Disposición de junta de solape a haces.

Disposición entre elementos de álabe (1) en una serie de álabes de una turbina de gas,

en la que cada elemento de álabe

(1) presenta al menos un elemento de banda de cubierta (13) y una pala de álabe (9) que limita con este elemento de banda de cubierta (13) y que está unido con éste y discurre sustancialmente en dirección radial con respecto a un eje principal de la fila de álabes,

en la que, estando montada la fila de álabes, el elemento de banda de cubierta (13) limita mediante los dos lados (4, 5) orientadas en dirección periférica (U) con el respectivo elemento de banda de cubierta contiguo (13) del respectivo elemento de álabe contiguo, formando al propio tiempo una respectiva rendija sustancialmente radial (3), y en la que al menos un elemento de álabe (1) presenta en un primer lado (4) orientado en la dirección periférica (U) un saliente (6) que discurre en la dirección periférica (U) y penetra en el elemento de banda de cubierta (13) del elemento de álabe adyacente (1), y al menos un elemento de álabe (1) presenta en un segundo lado (5) orientado en la dirección periférica (U) un rebajo (7) de alojamiento de dicho saliente (6),

en la que en la zona del saliente (6) o del rebajo (7) está presente un segmento escalonado (2) de la rendija radial, en la que el trazado de la rendija radial (3) está configurado en el segmento escalonado (2) como una junta laberíntica,

caracterizada por que la rendija radial (3) presenta en la zona escalonada (2) al menos un segmento en el que la dirección (S) de la corriente de la rendija discurre en sentido contrario a la dirección de afluencia (A).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/053482.

Solicitante: ALSTOM TECHNOLOGY LTD.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: BROWN BOVERI STRASSE 7 5400 BADEN SUIZA.

Inventor/es: HEINZ-SCHWARZMAIER,THOMAS, RATHMANN,ULRICH, SIMON-DELGADO,CARLOS.

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,... > F01D11/00 (Prevención o reducción de las pérdidas internas del fluido de trabajo, p. ej. entre etapas (juntas de estanqueidad en general F16J))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO,... > Prevención o reducción de las pérdidas internas... > F01D11/02 (por juntas sin contacto, p. ej. del tipo de laberinto (para la obturación del espacio entre los extremos de los álabes del rotor y estator F01D 11/08))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO,... > Prevención o reducción de las pérdidas internas... > F01D11/04 (utilizando un fluido de obturación, p. ej. vapor)

PDF original: ES-2548441_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Disposición de junta de solape a haces.

Campo técnico

La presente invención concierne a una disposición entre elementos de álabe en una fila de álabes de una turbina de gas según el preámbulo de la reivindicación 1.

Estado de la técnica

Se conocen en general medios de sellado convencionales para sellar espacios intermedios, tal como, por ejemplo, juntas de goma, juntas de polímero, adhesivos o un encaje de un saliente en una ranura, como los que se pueden encontrar especialmente en el sellado entre dos elementos estáticos. En las turbinas de gas se enfrían los más diferentes elementos por medio de una corriente de aire refrigerante a fin de evitar daños por calor. Esta corriente de aire refrigerante deberá desarrollarse con la menor cantidad de pérdidas posible para maximizar el potencial de refrigeración. Se conocen por el sector de la presente invención varias clases de juntas para sellar espacios intermedios en turbinas de gas (por ejemplo, documentos GB 2 420 162, US 5 797 723) . Sin embargo, tales clases de juntas son difícilmente aplicables en turbinas de gas entre dos partes móviles una con relación a otra, tal como, por ejemplo, entre un elemento de rotor y un elemento de estator, o entre dos partes que han de tener una cierta holgura.

Para conseguir un sellado efectivo entre dos elementos de álabe en una turbina de gas, por ejemplo para impedir la pérdida de aire refrigerante por una corriente de fuga, es necesaria una exacta adaptación de los elementos de álabe uno a otro. Sin embargo, si se quiere habilitar una cierta "holgura" para las partes aplicadas una a otra, lo que es imprescindible, por ejemplo, entre dos álabes de circulación en un rotor de una turbina de gas a causa del fuerte barrido envolvente de los elementos de álabe con un medio de trabajo caliente durante el funcionamiento, es casi imposible una exacta adaptación exenta de holgura de dos bandas de cubierta continuas de elementos de álabe, ya que una construcción tan estanca, como la que sería necesaria para el sellado completo de la rendija radial, puede conducir a problemas, por ejemplo a causa de la dilatación térmica. También puede ser considerable la acción de fuerzas centrífugas entre las piezas después del montaje, lo que puede conducir a un fuerte desgaste de medios de sellado convencionales (como se expone, por ejemplo, en el documento DE 199 31 765 A1) . Por estos motivos, se emplean entre álabes en un rotor de turbina de gas según un diseño convencional las llamadas "juntas de solape a haces" ("shiplaps") para sellar la corriente de fuga en dirección axial. Las juntas de solape a haces representan un medio de sellado térmicamente resistente, ya que están configuradas sustancialmente por el material de los propios elementos de álabe, forman una parte integrante de los elementos de álabe y, por tanto, hacen posible una acción de sellado sin un material adicional que, a lo mejor, es sensible al calor o posee un coeficiente de dilatación térmica diferente.

