CÁRTER DE RUEDA DE ÁLABES MÓVILES DE TURBOMÁQUINA.

La invención concierne al ámbito de las ruedas móviles de turbomáquinas y, especialmente, de las ruedas de compresores. En efecto, en las turbomáquinas, las ruedas móviles asociadas a ruedas fijas, forman etapas de compre- sor cuya función es comprimir el fluido que las atraviesa. El diseño y la optimización de una rejilla de ruedas móviles (es decir, de una sucesión de una o varias ruedas móviles), por ejemplo para un compresor, necesitan tener en cuenta en particular dos objetivos. El primer objetivo es tener un rendimiento de compresión óptimo. Este rendimiento de compresión puede ser definido como la relación entre la energía idealmente facilitada al fluido para una compresión isoentrópica entre aguas 10 arriba y aguas abajo de la rejilla de ruedas móviles y la energía realmente facilitada al fluido. (En el presente documento, aguas arriba y aguas abajo están definidos con respecto al sentido de flujo normal del fluido a través de la rejilla de ruedas de álabes). El segundo objetivo es garantizar un margen de bombeo suficiente. El bombeo es un fenómeno de inestabilidad del fluido que sobreviene en el seno de un compresor, que se manifiesta por oscilaciones a bajas frecuencias del flujo, que sobrevienen cuando las condiciones de caudal, de alimentación, de presión o de temperatura se alejan del ám- bito de funcionamiento normal de la turbomáquina. Este fenómeno inestable, que generalmente es muy energético, hace soportar en la turbomáquina fuertes solicitaciones mecánicas (estáticas y dinámicas). Naturalmente, se comprende entonces que un objetivo permanente durante la puesta a punto de una rejilla de ruedas móviles es extender todo lo que sea posible el ámbito de funcionamiento normal de ésta y, por ello, del compresor o de la turbomáquina en el cual se encuentra, para disponer así de un margen de bombeo suficiente que permita evitar los fenómenos de bombeo. De manera conocida, se toman disposiciones específicas en las ruedas de álabes móviles para optimizar el segundo objetivo, a saber, la optimización del margen de bombeo. En una rueda móvil o rueda de álabes móviles, la holgura radial de funcionamiento entre el cárter fijo y los álabes móviles genera un flujo secundario denominado flujo de holgura. Éste es origen de pérdidas significativas del rendi- 25 miento de las ruedas móviles y en una mayoría de los casos puede ser origen de la pérdida de estabilidad del compresor (fenómeno de bombeo). Por esto, para satisfacer el segundo objetivo indicado anteriormente y optimizar el margen de bombeo de la rejilla de ruedas móviles se realiza, de manera conocida, en la pared interna del cárter, enfrente de las extremidades de álabes de las ruedas móviles, un tratamiento de cárter. Un tratamiento de cárter consiste por ejemplo en realizar un conjunto de ranuras en la pared interior del cárter. Gracias a estas ranuras, se mejora el margen de bombeo de la rueda de álabes. La patente GB 24 08 546 facilita así un ejemplo de tratamiento de cárter para turbomáquina. Sin embargo, en el tratamiento de cárter que éste divulga, la disposición de las ranuras es muy particular: no se trata de ranuras circunferenciales, sino de ranuras circunferencialmente espaciadas una de otra cuya inclinación con respecto a la dirección radial es variable. Resulta así que la fabricación del cárter es relativamente compleja y, por tanto cara, y esto sin asegurar que el cárter permita al mismo tiempo el aumento de margen de bombeo y la optimización del rendimiento de compresión. Otro tratamiento de cárter, en un cárter de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, está divulgado por el documento SU 926 365. En la práctica, la mayoría de los tratamientos de cárter están destinados solamente a optimizar el margen de bombeo del compresor, sin preocuparse del impacto, generalmente negativo, que estos tienen sobre el rendimiento de compresión. El objetivo de la presente invención es definir un cárter para rueda de álabes móviles de turbomáquina, teniendo el citado cárter una pared interior sensiblemente cilíndrica según un eje de cárter, presentando esta pared cilíndrica una pluralidad de ranuras circunferenciales, teniendo cada una, una sección sensiblemente constante en un plano 45 de sección axial, y que esté optimizado para simultáneamente mejorar el margen de bombeo y optimizar el rendimiento de la rueda de álabes de turbomáquina asociada.   Este objetivo se consigue gracias al hecho de que en el cárter, la superficie de la sección (S1, S2, S3) de las ranuras circunferenciales (11, 12, 13) es decreciente de aguas arriba hacia aguas abajo, de la primera (11) ranura aguas arriba a la última (13) ranura aguas abajo. Por extremidad aguas arriba, se designa en lo que sigue una extremidad del cárter que está prevista para quedar dispuesta en el lado aguas arriba del cárter. Por ranura circunferencial, se entiende ranuras que están dispuestas sensiblemente en un plano perpendicular al eje de la rueda de álabes. Éstas son típicamente ranuras circunferenciales trazadas en un plano perpendicular al eje de la rueda de álabes. Estas ranuras no son necesariamente continuas, y no dan necesariamente toda la vuelta al cár- 2 E09730900 18-11-2011   ter. Sin embargo, para que éstas tengan una eficacia suficiente, especialmente en la mejora del margen de bombeo de la rejilla de ruedas móviles, es necesario que éstas ocupen una gran parte de la circunferencia del cárter. El hecho de que cada ranura circunferencial tenga una sección sensiblemente constante en un plano de sección axial significa que cualquiera que sea el plano de sección axial elegido para evaluar