Compresor de alta presión de ciclo híbrido y turbo-máquina que lo comprende.

Compresor HP de ciclo híbrido (104) para turbo-máquina, estando compuesto el citado compresor por unapluralidad de rodetes móviles y de rectificadores de flujo dispuestos alternativamente,

de los cuales, sucesivamentede aguas arriba a aguas abajo en una dirección principal de circulación del aire (Ea) a través del compresor, unprimer rodete móvil (16), un primer rectificador de flujo (118) y un segundo rodete móvil (20), estando compuesto elcitado compresor además por una boquilla de separación (22) dispuesta entre el primer rectificador de flujo (118) yel segundo rodete móvil (20) con el fin de alimentar de aire un flujo secundario de la turbo-máquina, siendo el primerrectificador de flujo (118) un rectificador de doble enrejado que incluye un enrejado de álabes aguas arriba (30) asícomo un enrejado de álabes aguas abajo (34), estando estos enrejados de álabes aguas arriba y aguas abajo (30,34) asociados respectivamente a unos sistemas de enclavamiento variable aguas arriba y aguas abajo (38, 40),comandados de manera autónoma, siendo apto cada álabe (32, 36) de cada uno de los enrejados aguas arriba yaguas abajo (30, 34) del primer rectificador de flujo (118) para ser pivotados alrededor de un eje de rotación (42, 44)que se extiende sensiblemente en dirección radial, caracterizado porque para cada álabe (32) del enrejado aguasarriba (30), el eje de rotación (42) se sitúa en las proximidades de un borde de fuga (48) del citado álabe (32), yporque para cada álabe (36) del enrejado aguas abajo (34), el eje de rotación (44) se sitúa en las proximidades deun borde de ataque (50) del citado álabe (34).

Compresor de alta presión de ciclo híbrido y turbo-máquina que lo comprende.

CAMPO TECNICO

El presente invento se refiere con carácter general a una turbo-máquina de ciclo híbrido, y más particularmente a un compresor de alta presión de ciclo híbrido que está equipado con una turbina. En otras palabras, el invento se refiere a una turbo-máquina que en la parte que se refiere al compresor de alta presión está equipada con una descarga que permite una comunicación entre el flujo primario de este mismo compresor y el flujo secundario que sale del compresor de baja presión.

ESTADO DE LA TECNICA ANTERIOR

Una turbina de ciclo híbrido clásica de la técnica anterior está representada parcialmente en la figura 1, en corte longitudinal. Tal turbo-máquina está descrita por ejemplo en la patente US 5 155 993.

Esta turbo-máquina 1 está constituida de aguas arriba a aguas abajo, en una dirección principal de circulación de los gases representada esquemáticamente por la flecha Eg, por un compresor de baja presión 2, así como un compresor de alta presión de ciclo híbrido 4. Tal y como se puede ver en la figura 1, los dos compresores 2 y 4 son de forma sensiblemente anular, y están centrados sobre un eje principal longitudinal 6 de la turbo-máquina 1. Bien entendido que este eje 6 hace pues las veces igualmente de eje principal longitudinal de estos dos compresores 2 y

4.

De manera conocida, el compresor de baja presión 2 y el compresor de alta presión de ciclo híbrido, denominado “compresor HP de ciclo híbrido” en la descripción que sigue, están acoplados respectivamente a unas turbinas de baja y de alta presión (no representadas) , mediante unos ejes 8 y 10.

La particularidad de esta turbo-máquina 1 reside en el hecho de que el compresor HP 4 es de ciclo híbrido, a saber que dispone de una configuración que le permite alimentar de aire a la vez una cámara de combustión 12 para asegurar la propulsión de la turbo-máquina 1, pero igualmente un flujo secundario que contribuye al establecimiento global de un ciclo clásico de una turbo-máquina de doble flujo, de doble cuerpo, tal y como va a ser expuesto de manera detallada a continuación.

En efecto, tal y como se puede percibir en la figura 1, el compresor HP de ciclo híbrido 4 está compuesto de aguas arriba a aguas abajo, en la dirección principal de circulación del los gases Eg, por un conjunto de álabes directores de entrada 14 (en inglés IGV que significa “Inlet Guide Vanes”) , un primer rodete móvil 16, un primer rectificador de flujo en forma de enrejado de álabes 18, un segundo rodete móvil 20 así como una pluralidad de otros rodetes móviles y de rectificadores de flujo (no referenciados) dispuestos de forma alterna, hasta un extremo aguas abajo del compresor HP 4 dispuesto en la proximidad de la cámara de combustión 12.

