ÁLABE DE TURBINA Y TURBINA DE GAS CON UN ÁLABE DE TURBINA DE ESTA CLASE.

Álabe de turbina (63) con una hoja de álabe (67) dispuesta a lo largo de un eje de álabe (73),

y con una zona de plataforma (61) que presenta una plataforma (71) dispuesta en la base de la hoja de álabe, que se extiende transversalmente al eje del álabe (73), en donde la plataforma (71) presenta una primera pared de plataforma (70) que no porta la hoja de álabe y una segunda pared de plataforma (69) que porta la hoja de álabe, en donde en la base de la hoja de álabe (67), en el recorrido de una transición (65) de la hoja de álabe (67) hacia la plataforma (71), la primera pared de plataforma (70) presenta un redondeo aerodinámico (104) en su recorrido, y caracterizado porque la segunda pared de plataforma (69) presenta en su desarrollo un escalón (103) entrante, frente a la primera pared de plataforma (70) y a continuación de la hoja de álabe (67)

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La presente invención hace referencia a un álabe de turbina con una hoja de álabe dispuesta a lo largo de un eje de álabe, y con una zona de plataforma que presenta una plataforma dispuesta en la base de la hoja de álabe, que se extiende transversalmente al eje del álabe, en donde la plataforma presenta una primera pared de plataforma que no porta la hoja de álabe y una segunda pared de plataforma que porta la hoja de álabe. La presente invención también hace referencia a una turbina de gas con un canal de circulación que se extiende a lo largo de un eje de la turbina de gas, con una sección transversal de forma anular para un medio de trabajo, con un segundo escalón de álabe detrás de un primer escalón de álabe dispuesto a lo largo del eje, en donde un escalón de álabe presenta una pluralidad de álabes de turbina dispuestos de forma anular, que se extienden radialmente en el canal de circulación.

En el caso de una turbina de gas de esta clase, de acuerdo con una exposición al gas caliente, en el canal de circulación se producen temperaturas que pueden encontrarse en el rango de entre 1000 °C y 1400 °C. De bido a la disposición de forma anular de una pluralidad de esta clase de álabes de turbina de un escalón de turbina, la plataforma del álabe de turbina conforma una parte del canal de circulación para un fluido de trabajo que circula en la turbina de gas en forma de gas caliente que, de esta manera, acciona el rotor axial de la turbina mediante los álabes de turbina. Un esfuerzo térmico intenso de esta clase, de la limitación del canal de circulación conformada mediante las plataformas, provoca que una plataforma se refrigere por detrás, es decir, desde la base dispuesta debajo de la plataforma de un álabe de turbina. Además, la base y la zona de la plataforma presentan generalmente una canalización apropiada para la exposición a un medio refrigerante.

De la patente DE 2 628 807 A1 deriva un sistema de refrigeración forzada para un álabe de turbina de la clase mencionada en la introducción.

En la patente DE 2 628 807 A1, se dispone un elemento de pared perforado para la refrigeración de la plataforma antes de la superficie de la plataforma opuesta al gas caliente, por lo tanto, detrás de la plataforma, es decir, entre una base del álabe y la plataforma. A través de los orificios del elemento de pared, entra aire refrigerante bajo una presión relativamente elevada, sobre la superficie de la plataforma opuesta al gas caliente, por lo que se logra una refrigeración forzada eficiente.

En la patente EP 1 073 827 B1 se revela un nuevo procedimiento de construcción de la zona de la plataforma de los álabes de turbina fundidos. La zona de la plataforma está conformada como una plataforma doble compuesta de dos paredes de plataforma enfrentadas entre sí. De esta manera, se logra que la pared de la plataforma que limita el canal de circulación, expuesta inmediatamente al canal de circulación, y de esta manera, al gas caliente, se pueda realizar de manera delgada. Con la ejecución de dos paredes de plataforma, se produce una separación de la función para las paredes de plataforma. La pared de la plataforma que limita el canal de circulación es responsable esencialmente de la canalización del gas caliente. La pared de la plataforma enfrentada, que no se expone al gas caliente, recibe las cargas provenientes de la hoja del álabe. Dicha separación de las funciones permite realizar la pared de la plataforma que limita el canal de circulación con un grosor reducido, de manera que se garantice la canalización del gas caliente, sin la necesidad de receptar, además, cargas esenciales.

