Sistema de álabe de rodete para una serie de álabes de rodete de una turbina.

Sistema de álabe de rodete para una serie de álabes de rodete de una turbina,

en particular una turbina de gas térmica, con al menos dos segmentos de álabe de rodete (10a, 10b), de los que cada segmento de álabe de rodete (10a, 10b) comprende al menos dos álabes de rodete (12), que están dispuestos en relación a un eje de giro de la serie de álabes de rodete al menos fundamentalmente de modo radial entre una cinta de cobertura (14a, 14a', 14b, 14b') radial interior y una radial exterior, y están acoplados con las cintas de cobertura (14a, 14a', 14b, 14b'), en el que al menos las cintas de cobertura (14b, 14b') radiales exteriores de los dos segmentos de álabes de rodete (10a, 10b) comprenden superficies de contacto (16a, 16b) que se corresponden entre sí, caracterizado porque los ejes de equilibrio (A) radiales de álabes de rodete (12) contiguos de los al menos dos segmentos de álabes de rodete (10a, 10b) están dispuestos basculados respectivamente de modo axial con un ángulo (Ca, Cb) respecto a su inclinación básica, presentando los ángulos (Ca, Cb) signos opuestos respecto a la inclinación básica.

Sistema de álabe de rodete para una serie de álabes de rodete de una turbina.

La invención se refiere a un sistema de álabe de rodete del tipo mencionado en el preámbulo de la reivindicación 1 para una serie de álabes de rodete de una turbina. La invención se refiere además a una turbina del tipo indicado en el preámbulo de la reivindicación 7, así como a un procedimiento para el montaje de una serie de álabes de rodete para una turbina.

Un sistema de álabe de rodete para una serie de álabes de rodete de una turbina se conoce ya del documento EP 1 447 525 A1. El sistema de álabe de rodete comprende en este caso dos o más segmentos de álabes de rodete, de los cuales cada segmento de álabe de rodete presenta al menos dos álabes de rodete, que están dispuestos respecto a un eje de giro de la serie de álabes de rodete al menos de modo predominantemente radial entre una cinta de cobertura radial interior y una cinta de cobertura radial exterior, y están acoplados con las cintas de coberturas. Al menos las cintas de cobertura radiales exteriores de los segmentos de álabes de rodete comprende superficies de contacto que se corresponden entre sí, a través de las cuales los segmentos de álabes de rodete están en contacto entre sí. Con ayuda de los segmentos de álabes de rodete (los denominados "cluster") se puede reducir, en comparación con los sistemas de álabe de rodete compuestos por álabes de rodete individuales, el número de junturas y de ranuras del sistema de álabe de rodete de un modo considerable. Además, se ofrecen menos superficies de ataque para los gases guiados por medio de la turbina asignada, gracias a lo cual se puede incrementar la durabilidad de este tipo de sistemas de álabe de rodete, o bien series de álabe de rodete. Los segmentos de álabes de rodete conforman además, en el estado montado, unidades estables comparativamente desde el punto de vista mecánica, reduciéndose los movimientos relativos durante el funcionamiento, y el desgaste que va unido con ellos, de modo ventajoso.

No obstante, se ha de considerar desventajoso en los sistemas de álabe de rodete conocidos el hecho de que los segmentos de álabes de rodete, a diferencia de los sistemas de álabe de rodete formados por álabes de rodete individuales, ya no se pueden arriostrar entre sí por medio de torsión de los álabes de rodete de una serie de álabes de rodete. Debido a ello, los segmentos de álabes de rodete están desacoplados mecánicamente entre sí, y sólo se pueden controlar con dificultades desde el punto de vista de la mecánica de oscilaciones.

Del estado de la técnica se conoce igualmente el hecho de hacer bascular álabes de rodete de turbinas individuales respecto a la dirección radial, para, bajo la influencia de la fuerza centrífuga por medio de la deformación del álabe optimizar las relaciones de rozamiento y de amortiguación en la región de los segmentos de la cinta de cobertura que están en contacto entre sí. En este caso, los álabes de rodete contiguos pueden estar basculados en el mismo sentido o en sentido opuesto. Véase para ello los documentos WO2005/026501 A1 y GB 2 215 407 A.

