ES2943717T3 - Alabe directriz o móvil con zonas elevadas - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un álabe (10), en particular de una etapa de turbina, de una turbina de gas, en particular de una turbina de gas de aviación, con un pie de álabe y un álabe (11) unido al pie de álabe, el álabe (11) que tiene un lado de presión (14) y un lado de succión (12) y en el que la base de la pala tiene al menos un área elevada (20, 24) en su exterior radial que mira hacia la hoja de la pala. Según la invención, se propone que la pala (10) presente una primera zona elevada (20) en el lado de presión (14) y una segunda zona elevada (24) en el lado de aspiración (12), con un punto más alto (22) de la primera área elevada El área (20) está dispuesta esencialmente directamente adyacente al lado de presión (14), (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Álabe directriz o móvil con zonas elevadas
La presente invención se refiere a un álabe, en particular una etapa de turbina, una turbina de gas, en particular una turbina de gas de aeronave, con una raíz de álabe y una hoja de álabe unida con la raíz de álabe, en donde la hoja de álabe presenta un lado de presión y un lado de succión, y en donde la raíz de álabe presenta en su lado exterior radial dirigido a la hoja de álabe al menos una zona elevada.
Las indicaciones de dirección como “ axial” , “ radial” o “ perimetral” deben entenderse por principio en relación con el eje de la máquina de la turbina de gas, a menos que, por el contexto, se desprenda explícita o implícitamente lo contrario.
Se sabe cómo prever en el así llamado canal de espacio anular, en la zona de las raíces de álabe móvil, zonas que están elevadas con respecto a una geometría de espacio anular ideal que puede ser, por ejemplo, cilíndrica o cónica, es decir, que se adentran en el canal de espacio anular para influir positivamente en las condiciones de flujo en el canal de espacio anular.
Las paredes de espacio anular con zonas elevadas se conocen, por ejemplo, por los documentos US20150204196A1, EP2487329A1, EP2136033A1, US20110014056A1, EP3225781A2.
El objetivo de la invención es mejorar adicionalmente las condiciones de flujo, en particular flujos secundarios como, por ejemplo, remolinos de canal.
Para resolver este objetivo se propone un álabe según la reivindicación 1. Entre otros, el álabe en el lado de presión presenta una primera zona elevada y en el lado de succión presenta una segunda zona elevada, en donde un punto más alto de la primera zona elevada está dispuesto en esencia directamente adyacente al lado de presión, y un punto más alto de la segunda zona elevada está dispuesto en esencia directamente adyacente al lado de succión.
Dicho de otro modo, puede decirse también que el punto más alto de la primera zona elevada toca el lado de presión de la hoja de álabe o solo está distanciado ligeramente de este y que el punto más alto de la segunda zona elevada toca el lado de succión de la hoja de álabe o solo está distanciado ligeramente de este. Por “ ligeramente” se entiende a este respecto que la distancia es de como máximo 5 %, preferiblemente como máximo 1 % de una longitud de cuerda, es decir, una longitud entre un borde delantero y un borde trasero de la hoja de álabe. El contacto entre ambas zonas elevadas y la hoja de álabe no solo puede estar limitado a este respecto al punto más alto respectivo, sino que se extiende por una zona de contacto a lo largo del lado de succión o del lado de presión.
Según la invención, la segunda zona elevada está dispuesta completamente dentro de la mitad delantera axial de la hoja de álabe.
Esta disposición específica de las zonas elevadas que también puede denominarse contorneado del espacio anular puede influir en el campo de presión estático en las paredes laterales y en los álabes en la zona marginal de modo que los flujos secundarios puedan reducirse. Esto puede reducir las pérdidas y puede mejorarse la afluencia hacia una rejilla de álabe situada aguas abajo.
El punto más alto de la primera zona elevada puede estar situado en la dirección de flujo en una mitad delantera de un recorrido axial, en donde el recorrido axial es una proyección de una cuerda que conecta una zona de borde delantero y una zona de borde trasero de la hoja de álabe.
A este respecto, el punto más alto de la segunda zona elevada puede estar situado en un primer cuarto delantero del recorrido axial.
Además, el punto más alto de la primera zona elevada puede estar situado en un segundo cuarto del recorrido axial. El álabe puede estar configurado como álabe móvil o como álabe directriz.
Además, también es concebible como aspecto adicional independiente un diseño análogo de zonas elevadas en un anillo de refuerzo radialmente exterior, es decir, en un extremo radialmente exterior de la hoja de álabe, elevándose las zonas elevadas en un caso así radialmente hacia el interior. También en el caso de zonas elevadas en el anillo de refuerzo estas pueden presentar las propiedades descritas para el álabe.
