Recorte de cola de milano de una pala/disco de una turbina para la reducción de la tensión de la pala/disco.

La trayectoria de carga de una pala sobre un disco de una turbina de gas se puede desviar para proporcionar un beneficio significativo en la vida del disco por la fatiga. Una pluralidad de palas de una turbina de gas se pueden fijar a un disco de la turbina gas, donde cada una de las palas de la turbina de gas incluye una cola de milano de la pala que se puede acoplar en una ranura de la cola de milano conformada en correspondencia en el disco de la turbina de gas. Para reducir la tensión del disco de la turbina de gas, se define un área de retirada de material óptima según la geometría de la pala y/o del disco para maximizar un equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el disco de la turbina de gas, una vida útil de la pala de la turbina de gas, y mantener o mejorar el comportamiento aeromecánico de la pala de la turbina de gas. La retirada del material del área de retirada del material realiza el equilibrio maximizado

Recorte de cola de milano de una pala/disco de una turbina para la reducción de la tensión de la pala/disco.

Referencia cruzada a una solicitud relacionada

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional US 60/680.036, presentada el 12 de mayo de 2005, todos los contenidos de la cual se incorporan aquí por referencia.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a tecnología de turbina de gas y, más particularmente, a una cola de milano de una pala y/o de un disco modificada diseñada para desviar la trayectoria de la carga de la pala alrededor de un elemento de concentración de la tensión en el disco sobre el cual la pala se monta y/o un elemento de concentración de la tensión en la propia pala.

Ciertos discos de turbinas de gas incluyen una pluralidad de colas de milano separadas circunferencialmente alrededor de la periferia externa del disco que define las ranuras de la cola de milano entre las mismas. Cada una de las ranuras de la cola de milano aloja en una dirección axial una pala formada con una porción de plano aerodinámico y una cola de milano de la pala que tiene una forma complementaria con la ranuras de la cola de milano.

Las palas se pueden refrigerar mediante el aire que entra a través de una ranura de refrigeración en el disco y a través de unas ranuras o hendiduras formadas en las porciones de la cola de milano de las palas. Típicamente, la ranura de refrigeración se extiende circunferencialmente 360º a través de las colas de milano y de las ranuras de la cola de milano alternas.

Se ha encontrado que las posiciones de la interfaz entre las colas de milano de la pala en la ranuras de la cola de milano son posiciones que potencialmente limitan la vida útil debido a las cargas de las palas sobresalientes y a la geometría de concentración de la tensión. En el pasado, se han utilizado recortes de cola de milano en ciertos motores de turbinas para liberar tensiones. Estos recortes, sin embargo, eran de naturaleza menor y no estaban relacionados con el problema aquí planteado. Además, las posiciones y las cantidades de material retirado no estaban optimizadas para maximizar un equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el disco, la reducción de la tensión sobre las palas, y una vida útil de las palas.

Breve descripción de la invención

En una realización de ejemplo de la invención, un método reduce la tensión sobre por lo menos uno entre una pala de turbina y un disco de rotor. Una pluralidad de palas de turbina se pueden fijar al disco, y cada una de las palas de la turbina incluye una cola de milano de la pala que se puede acoplar en una ranura de cola de milano conformada de manera correspondiente en el disco. El método incluye las etapas de (a) determinar un punto de inicio para un recorte de cola de milano respecto a una línea de referencia, definiendo el punto inicial una longitud del recorte de la cola de milano a lo largo de un eje de la cola de milano; (b) determinar un ángulo de corte para el recorte de la cola de milano; y (c) retirar material de por lo menos uno entre la cola de milano de la pala o la ranura de cola de milano del disco según el punto inicial y el ángulo de corte para formar el recorte de la cola de milano. El punto inicial y el ángulo de corte están optimizados según la geometría de la pala y el disco para maximizar un equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el disco, la reducción de la tensión sobre la pala, una vida útil de las palas de la turbina, y el mantenimiento o la mejora del comportamiento aeromecánico de la pala de la turbina. Además, la línea de referencia está colocada a una distancia fija de una cara delantera de la cola de milano de la pala a lo largo de una línea central del eje de la cola de milano, y la etapa (a) se practica de manera que el punto inicial del recorte de la cola de milano está a por lo menos 1,549 pulgadas (3,934 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha y la lengüeta media y a por lo menos 1,466 pulgadas (3,723 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.

