RUEDA DE ÁLABES DE UNA TURBINA CON UN ÁLABE Y AL MENOS UN CANAL DE REFRIGERACIÓN.

Rueda de álabes para una turbina, con al menos un álabe (10) alrededor del cual puede fluir un gas caliente,

donde un pie del álabe (12) que presenta una plataforma (16) se encuentra soportado en un disco de la rueda (22), y donde entre la circunferencia exterior del disco de la rueda (22) y la plataforma (16) del álabe (10) se encuentra al menos un canal de refrigeración (28) que se extiende en la dirección principal del gas caliente, caracterizada porque en por lo menos una de las paredes del canal de refrigeración (28) se encuentra conformada una pluralidad de turbuladores (26), donde estos se encuentran diseñados de modo tal que incrementan la turbulencia de un fluido de refrigeración que fluye a través del canal de refrigeración (28)

La presente invención hace referencia a una rueda de álabes de una turbina, donde dicha rueda presenta un álabe cuyo pie del álabe se encuentra soportado en un disco de la rueda, y donde entre el disco de la rueda de la turbina y el pie del álabe se encuentra al menos un canal de refrigeración. La presente invención, además, hace referencia a 5 un álabe de una rueda de álabes semejante.

Las ruedas de álabes de la clase mencionada en la introducción, por ejemplo, en el caso de turbinas de gas, se utilizan como álabes de rodete que se encuentran dispuestos en la dirección de flujo del gas de combustión, por detrás de una cámara de combustión de la turbina de gas, encontrándose allí expuestos a temperaturas elevadas. La refrigeración de las hojas del álabe y en particular de los pies de los álabes, de aquellos álabes de la turbina de 10 gas que se encuentran sometidos a temperaturas elevadas, debido a la complicada conducción del fluido de refrigeración necesaria para ello y a la dificultad de producir cierres herméticos de forma simultánea con una exposición elevada a la fuerza centrífuga, es particularmente costosa. En el caso de álabes de rodete de turbinas se trabaja actualmente mediante una refrigeración por convección y aplicando otras medidas para la intensificación de la transferencia de calor entre el pie del álabe y un fluido de refrigeración que fluye a través de canales de 15 refrigeración en el pie del álabe. Con frecuencia se dispone sólo de una cantidad comparativamente reducida de fluido de refrigeración, de manera que sólo puede ser transportado un flujo de calor reducido a través de una plataforma del pie del álabe. De este modo, la temperatura de la superficie de la plataforma sólo puede ser reducida de manera insignificante.

Por la solicitud US 2004/0081556 A1 se conoce un álabe de turbina de gas con un pie del álabe, una plataforma y 20 una hoja del álabe. La plataforma se extiende desde un borde de entrada de flujo hacia un borde de salida de flujo, en relación al gas caliente que atraviesa la turbina de gas en dirección axial. La plataforma presenta un borde del lado de salida de flujo que se extiende del lado de salida de flujo en la dirección circunferencial del disco de la turbina, donde dicho borde sobresale sobre la anchura axial del disco de la turbina, a modo de un canalón. En el lado inferior del borde del lado de salida de flujo de la plataforma se proporcionan varios elementos estructurales que 25 influencian el flujo del aire de refrigeración. Las nervaduras guía que rotan junto con el rotor se desplazan por encima del aire de refrigeración que se encuentra presente y ocasionan una desviación del flujo del aire de refrigeración desde la dirección circunferencial hacia la dirección axial. Asimismo, en el lado inferior de la plataforma se proporciona tanto un campo base local a modo de un turbulador, como nervaduras que se extienden en dirección axial. El campo base y las nervaduras aumentan localmente la transferencia de calor desde el borde del lado de 30 salida de flujo de la plataforma hacia el aire de refrigeración que fluye del lado inferior.

Es objeto de la presente invención el proporcionar una rueda de álabes conforme a la reivindicación 1 para una turbina con un álabe, en cuyo pie del álabe, así como en la plataforma del álabe, se alcance una refrigeración más intensa y pueda ser transportado un flujo de calor comparativamente mayor. Asimismo, es objeto de la presente invención el indicar un método de producción para un álabe semejante. Este objeto mencionado en primer lugar se 35 alcanzará gracias a que en al menos una de las paredes del canal de refrigeración de una rueda de álabes conforme a la invención se encuentra conformada una pluralidad de turbuladores, donde dichos turbuladores se encuentran diseñados de modo tal que incrementan la turbulencia de un fluido de refrigeración que fluye a través del canal de refrigeración.

