Pala de turbina para una turbina de gas y núcleo fundido para su fabricación.

Pala de turbina para una turbina de gas con una hoja de pala (16) hueca,

a través de la cual puede circular un gas caliente, en cuyo canto trasero (20) están distribuidos varios orificios (28) para el soplado de un medio de refrigeración (40) que refrigera las palas de turbina y que están separados unos de los otros por medio de nervaduras (30) dispuestas en medio, de manera que en el interior de la hoja de la pala (16) está previsto al menos un espacio vacío (38) conectado según la técnica de circulación con varios de los orificios (28), en el que están previstos varios elementos de turbulencia (42) curso arriba de las nervaduras (30), que se extienden, respectivamente, desde una superficie interior (34) de una pared lateral de aspiración (22) de la hoja de la pala (16) hasta la otra superficie interior (48) de una pared lateral de presión (24) de la hoja de la pala (16) y presentan, respectivamente, un lado de ataque de la corriente (44) que está dirigido hacia la circulación de refrigerante que llega allí, caracterizada porque al menos uno de los elementos de turbulencia (42)

- considerados en la sección longitudinal y/o en la sección transversal (16)

- está configurado en forma de C con un lado de ataque de la corriente (44) arqueado al menos parcialmente cóncavo, de manera que los extremos del arco (46) opuestos entre sí del elemento de turbulencia (42) están dirigidos hacia la circulación de refrigerante que llega allí en el funcionamiento para la elevación de la pérdida de presión.

Pala de turbina para una turbina de gas y núcleo fundido para su fabricación.

La invención se refiere a una pala de turbina para una turbina de gas con una hoja de pala hueca, a través de la cual puede circular un gas caliente, en cuyo canto trasero están distribuidos varios orificios para el soplado de un medio de refrigeración que refrigera las palas de turbina y que están separados unos de los otros por medio de nervaduras dispuestas en medio, de manera que en el interior de la hoja de la pala está previsto al menos un espacio vacío conectado según la técnica de circulación con varios orificios, en el que están previstos varios elementos de turbulencia curso arriba de las nervaduras, los cuales presentan, respectivamente un lado de ataque de la corriente que está dirigido hacia la circulación de refrigerante que llega allí. Además, la invención se refiere a un núcleo fundido para la utilización en un dispositivo de fundición para la fabricación de una pala de turbina fundida de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, para dejar detrás después de la retirada del núcleo fundido fuera de la pala de turbina fundida un espacio hueco a través del cual circula un refrigerante en la pala de turbina.

Una pala de turbina y un núcleo fundido del tipo mencionado al principio para la fabricación de una pala de turbina de este tipo se conocen, por ejemplo, a partir del documento WO 2003/042503 A1. La pala de turbina conocida presenta un canto trasero refrigerado, en el que están dispuestos varios orificios para el soplado del aire de refrigeración, separados unos de los otros por medio de nervaduras dispuestas en medio -que se conocen ya en inglés también como "tear drops" (lágrimas) -. Delante de los orificios dispuestos en el canto trasero está dispuesto un espacio hueco común, en el que están dispuestas tres series de zócalos del tipo de columna -conocidos también en inglés con el nombre de "Pin-Fins" (aletas de pasador) , que están previstos allí para la elevación de la transmisión de calor del aire de refrigeración que circula por delante de ellos y para la elevación de la pérdida de presión.

El núcleo fundido necesario para la fabricación de una pala de turbina de este tipo se representa en perspectiva en la figura 7 del documento WO 2003/042503. El espacio ocupado por el núcleo fundido permanece después de la fabricación de la pala de turbina fundida como espacio hueco en la pala de turbina, de manera que unos orificios dispuestos en el núcleo fundido están rellenos con material fundido. A este respecto, el núcleo fundido representa la copia negativa del interior de la pala de turbina.

Las aletas de pasador conocidas a partir del documento WO 2003/042503 A1 tienen una forma cilíndrica y conectan las superficies interiores opuestas entre sí de la pared lateral de aspiración y la pared lateral de presión de la hoja de la pala de turbina.

A este respecto se conoce ajustar la cantidad de aire de refrigeración que sale por el canto trasero de la pala de turbina a través de una selección adecuada de la pérdida máxima de presión y/o el área mínima de la sección transversal a través de la cual circula el aire de refrigeración cerca del canto trasero. No obstante, este modo de proceder puede conducir a núcleos fundidos, en los que los orificios previstos en el canto trasero del núcleo fundido llegan a ser tan grandes que entre ellos solamente permanecen todavía nervaduras de separación comparativamente finas. Sin embargo, durante la manipulación del núcleo fundido se puede romper el núcleo fundido exactamente en este lugar, de manera que se inutiliza a continuación.