Los álabes de turbina, especialmente los álabes de turbina de baja presión, presentan casi siempre radialmente por dentro y/o por fuera al menos un elemento de banda de cubierta que, estando montada la fila de álabes, limita mediante los lados orientados en dirección periférica con el respectivo elemento de banda de cubierta contiguo del respectivo elemento de álabe contiguo, formando al propio tiempo una respectiva rendija sustancialmente radial. Este elemento de álabe de turbina puede presentar en al menos un canto axial, especialmente el canto efluencia, un saliente que discurre en dirección periférica y que, en un primer lado orientado en dirección periférica, penetra en el elemento de banda de cubierta del elemento de álabe adyacente, y en un segundo lado orientado en dirección periférica puede presentar un rebajo de alojamiento de este saliente.

El montaje secuencial de tales elementos de álabe conduce a la formación de una llamada "junta de solape a haces" ("shiplap") entre dos elementos de álabe. Esta junta de solape a haces es una zona de solapamiento o encaje escalonada en la dirección de flujo del gas de trabajo entre el elemento de banda de cubierta en un canto axial de un elemento de álabe y el elemento de banda de cubierta en el mismo canto axial del elemento de álabe contiguo. Esta junta de solape a haces sella la rendija radial entre los lados periféricos yuxtapuestos de dos álabes de turbina contra la salida de aire refrigerante del circuito de aire secundario, es decir, contra la corriente de fuga en dirección axial. Esta junta de solape a haces se produce por el recubrimiento de un rebajo en un primer lado - orientado en dirección periférica - de un elemento de álabe contiguo por un saliente en el segundo lado - orientado en dirección periférica - de un elemento de álabe o por el encaje del saliente en el rebajo. En el documento US 6 966 750 se representan en la figura 13 un saliente de esta clase, así como un rebajo y la zona de superposición o encaje escalonado resultante durante el montaje. Sin embargo, la junta de solape a haces regular conocida no es capaz de sellar completamente la rendija radial, por lo que puede escapar una cantidad significativa de aire refrigerante por la zona de solapamiento escalonada. Esta pérdida da como resultado una eficiencia y una potencia aminoradas de la turbina.

Se ha dado a conocer por el documento EP 1 408 199 A1 una disposición entre elementos de álabes en una fila de álabes de una turbina de gas, en donde cada elemento de álabe presenta al menos un elemento de banda de cubierta y una pala de álabe que limita con este elemento de banda de cubierta y está unida con éste y discurre

sustancialmente en dirección radial con respecto a un eje principal de la fila de álabes. Estando montada la fila de álabes, el elemento de banda de cubierta limita mediante los dos lados orientados en dirección periférica con el respectivo elemento de banda de cubierta contiguo del respectivo elemento de álabe contiguo, formando al propio tiempo una respectiva rendija radial. Al menos un elemento de álabe en un primer lado orientado en dirección periférica presenta un saliente que discurre en dirección periférica y penetra en el elemento de banda de cubierta del elemento de álabe adyacente y al menos un elemento de álabe presenta en un segundo lado orientado en dirección periférica un rebajo de alojamiento de dicho saliente. En la zona del saliente o del rebajo está presente un segmento escalonado de la rendija radial, estando configurado el trazado de la rendija radial en el segmento escalonado como una junta laberíntica.

Se desprende del documento EP 1 221 539 A2 una estructura de pared subdividida en una turbina de gas con varios segmentos de pared parcial que están unidos en la dirección periférica de un rotor de la turbina de gas de modo que forman la estructura de pared con una sección transversal sustancialmente circular. Los segmentos de pared están fijados a un extremo exterior o a un extremo interior de un respectivo álabe de la turbina de gas o están dispuestos con un espacio intermedio predeterminado entre el extremo exterior del respectivo álabe para formar una pared de paso para gas a alta temperatura juntamente con la superficie del respectivo álabe, estando previstas unas rendijas o espacios intermedios entre segmentos de pared unidos contiguos.

