CUBIERTA PARA TOBERA DE TURBINA CON DIBUJOS PARA LA REDUCCIÓN DEL RUIDO DEL CHORRO, TOBERA Y TURBINA ASOCIADAS.

Cubierta anular (14, 16) para una tobera de turbina que tiene una pluralidad de dibujos (26) dispuestos en la prolongación de un borde de salida (14a,

16a) de dicha cubierta y separados circunferencialmente entre sí, teniendo cada dibujo sensiblemente una forma de cuadrilátero con una base (28) formada por una parte del borde de salida de la cubierta y dos vértices (30a, 30b) separados hacia aguas abajo de la base y empalmados a ésta por dos lados (32a, 32b), siendo cada dibujo disimétrico con respecto a un plano medio (P) del dibujo que pasa por un eje longitudinal (X-X) de dicha cubierta y que tiene una primera parte (34a) inclinada radialmente hacia el interior de la cubierta y una segunda parte (34b) inclinada radialmente hacia el exterior de la cubierta, caracterizado porque los lados (30a, 30b) de cada dibujo tienen sensiblemente una forma de parábola

Antecedentes del invento

El presente invento se refiere al campo general de las toberas que equipan las turbinas. Contempla más particularmente una tobera de flujos separados de la que al menos una de las cubiertas está provista de dibujos destinados a reducir el ruido del chorro producido a la salida de la tobera. 5

Las toberas de flujos separados de turbinas se componen generalmente de una cubierta primaria, de una cubierta secundaria dispuesta concéntricamente alrededor de la cubierta primaria para definir un primer canal anular para la circulación de un flujo externo (o flujo frío), y de un cuerpo central dispuesto concéntricamente en el interior de la cubierta primaria para definir un segundo canal anular para la circulación de un flujo interno (o flujo caliente).

Una de las soluciones conocidas para reducir el ruido del chorro de salida de una tobera de este tipo consiste en 10 favorecer la mezcla entre los flujos caliente y frío salidos de la turbina. Toda la dificultad del problema reside en el control de las características de la mezcla que hay que obtener entre los flujos caliente y frío, sabiendo que una mezcla demasiado brusca tiene como consecuencia un aumento no deseado de los niveles de turbulencia en el campo próximo de la eyección. Tal aumento influye de forma negativa en las potenciales reducciones de ruido obtenidas en las zonas de mezcla más alejadas. Así, la mezcla entre los flujos debe por tanto ser lo más eficaz posible, respondiendo a las 15 limitaciones y criterios de eficacia aerodinámicos y acústicos.

Para esto, es muy conocido proveer a una de las cubiertas de la tobera con una pluralidad de dibujos repetidos repartidos en toda la circunferencia del borde de salida de la cubierta. Mediante la colocación de tales dibujos en el borde de salida de la tobera la mezcla entre los flujos se efectúa por la creación de torbellinos (o vórtices) longitudinales contrarrotativos. 20

Por ejemplo, la solicitud de patente EP 0.913.657 prevé proveer el borde de salida de la cubierta primaria de la tobera con una pluralidad de dibujos repetidos de forma triangular (denominados dientes angulares) que permiten favorecer la mezcla entre los flujos caliente y frío. Igualmente, la publicación GB 2.355.766 propone proveer el borde de salida de las cubiertas primaria y secundaria de la tobera con una pluralidad de dibujos repetidos de forma trapezoidal (llamados almenas). 25

Aunque favorecen la mezcla entre los flujos, los dibujos antes mencionados no obstante tienen inconvenientes. En efecto, una forma simétrica de los dibujos (tales como triángulos o almenas) en el borde de salida de al menos una de las cubiertas de la tobera genera al nivel de cada dibujo dos torbellinos (o vórtices) longitudinales contrarrotativos de intensidad equivalente y relativamente cercanos uno de otro. En toda la circunferencia de la cubierta de la tobera esto equivale a una pluralidad de pares de torbellinos que se compensan entre sí. De esto resulta una mezcla entre los flujos 30 poco eficaz, sobre todo en las zonas más alejadas de la eyección.

