ALABE DE TURBINA.

Álabe de turbina (10, 11) que presenta una altura de paletas, un extremo del lado del rotor (9) y un extremo del lado del estator (7), un borde de ataque (13) y un borde de salida (14), y un lado de succión (22) y un lado de presión (21), y que se encuentra conformado para su aplicación en relación a una dirección global del flujo (4), con lo que en la dirección de flujo (4) el álabe de turbina (10, 11) posee un ángulo de flecha negativa en su extremo del lado del rotor (9) y en su extremo del lado del estator (7), caracterizado porque en una dirección radial (34) en relación a la dirección de flujo (4) el álabe de turbina (10, 11) se encuentra inclinado en dirección al lado de presión (21) en su extremo del lado del rotor (9) y en su extremo del lado del estator (7)

Álabe de turbina.

La presente invención hace referencia a un álabe de turbina que presenta una altura de paletas, un extremo del lado del rotor y del lado del estator, un borde de ataque y un borde de salida y un lado de succión (intradós) y un lado de presión (extradós), y que se encuentra conformado para su aplicación relación a una dirección global del flujo, así como una turbomáquina que se encuentra equipada con un álabe de turbina tal.

Por ejemplo, en la construcción de turbinas de vapor se utilizan álabes fijos curvados como forma de ejecución de álabes de turbina, especialmente en los casos en que se generan fuertes flujos tridimensionales que muestran marcadas diferencias radiales en la evolución estática de la presión entre el lado del rotor y el lado del estator, que se generan por la desviación en los álabes fijos. En turbinas de vapor, especialmente en turbinas de baja presión con una gran sección transversal de salida del flujo, la relación entre el largo de los álabes y el núcleo del rodete es relativamente grande. El flujo de un medio de flujo en la última etapa de una turbina de baja presión, con una gran sección transversal de salida del flujo, conduce, en el caso de una gran relación entre el largo de los álabes y el núcleo del rodete, a una distribución de la reacción que tiene un efecto negativo en el rendimiento de la turbina de vapor. En este caso, la distribución de reacción es diferente en dirección radial y baja en el núcleo del rodete y alta en la carcasa, lo que se considera desventajoso.

En el caso de una turbomáquina térmica, se denomina como grado de reacción isentrópico r a la distribución porcentual de la caída isentrópica de entalpía en álabes móviles, en relación a la caída isentrópica total de entalpía a lo largo de una etapa que consiste en una corona de álabes fijos y una corona de álabes móviles. Como etapa de presión constante pura se denomina una etapa en la que el grado de reacción es r = 0 y en la que se genera la mayor caída de entalpía. En el caso de una etapa de sobrepresión clásica el grado de reacción es r = 0,5, de manera que la caída de entalpía es igual en los álabes fijos que en los álabes móviles. Reacción fuerte se denomina a un grado de reacción de r = 0,75. En la práctica de la construcción de turbinas de vapor se utilizan, mayoritariamente, la etapa clásica de sobrepresión así como la etapa de presión constante. Esta última, por lo general, con un grado de reacción algo diferente a cero.

Una reacción baja o incluso negativa en el núcleo del rodete genera fuertes perjuicios y pérdidas en el rendimiento de la turbina durante su servicio. Una reacción baja en la carcasa provoca una alta velocidad de flujo de entrada de los álabes móviles en el área de los extremos. La alta velocidad de flujo de entrada tiene un efecto negativo en el rendimiento, ya que las pérdidas de flujo se comportan en una relación proporcional cuadrática a la velocidad. En este caso sería de ayuda una reducción de la reacción. Además, una reacción menor en la carcasa generaría una disminución de las pérdidas en el intersticio y por ello el rendimiento se mejoraría de manera adicional.

Una reacción más alta en el área del núcleo del rodete disminuye las pérdidas en el intersticio en la corona de álabes fijos y, de esta manera, conduce a un mejor rendimiento.

En este caso se utilizan especialmente los álabes fijos curvados para optimizar la distribución de la reacción.

