Canal circular de flujo para una turbomáquina que puede ser atravesada en dirección axial por una corriente central.

Canal de flujo circular (18) para una turbomáquina, que está dispuesto de manera concéntrica alrededor de un ejede una máquina (2) que marcha en dirección axial y que está limitado por una pared limitadora (22,

24) de formacircular en el corte transversal para la conducción de una corriente central (26). Esta pared limitadora (22, 24)presenta varios pasos de reflujo (46) distribuidos a través de su extensión, por los que en cada caso se puede volvera conducir a la corriente central (26), en una posición de alimentación (52) situada en un punto más arriba de laposición de toma (50), una corriente parcial (49), desprendida de la corriente central (26) en una posición de toma(50) y que siempre se encuentran enfrentados a las hojas de pala (32) dispuestas en forma radial en el canal de flujo(18) de una corona de paletas, cuyos extremos de hojas de pala (42) forman en cada caso hendiduras en la paredlimitadora y con lo cual las hojas de pala (32) de los álabes móviles se pueden mover en una dirección de giro (U)predeterminada a los largo de la extensión de la pared limitadora (22, 24) o la pared limitadora (22, 24) en unadirección de giro (U) predeterminada respecto a las hojas de palas (32) de los álabes fijos de la corona de paletas(41), caracterizado porque (considerado en la dirección de giro (U)), la posición de toma (50) de cada pasaje dereflujo (46) se encuentra delante de la posición de alimentación (52) correspondiente.

Canal circular de flujo para una turbomáquina que puede ser atravesada en dirección axial por una corriente central.

La invención atañe a un canal de flujo para un compresor que está dispuesto de manera concéntrica alrededor de un eje de una máquina que marcha en dirección axial y que está limitado por una pared limitadora de forma circular en el corte transversal para la conducción axial de una corriente central. Esta pared limitadora presenta varios pasos de reflujo distribuidos a través de su extensión, por los que en cada caso se puede volver a conducir a la corriente central, en una posición de alimentación situada en un punto más arriba de la posición de toma, una corriente parcial, desprendida de la corriente central en una posición de toma y que se encuentran enfrentados a la pared limitadora con hojas de pala de una corona de paletas dispuestas en forma radial en el canal de flujo, cuyos extremos de hojas de pala forman hendiduras .

Las turbinas de gas y sus modos de funcionamiento son en general conocidas. El aire aspirado por un compresor de la turbina de gas es comprimido en el mismo y luego es mezclado con combustible en un quemador. A continuación la mezcla que ingresa en una cámara de combustión se incinera hasta convertirse en un gas caliente, que luego fluye a través de una turbina montada a continuación de la cámara de combustión y que mientras tanto hace rotar el rotor de la turbina de gas debido a su descompresión. A través de la rotación del rotor se acciona, además del compresor, un generador acoplado en el rotor que transforma en energía eléctrica la energía mecánica generada.

Tanto el compresor como también la turbina se componen de varios niveles conmutados uno tras otro, que en cada caso abarcan dos coronas de paletas consecutivas. Un nivel de turbina se compone de una corona de álabes formada por álabes fijos resistentes a la torsión y una corona de paletas dispuesta más abajo en la corriente; en cambio un nivel del compresor se compone de una corona de paletas y una corona de álabes dispuesta más abajo en la corriente, siempre considerado en la dirección de flujo del medio que fluye. En el caso de una turbina de gas mono-eje todos los álabes móviles están montados de manera fija en el rotor conjunto.

Los niveles de compresión dispuestos en serie, es decir consecutivos de manera axial, transportan el aire aspirado desde la entrada del compresor en dirección a la salida del compresor, debido a los álabes móviles que giran con el rotor, con lo cual el aire dentro de cada nivel (o corona) experimenta un aumento incremental de la presión. El aumento total de la presión a través del compresor es la suma de todos los aumentos incrementales de presión a lo largo de cada nivel (o todas las coronas) .

Como es sabido, durante el funcionamiento de la turbina de gas puede suceder, especialmente con el funcionamiento del compresor de la turbina de gas, que al aproximarse al límite de estabilidad la recirculación aumente debido a flujo incorrecto y a una creciente turbulencia de las hendiduras. Por ello dentro del compresor puede aparecer un desprendimiento del flujo en uno o varios álabes móviles, es decir, el flujo del aire en la dirección de flujo central se detiene en una parte de un nivel del compresor, ya que la energía transmitida al aire por el rotor no alcanza para transportarla a través del nivel del compresor y para establecer la relación de presión del nivel del compresor correspondiente. La relación de presión es el aumento de presión que aparece por encima del correspondiente nivel del compresor, referida a la presión de entrada del nivel respectivo. Si no se reacciona inmediatamente al desprendimiento del flujo, su avance puede producir un desprendimiento rotativo (rotating stall) y eventualmente incluso, que todo el flujo de aire a través del compresor invierta su dirección, lo que se conoce como pulsación. Este estado de funcionamiento, especialmente crítico, pone en peligro el alabeado e impide una alimentación suficiente con aire de compresión de la cámara de combustión, de manera que se debe diagnosticar un funcionamiento averiado de la turbina de gas y se debe desconectar inmediatamente la máquina.

