Anillo de turbina.

Anillo de turbina que forma la envoltura del rotor, del tipo constituido por una pluralidad de sectores (11),

unidos cabeza con cabeza con interposición de sistemas de estanquidad que comprenden unas lengüetas (27, 28, 29) que se extienden entre sectores contiguos, estando dichas lengüetas alojadas en las ranuras practicadas enfrente en las caras radiales contiguas de dichos sectores, estando cada sistema de estanquidad constituido por unas lengüetas rectilíneas encajadas en unas ranuras rectilíneas (31, 32, 33) respectivas de dichas caras radiales, caracterizado porque las ranuras practicadas en cada cara radial son independientes, es decir que dichas ranuras (31, 32, 33) no se comunican unas con otras.

Anillo de turbina

El invento se refiere a un anillo de turbina que forma la envoltura exterior del rotor de dicha turbina. El invento se aplica especialmente a una turbina de alta presión situada inmediatamente aguas abajo de la cámara de combustión de un turborreactor de avión. Se refiere más particularmente a la conexión y la refrigeración de los sectores que constituyen dicho anillo de turbina.

En una turbina del tipo indicado anteriormente, impulsada por gases muy calientes el rotor gira en el interior de un anillo de turbina fijo constituido por una pluralidad de sectores curvos unidos cabeza con cabeza, circunferencialmente, para formar la envoltura del rotor. La temperatura de los gases que impulsan la rueda con álabes es tal que las tensiones termomecánicas que se crean en y entre los sectores pueden provocar deterioros que reducen la vida útil de los anillos. Típicamente, se observa a menudo la formación de pequeñas grietas y/o un desconchado de la cara interior (denominada cara caliente) de los sectores, principalmente en la proximidad de las uniones entre sectores contiguos.

Para asegurar una buena estanquidad de la corona del anillo, que reduzca las fugas de aire que no trabaja y para impedir las reintroducciones de gases calientes, se han previsto unos sistemas de estanquidad entre estos sectores contiguos que comprenden unas lengüetas que se extienden entre estos sectores y alojadas en las ranuras practicadas enfrente en las caras radiales contiguas a dichos sectores.

Por ejemplo, un sector 1 conocido, representado en la figura 1, tiene un sistema de estanquidad formado por cuatro lengüetas 2-5 alojadas en las ranuras 6, 7, 8. La lengüeta 3 está plegada y se extiende entre dos ranuras 6, 7 que desembocan una en la otra y que dan cabida a otras lengüetas rectilíneas 2, 4. Las ranuras son difíciles de mecanizar con precisión debido principalmente a la diferencia de espesor necesario para insertar la lengüeta plegada. La colocación de esta última es delicada. Además, la lengüeta 2 se encuentra totalmente alojada en una ranura 6 paralela a la cara caliente 9 del sector y a poca distancia de ésta. Ahora bien, el hecho de realizar las ranuras crea unas zonas de concentración de tensiones que, cuando se sitúan cerca de la superficie caliente, hacen que la pieza sea frágil, lo que acelera su deterioro. Por otra parte, el documento US 5.997.247 describe un sector de estator (y no una envoltura del rotor) que tiene unas lengüetas de estanquidad insertadas en las ranuras que se comunican unas con otras, que necesitan realizar un despullado en sus empalmes. Además, las secciones de fuga entre sectores no pueden ser perfectamente fijadas con precisión.

El invento permite sobre todo eliminar estos inconvenientes.

En primer lugar, el invento se refiere a un anillo de turbina que forma la envoltura del rotor, del tipo constituido por una pluralidad de sectores, unidos cabeza con cabeza con la interposición de sistemas de estanquidad que tienen unas lengüetas que se extienden entre sectores contiguos, estando dichas lengüetas alojadas en las ranuras practicadas enfrente en las caras radiales contiguas a dichos sectores, caracterizado porque cada sistema de estanquidad está constituido por unas lengüetas rectilíneas encajadas en las ranuras rectilíneas respectivas de dichas caras radiales y porque las ranuras practicadas en cada cara radial son independientes, es decir que dichas ranuras no se comunican unas con otras.

