Pala de turbina o de compresor.

Pala (4) para una turbina o un compresor, que comprende una hoja de pala (5) así como una pata de pala (6),



- en la que la hoja de la pala (5) está fabricada esencialmente de una tira de textura (7) plegada de un plástico reforzado con fibras, en la que en la zona del pliegue (8) está formado un lazo de retención (9), y en la que a partir de los extremos de la tira (10) colocados superpuestos se forma una superficie de pala (11),

- en la que la pata de la pala (6) comprende un soporte alargado (20), así como al menos dos soportes de fijación (25) conectados, respectivamente, fijados en posición con éste para el anclaje de la pala (4) en una ranura (3) correspondiente de un rotor de turbina (1),

- en la que la hoja de la pala (5) está suspendida por medio del lazo de retención (9) en el soporte (20), caracterizada porque los soportes de fijación (25) individuales están conectados entre sí para la estabilización a través de al menos una parte de los flancos (30), y en la que esta parte está alineada esencialmente paralela al soporte (20).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/067581.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: BENKLER,FRANCOIS, MATTHIAS,TORSTEN, LINK,MARCO, MITTELBACH,MARC, MORTHORST,MARION, ROLLMANN,MICHAEL, SAATHOFF,HORST, WIGGER,HUBERTUS MICHAEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01D5/28 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01D MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO, p. ej., TURBINAS DE VAPOR (motores de combustión F02; máquinas o motores de líquidos F03, F04; bombas de desplazamiento no positivo F04D). › F01D 5/00 Alabes; Organos de soporte de álabes (alojamiento de los inyectores F01D 9/02 ); Calentamiento, aislamiento térmico, refrigeración, o dispositivos antivibración en los álabes o en los órganos soporte. › Empleo de materiales específicos; Medidas contra la erosión o la corrosión.
  • F01D5/30 F01D 5/00 […] › Fijación de los álabes del rotor; Raíces de álabes.

PDF original: ES-2530053_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Pala de turbina o de compresor

La invención se refiere a una pala de turbina o de compresor.

Una pala de un turbo propulsor comprende normalmente, por una parte, una hoja de pala curvada aerodinámicamente así como, por otra parte, una pata de pala, que sirve para el anclaje de la pala en una ranura correspondiente de un rotor. El rotor equipado con palas se designa a continuación como rotor.

Como material comparativamente nuevo para la fabricación de palas se contempla actualmente también plástico reforzado con fibras de carbono (CFK). La fabricación a partir de CFK condiciona, por ejemplo, de manera más ventajosa un peso más reducido de la pala. Sin embargo, de manera desfavorable el CFK es comparativamente poco estable frente a la carga a presión. Tales solicitaciones a presión aparecen en una pala, por ejemplo, en la zona de la pata de la pala dentro de la ranura a través de la actuación de una fuerza centrífuga condicionada por rotación.

A tal fin se conoce, por ejemplo, a partir del documento US 4.37.99 una pala de rotor fabricada a partir de un material compuesto de fibras. La pala del rotor se compone de una pluralidad de capas del tipo de fibras, que forman en su extremo del lado de la pata un lazo común. En este caso, están previstos dos de esto lazos para la formación de la pata de la pala. Para la fabricación de la pala del rotor en un disco de rotor está previsto un bulón rasurado en dirección longitudinal, cuyos elementos de bulón se extienden a través del lazo respectivo. La cabeza el bulón y una tuerca de tornillo acoplable sobre el extremo del bulón tensan la pala fijamente en una ranura axial del rotor. En el funcionamiento del turbo propulsor se prensan, en virtud de la acción de fuerza centrífuga, las capas del tipo de fibras en los flancos de soporte de la ranura de retención. En virtud de las tensiones de presión que aparecen en este caso en la capas, sin embargo, la pala del rotor solamente se puede retener en una medida limitada. Además, se conoce a partir del documento US 2.929.755 una pala de rotor para turbinas de gas, que presenta en el lado de la pata un núcleo rígido de forma cilindrica, alrededor del cual se colocan en forma de lazos una pluralidad de capas tejidas fabricadas a partir de hilos. A partir de las capas se forma también la hoja de la pala. Para la fijación de las palas de rodadura en una ranura de retención están previstas unas placas metálicas en el núcleo, que se apoyan en los flancos de la ranura de retención. Entre las dos capas metálicas está previsto un material de relleno de plástico, para rellenar el espacio libre entre la capa más exterior y el contorno de la ranura de retención.

