Más concretamente, el elemento de sellado está configurado para contactar con un elemento de cierre del panel adyacente de manera que selle fugas en el paso de la cámara de distribución entre paneles contiguos.

Cabe decir que el sellado de estas fugas, mediante el elemento de sellado, es preferiblemente de manera radial al contorno delimitado por la segunda y tercera lámina.

En una realización particular, al menos un elemento de sellado es un sello de tipo fuelle, preferiblemente metálico. Ventajosamente, esto permite instalar tecnología madura que facilite los procesos de certificación.

En una realización particular, el al menos un elemento de cierre está solidariamente unido a lo largo de todo el contorno de un extremo lateral del panel formado por la primera y segunda lámina, comprendiendo el elemento de cierre: - una placa sellante para el extremo de la cámara de inyección de aire, y

- un reborde que extiende lateralmente el contorno definido entre la segunda y tercera lámina de manera que se permita el paso de aire a través del mismo; donde dicho reborde comprende medios para retener el elemento de sellado.

Ventajosamente, esta realización permite tanto el nivel de giro como de desplazamiento necesario para el montaje de los paneles en la carcasa.

Además, esta realización acepta tanto las expansiones térmicas, como las deformaciones provenientes del montaje o causadas por el funcionamiento. Por otro lado, al estar integrado en el panel no requiere de elementos adicionales que supongan coste y peso.

En una realización particular, el al menos un elemento de cierre está solidariamente unido a lo largo de todo el contorno de un extremo lateral del panel formado por la primera y segunda lámina, comprendiendo el elemento de cierre: - una placa sellante para el extremo de la cámara de inyección de aire, y

- un reborde sobre el contorno definido entre la segunda y tercera lámina de manera que se permita el paso de aire a través del mismo; y estando este reborde adaptado para apoyar un elemento de sellado de un panel contiguo. Es decir, existe un el elemento de cierre tipo “macho” en un extremo del panel configurado para cooperar con otro elemento de cierre tipo “hembra” del panel contiguo.

En una realización preferida, un mismo panel comprende a cada uno de sus extremos laterales una de estas variantes del elemento de cierre, es decir, en uno de sus extremos comprende un elemento de cierre con los medios para retener el elemento de sellado; mientras que en su extremo opuesto el reborde de su elemento de cierre está adaptado para apoyar un elemento de sellado de un panel contiguo.

En una realización preferida, el perímetro externo del reborde del elemento de cierre no excede de manera transversal el contorno definido entre la segunda y tercera lámina con objeto de que se pueda disponer un panel homólogo contiguo.

Alternativamente a la realización anterior, el perímetro externo del reborde sí sobresale transversalmente para disponer al elemento de sellado exteriormente. Ventajosamente, al no disminuir el área de paso, esta realización conlleva menos pérdidas de carga.

En una realización, los medios del reborde para retener el elemento de sellado se basan en que dicho reborde tiene una geometría tal que faculta su retención. Ejemplos de este tipo pueden ser formas en sección de 'E', quedando retenida una junta elástica (que actúa como elemento de sellado) entre sus dos puntas más externas.

Por lo tanto, en otro ejemplo de realización, dicho reborde tiene una forma de dos valles interpuestos por un plano, quedando retenido el elemento de sellado en su valle más externo.

En una realización preferida, dicho elemento de sellado es una junta elástica tipo “O-Ring”, preferiblemente elastomérica. Opcionalmente, dicho elemento de sellado también puede ser tipo “C-seal” metálico, brade seal, o de empaquetadura, entre otros.

En una realización particular, el panel además comprende un elemento de bloqueo en el extremo lateral opuesto del panel a aquel en el que se sitúa el elemento de cierre, dicho elemento de bloqueo estando configurado para sellar dicho extremo entre la primera y segunda lámina, o lo que es lo mismo, para sellar un extremo tanto de la cámara de inyección de aire como de la cámara de distribución.

Es decir, el panel según esta realización se dispondría en el extremo opuesto de aquel panel cuya segunda lámina además comprende la entrada de aire con objeto de sellar uno de los ramales del canal de distribución.

Preferiblemente, el sistema compuesto por un conjunto de paneles según se describirá a continuación comprende dos paneles con sendos elementos de bloqueo (para una configuración con dos ramales), o bien habrá tantos de estos paneles como ramales de aire comprenda el sistema.

En una realización particular, la primera lámina y/o la tercera lámina comprenden un aislante térmico en al menos una de sus respectivas caras.

En una realización preferida, o bien la primera lámina en su cara que enfrenta a la carcasa, o bien la tercera lámina en su cara que enfrenta a la cámara de inyección de aire, o ambas láminas, comprenden un aislante térmico aplicado, por ejemplo, mediante espray de plasma.

En aquellas aplicaciones donde el heat peakup deba reducirse aún más, puede usarse esta barrera térmica. Por ejemplo, para que se aísle aún más al aire que circula por la cámara de distribución, o aplicarlo en la cara más próxima a la carcasa de la primera lámina, o incluso para reducir la temperatura a la que se expone tanto el elemento de cierre como el de sellado entre paneles.

En un segundo aspecto inventivo, la invención proporciona un sistema para control de holgura de punta de álabe formado por una pluralidad de paneles según cualquiera de las realizaciones del primer aspecto inventivo; en donde al menos uno de dichos paneles además comprende una entrada de aire en comunicación fluídica con la cámara de distribución.

Comparativamente, respecto a los sistemas TCC convencionales que acarreaban alrededor de 2kPa de pérdida de carga desde su alimentación al sistema hasta la salida de las cámaras de impingement, el sistema de paneles según la presente consigue reducir estas pérdidas hasta los 0,1kPa.

