MX2013006789A - Compresor axial. - Google Patents

Abstract

El compresor axial tiene una cascada de álabes guía en dos etapas en el extremo del lado de descarga del rotor. Los álabes guía de la segunda etapa de la cascada se escalonan en la dirección circunferencial en relación a los álabes guía de la primera etapa de una manera tal que las estelas del remolino creadas por los álabes guía de la primera etapa no puedan incidir sobre los álabes guía de la segunda etapa.

Description

COMPRESOR AXIAL CAMPO TÉCNICO La invención se refiere a un compresor axial de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 1.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los compresores axiales se conocen en general. En este caso, se refiere a turbo máquinas que tienen un rotor dispuesto dentro de una carcasa que está sujeta a flujo pasante axial, y que normalmente tiene una pluralidad de etapas de aspas del rotor, es decir hileras de aspas del rotor del lado de rotor, con aspas de rotor circunferencialmente adyacentes para la operación del compresor. Hileras de aspas del rotor del lado de la carcasa estacionaria, se proporcionan entre hileras de aspas del rotor axialmente adyacentes en cada caso a fin de desviar el fluido, que se va a comprimir, en su ruta a la siguiente etapa de aspa del rotor en una dirección de flujo de ingreso o hacia adentro que es óptima para sí. También, una cascada o montaje de álabes guía estacionaria se proporciona corriente a bajo de la etapa final del aspa del rotor a fin de convertir el flujo arremolinado de fluido que se obtiene por el rotor, en un flujo esencialmente axial. De esta manera, velocidades de flujo axial elevadas pueden lograrse de manera tal que la energía cinética del medio de flujo que se asocia puede convertirse en energía potencial (presión).

Además de las cascadas de álabes guía de una sola etapa conocidas con súper álabes guía son cascadas de álabes guía de múltiples etapas en donde una pluralidad de hileras de álabes guía, que consisten en cada caso de álabes guía que son adyacentes en la dirección circunferencial de la carcasa, se disponen axialmente en serie (sin superposición axial).

Una ventaja de este montaje se verá en que los álabes guía son capaces de tener perfiles de producción comparativamente simples y capaces de optimizarse más fácilmente respecto a su aerodinámica.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Aquí es donde entra la invención.

En este caso, la invención se basa en el conocimiento de que perfiles incluso optimizados aerodinámicamente de una cascada de álabes guía de múltiples etapas corriente abajo de la etapa final del aspa del rotor regularmente solo llevan a un resultado por debajo del óptimo, en especial a la ocurrencia de pulsaciones de presión con ruido intenso en el medio de flujo.

Por lo tanto, el objeto de la invención es crear un compresor axial con una cascada de álabes guía de múltiples etapas óptima.

Este objetivo se logra de acuerdo con la invención por todos los álabes guía de la cascada de álabes guía que están a una distancia por la misma dimensión arqueada de sus álabes guía adyacentes en la dirección circunferencial de la carcasa, y por la etapa de álabes guía axialmente siguiente dispuesta en cada caso en una forma circunferencialmente escalonada en relación a la etapa de álabes guía precedente de manera tal que estelas de torbellino creadas por los álabes guía de la etapa precedente, fluyen pasantes en cada caso entre álabes guía adyacentes de la siguiente etapa de álabe guía.

La invención se basa en la idea general - en el caso de etapas de álabes guía dispuestas axialmente en serie - de asegurar un flujo de entrada que está lo más libre de remolinos posible en los álabes guía que se ubican corriente abajo.

