MXPA98003073A - Valvula de compensacion de area variable - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un motor de turbina que tiene un restrictor deárea variable en el aro de refuerzo interno del aspa del stator para suministrar aire de enfriamiento, dicho aro de refuerzo interno tiene una entrada y una salida, caracterizando por:un alojamiento conectado a la entrada, el alojamiento tiene una portilla de alojamiento en comunicación con la salida;una sección interna ajustable conectada al alojamiento;un pistón dispuesto alrededor de la sección interna y que tiene un extremo distante dispuesto a una distancia variable entre la entrada y el alojamiento;y un resorte dispuesto entre el pistón y la sección interna, con lo cual, cuando la presión en la entrada alcanza un nivel predeterminado, el pistón se mueve y crea unárea mayor, reduciendo con ello la presión e incrementado el flujo de dicho aire de enfriamiento.

Description

VÁLVULA DE COMPENSACIÓN DE ÁREA VARIABLE La presente ' invención se relaciona con turbomaquinaria y en particular con motores de turbina. Más particularmente, la presente invención se relaciona con métodos y aparatos para regular el flujo de gases a través de las hojas de la turbina en sí, después de la combustión. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los antecedentes de la turbomaquinaria son bien conocidos en la técnica y se asume familiaridad con tal técnica. Los detalles de una turbina típica de la técnica previa se dan a conocer en la patente norteamericana 4,863,343, la cual fue otorgada al inventor de la presente invención y cedida a la cesionaria de la presente invención. La divulgación de esta patente se incorpora aquí para referencia como si se expusiera en su totalidad. Las turbinas de la técnica previa usan un área de restricción de flujo en el aro de refuerzo interno para suministrar aire a los sellos y cavidades de los discos. Sin embargo, en algunos diseños, la presión requerida para enfriar las aspas del estator es considerablemente mayor que la requerida para las cavidades de sello y disco. Cuando esta situación ocurre la presión debe ser elevada arriba del aspa y es por lo tanto mayor de la requerida para los flujos de la cavidad del disco, resultando en fuga excesiva. Este cambio se acompaña por rendimiento reducido de motor lo cual debe ser aceptado o una caída de presión de compensación debe desarrollarse dentro del sistema en el aro de refuerzo interno al disminuir de otro modo el área de flujo del aro de refuerzo relativamente grande. Sin embargo, la restricción adicional en el aro de refuerzo interno debe ser aceptable para la operación de diseño nominal. Surge un problema si el flujo de la cavidad del disco requerido para mantener aceptablemente bajas temperaturas de la cavidad del disco es mayor que el esperado. Esta situación puede surgir en un motor ensamblado y listo para correr, la única opción es incrementar la presión en el aro de refuerzo del aspa exterior hasta que se obtiene suficiente flujo del aro de refuerzo y temperaturas de la cavidad de disco aceptablemente bajas. Como resultado, la presión del aro de refuerzo es ahora mayor de la requerida para el enfriamiento del aspa y evitar la contaminación, y de aquí que un flujo potencialmente grande, penalizador del rendimiento sea automáticamente suministrado desde el sistema de purga del compresor, en adición a lo realmente requerido para las cavidades de disco. Por lo tanto, sería deseable proporcionar un aparato y método mediante los cuales la presión requerida para que el enfriamiento aerodinámico en una turbina pueda llevarse a cabo sin perjudicar el requerimiento de baja presión para suministrar aire en las cavidades de los sellos de entre etapa y de disco. En consecuencia, es un objetivo de la presente invención permitir la compensación de la presión dentro de varias secciones de un motor de turbina. Es otro objetivo adicional de la presente invención optimizar la distribución de presión dentro de una turbina para lograr la máxima eficiencia y maximizar la potencia.