En comparación con las configuraciones de refrigeración conocidas en pies de álabes, así como en plataformas de 40 álabes de álabes de rodete de turbinas, conforme a la invención, en al menos un canal de refrigeración que se extiende en la dirección principal de flujo de un gas caliente entre la circunferencia externa del disco de la rueda y el lado inferior de la plataforma del álabe, el fluido de refrigeración no fluye a lo largo de paredes más o menos lisas, sino que se proporciona para tal fin una pluralidad de turbuladores o de elementos de turbulencia que se encuentran conformados en al menos una de las paredes del canal de refrigeración y que incrementan la turbulencia del fluido 45 de refrigeración dentro del canal de refrigeración. Mediante estos turbuladores se incrementa la transferencia de calor entre el fluido de refrigeración arremolinado y todas las paredes, pero en particular la pared del canal de refrigeración correspondiente a los turbuladores, siendo de este modo refrigerado de forma más intensa el pie del álabe. Los turbuladores, así como los elementos de turbulencia, se encuentran adaptados de forma adecuada a la transferencia de calor pretendida, de manera que en el respectivo álabe puede predeterminarse de forma apropiada 50 una temperatura del material máxima del lado del gas caliente y el flujo del fluido de refrigeración a través del canal de refrigeración puede ser dimensionado de forma correspondiente.

Como turbuladores pueden utilizarse nervaduras, así como embudos o hendiduras.

En un perfeccionamiento ventajoso de la rueda de álabes conforme a la invención, la pluralidad de turbuladores, ventajosamente, se encuentra conformada en el lado inferior de una plataforma del pie del álabe. Mediante la utilización de turbuladores, así como de elementos de turbulencia, en el lado inferior de la plataforma, donde dichos elementos aumentan la turbulencia en el espacio entre el pie del álabe y la cabeza del álabe del disco de la rueda, el flujo de calor se incrementa en la pared de la plataforma y la temperatura de la superficie de la plataforma 5 desciende.

De forma ventajosa, la pluralidad de turbuladores se encuentra diseñada en forma de bolsillos que se encuentran conformados en el material que forma al menos una pared del canal de refrigeración. Estos bolsillos pueden también ser conformados posteriormente en los álabes existentes, alcanzando con ello, conforme a la invención, el incremento deseado de la transferencia de calor en el pie del álabe. 10

Los turbuladores, así como los elementos de turbulencia, asimismo, se encuentran orientados respectivamente, de forma ventajosa, esencialmente de forma transversal u oblicua con respecto a la dirección de flujo del fluido de refrigeración que fluye a través del canal de refrigeración. Turbuladores semejantes conducen a un torbellino particularmente intenso del fluido de refrigeración que fluye en el canal de refrigeración.

Una refrigeración particularmente buena y uniforme de la plataforma puede lograrse cuando los turbuladores se 15 encuentran orientados de forma oblicua con respecto a la dirección de flujo del fluido de refrigeración que fluye a través del canal de refrigeración de modo tal, que los turbuladores desvían el fluido de refrigeración que fluye en la dirección de un cuello del pie del álabe. De este modo, el flujo a través del canal de refrigeración - que generalmente presenta una forma de cuña o triangular en la sección transversal - puede ser adaptado de forma apropiada.

Para que la refrigeración intensificada acorde a la invención puede ser utilizada particularmente en áreas a ser 20 enfriadas de la rueda de álabes que se encuentran expuestas a temperaturas elevadas, en dichas áreas que se encuentran expuestas a temperaturas elevadas debe ser aumentada la cantidad de turbuladores proporcionados por unidad de superficie, en comparación con áreas de una carga térmica reducida.

En la rueda de álabes conforme a la invención, de forma ventajosa, el pie del álabe de al menos un álabe, asimismo, debería estar conformado con una plataforma, donde se encuentre un canal de refrigeración que se extienda 25 respectivamente a ambos lados a lo largo de un cuello extendido de forma alargada del pie del álabe y la pluralidad de turbuladores debería estar diseñada en forma de una hilera que se extienda en el respectivo canal de refrigeración en el lado inferior de la plataforma. Mediante turbuladores semejantes en el lado inferior de la plataforma pueden mejorarse los álabes de las ruedas de álabes conformes a la invención sin una gran modificación en cuanto a su construcción, para ser... [Seguir leyendo]

1. Rueda de álabes para una turbina, con al menos un álabe (10) alrededor del cual puede fluir un gas caliente, donde un pie del álabe (12) que presenta una plataforma (16) se encuentra soportado en un disco de la rueda (22), y donde entre la circunferencia exterior del disco de la rueda (22) y la plataforma (16) del álabe (10) se encuentra al menos un canal de refrigeración (28) que se extiende en la dirección principal del gas caliente, caracterizada porque 5 en por lo menos una de las paredes del canal de refrigeración (28) se encuentra conformada una pluralidad de turbuladores (26), donde estos se encuentran diseñados de modo tal que incrementan la turbulencia de un fluido de refrigeración que fluye a través del canal de refrigeración (28).