Se conocen también por la publicación EP 1.617.068 dibujos que tienen cada uno una forma de cuadrilátero con una primera parte inclinada radialmente hacia el interior de la cubierta y una segunda parte inclinada radialmente hacia el exterior de la cubierta. Al nivel de cada uno de estos dibujos la intensidad de los dos torbellinos generados es diferente, de forma que estos torbellinos no se compensan más en toda la circunferencia de la cubierta. Esto produce 35 una puesta en rotación global de la circulación en las zonas más alejadas de la eyección con como consecuencia una mezcla entre los flujos más eficaz y una mejor reducción del ruido del chorro, especialmente en las frecuencias bajas. No obstante, además de la ganancia acústica obtenida por tales dibujos en las frecuencias bajas también generan un aumento de los niveles de ruido en las frecuencias altas.

Objeto y resumen del invento 40

El presente invento pretende remediar los inconvenientes antes citados proponiendo una cubierta para tobera de flujos separados que permite hacer más eficaz la mezcla entre los flujos frío y caliente a fin de reducir el ruido del chorro a la salida de la tobera tanto en las frecuencias altas como en las bajas.

Para esto se ha previsto una cubierta anular para tobera de turbina que tiene una pluralidad de dibujos repetidos dispuestos en la prolongación de un borde de salida de dicha cubierta y separados circunferencialmente unos de otros, 45 teniendo sensiblemente cada dibujo una forma de cuadrilátero con una base formada por una parte del borde de salida de la cubierta y dos vértices separados hacia aguas abajo de la base y unidos a ésta por dos lados, siendo cada dibujo disimétrico con respecto a un plano medio del dibujo que pasa por un eje longitudinal de dicha cubierta y que tiene una primera parte inclinada radialmente hacia el interior de la cubierta y una segunda parte inclinada radialmente hacia el exterior de la cubierta, caracterizado porque los lados de cada dibujo tienen sensiblemente una forma de parábola. 50

Con respecto a los dibujos expuestos en la publicación EP 1.617.068 los dibujos según el invento presentan especialmente una unión en el borde de salida de la cubierta mediante perfiles en forma de parábola. En efecto, en la publicación EP 1.617.068 los lados de los dibujos son segmentos de línea recta y el empalme entre dos dibujos contiguos es circular. La parte solicitante ha verificado que la forma parabólica de los lados de los dibujos permite obtener una mezcla menos “agresiva” y por tanto una penalización acústica menos importante, incluso nula, en las 55

frecuencias altas. Además, la disimetría de los dibujos permite destruir el chorro en el campo próximo de la eyección y por tanto contribuir más eficazmente a la reducción del ruido del chorro.

Según una disposición particular la primera parte de cada dibujo se extiende longitudinalmente a lo largo de una distancia superior a la distancia a lo largo de la que se extiende longitudinalmente la segunda parte del dibujo.

La distancia de inclinación de la primera parte de cada dibujo es preferiblemente superior a la distancia de 5 inclinación de la segunda parte, de forma que la penetración en el flujo interno es más importante que la penetración en el flujo externo.

La distancia de inclinación de la primera parte de cada dibujo puede estar comprendida entre el 0% y el 30% de la distancia en la que se extiende longitudinalmente dicha parte, y la distancia de inclinación de la segunda parte puede estar comprendida entre el 0% y el 20% de la distancia en la que se extiende longitudinalmente dicha parte. 10

Preferiblemente, la primera parte de cada dibujo se extiende longitudinalmente a lo largo de una distancia comprendida entre 0,4 y 0,6 veces la distancia circunferencial que separa dos dibujos contiguos, y la segunda distancia se extiende longitudinalmente a lo largo de una distancia comprendida entre 0,2 y 0,4 veces dicha distancia circunferencial que separa dos dibujos contiguos.

Los dibujos pueden estar dispuestos en el borde de salida de una de las cubiertas de la tobera manteniendo una 15 simetría con respecto a un plano vertical que pasa por un eje perpendicular al eje longitudinal de la tobera.

El presente invento tiene igualmente como objeto una tobera de turbina cuya cubierta primaria y/o la cubierta secundaria es una cubierta tal como se ha definido anteriormente.

