SEGMENTO DE ALABE GUIA DE UNA TURBOMAQUINA TERMICA, PROCEDIMIENTO DE PRODUCCION CORRESPONDIENTE ASI COMO TURBOMAQUINA TERMICA.

Segmento de álabe guía (2) para una turbomáquina térmica, con al menos una hoja de álabe (6) perfilada dispuesta sobre una plataforma (8),

en donde en el lado de la plataforma (8) fundamentalmente plano, alejado de la hoja de álabe (6), están dispuestos varios elementos de fijación (14) para fijar el segmento de álabe guía (2) a un soporte de álabe guía asociado, en donde al menos uno de los elementos de fijación (14) es una pieza constructiva producida aparte, unida fijamente al lado de la plataforma (8) alejado de la hoja de álabe (6), caracterizado porque el respectivo elemento de fijación (14) comprende un gancho de fijación (18) que sobresale de la plataforma (8) y un elemento de unión embutido con una superficie de apoyo (22) en la plataforma (8)

Segmento de álabe guía de una turbomáquina térmica, procedimiento de producción correspondiente así como turbomáquina térmica.

La invención se refiere a un segmento de álabe guía de una turbomáquina térmica, en especial de una turbina de gas, con al meno una hoja de álabe perfilada dispuesta sobre una plataforma, en donde en el lado de la plataforma fundamentalmente plano, alejado de la hoja de álabe, están dispuestos varios elementos de fijación para fijar el segmento de álabe guía a un soporte de álabe guía asociado.

Las turbinas de gas se usan en muchos campos para el accionamiento de generadores o de máquinas de trabajo. Con ello se utiliza 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 desde un compresor de aire se alimenta aire comprimido. El medio de trabajo generado en la cámara de combustión mediante la combustión del combustible, que está sometido a alta presión y a alta temperatura, se guía a través de una unidad de turbina postconectada a la cámara de combustión, en donde se expande produciendo energía.

Para generar el movimiento de rotación del árbol de turbina están dispuestos varios álabes de paleta reunidos normalmente en grupos de álabes o filas de álabes, que accionan el árbol de turbina a través de una transmisión de impulsos procedente del medio de flujo. Para guiar el medio de flujo en la unidad de turbina están dispuestas normalmente además filas de álabes guía, unidas a la carcasa de turbina entre filas de álabes de paleta adyacentes. Los álabes de turbina, en especial los álabes guía, presentan normalmente para el guiado adecuado del medio de trabajo una hoja de álabe perfilada, que se extiende a lo largo de un eje de álabe, sobre la que está conformada en los extremos, para fijar el álabe de turbina al cuerpo soporte respectivo, una plataforma que se extiende transversalmente al eje de álabe. El lado superior de la plataforma vuelto hacia la hoja de álabe forma una superficie limitadora exterior para el canal de flujo de la turbina de gas, que guía el gas caliente.

Para un montaje y una fijación sencillo(a) y seguro(a) sobre un soporte de álabe guía unido a la carcasa de turbina, la plataforma del respectivo álabe guía presenta, normalmente en su lado inferior alejado de la hoja de álabe o lado trasero, varios elementos de fijación de tipo gancho. Una fijación de gancho del mismo tipo de un anillo de guiado, que cubre el espacio intermedio axial de dos álabes de paleta de grados de turbina adyacentes, se conoce por ejemplo del documento EP 1 505 259 A1, que se considera el siguiente estado de la técnica. Para el montaje se introduce el álabe guía con sus elementos de fijación o ganchos de fijación en ranuras de alojamiento correspondientes de un soporte de álabe guía, se orienta y a continuación se fija de modo apropiado, por ejemplo con ayuda de chapas de retacado. En el caso del anillo de guiado antes citado está previsto conforme al documento EP 1 505 259 A1 otro fijador adicional, mediante el cual puede arriostrarse ulteriormente el gancho del anillo de guiado en el soporte de álabe guía.

Además de esto se conoce del documento US 2,942,844 la fijación de un álabe guía del primer grado de turbina. El álabe guía comprende una plataforma interior, sobre la que se ha soldado una brida que se extiende transversalmente a la misma. Para fijar el álabe guía la brida dotada de un taladro está fijada, mediante un tornillo que se extiende a través del taladro, en arrastre de fuerza a una estructura soporte.

Para reducir la complejidad de producción o montaje pueden estar también dispuestas varias hojas de álabe guía de una fila de álabes guía adyacentes unas a otras, en la dirección periférica de la turbina de gas, sobre una plataforma común, de tal modo que la unidad de álabe completa, llamada a partir de ahora segmento de álabe guía, puede introducirse con ayuda de los ganchos de fijación en el lado de la plataforma, axialmente o en dirección periférica, en el soporte de álabe guía correspondiente. Para simplificar la nomenclatura se mantendrá el término "segmento de álabe guía" a partir de ahora, en especial también en las reivindicaciones, siempre también en el caso de un único álabe guía con solamente una hoja de álabe, siempre que esto no se descarte expresamente.

Normalmente el álabe guía o el segmento de álabe guía completo se produce en el marco de un procedimiento de fundición, de tal modo que la plataforma y los elementos de fijación en el lado de la plataforma son componentes integrales, también fundidos, del álabe guía o del segmento de álabe. Para esto en un primer paso se fabrica un llamado modelo de cera del álabe o del segmento de álabe que, a continuación, mediante una inmersión repetida en una masa cerámica es dotado de un recubrimiento cerámico. En cuanto éste presenta un grosor suficiente se quema por completo el modelo de cera dotado el recubrimiento cerámico, en donde la cerámica se solidifica y se extrae la cera licuada o vaporizada. El molde de fundición negativo de cerámica obtenido de este modo se rejunta finalmente con el material de álabe metálico. Después de la solidificación de la colada y de la extracción del molde de fundición exterior de tipo envoltura se extraen dado el caso los elementos nucleares cerámicos que todavía restan en el cuerpo de álabe, que se habían introducido previamente para configurar cavidades o canales de refrigeración integrados en el cuerpo de álabe, mediante lixiviación con sosa cáustica, etc.

