Álabe para una turbomáquina.

Álabe (10) para una turbomáquina, que comprende:

- al menos una cavidad (28) interior definida por una pared

(30) interior que tiene una pluralidad de orificios (40) de impacto, y

- una pared (14) exterior que rodea la pared (30) interior formando un paso (36) entre las mismas para que un fluido de refrigeración pase a través de los orificios (40) de impacto desde la cavidad (28) interior hacia el paso (36), en el que la pared (14) exterior comprende una pluralidad de aberturas (24) para la salida del fluido de refrigeración,

caracterizado porque,

la pared (14) exterior está dividida en una pluralidad de partes (15, 17) desconectadas entre sí mediante una abertura (24), abertura que se extiende en una dirección radial con respecto a un eje de rotación de un rotor de la turbomáquina entre una primera y una segunda parte (15, 17), permitiendo la expansión térmica independiente de dichas partes (15, 17).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11194338.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: SZIJARTO,JANOS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO,... > Alabes; Organos de soporte de álabes (alojamiento... > F01D5/18 (Alabes huecos; Dispositivos de calentamiento, aislamiento térmico o enfriamiento de los álabes)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO,... > Alabes; Organos de soporte de álabes (alojamiento... > F01D5/14 (Forma o construcción (empleo de materiales específicos, medidas contra la erosión o corrosión F01D 5/28))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO,... > Estatores (aspectos distintos del de guiado del fluido... > F01D9/02 (Inyectores; Alojamiento de los inyectores; Alabes de estator; Toberas guía)

PDF original: ES-2531065_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

La presente invención se refiere a un perfil aerodinámico para una turbomáquina y más particularmente a un álabe para una turbomáquina.

En las turbomáquinas de la actualidad diversos componentes de la turbomáquina funcionan a temperaturas muy altas. Estos componentes incluyen el componente de pala o álabe, que tienen forma de un perfil aerodinámico. En la presente solicitud sólo se usa "álabe", pero las especificaciones pueden transferirse a una pala. Las altas temperaturas durante el funcionamiento de la turbomáquina pueden dañar el componente de álabe, por lo que es importante la refrigeración del componente de álabe. La refrigeración de estos componentes se consigue generalmente haciendo pasar un fluido de refrigeración que puede incluir aire desde un compresor de la turbomáquina a través de un paso de núcleo moldeado para dar el componente de álabe.

Componentes de la turbomáquina tales como la pala o el álabe están sujetos a cambios de temperatura y también a tensiones mecánicas que dan como resultado daños en el componente. Este proceso de daño por fatiga se denomina generalmente fatiga termomecánica (TMF).

Un perfil aerodinámico tal como un álabe tiene un borde de ataque y un borde de salida. Actualmente, el borde de ataque de la parte de perfil aerodinámico del álabe se refrigera mediante refrigeración por impacto o mediante refrigeración por película, por ejemplo como en el documento DE 4328401, y el borde de salida por disposición matricial de nervios, superficies con espigas/aletas, etc., por ejemplo como en el documento FR 2943380. Sin embargo, una disposición de este tipo no puede impedir el fallo del componente debido a fatiga termomecánica.

Por tanto, es un objetivo de la presente invención proporcionar un álabe para una turbomáquina que reduzca el daño debido a fatiga termomecánica.

El objetivo se consigue proporcionando un álabe para turbomáquina según la reivindicación 1 y un método según la reivindicación 14.