Turbinas con álabes fijos curvados sólo en la dirección perimetral se conocen, por ejemplo, de la DE 37 43 738. Allí se muestran y describen paletas cuya curvatura se encuentra dirigida, a través de la altura de paletas, contra el lado de presión del respectivo álabe fijo adyacente en la dirección perimetral. De este documento también se conocen paletas cuya curvatura se encuentra dirigida, a través de la altura de paletas, contra el lado de succión del respectivo álabe fijo adyacente en la dirección perimetral. Con ello se busca disminuir, de manera efectiva, tanto los gradientes radiales de presión de la capa límite como también aquellos que transcurren en dirección perimetral y, con ello, disminuir las pérdidas aerodinámicas de paletas.

La US 4,714,407 revela un álabe de turbina doblado perpendicularmente a la dirección de flujo y en el que se basa el concepto genérico de la reivindicación 1.

En la US 3,745,629 se revela un álabe de turbina que se encuentra doblado visto en la dirección de flujo, o que se encuentra doblado múltiples veces.

En la US 2,738,950 se revela un álabe de turbina con forma de zig-zag que no presenta ninguna curvatura vista en la dirección de flujo.

En la US 2003/0031 564 se revela una paleta curvada en la dirección de flujo.

Turbinas con álabes fijos curvados en la dirección de flujo y en la dirección perimetral se conocen, por ejemplo, de la DE 42 28 879.

Álabes fijos curvados se conocen también de la US-PS 6,099,248.

Es objeto de la presente invención, indicar un álabe de turbina y una turbomáquina en los que se mejore el rendimiento.

Conforme a la invención, en el álabe de turbina antes descrito esto se logra con las características distintivas de la reivindicación 1.

La ventaja de la invención es, entre otras cosas, que debido a la afluencia mejorada se mejora la distribución radial de la reacción.

En las reivindicaciones secundarias se describen otros diseños ventajosos.

En base a las figuras se describen ejemplos de ejecución de la invención. En las figuras se identifica con la misma referencia a componentes con igual función.

Estas muestran

Figura 1 la vista lateral de una etapa final equipada con álabes de turbina de una turbomáquina;

Figura 2 una vista de un álabe fijo en la dirección de flujo de un medio de flujo;

Figura 3 una paleta con la representación de una distribución de reacción de acuerdo al estado actual del arte, y conforme al álabe de turbina de acuerdo a la figura 1;

Figura 4 una representación esquemática y en perspectiva del álabe de turbina de la figura 1, en un extremo del lado del rotor;

Figura 5 una representación esquemática y en perspectiva del álabe de turbina de la figura 1, en un extremo del lado del estator;

Figura 6 una vista en perspectiva de un álabe de turbina.

En la etapa de una turbina de vapor mostrada esquemáticamente en una vista lateral en la figura 1, las paredes que limitan a un canal atravesado 1 son, por una lado, una pared de canal del lado del rotor 3 y, por el otro, una pared de canal del lado del estator 5. La pared del canal del lado del estator 5 pertenece a una carcasa interior 6. Una etapa final se compone de una serie de álabes fijos y una serie de álabes móviles, de los cuales, a los fines de una mayor claridad, en la figura 1 sólo se muestra, respectivamente, un álabe fijo 10 y un álabe móvil 11. Los álabes fijos se encuentran fijados a la carcasa interior 6 de una manera no representada.

Los álabes móviles se encuentran fijados al rotor 2 de una manera no representada.

El álabe fijo 10 presenta un extremo del lado del estator 7, un área central 8 y un extremo del lado del rotor 9. Un medio de flujo puede fluir en la dirección de flujo 4 a través del canal 1. La dirección de flujo 4 es, esencialmente, paralela a un eje de rotación 12 del rotor 2. El álabe fijo 10 presenta un borde de ataque 13, formado a lo largo de toda la altura de paletas, y un borde de salida 14. El álabe móvil 11 también presenta un borde de ataque 15 y un borde de salida 16.

Como se encuentra representado en la figura 6, la conformación del álabe de turbina 10 es descrita por una curva en forma de álabe de turbina 39. El álabe de turbina 10 es dividido en superficies cilíndricas 40. A los fines de una mayor claridad, en la figura 6 sólo se encuentran representadas seis superficies cilíndricas. La curva en forma de álabe de turbina 39 describe la conformación de manera más precisa, mientras más superficies cilíndricas 40 se formen. Para cada superficie cilíndrica 40 se determina su centro de gravedad másico 41. La curva en forma de álabe de turbina 39 se forma por la unión de los centros de gravedad másicos 41 de un pie del álabe de turbina 42 hacia el extremo del álabe de turbina 43.

