Rejilla de álabe y turbomáquina.

Rejilla de álabe (1) de una turbomáquina, con múltiples canales de álabes (4),

que están limitados en la dirección del perímetro respectivamente por un lado de la presión (6) de una hoja de álabe (2a) y por un lado de la succión (8) opuesto de una hoja de álabe contigua (2b), y en la dirección radial están limitados respectivamente por dos paredes laterales (14) opuestas, y al menos respectivamente una pared lateral (14) de los canales de álabe presenta al menos un contorno de pared lateral (18) no simétrico periféricamente, en la zona de una de las hojas de álabe (2a, 2b), se caracteriza por que la otra hoja de álabe (2b, 2a) en la zona de su lado de la presión (6) ó de su lado de la succión (8) dirigido al contorno de pared lateral (18) presenta al menos una variación de forma (16) que se extiende corriente abajo cerca de la pared lateral (14), que tiene una extensión radial de hasta aprox. el 15% de una altura de canal de álabe de una pared lateral (14), y la variación de forma (16) es un espesamiento del lado de la presión (6), que se extiende desde un borde de ataque (10a) corriente abajo hasta aprox. el 50% de una anchura axial de la hoja de álabe (2a), o la variación de forma es una erosión del lado de la succión (8), que se extiende corriente arriba de un borde de ataque (10b) en una zona de aprox. el 10% hasta el 75% de una anchura de álabe axial.

Rejilla de álabe y turbomáquina (0001) La invención hace referencia a una rejilla de álabe de una turbomáquina, según el concepto general de la reivindicación 1ª de la patente, y una turbomáquina.

(0002) Una corriente de fluido que se conduce a través de un canal de corriente es desviado mediante un gradiente de presión lateral paralelo a la pared lateral. Habida cuenta que las capas de corriente cercanas a la pared, a causa de su escasa velocidad son más fuertemente desviadas que las capas de corriente alejadas de la pared, se forma una corriente secundaria, que se superpone a una corriente principal. Esto lleva, entre otras cosas, a pérdidas de presión. Las corrientes secundarias aparecen regularmente en rejillas de álabe de turbomáquinas como turbinas de gas y turbinas de vapor. Las rejillas de álabe se componen de una multitud de álabes u hojas de álabes dispuestas unas junto a otras en dirección del perímetro, que están dispuestas en un canal de corriente rotacionalmente simétrico y entre ellos hay conformado respectivamente un canal de álabe, en el que se producen corrientes secundarias. Los canales de álabes están limitados en dirección radial respectivamente por una pared lateral del lado de la carcasa, radial, externa y por una pared lateral del lado del núcleo, radial, interior. Las paredes laterales se forman mediante una sección de carcasa fija, mediante una sección de rotor, mediante placas de cubierta de álabe radiales, interiores y/o mediante placas de cubierta de álabe radiales exteriores. En la dirección del perímetro, los canales de álabe están limitados respectivamente por un lado de presión y un lado de succión opuesto de las hojas de álabes contiguas.

(0003) Para reducir las corrientes secundarias ó los remolinos del canal se conforman a menudo en las paredes laterales contornos no simétricos periféricamente en forma de elevaciones y/o de ahondamientos. Por ejemplo, en las solicitudes de patentes US 2006/0233641 A1 y US 2007/0258819 A1 se propone, conformar al menos una de las paredes laterales con al menos dos contornos, estando conformado un contorno como elevación y al menos el otro contorno como ahondamiento. Son conocidos otros del estado de la técnica de EP 2 487 329 A1, EP 2 423 437 A2, EP 1 126 132 A2, US 2003/170124 A1 y de EP 0 798 447 A2.

(0004) Es objetivo de la invención crear una rejilla de álabe para una turbomáquina con una corriente secundaria reducida. Además, es objetivo de la invención, crear una turbomáquina con un grado de eficiencia mejorado.

(0005) Este objetivo se cumple mediante una rejilla de álabe con las características de la reivindicación 1ª de la patente, y mediante una turbomáquina con las características de la reivindicación 8ª de la patente.