Se ha encontrado que el problema anteriormente descrito puede ser minimizado y los objetivos anteriormente afirmados logrados al intersectar un restrictor de área variable en el aro de refuerzo interno en lugar de en otro caso, el área de flujo geométricamente fija. La presente invención proporciona acoplamiento mejorado entre la presión requerida para el enfriamiento aerodinámico y el requerimiento de menor presión para suministrar aire a los sellos de entre etapa y cavidades de disco. En una modalidad preferida, la válvula de área variable de la presente invención comprende un ensamble de válvula cargada a resorte con un área de flujo mínimo controlada al prestablecer una dimensión mínima para la operación entre una entrada y el alojamiento o cuerpo de válvula. Un resorte pre-cargado mantiene el alza a esta mínima dimensión hasta que la caída de presión a través del área de flujo excede un cierto valor. Arriba de esta presión crítica, la válvula de levanta, ocasionando que el área de flujo se incremente, y con ello se reduzca la presión de suministro que podría ser en otro caso necesario para lograr un flujo de cavidad de disco adecuado para mantener las temperaturas de operación dentro de la especificación. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista en sección transversal de la válvula de compensación de área variable de la presente invención y de los componentes circundantes de un motor de turbina típico; La figura 2 es una sección transversal tomada a través de la línea A-A de la figura 1 para ilustrar la forma típica de la admisión y del extremo distante de la válvula de compensación de área variable de la presente invención; y La figura 3 es una vista en sección transversal de la figura 2, tomada a través de la línea B-B para ilustrar la estructura de una modalidad preferida de la sección de restricción de la válvula de compensación de la presente invención. MEJOR MODO DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN La presente invención está diseñada para proveer acoplamiento mejorado entre la presión requerida para el enfriamiento aerodinámico y la presión requerida para suministrar aire a las cavidades de los sellos de entre etapa y de disco. Como se mencionó anteriormente, un área fija, de bajo flujo de restricción en el aro de refuerzo interno es usada típicamente para suministrar aire a las cavidades de sellos y de disco. Una modalidad preferida de una válvula de compensación de área variable la cual minimiza los problemas anteriormente descritos al insertar un restrictor de área variable en el aro de refuerzo interno en lugar de en otro caso el área de flujo de geometría fija como se ilustra en la figura 1. Refiriéndonos a la figura 1, una modalidad preferida de un restrictor de área variable 100 se muestra colocado entre una entrada 52 y una salida 54 en un sistema de flujo de gasolina tal como el encontrado dentro de un motor de turbina 50. El restrictor 100 de área variable comprende preferentemente un alojamiento 120 conectado a la entrada 52. El alojamiento 120 preferentemente tiene una portilla o portillas 122 en comunicación con la salida 54. El restrictor de área variable 100 también tiene una sección interna ajustable 104 conectada al alojamiento 120, y un pistón 106 dispuesto alrededor de la sección interna 104 y en acoplamiento deslizante entre sí. El pistón 106 tiene un extremo distante 116 dispuesto a una distancia variable (Cmin) entre la entrada 52 y el alojamiento 120. En modalidades preferidas, la sección interna 104 está roscada y coopera con las roscas en el alojamiento 120. Al hacer girar la sección interna 104, la distancia que el pistón 106 puede viajar, se ajusta, y la distancia (Cmin) puede ser alterada. Un resorte 108 se dispone preferentemente entre el pistón 106 y la sección interna 104, tal que el extremo distante del pistón 116 es impulsado hacia una posición que podría cerrar la entrada 52. Como se ve en la figura 2, el alojamiento 120 se conecta a la turbina 50 por una o más distancias 110. También visible en la figura 2 está una forma preferida de la abertura que comunica con la entrada 52. En una modalidad preferida, el extremo distante del pistón 106 comprende una nervadura levantada no circular 126 para definir un pasaje entre la entrada 52 y el alojamiento 120. Como se ilustró, las distancias 11 y 12 definen la relación entre estas áreas. Detalles adicionales de la invención se ilustran en la figura 3, la cual muestra una vista agrandada y en corte de la nervadura no circular 126 y su relación con la distancia Cmin descrita anteriormente. Así, cuando la estructura de válvula divulgada 100 está en operación y la caída de presión en la entrada 52 alcanza un nivel predeterminado, el pistón 116 se mueve contra la fuerza de desviación del resorte 108 y crea un área mayor, es decir, la distancia Cmin se incrementa, reduciendo con ello la presión e incrementando el flujo. El ensamble de válvula cargado a resorte 100 con un área de flujo mínimo es controlada al pre-fijar un distancia de separación mínima (Crain) mediante distancias locales 110 vistas en la figura 2. El resorte pre-cargado 108 mantiene una elevación en Cmin hasta que la caída de presión (P1-P2) a través del área de flujo es establecida por la Cmin que excede un cierto valor crítico predeterminado de caída de presión. Arriba de esta caída de presión crítica, el pistón 106 de la válvula 100 se levanta, ocasionando que el área de flujo se incremente, reduciendo con ello la presión de suministro que podría de otro modo ser necesaria para lograr un flujo de cavidad de disco adecuado para mantener la temperatura de la cavidad de disco dentro de especificaciones. La presente invención proporciona así un área variable crítica para una turbina de combustión en el aspa del estator en un aro de refuerzo, la cual proporciona flujo adicional de enfriamiento adicional sin incremento conmensurado en la presión de suministro. Más generalmente, se da a conocer un restrictor de área variable colocado entre una entrada y una salida en un sistema de flujo de gasolina, el cual incluye un alojamiento conectado en la entrada que tiene una portilla en comunicación con la salida. Un pistón dispuesto dentro la entrada y la portilla del alojamiento permite que el área entre la entrada y la salida, es decir, una restricción, para variar cuando la presión en la entrada alcanza un nivel predeterminado, el pistón se mueve y crea un área mayor, reduciendo con ello la presión e incrementado el flujo. Aunque ciertas modalidades de la presente invención han sido anteriormente enunciadas y descritas a detalle, estas modalidades tienen la intención de ser descriptivas y la presente invención no está limitada esta divulgación. Al revisar la anterior descripción, aquellos con habilidad en la técnica se darán inmediatamente cuenta de varias mejoras, modificaciones y adaptaciones de los conceptos aquí divulgados sin apartarse del espíritu de la presente invención. Por ejemplo, hay numerosos tipos de restrictores variables que son generalmente conocidos que pueden ser adaptados para uso con los conceptos aquí divulgados. De forma alterna, la estructura de la válvula de restricción variable aquí divulgada puede ser fácilmente incorporada en otros sistemas de flujo en adición al ejemplo específico de una turbina que se porporcionó anteriormente. Por lo tanto, se debe hacer referencia a las reivindicaciones anexas a fin de determinar el alcance total de la presente invención.

