Junta de estanqueidad de alta temperatura.
Junta de estanqueidad (1, 34, 40) que comprende un primer componente (7,
36, 41) y un segundo componente (9, 37, 42) unido al primer componente (7, 36, 41), comprendiendo el primer componente (7, 36, 41) una forma sustancialmente plana y comprendiendo el primer componente (7, 36, 41) un primer material de gran resistencia térmica, a la oxidación y al desgaste, y comprendiendo el segundo componente (9, 37, 42) un segundo material diferente del primer material y que tiene un alto mantenimiento de carga de resorte, caracterizada por que el segundo componente (9, 37, 42) comprende dos partes, estando cada una de las mismas unida a extremos opuestos de un lado del primer componente (7, 36, 41).
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2004/052267.
Solicitante: ALSTOM TECHNOLOGY LTD.
Nacionalidad solicitante: Suiza.
Dirección: BROWN BOVERI STRASSE 7 5400 BADEN SUIZA.
Inventor/es: BOSTON,IAN WILLIAM, HURTER,JONAS, AMOS,PETER GRAHAM, CORNETT,KENNETH W, MORE,DOMINICK GREGORY, STEMANN,MARKUS, ZAGORSKIY,ALEXANDER.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F16J15/08 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL. › F16J PISTONES; CILINDROS; RECIPIENTES A PRESION EN GENERAL; JUNTAS DE ESTANQUEIDAD. › F16J 15/00 Juntas de estanqueidad. › con una empaquetadura exclusivamente mecánica.
- F23R3/00 F […] › F23 APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION. › F23R ELABORACION DE PRODUCTOS DE COMBUSTION A ALTA PRESION O GRAN VELOCIDAD, p. ej. CAMARAS DE COMBUSTION DE TURBINAS DE GAS (aparatos de lecho fluidificado de combustible especialmente adaptados para funcionar a presiones superatmosféricas F23C 10/16). › Cámaras de combustión continua que emplean combustibles líquidos o gaseosos.
PDF original: ES-2523138_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Junta de estanqueidad de alta temperatura Campo técnico
La presente invención se refiere a una junta de estanqueidad de alta temperatura y con una alta resistencia al desgaste y a la aplicación particular de la junta de estanqueidad en una cámara de combustión de una turbina de gas o entre plataformas de paletas en una turbina de gas.
Estado de la técnica
Las juntas de estanqueidad aplicadas en entornos a alta temperatura, tales como en cámaras de combustión para turbinas de gas, en la tecnología de turbinas de gas industrial, la tecnología de turbinas de vapor y la tecnología aeroespacial, se requieren para soportar altas temperaturas durante un tiempo determinado. En muchos casos, debido a las vibraciones presentes en tales sistemas, también se requiere proporcionar una junta de estanqueidad a diferentes distancias y con una alta resistencia al desgaste.
Una cámara de combustión de una turbina de gas comprende forros de protección térmica colocados a lo largo de la circunferencia interior de la pared interior de la cubierta de la cámara de combustión. Tal cámara de combustión tiene generalmente una forma cónica o una forma cilindrica. Los forros están dispuestos en segmentos a lo largo de la pared interior. Las temperaturas dentro de la cámara de combustión se elevan hasta 1.2° C o 1.4° C, de tal manera que los segmentos de forro y la pared de cubierta se deben enfriar a fin de garantizar una larga vida. Un enfriamiento es realizado, por ejemplo, por la circulación de aire que se encuentra entre la pared de cubierta interior y los segmentos de forro. Con el fin de controlar el flujo del medio de enfriamiento y / o limitar el volumen del medio de enfriamiento necesario (debido a que el medio de enfriamiento es costoso), las juntas de estanqueidad se colocan entre los segmentos de forro adyacentes. En una turbina de gas para aeronaves o de generación de energía, el medio de enfriamiento puede ser aire o vapor.
