Dispositivo para presurizar con aire de refrigeración la pared interna de un componente,

que gira alrededor de un eje de rotación (2), de manera especial un álabe de rodete (1) en una máquina rotativa, del tipo que comprende un pie (3) del componente, que puede ser fijado de manera resistente a la torsión sobre una unidad de rotor, cuyo pie se prolonga en una pala (4) del componente, de una sola pieza, que se extiende en la dirección radial, en cuya pala se ha previsto, al menos, una zona (K1) del canal de refrigeración, que se extiende en la dirección radial a lo largo del eje de rotación (2), cuya zona desemboca en la zona del pie (3) del componente a través de un orificio (7), en un canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración, que atraviesa, al menos en parte, al pie (3) del componente a lo largo del eje de rotación (2), y estando prevista una placa de distribución (8) en la zona del canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración de tal manera, que la placa de distribución (8) establece una conexión estanca a los fluidos con un borde de abertura 871), que rodea al orificio (7) de la zona (K1) del canal de refrigeración, al menos durante la rotación del componente alrededor del eje de rotación (2) y estando previsto en la zona del orificio (7) de LA zona (K1), al menos única, del canal de refrigeración, al menos un orificio de paso (81), a través del cual llega el aire de refrigeración desde el canal (5) axial, para la alimentación del aire de refrigeración, hasta la zona (K1) radial del canal de refrigeración, caracterizado porque en el interior del canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración se han previsto, al menos, dos elementos de talón (6), que están distanciados entre sí en la dirección axial, cuyos elementos de talón están dispuestos en la dirección radial, respectivamente, frente aun borde de abertura (71) y abarcan con el mismo una ranura de inserción (11), que está prevista para la placa de distribución (8)

Dispositivo para la presurización de aire de refrigeración en un álabe de rodete.

Estado de la técnica

La invención se refiere a un dispositivo para la presurización de aire de refrigeración en un álabe de rodete, tal como se define en el preámbulo de la reivindicación 1. Un dispositivo de este tipo es conocido, por ejemplo, por la publicación EP-A-0 340 149. Las máquinas rotativas, por ejemplo las secciones de turbinas o las secciones de compresores de las instalaciones con turbinas de gas o con turbinas de vapor, presentan, por regla general, álabes de rodete directores fijos y giratorios alrededor de un eje de rotación, con objeto de llevar a cabo una expansión o una compresión específica de gases o de mezclas de gases, cuyos álabes de rodete están sometidos, en la mayoría de las ocasiones, a elevadas temperaturas de proceso y que, por consiguiente, tienen que soportar elevadas solicitaciones térmicas. Los álabes de rodete, que son giratorios alrededor del eje de rotación, están sometidos, así mismo, de manera especial a elevadas solicitaciones mecánicas, que son provocadas por las fuerzas centrífugas, además de estar sometidos a la solicitación térmica.

En la mayoría de los casos se toman medidas destinadas a mejorar el rendimiento de tales máquinas térmicas, por medio de las cuales quedan sometidos los componentes giratorios a solicitaciones térmicas y mecánicas, cada vez mayores, como consecuencia de que temperaturas de proceso son cada vez mayores y de que son acrecentadas las velocidades de rotación. Sin embargo, estos esfuerzos están sometidos a límites físicos de la solicitación como consecuencia de los materiales empleados, a partir de los cuales se fabrican, ante todo, los componentes giratorios de la instalación. Sin embargo, con objeto de poder llevar a cabo optimizaciones complementarias en lo que se refiere al rendimiento, se buscan vías para refrigerar de manera efectiva a los componentes de la instalación especialmente expuestos al calor e impulsados por la fuerza centrífuga. Con esta finalidad se conoce ya una serie de propuestas, con las cuales pueden ser presurizados los álabes de rodete con aire de refrigeración en las máquinas rotativas. De manera típica, un álabe de rodete, configurado de este modo, presenta un pie del álabe de rodete, que está estructurado en forma de dendrita con objeto de llevar a cabo su fijación por el lado del rotor, sobre cuyo pie se prolonga, en la dirección radial, la pala del álabe de rodete. Con objeto de llevar a cabo la refrigeración, el pie del álabe de rodete está atravesado, de manera preferente, por una pluralidad de canales de refrigeración, que están orientados en la dirección radial, cuyos canales de refrigeración se extienden en la pared interna, a través de toda la extensión de la pala del álabe de rodete, con objeto de llevar a cabo una refrigeración efectiva del álabe de rodete. Para la alimentación del aire de refrigeración sirven canales de alimentación de aire de refrigeración, que están previstos por el lado del rotor, a través de los cuales es alimentado el aire de refrigeración en los canales de refrigeración, que pasan radialmente a través del pie del álabe de rodete. Por consiguiente, un sistema de alimentación del aire de refrigeración de este tipo presupone un rotor, que presente una pluralidad de canales de aire de refrigeración, que estén orientados de manera radial, cuyos canales de refrigeración individuales tienen que estar dispuestos de manera exacta, por medio de un posicionamiento correspondiente de los álabes de rodete, individuales, en alineación con los canales de refrigeración radiales, que están previstos en el pie del álabe de rodete. Ya los desajustes mínimos entre el pie del álabe de rodete y la unidad de rotor pueden perjudicar de manera persistente una refrigeración eficaz del álabe de rodete, con lo cual se reduce considerablemente la duración de vida del álabe de rodete.