El hecho de realizar el sistema de estanquidad a partir de unas lengüetas rectilíneas simplifica la realización de las ranuras y facilita el montaje de las lengüetas en éstas. Además, el control de la colocación de las lengüetas se mejora debido a unas superficies de apoyo fijadas con precisión ya que son estrictamente lineales. Más adelante se describirá una configuración con tres lengüetas solamente.

Más particularmente, el anillo de turbina antes definido está también ventajosamente caracterizado porque cada sistema de estanquidad tiene una primera y una segunda lengüetas que se extienden en espiga en el lado interior de dichas caras radiales, estando dichas lengüetas encajadas en unas ranuras rectilíneas de dichas caras radiales que definen sus posiciones relativas con precisión. De esta forma, la fuga de aire entre dos sectores consecutivos puede ser calibrada con precisión. Esta fuga podrá ser por tanto idéntica en todos los espacios entre sectores. Globalmente, se estima que el caudal de fuga puede ser reducido en un 10% a 20% con respecto al de la configuración de la técnica anterior antes descrita.

Otra ventaja del invento reside en el hecho de que la disposición de las lengüetas en espiga en el lado de la cara caliente permite a la vez alejar las zonas de concentración de tensiones de dicha cara caliente (ya que las ranuras se separan de ésta) y también aprovechar un espacio suficiente entre las lengüetas y la cara caliente para hacer desembocar ahí los canales de expulsión del aire de refrigeración alimentados a partir de una cavidad dispuesta en el sector propiamente dicho.

Más precisamente, el invento también se refiere a un anillo de turbina según la definición que precede en la cual cada sector comprende una cavidad de circulación de aire de refrigeración, caracterizado porque comprende además unos canales de expulsión de aire que se extienden entre dicha cavidad y al menos una cara radial del El invento será mejor comprendido y otras ventajas de éste se apreciarán más claramente a la luz de la descripción que sigue, dada únicamente a título de ejemplo y realizada con referencia a los dibujos anejos, en los cuales:

- la figura 1 representa una cara radial de un sector que entra en la constitución de un anillo de turbina de acuerdo con el estado de la técnica;

- la figura 2 representa una cara radial de un sector que entra en la constitución de un anillo de turbina de acuerdo con el invento;

- la figura 3 es una vista esquemática de dos sectores consecutivos representados según la flecha 3 de la figura 2;

- la figura 4 es una vista esquemática de la caja asociada a tales sectores de anillo;

- la figura 5 es una vista esquemática que ilustra diversas orientaciones posibles de dichas lengüetas primera y segunda; y

- las figuras 6 a 8 son unas vistas parciales de variantes de un sector de la figura 3.

En los dibujos, y más particularmente en las figuras 2 a 4, se han representado unos sectores de anillo de turbina 11 que constituyen la envoltura fija de un rotor, no representado. Aquí se trata de la turbina de alta presión de un turborreactor. Esta turbina está situada aguas abajo de la cámara de combustión. En este caso, tal anillo está constituido por 32 sectores de anillo 11 curvos tales como los representados, cabeza con cabeza para formar una envoltura ligeramente cónica que rodea dicho rotor. Cada sector 11 está constituido por una plaqueta gruesa ligeramente curvada, para reconstituir el anillo. Se distingue una cara interior 12 sensiblemente rectangular, ligeramente cóncava, denominada “cara caliente”, en contacto con el chorro y una cara exterior 14 sensiblemente rectangular, denominada “cara fría”. Con respecto al flujo de gas caliente que atraviesa el rotor se distingue también un borde de entrada 16 que está frente a la tobera de la cámara de combustión y un borde de salida 18 opuesto. Cada sector 11 tiene además dos caras radiales 20, 21 por las cuales está conectado circunferencialmente a los sectores contiguos mediante unos sistemas de estanquidad 26 (véase la figura 2) mencionados antes. Cada sistema de estanquidad 26 está constituido por un conjunto de lengüetas encajadas en las ranuras correspondientes definidas en dichas caras radiales 20, 21 enfrente. Cada lengüeta está encajada en dos ranuras que pertenecen a dos sectores de anillo contiguos circunferencialmente.

