ÁLABE DE TURBINA PARA UNA TURBINA DE GAS FIJA.

La invención se refiere a un álabe de turbina para una turbina de gas fija, con al menos una región de plataforma que comprende una plataforma con una superficie de plataforma, sobre la que está dispuesta una hoja de álabe de sección transversal perfilada con una pared lateral de presión y una pared lateral de aspiración, en donde las superficies de la pared lateral de presión y de la pared lateral de aspiración, que pueden estar sometidas a un gas caliente, se transforman en cada caso a través de un redondeo exterior en la superficie de plataforma y con al menos una cavidad, dispuesta en la hoja de álabe y que se extiende hasta la región de plataforma, en la que está previsto al menos un nervio que une la pared lateral de presión a la pared lateral de aspiración, el cual divide la cavidad extendiéndose a lo largo de una dirección longitudinal de la hoja de álabe. Del estado de la técnica se conocen desde hace tiempo álabes de turbina del tipo antes citado. Presentan normalmente una hoja de álabe atravesada por cavidades, las cuales están separadas entre sí por nervios. Los nervios se extienden desde la pared lateral de aspiración hasta la pared lateral de presión y a lo largo de la dirección longitudinal de la hoja de álabe, es decir, desde la plataforma hasta la punta del álabe. Los álabes de turbina fundidos presentan con ello una región de transición entre la hoja de álabe y la superficie de plataforma, la cual engrosa en esta región mediante un redondeado de tipo mediacaña las paredes laterales del álabe, es decir, la pared lateral de aspiración y la pared lateral de presión. En la región de transición se dispone de este modo de una acumulación de material, la cual implica también un salto de rigidez de la hoja de álabe. La hoja de álabe es de este modo más rígida en el lado de la plataforma que en su región central o en el lado de la punta de álabe. A causa de este salto de rigidez pueden producirse en funcionamiento mayores gradientes de temperatura, que provocan elevadas tensiones térmicas y con ello limitan la vida útil del álabe de turbina. Para evitar desperfectos derivados en la turbina de gas, en la que se usa un álabe de turbina de este tipo y se utiliza en funcionamiento, a causa de las piezas de rotura que se desprenden del álabe de turbina, el álabe de turbina se sustituye al alcanzar una vida útil máxima, previamente determinada. Del estado de la técnica se conoce además prolongar la vida útil al menos parcialmente por medio de que en las regiones de saltos de rigidez se apliqca una capa de protección calorífuga más gruesa que en las regiones sin tales acumulaciones de material. De este modo pueden reducirse los gradientes de temperatura. Aparte de esto de conoce del documento EP 1 420 142 A1 un álabe de turbina de gas, cuya arista delantera puede recibir un flujo de gas caliente y está refrigerada por impacto. Las aberturas de refrigeración por impacto necesarias para ello están dispuestas en un nervio, el cual apuntala el álabe de turbina entre la pared lateral de aspiración y de presión. Las aberturas de refrigeración de impacto están repartidas con ello, casi siempre uniformemente, a la altura de la hoja de álabe y están dispuestas siempre centralmente entre el lado de aspiración y del presión, para garantizar una refrigeración uniforme de la arista delantera. Por ello una tarea de la presente invención consiste en proporcionar un álabe de turbina para una turbina de gas fija, el cual presente una vida útil más larga. La tarea es resuelta mediante un álabe de turbina conforme a las particularidades de las reivindicaciones 1 y 4. La invención prevé que en el caso de un álabe de turbina citado al comienzo al menos uno de los nervios dispuestos en la hoja de álabe presente, a la altura del redondeado exterior, una abertura excéntrica que atraviese el nervio cerca de la pared. La abertura está prevista a la altura del redondeado exterior, en el interior del álabe de turbina, en el nervio allí dispuesto. Cerca de la pared puede significar por ello que su posición es excéntrica entre los lados interiores de la pared lateral de presión y la pared lateral de aspiración. Por medio de esto puede reducirse la acumulación de material a la altura del