Debido al hecho de que los paneles no se sujetan directamente a la carcasa, salvo por los asientos en los bosses y las orejetas traseras (si las hubiera), existe una distancia controlada entre la primera lámina perforada y la carcasa por la que, en uso, puede escaparse el aire de impingement que ha adquirido cierta velocidad. Esto tiene un gran impacto en la eficiencia del sistema ya que el aire que se escapa por estas zonas de fuga pierde el contacto con la carcasa, y por tanto, su principal función de refrigerarla.

Por ello, en una realización particular, el sistema además comprende elementos auxiliares de sellado adaptados para cubrir al menos una porción de la periferia del sistema con objeto de contener los fluidos que salen de las cámaras de inyección de aire de los paneles hacia la carcasa.

Ventajosamente, estos elementos auxiliares de sellado disminuyen las fugas de aire una vez que ha salido de los paneles y, por consiguiente, aumentan la eficiencia del sistema.

Estos elementos auxiliares de sellado pueden ser láminas adicionales o mallas metálicas cuya función consiste en taponar total o parcialmente el camino de fuga de aire sin obstaculizar el desplazamiento relativo a consecuencia de las expansiones térmicas.

Con este mismo objetivo, en una realización particular, los paneles disponen de aberturas adaptadas para acceder a elementos que puedan quedar cubiertos al permanecer entre carcasa y paneles como, por ejemplo, accesos boroscopicos.

En un tercer aspecto inventivo, la invención proporciona un conjunto que comprende:

- una carcasa de turbina o compresor, y

- un sistema para control de holgura de punta de álabe de carcasa de turbina o compresor según cualquiera de las realizaciones del segundo aspecto inventivo, donde cada panel está dispuesto sobre dicha carcasa de manera consecutiva interponiéndose entre paneles adyacentes un elemento de sellado de cualquiera de ellos; y en donde dichos paneles se sitúan de manera que sus respectivas cámaras de distribución formen un canal de distribución alrededor de la carcasa.

En un cuarto aspecto inventivo, la invención proporciona un método de montaje de un sistema de control de holgura de punta de álabe de carcasa de turbina o compresor según cualquiera de las realizaciones del segundo aspecto inventivo sobre una carcasa de turbina o compresor, donde el método comprende las etapas de:

- identificar una toma de entrada de aire de refrigeración y situar el panel con la entrada de aire en su segunda lámina cercana a dicha toma de entrada de aire de refrigeración; y

- situar el resto de paneles de manera consecutiva interponiéndose entre paneles adyacentes un elemento de cierre junto con un elemento de sellado de cualquiera de ellos; asegurando que sus respectivas cámaras de distribución formen un canal de distribución alrededor de la carcasa de turbina.

Dado que cada uno de los paneles comprende un elemento de cierre junto con un elemento de sellado en al menos uno de sus laterales, en su configuración más básica, este conjunto de elemento de cierre y elemento de sellado deberá disponerse entre el panel al que corresponde y un panel contiguo. Por ejemplo, para cada panel que conforme el sistema, su elemento de cierre -elemento de sellado asociado se situará en su extremo lateral derecho, repitiéndose esta configuración para el resto de paneles del sistema.

En una realización particular, el método además comprende las etapas de:

- hacer coincidir los asientos formados por el al menos un entrante y por el al menos un abultamiento de las primera y segunda láminas de cada panel con unos respectivos primeros casquillos dispuestos en las entradas de la carcasa para sensores;

- proporcionar al menos un elemento resorte por cada asiento, preferiblemente con un orificio (del elemento resorte) que coincida sustancialmente con un orificio del entrante y un orificio del abultamiento de la primera y segunda lámina, estando dicho resorte configurado para ejercer una fuerza determinada sobre el asiento del panel cuando apoya sobre un segundo casquillo;

- proporcionar un segundo casquillo por cada uno de los primeros casquillos de la carcasa; y

- situar dicho elemento resorte sobre dicho asiento del panel quedando retenido entre el segundo casquillo y el asiento del panel cuando el primer y segundo casquillos se unen solidariamente entre sí.

Es decir, según esta realización, el panel no se atornilla directamente a la carcasa y con ello se permite un movimiento según el plano definido por las localizaciones planas de los bosses de carcasa que absorbe la dilatación diferencial entre carcasa y panel.

Más concretamente, la unión solidaria del primer y segundo casquillo se correspondería con las antiguas bosses según las soluciones descritas del estado de la técnica. Así, el primer casquillo comprendería en un extremo la localización plana sobre la que descansa el asiento del panel.

Como se comentara anteriormente, en caso de no existir para ese panel accesos a la carcasa para introducir sensores y que se haya dispuesto de localizaciones planas en la carcasa en forma de primeros casquillos dispuestos (mitad inferior de las antiguas bosses) en su lugar, se considerará equivalente hacer coincidir estos asientos del panel con las localizaciones planas de los segundos casquillos dispuestos para tal fin.

En un quinto aspecto inventivo, la invención proporciona un método de sujeción de un panel para control de holgura de punta de álabe de acuerdo al primer aspecto inventivo de la invención que comprende las etapas de disponer un primer casquillo en una entrada para sensores de la carcasa, de tal manera que el extremo del primer casquillo sirve de descanso a una superficie del asiento del panel; proporcionar un elemento resorte para ejercer una fuerza determinada sobre el asiento del panel cuando apoya sobre un segundo casquillo; y proporcionar el segundo casquillo de tal manera que su extremo está asentado sobre el elemento resorte, y unido de manera solidaria al primer casquillo mediante medios de unión; de manera que se permita un deslizamiento del panel en relación a la carcasa cuando se somete a una fuerza mayor que la fricción ejercida por el elemento resorte.

Se entenderá que dicha fuerza viene inducida por los movimientos de expansión de la carcasa en su dilatación.

En una realización preferida, dicho elemento resorte se compone de una pletina y al menos una arandela de presión de manera que:

- la pletina esté configurada para disponerse entre el segundo casquillo y el asiento del panel; y

- la al menos una arandela de presión esté configurada para estar dispuesta entre el extremo del segundo casquillo y la pletina.

