CIRCUITO DE REFRIGERACION DE TURBINA.
Un circuito (32) de refrigeración de turbina, que comprende:
un compresor (12) para presurizar aire (14);
una cámara de combustión (16) dispuesta en comunicación de flujo con el citado compresor para mezclar el combustible (22) con el citado aire para generar gases de combustión (24);
un disco (30) de turbina dispuesto aguas abajo de la citada cámara de combustión y unido al citado compresor, e incluye una fila de álabes huecos (28) de turbina que se extiende desde un reborde (30) del mismo;
un manguito de flujo (34) con un extremo trasero (36) que se une al citado reborde del disco, un primer rotor de obturación (38) separado hacia delante del citado extremo trasero, y una fila de orificios de admisión (40) dispuestos delante del citado primer rotor de obturación, y estando separado el citado manguito del citado disco para definir un trayecto de flujo anular (44) que se extiende entre los citados orificios de admisión y el citado reborde del disco, para canalizar el citado aire del compresor a los citados álabes;
un inductor (46) que tiene una admisión (48) dispuesta en comunicación de flujo con el citado compresor, y una salida (50) dispuesta radialmente hacia fuera de los citados orificios de admisión del manguito en comunicación de flujo con el mismo, y
un primer estator de obturación (52) unido en obturación al citado inductor y rodeando el citado primer rotor de obturación para definir una primera junta rotativa del mismo dispuesta radialmente hacia el interior de la citada salida del inductor,
que se caracteriza porque:
los orificios de admisión (40) del manguito de flujo (34) están separados circunferencialmente por los ligamentos axiales correspondientes (58), que son más estrechos circunferencialmente que los orificios de admisión (40)
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E02251930.
Solicitante: GENERAL ELECTRIC COMPANY.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 1 RIVER ROAD,SCHENECTADY, NY 12345.
Inventor/es: WALLACE,THOMAS TRACY, SHELTON,MONTY LEE, GLYNN,CHRISTOPHER CHARLES, DICKMAN,RONALD ARTHUR.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 19 de Marzo de 2002.
Fecha Concesión Europea: 7 de Julio de 2010.
Clasificación PCT:
- F01D5/08 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR. › F01D MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO, p. ej., TURBINAS DE VAPOR (motores de combustión F02; máquinas o motores de líquidos F03, F04; bombas de desplazamiento no positivo F04D). › F01D 5/00 Alabes; Organos de soporte de álabes (alojamiento de los inyectores F01D 9/02 ); Calentamiento, aislamiento térmico, refrigeración, o dispositivos antivibración en los álabes o en los órganos soporte. › Dispositivos de calefacción, de aislamiento térmico o de refrigeración.
- F02C7/12 F […] › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION. › F02C PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE PARA PLANTAS DE PROPULSION A REACCION; CONTROL DE LA ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE EN PLANTAS DE PROPULSION A REACCION QUE CONSUMEN AIRE (estructura de turbinas F01D; plantas de propulsión a reacción F02K; estructura de compresores o ventiladores F04; aparatos de combustión en los que la combustión tiene lugar en un lecho fluidizado de combustible u otras partículas F23C 10/00; elaboración de productos de combustión a alta presión o gran velocidad F23R; utilización de turbinas de gas en plantas de refrigeración por compresión F25B 11/00; utilización de turbinas de gas en vehículos, véanse las clases apropiadas relativas a vehículos). › F02C 7/00 Características, partes constitutivas, detalles o accesorios, no cubiertos por, o con un interés distinto que, los grupos F02C 1/00 - F02C 6/00; Tomas de aire para plantas motrices de propulsión a reacción (control F02C 9/00). › Refrigeración de plantas motrices (de partes constitutivas en sí, ver las clases correspondientes, p. ej. F01D; refrigeración de motores en general F01P).
Clasificación antigua:
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.
Fragmento de la descripción:
Circuito de refrigeración de turbina.
La presente invención se refiere a circuitos de refrigeración de turbina y, más específicamente, a la refrigeración de los álabes de las turbinas.
En un motor de turbina de gas, el aire es presurizado en un compresor y se mezcla con el combustible en una cámara de combustión para la generación de gases calientes de combustión que fluyen aguas abajo a una turbina que extrae la energía de los mismos. En primer lugar, una turbina de alta presión (HPT) recibe los gases de combustión más calientes para extraer energía de los mismos para energizar el compresor. Y a continuación, una turbina de baja presión (LPT) sigue a la HPT para extraer energía adicional de los gases de combustión para proporcionar potencia de salida, que se puede utilizar para accionar un ventilador dispuesto aguas arriba del compresor en un motor turborreactor para energizar una aeronave en vuelo.
La HPT incluye una fila de álabes huecos de turbina que se extienden radialmente hacia afuera desde el reborde de un disco de turbina de soporte, teniendo cada álabe un circuito interno de refrigeración adecuado en el mismo, en el cual el aire del compresor se canaliza para refrigerar el álabe que está siendo calentado por los gases de combustión calientes durante el funcionamiento. El álabe requiere refrigeración adecuada para mantener la integridad estructural del mismo y asegurar una vida útil adecuada durante el funcionamiento.