En otra realización de ejemplo de la invención, una pala de turbina incluye un plano aerodinámico y una cola de milano de la pala, donde la cola de milano de la pala formada en correspondencia a una ranura de la cola de milano en un disco de la turbina. La cola de milano de la pala incluye un recorte de cola de milano dimensionado y colocado según la geometría de la pala para maximizar un equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el disco del rotor, la reducción de la tensión sobre la pala, una vida útil de la pala de la turbina, y el mantenimiento o la mejora del comportamiento aeromecánico de la pala de la turbina. Un punto inicial del recorte de la cola de milano, que define una longitud del recorte de la cola de milano a lo largo de un eje de la cola de milano, está determinado respecto a una línea de referencia colocada a una distancia fija desde una cara delantera de la cola de milano de la pala a lo largo de una línea central del eje de la cola de milano. El punto inicial del recorte de la cola de milano está a por lo menos 1,549 pulgadas (3,934 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha y la lengüeta media y por lo menos a 1,466 pulgadas (3,723 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.

En otra realización de ejemplo de la invención, un rotor de turbina incluye una pluralidad de palas de turbina acopladas con un disco del rotor, incluyendo cada pala un plano aerodinámico y una cola de milano de la pala, e incluyendo el disco del rotor una pluralidad de ranuras de cola de milano conformadas en correspondencia con la cola de milano de la pala. Por lo menos una de la cola de milano de la pala y la ranura de la cola de milano incluye un recorte de cola de milano dimensionado y colocado según la geometría de la pala y del disco para maximizar un equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el disco del rotor, la reducción de la tensión sobre la pala, una vida útil de la pala de la turbina, y el mantenimiento o mejora del comportamiento aeromecánico de la pala de la turbina. Un punto inicial del recorte de la cola de milano, que define una longitud del recorte de la cola de milano a lo largo de un eje de la cola de milano, se determina respecto a una línea de referencia colocada a una distancia fija desde una cara delantera de la cola de milano de la pala a lo largo de una línea central del eje de la cola de milano. El punto inicial del recorte de la cola de milano está a por lo menos 1,549 pulgadas (3,934 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha y la lengüeta media y por lo menos a 1,466 pulgadas (3,723 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva de un segmento de un disco de una turbina de gas de ejemplo con una pala de una turbina de gas fijada;

La figura 2 es una vista en perspectiva del lado de presión de la pala de una turbina de gas de ejemplo;

La figura 3 es una vista en perspectiva del lado de succión de la pala de una turbina de gas de ejemplo;

Las figuras 4 a 7 muestran vistas cercanas de las áreas de la cola de milano de la pala o del disco en las que se retirará material;

Las figuras 8 y 9 muestran un área de retirada del material para una pala o un disco de etapa 1 en una primera clase de turbina de un primer tipo;

Las figuras 10 y 11 muestran un área de retirada del material para una pala o disco de etapa 1 en una primera clase de turbina de un segundo tipo;

La figura 12 muestra un área de retirada de material para una pala o un disco de etapa 2 en la primera clase de turbina;

Las figuras 13 y 14 muestran un área de retirada de material para una pala o un disco de etapa 1 en una segunda clase de turbina;

La figura 15 muestra un área de retirada de material para un lado de presión y una pala o un disco de etapa 2 en la segunda clase de turbina;

La figura 16 muestra un área de retirada de material para un lado de succión de la pala o el disco de etapa 2 en la segunda clase de turbina;

Las figuras 17 y 18 muestran un área de retirada de material para una pala o un disco de etapa 1 en una...

