Rotor para una turbomáquina de flujo axial.

Rotor (12) para una turbomáquina de flujo axial, con varios discos de rotor (10,

14, 16, 24, 26) dispuestosapilados, que están tensados entre sí por medio de al menos un anclaje de tracción (58) y presentan en cada casoun diámetro exterior, caracterizado porque al menos dos discos de rotor (24, 26) del rotor (12) presentan un diámetroexterior más pequeño que uno de los discos de rotor (16) vecino y la diferencia de diámetro existente se compensapor medio de un tambor (28) que rodea en forma de anillo los discos de rotor (24, 26) con diámetro exterior máspequeño, cuyo tambor (28) rodea los discos de rotor (24, 26) con diámetro más pequeño en toda su extensión axialy presenta una nervadura (32) circundante sin fin en su superficie interior (30), que está tensada axialmente entre losdiscos de rotor (24, 26) rodeados con diámetro más pequeño.

Rotor para una turbomáquina de flujo axial

La invención se refiere a un rotor para una turbomáquina de flujo axial, con varios discos de rotor dispuestos apilados, que están tensados axialmente entre sí por medio de al menos un anclaje de tracción y presentan en cada caso un diámetro exterior.

Los rotores del tipo indicado al principio se conocen a partir del estado general de la técnica desde hace mucho tiempo. Los discos de rotor utilizados en el rotor llevan de manera conocida en sus lados exteriores unas palas de rodadura dispuestas en una corona, por medio de las cuales se puede comprimir un medio de trabajo o por medio de las cuales la energía contenida en un medio de trabajo se puede convertir en el movimiento giratorio del rotor. Los discos del rotor apilados adyacentes entre sí son tensados unos con los otros en este caso por al menos un anclaje de tracción. A tal fin, el anclaje de tracción se extiende a través de los discos de rotor y está pretensado por medio de tuercas enroscadas en el extremo. El anclaje de tracción garantiza la yuxtaposición fija de los discos de rotor.

Además, se conoce a partir del documento DE 199 14 227 B4 que un rotor soldado conjuntamente puede presentar una envolvente de aislamiento térmico exterior en forma de tambor para la protección de la zona interior del rotor.

Además, a partir de la publicación de patente DE 898 100 se conoce un rotor de turbina de gas refrigerado, cuya periferia exterior se forma por soportes de palas en forma de anillo, que están provistos con escotaduras opuestas dirigidas hacia el eje. En cada una de estas escotaduras encaja en cada caso un borde sobresaliente de un disco de rotor, de manera que el soporte respectivo de las palas está tensado en unión positiva entre dos discos de rotor.

Además, se conoce un rotor de tambor compuesto por varias partes para turbinas de gas a partir de la publicación de patente CH 238 207. El rotor de tambor comprende en este caso un tambor compuesto axialmente por varios anillos, que están soldados entre sí en la periferia exterior del tambor en los puntos de unión. En este caso, en la zona de los puntos de unión entre dos nervaduras vecinas está engastado en unión positiva el borde de un disco de rotor.

Se conoce a partir de la publicación de patente DE 972 310 un rotor modular para una turbomáquina en el tipo de construcción de discos. Las palas de rotor soportadas por el rotor están fijadas en detalle en anillos. Los anillos están retenidos en sus lados frontales en unión positiva por discos de rotor dispuestos en ambos lados.

De acuerdo con los esfuerzos generales para el incremento del rendimiento y la potencia de turbinas de gas utilizadas para la generación de energía, son necesarias corrientes de masas del compresor comparativamente grandes con relaciones de la presión del compresor al mismo tiempo altas. Corrientes de masas de compresión mayores aparecen, por ejemplo, en compresores de turbinas de gas, cuya potencia nominal es mayor que 50 MW. La relación de la presión del compresor es en este caso mayor que 1:16. En virtud de la relación de la presión comparativamente alta, se incrementa la temperatura del aire comprimido a varios cientos de grados Celsius. La temperatura alta del aire calienta los elementos vecinos del compresor, especialmente en la zona de las fases traseras del compresor, de manera que actualmente, en virtud de las relaciones incrementadas de la presión, los materiales utilizados hasta ahora no pueden resistir ya en una medida suficiente las temperaturas que aparecen ahora. En el caso de utilización de materiales más resistentes a la temperatura para discos de rotor aparecen, sin embargo, en virtud del tamaño de construcción de compresores con corrientes de masas grandes, otros inconvenientes en la resistencia y la capacidad de procesamiento, de manera que éstos solamente son adecuados con condiciones y solamente se pueden emplear con condiciones. Además, los materiales más resistentes a la temperatura son también más caros.