La invención se refiere también a un rotor con un disco de rotor y con varios álabes dispuestos unos junto a otros en dirección perimetral, que se han descrito arriba. En un caso así, los álabes están configurados como álabes móviles. En el rotor, los álabes pueden estar unidos en arrastre de forma al disco de rotor mediante su raíz de álabe. En este sentido, las raíces de álabe pueden presentar un diseño convencional en forma de cola de milano o en forma de abeto y estar alojadas en alojamientos de raíz de álabe en el disco de rotor.
Como alternativa, en el rotor los álabes y el disco de rotor pueden estar unidos entre sí de manera integrada. En este sentido se trata de un así llamado Blisk (Blade Integrated Disk, disco con álabes integrados), es decir, un disco con álabes móviles configurados de manera integrada o en unión de materiales. Como alternativa puede emplearse también un así llamado BLING (Blade Integrated Ring, anillo con álabes integrados) para el rotor según la invención. A este respecto, un lado exterior radial del disco de rotor que está situado en dirección perimetral entre dos álabes forma el lado exterior radial de la raíz de álabe en el sentido de la terminología empleada en este caso. Por consiguiente, las zonas elevadas están previstas por así decirlo en el lado exterior radial del disco de rotor.
Finalmente la invención se refiere también a una turbina de gas, en particular turbina de gas de aeronave con al menos un disco de rotor, tal como se ha descrito arriba como alternativa.
La invención se describe a continuación a modo de ejemplo, con referencia a las figuras adjuntas, y sin que esta implique ninguna limitación.
La Fig. 1 muestra en una representación simplificada esquemática dos álabes adyacentes que están configurados como álabes móviles, y una disposición de zonas elevadas en el lado de succión y el lado de presión.
En la Fig. 1 pueden verse dos álabes móviles 10 con su hoja 11 de álabe respectiva que presentan en cada caso un lado 12 de succión y un lado 14 de presión. Ambos álabes móviles 10 u hojas 11 de álabe están dispuestos en dirección perimetral UR unos junto a otros a una distancia UA. A este respecto, ambos álabes móviles 10, pueden estar unidos entre sí, por ejemplo, mediante un proceso de fundición, formando una sola pieza de manera integrada a través de una plataforma radialmente interior común, es decir, pueden formar parte de un grupo de álabes móviles, o, como alternativa, también pueden estar separados unos de otros por un intersticio no representado en la figura esquemática en la plataforma radialmente interior, es decir, ser álabes móviles individuales fabricados por separado en particular. Entre los dos álabes móviles 10 se forma un canal 16 de flujo a través del cual el fluido, en particular gas caliente de una turbina de gas, fluye en la dirección de flujo principal SR esencialmente paralela a la dirección axial AR. Los álabes móviles 10 están dispuestos preferiblemente en un canal de espacio anular que conduce gas caliente de una etapa de turbina, en particular una etapa de turbina de baja presión, una turbina de gas.
En el álabe móvil 10 representado arriba en la figura están dibujadas esquemáticamente y de forma simplificada líneas 18 de nivel en el lado 14 de presión. Estas líneas de nivel representan una primera zona elevada 20. La zona elevada 20 se eleva partiendo de un nivel de base, el así llamado espacio anular ideal, entre ambos álabes móviles 10 hasta el lado 14 de presión. La primera zona elevada 20 presenta un punto 22 más alto que está dispuesto en el lado 14 de presión, en particular en esencia directamente adyacente al lado 14 de presión. Dicho de otro modo, puede decirse también que la primera zona elevada 20 se convierta en el lado 14 de presión o toque el lado 14 de presión.
En el álabe móvil 10 inferior con una línea discontinua se representa una cuerda 28 de álabe que une imaginariamente un borde delantero 30 y un borde trasero 32 de álabe móvil 10. La proyección de esta cuerda 28 de álabe hacia la dirección axial AR forma la longitud axial AL de los álabes móviles 10 que también puede denominarse recorrido axial. Mediante dos líneas HAL y VAL con puntos y rayas que discurren en dirección perimetral UR la mitad de longitud axial HAL y un cuarto de la longitud axial VAL están dibujados cualitativamente. Dicho de otro modo, puede decirse también que VAL es igual a 0,25xAL y que HAL es igual a 0,5xAL.
Como puede verse de la representación se prefiere que el punto 22 más alto de la primera zona elevada 20 con respecto a la dirección de flujo SR (o dirección axial a R ) esté dispuesto en la mitad delantera. Según la invención, el punto 26 más alto de la segunda zona elevada con respecto a la dirección de flujo SR (o dirección axial AR) está dispuesto en la mitad delantera. Los puntos 22, 26 más altos con respecto a la longitud axial AL presentan por tanto una posición que es igual o inferior a 0,5xAL. El punto 26 más alto de la segunda zona elevada 24 puede estar situado también en el primer cuarto de la longitud axial A l , es decir, puede adoptar en particular una posición que sea menor que VAL, aunque no se represente en el dibujo. También son ventajosas combinaciones en las cuales el punto 22 más alto de la primera zona elevada 20 esté situado entre VAL y HAL y el punto 26 más alto de la segunda zona elevada 24 sea menor que VAL.
