MXPA06010052A

MXPA06010052A - Calzas interiores de carcasa de proteccion para turbina de gas.

Info

Publication number: MXPA06010052A
Application number: MXPA06010052A
Authority: MX
Inventors: William C Lytle
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2007-03-21
Also published as: KR20070026230A; IL177834A0; JP2007071205A; EP1760272A3; US7510369B2; SG130185A1; CN1952410A; EP1760272B1; EP1760272A2; TW200716851A; JP5080044B2; KR101263021B1; US20070237631A1

Abstract

Un sistema de carcasa dividida para una turbina de gas tiene un par de carcasas en forma anular en la que cada una tiene una cavidad interior; para formar un par de cavidades interiores. Cada par de cavidades tiene partes de calzas que forman un circulo. Las partes de calzas de una de las partes de las calzas encaran con las cavidades del otro par de cavidades del par de partes de calzas. Uno de cada par de calzas tiene una superficie de empalme mutua para formar una pluralidad de ranuras para la aceptacion de una pluralidad de ejes interiores de alabes.

Description

CALZAS INTERIORES DE CARCASA DE PROTECCIÓN PARA TURBINA DE GAS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una carcasa para un motor de turbina de gas. Más particularmente, la presente invención se refiere a una calza interior para una carcasa para un motor de turbina de gas. Más particularmente aún, la presente invención se refiere a una calza interior de carbón grafitico que es recibida en una carcasa de un motor de turbina de gas para reducir el peso y costo total del motor y el desgaste de los ejes de alabe. La condición de operación de un motor turboventilador y sus diversos componentes es extremadamente severa. Las vibraciones debido al uso normal a velocidades de operación son extremas . La temperatura de operación de algunos de los componentes también es extremadamente alta. Uno de los muchos componentes que pueden experimentar desgaste en el motor debido a las vibraciones y alta temperatura son los ejes interiores de alabes variables. Actualmente, los ejes se introducen dentro de un buje dividido de acero al carbono. El buje dividido se asegura entre una carcasa interior dividida de acero al carbono. Durante el desgaste, el buje de acero al carbono y la calza dividida de acero al carbono vibran una contra otra y provocan un desgaste considerable en el eje del diámetro interior del alabe introducido en el buje. El desgaste en el eje reduce el ciclo de vida del eje y aumenta el tiempo de mantenimiento y costo debido a que requiere el reemplazo/reacondicionamiento del alabe completo . Por consiguiente, existe la necesidad de una carcasa que pueda recibir una calza de carbón grafitico de protección para sostener un eje de alabe reduciendo, así, los costos de reemplazo/reacondicionamiento del eje, peso total del motor y costo de posesión y mantenimiento. Un objeto de la presente invención es proporcionar una carcasa para un motor que tenga peso reducido. También es un objeto de la presente invención proporcionar una carcasa dividida para un motor que se fabrique de titanio. Otro objeto de la presente invención es proporcionar una carcasa para un motor que se fabrique para alojar una superficie de desgaste de material grafitico. Aún otro objeto de la presente invención es proporcionar una carcasa de titanio para alojar una calza interior grafitica. Aún otro objeto más de la presente invención es proporcionar una carcasa de titanio que elimine la necesidad de un buje dividido de acero al carbono alrededor del eje de alabe . Un objeto adicional de la presente invención es reducir el costo de mantenimiento asociado con la reparación del eje de alabe. Aún un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un eje de alabe que no necesite un recubrimiento duro para su superficie de desgaste . Aún todavía un objeto adicional de la presente invención es proporcionar una carcasa para un motor que tenga una superficie de desgaste que sea operativa a temperaturas elevadas . Todavía aún un objeto adicional de la presente invención es proporcionar una calza grafitica que puede fácilmente reusarse o reemplazarse . Aún todavía otro objeto de la presente invención es proporcionar una carcasa para un motor que aumente la vida del alabe. Estos y otros objetos y ventajas de la presente invención se logran mediante la presente invención que proporciona un sistema de carcasa dividida para un motor que tiene un par de carcasas en forma anular, cada una contiene una cavidad interior para formar un par de cavidades enfrentadas. La invención también proporciona un par de calzas que están contenidas dentro de un par de cavidades y el otro par de calzas está contenido en la otra cavidad. Cada par de calzas tiene una superficie de contacto mutuo que forma una pluralidad de ranuras.