Según la invención, el álabe para una turbomáquina incluye al menos una cavidad interior definida por una pared interior que tiene una pluralidad de orificios de impacto, y una pared exterior que rodea la pared interior formando un paso entre las mismas para que un fluido de refrigeración pase a través de los orificios de impacto desde la cavidad interior hacia el paso, en el que la pared exterior comprende una pluralidad de aberturas para la salida del fluido de refrigeración de manera que la pared exterior está dividida en una pluralidad de partes desconectadas entre si mediante aberturas que permiten la expansión térmica independiente de dichas partes. Al tener una pluralidad de orificios de impacto en la pared interior se consigue la refrigeración debida a impacto. Además, el paso mejora la refrigeración del álabe tanto en la pared interior como en la pared exterior. Además, la abertura en la pared exterior proporciona la salida del fluido de refrigeración, lo que da resultado la refrigeración por película en la pared exterior reduciendo de ese modo la temperatura. De manera adicional, al hacer que las aberturas se formen en la pared exterior como resultado de una pluralidad de partes de la pared exterior que están desconectadas entre sí, se garantiza una cantidad suficiente de expansión térmica sin provocar tensiones sobre la otra parte de la pared exterior. Esta disposición evita la tensión provocada debido a fatiga termomecánica en el álabe.

En una realización, las aberturas se extienden en una dirección radial con respecto a un eje de rotación de un rotor de la turbomáquina.

En otra realización, las aberturas forman canales por una primera cara frontal de la primera parte de la pared exterior y una segunda cara frontal de la segunda parte de la pared exterior para fluido de refrigeración, en el que al menos una de las caras frontales está dotada de salientes que se extienden hacia el interior de la anchura de dicho canal, en el que dichos salientes están dotados de superficies de contacto y están diseñados de manera que dichas superficies de contacto entran en contacto con dicha respectiva cara frontal opuesta en condiciones de temperatura a pleno rendimiento debido a la expansión térmica de dichas partes de pared exterior. Debido a la presencia de una disposición de este tipo, la salida del fluido de refrigeración se consigue incluso cuando las partes de la pared exterior están en contacto entre sí, permitiendo así la refrigeración de la pared exterior del álabe.

En una realización, la pared interior define la estructura del álabe incluyendo las cavidades interiores y la disposición matricial de nervios en el borde de salida.

En otra realización, el álabe incluye una sección de salida y la sección de ataque, el fluido de refrigeración se dirige al borde de salida a través del paso en la sección de salida. Una disposición de este tipo garantiza que el fluido de refrigeración se mueva hacia el borde de salida y proporcione una refrigeración en su interior.

En una realización, la abertura para la salida de fluido de refrigeración es una ranura. La ranura garantiza que sólo una cantidad limitada de fluido de refrigeración pase a través de la misma garantizando de ese modo la refrigeración

por película. De manera adicional, durante la expansión térmica, las ranuras permiten que el fluido de refrigeración salga de la pared exterior del álabe favoreciendo de ese modo la refrigeración por película.

En una realización, las aberturas están configuradas para dejar salir parcialmente el fluido de refrigeración. Esto garantiza que el fluido de refrigeración refrigere estructuras internas y dirigir parte del fluido hacia otras partes del álabe Incluyendo el borde de salida.

En otra realización, las aberturas se extienden a través de la pared exterior Inclinadas con respecto a una superficie normal a la pared exterior para impedir que todo el fluido de refrigeración salga a través de las aberturas.

En una realización, la pared exterior está conectada a la pared interior por una pluralidad de ubicaciones para garantizar una unión robusta entre la pared exterior y la pared interior.

En otra realización, la pared exterior y la pared Interior están formadas usando la técnica de slnterlzaclón por láser. Esto garantiza la formación de una forma tridimensional deseada con una pared exterior y una pared Interior y un paso con canales para garantizar la eficacia de la refrigeración.

En una realización, la pared exterior y la pared Interior están formadas del mismo material de modo que la expansión térmica es similar por la totalidad del componente y también el grado de refrigeración es el mismo en todas las partes del componente.

A continuación se tratarán las características de la Invención mencionadas anteriormente y otras con referencia a los dibujos adjuntos de la presente invención. Las realizaciones ilustradas pretenden ¡lustrar la Invención, pero sin limitarla. Los dibujos contienen las siguientes figuras, en las que números similares hacen referencia a partes similares en toda la descripción y los dibujos.