Entre el primer rectificador de flujo 18 y el segundo rodete móvil 20, está prevista en una configuración de ciclo híbrido, en la que una boquilla de separación 22 se extiende radialmente hacia el exterior así como hacia aguas abajo, a partir de una pared exterior de este compresor HP 4. La boquilla de separación 22 tiene preferentemente la forma de un conducto anular que desemboca por una parte en el interior del compresor HP 4 aguas debajo de primer rectificador de flujo 18 y aguas arriba del segundo rodete 20, y por otra parte en una vena anular 24 a través de la cual circula un flujo secundario de aire representado esquemáticamente por la flecha Fs.

De esta manera, tal y como se ha mencionado precedentemente, una parte del aire que constituye el flujo secundario Fs puede ser detraída en el interior del compresor HP 4, de tal manera que este flujo secundario Fs se vea sensiblemente reforzado. Además, con la ayuda de una válvula 25 inteligentemente posicionada, por ejemplo a la salida de la boquilla de separación 22, es posible hacer variar la tasa de dilución, a saber la relación entre la cantidad de aire del flujo secundario que proviene del compresor HP 4, y la cantidad total de aire de este mismo flujo secundario. A este respecto, está indicado que las turbo-máquinas de ciclo híbrido sean concebidas generalmente de tal manera que la tasas de dilución puedan variar entre alrededor del 0 y el 20%, siendo de hecho el intervalo efectivo de variación de esta tasa de dilución más o menos extenso en función del régimen aplicado.

Esta especificidad de las turbo-máquinas de ciclo híbrido es globalmente ventajosa en el sentido de que permite la obtención de una tasa de dilución variable para una posición de la tobera motor constante, lo que permite entonces aumentar ciertas prestaciones de este motor.

Sin embargo, su arquitectura particular, y más específicamente la de su compresor HP 4, engendra mayores inconvenientes.

Efectivamente, está indicado que para hacer frente a las variaciones de régimen de la turbo-máquina 1, el primer rectificador de flujo 18 tome la forma de un enrejado de álabes de enclavamiento variable, idéntico al encontrado en los compresores HP clásicos de turbo-máquinas sin ciclo híbrido.

Así, si la tecnología de enclavamiento variable aplicada al compresor HP permite responder correctamente a las variaciones de régimen de la turbo-máquina, no es sin embargo satisfactoria cuando se trata de tener en cuenta las variaciones de un parámetro aerodinámico suplementario, a saber la detracción de aire efectuada desde la boquilla de separación.

En efecto, ha sido observado que el hecho de prever una tasa de dilución variable, para un régimen dado cualquiera, engendraría unas condiciones aerodinámicas igualmente muy variables para los álabes del primero y segundo rodetes móviles del compresor HP, de manera que las prestaciones globales de este compresor HP se verían fuertemente disminuidas.

A título indicativo, hay que hacer notar que las capacidades de márgenes de bombeo se ven ampliamente disminuidas por el hecho de esta variabilidad de las condiciones aerodinámicas, siendo sin embargo necesarias estas capacidades para todos los compresores y para todas las condiciones de funcionamiento.

EXPOSICION DEL INVENTO

El invento tiene pues por objetivo proponer un compresor HP de ciclo híbrido, cuya concepción remedie al menos parcialmente los inconvenientes mencionados más arriba relativos a las realizaciones de la técnica anterior.

Por otra parte, el objetivo del presente invento es el de presentar una turbo-máquina de ciclo híbrido compuesta por tal compresor HP de ciclo híbrido.

Para hacer esto, el invento tiene en primer lugar por objeto un compresor HP de ciclo híbrido para una turbomáquina, estando compuesto el compresor por una pluralidad de rodetes móviles y de rectificadores de flujo dispuestos alternativamente, de los cuales, sucesivamente de aguas arriba a aguas abajo en una dirección principal de circulación del aire a través del compresor, un primer rodete móvil, un primer rectificador de flujo y un segundo rodete móvil, estando compuesto el compresor además de una boquilla de separación dispuesta entre el primer rectificador de flujo y el segundo rodete móvil con el fin de alimentar de aire un flujo secundario de la turbomáquina. Según el invento, el primer rectificador de flujo es un rectificador de enrejado doble que está compuesto por un enrejado de álabes aguas arriba así como por un enrejado de álabes aguas abajo, y enrejados de álabes aguas arriba y aguas abajo están asociados respectivamente a unos sistemas de enclavamiento variable aguas arriba y aguas abajo comandados de manera autónoma.

