Dispositivo (1) para el control activo de la hendidura en una turbina,

sobre todo en un grupo 'motopropulsor aeronáutico que comprende un rotor así como una carcasa (4) que circunda el rotor formando así una hendidura del rotor; a este efecto, el dispositivo comprende un canal de refrigeración (3) que está situado por la circunferencia exterior de la carcasa (4) y que en la dirección circunferencia) se extiende a una determinada distancia de la cara exterior de la carcasa (4), y este canal es abastecido del aire refrigerante procedente de una cámara de sobrepresíón (2) y el mismo posee varias aberturas de salida (5)'para dirigir el aire refrigerante sobre la cara exterior de la carcasa (4) ;

dispositivo éste que está caracterizado porque la sección transversal del canal de 10' refrigeración (3) se reduce en la dirección circunferencial desde la cámara de sobrepresión (2):

Dispositivo para el control activo de la hendidura en una turbina La presente invención se refiere a un dispositivo para el control activo de la hendidura en una turbina, sobre tod o en un grupo motopropulsor aeronáutico que comprende un rotor así como una carcasa que circunda el rotor , formando así una hendidura del rotor ; en este caso, el dispositivo comprende un canal de refrigeración que está situado por la circunferencia exterior de la carcasa del rotor, y este canal es abastecido del aire refrigerante procedente de una cámara de sobrepresión .

En las turbinas, pero también en otras máquinas para medios corrientes como pueden ser las bombas, los compresores ó unos ventiladores ó sopladores, la hendidura del rotor, ubicada entre la carcasa estacionaria de l rotor y el rotor dinámico, representa una fuente para pérdidas en corriente y, por consiguiente, esta hendidur a puede ser el motivo de un más reducido grado de eficiencia . Estas pérdidas en la corriente se producen, por u n lado, debido a la formación de remolinos y por la ablación de la corriente en la hendidura del . rotor ó cerca de la misma - lo cual conduce, además, a un aumento en el ruido de la corriente - y se producen, por el otro lado, a causa de una corriente de compensación que, en contra de la dirección principal de la comente, está dirigida haci a el rotor y la misma limita la presión diferencial que puede ser alcanzada entre el lado de alta presión y el lado .de. baja presión de una turbina .

En la turbina ideal exenta, por lo tanto, de pérdidas en corriente, no existiría una tal hendidura del rotor . Sin embargo, esto no es posible en la práctica habida cuenta de que, en este supuesto, las puntas de las palas de l rotor entrarían en contacto con la carcasa y rozarían en la carcasa al girar el rotor, con lo cual se gastarían las palas. Este problema es especialmente acentuado en aquellas turbinas en las que los rotores trabajan a u n elevado número de revoluciones y/ó los mismos se encuentran expuestos a muy altas temperaturas como, por ejemplo, en los grupos motopropulsores aeronáuticos y en las turbinas de gas así como en los turbo-cargadores d e gas de escape. En las máquinas de medios corrientes de este tipo es así que la pala del rotor se alarga en funció n tanto de la temperatura como del número de revoluciones . Además, la carcasa dilata en función de la temperatura de trabajo. A través de la hendidura del rotor quedan compensadas la dilatación de la carcasa así como l a extensión de las palas del rotor, sin que por ello se pueda producir un daño en la máquina ó turbina .

Como consecuencia, la anchura de la hendidura del rotor - y, por consiguiente, las pérdidas en corriente de l a máquina - varían en función del número de revoluciones y de la temperatura según el actual régimen de trabajo .

En la práctica, la hendidura del rotor es ajustada, por regla general, de tal manera que en un punto de trabaj o continuado, al cual funciona la turbina normalmente, exista la más pequeña posible hendidura en el rotor. En los grupos motopropulsores aeronáuticos ó en los turbo-cargadores de gas de escape, este punto de trabaj o continuado se encuentra, por ejemplo, en la velocidad de un viaje . En la práctica, para el dimensionamiento de la hendidura del rotor también se tienen en consideración, simultáneamente, los ámbitos de una carga límite as í

como los valores de arranque de las turbinas. Es decir, la hendidura del rotor ha de estar dimensionada de tal modo que, incluso bajo unas condiciones extremas así como con unas pérdidas aceptables en la corriente, quede n impedidos los deterioros, tanto de las palas del rotor como de la carcasa .

Por consiguiente, en la práctica es consentido, en beneficio del mejor grado de eficiencia posible, cierto desgast e 45 en la carcasa y en la pala del rotor a causa del arranque de la turbina ó debido al trabajo de la turbina dentro de l ámbito de una carga límite .

Con el fin de conseguir, en todos los ámbitos de funcionamiento de la turbina, una óptima hendidura del rotor - es-decir, una anchura de la hendidura del rotor a la cual sean mínimos tanto el desgaste como las pérdidas e n 50 corriente - ya han sido propuestas algunas soluciones según el estado de la técnica .

De este modo, resulta que en las Memorias de las Patentes Núms . 6.149.074, 5.100.291, 5.399.066 así como de la Solicitud de Patente Núm. 2002/0136631 Al, todas de los Estados Unidos, están revelados unos dispositivos para el control activo de la hendidura (Active Clearance Control ó ACC) en las turbinas de gas, los cuales consisten e n 55 unos canales de refrigeración previstos por la circunferencia de la carcasa . Mediante estos dispositivos so n refrigeradas selectivamente algunas partes de la carcasa en relación con el rotor al objeto de ajustar la hendidura del rotor a través de la así controlada dilatación térmica .