Para maximizar el área de contacto, la pletina puede comprender una superficie análoga al extremo superior (“localización plana”) del primer casquillo. En esta realización, la pletina es flotante permitiendo el movimiento del panel sobre la carcasa. Preferiblemente, la pletina comprende un orificio que coincide sustancialmente con el orificio del entrante y del abultamiento, de la primera y segunda lámina respectivamente, que forman el asiento.

En una realización alternativa, dicho elemento resorte está compuesto por una pletina como en la realización anterior y una arandela de presión ondulada (“wave washef’ por su nomenclatura en inglés) dispuesta entre la pletina y el segundo casquillo.

En otras palabras, el panel se aprisiona entre el primer casquillo y la pletina, según una fuerza definida por el empuje de la arandela de presión, ya sea de tipo “Belleville washef o “wave washef (que equivaldrían a un elemento elástico tipo muelle), mientras que el primer y segundo casquillo se unen solidariamente entre sí. Así, a pesar de quedar suficientemente sujeto, permite que el panel deslice entre dicho segundo casquillo y la pletina bajo las cargas de expansión térmica.

Es decir, la unión del primer y segundo casquillo se correspondería con las antiguas bosses según las soluciones descritas del estado de la técnica. No obstante, según la invención, estas bosses se dividen en dos casquillos cuyos extremos tienen superficies complementarias (i.e. mismo plano de corte, en sus respectivos extremos) para facultar su unión solidaria formando un todo.

Los medios de unión son, preferiblemente, tornillería como por ejemplo al menos un tornillo que une en bloque (i.e. solidariamente) el primer y segundo casquillo, o una unión roscada entre ambos casquillos, o incluso una rosca interna auxiliar entre casquillos.

Preferiblemente, estos medios de unión en forma de tornillería pueden atravesar la pletina y la al menos una arandela de presión, o bien disponerse de manera separada y situarse al lado de estos componentes para no interceder con ellos.

Descripción de los dibujos

Estas y otras características y ventajas de la invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de una forma preferida de realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, con referencia a las figuras que se acompañan.

Figura 1 En esta figura se muestra un sistema TCC convencional.

Figura 2a En esta figura se muestra un panel para control de holgura de punta de álabe según la presente invención.

Figura 2b En esta figura se muestra en explosionado el panel de la figura 2a.

Figura 2c En esta figura se muestra una vista detallada de un corte del panel según la figura 2a, donde no se muestran ni el elemento de cierre ni el elemento de sellado.

Figura 3a-3b En estas figuras se muestran ejemplos de realización de la tercera lámina.

Figuras 4a-4b En estas figuras se muestra una realización del elemento de cierre junto con el elemento de sellado (fig. 4a), además de un ejemplo de actuación bajo dilatación térmica de la carcasa (fig. 4b).

Figura 5 En esta figura se muestra un ejemplo de realización alternativo donde el elemento de sellado es tipo fuelle.

Figuras 6a-6d En estas figuras se muestran ejemplos de realización del sistema de sujeción según la invención. Figura 7 En estas figuras se muestra un ejemplo de una entrada de aire de la segunda lámina que conecta con la cámara de distribución.

Figura 8a-8c En estas figuras se muestra un sistema formado por una pluralidad de paneles según la presente invención.

Exposición detallada de la invención

El experto en la materia sabría reconocer que los detalles aquí descritos pueden aplicarse indistintamente a un panel (1) para control de holgura de punta de álabe, a un sistema (10) formado por una pluralidad de estos paneles (1), a un método de montaje o incluso a un sistema de sujeción de panel sobre una carcasa (20) de motor o turbina.

Sin perjuicio de que aquí se muestre una carcasa (20) de turbina, otras realizaciones con carcasas (20) de compresor pueden considerarse igualmente.

En la figura 1 se ilustra un sistema TCC convencional. Estos sistemas TCC convencionales se componen de una serie de cámaras de impingement (31) dispuestas sobre la carcasa (20) de turbina -o de compresor- así como de un conducto de distribución (32) de aire que recibe el aire de refrigeración por una entrada en “T” (33) y consigue transportalo alrededor de la carcasa (20) hacia dichas cámaras (31). El paso de este aire de refrigeración o alimentación hacia las cámaras se realiza de manera puntual mediantes codos (34) habilitados a tal efecto.

La sujeción de las cámaras (31) a la carcasa (20) se produce a través de elementos de sujeción (35) con forma de escaleras que a su vez se sujetan a sendas bridas (36) de motor, la anterior y la posterior de la carcasa (20).

Pueden observarse además las bosses (37) que permiten dar servicio a la turbina, cuya presencia provoca la separación de cámaras entre sí, y dan lugar a extensas zonas proclives a la fuga de aire así como de sombra (38) (i.e. donde no existe inyección de aire hacia la carcasa) al no estar cubiertas esas zonas con cámaras (31). Así, además, este aire de impingement escapa por su alrededor.

Por último, para absorber posibles dilataciones, las secciones del conducto de distribución (32) se conectan por medio de conexiones tipo “fuelle” (39).

La presente invención según se describe de aquí en adelante, de acuerdo al primer aspecto inventivo, es un panel (1) para control de holgura de punta de álabe adaptado para situarse sobre una carcasa (20) de turbina o compresor cubriendo una porción de arco de la misma.

La figura 2a ilustra un ejemplo de realización de un panel (1) según la invención.

Se observa claramente que el sistema según la invención es más compacto, lo cual redunda en ligereza y, en este caso, también en sencillez. Se recuerda que, en aviación, los motores suelen están expuestos colgando de las alas (pylon) en la configuración más típica. Por ello, todo el espacio adicional que no vaya dirigido a las actuaciones del motor per se pueden acarrear altas cargas aerodinámicas (resistencia) que impactan colateralmente en el consumo.