La invención tiene el cometido de indicar una pala fabricada, al menos parcialmente, de plástico reforzado con fibra, en particular CFK, para una turbina o un compresor, que es especialmente resistente, es decir, de larga vida útil. Además, un cometido de la invención es indicar un rotor especialmente resistente en condiciones de funcionamiento con palas fabricadas esencialmente de plástico reforzado con fibras.

Con respecto a la pala, este cometido se soluciona de acuerdo con la invención por medio de las características de la reivindicación 1, De acuerdo con ello, la pala comprende, además de una hoja de pala curvada aerodinámicamente, una pata de pala con un soporte alargado, es decir, en forma de pasador, que está fabricado en una configuración preferida de metal. Además, la pata de la pala comprende, además, dos soportes de fijación, estando conectados éstos soportes de fijación con preferencia en forma de palas en el soporte fijados en posición - al menos en su dirección radial-. Cada soporte de fijación está configurado para el anclaje de la pala en una ranura correspondiente en forma de martillo o en forma de abeto de un rotor y se puede apoyar en sus paredes laterales.

La hoja de la pala está fabricada esencialmente de tiras extendidas estratificadas superpuestas de plástico reforzado con fibras, en particular CFK, que está guiado alrededor del soporte (esencialmente entre los soportes de fijación). En este caso, las dos tiras que sobresalen en cada caso más allá del soporte están unidas entre sí en la superficie para la formación de una superficie de lazo. La parte de la hoja de la pala, que está guiada alrededor del soporte, forma un lazo de retención para la suspensión de la hoja de la pala en el soporte. En lo que se refiere a la técnica de fabricación, en este caso está previsto con preferencia fabricar en primer lugar la textura para la formación de la hoja de la pala (es decir, la superficie de la pala y el lazo de retención), y extender la hoja de la pala fabricada de esta manera a continuación sobre el soporte. De manera alternativa a ello, evidentemente la textura se puede colocar también alrededor del soporte para la formación y configuración de la hoja de la pala que se conecta en ella.

En determinadas situaciones de montaje de la pala, ésta encaja con su pata de la pala, es decir, con el lazo de retención de la hoja de la pala junto con el soporte dispuesto en ella en la ranura del rotor, mientras que su hoja de la pala se proyecta esencialmente radial - con relación al rotor - desde la ranura.

Puesto que la hoja de la pala del lazo de retención está suspendida en el soporte, las fuerzas centrífugas condicionadas por la rotación, que actúan sobre la pala, son absorbidas esencialmente sobre el soporte. No tiene lugar una transmisión directa de la fuerza entre la hoja de la pala y la ranura del rotor, o solamente en una extensión comparativamente reducida. Por lo tanto, la hoja de la pala o bien su textura está en su mayor parte bajo tensión de tracción.

Puesto que el plástico reforzado con fibras es un múltiplo más resistente frente a cargas de tracción que frente a cargas de presión o de cizallamiento, la pala y especialmente su zona de fijación en forma de la pata de la pala son, por lo tanto, especialmente resistentes y de larga vida útil frente a las condiciones de funcionamiento.

De manera más ventajosa, la utilización de plástico reforzado con fibras, en particular CFK, para la fabricación de la hoja de la pala abre, en general, la posibilidad de construir una hoja de la pala especialmente favorable desde el punto de vista aerodinámico. Esto contribuye, por lo tanto, a un empleo reducido de energía, que va acompañado de nuevo de manera más ventajosa con un desarrollo reducido de C2. En virtud del peso más reducido del plástico reforzado con fibras, las hojas de las palas de este tipo pueden ser también mayores que las hojas de las palas metálicas, con una pata de la pala del mismo tamaño. Esto posibilita también una elevación de la corriente de masas.

Los soportes de fijación individuales de la pata de la pala están conectados entre sí para la estabilización de los mismos a través de al menos una parte de los flancos, de manera que ésta está alineada esencialmente paralela al soporte.