Las grandes vibraciones se producen en cámaras de combustión para turbinas de gas durante el funcionamiento y, en particular, durante el funcionamiento en niveles bajos de emisión. Por esta razón, se utilizan juntas de estanqueidad cargadas por resorte ya que proporcionan un efecto de estanqueidad en un intervalo amplio en una distancia nominal. Con el fin de soportar el frotamiento contra componentes adyacentes, están además provistos de un revestimiento resistente al desgaste. La vida útil de tales juntas de estanqueidad se determina por el tiempo de vida útil del revestimiento, que es el tiempo en el que el revestimiento se frota mecánicamente o se desgasta como resultado de otros factores tales como la oxidación y / o la corrosión.
Otro problema encontrado en el diseño de tales juntas de estanqueidad es el tiempo limitado en el que los materiales mantienen una carga de resorte durante la exposición a temperaturas elevadas.
En una turbina de gas, las juntas de estanqueidad se aplican entre plataformas de paletas fijas o paletas de estator con el fin de sellar la región de gas caliente de las regiones de enfriamiento para las paletas. Las juntas de estanqueidad de alto rendimiento se requieren con el fin de minimizar el volumen de fluido de enfriamiento y evitar que cualquier gas caliente entre en los conductos de enfriamiento. Tales juntas de estanqueidad deben soportar las altas temperaturas que prevalecen en la turbina de gas, así como funcionar en situaciones con grandes vibraciones y grandes dilataciones térmicas de componentes individuales.
El documento EP 1 36 589 da a conocer una junta de estanqueidad de alta temperatura anular prevista para la resistencia a la relajación de la tensión de alta temperatura. Comprende un componente que tiene un sistema de una sola capa o de dos capas, en el que las dos capas se extienden sobre toda la longitud de la junta de estanqueidad. El material o materiales para este componente mencionado son uno de aleaciones endurecidas de solución sólida, aleaciones metálicas endurecidas por precipitación o aleaciones endurecidas de dispersión.
El documento US 3.761.12 describe un anillo de estanqueidad, en particular una junta o arandela, en forma de "C" en sección transversal con un elemento de resorte colocado entre los brazos interiores de la "C".
El documento US 6.193.24 B1 describe una junta de estanqueidad que comprende dos componentes fijados entre sí, en el que un primer componente comprende una forma sustancialmente plana y un primer material de gran resistencia térmica, a la oxidación y al desgaste, y el segundo componente comprende un segundo material diferente del primer material y tiene un alto mantenimiento de carga de resorte.
Resumen de la invención
En vista de la técnica anterior descrita, es un objeto de la invención proporcionar una junta de estanqueidad para aplicaciones de alta temperatura y de gran desgaste que tiene en particular una vida útil más larga en comparación
con las descritas en el estado de la técnica. Son particularmente adecuadas para su uso en turbinas de gas y cámaras de combustión para turbinas de gas.
Una junta de estanqueldad de acuerdo con una primera reivindicación independiente comprende un primer y un segundo componente, teniendo el primer componente una forma sustancialmente plana y comprendiendo el segundo componente dos partes, cada una de las cuales se une a extremos opuestos de un lado del primer componente. El primer componente comprende un primer material que tiene gran resistencia térmica, a la oxidación y al desgaste, y el segundo componente comprende un segundo material diferente del primer material y tiene un alto mantenimiento de carga de resorte.
Una junta de estanqueidad de acuerdo con una segunda reivindicación independiente comprende un primer y un segundo componente, teniendo el primer componente forma de arco con los extremos exteriores de este arco en contacto sellante con las superficies de los componentes. El segundo componente comprende una parte, estando los extremos del segundo componente unidos a los extremos opuestos del lado interior del primer componente arqueado. El primer componente comprende un primer material que tiene una gran resistencia térmica, a la oxidación y al desgaste, y el segundo componente comprende un segundo material diferente del primer material y tiene un alto mantenimiento de carga de resorte.