Un sistema de carcasa dividido para un motor que tiene un par de carcasas de forma anular, cada una tiene una cavidad interior; para formar un par de cavidades interiores. Cada par de cavidades tienen segmentos de calza que sujetan un círculo. Los segmentos de calza de un par de cavidades que encaran los segmentos de calza del otro par de cavidades para formar pares de segmentos de calza. Uno de cada par de segmentos de calza tiene una superficie de empalme mutua que forma una pluralidad de ranuras. Las partes de la calza y la pluralidad de ranuras admiten el desgaste provocado por los ejes durante las condiciones de la trayectoria de operación del motor. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en corte transversal recortada parcial de un motor turboventilador de la presente invención; la Figura 2 es una vista en corte transversal parcial de las carcasas y alabes de un motor turboventilador de la FIGURA 1, que muestra específicamente la 4ta, 5ta y 6ta etapas de la presente invención; la Figura 3 es una vista en perspectiva recortada parcial de un motor turboventilador que muestra las carcasas y alabes del motor de la Figura 1; la Figura 4 es una vista en perspectiva en despiece de una configuración de la carcasa, alabe y buje de la técnica anterior; la Figura 5 es una vista en perspectiva en despiece de la carcasa, la calza grafitica y el alabe de la presente invención; la Figura 6 es una vista en corte transversal de la carcasa con una calza grafitica de la presente invención; y la Figura 7 es una vista en perspectiva parcial de la carcasa con la calza grafitica de la presente invención. Con referencia a los dibujos, y en particular a la Figura 1. Se muestra un motor 10 de una turbina de gas de flujo axial usado para accionar una aeronave en vuelo o accionar un generador eléctrico. El motor 10 típicamente incluye, en comunicación de flujo en serie, un módulo 15 del ventilador, un compresor 20 de alta presión, un combustor 25, una turbina 30 de alta presión, y una turbina 35 de baja presión. El combustor 25 genera gases de combustión que son canalizados en sucesión a una turbina 30 de alta presión donde se expanden para impulsar la turbina 30 de alta presión, y luego a la turbina 35 de baja presión donde se expanden aún más para impulsar la turbina 35 de baja presión. La turbina 30 de alta presión se conecta de manera impulsada al compresor 20 de alta presión a través de un primer eje 40 de rotor, y una turbina 35 de baja presión se conecta de manera impulsada al módulo 15 del ventilador a través de un segundo eje 45 de rotor Con referencia a las Figuras 2 y 3, el compresor 20 de alta presión típicamente incluye una serie de variables 55, 60, y 65 y etapas del alabe estator fijo usado para dirigir el flujo de gas durante la compresión del motor 10 y el uso de la aeronave. La dimensión anular de cada una de las etapas 55, 60 y 65 se hace cada vez más pequeña para comprimir el aire usado en las etapas siguientes del motor. La etapa 55 del compresor o la 4ta etapa se forman de una pluralidad de alabes 70 guía de entrada en voladizo dispuestas en forma de circunferencia. Cada una de las etapas del compresor 20 incluye un conjunto de alabes 70 dispuestos en forma de circunferencia capturados entre una cubierta 75 del compresor del compresor 20 y una carcasa 80 de alabe. La carcasa 80 proporciona un límite de la vía de circulación aerodinámica del compresor 20 de alta presión. La carcasa 80 comprende una pluralidad de segmentos 85 de carcasa que se extienden completamente alrededor de una circunferencia interna del compresor 20 para retener todos los alabes 70 de las etapas 55, 60 y 65. Con referencia a la técnica anterior de la Figura 4, un alabe 90 incluye un eje 95 interior en su extremo cercano al interior del motor. El eje 95 interior se hace de un material muy duro tal como acero revenido y típicamente se le aplica un revestimiento duro. El eje 95 interior se usa para retener el alabe 90 en una carcasa 100 del alabe interior, mientras que permite que el alabe 90 gire alrededor del eje 95. La carcasa 100 del alabe interior tiene dos porciones idénticas, cada una de las cuales se hace de un material tal como acero al carbono. Un buje 105 dividido introduce el eje 95 interior antes de que sea colocado dentro y sostenido por la carcasa 100 del alabe interior. El buje 105 dividido se hace de un material tal como acero al carbono. De manera similar, un