Como alternativa a la alimentación radial del aire de refrigeración de un álabe de rodete a través de un sistema de alimentación de aire de refrigeración, por el lado del rotor, se ha propuesto que la alimentación del aire de refrigeración sea llevada a cabo a través de un canal de alimentación del aire de refrigeración, que atraviesa en la dirección axial al pie del álabe de rodete. De este modo, se consigue que llegue una corriente de aire de refrigeración en el canal de alimentación del aire de refrigeración, que está orientado en la dirección axial, dentro del pie del álabe de rodete, desde el cual se ramifican canales de aire de refrigeración individuales, que se propagan en la dirección radial en el interior de la pala del álabe de rodete. Puesto que los álabes de rodete son fabricados, por regla general, con ocasión de un procedimiento de colada, se utiliza para la formación de tales cavidades huecas, que están situadas en el interior de una pieza colada, la denominada tecnología de colada con macho, que posibilita, de manera especial, la realización del canal para la alimentación del aire de refrigeración, que atraviesa en la dirección axial al pie del álabe de rodete, así como la realización de los canales de refrigeración individuales, que está situados en el interior de la pala del álabe de rodete, a la que atraviesan radialmente, al menos en parte,. Sin embargo, se ha observado que, para conseguir una distribución óptima de la corriente de alimentación del aire de refrigeración dentro del canal para la alimentación del aire de refrigeración, que está orientado axialmente, deben estar previstos distribuidores del flujo, cuyos distribuidores del flujo deben desviar dentro de la pala del álabe de rodete a la corriente de alimentación del aire de refrigeración, que está orientada axialmente, en los canales de refrigeración, que se extienden en la dirección radial. Sin embargo, los distribuidores del flujo, que deben estar previstos con esta finalidad, que condicionan tanto una modificación de la dirección así como, también, una distribución de la corriente de alimentación del aire de refrigeración, que está dirigida axialmente en el pie del álabe, están sometidos a tolerancias correspondientes a su forma estructural, que dependen de la forma en que hayan sido fabricados, debido a las cuales únicamente es posible una guía exacta y una distribución exacta del flujo del aire de refrigeración entre los canales de refrigeración individuales, que se extienden radialmente a lo largo de la pala del álabe de rodete, con una exactitud insatisfactoria.

En este punto la invención debe proporcionar un remedio de tal manera, que la invención tiene como tarea llevar a cabo, dentro de un álabe de rodete, la optimización de la distribución del aire de refrigeración entre los canales de refrigeración individuales, que están radialmente orientados. Así mismo, las medidas que deben ser tomadas con esta finalidad no deben provocar etapas de construcción o etapas de montaje, que requieren elevados esfuerzos económicos y deben disponer de propiedades robustas, que puedan soportar las elevadas exigencias en lo que se refiere a la solicitación térmica así como, también, a la solicitación mecánica dentro de tales componentes giratorios alrededor de un eje de rotación.

Exposición de la invención

La solución de la tarea, en la que está basada la invención, está dada en la reivindicación 1. Desarrollos ventajosos constituyen el objeto de las reivindicaciones dependientes, tales como los que pueden verse en la descripción con referencia a los ejemplos de realización.

Para llevar a cabo una exposición y una descripción sencillas de la idea inventiva, las otras realizaciones se refieren al caso de un álabe de rodete, que está montado a lo largo de una unidad de rotor de una instalación con turbinas de gas o con turbinas de vapor, y que puede implantarse en una sección de turbinas o en una sección de compresores. Evidentemente, no debe quedar limitada por esta referencia la idea inventiva general, que se refiere a componentes alternativos de la instalación, que estén sometidos a solicitaciones comparables.

La placa de distribución, que está fabricada, de manera preferente, a partir de un material plano, resistente a la temperatura, tiene previstos orificios de paso a lo largo de su extensión que corresponden, respectivamente, con las zonas del canal de refrigeración, que se extienden radialmente, respectivamente con diámetros de los orificios, a través de las cuales puede predeterminarse el caudal de aire de refrigeración, que llega hasta las zonas individuales del canal de refrigeración. Por consiguiente, es posible distribuir, con ayuda de la placa...