Una junta de estanqueldad de acuerdo con una tercera reivindicación independiente comprende un primer y un segundo componente, teniendo el primer componente forma plana o de tipo surco, y teniendo el segundo componente de la junta de estanqueidad forma de arco que se une al centro del primer componente. (Esta forma de junta de estanqueldad se denomina con frecuencia "junta de estanqueidad K"). Al Igual que en la reivindicaciones independientes primera y la segunda, el primer componente comprende un primer material que tiene una gran resistencia térmica, a la oxidación y al desgaste, y el segundo componente comprende un segundo material diferente del primer material y tiene un alto mantenimiento de carga de resorte.
El material del primer componente se optimiza para soportar un entorno de oxidación a alta temperatura, así como un alto grado de desgaste. La alta resistencia al desgaste del primer componente permite el uso de este componente sin un revestimiento resistente al desgaste. Por lo tanto, la vida útil de la junta de estanqueldad es una función de la vida útil Inherente a ese material, y ya no depende de la vida útil de un revestimiento resistente al desgaste o del tiempo, en el que se desgasta por la frotación mecánica u otros medios.
El material del segundo componente se optimiza en particular para mantener una alta carga - resorte durante un largo periodo de tiempo. Tal material no tiene necesariamente una gran resistencia térmica o al desgaste. El componente cargado por resorte permite el uso de la junta de estanqueldad en un entorno expuesto a vibraciones u otros movimientos correspondientes de los componentes adyacentes, con los que la junta de estanqueldad está en contacto sellante.
La vida útil de la junta de estanqueldad se incrementa debido a los materiales Individuales, que se eligen de manera óptima para las funciones de los componentes Individuales de la junta de estanqueidad.
En una primera realización de la Invención, el primer componente de la junta de estanqueldad comprende un material de gran resistencia térmica y al desgaste y principalmente una aleación de cobalto-níquel que muestra características que intensifican la dispersión de óxido.
Preferiblemente, el primer componente consiste en una superaleación a base de níquel o cobalto resistente a la oxidación a alta temperatura, tal como por ejemplo Rene 41 , Haynes... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Junta de estanqueidad (1, 34, 4) que comprende un primer componente (7, 36, 41) y un segundo componente (9, 37, 42) unido al primer componente (7, 36, 41), comprendiendo el primer componente (7, 36, 41) una forma sustancialmente plana y comprendiendo el primer componente (7, 36, 41) un primer material de gran resistencia térmica, a la oxidación y al desgaste, y comprendiendo el segundo componente (9, 37, 42) un segundo material diferente del primer material y que tiene un alto mantenimiento de carga de resorte, caracterizada por que el segundo componente (9, 37, 42) comprende dos partes, estando cada una de las mismas unida a extremos opuestos de un lado del primer componente (7, 36, 41).
2. Junta de estanqueidad (1') que comprende un primer componente (21) y un segundo componente (91) unido al primer componente (21), caracterizada por que el primer componente (21) comprende un primer material de gran resistencia térmica, a la oxidación y al desgaste, y el segundo componente (91) comprende un segundo material diferente del primer material y tiene un alto mantenimiento de carga de resorte y el primer componente tiene forma de arco y el segundo componente (91) comprende una parte y tiene dos extremos, estando un extremo del segundo componente (9') unido a un extremo en el lado interior del componente en forma de arco y estando el otro extremo del segundo componente (9') unido al otro extremo en el lado interior del primer componente en forma de arco (21).
3. Junta de estanqueidad (1, 1', 34, 4) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada por que el primer material comprende una aleación de cobalto-níquel.
4. Junta de estanqueidad (1, 1', 34, 4) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el primer material comprende Ultimet®.
5. Junta de estanqueidad (1, 1', 34, 4) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el primer material comprende una superaleación a base de níquel o cobalto, tal como Rene 41®, Haynes 188, Haynes 214, Haynes 23 y Ultimet®
6. Junta de estanqueidad (1, 1', 34, 4) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el segundo material comprende una aleación de níquel-cromo endurecida por precipitación.