Es más, frente a los 30kg de peso del sistema TCC convencional explicado en la figura 1, el sistema (10) compuesto por una pluralidad de estos paneles (1) según se muestra en la figura 8 lo reduce en un tercio, es decir, hasta los 20kg al desprenderse de tornillería y elementos adicionales que ahora, gracias a su diseño compacto, se vuelven innecesarios.

La figura 2b ilustra el ejemplo de realización del panel (1) según la figura 2a con sus componentes en explosionado.

Como se aprecia en la figura 2b, el panel (1) está formado, en su configuración más básica, por:

- una primera lámina (2) perforada adaptada para disponerse sobre dicha porción de arco de la carcasa (20);

- una segunda lámina (3) dispuesta sobre dicha primera lámina (2) y configurada para unirse de manera estanca por sus extremos anterior (2.1) y posterior (2.2) dejando un espacio intermedio entre ambas láminas (2, 3); y

- una tercera lámina (4) dispuesta entre la primera (2) y segunda (3) lámina, configurando sendos espacios con ambas láminas (2, 3) de manera que la tercera lámina (4) forma junto con la segunda lámina (3) una cámara de distribución (X), mientras que forma con la primera lámina (2) una cámara de inyección de aire (Y), extendiéndose ambas cámaras (X, Y) de uno a otro extremo lateral (1.1, 1.2) del panel (1); en donde dicha tercera lámina (4) comprende al menos un orificio (4.1) para el paso de fluido entre ambas cámaras (X, Y);

en donde el panel (1) además comprende un elemento de cierre (5) junto con un elemento de sellado en al menos uno de los extremos laterales (1.1,1.2) del panel, dicho elemento de cierre (5) estando configurado para permitir el paso de fluido con otro panel (1) adyacente mientras que el elemento de sellado está configurado para permitir un movimiento relativo entre ambos paneles (1) contiguos.

Se muestran las perforaciones (2.6) en la primera lámina (2) perforada que habilitan el proceso de impingement. Además se aprecia como la primera lámina (2) tiene una geometría adecuada para situarse sobre la carcasa (20) optimizando la inyección de aire a su cubierta superior.

Como ya se comentara, la primera lámina (2) define dos ejes, uno longitudinal (x-x') y otro circunferencial (y-y'), los cuales ayudan a referenciar sus extremos anterior (2.1) y posterior (2.2), ambos sustancialmente paralelos al eje circunferencial (y-y'); así como sus dos extremos laterales (2.3, 2.4) que son sustancialmente paralelos al eje longitudinal (x-x').

Como se puede comprobar, la primera lámina perforada (2) además comprende al menos un entrante (2.5) con un orificio (2.5.1); y la segunda lámina (3) además comprende al menos un abultamiento (3.1) cuyo orificio (3.1.1) es similar al primero (2.5.1). Estos al menos un entrante (2.5) y al menos un abultamiento (3.1) de sendas láminas (2, 3) son coincidentes (véase figura 2c) entre sí para que al apoyar el entrante (2.5) sobre el abultamiento (3.1) se forme un asiento, preferiblemente adaptado para el paso de sensores hacia la carcasa (20) mediante sus respectivos agujeros (2.5.1, 3.1.1).

Aunque no se aprecie en esta vista, el panel además comprende al menos una orejeta (6) por su extremo posterior para estabilizar el asentamiento del panel (1) sobre la carcasa (20). Véase la figura 7 para más detalle.

Haciendo ahora referencia a la segunda lámina (3), esta se encuentra dividida -según la dirección longitudinal (x-x’)-en una sección anterior (3.2) y una sección posterior (3.3), cada una extendiéndose hasta sus extremos laterales (3.5, 3.6). Ambas secciones son fácilmente distinguibles gracias a que la sección posterior (3.3) se encuentra abultada respecto a la sección anterior (3.2) para conformar ésta la cámara de distribución (X) junto con la tercera lámina (4).

Por ello, la tercera lámina (4) comprende una extensión similar al perímetro de dicha sección posterior (3.3) de la segunda lámina (3) para favorecer el sellado de aire a lo largo de este perímetro. Además, en función del número de asientos que tenga el panel, se dota a la tercera lámina (4) de un número similar de muescas adaptadas a la forma de los respectivos entrante y abultamiento que lo forman.

Por otra parte, también se muestran dos elementos de cierre (5) en la figura 2a, uno a cada lado del panel (1). No obstante, en un sistema de paneles (10) como el mostrado en la figura 8, es necesario que entre dos paneles (1) se sitúe un elemento de cierre (5) junto con su elemento de sellado, por lo que cada panel (1) estará dotado con al menos un elemento de cierre (5).

Preferiblemente, este panel (1) comprende un elemento de cierre (5) tipo “macho” en uno de sus extremos y un elemento de cierre (5) tipo “hembra” en el extremo opuesto, así solo uno de ellos (5) comprenderá los medios de retención para el elemento de sellado. Esto es, el elemento de cierre (5) de su extremo (1.2) sí lleva los medios de retención para el elemento de sellado, mientras que el de su otro extremo lateral (1.1) tendrá un reborde adaptado para apoyar el elemento de sellado del panel contiguo.

El elemento de sellado se apreciará con mayor detalle en las figuras 4a a 5.

Volviendo a los elementos de cierre (5), cada uno de ellos está configurado para sellar un extremo de la cámara de inyección de aire (Y) entre la primera (2) y tercera (4) lámina, al tiempo que permite el paso de aire hacia o desde la cámara de distribución (X) de un panel adyacente entre la segunda (3) y tercera (4) lámina.