(0006) Una rejilla de álabe conforme a la invención de una turbomáquina tiene múltiples canales de álabe, que están limitados en la dirección del perímetro respectivamente por un lado de presión de una hoja de álabe y por un lado de succión opuesto de una hoja de álabe contigua. En dirección radial, los canales de álabes están limitados respectivamente por dos paredes laterales opuestas. Al menos, respectivamente una de las paredes laterales de los canales de alabes está provisto con al menos un contorno de pared lateral simétrico periféricamente en la zona de una de las hojas de álabe. Conforme a la invención, la otra hoja de álabe presenta en la zona de su lado de presión o lado de succión dirigidos hacia su contorno de pared lateral, al menos una variación de forma que se extiende corriente abajo, cerca de la pared lateral o en la zona de la pared lateral, teniendo la variación de forma una extensión radial de hasta alrededor del 15% de una altura de canal de álabe, medido desde la pared lateral (14) , y 45 cuando la variación de forma es un espesamiento del lado de la presión, se extiende desde el borde de ataque (10a) corriente abajo hasta alrededor del 50% de la anchura axial de la hoja de álabe (2a) , y cuando la variación de forma es una erosión formada en el lado de la succión, se extiende corriente abajo del borde de ataque en una zona de aprox. el 10% hasta el 75% de una anchura de álabe axial.

(0007) Mediante la conformación específica del perfil de álabe ó variación de forma en la zona de pared lateral, se logra el efecto positivo comparativo como mediante el contorno de pared lateral. Así, mediante la combinación del contorno de pared lateral, con una variación de forma del lado de la hoja de álabe cercana a la pared lateral, un campo de presión estático, en al menos una pared lateral y en los lados de hoja de álabes opuestos en la zona del borde, es influenciada de tal modo que se reduce notablemente una corriente secundaria. Mediante esto, se reducen 55 las pérdidas de corriente y se mejora un flujo de corriente a la rejilla de álabe siguiente. Al menos una variación de forma representa una configuración específica del perfil de álabe en la zona de pared lateral, que se refiere tanto a una representación con fillet como sin el mismo.

(0008) En un ejemplo de ejecución, la variación de forma es un espesamiento del lado de la presión y al menos un contorno de pared lateral es un ahondamiento del lado de la succión. El espesamiento es la ampliación de superficie del lado de la presión local que sigue al perfil de alabe en dirección de la corriente y causa así una reducción del corte transversal del canal del lado de la presión. El espesamiento tiene preferiblemente una extensión radial, que corresponde como máximo al 15% de una altura de canal de álabe.

(0009) Preferiblemente, el espesamiento del lado de la presión se extiende corriente abajo desde un borde de ataque del lado de la hoja de álabe y el ahondamiento del lado de la succión comienza corriente arriba de un borde de ataque del lado de la hoja de álabe. El ahondamiento se extiende preferiblemente sobre o casi sobre toda la anchura axial del lado de la succión.

(0010) Además, puede conformarse corriente abajo del ahondamiento un contorno de pared lateral en forma de una elevación del lado de la succión.

(0011) En un ejemplo de ejecución alternativo, la variación de forma es una erosión del lado de la succión y al menos un contorno de pared lateral es una elevación del lado de la presión. La erosión de la hoja de álabe es una ampliación de superficie local siguiente al perfil de álabe en dirección de la corriente y causa así un aumento del corte transversal del canal del lado de la succión. La erosión tiene preferiblemente una extensión radial, que como máximo corresponde al 15% de una altura de canal de álabe.

(0012) Preferiblemente, la erosión del lado de la succión se extiende corriente abajo de un borde de ataque del lado de la hoja de álabe y la elevación del lado de la presión empieza corriente arriba de un borde de ataque del lado de la hoja de álabe. Ventajosamente, la elevación se extiende hasta una zona, que corresponde a aprox. al 60% de una anchura de álabe axial.

(0013) Una turbomáquina preferible tiene al menos una rejilla de álabe conforme a la invención. A causa de las corrientes secundarias reducidas ó de remolinos de canal, una turbomáquina semejante presenta un grado de efectividad mejorado frente a una turbomáquina con una rejilla de álabe convencional.

