Placa de obturación y sistema de álabes de paleta.

Placa de obturación (40) para formar un anillo formado por placas de obturación

(40) para el rotor de una turbina de gas, caracterizada porque la placa de obturación está formada por varias chapas (50) y comprende dos chapas (50) mutuamente opuestas manteniendo una separación, dispuestas en paralelo al plano de placa de obturación (49), formando un espacio intermedio para guiar aire de refrigeración.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/053917.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: SCHRODER, PETER, ESSER,WINFRIED, MILAZAR,MIRKO, SCHNEIDER,OLIVER, BUCHAL,TOBIAS,DR, DUNGS,SASCHA, GRÜGER,BIRGIT, LÜSEBRINK,OLIVER, SAVILIUS,NICOLAS, SOCHA,WALDEMAR.

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,... > Alabes; Organos de soporte de álabes (alojamiento... > F01D5/30 (Fijación de los álabes del rotor; Raíces de álabes)

PDF original: ES-2517921_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Placa de obturación y sistema de álabes de paleta

La invención se refiere a una placa de obturación para formar un anillo formado por placas de obturación para el rotor de una turbina de gas, cuya placa de obturación está formada principalmente por varias chapas. Aparte de esto la invención se refiere a un sistema de álabes de paleta, en especial para una turbina de gas, con varios álabes de paleta dispuestos anularmente sobre un disco de turbina, en donde sobre una superficie lateral del disco de turbina están dispuestas varias placas de obturación. Se refiere además a una turbina de gas con un sistema de álabes de paleta de este tipo.

Las turbinas de gas se usan en muchos campos para accionar generadores o máquinas de trabajo. Con ello se usa el contenido energético de un combustible para generar un movimiento de rotación de un árbol de turbina. El combustible se quema para esto en una cámara de combustión, en donde se alimenta aire desde un compresor de aire. El medio de trabajo generado en la cámara de combustión mediante la combustión del combustible, que está a presión elevada y a temperatura elevada, se guía con ello a través de una unidad de turbina post-conectada a la cámara de combustión, en donde expande produciendo trabajo.

Para generar el movimiento de rotación del árbol de turbina están dispuestos sobre éste varios álabes de paleta, reunidos habitualmente en grupos de álabes o filas de álabes. Con ello para cada etapa de turbina está previsto habitualmente un disco de turbina, al que los álabes de paleta están fijados mediante su pie de álabe. Para guiar el flujo del medio de trabajo en la unidad de turbina están dispuestos además entre filas de álabes de paleta adyacentes, habitualmente, unos álabes guía unidos a la carcasa de turbina y reunidos en filas de álabes guía.

La cámara de combustión de la turbina de gas puede estar ejecutada como una llamada cámara de combustión anular, en la que desembocan varios quemadores dispuestos en dirección perimétrica alrededor del árbol de turbina en un espacio de cámara de combustión común, circundado por un muro de cerramiento resistente a altas temperaturas. Para esto la cámara de combustión está configurada en su totalidad como estructura anular. Aparte de una única cámara de combustión pueden estar previstas también varias cámaras de combustión.

Directamente a la cámara de combustión se conecta normalmente una primera fila de álabes guía de una unidad de turbina que forma, junto con la fila de álabes de paleta directamente subsiguiente según se mira en el sentido de flujo del medio de trabajo, una primera etapa de turbina de la unidad de turbina, a la que están post-conectadas habitualmente otras etapas de turbina.

A la hora de diseñar turbinas de gas de este tipo, además de la potencia a alcanzar un objetivo del diseño es habitualmente un grado de eficacia especialmente elevado. Un aumento del grado de eficacia puede conseguirse con ello, por causas termodinámicas, básicamente mediante un aumento de la temperatura de salida, con la que fluye el medio de trabajo hacia fuera de la cámara de combustión y hacia dentro de la unidad de turbina. Con ello se buscan y también alcanzan temperaturas de aproximadamente 1.2 °C a 1.5 °C para turbinas de gas de este tipo.

Sin embargo, en el caso de unas temperaturas elevadas de este tipo del medio de trabajo los componentes y las piezas constructivas sometidos a éstas están sometidos a elevadas cargas térmicas. Para proteger el disco de turbina y el árbol de turbina antes de la entrada del medio de trabajo caliente están previstas - como se conoce por ejemplo del documento EP 1 944 472 A1 - sobre los discos de turbina unas placas de obturación, que están aplicadas de forma circularmente periférica sobre el disco de turbina sobre las superficies perpendiculares en cada caso al eje de turbina. Con ello habitualmente por cada álabe de turbina está prevista, en cada lado del disco de turbina, en cada caso una placa de obturación. Estas se solapan a modo de lámina y presentan habitualmente una aleta de obturación, que se extiende de tal manera hasta el álabe guía en cada caso adyacente, que se evita una entrada de medio de trabajo caliente en la dirección del árbol de turbina.

