Álabe de turbina.

Álabe de turbina (10) que presenta una hoja de álabe (16) perfilada,

que puede ser expuesta a la circulación de ungas de trabajo (22), la cual presenta un borde frontal (18) contra el cual puede fluir un gas de trabajo (22), así comoun borde posterior (20) que se extiende a lo largo de un eje principal de la hoja del álabe (21), desde una zonainferior (13) de la hoja del álabe (16) hacia una zona superior (15) enfrentada a dicha zona, contra el cual puede salirel gas de trabajo (22), y que presenta un primer sistema de conductos (30) y un segundo sistema de conductos (40)para la conducción separada de dos medios diferentes (M1, M2) que se pueden suministrar por separado al álabede turbina (10), de los cuales uno es un combustible, en donde el primer sistema de conductos (30) desemboca en,al menos, un primer orificio de salida (48) dispuesto en la zona del borde posterior (20), para el flujo del primer medio(M1) hacia el gas de trabajo (22), y en donde, al menos, un segundo orificio de salida (52) dispuesto en la zona delborde posterior (20), para el flujo del segundo medio (M2), se encuentra conectado con el segundo sistema deconductos (40), caracterizado porque si se observa a lo largo del eje principal de la hoja del álabe (21), el segundoorificio de salida (52) se encuentra dispuesto, al menos, parcialmente a la misma altura que el primer orificio desalida (48).

Álabe de turbina La presente invención hace referencia a un álabe de turbina que presenta una hoja de álabe perfilada, que puede ser expuesta a la circulación de un gas de trabajo, la cual presenta un borde frontal contra el cual puede fluir el gas de trabajo, así como un borde posterior contra el cual puede salir el gas de trabajo, y que presenta un primer sistema de conductos y un segundo sistema de conductos para la conducción separada de dos medios diferentes que se pueden suministrar por separado al álabe de turbina, en donde el primer sistema de conductos desemboca en, al menos, un primer orificio de salida dispuesto en la zona del borde posterior, para el flujo del primer medio hacia el gas de trabajo.

Un álabe de turbina de esta clase se conoce, por ejemplo, de la patente WO 2005/3517 A1. Las paredes del álabe que conforman la hoja del álabe, rodean una cavidad dispuesta en el interior, en la cual puede circular aire refrigerante. Además, en la pared del álabe del álabe de turbina, se proporcionan conductos adicionales para la conducción de un segundo medio, es decir, el combustible. A través de la pared del álabe de turbina se extienden perforaciones, a través de las cuales puede salir el agente refrigerante que circula en el interior del álabe de turbina, hacia el exterior hacia una cámara de gas caliente. Para obtener una mezcla inflamable, en la pared del álabe se proporcionan conductos de conexión que conectan los conductos que conducen el combustible, con las perforaciones de paso. De esta manera, aún en el interior de las perforaciones de paso se puede mezclar combustible con aire refrigerante, y se puede suministrar de forma fluyente como una mezcla inflamable hacia el gas caliente que circula alrededor del álabe de turbina. Con un álabe de turbina de esta clase se puede calentar a continuación tanto el gas caliente que circula a través de la turbina, así como el aire refrigerante que sale del álabe de turbina, mediante la combustión de la mezcla, acción que en general se realiza para incrementar el nivel de rendimiento de la turbina de gas, para la reducción de las emisiones contaminantes y para mejorar la eficacia de la turbina de gas, y que se conoce como una forma de proceso de Carnot.

Además, de la patente WO 99/46540 A1 se conoce una cámara de combustión con una pluralidad de elementos porosos de escudo térmico, a través de los cuales se puede introducir una mezcla inflamable posteriormente, es decir, fuera de los quemadores de la turbina de gas, en la cámara de combustión de una turbina de gas.

A partir de la patente EP 0 896 127 A2 se conoce un álabe de turbina con una pluralidad de conductos de refrigeración dispuestos en el interior, que se extienden desde la base del álabe hacia la punta del álabe, y que se conforman también con forma de meandro. Los conductos de refrigeración se conectan con tres orificios en total del lado de la base, para el suministro de aire de refrigeración de diferentes calidades. Uno de los orificios se encuentra conectado con una cavidad rectilínea, que se extiende desde la base del álabe hasta aproximadamente la punta del álabe. Dicha cavidad se encuentra directamente adyacente al borde posterior de la hoja de álabe del álabe de turbina, y presenta una conexión de circulación con los orificios de salida dispuestos en el borde posterior. El agente de refrigeración suministrado a través del orificio correspondiente del lado de la base, puede circular a través de la cavidad, y puede salir refrigerando a través de los orificios de salida, a lo largo de la longitud aproximadamente completa del borde posterior. Simultáneamente, el álabe de turbina presenta una cavidad adicional, en cuyo extremo del lado de la punta del álabe, se proporciona un conducto de refrigeración que se extiende transversalmente en relación con la extensión longitudinal de la hoja de álabe. Dicho conducto desemboca en el borde posterior, sólo en su zona del lado de la punta del álabe.