2. Rueda de álabes conforme a la reivindicación 1, caracterizada porque la pluralidad de turbuladores (26) se encuentra conformada en el lado inferior (24) de la plataforma (16) del pie del álabe (12). 10

3. Rueda de álabes conforme a la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la pluralidad de turbuladores (26) se encuentra diseñada en forma de bolsillos que se encuentran conformados en el material que forma al menos una pared del canal de refrigeración (28).

4. Rueda de álabes conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los turbuladores (26), respectivamente, se encuentran orientados de forma esencialmente transversal u oblicua con respecto a la dirección 15 de flujo (30) del fluido de refrigeración que fluye a través del canal de refrigeración (28).

5. Rueda de álabes conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los turbuladores (26) se encuentran orientados de forma esencialmente transversal u oblicua con respecto a la dirección de flujo (30) del fluido de refrigeración que fluye a través del canal de refrigeración (28), de modo tal que dichos turbuladores desvían el fluido de refrigeración que fluye en la dirección de un cuello (18) del pie del álabe (12). 20

6. Rueda de álabes conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque en al menos un área con una carga térmica incrementada de la rueda de álabes se incrementa la cantidad de turbuladores (26) proporcionados por unidad de superficie, en comparación con al menos un área de una carga térmica reducida.

7. Rueda de álabes conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el pie del álabe (12) de al menos un álabe (10) se encuentra conformado con una plataforma (16), donde a lo largo de un cuello (18) que 25 se extiende de forma alargada se encuentra un canal de refrigeración (28) respectivamente a ambos lados, y la pluralidad de turbuladores (26) se encuentra conformada en forma de una hilera que se extiende en el lado inferior (24) de la plataforma (16) en el canal de refrigeración (28) correspondiente.

8. Rueda de álabes conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los turbuladores (26) han sido conformados conjuntamente en una fase de trabajo de formación del álabe (10), en particular de su hoja del 30 álabe (14).

9. Rueda de álabes conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los turbuladores (26) han sido conformados separadamente en una fase de trabajo de formación, después de al menos una fase de trabajo de formación del álabe (10), en particular de su hoja del álabe (14).

10. Álabe (10) para una rueda de álabes para una turbina, en particular de una turbina de gas, con una hoja del 35 álabe (14) alrededor de la cual puede fluir un gas caliente y un pie del álabe (12) que presenta una plataforma (16), la cual, con respecto a la dirección principal del flujo del gas caliente, se extiende a lo largo de un borde longitudinal (29) de la plataforma desde un borde de entrada de flujo (31) hacia un borde de salida de flujo (33) y en la cual se encuentra dispuesto un cuello (18) en un lado inferior (24) que se encuentra situado de forma opuesta a la hoja del álabe (14) y, más distanciados, se encuentran dispuestos dientes (20), donde en el lado inferior (24) de la plataforma 40 (16) se encuentra conformada una pluralidad de turbuladores (26) que se encuentran diseñados de modo tal que, en un estado instalado del álabe (10), incrementan la turbulencia de un fluido de refrigeración que fluye a lo largo del lado inferior (24), caracterizado porque los turbuladores (26) se encuentran dispuestos a lo largo del borde longitudinal (29) de la plataforma.

11. Álabe (10) conforme a la reivindicación 10, caracterizado porque la pluralidad de turbuladores (26) se encuentra 45 diseñada en forma de bolsillos que se encuentran conformados en el material de la plataforma (16).

12. Álabe (10) conforme a la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque los turbuladores (28) se encuentran orientados de modo tal en forma oblicua con respecto a la dirección de flujo del fluido de refrigeración que fluye a lo largo del borde longitudinal (29) de la plataforma, que al menos parcialmente desvían el fluido de refrigeración que fluye en la dirección del cuello (18) del pie del álabe (16). 50

13. Método para producir un álabe (10) conforme a una de las reivindicaciones 10, 11 ó 12, caracterizado porque los turbuladores (26) son conformados conjuntamente en una fase de trabajo de formación de la hoja del álabe (14).

14. Método para producir un álabe (10) conforme a una de las reivindicaciones 10, 11 ó 12, caracterizado porque los turbuladores (26) son conformados separadamente en una fase de trabajo de formación después de al menos una fase de trabajo de formación de la hoja del álabe (14). 5

15. Método conforme a la reivindicación 14, caracterizado porque los turbuladores (26) son prefabricados en un módulo separado, donde dicho módulo, en una fase de trabajo separada, se encuentra fijado al lado inferior (24) de la plataforma (16) a través de una unión continua o de una unión no positiva.