Ventajosamente, la disposición particular propuesta permite optimizar, de manera independiente y en función del régimen de la turbo-máquina y de la tasa de dilución deseada, por una parte la adaptación en incidencia de este primer rectificador de flujo mediante la acción sobre el enrejado de álabes aguas arriba, y por otra parte el reglaje de la pre-rotación del segundo rodete móvil mediante la acción sobre el enrejado de álabes aguas abajo. La independencia de los sistemas de enclavamiento variable aguas arriba y aguas abajo permite en consecuencia optimizar sensiblemente el carácter aerodinámico del primer rectificador de flujo, así como la pre-rotación del segundo rodete móvil actuando sobre el conjunto del bloque aguas abajo del compresor HP.

De esta manera, a título indicativo, cuando la tasa de dilución requerida es baja, una acción tendente a abrir el enrejado de álabes aguas abajo del primer rectificador de flujo permite poner al segundo rodete móvil en situación de absorber una mayor cantidad de caudal de aire, mientras que una acción independiente efectuada... [Seguir leyendo]

1. Compresor HP de ciclo híbrido (104) para turbo-máquina, estando compuesto el citado compresor por una pluralidad de rodetes móviles y de rectificadores de flujo dispuestos alternativamente, de los cuales, sucesivamente de aguas arriba a aguas abajo en una dirección principal de circulación del aire (Ea) a través del compresor, un primer rodete móvil (16) , un primer rectificador de flujo (118) y un segundo rodete móvil (20) , estando compuesto el citado compresor además por una boquilla de separación (22) dispuesta entre el primer rectificador de flujo (118) y el segundo rodete móvil (20) con el fin de alimentar de aire un flujo secundario de la turbo-máquina, siendo el primer rectificador de flujo (118) un rectificador de doble enrejado que incluye un enrejado de álabes aguas arriba (30) así como un enrejado de álabes aguas abajo (34) , estando estos enrejados de álabes aguas arriba y aguas abajo (30, 34) asociados respectivamente a unos sistemas de enclavamiento variable aguas arriba y aguas abajo (38, 40) , comandados de manera autónoma, siendo apto cada álabe (32, 36) de cada uno de los enrejados aguas arriba y aguas abajo (30, 34) del primer rectificador de flujo (118) para ser pivotados alrededor de un eje de rotación (42, 44) que se extiende sensiblemente en dirección radial, caracterizado porque para cada álabe (32) del enrejado aguas arriba (30) , el eje de rotación (42) se sitúa en las proximidades de un borde de fuga (48) del citado álabe (32) , y porque para cada álabe (36) del enrejado aguas abajo (34) , el eje de rotación (44) se sitúa en las proximidades de un borde de ataque (50) del citado álabe (34) .

2. Compresor HP de ciclo híbrido (104) según la reivindicación 1, caracterizado porque para cada álabe (32) del enrejado aguas arriba (30) , el eje de rotación (42) se sitúa en una porción aguas abajo (52) de este último comenzando al nivel de los dos tercios de una cuerda (54) del citado álabe (32) , y porque por cada álabe (36) del enrejado aguas abajo (34) , el eje de rotación (44) se sitúa en una porción aguas arriba (60) de este último terminando al nivel del tercio de una cuerda (62) del citado álabe (34) .

3. Compresor HP de ciclo híbrido (104) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque en corte transversal tomado según un plano cualquiera situado aguas arriba del primer rectificador de flujo (118) , sobre un círculo cualquiera (C) centrado sobre un eje principal longitudinal (6) del compresor e interceptando los enrejados de álabes aguas arriba y aguas abajo (30, 34) , una longitud L1 de un arco de círculo delimitado por el eje de rotación

(42) de un álabe cualquiera (32) del enrejado aguas arriba (30) así como por el eje de rotación (44) del álabe (36) del enrejado aguas abajo (34) más próximo al álabe cualquiera (32) del enrejado aguas arriba (30) , y una longitud L2 de un arco de círculo delimitado por los ejes de rotación (42) de dos álabes consecutivos (32) del enrejado aguas arriba (30) , son tales que L1 es inferior o igual a un tercio de L2.

4. Compresor de HP de ciclo híbrido (104) según la reivindicación 3, caracterizado porque una longitud L3 de un arco de círculo delimitado por los ejes de rotación (44) de dos álabes consecutivos (36) del enrejado aguas abajo (34) es igual a la longitud L2.

5. Turbo-máquina de ciclo híbrido (1) caracterizada porque está compuesta por un compresor HP de ciclo híbrido (104) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.