redondeado exterior. Este sencillo medio constructivo conduce a la nivelación del salto de rigidez y a la reducción del gradiente de temperatura en la acumulación de material después reducida. Dado el caso deben tenerse en cuenta además los efectos provocados por la abertura sobre el sistema de aire de refrigeración del álabe de turbina, así como sobre el exceso de tensión alrededor de la abertura. Lo mismo es aplicable a la llamada vida útil de fluencia como consecuencia de la sección transversal portante, reducida, del nervio y a las frecuencias naturales posiblemente modificadas a causa de la masa que después falta. De forma correspondiente a esto puede ser conveniente prever una abertura oval con una orientación apropiada. También puede ser conveniente la prolongación del nervio hasta la región de plataforma y, más allá, hasta la región de raíz o de fijación del álabe de turbina. 2 E09713896 26-12-2011   Conforme a otra configuración ventajosa puede ser conveniente una adaptación de otro redondeado entre nervio y pared lateral. Por medio de esto se reducen cargas mecánicas. Como es natural también pueden combinarse las medidas propuestas, para compensar las modificaciones que se producen a causa de la utilización de la abertura cerca de la pared, para en total conseguir una vida útil más larga del álabe de turbina. En total puede reducirse con la invención la carga sobre la acumulación de material y con ello aumentarse la vida útil. La medida conforme a la invención de prever en el nervio, a la altura del redondeado exterior, una abertura cerca de la pared que atraviese el nervio, puede materializarse de forma sencilla y puede aplicarse también a posteriori en álabes de turbina en funcionamiento, siempre que se garantiza la accesibilidad al nervio mediante una raíz de álabe. Por otro lado puede conseguirse de forma sencilla la abertura durante la fabricación de piezas nuevas, si la hoja de álabe y la plataforma están fundidas en una pieza y el macho de fundición, utilizado para producir las cavidades en el dispositivo de fundición, se materializa mediante un taladro disponible en el macho para la abertura cerca de la pared disponible posteriormente en el nervio. Esto es especialmente ventajoso ya que el taladro también puede usarse para estabilizar el macho de fundición y puede prescindirse de otros llamados Cross-Over-Holes, que no están previstos ni cerca de la pared ni a la altura del redondeado exterior en un nervio que está dispuesto entre la pared lateral de aspiración y la pared lateral de presión. En las reivindicaciones subordinadas se indican configuraciones y perfeccionamientos ventajosos. Una abertura que atraviesa el nervio no sólo está cerca de la pared cuando está dispuesta excéntricamente entre la pared lateral de aspiración y la pared lateral de presión, sino también cuando es tangente al o corta el plano de pared lateral abarcado entre el lado interior de la pared lateral de aspiración y/o la pared lateral de presión. De forma conveniente, la abertura es redonda u oval. Estas aberturas pueden producirse de forma especialmente sencilla, en especial si el álabe de turbina está fundido fundamentalmente en una pieza. Un macho de fundición sólo tiene que presentar un taladro correspondiente en el punto correspondiente. Conforme a una solución alternativa a la reivindicación 1, la vida útil de un álabe de turbina citada al comienzo también puede prolongarse por medio de que el extremo de nervio en el lado de la plataforma se extienda, en el lado interior de la pared lateral de presión, más o menos que en el lado interior de la pared lateral de aspiración. Por ello se entiende en lugar de la abertura cerca de la pared, que atraviesa el nervio, una escotadura. Es decir, la abertura no está circundada en todo su perímetro por material de nervio. También con un álabe de turbina configurado de este modo puede reducirse localmente la acumulación de material en la región de transición. El álabe de turbina conforme a la segunda configuración puede presentar en un perfeccionamiento ventajoso una superficie de plataforma que forma parte de un plano de plataforma imaginario que se extiende por la cavidad, en donde el extremo del nervio en el lado de la plataforma está situado, en el lado de presión, a un lado del plano de plataforma y, en el lado de aspiración, al otro lado del plano de plataforma. A continuación se describen con más detalle particularidades, características y ventajas de la presente invención, con base en ejemplos de ejecución y haciendo referencia las figuras adjuntas.... [Seguir leyendo]