Por lo demás, se conocen a partir del documento WO 2003/042503 A1 unos elementos de guía en forma de C dispuestos en el interior para aire de refrigeración, que deben realizar una desviación y una conducción sin pérdidas del aire de refrigeración a regiones curso debajo de la corriente.

Además, se conoce a partir del documento EP 1 091 092 A2 una pala de turbina refrigerada por aire. Para conseguir una refrigeración especialmente eficiente de un lado de aspiración o bien de un lado de presión de pared hueca de la hoja de la pala, están dispuestos en el espacio hueco de la pared doble unos pasadores en forma de retículo. Los pasadores presentan especialmente una forma de rombo, estando redondeadas sus esquinas y estando arqueados sus cantos de forma cóncava hacia dentro. Por lo tanto, entre los pasadores se forma una red de pasos para aire de refrigeración, que presentan, respectivamente, un orificio de entrada estrechado y un orificio de salida estrechado, entre los cuales está dispuesta una sección de difusor y sección de toberas. Con la ayuda de las secciones debe ralentizarse y acelerarse el aire de refrigeración, para conseguir la refrigeración eficiente.

Por lo tanto, el cometido de la invención es la preparación de una pala de turbina del tipo mencionado al principio para una turbina de gas, que se puede refrigerar de una manera eficiente y suficiente con una cantidad lo más reducida posible de refrigerante y/o en la que para la fabricación se puede utilizar un núcleo fundido en un dispositivo de fundición, que se puede manipular de manera especialmente robusta.

El cometido planteado a la pala de turbina se soluciona con una pala de turbina de acuerdo con las características de la reivindicación 1. El cometido planteado al núcleo fundido se soluciona con un núcleo fundido de acuerdo con las características de la reivindicación 9.

La invención se basa en el reconocimiento de que se puede conseguir un núcleo fundido más estable cuando los primeros orificios dispuestos en el canto interior del núcleo fundido se reducen adicionalmente en la sección longitudinal, de manera que se ensanchan las nervaduras de separación dispuestas en medio en el núcleo fundido. Este ensanchamiento de las nervaduras de separación dispuestas en el núcleo fundido conduce, sin embargo, en una pala de turbina fabricada con un núcleo fundido de este tipo a un incremento de los orificios dispuestos en el canto trasero, a través de los cuales se escapa el refrigerante desde la pala de turbina. Puesto que hasta ahora estos orificios servían también para el ajuste del consumo de refrigerante, los orificios más grandes conducen de esta manera a un consumo elevado de refrigerante. Esta elevación no es en principio deseable y reduce el rendimiento de la turbina de gas. Para contrarrestar ahora este efecto, la invención propone elevar la pérdida de presión en la zona de curso arriba de los orificios del canto trasero de la pala de turbina, dicho con mayor exactitud: en un espacio hueco dispuesto delante de los orificios de acuerdo con la técnica de la circulación y de esta manera prever allí una resistencia elevada a la circulación, para compensar, cuando no incluso sobre compensar el efecto mencionado anteriormente de un caudal de flujo incrementado de refrigerante. Para conseguir una pérdida de presión más elevada -comparada con las aletas de pasadores cilíndricos conocidas a partir del estado de la técnicaen la circulación de refrigerante curso arriba de los orificios en el canto trasero de la pala de turbina, se propone de acuerdo con la invención que curso arriba de las nervaduras estén previstos varios elementos de turbulencia, que presentan en cada caso un lado de ataque de la corriente dirigido hacia la circulación de refrigerante que llega allí, que está arqueado al menos parcialmente de forma cóncava. A través de esta medida se puede tolerar un incremento de los orificios, sin que con ello se establezca un consumo elevado de refrigerante.

Otra ventaja del lado de ataque de la corriente arqueado de forma cóncava de los elementos de turbulencia es una elevación adicional de la transmisión de calor entre las superficies interiores de las paredes laterales de la hoja de la pala y de la circulación de refrigerante que circula a lo largo de ellas a través de una turbulencia incrementada en el refrigerante.

El dimensionado geométrico de los elementos de turbulencia de acuerdo con la invención como curvatura del lado de ataque de la corriente, tamaño y extensión longitudinal y/o distancia entre los elementos de turbulencia dispuestos en una serie se selecciona en este caso de manera adecuada para ajustar la pérdida de presión interna necesaria y/o la transmisión de calor deseada.