Para la primera zona elevada 20 el punto 22 más alto puede estar situado en particular en la zona entre VAL y HAL. Es decir, la posición del punto 22 más alto es igual o menor que HAL y mayor o igual a VAL. La segunda zona elevada 24 está dispuesta dentro de la mitad delantera del lado 12 de succión. Dicho de otro modo, la segunda zona elevada 24 completa se extiende como máximo hasta la mitad de la longitud axial HAL.
Las zonas elevadas 20, 24 presentadas en este caso, que están dimensionadas o dispuestas con respecto a la longitud axial AL de los álabes móviles 10, pueden influir en el campo de presión estático sobre las paredes laterales y en los álabes en la zona marginal de modo que puedan reducirse los flujos secundarios (remolino de canal). Por ello pueden reducirse las pérdidas de flujo y la afluencia de fluido o de gas caliente en una rejilla de álabe aguas abajo.
Aunque la invención se haya explicado en las figuras solo con referencia a un álabe móvil, de manera análoga pueden estar previstas zonas elevadas también en un álabe directriz. Además, también es concebible que, de manera análoga, un anillo de refuerzo radialmente exterior presente zonas elevadas.
Lista de referencias
10 Álabe (móvil)
11 Hoja de álabe
12 Lado de succión
14 Lado de presión
16 Canal de flujo
18 Línea de nivel
20 Primera zona elevada
22 Punto más alto
24 Segunda zona elevada
26 Punto más alto
28 Cuerda
30 Borde delantero
32 Borde trasero
AL Longitud axial
AR Dirección axial
HAL Mitad de longitud axial
SR Dirección de flujo
UA Distancia en dirección perimetral
UR Dirección perimetral
VAL Un cuarto de longitud axial

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Álabe (10), en particular de una etapa de turbina, de una turbina de gas, en particular de una turbina de gas de aeronave, con una raíz de álabe y una hoja (11) de álabe unida con la raíz de álabe, en donde la hoja (11) de álabe presenta un lado (14) de presión y un lado (12) de succión, y en donde la raíz de álabe en su lado exterior radial dirigido a la hoja de álabe presenta una primera zona elevada (20) y una segunda zona elevada (24), en donde un punto (22) más alto de la primera zona elevada (20) toca el lado (14) de presión, o como máximo está distanciado el 5 % de la longitud de cuerda de la hoja (11) de álabe del lado (14) de presión, y un punto (26) más alto de la segunda zona elevada (24) toca el lado (12) de succión o está distanciado como máximo el 5 % de la longitud de cuerda de la hoja (11) de álabe del lado (12) de succión, caracterizado por que la segunda zona elevada (24) está dispuesta completamente dentro de la mitad axialmente delantera de la hoja (11) de álabe.
  2. 2. Álabe según la reivindicación 1, caracterizado por que el punto (22) más alto de la primera zona elevada (20) y el punto (26) más alto de la segunda zona elevada (24) en la dirección de flujo (SR) están situados en una mitad delantera de un recorrido axial (AL), en donde el recorrido axial (AL) es una proyección de una cuerda (28) que conecta una zona (30) de borde delantero y una zona (32) de borde trasero de la hoja (11) de álabe.
  3. 3. Álabe según la reivindicación 2, caracterizado por que el punto (26) más alto de la segunda zona elevada (24) está situado en un primer cuarto delantero (VAL) del recorrido axial (AL).
  4. 4. Álabe según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por que el punto (22) más alto de la primera zona elevada (20) está situado en un segundo cuarto del recorrido axial (AL).
  5. 5. Álabe según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el álabe es un álabe móvil o un álabe directriz.
  6. 6. Rotor con un disco de rotor y varios álabes (10) dispuestos en la dirección perimetral (UR) unos junto a otros según una de las reivindicaciones anteriores, en donde los álabes (10) son álabes móviles.
  7. 7. Rotor según la reivindicación 6, caracterizado por que los álabes móviles están unidos en arrastre de forma con el disco de rotor mediante su raíz de álabe móvil.
  8. 8. Rotor según la reivindicación 6, caracterizado por que los álabes móviles y el disco de rotor están unidos entre sí de forma integrada, en donde el lado exterior radial de la raíz de álabe se forma mediante un lado exterior radial del disco de rotor.
  9. 9. Turbina de gas, en particular turbina de gas de aeronave, con al menos un rotor según una de las reivindicaciones 6 a 8.
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