Para lograr el flujo de entrada libre de remolinos deseado de los álabes guía que siguen en la dirección de flujo, la forma de construcción previa de la cascada de álabes guía de múltiples etapas se abandona utilizando la invención. Previamente, en el caso de etapas de alabes guía dispuestos en serie, se proporcionan diferentes distancias entre álabes guía circunferencialmente adyacentes, es decir existen mayores distancias arqueadas en la dirección circunferencial entre los álabes guía de una etapa de álabes guía que sigue en la dirección de flujo que entre los álabes guía de la etapa de álabes guía precedente en la dirección flujo en cada caso. Por lo tanto, fue imposible en principio mantener las estelas de torbellino de los álabes guía de la etapa de álabes guía precedente lejos de los bordes delanteros de los álabes guía de la siguiente etapa de álabes guía en una forma reproducible.

En el caso de la invención, esto es fácilmente posible debido a que existen iguales distancias arqueadas en la dirección circunferencial entre los álabes guía de la etapa de álabes guía precedente y los álabes guía de la siguiente etapa de álabes guía, de manera tal que la siguiente etapa de álabes guía, en relación a la etapa de álabes guía precedente, solo debe disponerse en una forma escalonada por una dimensión arqueada predeterminada a fin de lograr un flujo de entrada libre relativamente de remolinos de los álabes guía de la siguiente etapa.

De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, puede proporcionarse que las estelas de torbellino tengan una menor distancia del lado curvado convexo del álabe guía adyacente de la siguiente etapa de álabe guía que respecto al lado curvo cóncavo del otro álabe guía adyacente.

De esta manera, las estelas de torbellino encuentran su camino dentro del flujo circundante comparativamente rápido del lado de álabe guía curvado convexo de manera tal que los vórtices se "alisan" de manera efectiva y comparativa.

Se ha mostrado que es ventajoso si las dimensiones de las dos distancias de acuerdo con el orden de magnitud son de aproximadamente 1 :2 a 1 :1 .

En una forma preferida desde el punto de vista en construcción, puede proporcionarse de acuerdo con la invención el ensamblar la carcasa del compresor axial, en una forma básicamente conocida, a partir de secciones de cubierta circunferencialmente adjuntas, y disponer en cada caso un segmento de pared interior, que predetermina el espaciamiento circunferencial de los álabes guía adyacentes, entre álabes guía circunferencialmente adyacentes de la cascada de álabes guía. En este contexto, es ventajoso proporcionar un segmento de pared interior dividido en un plano de separación entre secciones de cubierta adyacentes de la carcasa, de hecho de manera tal que el plano de separación entre las secciones de segmento coincida con el plano de separación entre las secciones de cubierta de la carcasa. Si ahora las secciones de segmento de las etapas de álabes guía dispuestas en serie de la cascada se dimensionan de acuerdo con el escalonamiento de los álabes guía en la dirección circunferencial que se proporciona entre estas etapas, los álabes guía de la cascada de álabes guía se disponen de acuerdo con la invención sin mayores medidas si los planos de separación de las secciones de cubierta y las secciones de segmento coinciden.

Respecto a características ventajosas, se hace de otra forma referencia a las reivindicaciones y a la explicación subsecuente del dibujo, en base a lo cual una modalidad de la invención especialmente preferida se explica con más detalle.

Se reclama protección no solo por combinaciones de características descritas o ilustradas, sino también principalmente cualesquiera combinaciones de las características individuales descritas o ¡lustradas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En el dibujo La Figura 1 muestra una sección axial esquematizada de un compresor axial convencional con una cascada de álabes guía del lado de descarga que consisten de los así denominados súper álabes guía, La Figura 2 muestra una sección axial esquematizada de un compresor axial con una cascada de álabes guía de dos etapas dispuesta en lado de descarga del rotor, La Figura 3 muestra un dibujo seccional en detalle de una cascada de álabes guía de dos etapas convencionales, en donde todos los perfiles de a la vez se muestran en relación a una vista revelada o desarrollada de una pared interior de la carcasa de compresor, La Figura 4 muestra una vista de acuerdo con la Figura 3 de una cascada de álabes guía de acuerdo con la invención, La Figura 5 muestra una vista en planta de una sección de pared interior de la carcasa de compresor en una vista desarrollada, en la región de la cascada de álabes guía del lado de descarga.