Para ello, de la EP 0 719 907 Al, en la que se busca reaccionar al problema descrito, se conoce una pared limitadora estructurada, que se encuentra enfrentada a los extremos de los álabes móviles. Esta estructuración de la carcasa, el llamado “Casing Treatment”, sirve para la influencia positiva del flujo cercano a las hendiduras para las situaciones en las que existe una amenaza de desprendimiento de flujo en una hoja de pala. Debido a la estructuración, en la zona de menores velocidades de flujo, se toman de la corriente central corrientes parciales y a continuación se vuelven a conducir hacia la corriente central más arriba de la posición de toma. El aire tomado en la zona de los extremos del álabe del compresor del lado de presión se vuelve a conducir a la corriente central del lado de aspiración del álabe del compresor correspondiente para impedir un posible desprendimiento de flujo en ese lugar. Por lo tanto, los canales que conducen las corrientes parciales están inclinados respecto al eje de la máquina o al eje de rotación de manera que (siempre considerado en la dirección de giro del rotor) la posición de toma está situada detrás de la posición de alimentación, en la que se vuelve a conducir la corriente parcial desprendida a la corriente central cercana a la hendidura. Esto es necesario para que, debido al ángulo de escalonamiento de los extremos de las hojas de pala puestos de manera oblicua a la dirección de giro, la corriente parcial pueda ser conducida a través del extremo de la hoja de pala desde el lado de presión hacia el lado de aspiración. De esta manera la extensión longitudinal del canal de reflujo está alineada de manera transversal respecto de la recta del ángulo de escalonamiento del lado del extremo de la hoja de pala, es decir, aproximadamente paralelo al eje de la máquina.

Un dispositivo similar se conoce de la EP 1 286 022 Al.

Los diseños antes mencionados presentan la desventaja, de que la conducción del flujo de las corrientes parciales no es óptima.

Además, la FR 2 325 830 revela una carcasa de compresor con ranuras hechas en la misma. A través de esas ranuras se pretende impedir un desprendimiento de flujo de la corriente límite y de esa manera la pulsación del compresor, con lo que sin embargo la corriente de que se ajusta a través de las ranuras no fluye contra la corriente central, sino con ella.

La tarea de la invención es la puesta a disposición de un canal de flujo circular en el corte transversal de un compresor, cuyo “Casing Treatment” logra otra mejora de la zona de operación del compresor y una disminución de la tendencia del compresor hacia la separación de corriente.

Conforme al invento se pone a disposición un canal de flujo adecuado, de acuerdo a la clase, para la influencia de la corriente cercana a las hendiduras, para una turbomáquina atravesada preferentemente de manera axial, con lo cual (considerado en la dirección de giro de las hojas de pala) la posición de toma de cada zona de reflujo se encuentra delante de la posición de alimentación correspondiente. Lo mismo vale para una pared limitadora interna como parte del rotor, que se mueve frente a los extremos libres de las hojas de pala de los álabes fijos.

Con la invención se propone, que la extensión longitudinal de las zonas de reflujo y de los ángulos de escalonamiento de los extremos de las hojas de pala respecto al eje de la máquina no se crucen bajo un ángulo de igual tamaño y por lo tanto marchen de manera transversal, sino que la extensión longitudinal de los pasajes de reflujo y de los ángulos de escalonamiento de la hoja de pala en la zona del extremo respecto al eje de la máquina tengan una inclinación casi idéntica, de manera que estas puedan marchar casi de manera paralela. La invención parte del conocimiento, de que la dirección de flujo de las corrientes parciales en el sistema relativo de la dirección de giro de las hojas de pala no está coordinada de manera óptima. Se ha dejado atrás la suposición, de que la corriente parcial tomado por la zona de reflujo para la influencia de la corriente del lado de aspiración de una hoja de pala no debe ser tomada de su lado de presión y conducida a través del extremo de la hoja de pala en cuestión. Debido a la pared limitadora (considerada en dirección de extensión) y de las hojas de pala también dispuestas en una corona de paletas sin fin es posible conducir el flujo parcial desde una de las hoja de pala hacia la hojas de pala que avanza en dirección de giro. De esta... [Seguir leyendo]