Más concretamente, como se apreciará en detalle en la figura 4a, dicho elemento de cierre (5) está solidariamente unido a lo largo de todo el contorno de un extremo lateral (1.1, 1.2) del panel (1) formado por la primera (2) y segunda (3) lámina, comprendiendo el elemento de cierre (5):

- una placa sellante (5.1) para el extremo de la cámara de inyección de aire (Y), y

- un reborde (5.2) que extiende lateralmente el contorno definido entre la segunda (3) y tercera (4) lámina de manera que se permita el paso de aire a través del mismo.

Por otro lado, como se comentara, la primera, segunda, y tercera láminas pueden conformarse a partir de láminas distintas, dando lugar, tras su unión, a las tres láminas según la invención. Concretamente, la unión de una lámina que comprenda tanto la sección anterior de la segunda lámina como la tercera lámina; junto con otra lámina que comprenda a su vez la sección posterior de la segunda lámina daría como resultado a la segunda y tercera láminas según la presente invención.

En la figura 2c se ilustra con más detalle el interior del panel (1) mostrado en la figura 2a gracias a una vista en corte. Por motivos ilustrativos, el corte es en su zona intermedia y por ello no han sido mostrados ni el elemento de cierre (5) ni el elemento de sellado.

Se aprecia, sin embargo, a la tercera lámina (4) configurando sendos espacios (X, Y) junto con la primera (2) y segunda (3) lámina dando lugar a la cámara de distribución (X) y la cámara de inyección de aire (Y), respectivamente. Se observa, además, que la tercera lámina finaliza a la altura del asiento formado entre la primera (2) y segunda (3) lámina, o lo que es lo mismo, ocupa una extensión similar a la proyección plana de la sección posterior (3.3) de la segunda lámina (3).

Cabe destacar que, en una realización preferida, las láminas son chapas prensadas cuya unión se produce por soldadura.

Con trazo discontinuo se señalan aquellas superficies susceptibles de aplicarse un aislante térmico, por ejemplo, mediante espray de plasma. Estas superficies candidatas son, o bien sobre la primera lámina (2) en su cara que enfrenta a la carcasa (20), o bien la tercera lámina (4) en su cara que enfrenta a la cámara de inyección de aire (Y) como bien puede apreciarse.

A lo largo de las figuras 3a y 3b, se ilustran realizaciones detalladas de la tercera lámina (4). Así, la figura 3a muestra una tercera lámina (4) comprendiendo dos orificios (4.1) alargados en la dirección circunferencial (y-y') y espaciados según la dirección longitudinal (x-x'), sin prejuicio de que pudiera existir uno único alargado. Por otro lado, la figura 3b muestra una tercera lámina (4) con 6 orificios (4.1'), separados en grupos de 2 según la dirección circunferencial (yy') y espaciados según la dirección longitudinal (x-x') en grupos de tres orificios (4.1').

Esta disposición de agujeros atiende a razones ejemplificativas y, por consiguiente, el experto en la materia sabría reconocer otros patrones, homogéneos o no, de orificios de igual o distinta morfología a las aquí mostradas. Como ya se comentara, esto permite que el reparto de aire en las cámaras sea totalmente adaptable, pudiendo intercambiar simplemente la tercera lámina (4) por otra más adecuada.

Gracias a estos orificios (4.1) de la tercera lámina (4) se mejoran las actuaciones del panel en relación al heat peakup frente a un sistema TCC convencional contemplado en el estado de la técnica.

Así, puesto que la alimentación de aire hacia la cámara de impingement (31) (según se mostraba en la figura 1) era única (orificio intermedio) y se producía a través del codo (34), el largo recorrido del aire desde el punto de alimentación (34) hasta los bordes de la cámara (31) provocaba un incremento creciente de temperatura hasta estos bordes.

Por su parte, haciendo referencia de nuevo al panel según la invención, al poder comprender la tercera lámina (4) de un mayor número de orificios (4.1) (ver figura 3b), lo cual viene favorecido por la sencillez estructural y adaptabilidad del panel (1), se obtienen más puntos de alimentación (4.1) repartidos por toda la lámina y se reduce por tanto la media de temperatura del aire de refrigeración a inyectar.

En la figura 4a se muestra una realización del elemento de cierre (5) junto con el elemento de sellado (5.2.1) cooperando con un panel adyacente. En concreto, el elemento de cierre es similar al ilustrado en la figura 2a, es decir, está solidariamente unido al contorno de un extremo lateral (1.1) del panel (1) taponando la cámara de inyección de aire (Y) mediante la placa sellante (5.1) y facilitando el paso de aire a paneles (1) adyacentes mediante su reborde (5.2).

En concreto, este reborde (5.2), que extiende lateralmente el contorno definido entre la segunda (3) y tercera (4) lámina como si se tratara de una proyección, además comprende medios para retener el elemento de sellado (5.2.1).

En este ejemplo particular, el reborde (5.2) tiene forma en sección de 'E', quedando retenido el elemento de sellado, que en este caso se trata de una junta elástica (5.2.1) tipo “O-ring”, entre sus dos puntas más externas.

A su vez, el elemento de cierre (5) del panel (1) contiguo (el de la derecha) también está solidariamente unido por un extremo lateral taponando su cámara de inyección de aire mediante una placa sellante (5.1) y facilitando el paso de aire a paneles (1) adyacentes mediante su reborde (5.3). A diferencia del reborde (5.2) del panel (1) izquierdo (el que retiene al elemento de sellado (5.2.1)) este reborde (5.3) del panel derecho (5.3) está adaptado para apoyar sobre su superficie, en este caso concreto su superficie interna, el elemento de sellado (5.2.1).

En una realización preferida, un mismo panel comprende dos elementos de cierre (5) según se han explicado, pero sólo uno de ellos incorpora los medios para retener al elemento de sellado (5.2.1) (realización macho-hembra).

Muy sucintamente, se muestra a continuación, en la figura 4b, cómo trabaja dicho elemento de cierre (5) bajo dilatación térmica de la carcasa (20).

