TURBO MÁQUINA CON SEGMENTO DE JAULA LABERÍNTICA CON RESORTE ELÁSTICO RADIAL.

Turbo máquina, en particular un compresor, una turbina de vapor o una turbina de gas,

con una carcasa fija estacionaria (5), con un rotor alojado allí de forma giratoria alrededor de un eje de giro (2), y con al menos un inserto (1), que rodea, al menos parcialmente, el rotor, que está conducido en la carcasa de forma desplazable radialmente con respecto al eje de giro (2), que está pretensado elásticamente en la dirección del eje de giro (2), y que está provisto en su lado dirigido hacia el rotor con cintas de obturación (3), que forman una junta laberíntica con la periferia (4) del rotor, en la que el material del inserto (1) configura un órgano de resorte (6), que es un componente integral del inserto (1) y que lo pretensa elásticamente en la dirección del eje de giro (2), en la que el órgano de resorte (6) comprende dos patas de resorte (11), que se extienden tangencialmente al inserto (1) y están unidas con su extremo próximo respectivo en el inserto (1), caracterizada porque se apoyan con sus extremos distantes respectivos en la carcasa (5) y se extienden una fuera de la otra partiendo desde una zona común de la raíz

La presente invención se refiere a una turbo máquina, en particular un compresor, una turbina de vapor o una turbina de gas, con una carcasa fija estacionaria, con un rotor alojado allí de forma giratoria alrededor de un eje de giro, y con al menos un inserto, que rodea, al menos parcialmente, el rotor, que está conducido en la carcasa de forma desplazable radialmente con respecto al eje de giro, que está pretensado elásticamente en la dirección del eje de giro, y que está provisto en su lado dirigido hacia el rotor con cintas de obturación, que forman una junta laberíntica con la periferia del rotor, en la que el material del inserto configura un órgano de resorte, que es un componente integral del inserto y que lo pretensa elásticamente en la dirección del eje de giro.

Las turbo máquinas, como turbinas o compresores comprenden siempre una carcasa fija, en la que gira un rotor alrededor del eje de giro. El rotor y la carcasa están provistos de aletas, las aletas comprimen el medio de trabajo o bien convierten su energía de circulación en energía de movimiento del rotor. La disposición de las aletas debe obturarse en su periferia con relación a la carcasa o bien al rotor, para que el medio de trabajo no circule por delante de las fases individuales. La calidad de la obturación influye en una medida considerable en el rendimiento de la turbo máquina.

Los puntos de obturación se realizan, en general, con la ayuda de juntas laberínticas, que comprenden una pluralidad de puntos de obturación, que se aproximan muy herméticamente a la parte contraria correspondiente y configuran con ella un intersticio de obturación reducido. El intersticio de obturación se mueve desde un intervalo de algunas décimas de milímetro hasta algunos milímetros, en función del tamaño de la máquina y de su comportamiento térmico.

En el funcionamiento normal, el intersticio de obturación debería ser especialmente reducido, para mantener reducidas las pérdidas por fuga y con ello mantener alto el rendimiento de la máquina. Sin embargo, este intersticio estrecho no se puede mantener en todos los estados de funcionamiento. Así, por ejemplo, el rotor genera vibraciones durante el arranque y la parada de la turbo máquina, cuya amplitud radial puede exceder el intersticio de obturación. La consecuencia es una fricción de las paletas en las cintas de obturación. Una desviación radial todavía más grave puede experimentar un rotor alojado de forma magnética: el alojamiento magnético permite, en efecto, en el funcionamiento habitual un juego de cojinete muy reducido, pero deben preverse rodamientos para el mismo de forma redundante. Los rodamientos reciben el rotor, en el caso de que los cojinetes magnéticos fallen en virtud del fallo de la corriente. Los rodamientos convencionales, condicionados por el principio, tienen una tolerancia mayor, de manera que el rotor experimenta una desviación radial durante la transferencia desde el alojamiento magnético sobre el alojamiento de rodamiento, que excede el intersticio de obturación entre 3 y 5 veces. Esta sobreelevación debe tenerse siempre en cuenta en el diseño de la junta de obturación, puesto que, como es previsible, cada turbo máquina alojada de forma magnética marcha al menos una vez sobre rodamientos.

Para evitar un daño de las cintas de obturación en caso de desviación fuerte del rotor, se conoce pretensarlo elásticamente en la dirección del eje de giro. Esto se realiza, por ejemplo, utilizando cintas de obturación de elastómero, que eluden el rotor que se desvía y se recuperan a continuación de la flexión. De manera alternativa, las cintas de obturación se disponen sobre un inserto de carcasa rígido, guiado de forma desplazable radialmente en la carcasa, que está pretensado elásticamente en la dirección del rotor. Esta última solución se selecciona especialmente en el caso de utilización de cintas de obturación metálicas, cuyo material no proporciona la elasticidad necesaria. La tensión previa elástica se realiza, por lo tanto, por medio de un muelle separado, que se extiende entre la carcasa y el inserto.

Ya se conoce a partir de la solicitud de patente internacional WO 2004/053365 A12 una disposición de junta de obturación, en la que un inserto que lleva una junta laberíntica está pretensada por medio de un muelle en la dirección del rotor. La publicación FR 2 675 560 A1 muestra un elemento de obturación, que está configurado elástico en sí. La patente de los Estados Unidos US 7.216.871 B1 publica un inserto elástico, que puede ser soporte de una junta laberíntica, que comprende órganos de resorte configurados integrales, en el que los soportes de la junta laberíntica están posicionados solamente de forma insegura con respecto a su coaxialidad con la superficie del rotor.

