ANILLO DE ESTANQUEIDAD PARA UNA TURBOMAQUINA.

- Turbomáquina con un rotor (9) y un anillo de estanqueidad (19) para obturar el rotor (9),

en donde el anillo de estanqueidad está ejecutado como un cojinete magnético (19) para obturar el rotor (9), que puede activarse de tal modo que mediante el cojinete magnético (19) pueden aplicarse al rotor (9) fuerzas activamente, caracterizada porque la turbomáquina presenta al menos un émbolo de compensación (18) con la anillo de estanqueidad (19)

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07012721.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: GAUSMANN,RAINER, SCHMIDT,MARCUS, HUTTEN,VOLKER.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 28 de Junio de 2007.

Fecha Concesión Europea: 28 de Julio de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F04D17/12 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F04 MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO; BOMBAS PARA LIQUIDOS O PARA FLUIDOS COMPRESIBLES.F04D BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO (bombas de inyección de combustible para motores F02M; bombas iónicas H01J 41/12; bombas electrodinámicas H02K 44/02). › F04D 17/00 Bombas de flujo radial especialmente adaptadas para fluídos compresibles, p. ej. bombas centrífugas; Bombas helicocentrífugas especialmente adaptadas para fluídos compresibles (F04D 21/00 tiene prioridad). › Bombas de etapas múltiples.
  • F04D29/058 F04D […] › F04D 29/00 Partes constitutivas, detalles o accesorios (elementos de máquinas en general F16). › magnéticos; electromagnéticos.
  • F04D29/10C

Clasificación PCT:

  • F04D17/12 F04D 17/00 […] › Bombas de etapas múltiples.
  • F04D29/058 F04D 29/00 […] › magnéticos; electromagnéticos.
  • F04D29/10 F04D 29/00 […] › Juntas de estanqueidad para ejes.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

ANILLO DE ESTANQUEIDAD PARA UNA TURBOMAQUINA.

Fragmento de la descripción:

La invención se refiere a una turbomáquina con un rotor y un anillo de estanqueidad para obturar el rotor, en donde el anillo de estanqueidad está ejecutado como un cojinete magnético para obturar el rotor, que puede activarse de tal modo que mediante el cojinete magnético pueden aplicarse al rotor fuerzas activamente.

Una turbomáquina sirve para la modificación continua del estado termodinámico de una corriente de fluido, como por ejemplo una compresión o una expansión de una corriente gaseosa. A la turbomáquina se alimenta la corriente gaseosa, cuyo estado termodinámico en el interior de la turbomáquina se modifica de forma correspondiente mediante un proceso mecánico de circulación.

En principio la turbomáquina presenta un rotor, que está circundado por una carcasa y que puede girar con relación a la carcasa. Entre el lado exterior del rotor y el lado interior de la carcasa está prevista una rendija, con lo que se impide que el rotor durante su giro roce con la carcasa. El rotor se apoya generalmente en al menos un cojinete, que se apoya en la carcasa o en un soporte aparte y está asentado en un entorno atmosférico.

En el interior de la carcasa se presentan normalmente estados termodinámicos, que son diferentes al entorno atmosférico. Por ello la rendija está obturada en una región entre el cojinete y el interior de la carcasa, de tal modo que el interior de la carcasa está aislado tanto como de forma estanca a los gases respecto al entorno atmosférico, y un intercambio gaseoso entre el interior de la carcasa y el entorno atmosférico puede tener lugar tanto como nada. Si la turbomáquina presenta por ejemplo varias etapas, en las que el estado termodinámico de la corriente gaseosa se modifica, la rendija en la rendija entre las etapas está obturada de forma correspondiente, de tal modo que se impide un intercambio gaseoso entre las etapas.

Habitualmente se materializa la obturación del rotor con un anillo de estanqueidad. El anillo de estanqueidad está construido de tal modo que, por un lado es posible el movimiento relativo entre el rotor y la carcasa y, por otro lado, es reducida una fuga de gas a través del anillo de estanqueidad.