Convencionalmente, en la zona de la plataforma y en la zona de la base de la hoja del álabe, entre la hoja del álabe y la plataforma, se prevé una acumulación de material relativamente elevada, provista en el caso de los álabes de turbina convencionales, debido a las condiciones límite que están dadas mediante la fabricación por fundición y mediante las exigencias de resistencia debido a un esfuerzo de un álabe de turbina. Al mismo tiempo, una acumulación de material relativamente elevada de esta clase, dificulta la salida de calor de la zona mediante los métodos de refrigeración instalados en el interior del álabe, e impide también la refrigeración directa de dicha zona con el medio refrigerante. Para la refrigeración de dicha zona, se conoce una refrigeración de película sobre la superficie exterior de un álabe, en la zona de la base de la hoja del álabe y en la zona de la plataforma. Además, en las proximidades de dichas superficies exteriores, desde un sistema de ranuras se aplica una película de refrigeración sobre dichas limitaciones del canal de circulación expuesto al medio de trabajo en forma de gas caliente. Esto es esencialmente una solución que funciona para la refrigeración de las zonas de la plataforma y de la base mencionadas anteriormente, con acumulaciones de material relativamente elevadas. Sin embargo, resulta necesaria una cantidad considerable de aire refrigerante debido a la situación compleja de la circulación secundaria en el canal de circulación, en donde las configuraciones de turbulencias de la corriente secundaria pueden provocar la elevación y la desviación de la película de refrigeración de las superficies exteriores mencionadas. Como consecuencia de ello, en el funcionamiento real de una turbina de gas, dicha forma conocida de proceder puede conducir, en dichas zonas de acceso dificultoso, a una zona de la base y a una zona de la plataforma sin refrigeración. Resulta conveniente un acondicionamiento ventajoso de dichas zonas.

En este punto, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar un álabe de turbina y una turbina de gas, en las que se provee una refrigeración mejorada en la zona de la base de la hoja del álabe y en la zona de la

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plataforma de un álabe de turbina, y de esta manera, una refrigeración mejorada de la limitación de un canal de circulación de la turbina de gas.

El objeto se resuelve, en relación con el álabe de turbina, mediante un álabe de turbina de la clase mencionada en la introducción, en la que en la base de la hoja del álabe, en el recorrido de una transición desde la hoja del álabe hacia la plataforma, la primera pared de la plataforma presenta un redondeo aerodinámico en su recorrido, y la segunda pared de la plataforma presenta un escalón entrante, en su recorrido frente a la primera pared de la plataforma y a continuación de la hoja del álabe.

La presente invención parte de la consideración de que el empleo de una pared de plataforma delgada no portante, para la realización de la limitación de un canal de circulación, que en un estado de funcionamiento de una turbina de gas se expone a un medio de trabajo en forma de gas caliente, permite un acondicionamiento particularmente ventajoso de la plataforma. El conocimiento esencial de la presente invención consiste en que para una plataforma de pared doble de esta clase, con una primera pared de plataforma delgada no portante y una segunda pared de plataforma gruesa portante, tanto la pared de la plataforma no portante como la portante se pueden optimizar en relación con sus exigencias.

De acuerdo con una consideración anterior, la pared no portante de la plataforma se debe diseñar particularmente en relación con su función de limitación para el canal de circulación. Conforme con la presente invención, dicha pared presenta en el recorrido de la transición desde la hoja del álabe hasta la plataforma, el desarrollo de un redondeo aerodinámico. De acuerdo con la consideración anterior, la superficie posterior de la plataforma, es decir, la segunda pared portante de la plataforma se debe diseñar particularmente en relación con su función portante. Dicha pared debe proporcionar un espacio intermedio para la refrigeración de la pared no portante de la plataforma. Por este motivo, la presente invención prevé que la segunda pared de la plataforma presente un escalón entrante, en su recorrido frente a la primera pared de la plataforma y a continuación de la hoja del álabe. Como consecuencia de ello, conforme al presente concepto, la superficie posterior de la primera pared no portante de la plataforma permanece libre, y la estructura del álabe portante se optimiza en relación con su estructura de acuerdo con criterios termomecánicos, en forma de la segunda pared portante de la plataforma. Es decir que, por una parte, la segunda pared de la plataforma representa la continuación de una pared de la hoja del álabe, prácticamente con... [Seguir leyendo]