1. Dispositivo para presurizar con aire de refrigeración la pared interna de un componente, que gira alrededor de un eje de rotación (2), de manera especial un álabe de rodete (1) en una máquina rotativa, del tipo que comprende un pie (3) del componente, que puede ser fijado de manera resistente a la torsión sobre una unidad de rotor, cuyo pie se prolonga en una pala (4) del componente, de una sola pieza, que se extiende en la dirección radial, en cuya pala se ha previsto, al menos, una zona (K1) del canal de refrigeración, que se extiende en la dirección radial a lo largo del eje de rotación (2), cuya zona desemboca en la zona del pie (3) del componente a través de un orificio (7), en un canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración, que atraviesa, al menos en parte, al pie (3) del componente a lo largo del eje de rotación (2), y estando prevista una placa de distribución (8) en la zona del canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración de tal manera, que la placa de distribución (8) establece una conexión estanca a los fluidos con un borde de abertura 871), que rodea al orificio (7) de la zona (K1) del canal de refrigeración, al menos durante la rotación del componente alrededor del eje de rotación (2) y estando previsto en la zona del orificio (7) de LA zona (K1), al menos única, del canal de refrigeración, al menos un orificio de paso (81), a través del cual llega el aire de refrigeración desde el canal (5) axial, para la alimentación del aire de refrigeración, hasta la zona (K1) radial del canal de refrigeración, caracterizado porque en el interior del canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración se han previsto, al menos, dos elementos de talón (6), que están distanciados entre sí en la dirección axial, cuyos elementos de talón están dispuestos en la dirección radial, respectivamente, frente aun borde de abertura (71) y abarcan con el mismo una ranura de inserción (11), que está prevista para la placa de distribución (8).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el componente puede ser fabricado por vía de un procedimiento de colada, en el que pueden ser manufacturados, por medio de la tecnología de colada con macho, el canal (5) de alimentación del aire de refrigeración, que atraviesa axialmente al pie (3) del componente, así como la zona (K1), al menos única, del canal de refrigeración, que está orientada radialmente en la pala (4) del componente.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el borde de abertura (71), que rodea al orificio (7), es una zona superficial, que rodea al orificio (7), que presenta un plano superficial, que coincide con el plano de abertura.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque están previstas, al menos, dos regiones (K1, K2) del canal de refrigeración, cuyos bordes de abertura (71) yacen en un plano superficial común, con el que la placa de distribución (8) establece una conexión estanca a los fluidos, al menos durante la rotación del componente alrededor del eje de rotación (2).

5. Dispositivo según la reivindicación 3 o 4, caracterizado porque el plano de abertura del orificio (7) está orientado perpendicularmente con respecto a la dirección radial, que está predeterminada por la rotación alrededor del eje de rotación (2).

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque de canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración atraviesa por completo en la dirección axial al pie (3) del componente, y porque la placa de distribución (8) puede ser insertada por completo, al menos por uno de los lados, en el canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque la placa de distribución (8) presenta, en el estado insertado en el canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración, al menos, una región extrema (82, 83) acodada.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la placa de distribución (8) está constituida por un material metálico, plano.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la placa de distribución (8) yace de manera desprendida sobre los elementos de talón (6) y se verifica una conexión estanca a los fluidos entre la placa de distribución (8) y el borde de abertura (7) por medio de una conexión realizada mediante una unión por fricción, que se establece por medio de las fuerzas centrífugas, provocadas por la rotación, que actúan sobre la placa de distribución (8).

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque el material y el espesor del material de la placa de distribución (8) se eligen de tal manera, que la placa de distribución (8) se amolda en su contorno superficial, de manera localmente limitada, al menos en la zona del borde de abertura (71).

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la placa de distribución (8) está fabricada con un material plano o redondo.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la placa de distribución (8) está ensamblada de manera fija dentro del canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración, de una manera al menos localmente limitada.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la placa de distribución (8) presenta debilitamientos del material, localmente limitados.

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque los debilitamientos del material están configurados en forma de muescas (14) mecánicas o de grietas o por medio de la modificación de la microestructura de la placa de distribución (8).

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 bis 14, caracterizado porque el canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración está obturado de forma estanca a los fluidos, al menos por uno de los lados, con una placa de obturación (12).

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque la placa de obturación (12) se estaña o se suelda con el pie (3) del componente una vez verificada la inserción de la placa de distribución (8) en el canal (5) para la alimentación del aire de refrigeración.

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque el componente es un álabe de rodete de una sección de compresores o de turbinas de una planta de turbinas vapor o de gas.