la sección, la sección de la ranura es sensiblemente la misma. El interés de la invención resulta de las observaciones siguientes: por una parte, la primera ranura, en el lado aguas arriba de la rueda de álabes, es esencialmente la que contribuye a la mejora del margen de bombeo, contribuyendo las otras ranuras de manera decreciente a esta mejora, en función de su alejamiento con respecto a la primera ranura, por otra parte, cada una de estas ranuras tiene un impacto generalmente negativo sobre el rendimiento de compresión de la rejilla de álabes móviles. Así, para optimizar simultáneamente el rendimiento de la rueda de álabes y la mejora del margen de bombeo, de acuerdo con la invención, se privilegia la superficie de la sección de la primera o de las primeras ranuras con respecto a las ranuras siguientes (es decir, de un grupo de ranuras situado aguas arriba de la ranura o de las otras ranuras situadas más aguas abajo). En general, la primera ranura aguas arriba es la que tiene una superficie de sección superior a la de todas las otras ranuras. Sin embargo, la invención se refiere igualmente a un modo de realización en el cual el cárter presente de aguas arriba a aguas abajo, dos ranuras de secciones de igual superficie, después dos ranuras de secciones de superficie más pequeña y así sucesivamente. De acuerdo con la invención, pueden considerarse todas las variaciones de las superficies de sección de las ranuras, a reserva de que la superficie de la sección de las citadas ranuras circunferenciales sea decreciente de aguas arriba a aguas abajo, de la primera a la última ranura. Este decrecimiento puede ser regular como por ejemplo cuando la disminución de superficie de la sección de las ranuras de aguas de arriba a aguas abajo es lineal. En otro modo de realización, el decrecimiento de la superficie de sección de las ranuras puede hacerse igualmente por escalones. Se observará que las ranuras que hay que considerar son las ranuras dispuestas sensiblemente enfrente de los álabes de la rueda de álabes, independientemente de la forma del cárter aguas arriba y aguas abajo de la rueda de álabes. De acuerdo con un modo de realización, las ranuras se extienden, cada una, sensiblemente en un plano perpendicular al eje del cárter. De acuerdo con un modo de realización, la profundidad de la primera de las citadas ranuras circunferenciales es superior a la de las ranuras siguientes situadas más aguas abajo. De acuerdo con un modo de realización, la profundidad de las citadas ranuras circunferenciales es decreciente de aguas arriba hacia aguas abajo. Ventajosamente, el decrecimiento de profundidad de las citadas ranuras circunferenciales es lineal. De acuerdo con un modo de realización, la anchura de la primera de las citadas ranuras circunferenciales es superior a la de las ranuras siguientes situadas más hacia aguas abajo. De acuerdo con un modo de realización, la anchura de las citadas ranuras circunferenciales es decreciente de aguas arriba hacia aguas abajo según el eje del cárter. Los diferentes modos de realización citados anteriormente permiten, de acuerdo con la invención, optimizar simultáneamente el rendimiento de la rueda de álabes y la... [Seguir leyendo]

1. Cárter (10) para rueda de álabes móviles (100) de turbomáquina, teniendo el citado cárter una pared interior (15) sensiblemente cilíndrica según un eje de cárter, presentando esta pared cilíndrica una pluralidad de ranuras circunferenciales (11, 12, 13), teniendo cada una, una sección sensiblemente constante en un plano de sección axial, caracterizado porque la superficie de la sección (S1, S2, S3) de las ranuras circunferenciales (11, 12, 13) es decreciente de aguas arriba hacia aguas abajo, de la primera (11) ranura aguas arriba a la última (13) ranura aguas abajo. 2. Cárter de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la disminución de superficie de sección (S1, S2, S3) de las ranuras de aguas arriba hacia aguas abajo es lineal. 3. Cárter de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el cual la profundidad (E1) de la primera de las citadas ranuras circunferenciales es superior a las (E2, E3) de las ranuras siguientes (12, 13) situadas más aguas abajo 4. Cárter de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual la profundidad (E1, E2, E3) de las citadas ranuras circunferenciales es decreciente de aguas arriba hacia aguas abajo. 5. Cárter de acuerdo con la reivindicación 4, en el cual el decrecimiento de profundidad de las citadas ranuras circunferenciales es lineal. 6. Cárter de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual la anchura (D1) de la primera (11) de las citadas ranuras circunferenciales es superior a la (D2, D3) de las ranuras siguientes situadas más aguas abajo. 7. Cárter de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual la anchura (D1, D2, D3) de las citadas ranuras circunferenciales es decreciente de aguas arriba hacia aguas abajo. 8. Cárter de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que presenta entre ranuras consecutivas superficies de unión (16, 17) sensiblemente cilíndricas, en el cual el diámetro de las superficies de unión es sensiblemente igual al valor medio de los diámetros interiores (B1, B2) del cárter (10) medidos respectivamente aguas arriba y aguas abajo de las ranuras. 9. Cárter de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual las ranuras (11, 12, 13) se extienden cada una sensiblemente en un plano perpendicular al eje (F) del cárter. 10. Turbomáquina que comprende una rueda de álabes móviles (100) y un cárter de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9. 6 E09730900 18-11-2011   7 E09730900 18-11-2011