Respecto a la figura 4b, se muestra en trazo discontinuo la posición original de los elementos de cierre y sellado, esto es, cuando la turbina o compresor no están funcionando y por consiguiente la carcasa (20) se encuentra fría.

En trazo continuo, con la turbina o compresor operando y la carcasa (20) caliente, se muestra cómo el panel (1) se desplaza hacia arriba y se separa del contiguo. Para ello, el elemento de sellado (5.2.1) debe permitir dicho movimiento relativo al deslizar el elemento de cierre (5) del panel (1) contiguo sobre el mismo.

Es decir, el elemento de sellado (5.2.1) se retiene en un elemento de cierre (5) de manera que se faculte un deslizamiento del elemento de cierre del panel contiguo.

Un giro permitido por esta configuración de panel podría llegar a ser del orden de 10° de desalineación angular entre paneles contiguos. Así, el elemento de sellado (5.2.1) no pierde contacto con el elemento de cierre (5) del panel (1) contiguo. O lo que es lo mismo, sigue ejerciendo la función de sellado radial de la cámara de distribución.

Como caso particular, la figura 5 ilustra otro ejemplo de realización contemplado por la presente invención donde el elemento de sellado, en lugar de ser una junta elástica (5.2.1) como se ha definido en las figuras anteriores, es de tipo fuelle (5.4).

Por consiguiente, gracias a su flexibilidad, se favorece de igual modo el movimiento relativo entre paneles contiguos durante operaciones similares.

A lo largo de las figuras 6a a 6c se muestra un sistema de sujeción de un panel a la carcasa (20) de una turbina o compresor en el punto donde este panel comprende un asiento.

En la figura 6a, donde el sistema de sujeción se representa como una sección en corte, se aprecia que este sistema de sujeción está formado por:

- un primer casquillo (7.1) adaptado para disponerse en una entrada para sensores de la carcasa (20), cuyo extremo está configurado para servir de descanso a una superficie del asiento del panel,

- un elemento resorte (7.3, 7.4) configurado para ejercer una fuerza determinada sobre el asiento del panel cuando apoya sobre un segundo casquillo (7.2);

- un segundo casquillo (7.2) cuyo extremo está adaptado para asentarse sobre el elemento resorte (7.3, 7.4), y configurado para unirse de manera solidaria al primer casquillo mediante medios de unión (7.6);

de manera que se permita un deslizamiento del panel en relación a la carcasa cuando el sistema de sujeción se somete a una fuerza mayor que la fricción ejercida por el elemento resorte (7.3, 7.4).

El elemento resorte es, preferiblemente y en esta figura, una pletina (7.3) y al menos una arandela de presión (7.4) de manera que:

- la pletina (7.3) puede llegar a comprender una superficie análoga al extremo superior (“ localización plana”) del primer casquillo (7.1) y está configurada para disponerse entre el segundo casquillo (7.2) y el asiento del panel;

- al menos una arandela de presión (7.4) configurada para estar dispuesta entre el extremo del segundo casquillo y la pletina.

Aunque no se aprecia en estas figuras por motivos ilustrativos, la zona baja del primer casquillo (7.1), la que contactará con la carcasa (20) y que ahora se muestra como un todo, adoptaría la geometría de esta última para apoyarse sobre la misma. Es decir, esta base de apoyo del primer casquillo (7.1) adoptaría la inclinación de la carcasa (20) en ese punto.

En este caso particular, este primer (7.1) y segundo (7.2) casquillo además guían a los sensores hacia el interior de la carcasa. En su unión solidaria, ambos casquillos (7.1, 7.2) forman un boss convencional. También se observa que los tornillos (7.6) se disponen a sendos lados del orificio -guía de sensores- dispuesto sobre el asiento del panel, habiendo una arandela de presión (7.4) por cada tornillo (7.6).

Cuando los medios de unión (7.6) se basan en tornillería para unir de manera solidaria entre sí el extremo del primer (7.1) y segundo (7.2) casquillo, el asiento debe comprender, además, orificios (7.5) para el paso de estos tornillos (7.6). Véase la figura 6c.

En la figura 6b puede apreciarse la forma similar del extremo del primer casquillo (7.1), del extremo del segundo casquillo (7.2) y la forma de la pletina (7.3), todos de forma de romboide.

Con una vista superior como la proporcionada por la figura 6c, puede apreciarse el cajeado en el asiento del panel en el que irán dispuestos, por este orden, la pletina (7.3), la arandela de presión (7.4), el primer casquillo (7.1), y el tornillo (7.6).

Además, en la figura 6d, se muestra otro ejemplo de realización del sistema de sujeción de un panel a la carcasa (20) basado en una pletina flotante y una arandela de presión ondulada (7.7) (wave washer) como elemento resorte.

Concretamente se muestra una imagen comparativa de un sistema de sujeción según la realización de la figura 6a (basado en el conjunto pletina (7.3)-arandelas de presión (7.4)) y otro basado en un conjunto pletina (7.3’)-wave washer (7.7) como elemento resorte.

En particular, se muestra un corte de ambas configuraciones según la dirección longitudinal (x-x’) (i.e. desde delante hacia atrás del eje del motor) usando el eje de simetría del soporte.

Ambos sistemas de sujeción hacen uso de un primer (7.1, 7.1’) y un segundo (7.2, 7.2’) casquillo unidos solidariamente entre sí mediante medios de unión. En la mitad izquierda, estos medios de unión están basados en tornillería (7.6), mientras que en la derecha se usa una rosca interna auxiliar (7.8).

Sin prejuicio de lo anterior, pueden usarse medios de unión con distinta tipología o incluso intercambiarse los que aquí se representan. Concretamente, en caso de usar tornillería con el sistema de la derecha (conjunto pletina (7.3’)-wave washer (7.7)) el segundo casquillo también podría comprender extensiones que sobrepasen el diámetro del wave washer (7.7) para unirse solidariamente con el primer casquillo de manera alejada y que no interceda con el elemento resorte.

