Rotor de turbomáquina axial con disco de estanqueidad.

Rotor de turbomáquina axial con un cuerpo de rotor (3) configurado simétrico rotatorio alrededor del eje del rotor,

con una corona de palas de rodadura, que presenta una pluralidad de palas de rodadura (2), que están fijadas,respectivamente, con su pata de pala (5) en el cuerpo del rotor (3), y con un disco de estanqueidad (7) configuradosimétrico rotatorio alrededor del eje del rotor, que está dispuesto con su borde exterior (10) radialmente dentroadyacente a una proyección (6), que se extiende axialmente, de la pata de la pala (5), de manera que entre la patade la pala (5) y el disco de estanqueidad (7) está configurado un espacio hueco (9), en el que en el borde exterior(10) está prevista una ranura (2), que desemboca radialmente hacia fuera, en la que está alojado el anillo deestanqueidad (14), que es deslizable durante el funcionamiento del rotor (1) bajo la acción de la fuerza centrífuga(15) radialmente hacia fuera en la ranura (12), hasta que el anillo de estanqueidad (14) se apoya radialmente en ellado interior de la proyección (6) y de esta manera obtura el espacio hueco (9) en la pata de la pala (5),caracterizado porque el disco de estanqueidad (7) está formado por una pluralidad de segmentos de disco deestanqueidad (16) y el anillo de estanqueidad (14) está formado por una pluralidad de segmentos de anillos deestanqueidad (20) dispuestos unos detrás de los otros en dirección circunferencial, que se apoyan, respectivamente,directamente radialmente en el cuerpo de rotor (3) y en el que los segmentos de anillos de estanqueidad (20)respectivos están insertados en el borde exterior (10) del segmento de disco de estanqueidad (16) asociados a ellos

Rotor de turbomáquina axial con disco de estanqueidad

La invención se refiere a un rotor de turbomáquina axial con un disco de estanqueidad.

Una turbomáquina axial, por ejemplo una turbina de gas, presenta una turbina, en la que se expande gas caliente. Para la consecución de un rendimiento térmico alto de la turbia de gas, hay que seleccionar la temperatura del gas caliente en la entrada a la turbina lo más alto posible. El nivel de temperatura máxima factible del gas caliente está limitado por requerimientos de resistencia en la turbina, que están definidos a través del diseño y la selección del material de los componentes de la turbina. La carga de temperatura y la solicitación mecánica de los componentes predeterminan su duración de vida útil, que debe estar por encima de determinados límites por razones de seguridad y de rentabilidad.

Un rotor de turbina convencional presenta un árbol y discos colocados simétricos rotatorios en él, en cuyo borde exterior están fijadas una pluralidad de palas de rodadura adyacentes entre sí sobre la periferia. Las palas de rodadura y los discos son a veces los componentes más solicitados a esfuerzo en la turbina, con lo que en primera línea se definen por estos componentes los ciclos de mantenimiento de la turbina de gas. Para la prolongación de los tiempos de rodadura de las palas de rodadura y de los discos se conoce refrigerar las palas de rodadura y los discos con aire de refrigeración, que es tomado convencionalmente desde un compresor de la turbina de gas. Especialmente las palas de rodadura están fabricadas de una estructura de filigrana, que está recorrida con canales de refrigeración, a través de los cuales circula el aire de refrigeración para la refrigeración de las palas de rodadura. Los canales de refrigeración desembocan en la pata de las palas de rodadura, en la que los canales de refrigeración son alimentados con aire de refrigeración.

Convencionalmente, como por ejemplo en la configuración de acuerdo con el documento US 2005/0265849 A1, en el disco en la zona de la pata de las palas está previsto un calan ad admisión de aire de refrigeración, que está formado entre el disco y un disco de estanqueidad en forma de anillo adyacente al mismo, que está dispuesto inmediatamente adyacente racialmente en la pata de la pala. En el disco de estanqueidad en forma de placa de una sola pieza se plantean requerimientos de diseño en el sentido de que hay que mantener lo más reducida posible una fuga del aire de refrigeración e impedir una entrada de gas caliente en los canales de refrigeración. Por lo tanto, el disco de estanqueidad está provisto en su borde colocado radialmente en el exterior con un anillo de estanqueidad, que se apoya bajo fuerza centrífuga en los lados inferiores de las plataformas de las palas.