Además, a partir de la patente US 6, 551, 063 se conoce la realización modular del borde posterior de un álabe de turbina, en tanto que en el caso de un álabe de turbina con un denominado borde posterior “recortado”, se sueldan o se une mediante soldadura un elemento que presenta forma de chapa, que cubre las nervaduras del borde posterior.

En el caso de los conceptos conocidos también como “recalentamiento del álabe in situ”, resulta una desventaja que mediante el mezclado de aire de refrigeración y combustible en los componentes, los reactivos se puedan encender mediante la combustión espontánea o el retroceso de la llama. De esta manera, en el interior del álabe de turbina se generan eventualmente procesos de combustión estables, de manera que se pierde el efecto de refrigeración de la mezcla de aire y combustible o bien, se puede dañar el componente debido a la combustión interna que se genera.

Por lo tanto, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar un álabe de turbina para una turbina de gas, en el que se evita de manera segura una combustión que se genera en el interior, para mantener la vida útil del álabe de turbina, y para evitar daños en la turbina de gas.

Dicho objeto de resuelve mediante un álabe de turbina conforme a la clase, de acuerdo con la reivindicación 1.

La presente invención parte del conocimiento de que, en primer lugar, resulta necesario conducir por separado los reactivos, es decir, ambos medios, en el interior del álabe de turbina, y evitar un mezclado en el interior del volumen del componente, con el fin de evitar de manera segura una combustión no deseada que se pueda generar

eventualmente en el interior del álabe de turbina. También se debe evitar que la presión que predomina en el gas de trabajo, y eventualmente también el sentido del flujo del gas de trabajo, generen un retroceso de la llama hacia el componente. Por este motivo, los orificios de salida de los cuales salen, por una parte, el primer medio, por ejemplo, aire de refrigeración y, por otra parte, el segundo medio, por ejemplo, combustible, no se abren transversalmente o en el sentido del flujo del gas de trabajo, sino que se encuentran dispuestos en el borde posterior del álabe de turbina, de manera que los medios que salen, presenten, al menos, un componente del flujo paralelo en el espacio tridimensional, como el gas de trabajo.

Dado que ambos medios fluyen desde el componente contra el borde posterior, y se inyectan en el gas de trabajo, los reactivos se pueden mezclar en primer lugar en el exterior del álabe de turbina, para obtener una mezcla eventualmente inflamable. Además, la solución recomendada permite el mezclado rápido de un primer medio con un segundo medio, cuya mezcla obtenida de esta manera, se mezcla nuevamente con el gas de trabajo de la turbina. De esta manera, se evita de manera efectiva el peligro de los retrocesos de la llama de una mezcla eventualmente inflamable, dado que en el interior del álabe de turbina no se presenta ninguna mezcla inflamable compuesta por el primer y el segundo medio, o que se pueda inyectar en el álabe de turbina debido a la presión en el gas de trabajo y/o a su sentido de circulación. A continuación, mediante la presente invención se indica un álabe de turbina particularmente seguro, en el que no puede recircular una mezcla inflamable compuesta por el primer medio y por el segundo medio. Se puede evitar de manera segura una combustión espontánea de la mezcla en el interior del álabe de turbina, manteniendo de esta manera la vida útil del álabe de turbina. En una turbina provista del álabe de turbina conforme a la presente invención, se puede calentar a continuación el gas de trabajo que circula en la turbina, de manera fiable y sin riesgos en relación con un incendio que se puede generar en el interior del álabe de turbina.

La seguridad contra un retroceso de la llama se asegura principalmente mediante el hecho de que el combustible se inyecta cerca del borde posterior en la zona del flujo de gas de trabajo direccionado, es decir, con dos componentes idénticos del sentido del flujo, y sin la conformación de zonas de reflujo. De esta manera, no se presentan variaciones en el tiempo de permanencia generadas por remolinos en el flujo, que pueden generar una combustión en el interior del álabe de turbina.

Naturalmente, el álabe de turbina recomendado también se puede utilizar para la adición de otros medios fluidos como combustible o aire en el interior de una turbina, independientemente de si se trata de una turbina de gas o de vapor.