Los elementos de fijación que sobresalen a modo de gancho de la plataforma causan dificultades, en el marco del proceso de fabricación, desde varios puntos de vista. Ya la producción del modelo de cera es relativamente complicada, debido a que para configurar los ganchos de fijación se necesitan unas herramientas de encerado relativamente complejas con un gran número de llamados elementos de enmascaramiento o empujadores. También desde el punto de vista de la técnica de fundición los ganchos de fijación representan zonas problemáticas, ya que las despullas para establecer la envoltura de moldeo solo pueden enarenarse mal y, durante el proceso de fundición a continuación, a causa de su posición expuesta tienden siempre a configurar campos de rechupe, es decir, fallos de material causados por contracción térmica en la pieza constructiva que se enfría.

Aparte de esto a menudo es difícil mantener las necesarias tolerancias para un asiento con ajuste preciso del gancho de fijación en la ranura de alojamiento correspondiente, en especial en el caso de variantes de ejecución con radios de curvatura relativamente pequeños. De este modo en este punto pueden producirse también problemas de obturación durante el funcionamiento posterior de la turbina. Por último ha quedado demostrado que los ganchos de fijación representan con frecuencia, también con relación a su comportamiento de desgaste en el caso de sufrir esfuerzos de funcionamiento y con relación a la carga máxima admisible, puntos débiles de los álabes de turbina.

Por ello la invención se ha impuesto la tarea de indicar un segmento de álabe guía de la clase citada al comienzo que, con una fabricación mantenida de forma sencilla y económica y evitando zonas problemáticas en cuanto a técnica de fundición, esté diseñado para una fijación especialmente fiable y segura a un soporte de álabe guía asociado. Asimismo se pretende indicar un procedimiento apropiado para producir el segmento de álabe guía.

Con relación al segmento de álabe guía, la tarea es resuelta por medio de que al menos un fragmento de al menos uno de los elementos de fijación es una pieza constructiva producida aparte, unida fijamente al lado de la plataforma alejado de la hoja de álabe.

Con ello la invención parte de la idea de que el material de fundición para el segmento de álabe guía normalmente debería estar optimizado para una elevada resistencia a las altas temperaturas para, de este modo, garantizar una alta seguridad de funcionamiento y una estabilidad estructural así como una vida útil lo más larga posible de las regiones parciales expuestas directamente al medio de trabajo caliente, en especial de las hojas de álabe que penetran en el canal de flujo de la turbina de gas y del lado superior de la plataforma vuelto hacia al canal de flujo. Sin embargo, un dimensionado de este tipo, como ha quedado demostrado de aquí en adelante, posiblemente no es óptimo para los elementos de fijación desacoplados...

1. Segmento de álabe guía (2) para una turbomáquina térmica, con al menos una hoja de álabe (6) perfilada dispuesta sobre una plataforma (8), en donde en el lado de la plataforma (8) fundamentalmente plano, alejado de la hoja de álabe (6), están dispuestos varios elementos de fijación (14) para fijar el segmento de álabe guía (2) a un soporte de álabe guía asociado, en donde al menos uno de los elementos de fijación (14) es una pieza constructiva producida aparte, unida fijamente al lado de la plataforma (8) alejado de la hoja de álabe (6), caracterizado porque el respectivo elemento de fijación (14) comprende un gancho de fijación (18) que sobresale de la plataforma (8) y un elemento de unión embutido con una superficie de apoyo (22) en la plataforma (8).

2. Segmento de álabe guía (2) según la reivindicación 1, en el que el elemento de fijación (14) respectivo se produce íntegramente con una pieza de trabajo de un componente.

3. Segmento de álabe guía (2) según la reivindicación 1 ó 2, en el que el elemento de fijación (14) respectivo el elemento de fijación está producido con un material más resistente en comparación con la plataforma (8) y/o la hoja de álabe (6).

4. Segmento de álabe guía (2) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el elemento de unión es una placa de unión (20).

5. Segmento de álabe guía (2) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el elemento de unión está fijado en unión positiva de forma en una depresión (21) o ranura de la plataforma, ajustada a la forma del elemento de unión.

6. Segmento de álabe guía (2) según la reivindicación 5, en el que la plataforma (8) en la región de borde de la depresión (21) o de la ranura presenta varios resaltes (26), que agarran el elemento de unión en cada caso por su lado alejado de la superficie de apoyo (22).

7. Segmento de álabe guía (2) según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el respectivo elemento de fijación (14) está unido en unión de material, de forma preferida mediante estañado, a la plataforma (8) o a la parte restante del elemento de fijación (14).

8. Segmento de álabe guía (2) según una de las reivindicaciones 1 a 7, con varias hojas de álabe (6) sobre una plataforma común (8).

9. Turbomáquina térmica, en especial turbina de gas, con al menos un segmento de álabe guía (2) según una de las reivindicaciones 1 a 8.

10. Procedimiento para producir un segmento de álabe guía (2) según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que a partir de una pieza de trabajo que comprende una pieza perfilada alargada se produce un elemento de fijación (14) con un gancho de fijación (18), por medio de que la pieza perfilada se deforma mediante curvado respecto al gancho de fijación (18), en donde a continuación el elemento de fijación (14) se une con una superficie de apoyo (22), en unión positiva de forma y/o en unión de material, de forma embutida en la plataforma (8).