El objetivo de la presente invención, así pues, es crear un sistema de álabe de rodete del tipo mencionado al comienzo, que presente características mejoradas desde el punto de vista de mecánica de oscilación.

El objetivo se consigue según la invención por medio de un sistema de álabe de rodete con las características de la reivindicación 1, una turbina con las características de la reivindicación 7, así como por medio de un procedimiento según la reivindicación 9. Las configuraciones ventajosas con variantes adecuadas de la invención están indicadas en las reivindicaciones subordinadas, habiéndose de ver las configuraciones ventajosas del sistema de álabe de rodete, o bien de la turbina - en tanto que se puedan aplicar - como configuraciones ventajosas del procedimiento, y viceversa.

Un sistema de álabe de rodete conforme a la invención para una serie de álabes de rodete de una turbina que presenta características optimizadas desde el punto de vista de la mecánica de oscilación se consigue gracias al hecho de que estén dispuestos ejes de equilibrio radiales de álabes de rodete contiguos de los al menos dos segmentos de álabes de rodete hechos bascular respectivamente de modo axial en un ángulo respecto a su inclinación básica correspondiente, presentando los ángulos signos opuestos respecto a la inclinación básica. Dicho de otro modo, está previsto que los álabes de rodete contiguos de los al menos dos segmentos de álabes de rodete, partiendo de su inclinación básica correspondiente, estén dispuestos de manera basculada a modo de tijeras. La inclinación básica, que también se denomina "lean", sirve habitualmente para equilibrar en su mayor parte las fuerzas de gases que salen durante el funcionamiento de la turbina asignada, que generan momentos de flexión correspondientes en los álabes de rodete, al menos en regiones de funcionamiento determinadas de la turbina. La inclinación básica con la que están dispuestos basculados los ejes de equilibrio de los álabes de rodete tiene un valor en este caso, dependiendo de la configuración de la turbina, habitualmente entre 0º y 2º. En este caso, el eje de equilibrio, dependiendo de las geometrías de los álabes de rodete puede discurrir coaxialmente o bien paralelo al eje respecto al eje de enfilar de los perfiles de los álabes de rodete. Con ayuda de la disposición conforme a la invención de los álabes de rodete contiguos se consigue así pues un desplazamiento del centro de gravedad, en particular en la región de las superficies de contacto de las cintas de cobertura exteriores radiales. Por medio de las fuerzas centrífugas que se originan durante el funcionamiento de la turbina asignada, se pueden generar con ello, de un modo sencillo desde el punto de vista constructivo, fuerzas de compresión dependientes del número de revoluciones por unidad de tiempo entre los al menos dos segmentos de álabes de rodete, que llevan a un acoplamiento mecánico mejorado de los segmentos de álabes de rodete y a una mejora correspondiente de las características desde el punto de vista de la mecánica de oscilación.

Para que los ángulos con los que están dispuestos basculados los ejes de equilibrio radiales respecto a sus inclinaciones básicas correspondientes, sean iguales en su valor, se generan durante el funcionamiento del sistema de álabe de rodete fuerzas de compresión correspondientemente iguales en valor, opuestas entre sí, en las superficies de contacto de los segmentos de álabes de rodete. Con ello se puede evitar que se originen momentos de flexión no deseados entre los segmentos de álabes de rodete de un modo fiable.

Otras ventajas se originan haciendo que los álabes de rodete de al menos un segmento de álabe de rodete estén conformados con la cinta de cobertura interior y/o con la cinta de cobertura exterior. Gracias a ello se consigue una reducción considerable de costes de fabricación como consecuencia del número reducido de los componentes que se han de montar.

En otra configuración ventajosa de la invención está previsto que los álabes de rodete estén fundidos en la cinta de cobertura interior y/o en la cinta de cobertura exterior. Esto hace posible, de modo barato, una unión estable mecánicamente y segura en su funcionamiento de los álabes de rodete con la cinta de cobertura correspondiente.