Se puede lograr una combustión del combustible en el gas de trabajo, sumamente eficiente y con bajas emisiones, cuando el borde posterior se extiende a lo largo de un eje principal... [Seguir leyendo]

1. Álabe de turbina (10) que presenta una hoja de álabe (16) perfilada, que puede ser expuesta a la circulación de un gas de trabajo (22) , la cual presenta un borde frontal (18) contra el cual puede fluir un gas de trabajo (22) , así como un borde posterior (20) que se extiende a lo largo de un eje principal de la hoja del álabe (21) , desde una zona inferior (13) de la hoja del álabe (16) hacia una zona superior (15) enfrentada a dicha zona, contra el cual puede salir el gas de trabajo (22) , y que presenta un primer sistema de conductos (30) y un segundo sistema de conductos (40) para la conducción separada de dos medios diferentes (M1, M2) que se pueden suministrar por separado al álabe de turbina (10) , de los cuales uno es un combustible, en donde el primer sistema de conductos (30) desemboca en, al menos, un primer orificio de salida (48) dispuesto en la zona del borde posterior (20) , para el flujo del primer medio (M1) hacia el gas de trabajo (22) , y en donde, al menos, un segundo orificio de salida (52) dispuesto en la zona del borde posterior (20) , para el flujo del segundo medio (M2) , se encuentra conectado con el segundo sistema de conductos (40) , caracterizado porque si se observa a lo largo del eje principal de la hoja del álabe (21) , el segundo orificio de salida (52) se encuentra dispuesto, al menos, parcialmente a la misma altura que el primer orificio de salida (48) .

2. Álabe de turbina (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que respectivamente uno de los primeros orificios de salida (48) respectivamente con uno de los segundos orificios de salida (52) , conforma un par de orificios superpuestos, vistos a lo largo del eje principal de la hoja del álabe (21) .

3. Álabe de turbina (10) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, con una pluralidad de primeros orificios de salida (48) y/o una pluralidad de segundos orificios de salida (52) .

4. Álabe de turbina (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 ó 3, en el que a lo largo del borde posterior

(20) se suceden entre sí pares de orificios.

5. Álabe de turbina (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que en la zona del borde posterior

(20) se proporciona un elemento que genera un mezclado del primer medio (M1) con el segundo medio (M2) directamente aguas abajo en relación con los orificios de salida (48, 52) .

6. Álabe de turbina (10) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el elemento genera un mezclado sin reflujo del primer medio (M1) con el segundo medio (M2) , en tanto que uno de ambos medios (M1, M2) o ambos medios (M1, M2) se pueden fluir en la zona de un borde afilado hacia el gas de trabajo (22) .

7. Álabe de turbina (10) de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en el que el elemento comprende pasajes de conexión (46, 50) dispuestos en el borde posterior (20) de la hoja del álabe (16) , que conectan, al menos, uno de ambos conductos (30, 40) con los orificios de salida (48, 52) asociados a dichos conductos, en donde los pasajes de conexión (46, 50) presentan una forma tal que aplica un movimiento giratorio o un remolino en el medio (M1, M2) que circula a través de dichos pasajes.

8. Álabe de turbina (10) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el elemento se proporciona en los orificios de salida (48, 52) .

9. Álabe de turbina (10) de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en el que el elemento para el mezclado del primer medio (M1) con el segundo medio (M2) se proporciona en un lado interior del lado de aspiración y/o en un lado interior del lado de presión de la pared del álabe (42, 44) de la hoja del álabe (16) .

10. Álabe de turbina (10) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que como elementos se proporcionan piezas insertadas de mezclado con forma tetraédrica, depresiones, generadores de turbulencia o zonas de espigas, en uno de los orificios de salida (48, 52) o aguas arriba en relación con dichos orificios.

11. Álabe de turbina (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que se proporcionan elementos de turbulencia del lado del gas caliente, en la hoja del álabe (16) que es sometida a la circulación del gas de trabajo (22) .

12. Álabe de turbina (10) que presenta una pluralidad de piezas, de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 11, en el que la hoja del álabe (16) se encuentra moldeada por fundición, y el elemento para el mezclado de ambos medios (M1, M2) se fija en la hoja del álabe (16) como una pieza insertada fabricada por separado (90, 100, 110, 120) .

13. Álabe de turbina (10) de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la pieza insertada (90, 100, 110, 120) se conforma con forma de chapa ondulada o de tobera, y para la conformación de los orificios de salida (48, 52) se introduce en una perforación (90) o en una ranura (102, 122) .

14. Turbina de gas con un álabe de turbina (16) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.