En este caso, se pueden derivar las relaciones entre las diferentes dimensiones geométricas con respecto a la cantidad de aire de refrigeración que circula a través de ella y las diferencias de... [Seguir leyendo]

1. Pala de turbina para una turbina de gas con una hoja de pala (16) hueca, a través de la cual puede circular un gas caliente, en cuyo canto trasero (20) están distribuidos varios orificios (28) para el soplado de un medio de refrigeración (40) que refrigera las palas de turbina y que están separados unos de los otros por medio de 5 nervaduras (30) dispuestas en medio, de manera que en el interior de la hoja de la pala (16) está previsto al menos un espacio vacío (38) conectado según la técnica de circulación con varios de los orificios (28) , en el que están previstos varios elementos de turbulencia (42) curso arriba de las nervaduras (30) , que se extienden, respectivamente, desde una superficie interior (34) de una pared lateral de aspiración (22) de la hoja de la pala (16) hasta la otra superficie interior (48) de una pared lateral de presión (24) de la hoja de la pala (16) y presentan, 10 respectivamente, un lado de ataque de la corriente (44) que está dirigido hacia la circulación de refrigerante que llega allí, caracterizada porque al menos uno de los elementos de turbulencia (42) - considerados en la sección longitudinal y/o en la sección transversal (16) - está configurado en forma de C con un lado de ataque de la corriente (44) arqueado al menos parcialmente cóncavo, de manera que los extremos del arco (46) opuestos entre sí del elemento de turbulencia (42) están dirigidos hacia la circulación de refrigerante que llega allí en el funcionamiento 15 para la elevación de la pérdida de presión.

2. Pala de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, en la que los elementos de turbulencia (42) están dispuestos curso arriba de las nervaduras (30) en al menos una serie transversalmente a la dirección de la circulación principal del refrigerante y/o cada uno de los elementos de turbulencia (42) de la serie presenta un lado de ataque de la corriente (44) arqueado al menos parcialmente cóncavo.

3. Pala de turbina de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en la que en la dirección de la circulación de la hoja de la pala (16) la distancia entre dos elementos de turbulencia (42) adyacentes es el factor 2 menor que su extensión respectiva en dirección longitudinal.

4. Pala de turbina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que las superficies interiores (34, 48) están inclinadas entre sí de tal forma que convergen - consideradas en la sección transversal de la hoja de la pala (16) - hacia el canto trasero (20) de la pala de turbina.

5. Pala de turbina de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que en el espacio hueco (38) curso arriba y/o curso debajo de los elementos de turbulencia (42) está previsto otro medio (32, 42) para la estimulación de la turbulencia del refrigerante (40) que circula a través del espacio hueco (38) hacia los orificios (28) .

6. Pala de turbina de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que el otro medio (32) comprende 30 una pluralidad de columnas / zócalos (32) dispuestos en un retículo.

7. Pala de turbina de acuerdo con la reivindicación 6, en la que las columnas o zócalos (32) están configurados de forma cilíndrica.

8. Pala de turbina de acuerdo con la reivindicación 5, en la que el otro medio está formado por al menos una serie de elementos, cuyo contorno corresponde al contorno de uno de los elementos de turbulencia (42) .

9. Núcleo fundido (110) para la utilización en un dispositivo de fundición para la fabricación de una pala de turbina fundida de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, para dejar detrás después de su retirada fuera de la pala de turbina fundida un espacio hueco (38) , a través del cual circula un refrigerante (40) en la pala de turbina,

- con una primera zona cerca de un canto trasero (120) del núcleo fundido, en el que están dispuestos varios primeros orificios (130) para la formación de nervaduras (30) en el canto trasero (120) de la pala de turbina, y

- con varios segundos orificios (142) , que están dispuestos en una segunda zona adyacente a la primera zona de los primeros orificios (130) , y por medio de los cuales permanecen elementos de turbulencia (42) en la pala de turbina fundida, caracterizado porque al menos uno de los segundos orificios (142) está configurado al menos parcialmente cóncavo para la formación de elementos de turbulencia (42) en forma de C, configurados de forma correspondiente, en la 45 pala de turbina (10) , de manera que la parte cóncava del orificio (130, 142) y los extremos en arco presentes a través de la forma en C de los segundos orificios (142) están alejados del canto trasero (120) del núcleo fundido.

10. Núcleo fundido (110) de acuerdo con la reivindicación 9, con el que se puede fabricar una pala de turbina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8.