Volviendo a la figura 6d, se observa como los orificios del asiento tienen un diámetro ligeramente superior al que ocupan los elementos que lo atraviesan, ya sea el segundo casquillo (7.2, 7.2’) o incluso los tornillos (7.6). Esto faculta el deslizamiento del panel sin que se vea contenido por la retención de estos elementos, o lo que es lo mismo, los agujeros del panel están dimensionados para permitir el deslizamiento (o movimiento relativo) previsto del panel al acomodar la expansión de la carcasa (20).

La figura 7 ilustra una entrada de aire dispuesta en la segunda lámina (3) y que conecta con la cámara de distribución (X). Además, puede observarse un elemento distribuidor (3.4.1) que favorece la división del flujo de aire de entrada en dos ramales opuestos.

En la figura 8a se muestra un sistema (10) para el control de holgura de punta de álabe formado por una pluralidad de paneles (1) según la invención; en donde al menos uno de dichos paneles (1) es según se ha ilustrado y descrito en relación a la figura 7.

Además, en uso, con objeto de evitar fugas post-impingement, es decir, una vez el aire sale del panel (1) a través de la primera lámina (2) perforada, el sistema (10) está provisto de elementos auxiliares de sellado (11, 12). Estos elementos auxiliares (11, 12) pueden localizarse, entre otros, cercanos a la brida (36) de motor y siguiendo su trayectoria tal y como se muestra en la figura 8c.

En la figura 8b se muestra un detalle del elemento auxiliar de sellado longitudinal (11). Este (11) se encuentra solidariamente unido al elemento de cierre (5), concretamente al que no comprende la junta elástica O-ring (5.2.1). Se trata de un reborde o solapa en forma de pestaña continua que se extiende por debajo del panel adyacente obstaculizando las posibles fugas de aire por el hueco entre paneles.

Su longitud es mayor, i.e. solapa al panel adyacente, para que en condición de funcionamiento (estado caliente con los paneles separados al máximo) aun tenga parte de solapamiento con el panel adyacente y pueda seguir cumpliendo su función.

Por otro lado, en la figura 8c se muestra un detalle del elemento auxiliar de sellado longitudinal (12). Este (12) también tiene forma de reborde o pestaña continua dispuesta sobre el extremo anterior de los paneles y que encuentra su apoyo sobre un doblez (36.1) de la brida motor (36).

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. - Panel (1) para control de holgura de punta de álabe adaptado para situarse sobre una carcasa (20) de turbina o compresor cubriendo una porción de arco de la misma, en donde el panel (1) está formado por:

- una primera lámina (2) perforada adaptada para disponerse sobre dicha porción de arco de la carcasa (20); dicha primera lámina (2) definiendo dos ejes, uno longitudinal (x-x') y otro circunferencial (y-y'), en donde dicha primera lámina perforada (2) además comprende un extremo anterior (2.1) y un extremo posterior (2.2), ambos sustancialmente paralelos al eje circunferencial (y-y'); así como dos extremos laterales (2.3, 2.4) sustancialmente paralelos al eje longitudinal (x-x');

- una segunda lámina (3) dispuesta sobre dicha primera lámina (2) y configurada para unirse de manera estanca por sus extremos anterior (2.1) y posterior (2.2) dejando un espacio intermedio entre ambas láminas (2, 3); y

- una tercera lámina (4) dispuesta entre la primera (2) y segunda (3) lámina, configurando sendos espacios con ambas láminas (2, 3) de manera que la tercera lámina (4) forma junto con la segunda lámina (3) una cámara de distribución (X), mientras que forma con la primera lámina (2) una cámara de inyección de aire (Y), extendiéndose ambas cámaras (X, Y) de uno a otro extremo lateral (1.1, 1.2) del panel (1); en donde dicha tercera lámina (4) comprende al menos un orificio (4.1) para el paso de fluido entre ambas cámaras (X, Y);

caracterizado por que el panel (1) además comprende un elemento de cierre (5) junto con un elemento de sellado (5.2.1, 5.4) en al menos uno de los extremos laterales (1.1,1.2) del panel, dicho elemento de cierre (5) estando configurado para sellar un extremo de la cámara de inyección de aire (Y) entre la primera (2) y tercera (4) lámina, al tiempo que permite el paso de aire hacia o desde la cámara de distribución (X) de un panel (1) adyacente entre la segunda (3) y tercera (4) lámina; mientras que el elemento de sellado (5.2.1, 5.4) está configurado para contactar con un panel adyacente de manera que selle fugas de fluido entre la segunda (3) y tercera (4) lámina, el elemento de sellado (5.2.1, 5.4) estando configurado además para permitir un movimiento relativo entre ambos paneles (1) contiguos.

2. - Panel (1) según la reivindicación 1, en donde:

- la primera lámina perforada (2) además comprende al menos un entrante (2.5) ; y

- la segunda lámina (3) además comprende al menos un abultamiento (3.1);

de manera que los dichos al menos un entrante (2.5) y al menos un abultamiento (3.1) de sendas láminas (2, 3) sean coincidentes entre sí para que al apoyar el entrante (2.5) sobre el abultamiento (3.1) se forme un asiento, preferiblemente adaptado para el paso de sensores hacia la carcasa (20).

3. - Panel (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde:

- la segunda lámina (3) está dividida según la dirección longitudinal (x-x') en una sección anterior (3.2) y una sección posterior (3.3), cada una extendiéndose hasta sus extremos laterales (3.5, 3.6); en donde dicha sección posterior (3.3) se encuentra abultada respecto a la sección anterior (3.2) para conformar la cámara de distribución (X) junto con la tercera lámina (4); y

- la tercera lámina (4) tiene una extensión similar a dicha sección posterior (3.3) de la segunda lámina (3) para sellar su perímetro y así evitar el paso de aire hacia la cámara de inyección de aire (Y) a través de la unión entre la segunda (3) y tercera (4) láminas.