La figura 1 es un diagrama esquemático de un álabe de una turbomáquina,

la figura 2 es un diagrama que representa una vista ¡sométrica de un perfil aerodinámico del álabe de la figura 1, la figura 3 es una vista en sección transversal del álabe a lo largo de las líneas lll-lll de la figura 1, la figura 4 es una vista ampliada de una pared exterior del álabe, con abertura, y

la figura 5 es un diagrama de flujo que representa un método para la refrigeración del álabe a modo de ejemplo, según aspectos de la presente técnica.

Realizaciones de la presente invención se refieren a un perfil... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

Alabe (10) para una turbomáquina, que comprende:

- al menos una cavidad (28) Interior definida por una pared (30) interior que tiene una pluralidad de orificios (40) de impacto, y

- una pared (14) exterior que rodea la pared (30) interior formando un paso (36) entre las mismas para que un fluido de refrigeración pase a través de los orificios (40) de impacto desde la cavidad (28) interior hacia el paso (36), en el que la pared (14) exterior comprende una pluralidad de aberturas (24) para la salida del fluido de refrigeración,

caracterizado porque,

la pared (14) exterior está dividida en una pluralidad de partes (15, 17) desconectadas entre si mediante una abertura (24), abertura que se extiende en una dirección radial con respecto a un eje de rotación de un rotor de la turbomáquina entre una primera y una segunda parte (15, 17), permitiendo la expansión térmica independiente de dichas partes (15, 17).

Alabe (10) según la reivindicación 1, en el que las aberturas (24) forman canales por una primera cara frontal de la primera parte (15) de la pared (14) exterior y una segunda cara frontal de la segunda parte (17) de la pared (14) exterior para fluido de refrigeración, en el que al menos una de las caras frontales está dotada de salientes (25) que se extienden hacia el interior de la anchura de dicho canal, en el que dichos salientes (25) están dotados de superficies (29) de contacto y están diseñados de manera que dichas superficies (29) de contacto entran en contacto con dicha respectiva cara frontal opuesta en condiciones de temperatura a pleno rendimiento debido a la expansión térmica de dichas partes (15, 17) de pared exterior.

Alabe (10) según la reivindicación 1, que comprende además una sección (42) de ataque y una sección (48) de salida, en el que el fluido de refrigeración en la sección (48) de salida se dirige a través del paso (36) hacia un borde (18) de salida del álabe (10).

Alabe (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que las aberturas (24) comprenden una pluralidad de ranuras (27).

Álabe (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las aberturas (24) se extienden a través de la pared (14) exterior inclinadas con respecto a una superficie normal a la pared (14) exterior.

Álabe (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que las aberturas (24) están configuradas para dejar salir al menos parcialmente el fluido de refrigeración.

Álabe (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la pared (14) exterior está unida a la pared (30) interior.

Álabe (10) según la reivindicación 7, en el que la pared (14) exterior está unida por una pluralidad de ubicaciones (52, 54) a la pared (30) interior.

Álabe (10) según las reivindicaciones 7 y 8, en el que la pared (14) exterior está unida a la pared (30) interior mediante técnica de sinterización por láser.

Álabe (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la pared (30) interior y pared (14) exterior están conectadas entre si mediante espigas de conexión o nervios de conexión, en el que los nervios de conexión o espigas de conexión permiten la expansión térmica de dichas partes en la dirección circunferencial de un perfil del álabe.

Álabe (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende además una disposición matricial de nervios (60) para la refrigeración del borde (18) de salida.

Álabe (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el fluido de refrigeración fluye en un sentido opuesto a un flujo de gas caliente en el perfil (12) aerodinámico del álabe.

Turbomáquina que comprende el álabe (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 12.

Método (70) de refrigeración de un álabe (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que comprende:

- dirigir (76) un fluido de refrigeración desde la cavidad interior del álabe (10) hacia el paso del álabe (10) a

través de los orificios de impacto del álabe (10), y

- dejar salir (78) el fluido de refrigeración del álabe (10) desde el álabe (10) a través de una o más de las aberturas en la pared exterior del álabe (10).