buje exterior (no mostrado) se usa para retener el alabe en la cubierta 75 del compresor. Un perno 120 y una tuerca 125 aseguran las porciones de la carcasa 100 en la dirección axial. Durante la operación del motor 10, fuerzas de presión aerodinámicas constantes asociadas con la operación del compresor 20 de alta presión cargan la carcasa interna hacia la cubierta del estator. Además las vibraciones entre el buje 105 y el eje 95 interior generan extrema tensión y fricción. Las altas temperaturas pueden generarse entre superficies mutuas de componentes en contacto y provocar desgaste y oxidación. Con referencia a las Figuras 5 a 7 de la presente invención, un alabe 130 tiene un eje 135 interior que está incluido en una carcasa dividida o una calza 140 sin ningún buje. El eje 135 se hace de preferencia, de un material fuerte de poco peso tal como titanio. El eje 135 tiene una superficie 145 de soporte exterior. La calza 140 se hace de preferencia de un material tal como carbono grafitico y tiene dos componentes idénticos que tienen una pluralidad de partes 150a y 150b. Las partes 150a tienen superficies 155a y 155b opuestas y las partes 150b tienen superficies 160a y 160b opuestas. Las superficies 155b y 160b forman una pluralidad de ranuras 158 después que las partes 150a y 150b se ensamblan por completo. La carcasa 165 tiene numerosos componentes que incluyen dos porciones 170a y 170b. Las porciones 170a de la carcasa reciben las partes 150a de la calza y las porciones 170b de la carcasa reciben los segmentos 150b de la calza. Las porciones 170a de la carcasa forman una cavidad 185a y las porciones 170b de la carcasa forman una cavidad 185b. Ambas partes 150a y 150b de la calza 140 se colocan en fricción en las cavidades 185a y 185b, respectivamente. Una serie de pernos 175 y tuercas 180 aseguran las porciones de la carcasa y las partes de la calza juntas . Durante el uso, la superficie 145 del eje interactúa con las superficies 155b y 160b de la calza. Las intensas presiones generadas entre estas superficies contribuyen al desgaste que será absorbido por la calza de carbón grafitico y no por el eje de alabe. La calza de carbón grafitico es una protección para el alabe. El material de carbón grafitico de la calza 140 puede soportar temperaturas de operación sin oxidarse. Adicionalmente, debido a que el material de carbón grafitico es auto-lubricante, se reduce o elimina el desgaste contra la superficie 145 del eje. Además la calidad auto-lubricante del material de carbón grafitico elimina la necesidad de aplicar agentes de recubrimiento duros a la superficie 145 del eje. La calza 140 de carbón grafitico también puede reubicarse en forma de circunferencia o axialmente inversa y reusarse. La calza 140 es un componente relativamente más largo y puede ser fácilmente maquinado o laminado en una maquinaria adecuada sin comprometer su función. Por el contrario, un buje 105 hecho de carbón grafitico no puede ser maquinado con precisión o en forma económica debido a su forma compleja, tamaño pequeño y necesidad de ser dividido. Usando la calza 140 de carbón grafitico, el eje del alabe tendrá un menor desgaste. Adicionalmente, la calza 140 tiene una vida operativa extendida debido a que cada uno de los componentes 150a y 150b de la calza pueden ser invertidos y reinsertados en las porciones 170a y 170b opuestas de la carcasa, respectivamente, de manera que las superficies 155b y 160b se enfrentan. De este raodo, las partes 150a y 150b de la calza interna pueden reinsertarse en las porciones opuestas de la carcasa de manera que las superficies 155b y 160b maquinadas previamente aún están expuestas. Con esta reinserción invertida los lados de las superficies enfrentadas que no se desgastaron durante el primer intervalo serán expuestas al uso durante la segunda operación de intervalo, extendiendo adicionalmente de este modo, la vida útil de la calza. Alternativamente, las superficies 155a y 160a no maquinadas y no expuestas anteriormente pueden exponerse y maquinarse para su uso. Las superficies 155b y 160b de la calza proporcionan lubricación contra la superficie 145 del eje durante la operación. Por consiguiente, la calza 140 de carbón grafitico reducirá el desgaste del eje de alabe; después del primer intervalo se requiere una mínima reparación del eje. Una carcasa 165 se maquina para hacer cavidades 185a y 185b interiores que reciben la calza 140. Aunque la