Con preferencia, en este caso están previstas dos partes de los flancos, que están colocadas, respectivamente, en los dos bordes laterales de cada uno de los soportes de fijación, con los que se proyecta el soporte de fijación respectivo más allá de la hoja de la pala. De manera correspondiente, las dos partes de los flancos están con preferencia diametralmente opuestas con respecto al soporte. En particular, la aplicación de las partes de los flancos se realiza en este caso de nuevo de tal manera que éstas no contactan con la tira de textura, al menos en la zona, en la que los soportes de fijación se proyectan más allá de la hoja de la pala. De esta manera, se evitan con seguridad las tensiones de presión no deseadas en las tiras de textura. En el caso de soportes de fijación de forma trapezoidal, las partes de los flancos están fijadas con preferencia en los dos brazos del trapecio, de manera que el flujo de fuerza se realiza totalmente sobre las partes de los flancos. Esto reduce la carga extrema de la ranura de retención enormemente y de esta manera homogeneiza la carga en el disco del rotor en virtud de las superficie de apoyo esencialmente incrementadas. Por consiguiente, se reducen las mordazas dispuestas entre dos ranuras de retención vecinas, con lo que es posible una disposición compacta economizadora de espacio de las ranuras de retención en el rotor.

En una forma de realización especialmente preferida de la invención, cada uno de los soportes de fijación se proyecta en la zona del soporte al menos esencialmente de forma rectangular con relación a la extensión longitudinal de la hoja de la pala a ambos lados más allá de ésta. Con otras palabras, en tales configuraciones los soportes de fijación se proyectan en la... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Pala (4) para una turbina o un compresor, que comprende una hoja de pala (5) así como una pata de pala (6),

- en la que la hoja de la pala (5) está fabricada esencialmente de una tira de textura (7) plegada de un plástico reforzado con fibras, en la que en la zona del pliegue (8) está formado un lazo de retención (9), y en la que a partir de los extremos de la tira (1) colocados superpuestos se forma una superficie de pala (11),

- en la que la pata de la pala (6) comprende un soporte alargado (2), así como al menos dos soportes de fijación (25) conectados, respectivamente, fijados en posición con éste para el anclaje de la pala (4) en una ranura (3) correspondiente de un rotor de turbina (1),

- en la que la hoja de la pala (5) está suspendida por medio del lazo de retención (9) en el soporte (2),

caracterizada porque los soportes de fijación (25) individuales están conectados entre sí para la estabilización a través de al menos una parte de los flancos (3), y en la que esta parte está alineada esencialmente paralela al soporte (2).

2.- Pala (4) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que cada uno de los soportes de fijación (25) se proyecta en la zona del soporte (2) al menos esencialmente transversal a la extensión longitudinal de la hoja de la pala (5) a ambos lados más allá de ésta.

3.- Pala (4) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, con al menos un tercer soporte de fijación (25) para el anclaje en una ranura (3) correspondiente, que está fijado en posición en el soporte (2) en la dirección longitudinal del soporte

(2) a distancia de cada uno de los dos soportes de fijación (25) colocados en el lado extremo.

4.- Pala (4) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la parte de los flancos (3) está conectada en unión positiva o en unión del material con los soportes de fijación (25).

5.- Pala (4) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, con dos partes de los flancos (3), que están colocadas, respectivamente, en los bordes laterales (27) de las dos zonas de los soportes de fijación (25) que se proyectan más allá de la hoja de la pala (5).

6.- Pala (4) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que el soporte (2) está formado redondo en la sección transversal o esencialmente de forma triangular.

7.- Pala (4) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el soporte (2) está fabricado de metal.

8.- Pala (4) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el soporte (2) está provista en su superficie

(21) con una capa deslizante (22).

9 - Pala (4) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que la textura (7) está configurada esencialmente unidireccional, y en la que la dirección principal de las fibras de la textura está alineada en la mayor medida posible a

largo de una dirección de la fuerza centrífuga condicionada por el funcionamiento.

1.- Pala (4) de acuerdo con una de las reivindicaciones a 1 a 9, en la que la hoja de la pala (5) está provista al menos parcialmente en su superficie (13) con una capa resistente a la erosión (14).

11.- Pala (4) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 1, en la que el plástico reforzado con fibras está configurado como plástico reforzado con fibras de carbono (CFK).

12.- Rotor (1) con un rotor (2), en el que está practicada al menos una ranura (3), así como con al menos una pala (4) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la pata (6) de la pala (4) está Insertada en la ranura (3), y en el que ésta está fijada en posición en la ranura (3), conectada con el rotor (2).

13.- Rotor (1) de acuerdo con la reivindicación 12, en la que los soportes de fijación (25) y/o las partes de los flancos (3) se apoyan en las superficies laterales de la ranura (3).

14.- Rotor (1) de acuerdo con la reivindicación 12 ó 13, en el que los soportes de fijación (25) rellenan esencialmente la sección transversal de la ranura.

15.- Rotor (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 14, en el que tanto la ranura (3) como también los soportes de fijación (25) están configurados esencialmente de forma trapezoidal.


 

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