El cometido de la invención es, por lo tanto, la preparación de un rotor para una turbomáquina de flujo axial, con preferencia para un compresor de alta presión con una relación de la presión mayor que 1:16 y una corriente de masas del compresor comparativamente grande, en el que manteniendo el concepto con discos de rotor colocados adyacentes apilados, se puede indicar una construcción económica. Al mismo tiempo, el rotor debe presentar una duración de vida útil especialmente larga. Además, debe mejorarse adicionalmente la eficiencia del compresor.

Los cometidos mencionados se solucionan por medio de un rotor del tipo mencionado al principio, en el que al menos dos de los discos de rotor presentan un diámetro exterior más pequeño que uno de los discos de rotor adyacentes y la diferencia existente de los diámetros se compensa a través de un tambor circundante en forma anillo con diámetro exterior más pequeño, cuyo tambor rodea los discos de rotor respectivos con diámetro pequeño en su extensión axial total y presenta una nervadura circundante sin fin en su superficie interior, que está tensada axialmente entre los discos de rotor rodeados con diámetro más pequeño.

De esta manera, de acuerdo con la invención se propone un rotor de varias partes – visto en su dirección radial -, en el que los discos de rotor que se encuentran en el interior pueden estar fabricados de otro material que el tambor previsto en el exterior. Los materiales la mayoría de las veces adecuados se pueden seleccionar de esta manera para las diferentes cargas del tambor y de los discos de rotor. De este modo, tanto el tambor como también los discos de rotor rodeados con diámetro más pequeño se pueden fabricar, respectivamente, de un material, con el que se puede conseguir una duración de vida útil especialmente larga del componente. Al mismo tiempo se indica un dispositivo, por medio del cual se puede conectar el tambor de forma fija contra giro con los discos de rotor de diámetro más pequeño. De esta manera, no es posible un movimiento relativo afectado por resbalamiento entre el tambor dispuesto en el exterior y los discos de rotor dispuestas radialmente más hacia el interior, con lo que, en general, se pueden transmitir libres de pérdidas los pares de torsión y las fuerzas que deben transmitirse entre los componentes implicados. Además, el tambor posibilita la obturación de intersticio entre los dos discos del rotor, de manera que se puede suprimir aquí una corriente de fuga que está presente en este lugar, dado el caso, en el estado de la técnica. Esto incrementa la eficiencia del compresor.

Además, los discos de rotor, en virtud de su diámetro más pequeño, se pueden investigar mejor, en lo que se refiere a las inclusiones de materiales existentes, dado el caso, a los puntos defectuosos y/o también a grietas por medio de los procedimientos de ultrasonido conocidos que los discos de rotos conocidos a partir del estado de la técnica con un diámetro mayor.

Las configuraciones ventajosas se indican en las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con un primer desarrollo ventajoso, el disco de rotor con el diámetro exterior mayor está dispuesto inmediatamente adyacente al disco de rotor con el diámetro exterior más pequeño. A este respecto, las palas de rodadura están amarradas directamente con el disco de rotor con diámetro mayor, en cambio en la sección axial del rotor, en la que está dispuesto el disco de rotor con diámetro más pequeño, las palas de rotor están amarradas directamente con el tambor. Por decirlo así, el rotor comprende una primera sección con un rotor de disco y una segunda sección con un rotor de tambor con discos de rotor colocados en el interior.

De acuerdo con otro desarrollo ventajosa, la nervadura del también se extiende radialmente más hacia el interior que el disco del rotor con diámetro exterior más pequeño y presenta en este caso una anchura axial tal que la nervadura se extiende al menos parcialmente hasta un orificio del cubo del disco del rotor con diámetro más pequeño. Esta configuración conduce a un tambor con capacidad de carga especial tanto mecánica como también térmica.