Habitualmente se ejecuta el anillo de estanqueidad por ejemplo como una junta laberíntica que presenta picos laberínticos. La junta laberíntica tiene sin embargo el inconveniente de que en la misma pueden producirse fuerzas tangenciales desestabilizadoras. Otro inconveniente de la junta laberíntica es que los picos laberínticos se adicionan fácilmente en el caso de ensuciarse el gas, con lo que se limita el modo de acción de la junta laberíntica. Además de esto los picos laberínticos son sensibles al desgaste mecánico, en especial en el caso de funcionamiento descentrado del rotor.

El comportamiento oscilatorio del rotor, es decir el dislocamiento radial y/o el combado del rotor durante el funcionamiento de la turbomáquina está determinado fundamentalmente por la característica rotor-dinámica del rotor. La característica rotor-dinámica del rotor está caracterizada por determinados modos de oscilación, que están determinados por la geometría del rotor, las características sustantivas del material de rotor, la rigidez y la amortiguación del pivotamiento del rotor y los estados termodinámicos en el interior de la carcasa. Una característica rotor-dinámica bondadosa destaca porque en todas las posibles condiciones de funcionamiento de la turbomáquina el rotor sólo experimenta pequeños movimientos radiales y/o sólo un reducido combado.

El comportamiento oscilatorio del rotor puede verse influenciado también a causa de estados de inestabilidad en el pivotamiento del rotor y/o en el anillo de estanqueidad.

Para mejorar la característica rotor-dinámica del rotor se conoce el uso de un anillo de estanqueidad con una característica de amortiguación pasiva, por ejemplo de un damper-seal (honeycomb y/o hole pattern seal). El damper-seal tiene la ventaja de que actúa amortiguando ante un movimiento radial del rotor, de tal modo que por medio de esto está limitada la amplitud máxima radial del rotor.

El inconveniente del damper-seal es que su acción amortiguadora está fijada por causas constructivas. Por medio de esto es imposible adaptar la acción amortiguadora del damper-seal a una condición de funcionamiento respectiva de la turbomáquina, con lo que la acción amortiguadora del damper-seal no es efectiva, Aparte de esto el damper-seal es sensible a la suciedad en el gas, de tal modo que se atasca fácilmente. Un damper-seal atascado puede tener incluso un efecto negativo en la característica rotor-dinámica del rotor. Por medio de esto el damper-seal debe mantenerse limpio constantemente, con lo que el gasto de mantenimiento del damper-seal es elevado. De este modo está limitada la disponibilidad de la turbomáquina.

De la publicación para información de solicitud de patente alemana DE 41 05 258 A1, que se considera el estado de la técnica más próximo, y del documento DE 25 15 315 A1 se conoce en cada caso la combinación de un anillo de estanqueidad del modo constructivo laberíntico con un cojinete de obturación magnético. La patente alemana DE 37 29 486 C1 hace patente una disposición en gran medida sin junta de un compresor y de un motor eléctrico en una carcasa común, en donde un rotor común está montado magnéticamente. Estas ejecuciones conocidas no hacen posible ninguna influencia significativa en el combado del rotor y en el movimiento oscilatorio, en especial con relación a oscilaciones de flexión.

La tarea de la invención consiste en crear un anillo de estanqueidad para una turbomáquina, en donde el anillo de estanqueidad de la turbomáquina confiera una elevada disponibilidad, y crear una turbomáquina con una elevada disponibilidad.

El anillo de estanqueidad conforme a la invención para una turbomáquina con un rotor está ejecutado como un cojinete magnético para obturar el rotor, que puede activarse de tal modo que mediante el cojinete magnético puede aplicarse al rotor fuerzas activamente.

El cojinete magnético presenta un estator de cojinete magnético, que está montado sobre la carcasa de la turbomáquina, y un rotor de cojinete magnético que está instalado sobre el rotor. Si gira el rotor durante el funcionamiento de la turbomáquina, tiene lugar un movimiento relativo entre el rotor de de cojinete magnético y el estator de cojinete magnético. Entre el rotor de cojinete magnético y el estator de cojinete magnético está prevista una rendija, de tal modo que el rotor de cojinete magnético no roza con el estator de cojinete magnético y no daña éste mecánicamente. La rendija es comparable en sus dimensiones geométricas, en especial su anchura y su altura, a la rendija de por ejemplo un honeycomb o un hole pattern seal. Por medio de esto la tasa de fugas del cojinete magnético es de un orden de magnitud similar al del honeycomb o al del hole pattern seal, con lo que el cojinete magnético tiene una acción obturadora habitual.