1. Álabe de turbina (63) con una hoja de álabe (67) dispuesta a lo largo de un eje de álabe (73), y con una zona de plataforma (61) que presenta una plataforma (71) dispuesta en la base de la hoja de álabe, que se extiende transversalmente al eje del álabe (73), en donde la plataforma (71) presenta una primera pared de plataforma (70) que no porta la hoja de álabe y una segunda pared de plataforma (69) que porta la hoja de álabe, en donde en la base de la hoja de álabe (67), en el recorrido de una transición (65) de la hoja de álabe (67) hacia la plataforma (71), la primera pared de plataforma (70) presenta un redondeo aerodinámico (104) en su recorrido, y caracterizado porque la segunda pared de plataforma (69) presenta en su desarrollo un escalón (103) entrante, frente a la primera pared de plataforma (70) y a continuación de la hoja de álabe (67).

2. Álabe de turbina (63) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque entre el redondeo (104) de la primera pared de plataforma (70) y el escalón (103) de la segunda pared de plataforma (69), se conforma un espacio intermedio (91, 93) para la refrigeración de la plataforma (71).

3. Álabe de turbina (63) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el espacio intermedio (91, 93) presenta una altura (105) invariable, definida esencialmente mediante una altura del escalón, a lo largo del recorrido completo de la plataforma (71).

4. Álabe de turbina (63) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la segunda pared de plataforma (69) presenta un grosor de pared (69) que es mayor que un grosor de pared de la pared restante (70) de la plataforma.

5. Álabe de turbina (63) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la segunda pared de plataforma (69) presenta pasos de refrigeración (107), en donde una cantidad de pasos de refrigeración (107) por superficie en el recorrido de la transición (65) es mayor que en la zona de plataforma restante.

6. Álabe de turbina (63) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la primera pared de plataforma (70) está conformada por una pieza de chapa (77, 79) de deformación elástica, adyacente a la hoja del álabe (67).

7. Álabe de turbina (63) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la plataforma (71) se extiende a ambos lados de la hoja del álabe (63) de manera igualmente cualitativa.

8. Turbina de gas (1) con un canal de circulación (5) que se extiende a lo largo de un eje (3), con una sección transversal de forma anular para un medio de trabajo (M), con un segundo escalón de álabe (9, 13) detrás de un primer escalón de álabe (7, 11) dispuesto a lo largo del eje (3), en donde un escalón de álabe (7, 9, 11, 13) presenta una pluralidad de álabes de turbina (63) dispuestos de forma anular, que se extienden radialmente en el canal de circulación (5), de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.

9. Turbina de gas (1) de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque en el caso de un funcionamiento rotatorio de un álabe de turbina (63), en forma de un álabe móvil (23) en un rotor de turbina axial, se produce una fuerza centrífuga mediante la rotación, que actúa desde la base de la hoja del álabe en la dirección (99) de la hoja del álabe, en donde la pieza de chapa (77, 79) de deformación elástica se encuentra presionada contra un tope (81, 85) mediante la fuerza centrífuga, y de esta manera, se encuentra sujetada mediante la fuerza centrífuga.

10. Turbina de gas (1) de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, caracterizada porque en el caso de un funcionamiento de un álabe de turbina (63), en forma de un álabe fijo (21) en una carcasa periférica de turbina (15), se produce una caída de presión mediante un medio refrigerante, desde la base de la hoja del álabe en la dirección (99) de la hoja del álabe, en donde la pieza de chapa (77, 79) de deformación elástica se encuentra presionada contra un tope (81, 83) mediante la caída de presión, y de esta manera, se encuentra sujetada mediante presión.