Con preferencia, los dos discos de rotor exteriores – vistos en la dirección axial del rotor – rodeados por el tambor están amarrados con éste para la absorción de cargas de fuerzas centrífugas. De esta manera, el tambor rodea al menos dos discos de rotor, de manera que en cada caso los dos discos de rotor exteriores – vistos en dirección axial- prevé en sus periferias exteriores, respectivamente, un anclaje, que se puede llevar a engrane en cada caso con un gancho o ranura correspondientes previsto en el lado... [Seguir leyendo]

1. Rotor (12) para una turbomáquina de flujo axial, con varios discos de rotor (10, 14, 16, 24, 26) dispuestos apilados, que están tensados entre sí por medio de al menos un anclaje de tracción (58) y presentan en cada caso un diámetro exterior, caracterizado porque al menos dos discos de rotor (24, 26) del rotor (12) presentan un diámetro exterior más pequeño que uno de los discos de rotor (16) vecino y la diferencia de diámetro existente se compensa por medio de un tambor (28) que rodea en forma de anillo los discos de rotor (24, 26) con diámetro exterior más pequeño, cuyo tambor (28) rodea los discos de rotor (24, 26) con diámetro más pequeño en toda su extensión axial y presenta una nervadura (32) circundante sin fin en su superficie interior (30) , que está tensada axialmente entre los discos de rotor (24, 26) rodeados con diámetro más pequeño.

2. Rotor (12) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el disco de rotor (14, 16) con el diámetro exterior mayor está dispuesto directamente adyacente al disco de rotor (24, 26) con el diámetro exterior más pequeño.

3. Rotor (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la nervadura del tambor (28) se extiende radialmente más hacia el interior que el disco de rotor (24, 26) con diámetro exterior más pequeño y en este caso presenta una anchura axial tal que la nervadura (32) se extiende, al menos parcialmente, hasta un orificio de cubo (57) del disco de rotor (24, 26) con diámetro exterior más pequeño.

4. Rotor (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los dos discos de rotor (24, 26) exteriores – vistos en la dirección axial del rotor (12) - rodeados por el tambor (28) están amarados con éste para el alojamiento de cargas de fuerza centrífuga.

5. Rotor (12) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que los dos discos del rotor (24, 26) presentan en su lado circunferencial un gancho (40, 42) en forma de anillo, que se extiende en dirección axial, que encajan en cada cado en una ranura (44, 46) prevista en el tambor (28) .

6. Rotor (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el tambor (28) está configurado de un material más resistente al calor que el disco del rotor (24, 26) con diámetro más pequeño.

7. Rotor (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la nervadura (32) presenta dos superficies frontales (34) del tipo de pestaña opuestas, que se apoyan en superficies frontales (36, 38) del tipo de pestaña de los discos de rotor (24, 26) vecinos.

8. Rotor (12) de acuerdo con la reivindicación 7, en el que las superficies frontales (36, 38) de los discos de rotor (24, 26) y las superficies frontales (34) de la nervadura (32) se apoyan en unión positiva entre sí.

9. Rotor (12) de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la unión positiva está formada por medio de un dentado Hirth.

10. Rotor (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el tambor (28) presenta al menos una ranura (48, 50, 52) para el alojamiento de al menos una pala de rotor.

11. Rotor (12) de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la ranura (48, 50, 52) está configurada como ranura circunferencial.

12. Rotor (12) de acuerdo con la reivindicación 11, en el que están previstas una pluralidad de ranuras circunferenciales (48, 50, 52) , que es mayor que el número de los discos de rotor (24, 26) rodeados por el tambor (28) .

13. Rotor (12) de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el lado exterior del tabor (28) está configurado para el alojamiento de palas de rotor dispuestas en coronas, en el que la pluralidad de las coronas de palas que se pueden montar es mayor que el número de los discos de rotor (24, 26) rodeados por el tambor (28) .

14. Compresor con un rotor (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

15. Turbina de gas con un compresor de acuerdo con la reivindicación 14.