1. Canal de flujo circular (18) para una turbomáquina, que está dispuesto de manera concéntrica alrededor de un eje de una máquina (2) que marcha en dirección axial y que está limitado por una pared limitadora (22, 24) de forma circular en el corte transversal para la conducción de una corriente central (26) . Esta pared limitadora (22, 24) presenta varios pasos de reflujo (46) distribuidos a través de su extensión, por los que en cada caso se puede volver a conducir a la corriente central (26) , en una posición de alimentación (52) situada en un punto más arriba de la posición de toma (50) , una corriente parcial (49) , desprendida de la corriente central (26) en una posición de toma

(50) y que siempre se encuentran enfrentados a las hojas de pala (32) dispuestas en forma radial en el canal de flujo

(18) de una corona de paletas, cuyos extremos de hojas de pala (42) forman en cada caso hendiduras en la pared limitadora y con lo cual las hojas de pala (32) de los álabes móviles se pueden mover en una dirección de giro (U) predeterminada a los largo de la extensión de la pared limitadora (22, 24) o la pared limitadora (22, 24) en una dirección de giro (U) predeterminada respecto a las hojas de palas (32) de los álabes fijos de la corona de paletas (41) , caracterizado porque (considerado en la dirección de giro (U) ) , la posición de toma (50) de cada pasaje de reflujo (46) se encuentra delante de la posición de alimentación (52) correspondiente.

2. Canal de flujo (18) conforme a la reivindicación 1, en la que la cantidad de los pasajes de reflujo (46) es igual a la cantidad o igual al múltiplo entero de las hojas de pala (32) .

3. Canal de flujo (18) conforme a la reivindicación 1 o 2, en el que la posición de toma (50) de un pasaje de reflujo

(46) se encuentra en frente al extremo (42) de una de las hojas de pala (32) y la correspondiente posición de alimentación (52) de un pasaje de reflujo (46) está dispuesto en la zona de la pared limitadora (22, 24) en la que se sitúa el extremo (42) de una hoja de pala (32) que avanza en dirección de giro (U) hacia la hoja de pala (32) .

4. Canal de flujo (18) conforme a la reivindicación 3, en el que la posición de toma (50) y la posición de alimentación (52) de los pasajes de reflujo (46) están distribuidos a lo largo de la extensión de manera que durante un movimiento de las hojas de pala (32) a lo largo de la pared limitadora (22, 24) en un mismo momento están dispuestas una pared del lado de presión (40) de una de las hojas de pala (32) (considerada en la dirección de giro (U) ) , directamente delante de la posición de toma (50) de uno de los pasajes de reflujo (46) y una pared del lado de aspiración (38) de una de las hojas de pala (32) que avanzan en la dirección de giro (U) hacia la hoja de pala (32) , directamente después de la posición de alimentación (52) del pasaje de reflujo (46) correspondiente.

5. Canal de flujo (18) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que visto de manera axial la posición de toma (50) de cada pasaje de reflujo (46) está dispuesta en la sección de la pared limitadora (22, 24) , que está prevista más arriba de los cantos traseros (36) de las hojas de pala (32) que se encuentran enfrentadas a la pared limitadora (22, 24) .

6. Canal de flujo (18) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que visto de manera axial la posición de alimentación (52) de cada pasaje de reflujo (46) está dispuesta en la sección de la pared limitadora (22, 24) , que está prevista más arriba de los cantos delanteros (34) de las hojas de pala (32) que se encuentran enfrentadas a la pared limitadora (22, 24) .

7. Canal de flujo (18) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el pasaje de reflujo (46) en la zona de la posición de alimentación (52) desemboca en el canal de flujo (18) de manera que la corriente parcial (49) que vuelve a través del mismo presenta un componente de flujo axial que está alineada en la misma dirección que la corriente central (26) .

8. Canal de flujo (18) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el pasaje de reflujo (46) está conformado al menos en parte como un canal de reflujo (48) .

9. Canal de flujo (18) conforme a la reivindicación 8, en el que los pasajes de reflujo (46) están separados por laminillas (54) .

10. Canal de flujo (18) conforme a la reivindicación 9, en el que las laminillas (54) están perfiladas de manera aerodinámica a lo largo de su extensión longitudinal.

11. Canal de flujo (18) conforme a la reivindicación 9 o 10, en la que la toma de los reflujos (49) y/o de la alimentación de los reflujos (49) hacia la corriente central (26) se realiza en cada caso en un paso anular (53, 55) .

12. Compresor (5) con un canal de flujo (18) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 11.