Sin embargo, el aire utilizado para la refrigeración de los álabes de la turbina se extrae del compresor y por lo tanto no es utilizado en el proceso de combustión, y en consecuencia disminuye la eficiencia general del motor de turbina de gas. Como consecuencia, se desea reducir la cantidad de aire de refrigeración para mantener la eficiencia del motor, pero deberá haber suficiente flujo de aire para la refrigeración adecuada de los álabes.
La cantidad de aire de refrigeración requerida es conocida como flujo de aire cargable y es un objetivo primario del diseño que el mismo debe ser minimizado. Sin embargo, el flujo cargable está controlado por pérdidas de presión, fugas de aire, y la temperatura relativa se incrementa cuando el aire presurizado es canalizado desde el compresor a la turbina.
El sistema o circuito de suministro de aire de refrigeración a la turbina resultante incluye componentes estacionarios o de estator desde el extremo de descarga del compresor axialmente lo largo de la cámara de combustión, que deben cooperar con el disco rotativo de turbina para canalizar el aire de refrigeración hacia allí. Los álabes de turbina individuales tienen admisiones de aire inferiores que se extiende a través de colas de milano de los mismos, estando retenidas las colas de milano en ranuras de cola de milano correspondientes en el reborde del disco de turbina.
Un sistema de suministro de aire de refrigeración típico incluye un inductor estacionario para prearremolinar el aire del compresor en el sentido de rotación del disco de turbina para minimizar la pérdidas de presión entre ellos. Los álabes rotativos del impulsor se encuentran situados a menudo cerca del disco de turbina para bombear el flujo de aire a través de un trayecto de flujo dedicado que termina en el reborde del disco. Y se utilizan juntas laberínticas entre el inductor estacionario y el disco rotativo para reducir las fugas no deseadas de aire de refrigeración en su trayecto de flujo al reborde del disco.
Un dilema particular en el diseño del circuito de refrigeración de la turbina es que se desean inductores con gran diámetro de salida para reducir la temperatura relativa del aire, sin embargo, las juntas de gran diámetro correspondientes requieren grandes separaciones de obturación y experimentan una mayor pérdida de aire de refrigeración que se añade al flujo cargable. Y puesto que los dientes de la junta laberíntica giran durante el funcionamiento, el gran diámetro de la misma en una aplicación típica de motores de turbina de gas es mayor que el diámetro de aro libre para el cual serían de otra manera autosoportantes bajo su propia carga centrífuga.
Como consecuencia, los dientes de obturación de gran diámetro deben ser soportados sobre un disco de soporte integral para soportar las cargas centrífugas que se generan durante el funcionamiento, lo cual aumenta la complejidad y el peso del sistema de refrigeración.
Además, el aire del inductor estacionario debe ser transferido a las aberturas correspondientes que giran con el disco de turbina durante el funcionamiento. Estos orificios rotativos son pequeños preferiblemente, tienen relaciones de aspecto unitarias, y una gran separación de paso de aproximadamente dos diámetros para minimizar la tensión en un miembro de aro radial en el que se encuentran, al mismo tiempo que mantienen una resistencia aceptable en el funcionamiento rotativo. Sin embargo, las aberturas de transferencia pequeñas introducen pérdidas de presión correspondientes y reducen la transferencia de remolinos deseada al disco rotativo.
El documento EP 0 188 910 desvela un sistema de refrigeración de álabes de turbinas que comprende un manguito de flujo que tiene conjuntos de dientes de obturación primero y segundo dispuestos sobre el mismo para aplicarse en obturación a miembros de obturación opuestos de un turbulenciador de gas. Entre los miembros de obturación primero y segundo, el turbulenciador tiene orificios de gas de refrigeración que están alineados con los orificios correspondientes en el manguito de flujo.
Los documentos US 5.996.331 y WO 00/71854 se refieren también a sistemas de refrigeración de turbina que tienen orificios de refrigeración dispuestos entre los miembros de obturación primero y segundo.
Como consecuencia, se desea proporcionar un circuito de suministro de aire de refrigeración de turbina que tiene un flujo cargable reducido mientras que mantiene una durabilidad adecuada.