Las placas de obturación cumplen sin embargo también otras funciones. Por un lado forman la fijación axial de álabes de turbina mediante unos elementos de fijación correspondientes, y por otro lado no sólo obturan el disco de turbina contra entradas de gas caliente desde el exterior, sino que evitan también una salida de aire de refrigeración guiado hacia el interior del disco de turbina, que habitualmente se transmite a los álabes de turbina para refrigerar los mismos.

Las placas de obturación de este tipo con aletas de obturación integradas se producen habitualmente en fundición fina al vacío (por ejemplo en un procedimiento de fusión de cera). Con ello debe preverse cierta medida excedente, para poder compensar imperfecciones de medida debidas al proceso. A causa de la geometría - las placas de obturación presentan unas regiones anchas, muy finas, y en otros puntos acumulaciones de masa - no puede evitarse una contracción y cierta porosidad sobre todo en las regiones estrechas en la fundición fina al vacío. Sin

embargo, a causa del perfil de requisitos de las placas de obturación éstas son con frecuencia de aleaciones que, cerca del contorno final, no pueden producirse en un procedimiento distinto a la fundición fina al vacío descrita.

Por este motivo estas placas de obturación deben comprimirse después del vaciado, para eliminar porosidad, con frecuencia mediante un prensado isostático en caliente a temperaturas elevadas y presión elevada y, finalmente, llevarse al contorno acabado mediante unos procedimientos de tratamiento mecánicos complicados. Por un lado el proceso descrito con prensado isostático en caliente, post-tratamiento mecánico y la pérdida de material ligada a ello es con ello muy complicado y costoso, y por otro lado pueden presentarse también después del post-tratamiento asimismo unas distribuciones de masa no homogéneas, que posteriormente pueden limitar mucho la función de la placa de obturación en funcionamiento y significar pérdidas con relación al grado de eficacia de la turbina de gas. Aparte de esto, del documento GB 947,553 se conoce proteger los álabes de paleta de una turbina de gas mediante unos anillos de cubierta macizos contra un desplazamiento axial. Con ello a los anillos de cubierta están fijadas unas chapas de guiado colocadas oblicuamente con unas aberturas, que recogen el aire de refrigeración aportado en el espacio lateral de disco y, a través de unas aberturas dispuestas en los anillos de cubierta, lo deben guiar hasta los álabes de paleta. En el caso de esta configuración, sin embargo, se requieren a su vez unos anillos de cubierta fundidos.

La invención se ha impuesto por ello la tarea de indicar una placa de obturación y un sistema de álabes de paleta, que permita en cada caso, con un grado de eficacia lo mayor posible de una turbina de gas, una estructura al mismo tiempo simplificada.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención con una placa de obturación conforme a las particularidades de la reivindicación 1.

La invención se basa con ello en la idea de que podría conseguirse una posibilidad de producción sencilla de la placa de obturación si el procedimiento de fundición fina hasta ahora habitual, con un post-tratamiento mecánico a continuación, pudiese simplificarse o bien sustituirse por completo por otro procedimiento de producción. Con ello no se plantea otro procedimiento de fundición que la fundición fina al vacío descrita a causa de los materiales seleccionados... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Placa de obturación (4) para formar un anillo formado por placas de obturación (4) para el rotor de una turbina de gas, caracterizada porque la placa de obturación está formada por varias chapas (5) y comprende dos chapas (5) mutuamente opuestas manteniendo una separación, dispuestas en paralelo al plano de placa de obturación (49), formando un espacio intermedio para guiar aire de refrigeración.

2. Placa de obturación (4) según la reivindicación 1, en la que está dispuesta entre las chapas (5) una chapa Intermedia (52) con varias escotaduras (56).

3. Placa de obturación (4) según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en la que - según se mira en la posición de funcionamiento - la chapa respectiva (5) presenta un descanteado (54) en el lado vuelto hacia el centro del disco de turbina (6).

4. Placa de obturación (4) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la chapa respectiva (5) presenta varios taladros para aire de refrigeración (58).

5. Placa de obturación (4) según una de las reivindicaciones 1 a 4, la cual comprende una chapa (5) dirigida hacia fuera del plano de placa de obturación (49).

6. Placa de obturación (4) según una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que varias chapas (5) están soldadas y/o estañadas.

7. Placa de obturación (4) según una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que están dispuestos, en la región de una arista (62, 66) de la placa de obturación (4) respectiva prevista para aplicarse a una placa de obturación (4) adyacente, una ranura (64) y/o un muelle (68).

8. Sistema de álabes de paleta (1), en especial para una turbina de gas (11), con varios álabes de paleta (12) dispuestos anularmente sobre un disco de turbina (6), en donde sobre una superficie lateral (34) del disco de turbina (6) están dispuestas varias placas de obturación (4), caracterizado porque la placa de obturación (4) respectiva está configurada según una de las reivindicaciones anteriores.

9. Turbina de gas con un sistema de álabes de paleta (1) según la reivindicación 8.

1. Instalación de turbina de gas y vapor con una turbina de gas (11) según la reivindicación 9.