(0014) Otros ejemplos de ejecución ventajosos de la invención son objeto de otras reivindicaciones dependientes.

(0015) Una rejilla de álabe de una turbomáquina alternativa tiene múltiples canales de álabes, que están limitados en dirección del perímetro respectivamente por un lado de la presión de una hoja de álabe y por un lado de la succión opuesto de una hoja de alabe contigua. En la dirección radial, los canales de álabes están respectivamente limitados por dos paredes laterales opuestas. El lado de la presión y el lado de la succión opuesto presentan respectivamente al menos una variación de forma que se extiende corriente abajo cerca o en la zona de al menos una de las paredes laterales. Según la conformación de las variaciones de forma, el canal de álabe puede ser reducido en su sección transversal o aumentado en su sección transversal, frente a un canal de álabe sin variaciones de forma del lado de la hoja del álabe.

(0016) Preferiblemente, la variación de forma del lado de la presión es un espesamiento local del lado de la presión y la variación de forma del lado de la succión es una erosión del lado de la succión opuesto.

(0017) A continuación, los ejemplos de ejecución preferibles de la invención se explican en detalle en base a representaciones esquemáticas, aunque la rejilla de álabe que se muestra en la Figura 7 no está comprendida... [Seguir leyendo]

1ª. Rejilla de álabe (1) de una turbomáquina, con múltiples canales de álabes (4) , que están limitados en la dirección del perímetro respectivamente por un lado de la presión (6) de una hoja de álabe (2a) y por un lado de la 5 succión (8) opuesto de una hoja de álabe contigua (2b) , y en la dirección radial están limitados respectivamente por dos paredes laterales (14) opuestas, y al menos respectivamente una pared lateral (14) de los canales de álabe presenta al menos un contorno de pared lateral (18) no simétrico periféricamente, en la zona de una de las hojas de álabe (2a, 2b) , se caracteriza por que la otra hoja de álabe (2b, 2a) en la zona de su lado de la presión (6) ó de su lado de la succión (8) dirigido al contorno de pared lateral (18) presenta al menos una variación de forma (16) que se 10 extiende corriente abajo cerca de la pared lateral (14) , que tiene una extensión radial de hasta aprox. el 15% de una altura de canal de álabe de una pared lateral (14) , y la variación de forma (16) es un espesamiento del lado de la presión (6) , que se extiende desde un borde de ataque (10a) corriente abajo hasta aprox. el 50% de una anchura axial de la hoja de álabe (2a) , o la variación de forma es una erosión del lado de la succión (8) , que se extiende corriente arriba de un borde de ataque (10b) en una zona de aprox. el 10% hasta el 75% de una anchura de álabe axial.

2ª. Rejilla de álabe según la reivindicación 1ª, en la que al menos un contorno de pared lateral (18) es un ahondamiento del lado de la succión.

3ª. Rejilla de álabe según la reivindicación 2ª, en la que el contorno de pared lateral (18) empieza corriente arriba de un borde de ataque (10b) del lado de la hoja de álabe.

4ª. Rejilla de álabe según la reivindicación 2ª o 3ª, en la que corriente abajo del contorno de pared lateral (18) hay dispuesto un contorno de pared lateral (22) en forma de una elevación del lado de la succión.

5ª. Rejilla de álabe según la reivindicación 1ª, en la que al menos un contorno de pared lateral (18) es una elevación del lado de la presión.

6ª. Rejilla de álabe según la reivindicación 5ª, en la que la variación de forma (16) empieza corriente abajo de un 30 borde de ataque (10b) del lado de la hoja de álabe y el contorno de pared lateral (18) empieza corriente arriba de un borde de ataque (10a) del lado de la hoja de álabe.

7ª. Rejilla de álabe según la reivindicación 5ª ó 6ª, en la que corriente abajo del contorno de pared lateral (18) hay dispuesto un contorno de pared lateral (22) en forma de un ahondamiento del lado de la presión.

8ª. Turbomáquina con al menos una rejilla de álabe (1) según una de las reivindicaciones anteriores.