La presente invención proporciona un circuito de refrigeración de turbina que comprende: un compresor para presurizar el aire; una cámara de combustión dispuesta en comunicación de flujo con el citado compresor para mezclar el combustible con el citado aire para generar gases de combustión; un disco de turbina dispuesto aguas abajo de la citada cámara de combustión y unido al citado compresor, y que incluye una fila de álabes huecos de turbina que se extienden desde un reborde del mismo; un manguito de flujo que tiene un extremo trasero adyacente al citado reborde del disco, un primer rotor de obturación separado hacia delante del citado extremo trasero, y una fila de orificios de admisión dispuestos delante del citado primer rotor de obturación, y el citado manguito se encuentra separado del citado disco para definir de esta manera un trayecto de flujo anular que se extiende entre los citados orificios de admisión y el citado reborde del disco para canalizar el citado aire del compresor a los citados álabes; un inductor que tiene una admisión dispuesta en comunicación de flujo con el citado compresor, y una salida dispuesta radialmente hacia fuera de los citados orificios de admisión del manguito, en comunicación de flujo con el mismo, y un primer estator de obturación unido en obturación al citado inductor y que rodea al citado primer rotor de obturación para definir una primera junta rotativa en el mismo, dispuesta radialmente hacia el interior de la citada salida del inductor, que se caracteriza porque: los orificios de admisión del manguito de flujo están separados circunferencialmente por unos ligamentos longitudinales correspondientes, que son más estrechos circularmente que los orificios de admi- sión.
La invención se describirá con más detalle a continuación, a título de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los que:
La figura 1 es una vista seccionada axial, esquemática, de una porción de un motor ejemplar de turbina de gas de un turborreactor, que incluye un compresor, una cámara de combustión, y una turbina de alta presión cooperante que es refrigerada de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención, y la Figura 5 es una realización alternativa que utiliza juntas de escobillas.
La figura 2 es una vista radial en sección parcial de una porción del circuito de refrigeración de aire de la turbina que se ilustra en la Figura 1 y por la línea 2 - 2.
La figura 3 es una vista isométrica de una porción del manguito de flujo que se ilustra en las figuras 1 y 2, de acuerdo con una realización ejemplar.
La figura 4 es una vista seccionada...
Reivindicaciones:
1. Un circuito (32) de refrigeración de turbina, que comprende:
un compresor (12) para presurizar aire (14);
una cámara de combustión (16) dispuesta en comunicación de flujo con el citado compresor para mezclar el combustible (22) con el citado aire para generar gases de combustión (24);
un disco (30) de turbina dispuesto aguas abajo de la citada cámara de combustión y unido al citado compresor, e incluye una fila de álabes huecos (28) de turbina que se extiende desde un reborde (30) del mismo;
un manguito de flujo (34) con un extremo trasero (36) que se une al citado reborde del disco, un primer rotor de obturación (38) separado hacia delante del citado extremo trasero, y una fila de orificios de admisión (40) dispuestos delante del citado primer rotor de obturación, y estando separado el citado manguito del citado disco para definir un trayecto de flujo anular (44) que se extiende entre los citados orificios de admisión y el citado reborde del disco, para canalizar el citado aire del compresor a los citados álabes;
un inductor (46) que tiene una admisión (48) dispuesta en comunicación de flujo con el citado compresor, y una salida (50) dispuesta radialmente hacia fuera de los citados orificios de admisión del manguito en comunicación de flujo con el mismo, y
un primer estator de obturación (52) unido en obturación al citado inductor y rodeando el citado primer rotor de obturación para definir una primera junta rotativa del mismo dispuesta radialmente hacia el interior de la citada salida del inductor,
que se caracteriza porque:
los orificios de admisión (40) del manguito de flujo (34) están separados circunferencialmente por los ligamentos axiales correspondientes (58), que son más estrechos circunferencialmente que los orificios de admisión (40).
2. Un circuito de acuerdo con la reivindicación 1, en el que:
el citado manguito (34) comprende además un segundo rotor de obturación (42) en un extremo delantero del mismo, adyacente a los citados orificios de admisión (40), y
un segundo estator de obturación (54) que está unido en obturación al citado inductor (46) y que rodea al citado segundo rotor de obturación para definir una segunda junta rotativa del mismo.
3. Un circuito de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque la citada salida (50) del inductor se dispone con un radio mayor que ambas citadas juntas rotativas primera y segunda.
4. Un circuito de acuerdo con las reivindicaciones 2 ó 3, que se caracteriza porque el citado manguito (34) se extiende axialmente entre los citados rotores de obturación primero y segundo (38, 42), y los citados orificios de admisión (40) del manguito se extienden radialmente a su través en alineación con la citada salida (50) del inductor para recibir el citado aire del compresor radialmente desde allí.
5. Un circuito de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el citado manguito (34) es cilíndrico en los citados rotores de obturación primero y segundo (38, 42) sin discos de sopor- te.
6. Un circuito de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además:
un eje (60) de rotor unido fijamente al citado disco (30) de turbina y al compresor (12) para transferir potencia desde el citado disco para hacer rotar al citado compresor;
el citado manguito (34) se mantiene retenido fijamente en un extremo delantero del mismo al citado eje (60).
7. Un circuito de acuerdo con la reivindicación 6, que se caracteriza porque el manguito (34) es generalmente cilíndrico axialmente entre los citados rotores de obturación primero y segundo (38, 42) y realiza una transición radialmente hacia fuera desde el citado primer rotor de obturación al citado extremo trasero (36).
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