DESCRIPCIÓN DE MODALIDADES EJEMPLARES DE LA INVENCIÓN En la Figura 1 , se muestra un compresor axial convencional. Esto, de manera conocida, tiene una carcasa 1 con un pared interior 3 que esencialmente es simétrica rotacionalmente a un eje de rotor axis 2. La carcasa 1 circunscribe un rotor 4 que se dispone axialmente entre una entrada 5 para un medio de flujo que se va a comprimir y una salida 5' que como regla, dirige a una cámara de combustión.

Las aspas del rotor 6, fijas al rotor, específicamente en hileras de aspas de rotor o etapas de aspas de rotor, que se extienden en la dirección circunferencial del rotor en cada caso, se disponen en el rotor 4 de manera conocida. Las aspas de estator 7, fijas en la carcasa, específicamente en etapas o hileras de aspas de estator, que se extienden en la dirección circunferencial de la pared interior de la carcasa 3 en cada caso, se disponen en cada caso entre etapas de aspas de rotor axialmente adyacentes.

Axialmente corriente abajo de la etapa final del aspa del rotor 4 se proporciona un montaje de álabes guía de una sola etapa o cascada de álabes guía 8 que comprende los así denominados súper álabes guía 9. Estos súper álabes guía tiene un perfil curvado distinto y se disponente de manera tal que eliminan el arremolinado intenso del medio de flujo en el lado de descarga de rotor 1 y crean un flujo substancialmente 5 axial del medio.

El compresor que se muestra en la Figura 2, difiere del compresor axial de la Figura 1 esencialmente solo en que la cascada de álabes guía 8 es una construcción de dos etapas con álabes guía "normales" 10 y 11 que tienen un perfil curvado en un menor grado en comparación. í o El tipo de construcción de un compresor axial que se muestra en la Figura 2 básicamente se conoce y también se proporciona en el caso de la invención.

Las Figuras 3 y 4 muestran las diferencias de la invención en comparación con construcciones previas. En la Figura 3, se muestran las posiciones relativas de los álabes guía 10 y 1 1 de una cascada de álabes guía convencionales en dos etapas. En 15 particular, es aparente que los bordes delantero de los álabes guía frontales 10, en la dirección de flujo, de la etapa de álabes guía frontal tienen una distancia Ui en la dirección circunferencial, mientras que los álabes guía 1 1 de la siguiente etapa de álabes guía tiene una distancia U2 en esta dirección que se desvía de ahí. Esto lleva inevitablemente a estelas de torbellino 13, que son creadas por los álabes guía frontales 10, al menos 20 incidiendo en forma parcial directa sobre el borde delantero de los álabes guía 1 1 de la siguiente etapa de álabes guía. Como resultado, la eficiencia de la cascada de álabes guía y de manera correspondiente también la eficiencia del compresor axial son afectados negativamente, sin embargo.

En el caso de la invención, por otra parte, de acuerdo con la Figura 4, las 25 distancias Ui y U2 son dimensiones iguales de manera tal que por un escalonamiento correspondiente de los álabes guía 1 1 de la siguiente etapa de álabes guia en la dirección circunferencial, puede asegurarse que las estelas de torbellino 13 pasan entre álabes guía circunferencialmente adyacentes 11 en cada caso. El arreglo de los álabes guía 10 y 1 1 de preferencia se diseña de manera tal que las estelas de torbellino 13 se guían en proximidad comparativamente más cercana mas allá de los lados curvados convexos de los álabes guía inferiores 11 en el dibujo en cada caso. En este caso, las distancias U'2 y U"2, como U'2:U"2l = 1 :2.

Como resultado, por lo tanto se logra el efecto de las estelas de torbellino 13 que encuentran su camino en el flujo circundante comparativamente rápido de los lados de alabe guía convexos.