Otras ventajas resultan cuando las superficies de contacto están conformadas como enganche mecánico. Gracias a ello, las fuerzas de compresión que se pueden conseguir con ayuda del sistema de álabe de rodete conformes a la invención se pueden distribuir de modo plano, de manera que, a diferencia del estado de la técnica, no se producen deformaciones elásticas, sino que las fuerzas que se originan se pueden depositar en la región de las superficies de contacto como fuerzas de apriete. Gracias a ello se consigue un acoplamiento especialmente estable desde el punto de vista mecánica de los dos segmentos de álabes de rodete, de manera que el sistema de álabe de rodete no es crítico desde el punto de vista de la mecánica de oscilación.

En otra configuración ventajosa de la invención está previsto que un valor del ángulo tenga un valor entre 0, 1º y 10º, en particular entre 0, 1º y 5º, y preferentemente entre 0, 1º y 2º. Esto permite, por un lado, una capacidad de adaptación ventajosa a álabes de rodete y turbinas conformadas de diferentes maneras, y hace posible además un desplazamiento preciso del centro de gravedad... [Seguir leyendo]

1. Sistema de álabe de rodete para una serie de álabes de rodete de una turbina, en particular una turbina de gas térmica, con al menos dos segmentos de álabe de rodete (10a, 10b) , de los que cada segmento de álabe de rodete (10a, 10b) comprende al menos dos álabes de rodete (12) , que están dispuestos en relación a un eje de giro de la serie de álabes de rodete al menos fundamentalmente de modo radial entre una cinta de cobertura (14a, 14a', 14b, 14b') radial interior y una radial exterior, y están acoplados con las cintas de cobertura (14a, 14a', 14b, 14b') , en el que al menos las cintas de cobertura (14b, 14b') radiales exteriores de los dos segmentos de álabes de rodete (10a, 10b) comprenden superficies de contacto (16a, 16b) que se corresponden entre sí, caracterizado porque los ejes de equilibrio (A) radiales de álabes de rodete (12) contiguos de los al menos dos segmentos de álabes de rodete (10a, 10b) están dispuestos basculados respectivamente de modo axial con un ángulo (Ca, Cb) respecto a su inclinación básica, presentando los ángulos (Ca, Cb) signos opuestos respecto a la inclinación básica.

2. Sistema de álabe de rodete según la reivindicación 1, caracterizado porque los ángulos (Ca, Cb) son iguales en su valor.

3. Sistema de álabe de rodete según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los álabes de rodete

(12) de al menos un segmento de álabe de rodete (10a, 10b) están conformados de una pieza con la cinta de cobertura (14a, 14a') interior y/o con la cinta de cobertura (14b, 14b') exterior.

4. Sistema de álabe de rodete según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los álabes de rodete (12) están fundidos en la cinta de cobertura (14a, 14a') interior y/o en la cinta de cobertura (14b, 14b') exterior.

5. Sistema de álabe de rodete según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las superficies de contacto (16a, 16b) están conformadas como enganche mecánico.

6. Sistema de álabe de rodete según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque un valor del ángulo (Ca, Cb) tiene un valor entre 0, 1º y 10º, en particular entre 0, 1º y 5º, y preferentemente entre 0, 1º y 2º.

7. Turbina, en particular turbina de gas térmica, con una serie de álabes de rodete, que comprende un sistema de álabes de rodete según una de las reivindicaciones 1 a 6.

8. Turbina según la reivindicación 7, caracterizada porque la serie de álabes de rodete está dispuesta en una región de la turbina, en particular en una región de la turbina de baja presión, de la turbina.

9. Procedimiento para el montaje de una serie de álabes de rodete para una turbina, en particular para una turbina de gas térmica, en el que se proporcionan al menos dos segmentos de álabes de rodete (10a, 10b) de un sistema de álabes de rodete según una de las reivindicaciones 1 a 6, y los álabes de rodete (12) correspondientes de los al menos dos segmentos de álabes de rodete (10a, 10b) , que están basculados respectivamente de modo axial en un ángulo (Ca, Cb) respecto a su inclinación básica correspondiente, están dispuestos uno junto al otro, presentando los ángulos (Ca, Cb) signos opuestos referidos a la inclinación básica de los álabes de rodete (12) .

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque los segmentos de álabes de rodete (10a, 10b) se acoplan entre sí sin deformación.