El conocido estado de la técnica tiene, sin embargo, el inconveniente de que estos canales de refrigeración está n 60 diseñados con una sección transversal constante . Este hecho conduce a un mayor peso así como a un a refrigeración no homogénea.

Por consiguiente, la presente invención tiene el objeto de perfeccionar los dispositivos mencionados al principio y previstos para un control activo de la hendidura. Sobre todo debe ser reducido el peso de los dispositivos de este 65 tipo, como asimismo ha de estar asegurada una refrigeración homogénea .

De acuerdo con la presente invención, este objeto se consigue por medio de un dispositivo con las características indicadas en la reivindicación de patente 1) . Unas convenientes ampliaciones de la forma de realización de l a presente invención están indicadas en las reivindicaciones secundarias .

El dispositivo de la presente invención está previsto para el control activo de la hendidura de una turbina, sobr e todo de un grupo motopropulsor aeronáutico, y el mismo comprende un rotor así como una carcasa que circunda e l 5 rotor, formando así la hendidura del rotor; en este caso, el dispositivo comprende un canal de refrigeración qu e está situado por la circunferencia exterior de la carcasa del rotor y el que en la dirección circunferencia) se extiend e a una determinada distancia de la cara exterior de la carcasa, siendo este canal de refrigeración abastecido. , del aire refrigerante procedente de la cámara de sobrepresión, y el mismo posee varias aberturas de salida para dirigi r el aire refrigerante sobre la cara exterior de la carcasa; dispositivo éste que está caracterizado por el hecho de que lo la sección transversal del canal de refrigeración se reduce desde la cámara de sobrepresión y en la dirección -.

circunferencial. En este caso, la sección transversal puedeser ajustada de tal manera que la velocidad de l a corriente sea invariable a lo largo de la circunferencia y que, por consiguiente, pueda ser mantenida a un . nive l constante la distancia entre las aberturas .

Como consecuencia, queda asegurada una refrigeración homogénea, como asimismo se reduce el peso de l dispositivo .

Según una preferida forma de realización de la presente invención está previsto que el canal de refrigeración teng a una sección transversal de forma rectangular. Se puede tratar de unas secciones transversales cuadradas ó.

rectangulares de forma general .

Según otra conveniente forma de realización de la presente invención está previsto que el canal de refrigeració n tenga una sección transversal de forma redonda . Estas pueden ser unas secciones transversales redondas d e forma circular, de forma elíptica ó redonda con otras configuraciones .

Según otra conveniente forma de realización de la presente invención está previsto que la extensión radial de l a sección transversal del canal de refrigeración se reduzca en la dirección circunferencial . En este caso, pued e permanecer constante la extensión axial de la sección transversal .

Según otra conveniente forma de realización de la presente invención está previsto queda extensión axial de l a sección transversal del canal de refrigeración se reduzca en la dirección circunferencia) . En este... [Seguir leyendo]

REIVINDICACIONE S

la. Dispositivo (1) para el control activo de la hendidura en una turbina, sobre todo en un grupo 'motopropulsor aeronáutico que comprende un rotor así como una carcasa (4) que circunda el rotor formando así una hendidura 5 del rotor; a este efecto, el dispositivo comprende un canal de refrigeración (3) que está situado por la circunferenci a exterior de la carcasa (4) y que en la dirección circunferencia) se extiende a una determinada distancia de la car a exterior de la carcasa (4) , y este canal es abastecido del aire refrigerante procedente de una cámara d e sobrepresíón (2) y el mismo posee varias aberturas de salida (5) 'para dirigir el aire refrigerante sobre la cara exterior de la carcasa (4) ; dispositivo éste que está caracterizado porque la sección transversal del canal d e 10' refrigeración (3) se reduce en la dirección circunferencial desde la cámara de sobrepresión (2) :

2a: Dispositivo (1) para el control activo de la hendidura en una turbina conforme . a la reivindicación 1) y caracterizado porque el canal de refrigeración (3) tiene una sección transversal de forma rectangular 3a Dispositivo (1) para el control activo de la hendidura en una turbina conforme a la reivindicación 1) y caracterizado porque el canal de refrigeración (3) tiene una sección transversal de forma redonda .

4a. Dispositivo (1) para el control activo de la hendidura en una turbina conforme a la reivindicación 1) y caracterizado porque la' extensión radial de la sección transversal del canal de refrigeración (3) se reduce en l a 20 dirección circunferencial .

51: Dispositivo (1) para el control activo de la hendidura en' una turbina conforme a una de las reivindicacione s anteriormente mencionadas y caracterizado porque la extensión axial de la sección transversal del canal d e refrigeración (3) se reduce en la dirección circunferencial .

6a: Dispositivo (1) para el control activo de la hendidura en una turbina conforme a una de las reivindicacione s anteriormente mencionadas y caracterizado porque varios canales de refrigeración están dispuestos uno detrás de l otro.

7a. Dispositivo (1) para el control activo de una hendidura en una turbina conforme a una de las reivindicacione s anteriormente mencionadas y caracterizado porque un respectivo canal de refrigeración abarca solamente un a parte de la circunferencia de la carcasa .

Fig. 2

c-c b) .B-A-A

3 º

C) LiB a 3J , L A

Rfrlc

7 t--6 r--6

7 71— 6

Fig. 3

c) c-c b) B-B a) A-A

33 33 3

*V–

7Lr 7F. 7 7

ED