1. Método para reducir la tensión sobre por lo menos uno entre un disco de una turbina y una pala de una turbina, en el que una pluralidad de palas de la turbina se puede fijar al disco, y en el que cada una de las palas de la turbina incluye una cola de milano de la pala que se pueda acoplar en una ranura de la cola de milano conformada de manera correspondiente en el disco, incluyendo la cola de milano de la pala tres lengüetas como una lengüeta ancha, una lengüeta media, y una lengüeta estrecha, comprendiendo el método:

(a) determinar un punto inicial para un recorte de la cola de milano respecto a una linea de referencia, definiendo el punto inicial una longitud del recorte de la cola de milano a lo largo de un eje de la cola de milano;

(b) determinar un ángulo de corte para el recorte de la cola de milano; y

(c) retirar material de por lo menos una entre la cola de milano de la pala o la ranura de la cola de milano del disco según el punto inicial y el ángulo de corte para formar el recorte de la cola de milano,

en el que el punto inicial y el ángulo de corte se optimizan según la geometría de la pala y del disco para maximizar un equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el disco, la reducción de la tensión sobre la pala, una vida útil de las palas de la turbina, y el mantenimiento o la mejora del comportamiento aeromecánico de la pala de la turbina,

en el que la línea de referencia está colocada a una distancia de 1,704 pulgadas (4.33 cm) desde una cara delantera de la cola de milano de la pala a lo largo de una línea central del eje de la cola de milano, y en el que la etapa (a) se practica de manera que el punto inicial del recorte de la cola de milano está a por lo menos 1,549 pulgadas (3,934 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha y la lengüeta media, y por lo menos a 1,466 pulgadas (3,723 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el punto inicial del recorte de la cola de milano está a por lo menos 1,649 pulgadas (4,188 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha, a por lo menos 1,552 pulgadas (3,942 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta media, y por lo menos 1,519 pulgadas (3,858 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.

3. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa (b) se practica de manera que el ángulo de corte es como máximo de 3º.

4. Método según la reivindicación 3, en el que la optimización del punto inicial y del ángulo de corte se practica ejecutando un análisis de elementos finitos sobre la geometría de la pala y del disco.

5. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa (b) se practica mediante la determinación de múltiples ángulos de corte para definir el recorte de la cola de milano con una superficie no plana.

6. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa (c) se practica mediante la retirada de material de la cola de milano de la pala.

7. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa (c) se practica mediante la retirada de material de la ranura de la cola de milano del disco.

8. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa (c) se practica mediante la retirada de material de la cola de milano de la pala y de la ranura de la cola de milano del disco.

9. Método según la reivindicación 8, en el que en la etapa (c) también se practica de manera que un ángulo resultante basado en el material retirado de la cola de milano de la pala y que la ranura de la cola de milano del disco no supera el ángulo de corte.

10. Pala de turbina que comprende un plano aerodinámico y una cola de milano de la pala, estando conformada la cola de milano de la pala en correspondencia a una ranura de la cola de milano en un disco de turbina, incluyendo la cola de milano de la pala tres lengüetas como una lengüeta ancha, una lengüeta media, y una lengüeta estrecha,

en el que la cola de milano de la pala incluye un recorte de la cola de milano dimensionado y colocado según la geometría de la pala para maximizar un equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el disco, la reducción de la tensión sobre la pala, una vida útil de la pala de la turbina, y el mantenimiento o la mejora del comportamiento aeromecánico de la pala de la turbina,

en el que punto inicial del recorte de la cola de milano, que define la longitud del recorte de la cola de milano a lo largo de un eje de la cola de milano, se determina respecto a una línea de referencia colocada a una distancia de 1,704 pulgadas (4.33 cm) desde una cara delantera de la cola de milano de la pala a lo largo de una línea central del eje de la cola de milano, y

en el que el punto inicial del recorte de la cola de milano está por lo menos a 1,549 pulgadas (3,934 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha y la lengüeta media y a por lo menos 1,466 pulgadas (3,723 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.