Para lograr el escalonamiento deseado en la dirección circunferencial entre la etapa de álabes guía formada por los álabes guía 10 y la etapa de álabes guía formada por los álabes guía 1 1 durante ensamblado del compresor axial, de preferencia se proporciona una construcción de acuerdo con la Figura 5.

En una forma básicamente conocida, la carcasa del compresor se ensambla a partir de secciones de cubierta que se colocan una contra otra en un plano de separación 14. En el lado interior de estas secciones de cubierta, los álabes guía 10 y 1 1 se instalan en una forma convencional, por ejemplo por las bases 15 y 16 de los álabes guía 10 y 1 1 , por anclar formadas sobre ellas, insertadas en la dirección circunferencial en un canal que se forma en el lado interior de la sección de cubierta respectiva. En cada caso entre bases adyacentes circunferencialmente 15 o 16 se encuentra dispuesto un segmento de pared interior 17 o 18 que se dimensiona de manera tal que las dimensiones arqueadas Ui y U2 aparentes de la Figura 4, que tienen los mismos valores, existen entre bordes delanteros de los álabes guía 10 y 11. Sectores o partes de pared segmentada, con las secciones de segmento 17' y 17" o 18' y 18", se proporcionan en cada caso en la región de plano de separación 14, en donde las secciones de segmento respectivas 17' y 17" ó 18' y 18" se ubican de manera tal que en su plano de separación coincide con el plano de separación 14 de las secciones de cubierta de carcasa. Con dimensionamiento correspondiente de las secciones de segmento 17' y 18' y también 17" y 18", el escalo na miento deseado en la dirección circunferencial entre los álabes guía 10 y 1 1 se asegura de esta manera.

En las Figuras 1 a 5, una o más de las aspas de rotor del lado de rotor 6 de la etapa de aspa de rotor final, se muestran también esquemáticamente en perfil de cada caso, en donde R se refiere a la dirección rotacional del rotor 4.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1 . Un compresor axial, que tiene un rotor dispuesto giratoriamente en una carcasa y tiene una pluralidad de etapas de aspa de rotor, y que tiene una cascada de álabes guía de múltiples etapas dispuestas en forma estacionaria en la carcasa, en el lado de descarga de la etapa final de aspa de rotor del rotor y que tiene hileras de álabes guía dispuestas axialmente sin superposición axial, caracterizado porque todos los álabes guía de la cascada de álabes guía están a una distancia por la misma dimensión arqueada de sus álabes guía que están adyacentes en la dirección circunferencial de la carcasa, y porque la etapa de álabes guía siguiente axialmente se dispone en cada caso en una forma circunferencialmente escalonada en relación a la etapa de álabes guía precedente de manera tal que estelas de torbellino creadas por los álabes guía de la etapa precedente fluyen pasantes en cada caso entre álabes guía adyacentes en la siguiente etapa de álabes guía.

2. El compresor axial de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque las estelas de torbellino tienen una distancia menor desde el lado convexo curvado de un álabe guía adyacente sede el lado cóncavo curvado de la otra álabe guía adyacente.

3. El compresor axial de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque las dos distancias (U'2, U' 2) de- acuerdo con el orden de magnitud son aproximadamente 1 :1 > U'2:U"2 > 1 :2.

4. El compresor axial de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la carcasa se ensambla a partir de secciones de cubierta circunferencialmente adjuntas y un segmento de pared interior, que predetermina el espaciamiento de los álabes guía en la dirección circunferencial, se dispone en cada caso entre álabes guía circunferencialmente adyacentes en la cascada, en donde en un plano de separación entre secciones de cubierta adyacentes de la carcasa se dispone un segmento de pared interior diluido del cual el plano de separación entre las secciones de segmento coincides con el plano de separación entre las secciones de cubierta de la carcasa, en donde las secciones de segmento de las etapas del ala de guías dispuestas axialmente en serie se dimensionan, de manera tal que las dos etapas de álabes guía tienen un escalonamiento predeterminado en la dirección circunferencial.