En las soluciones descritas es un inconveniente la limitación del material implicada con ello. Por ejemplo, las cintas de obturación de elastómero no se pueden emplear con presiones especialmente altas ni son adecuadas para la obturación de medios de trabajo agresivos, como por ejemplo sulfuro de hidrógeno. Aquí son necesarias forzosamente cintas de obturación de acero de alta aleación. El elemento de resorte está constituido, en cambio, de acero para muelles, que no resiste altas temperaturas y medios agresivos y, por lo tanto, debe obturarse de forma correspondiente. De esta manera, se eleva el gasto de diseño de la junta de obturación. Con respecto a este estado de la técnica, la presente invención tiene el cometido de desarrollar una turbo máquina del tipo mencionado al principio, de tal manera que su junta laberíntica mantiene, en el funcionamiento normal, un intersticio de obturación extraordinariamente pequeño y en caso de avería supera sin daños una desviación radial fuerte del rotor. El sistema de obturación debe ser, además, resistente, contra medios agresivos, corrosión así como altas temperaturas y debe permitir un montaje sencillo.

Este cometido se soluciona por medio de una turbo máquina definida al principio con las características de la reivindicación 1.

Una idea en la que se basa la invención consiste, por lo tanto, no ya en prever, para la fabricación de la tensión previa elástica, un elemento de resorte separado, extraño al material, sino en realizar la acción de resorte en el material del inserto. El órgano de resorte se convierte, por lo tanto, en componente integral del inserto del mismo material.

En esta solución es ventajoso que no existen ya problemas en la selección del material del resorte, puesto que para ello se utiliza el material probado del inserto. Además, se facilita el montaje, puesto que deben montarse menos piezas y se suprime una obturación del muelle.

Es especialmente ventajoso configurar a partir del material del inserto no sólo el órgano de resorte sino también las cintas de obturación, para que éstas sean de la misma manera un componente integral del inserto. De este modo se simplifica de nuevo el diseño.

En principio, son concebibles todos los materiales para el componente integrado, por ejemplo un elastómero o un material metálico. No obstante, se prefiere este último, en este caso especialmente aluminio o un acero de alta aleación.

El órgano de resorte se configura de tal forma que comprende al menos una pata de resorte, que se extiende tangencialmente, está conectada con su extremo próximo dentro de la zona de la raíz en el inserto y se apoya con su extremo distante en la carcasa. Una pata de resorte de este tipo permite, en efecto, una definición especialmente sencilla y segura de su rigidez de resorte sobre la sección transversal y la longitud de la pata. De esta manera se puede diseñar la frecuencia propia del inserto de tal manera que se desvía de la frecuencia propia del rotor. De este modo se impide que se superpongan las vibraciones de ambos sistemas.

Para evitar tensiones de entalladura en la zona de la raíz, la transición interna del extremo próximo de la pata de resorte a la zona de la raíz debería proveerse con una canaleta que se extiende axialmente. La sección transversal del material de la pata de resorte en la zona de la canaleta se puede utilizar también para el ajuste de la rigidez de resorte del inserto: A través del diámetro de la canaleta que se extiende axialmente se puede influir adicionalmente sobre la rigidez de resorte del órgano de resorte, a medida que se incrementa el diámetro del taladro, aumenta el debilitamiento estructural de la zona de la raíz y con él la elasticidad del órgano de resorte. Con la ayuda de esta característica de configuración... [Seguir leyendo]

1. Turbo máquina, en particular un compresor, una turbina de vapor o una turbina de gas, con una carcasa fija estacionaria (5), con un rotor alojado allí de forma giratoria alrededor de un eje de giro (2), y con al menos un inserto (1), que rodea, al menos parcialmente, el rotor, que está conducido en la carcasa de forma desplazable radialmente 5 con respecto al eje de giro (2), que está pretensado elásticamente en la dirección del eje de giro (2), y que está provisto en su lado dirigido hacia el rotor con cintas de obturación (3), que forman una junta laberíntica con la periferia (4) del rotor, en la que el material del inserto (1) configura un órgano de resorte (6), que es un componente integral del inserto (1) y que lo pretensa elásticamente en la dirección del eje de giro (2), en la que el órgano de resorte (6) comprende dos patas de resorte (11), que se extienden tangencialmente al inserto (1) y están unidas con su extremo próximo respectivo en el inserto (1), caracterizada porque se apoyan con sus extremos distantes respectivos en la carcasa (5) y se extienden una fuera de la otra partiendo desde una zona común de la raíz.

2. Turbo máquina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el material del inserto (1) configura las cintas de obturación (3), de manera que éstas son igualmente componente integral del inserto (1).

3. Turbo máquina de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque en el material del inserto (1) se trata 15 de un material metálico.

4. Turbo máquina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la transición interior del extremo próximo de la pata de resorte (11) a la zona de la raíz (12) está provista con una canaleta (14) que se extiende axialmente.

5. Turbo máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el inserto (1) presenta sobre el lado de alta presión de la junta laberíntica una superficie de contacto (10) accesible para el medio de trabajo 20 de la turbo máquina, que se extiende esencialmente fuera del rotor.

6. Turbo máquina de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque el inserto (1) se apoya en un tope (8) fijo en la carcasa, dispuestos diametralmente a la superficie de contacto (10).

7. Turbo máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque una pluralidad de insertos

(1) del tipo de segmento se extienden alrededor del rotor.