11. Pala de turbina según la reivindicación 10, en el que el punto inicial del recorte de la cola de milano está a por lo menos 1,649 pulgadas (4,188 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha, a por lo menos 1,552 pulgadas (3,942 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta media, y a por lo menos 1,519 pulgadas (3,858 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.

12. Pala de turbina según la reivindicación 10, en el que un ángulo de corte del recorte de la cola de milano es como máximo de 3º.

13. Pala de turbina según la reivindicación 10, en el que el recorte de la cola de milano tiene una superficie no plana.

14. Rotor de turbina que incluye una pluralidad de palas de turbina acopladas con un disco del rotor, comprendiendo cada pala un plano aerodinámico y una cola de milano de la pala, y comprendiendo el disco del rotor una pluralidad de ranuras de cola de milano conformadas en correspondencia a la cola de milano de la pala, incluyendo la cola de milano de la pala tres lengüetas como una lengüeta ancha, una lengüeta media, y una lengüeta estrecha,

en el que por lo menos una entre la cola de milano de la pala y la ranura de la cola de milano incluye un recorte de la cola de milano dimensionado y colocado según la geometría de la pala y del disco para maximizar un equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el disco del rotor, la reducción de la tensión sobre la pala, una vida útil de la pala de la turbina, y el mantenimiento o la mejora del comportamiento aeromecánico de la pala de la turbina,

en el que un punto inicial del recorte de la cola de milano, que define una longitud del recorte de la cola de milano a lo largo de un eje de la cola de milano, está determinado respecto a una línea de referencia colocada a una distancia de 1,704 pulgadas (4.33 cm) desde una cara delantera de la cola de milano de la pala a lo largo de una línea central del eje de la cola de milano, y

en el que el punto inicial del recorte de la cola de milano está a por lo menos 1,549 pulgadas (3,934 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha y la lengüeta media, y a por lo menos 1,466 pulgadas (3,723 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.

15. Rotor de turbina según la reivindicación 14, en el que el punto inicial del recorte de la cola de milano está por lo menos a 1,649 pulgadas (4,188 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha, a por lo menos 1,552 pulgadas (3,942 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta media, y a por lo menos 1,519 pulgadas (3,858 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.

16. Pala de turbina que comprende un plano aerodinámico y una cola de milano de la pala, estando conformada la cola de milano de la pala en correspondencia a una ranura de la cola de milano en un disco de turbina, incluyendo la cola de milano de la pala tres lengüetas como una lengüeta ancha, una lengüeta media, y una lengüeta estrecha,

en el que la cola de milano de la pala incluye un recorte de la cola de milano dimensionado y colocado según la geometría de la pala para maximizar un equilibrio entre la reducción de la tensión sobre el disco, la reducción de la tensión sobre la pala, una vida útil de la pala de la turbina, y el mantenimiento o la mejora del comportamiento aeromecánico de la pala de la turbina,

en el que punto inicial del recorte de la cola de milano, que define la longitud del recorte de la cola de milano a lo largo de un eje de la cola de milano, se determina respecto a una línea de referencia colocada a una distancia de 1,698 pulgadas (4,31 centímetros) desde una cara delantera de la cola de milano de la pala a lo largo de una línea central del eje de la cola de milano, y

en el que el punto inicial del recorte de la cola de milano está por lo menos a 1,619 pulgadas (4.11 centímetros) en una dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta ancha, por lo menos 1,552 pulgadas (3,94 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta mediana, y por lo menos 1,419 pulgadas (3,60 centímetros) en la dirección hacia atrás desde la línea de referencia para la lengüeta estrecha.