7. Junta de estanqueidad (1, 1', 34, 4) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada por que el segundo material comprende Inconel 718®.
8. Junta de estanqueidad (1, 1') de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que el segundo componente (9, 9', 37, 42) comprende una o más convoluciones.
9. Junta de estanqueidad (1, 1', 34, 4) de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada por que el segundo componente (42) tiene forma de "u" sobreextendida.
1. Junta de estanqueidad (1, 1', 34) de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada por que el segundo componente (9, 9', 37) comprende tres o más convoluciones.
11. Junta de estanqueidad (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la relación entre el espesor del primer componente (7, 21, 36, 41) y el espesor del segundo componente (9, 9', 37, 42) está comprendida entre.5 y 5.
12. Junta de estanqueidad (1, 1', 34) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes 1 a 11, caracterizada por que el primer componente (7, 21, 36) o tanto el primer componente (7, 21, 36) como el segundo componente (9, 9', 37) de la junta de estanqueidad (1, 1, 34) comprenden cada uno varios orificios de enfriamiento (15, 15', 16, 38).
13. Junta de estanqueidad que comprende un primer componente y un segundo componente unido al primer componente, comprendiendo el primer componente un primer material de gran resistencia térmica, a la oxidación y al desgaste, y comprendiendo el segundo componente un segundo material diferente del primer material y que tiene un alto mantenimiento de carga de resorte, y comprendiendo el primer componente una forma sustancialmente plana y comprendiendo el segundo componente una forma de arco, en el que el arco del segundo componente está unido al centro del primer componente, caracterizada por que
el primer componente (7, 21, 36) o tanto el primer componente (7, 21, 36) como el segundo componente (9, 9, 37) de la junta de estanqueidad (1, 1, 34), comprende cada uno varios orificios de enfriamiento (15, 15, 16, 38).
14. Junta de estanqueidad (1, 1', 34) de acuerdo con la reivindicación 12 o 13, caracterizada por que
los orificios de enfriamiento (15, 15') en el segundo componente (9, 9', 37) están dispuestos en regiones planas de las convoluciones.
15. Junta de estanqueidad (1, 1, 34, 4) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el primer componente (7, 21, 36, 41) tiene una forma en sección transversal simétrica.
16. Junta de estanqueidad (1, 34, 4) de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizada por que el primer componente (7, 36, 41) que tiene una forma sustancialmente plana comprende un surco centrado en la forma plana.
17. Junta de estanqueidad (1, 1', 34, 4) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada por que el segundo componente (9, 9', 37, 42) está unido al primer componente (7, 21, 36, 41) mediante una soldadura de gas inerte de tungsteno (18).
18. Junta de estanqueidad (1, 1', 34, 4) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el segundo componente (9, 9', 37, 42) está unido al primer componente (7, 21, 36, 41) mediante una soldadura
láser.
19. Junta de estanqueidad (1, 1', 34, 4) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el primer componente está revestido además con un revestimiento resistente al desgaste.
2. Junta de estanqueidad (1, 1', 34, 4) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el primer componente (7, 21, 36, 41) está revestido además con un revestimiento resistente a
la oxidación.
21. Uso de una junta de estanqueidad (1, 1') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes para el sellado entre dos segmentos de forro adyacentes (4) de una cámara de combustión de una turbina de gas y una pared de cubierta (3) de la cámara de combustión.
22. Uso de una junta de estanqueidad (1, 1') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes para el 2 sellado entre un segmentos de forro (4) de una cámara de combustión de una turbina de gas y una pared de
cubierta (3) de la cámara de combustión.
23. Uso de un junta de estanqueidad (34, 4) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes para el sellado entre plataformas adyacentes (3) para paletas fijas (31) en una fila de paletas de una turbina de gas.
24. Uso de un junta de estanqueidad (34, 4) de acuerdo con la reivindicación 23 en ranuras (33) de plataformas
adyacentes (3) para paletas fijas (31).
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