En lugar de un anillo de estanqueidad puede estar prevista también una punta de estanqueidad. Sin embargo, en virtud de diferentes dilataciones térmicas de los componentes así como de la posición relativa que resulta de ello del disco de estanqueidad y de a pata de las palas entre sí durante el funcionamiento de rotor de turbomáquina axial se ajusta un desgaste de las puntas de estanqueidad. De esta manera, se empeora la acción de estanqueidad de las puntas de estanqueidad, de modo que en el disco de estanqueidad puede circular aire de refrigeración en la zona de gas caliente de la turbina. Además, existe el peligro de que por delante de las puntas de estanqueidad puede penetrar gas caliente en los canales de refrigeración y de esta manera se eleva la carga térmica de las palas de rodadura, con lo que se eleva el riesgo de un fallo prematuro de las palas de rodadura.

Además, se conoce a partir del documento WO 2007/028703 A1 una junta de obturación frontal del canal de admisión de aire de refrigeración, en la que en lugar de un disco de estanqueidad en forma de anillo de una sola pieza, están previstos una pluralidad de segmentos de disco de estanqueidad, que forman en común el anillo de obturación. Bajo fuerza centrífuga, ésos se apoyan en los lados inferiores de las plataformas de las palas de rodadura. Por lo tanto, no es necesaria una obturación separada con la ayuda de un anillo de obturación.

El cometido de la invención es crear un rotor de turbomáquina, que tiene una duración de vida útil larga.

El rotor de turbomáquina axial de acuerdo con la invención presenta un cuerpo de rotor configurado simétrico rotatorio alrededor del eje del rotor, una corona de palas de rodadura, que presenta una pluralidad de palas de rodadura, que están fijadas, respectivamente, con su pata de pala en el cuerpo de rotor, y un disco de estanqueidad configurado simétrico rotatorio alrededor del eje del rotor, que está dispuesto con su borde exterior radialmente dentro adyacente a una proyección de la pata de la pala que se extiende axialmente, de manera que entre la pata de la pala y el disco de estanqueidad está configurado un espacio hueco, estando prevista en el borde exterior una ranura que desemboca radialmente hacia fuera, en la que está alojado un anillo de estanqueidad, que durante el funcionamiento del rotor se puede deslizar bajo la acción de la fuerza centrífuga radialmente hacia fuera en la ranura, hasta que el anillo de estanqueidad se apoya radialmente en el lado interior de la proyección y de esta manera obtura el espacio hueco en la pata de la pala.

Durante el funcionamiento del rotor de turbomáquina axial, se establece un movimiento relativo axial entre la proyección y el anillo de estanqueidad. De esta manera, puede producirse en el anillo de estanqueidad un desgaste, que puede perjudicar la acción de estanqueidad del anillo de estanqueidad. Si el anillo de estanqueidad está tan desgastado que no existe ya una acción de estanqueidad suficiente, entonces el anillo de estanqueidad se puede sustituir en el disco de estanqueidad, por ejemplo en un ciclo de mantenimiento del rotor de turbomáquina axial. De esta manera no es necesario sustituir al mismo tiempo todo el disco de estanqueidad, con lo que se consigue un mantenimiento sencillo y efectivo del rotor de turbomáquina axial. Puesto que durante el funcionamiento del rotor de turbomáquina axial el anillo de estanqueidad es comprimido a través de la fuerza centrífuga en la proyección, el anillo de estanqueidad se apoya sobre toda la periferia pretensado en la proyección. De esta manera el contacto entre el anillo de estanqueidad y la proyección está bien obturado, con lo que la acción de estanqueidad entre la proyección y el disco de estanqueidad es alta. Si el espacio hueco es, por ejemplo un canal para la alimentación de aire de refrigeración hacia la pata de la pala, como puede estar previsto, por ejemplo, en una turbina de gas, entonces la fuga de aire de refrigeración en el anillo de obturación es pequeña. De esta manera, la refrigeración de las palas de rodadura con el aire de refrigeración es efectiva, con lo que la duración de vida útil del rotor de turbomáquina axial es alta.

El disco de estanqueidad comprende una pluralidad de segmentos de disco de estanqueidad, lo que permite el montaje de palas de rodadura y del disco de estanqueidad después de la fabricación de un rotor – soldado o apilado a partir de disco de rotor – de una turbina de gas estacionaria. Con preferencia, los segmentos de disco de estanqueidad están acoplados entre sí, respectivamente, en dirección circunferencial con un renvalso escalonado. De esta manera, el montaje del disco de estanqueidad en el cuerpo del rotor es sencillo, de manera que con la ayuda del renvalso escalonado en el caso de un desplazamiento en dirección circunferencial de los segmentos de disco de estanqueidad individuales entre sí se impide una separación de los segmentos de los discos de estanqueidad. Además, el anillo de estanqueidad está formado por una pluralidad de segmentos de anillos de obturación dispuestos unos detrás de los otros en dirección circunferencial, los cuales están insertados, respectivamente, en el borde exterior del segmento de disco de estanqueidad asociado a ellos. Por consiguiente, solamente el anillo de estanqueidad o bien sus segmentos se apoyan en las plataformas y las palas de rodadura, lo que mejora la acción de estanqueidad. Al mismo tiempo, los segmentos de disco de estanqueidad se apoyan radialmente ahora directamente en el disco de rotor. De esta manera, se puede reducir la carga de fuerza centrífuga de cada fijación individual de las palas de rodadura, lo que eleva la duración de vida útil del disco de rotor y de las palas de rodadura.