Aparte de esto, el cojinete magnético pueda activarse conforme a la invención para obturar el rotor de tal modo, que mediante el cojinete magnético pueden aplicarse al rotor fuerzas activamente.

Estas fuerzas pueden ser fuerzas tangenciales y/o fuerzas radiales. Con las fuerzas aplicadas activamente puede manipularse de forma controlada el comportamiento rotor-dinámico del rotor. Por ejemplo la activación del cojinete magnético puede ajustarse individualmente a un estado de funcionamiento determinado de la turbomáquina. De este modo puede ajustarse las fuerzas aplicadas activamente, por ejemplo en dependencia de la densidad del fluido que circula por la turbomáquina, del número de revoluciones del rotor y/o de un comportamiento del cojinete magnético dependiente de la frecuencia y/o de otro anillo de estanqueidad para cualquier punto de funcionamiento de la turbomáquina.

Aparte de esto, mediante una activación correspondiente del cojinete magnético puede reaccionarse ante un acontecimiento imprevisto, como por ejemplo un estado de inestabilidad en un cojinete, como por ejemplo oil-whip u oil-whirl en un cojinete de deslizamiento o un cojinete de deslizamiento hidrodinámico, por ejemplo un cojinete de deslizamiento de segmento basculante radial, con el que está montado el rotor.

Mediante el cojinete magnético activado puede aplicarse casi cualquier fuerza activamente al rotor, de tal modo que puede dominarse tanto como cualquier estado rotor-dinámico todavía tan desfavorable del rotor.

 


Reivindicaciones:

1. Turbomáquina con un rotor (9) y un anillo de estanqueidad (19) para obturar el rotor (9), en donde el anillo de estanqueidad está ejecutado como un cojinete magnético (19) para obturar el rotor (9), que puede activarse de tal modo que mediante el cojinete magnético (19) pueden aplicarse al rotor (9) fuerzas activamente, caracterizada porque la turbomáquina presenta al menos un émbolo de compensación (18) con la anillo de estanqueidad (19).

2. Turbomáquina conforme a la reivindicación 1, en donde el cojinete magnético (19) presenta un rotor de cojinete magnético y un estator de cojinete magnético, en donde el rotor de cojinete magnético y/o el estator de cojinete magnético están ejecutados laberínticamente o como junta de hole pattern, a modo de honeycomb o como rendija plana, de tal modo que se aumenta la acción obturadora del cojinete magnético (19).

3. Turbomáquina conforme a la reivindicación 1, en donde el anillo de estanqueidad (19) está asentado en un punto del rotor (9), en el que mediante el anillo de estanqueidad (19) puede manipularse la característica rotor-dinámica del rotor (9).

4. Turbomáquina conforme a la reivindicación 3, en donde mediante el anillo de estanqueidad (19) pueden amortiguarse el modo de cuerpo rígido y/o la forma de flexión del rotor.

5. Turbomáquina conforme a una de las reivindicaciones 2 a 4, en donde el anillo de estanqueidad (19) se utiliza para obturar la turbomáquina (1) respecto a la atmósfera, en especial respecto a una sobrepresión.

6. Turbomáquina conforme a una de las reivindicaciones 2 a 5, en donde la turbomáquina (1) presenta al menos una rueda motriz, cuyos niveles de presión están obturados mutuamente por el anillo de estanqueidad (19).

7. Turbomáquina conforme a una de las reivindicaciones 2 a 6, en donde la turbomáquina es un turbocompresor (1).

8. Turbomáquina conforme a la reivindicación 7, en donde el turbocompresor es un compresor monoaxial (1).

9. Turbomáquina conforme a la reivindicación 8, en donde el turbocompresor es un compresor radial (1) o un compresor axial.

10. Turbomáquina conforme a una de las reivindicaciones 2 a 7, en donde la turbomáquina es una turbina de gas o una turbina de vapor.

Sigue una hoja de dibujos.


 

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