El presente invento tiene además como objeto una turbina que tiene una tobera tal como se ha definido anteriormente. 20

Breve descripción de los dibujos

Otras características y ventajas del presente invento saldrán a la luz a partir de la descripción que se hace a continuación con referencia a los dibujos anejos que ilustran un ejemplo de realización desprovisto de cualquier carácter limitativo. En las figuras:

- la figura 1 es una vista en perspectiva de una tobera de turbina equipada con una cubierta según un modo de 25 realización del invento;

- la figura 2 es una vista a escala ampliada de un dibujo para la reducción del ruido de chorro que equipa la tobera de la figura 1;

- la figura 3 es una vista de frente del dibujo para la reducción del ruido de la figura 2;

- la figura 4 es una vista en perspectiva de una tobera de turbina equipada con una cubierta según otro modo...

1. Cubierta anular (14, 16) para una tobera de turbina que tiene una pluralidad de dibujos (26) dispuestos en la prolongación de un borde de salida (14a, 16a) de dicha cubierta y separados circunferencialmente entre sí, teniendo cada dibujo sensiblemente una forma de cuadrilátero con una base (28) formada por una parte del borde de salida de la cubierta y dos vértices (30a, 30b) separados hacia aguas abajo de la base y empalmados a ésta por dos lados (32a, 5 32b), siendo cada dibujo disimétrico con respecto a un plano medio (P) del dibujo que pasa por un eje longitudinal (X-X) de dicha cubierta y que tiene una primera parte (34a) inclinada radialmente hacia el interior de la cubierta y una segunda parte (34b) inclinada radialmente hacia el exterior de la cubierta, caracterizado porque los lados (30a, 30b) de cada dibujo tienen sensiblemente una forma de parábola.

2. Cubierta según la reivindicación 1, en la que la primera parte (34a) de cada dibujo (26) se extiende 10 longitudinalmente a lo largo de una distancia (L1) superior a la distancia (L2) a lo largo de la cual se extiende longitudinalmente la segunda parte (34b) de dicho dibujo.

3. Cubierta según una de las reivindicaciones 1 y 2, en la que la distancia de inclinación (θa) de la primera parte (34a) de cada dibujo (26) es superior a la distancia de inclinación (θb) de la segunda parte (34b) de dicho dibujo.

4. Cubierta según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la distancia de inclinación (θa) de la 15 primera parte (34a) de cada dibujo (26) está comprendida entre el 0% y el 30% de la distancia (L1) a lo largo de la cual se extiende longitudinalmente dicha parte, y la distancia de inclinación ((θb) de la segunda parte (34b) está comprendida entre el 0% y el 20% de la distancia (L2) a lo largo de la cual se extiende longitudinalmente dicha parte.

5. Cubierta según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la primera parte (34a) de cada dibujo (26) se extiende longitudinalmente a lo largo de una distancia (L1) comprendida entre 0,4 y 0,6 veces la distancia 20 circunferencial (L3) que separa dos dibujos (26) contiguos y porque la segunda parte (34b) se extiende longitudinalmente a lo largo de una distancia (L2) comprendida entre 0,2 y 0,4 veces dicha distancia circunferencial (L3) que separa dos dibujos contiguos.

6. Cubierta según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los dibujos (26) están dispuestos de forma simétrica con respecto a un plano (P) que pasa por un eje (Y-Y) perpendicular al eje longitudinal (X-25 X) de la cubierta.

7. Tobera (10, 10') de turbina, que tiene una cubierta primaria (14) dispuesta según un eje longitudinal (X-X) de la tobera y una cubierta secundaria (16) dispuesta concéntricamente alrededor de la cubierta primaria (14), caracterizada porque la cubierta primaria (14) es una cubierta según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

8. Tobera (10, 10') de turbina, que tiene una cubierta primaria (14) dispuesta según un eje longitudinal (X-X) de 30 la tobera y una cubierta secundaria (16) dispuesta concéntricamente alrededor de la cubierta primaria (14), caracterizada porque la cubierta secundaria (16) es una cubierta según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

9. Tobera (10, 10') de turbina, que tiene una cubierta primaria (14) dispuesta según un eje longitudinal (X-X) de la tobera y una cubierta secundaria (16) dispuesta concéntricamente alrededor de la cubierta primaria (14), caracterizada porque las cubiertas primaria (14) y secundaria (16) son cubiertas según una cualquiera de las 35 reivindicaciones 1 a 6.

10. Turbina que tiene una tobera (10, 10') según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9.