carcasa 165 puede hacerse de materiales tal como acero al carbono, se prefiere un material fuerte de poco peso tal como titanio. Usando un material como el titanio para la carcasa, el peso total del motor se reduce en gran medida. Además, el menor peso reducirá el grado de desgaste en las superficies de contacto mutuas . Aunque la presente descripción ha sido descrita en referencia con una o más modalidades ejemplares, aquellos expertos en la técnica deberán entender que pueden realizarse varios cambios y los equivalentes pueden sustituirse por elementos de la misma sin apartarse del alcance de la misma. Además, pueden realizarse muchas modificaciones para adaptar a una situación o material en particular a las enseñanzas de la descripción sin apartarse del alcance de la misma. Por consiguiente, se intenta que la descripción no se limite a la o las modalidades particulares descritas como el mejor modo contemplado para llevar a cabo esta invención, sino que la invención incluirá todas las modalidades que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un sistema de carcasa dividida para un motor de turbina de gas, caracterizado porque comprende: un par de carcasas de forma anular, cada una contiene una cavidad interior para formar un par de cavidades enfrentadas; y un par de calzas, un par de calzas, está contenido dentro de uno de los pares de cavidades y el otro par de calzas está contenido en el otro par de cavidades, en donde cada par de calzas tiene una superficie de contacto mutuo que forma una pluralidad de ranuras .
2. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada par de calzas comprende una pluralidad de partes y cada par de carcasas comprende una pluralidad de segmentos .
3. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada pluralidad de ranuras tiene un corte circular.
4. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque cada pluralidad de ranuras se dimensiona para recibir un eje del diámetro interior de un turboventilador del alabe.
5. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada par de calzas se hace de un material de carbón grafitico.
6. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el par de carcasas de forma anular se hace de un material de acero endurecido .
7. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada par de carcasas de forma anular se hace de un material de titanio.
8. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada par de calzas se coloca a presión en la cavidad de la carcasa.
9. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque cada pluralidad de partes de la calza puede ser removida y reinsertada en el otro par de cavidades .
10. Un sistema de carcasa dividida para un motor de turbina de gas, caracterizado porque comprende: un par de carcasas de forma anular; cada par de carcasas tiene una cavidad interior para formar un par de cavidades internas; y cada par de cavidades tiene partes de la calza que forman un círculo; las partes de la calza de un par de cavidades encaran partes de la calza del otro par de cavidades para formar pares de calza, uno de cada par de las partes de la calza tiene una superficie de empalme mutuo que forma una pluralidad de ranuras que reciben el eje de alabe, en donde las partes de la calza y la pluralidad de ranuras admiten el desgaste provocado por los ejes durante las condiciones de la trayectoria operativa del motor.
11. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque cada pluralidad de ranuras tiene un corte transversal circular.
12. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque cada pluralidad de ranuras se dimensiona para recibir un eje del diámetro interior de un turboventilador del alabe .
13. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque cada par de partes de la calza se hace de un material de carbón grafitico.
14. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el par de carcasas de forma anular se hace de un material de acero endurecido.
15. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el par de carcasas de forma anular se hace de un material de titanio.
16. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque cada par de partes de la calza se coloca a presión en las cavidades de la carcasa.
17. El sistema de carcasa dividida del motor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque cada pluralidad de partes de la calza puede removerse y reinsertarse en el otro par de cavidades .