Claims (5)

1. REIVINDICACIONES 1. Un motor de turbina que tiene un restrictor de área variable en el aro de refuerzo interno del aspa del stator para sumnistrar aire de enfriamiento, dicho aro de refuerzo interno tiene una entrada y una salida, caracterizado por: un alojamiento conectado a la entrada, el alojamiento tiene una portilla de alojamiento en comunicación con la salida; una sección interna ajustable conectada al alojamiento; un pistón dispuesto alrededor de la sección interna y que tiene un extremo distante dispuesto a una distancia variable entre la entrada y el alojamiento; y un resorte dispuesto entre el pistón y la sección interna, con lo cual, cuando la presión en la entrada alcanza un nivel predeterminado, el pistón se mueve y crea un área mayor, reduciendo con ello la presión e incrementado el flujo de dicho aire de enfriamiento .
2. 2. El motor de "turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado adicionalmente porque la sección interna está roscada para cooperar con las roscas en el alojamiento.
3. 3. El motor de turbina de acuerdo con la reivindicación l, caracterizado en que el alojamiento está conectado a la entrada por una o más distancias o separaciones.
4. 4. El motor de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el extremo distante del pistón tiene una nervadura elevada no circular para definir un pasaje entre la entrada y el alojamiento.
5. 5. El motor de turbina de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado adicionalmente porque dicha distancia variable es alterada por la rotación de dicha sección interna.