Los extremos de los álabes del rotor se desplazan enfrente de la superficie interior del anillo así constituido. El sentido de rotación está indicado por la flecha F, en la figura 2. Los gases calientes expulsados de la cámara de combustión fluyen por tanto en la proximidad de la superficie interna del anillo, el cual debe soportar unas temperaturas muy altas. Se debe por tanto a la vez minimizar tanto como sea posible los gradientes térmicos en la estructura del anillo (y como consecuencia minimizar notablemente las fugas de gas entre... [Seguir leyendo]

1. Anillo de turbina que forma la envoltura del rotor, del tipo constituido por una pluralidad de sectores (11) , unidos cabeza con cabeza con interposición de sistemas de estanquidad que comprenden unas lengüetas (27, 28, 29) que se extienden entre sectores contiguos, estando dichas lengüetas alojadas en las ranuras practicadas enfrente en las caras radiales contiguas de dichos sectores, estando cada sistema de estanquidad constituido por unas lengüetas rectilíneas encajadas en unas ranuras rectilíneas (31, 32, 33) respectivas de dichas caras radiales, caracterizado porque las ranuras practicadas en cada cara radial son independientes, es decir que dichas ranuras (31, 32, 33) no se comunican unas con otras.

2. Anillo de turbina según la reivindicación 1, caracterizado porque cada sistema de estanquidad entre dos sectores tiene una primera y una segunda lengüetas (27, 28) que se extienden en espiga en el lado interior de dichas caras radiales, estando dichas lengüetas encajadas en las ranuras (31, 32) de dichas caras radiales que definen sus posiciones relativas.

3. Anillo de turbina según la reivindicación 2, caracterizado porque cada sistema de estanquidad tiene una tercera lengüeta (29) que se extiende sensiblemente de un extremo a otro de los sectores contiguos, paralelamente al eje del anillo, por el lado exterior de dichas caras radiales.

4. Anillo de turbina según la reivindicación 3, caracterizado porque dicha primera lengüeta (27) se extiende entre un punto (A) situado en la proximidad de un borde de entrada de cada sector, hacia el interior, y un punto (B) situado en la proximidad de dicha tercera lengüeta.

5. Anillo de turbina según la reivindicación 4, caracterizado porque el ángulo definido por las direcciones de dichas lengüetas primera y tercera está comprendido entre 15º y 70º.

6. Anillo de turbina según una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque dicha segunda lengüeta (28) se extiende entre un punto (C) situado en la proximidad de un borde de salida de cada sector hacia el interior, y un punto (D) situado en la proximidad de dicha primera lengüeta, sensiblemente entre la mitad y los dos tercios de ésta.

7. Anillo de turbina según una de las reivindicaciones 4 ó 5, en el cual cada sector comprende una cavidad de circulación de aire de refrigeración (40) , caracterizado porque cada sector comprende unos canales de expulsión de aire (50) , que se extienden entre dicha cavidad y al menos una cara radial 20 de dicho sector, desembocando estos canales en dicha cara radial entre un borde interior de ésta y dichas lengüetas primera y segunda.

8. Anillo de turbina según la reivindicación 7, caracterizado porque al menos algunos canales se extienden sensiblemente en dirección perpendicular a dicha cara radial.

9. Anillo de turbina según la reivindicación 7, caracterizado porque los orificios de dichos canales están dispuestos según una hilera que se extiende paralelamente al eje del anillo.

10. Anillo de turbina según la reivindicación 9, caracterizado porque unos canales situados en los extremos de dicha hilera están practicados oblicuamente y divergen con respecto a los otros en el sentido que va de la cavidad hacia la cara radial.

11. Anillo de turbina según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque las ranuras enfrente de dos caras radiales contiguas de dichos sectores alojan una sola lengüeta (27, 28, 29) .

12. Turbina caracterizada porque tiene un anillo según una de las anteriores reivindicaciones.