4. - Panel (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la segunda lámina (3) además comprende una entrada de aire (3.4) en comunicación fluídica con la cámara de distribución (X).

5. - Panel (1) según la reivindicación 4, en donde dicha entrada de aire (3.4) de la segunda lámina (3) además comprende un elemento distribuidor (3.4.1) configurado para dividir un flujo de aire de entrada en ramales, preferiblemente dos ramales opuestos.

6. - Panel (1) según la reivindicación 1, en donde el al menos un elemento de cierre (5) está solidariamente unido a lo largo de todo el contorno de un extremo lateral (1.1, 1.2) del panel (1) formado por la primera (2) y segunda (3) lámina, comprendiendo el elemento de cierre (5):

- una placa sellante (5.1) para el extremo de la cámara de inyección de aire (Y), y

- un reborde (5.2) que extiende lateralmente el contorno definido entre la segunda (3) y tercera (4) lámina de manera que se permita el paso de aire a través del mismo; donde dicho reborde (5.2) comprende medios para retener el elemento de sellado (5.2.1), donde preferiblemente el elemento de sellado es una junta elástica tipo “O-Ring”.

7. - Panel (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el al menos un elemento de cierre (5) está solidariamente unido a lo largo de todo el contorno de un extremo lateral (1.1, 1.2) del panel (1) formado por la primera (2) y segunda (3) lámina, comprendiendo el elemento de cierre (5):

- una placa sellante (5.1) para el extremo de la cámara de inyección de aire (Y), y

- un reborde (5.3) sobre el contorno definido entre la segunda (3) y tercera (4) lámina de manera que se permita el paso de aire a través del mismo; y estando este reborde (5.2) adaptado para apoyar un elemento de sellado (5.2.1) de un panel contiguo.

8. - Panel (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, la primera lámina (2) y/o la tercera lámina (4) comprenden un aislante térmico en al menos una de sus respectivas caras aplicado, por ejemplo, mediante espray de plasma.

9. - Sistema (10) para control de holgura de punta de álabe formado por una pluralidad de paneles (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8; en donde al menos uno de dichos paneles (1) es según cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5.

10. - Sistema (10) según la reivindicación 9, en donde el sistema además comprende elementos auxiliares de sellado adaptados para cubrir al menos una porción de la periferia del sistema (10) con objeto de contener los fluidos que salen de las cámaras de inyección de aire (Y) de los paneles hacia la carcasa (20).

11. - Conjunto (100) que comprende:

- una carcasa (20) de turbina o compresor, y

- un sistema para control de holgura de punta de álabe de carcasa (20) de turbina o compresor según cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10, donde cada panel (1) está dispuesto sobre dicha carcasa (20) de manera consecutiva interponiéndose entre paneles (1) adyacentes un elemento de sellado de cualquiera de ellos; y en donde dichos paneles (1) se sitúan de manera que sus respectivas cámaras de distribución formen un canal de distribución alrededor de la carcasa (20).

12. - Método de montaje de un sistema de control de holgura de punta de álabe (10) de carcasa (20) de turbina o compresor según la reivindicación 9 sobre una carcasa (20) de turbina o compresor, donde el método comprende las etapas de:

- identificar una toma de entrada de aire de refrigeración y situar el panel (1) con la entrada de aire (3.4) en su segunda lámina (3) cercana a dicha toma de entrada de aire de refrigeración; y

- situar el resto de paneles (1) de manera consecutiva interponiéndose entre paneles adyacentes un elemento de cierre (5) junto con un elemento de sellado de cualquiera de ellos; asegurando que sus respectivas cámaras de distribución (X) formen un canal de distribución alrededor de la carcasa (20).

13. - Método de montaje según la reivindicación 12, siendo al menos uno de los paneles (1) según la reivindicación 2, en donde el método además comprende las etapa de:

- hacer coincidir los asientos formados por el al menos un entrante (2.5) y por el al menos un abultamiento (3.1) de las primera (2) y segunda (3) láminas de cada panel (1) con unos respectivos primeros casquillos (7.1) dispuestos en las entradas de la carcasa (20) para sensores;

- proporcionar al menos un elemento resorte por cada asiento, preferiblemente con un orificio que coincida sustancialmente con los del entrante (2.5) y abultamiento (3.1) de la primera (2) y segunda (3) lámina, estando dicho resorte configurado para ejercer una fuerza determinada sobre el asiento del panel cuando apoya sobre un segundo casquillo (7.2);

- proporcionar un segundo casquillo (7.2) por cada uno de los primeros casquillos (7.1) de la carcasa (20); y - situar dicho elemento resorte sobre dicho asiento del panel quedando retenido entre el segundo casquillo (7.2) y el asiento del panel cuando el primer (7.1) y segundo (7.2) casquillo se unen solidariamente entre sí.

14. - Método de sujeción de un panel para control de holgura de punta de álabe de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1-8 en donde el método comprende las etapas de:

- disponer un primer casquillo (7.1) en una entrada para sensores de la carcasa (20), de tal manera que el extremo del primer casquillo (7.1) sirve de descanso a una superficie del asiento del panel (1),

- proporcionar un elemento resorte (7.3, 7.4; 7.3', 7.7) ejerciendo una fuerza determinada sobre el asiento del panel (1) cuando apoya sobre un segundo casquillo (7.2); y

- proporcionar el segundo casquillo (7.2) de tal manera que su extremo está asentado sobre el elemento resorte (7.3, 7.4, 7.3', 7.7), y unido de manera solidaria al primer casquillo (7.1) mediante medios de unión;

de manera que se permita un deslizamiento del panel en relación a la carcasa (20) cuando se somete a una fuerza mayor que la fricción ejercida por el elemento resorte (7.3, 7.4; 7.3', 7.7).