Se desprenden del documento US 6 425 738 B1 unas toberas del mecanismo propulsor de una turbina de gas que comprende bandas exteriores e interiores. Cada una de las bandas comprende en dirección periférica unos segmentos que están dispuestos en posición adyacente a hendiduras (rendijas) correspondientes. Las hendiduras de la banda interior están dispuestas en dirección periférica respecto de las hendiduras... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Disposición entre elementos de álabe (1) en una serie de álabes de una turbina de gas, en la que cada elemento de álabe (1) presenta al menos un elemento de banda de cubierta (13) y una pala de álabe (9) que limita con este elemento de banda de cubierta (13) y que está unido con éste y discurre sustancialmente en dirección radial con respecto a un eje principal de la fila de álabes, en la que, estando montada la fila de álabes, el elemento de banda de cubierta (13) limita mediante los dos lados (4, 5) orientadas en dirección periférica (U) con el respectivo elemento de banda de cubierta contiguo (13) del respectivo elemento de álabe contiguo, formando al propio tiempo una respectiva rendija sustancialmente radial (3) , y en la que al menos un elemento de álabe (1) presenta en un primer lado (4) orientado en la dirección periférica (U) un saliente (6) que discurre en la dirección periférica (U) y penetra en el elemento de banda de cubierta (13) del elemento de álabe adyacente (1) , y al menos un elemento de álabe (1) presenta en un segundo lado (5) orientado en la dirección periférica (U) un rebajo (7) de alojamiento de dicho saliente (6) , en la que en la zona del saliente (6) o del rebajo (7) está presente un segmento escalonado (2) de la rendija radial, en la que el trazado de la rendija radial (3) está configurado en el segmento escalonado (2) como una junta laberíntica, caracterizada por que la rendija radial (3) presenta en la zona escalonada (2) al menos un segmento en el que la dirección (S) de la corriente de la rendija discurre en sentido contrario a la dirección de afluencia (A) .

2. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada por que la rendija radial (3) presenta en la zona escalonada (2) más de dos variaciones de dirección.

3. Disposición según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que la rendija radial (3) presenta en la zona escalonada (2) cuatro, seis u ocho variaciones de dirección.

4. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que la rendija radial (3) presenta en la zona escalonada (2) unas variaciones de dirección según un ángulo () en el intervalo de 40 a 130 grados, especialmente en el intervalo de 60 a 110 grados y sustancialmente en el intervalo d.

8. 100 grados.

5. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que la rendija radial (3) presenta superficies de borde angulosas y/o redondeadas (21) .

6. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que la rendija radial (3) presenta superficies de borde (21) cóncavas y/o convexas y/o rectas.

7. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que la rendija radial (3) experimenta sucesivamente durante su recorrido en la zona escalonada (2) dos respectivas variaciones de dirección en el mismo sentido.

8. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la rendija radial (3) presenta en la zona escalonada (2) al menos un estrechamiento (18) y/o al menos un ensanchamiento (19) .

9. Disposición según la reivindicación 8, caracterizada por que la anchura o la sección transversal de flujo de la rendija radial (3) en el segmento de un ensanchamiento (19) asciende a al menos un 30% más y preferiblemente al menos un 50% más que la anchura (D) o la sección transversal de flujo de la rendija radial (3) a la entrada en la zona escalonada (2) , o incluso es el doble de grande, y por que en el segmento de un estrechamiento (18) la anchura o la sección transversal de flujo de la rendija radial (3) asciende a u.

75. 50% y preferiblemente un 50%25% de la anchura de rendija (D) o de la sección transversal media a la entrada en la zona escalonada (2) .

10. Disposición según la reivindicación 8 ó 9, caracterizada por que en la zona escalonada (2) de la rendija radial (3) , en la dirección del primer canto axial (11) al segundo canto axial (12) , están dispuestos un ensanchamiento (19) y/o un estrechamiento (18) antes y/o después de una variación de dirección.

11. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada por que en la zona escalonada (2) de la rendija radial (3) , en la dirección del primer canto axial (11) al segundo canto axial (12) , está dispuesto un ensanchamiento (19) después de un estrechamiento (18) .

12. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que en la zona escalonada

(2) de la rendija radial (3) la zona de la variación de dirección está configurada como un ensanchamiento (19) o un estrechamiento (18) .

13. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que en la zona escalonada (2) de la rendija radial (3) la zona de la variación de dirección presenta zonas triangulares redondeadas (25) .

14. Fila de álabes de una turbina de gas con una disposición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

15. Fila de álabes según la reivindicación 14, caracterizada por que la rendija radial (3) entre dos elementos de banda de cubierta contiguos (13) está cubierta en el lado inferior de la banda de cubierta por una chapa de junta (17) .