1. Álabe de turbina (10) para una turbina de gas fija, con una región de fijación y una región de plataforma (16) que se conecta a la misma, que comprende una plataforma (18) con una superficie de plataforma (20), sobre la que está dispuesta una hoja de álabe (24) de sección transversal perfilada con una pared lateral de presión (26) y una pared lateral de aspiración (28), en donde las superficies de la pared lateral de presión (26) y de la pared lateral de aspiración (28), que pueden estar sometidas a un gas caliente, se transforman en cada caso a través de un redondeo (34) exterior en la superficie de plataforma (20), con al menos una cavidad, dispuesta en la hoja de álabe (24) y que se extiende hasta la región de plataforma (16), en la que está previsto al menos un nervio (36) que une la pared lateral de presión (26) a la pared lateral de aspiración (28), el cual divide la cavidad extendiéndose a lo largo de una dirección longitudinal (12) de la hoja de álabe (24), en donde en el nervio (36) está prevista una abertura (40) que atraviesa el nervio (36) a la altura del redondeado (34) exterior, caracterizado porque la abertura (40) está dispuesta excéntricamente cerca de la pared. 2. Álabe de turbina (10) según la reivindicación 1, en el que la abertura (40) es parcialmente tangente al o corta el plano de pared lateral (44) abarcado entre el lado interior (42, 43) de la pared lateral de aspiración (28) y/o la pared lateral de presión (26). 3. Álabe de turbina (10) según la reivindicación 1 ó 2, en el que la abertura (40) es redonda u oval. 4. Álabe de turbina (10) para una turbina de gas fija, con una región de fijación y una región de plataforma (16) que se conecta a la misma, que comprende una plataforma (18) con una superficie de plataforma (20), sobre la que está dispuesta una hoja de álabe (24) de sección transversal perfilada con una pared lateral de presión (26) y una pared lateral de aspiración (28), en donde las superficies de la pared lateral de presión (26) y de la pared lateral de aspiración (28), que pueden estar sometidas a un gas caliente, se transforman en cada caso a través de un redondeo (34) exterior en la superficie de plataforma (20), con al menos una cavidad, dispuesta en la hoja de álabe (24) y que se extiende hasta la región de plataforma (16), en la que está previsto al menos un nervio (36) que une la pared lateral de presión (26) a la pared lateral de aspiración (28), el cual divide la cavidad extendiéndose a lo largo de una dirección longitudinal (12) de la hoja de álabe (24), caracterizado porque a la altura del redondeado (34) exterior el extremo de nervio en el lado de la plataforma se extiende, en el lado interior (42) de la pared lateral de presión (26), más o menos que en el lado interior (43) de la pared lateral de aspiración (28). 5. Álabe de turbina (10) según la reivindicación 4, en donde la superficie de plataforma (30) forma parte de un plano de plataforma (22) imaginario que se extiende por la cavidad, y porque el extremo del nervio (36) en el lado de la plataforma está situado, en el lado de presión, a un lado del plano de plataforma (22) y, en el lado de aspiración, al otro lado del plano de plataforma (22). 6. Álabe de turbina (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el nervio (36) se transforma en el lado interior (43) de la pared lateral de aspiración (28) y/o en el lado interior (42) de la pared lateral de presión (26) a través de otro redondeado (41), en donde el otro redondeado (41) presenta a la altura de la plataforma (18) un radio (R1) diferente que a media altura de la hoja de álabe (24). 7. Álabe de turbina (10) según la reivindicación 6, en el que es fluida una transición del otro redondeado (41) a radios (R1, R2) de diferente tamaño. 8. Álabe de turbina (10) según una de las reivindicaciones anteriores, cuya hoja de álabe (24) y plataforma (18) están fundidas en una pieza. 6 E09713896 26-12-2011   7 E09713896 26-12-2011   8 E09713896 26-12-2011