Los segmentos de anillo de estanqueidad presentan con preferencia dos extremos longitudinales alejados uno del otro, que están formados, respectivamente, por un pliegue,... [Seguir leyendo]

1. Rotor de turbomáquina axial con un cuerpo de rotor (3) configurado simétrico rotatorio alrededor del eje del rotor, con una corona de palas de rodadura, que presenta una pluralidad de palas de rodadura (2) , que están fijadas, respectivamente, con su pata de pala (5) en el cuerpo del rotor (3) , y con un disco de estanqueidad (7) configurado simétrico rotatorio alrededor del eje del rotor, que está dispuesto con su borde exterior (10) radialmente dentro adyacente a una proyección (6) , que se extiende axialmente, de la pata de la pala (5) , de manera que entre la pata de la pala (5) y el disco de estanqueidad (7) está configurado un espacio hueco (9) , en el que en el borde exterior

(10) está prevista una ranura (2) , que desemboca radialmente hacia fuera, en la que está alojado el anillo de estanqueidad (14) , que es deslizable durante el funcionamiento del rotor (1) bajo la acción de la fuerza centrífuga

(15) radialmente hacia fuera en la ranura (12) , hasta que el anillo de estanqueidad (14) se apoya radialmente en el lado interior de la proyección (6) y de esta manera obtura el espacio hueco (9) en la pata de la pala (5) , caracterizado porque el disco de estanqueidad (7) está formado por una pluralidad de segmentos de disco de estanqueidad (16) y el anillo de estanqueidad (14) está formado por una pluralidad de segmentos de anillos de estanqueidad (20) dispuestos unos detrás de los otros en dirección circunferencial, que se apoyan, respectivamente, directamente radialmente en el cuerpo de rotor (3) y en el que los segmentos de anillos de estanqueidad (20) respectivos están insertados en el borde exterior (10) del segmento de disco de estanqueidad (16) asociados a ellos.

2. Rotor de turbomáquina axial de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los segmentos de anillos de estanqueidad (20) presentan dos extremos longitudinales (21) alejados uno del otro, que están formados, respectivamente, por un pliegue (22) , que está engranado con una escotadura (24) prevista en la ranura (12) , de manera que los segmentos de anillos de estanqueidad (10) están fijados en dirección circunferencial en unión positiva en el borde exterior (10) .

3. Rotor de turbomáquina axial de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la proyección presenta una ranura (11) que desemboca radialmente hacia dentro, en la que encaja el borde exterior (10) radialmente móvil y en cuyo fondo se puede colocar el anillo de estanqueidad (14) .

4. Rotor de turbomáquina axial de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que los segmentos de disco de estanqueidad (16) están acoplados entre sí, respectivamente, en dirección circunferencial con un renvalso de escalón (17) .

5. Rotor de turbomáquina axial de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los pliegues están configurados como brazos (22) transformados en forma de L en dirección axial.

6. Rotor de turbomáquina axial de acuerdo con la reivindicación 5, en el que cada uno de los brazos (22) presenta un radio de curvatura, que es al menos mayor que la mitad de la extensión longitudinal del brazo (22) respectivo.

7. Rotor de turbomáquina axial de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en el que los brazos (22) apuntan en direcciones opuestas, de manera que el segmento de anillo de estanqueidad (20) está configurado en forma de Z.

8. Rotor de turbomáquina axial de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que los segmentos de anillos de estanqueidad (20) están configurados como cinta con una sección transversal alargada, con preferencia rectangular, cuyos lados longitudinales se extienden en dirección radial y cuyo lado corto colocado en el exterior se puede apoyar en la pata de la pala (5) .

9. Rotor de turbomáquina axial de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el rotor de turbomáquina axial es un rotor de turbina axial y las palas de rodadura (2) presentan canales de aire de refrigeración, que desembocan en la pata de la pala (5) en el espacio hueco (9) , en el que el espacio hueco (9) está previsto para la alimentación de aire de refrigeración y/o para la descarga de aire de refrigeración para los canales de aire de refrigeración.