Como se puede observar en la fig. 1, la curva en forma de álabe de turbina 39 termina,...

1. Álabe de turbina (10, 11) que presenta una altura de paletas, un extremo del lado del rotor (9) y un extremo del lado del estator (7), un borde de ataque (13) y un borde de salida (14), y un lado de succión (22) y un lado de presión (21), y que se encuentra conformado para su aplicación en relación a una dirección global del flujo (4), con lo que en la dirección de flujo (4) el álabe de turbina (10, 11) posee un ángulo de flecha negativa en su extremo del lado del rotor (9) y en su extremo del lado del estator (7), caracterizado porque en una dirección radial (34) en relación a la dirección de flujo (4) el álabe de turbina (10, 11) se encuentra inclinado en dirección al lado de presión (21) en su extremo del lado del rotor (9) y en su extremo del lado del estator (7).

2. Álabe de turbina (10, 11) conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque el ángulo de flecha negativa del extremo del lado del rotor (9) se convierte en un ángulo de flecha positiva en el área central (8) del álabe de turbina (10, 11), y el ángulo de flecha positiva en el área central (8) se convierte en un ángulo de flecha negativa en el extremo del lado del estator (7).

3. Álabe de turbina (10, 11) conforme a una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque en un área central (8) del álabe de turbina (10, 11) el álabe de turbina (10, 11) se encuentra inclinado hacia el lado de succión (22).

4. Álabe de turbina (10) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el borde de ataque (13) y de salida (14) en el extremo del lado del estator (7) se encuentran, esencialmente, uno detrás de otro en la dirección de flujo (4).

5. Álabe de turbina (10) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el borde de ataque (13) y de salida (14) en el extremo del lado del rotor (9) se encuentran, esencialmente, uno detrás de otro en la dirección de flujo (4).

6. Álabe de turbina (10,11) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el borde de salida (14) en el área central (8) de la altura de paletas se encuentra desplazado hacia el lado de presión (21), frente al borde de ataque (13) en dirección de flujo.

7. Álabe de turbina (10) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el extremo del lado del estator (7) se encuentra desplazado en dirección radial (34) hacia el lado de presión (21), en relación al extremo del lado del rotor (9).

8. Álabe de turbina (10) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el extremo del lado del rotor (9) y el extremo del lado del estator (7) esencialmente se encuentran enfrentados en la dirección de flujo (4).

9. Álabe de turbina (10, 11) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 8 que se encuentra conformado como (10) álabe fijo.

10. Álabe de turbina (10, 11) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 8 que se encuentra conformado como (11) álabe móvil.

11. Álabe de turbina (10) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el extremo del lado del rotor (9) presenta una flecha en un ángulo a hacia la dirección de flujo y el ángulo a presenta valores que esencialmente se encuentran entre 50º y 80º.

12. Álabe de turbina (10) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el extremo del lado del estator (7) presenta una flecha en un ángulo ß hacia una carcasa interior (6) y el ángulo ß presenta valores que esencialmente se encuentran entre 0º y 90º.

13. Álabe de turbina (10, 11) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el extremo del lado del estator (7) se encuentra inclinado en un ángulo ? hacia la dirección radial (34) y el ángulo ? presenta valores que esencialmente se encuentran entre 0º y 90º.

14. Álabe de turbina (10) conforme a la reivindicación 13, caracterizado porque el ángulo ? esencialmente asciende a 70º.

15. Álabe de turbina (10) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el extremo del lado del rotor (9) se encuentra inclinado en un ángulo d hacia la dirección radial (34) y el ángulo d presenta valores que esencialmente se encuentran entre 0º y 90º.

16. Álabe de turbina (10) conforme a la reivindicación 15, caracterizado porque el ángulo d esencialmente asciende a 75º.

17. Turbomáquina que presenta álabes de turbina (10, 11) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 16.

18. Turbomáquina conforme a la reivindicación 17, caracterizada porque el borde de salida (14) del álabe fijo (10) presenta, en el extremo del lado del rotor (9) y en el área central (8), una distancia constante hacia el borde de ataque (15) de un álabe móvil adyacente (11).