Disposición de palas y turbina de gas correspondiente.

Disposición de palas (11), con un rotor (12) y varias palas (14) distribuidas a lo largo de la periferia del rotor (12) en una corona (10),

que comprende, respectivamente, de forma sucesiva una pata de pala (16), una plataforma (18) y una hoja de pala (22), en la que dos palas (14) directamente adyacentes de la corona (10) forman una pareja de palas (a, b, b', b'', d, e, h) y a las que está asociado al menos un elemento de amortiguación (A, B, B', B'', D, E, H) y que a través de una fuerza centrífuga que actúa en dirección radial (R), durante una rotación del rotor (12) alrededor de un eje de rotor, el elemento de amortiguación (A, B, B', B'', D, E, H) respectivo puede entrar en contacto con las plataformas (18) de las dos palas (14) de la pareja de palas (a, b, b', b'', d, e, h) asociada al mismo, en la que para la distribución de las frecuencias propias de las palas (14) de la corona de palas (10), presenta al menos dos parejas de palas (a, b, b', b'', d, e, h) con diferentes elementos de amortiguación (A, B, B', B'', D, E, H) y en la que cada pala (14) de la corona (10) está asociada a dos parejas de palas (a, b, b', b'', d, e, h) así como están previstos dos o más grupos (24, 26, 27) de parejas de palas (a, b, b', b'', d, e, h), dentro de los cuales los elementos de amortiguación (A, B, B', B'', D, E, H) son idénticos, respectivamente, y cuyos elementos de amortiguación (A, B, B', B'', D, E, H) se diferencian de un grupo (24, 26, 27) a otro grupo (24, 26, 27), caracterizada porque están previstos un primer grupo (24) y un segundo grupo (26) de parejas de palas (a, b''), en el que una gran parte de las parejas de palas (a o bien b'') o cada pareja de palas (a o b'') están adyacentes a un grupo (24 ó 26) de una pareja de palas (a o bien b'') de uno de los grupos (24 o bien 26) y a una pareja de palas (b'' o bien a) del otro grupo (26 o bien 24) o porque están previstos un primer grupo (24), un segundo grupo (26) y un tercer grupo (27) de parejas de palas (a, b, d), en el que una gran parte de las parejas de palas (a o bien b o bien d) o cada pareja de palas están adyacentes a un grupo (24 o bien 26 o bien 27) de dos parejas de palas (b, d o bien a, d, o bien a, b), que pertenecen, respectivamente, a uno de los otros dos grupos (26, 27 o bien 24, 27 o bien 24, 26).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/066287.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: KAYSER,ANDREAS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01D5/22 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. › Conexiones de álabe con álabe, p. ej. por llanteado.

PDF original: ES-2533069_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Disposición de palas y turbina de gas correspondiente

La invención se refiere a una disposición de palas, con un rotor y varias palas distribuidas a lo largo de la periferia del rotor en una corona, en la que dos palas directamente adyacentes de la corona forman una pareja de palas, entre cuyas palas está dispuesto un elemento de amortiguación y en la que a través de una fuerza centrífuga que actúa en dirección radial, durante una rotación del rotor alrededor de un eje de rotor, el elemento de amortiguación respectivo entra en contacto con las dos palas de la pareja de palas asociadas al mismo.

Se conoce proveer las disposiciones de palas, que se utilizan en turbinas como por ejemplo turbinas de gas con elementos de amortiguación. Éstos sirven para amortiguar oscilaciones de flexión y de torsión no deseadas, que pueden aparecer durante el funcionamiento en la turbina a través de diferentes excitaciones. De esta manera se pueden evitar daños-HCF condicionados por amplitudes de oscilación altas (Abreviado, "Hlgh Cycle Fatigue"), que pueden conducir a una fatiga precoz del material y a una duración de vida útil acortada de esta manera de las palas o bien de la disposición de palas. Los elementos de amortiguación se disponen en este caso entre las palas individuales. Como elementos de amortiguación se utilizan, en general, cuerpos sueltos, que en el estado de reposo descansan en primer lugar entre las patas de las palas en el rotor o sobre estructuras de soporte correspondientes y que son presionados durante el funcionamiento del rotor en virtud de la fuerza centrífuga que actúa en dirección radial contra el lado inferior de las plataformas de palas adyacentes. Cada elemento de amortiguación está en contacto en este casual mismo tiempo con ambas plataformas de palas adyacentes. De esta manera se puede convertir la energía cinética de un movimiento relativo provocado en virtud de vibraciones entre las palas en energía térmica, como consecuencia de la fricción entre las plataformas de palas respectivas y el elemento de amortiguación adyacente. Esto amortigua las oscilaciones y conduce, en general, a una carga de oscilación reducida de la disposición de palas.

En las turbo-máquinas más antiguas, se suprimen las oscilaciones de la hoja de la pala la mayoría de las veces con la ayuda de elementos de refuerzo, que acoplaban las hojas de las palas directamente entre sí. Soluciones constructivas a este respecto se publican en las publicaciones de patente DE 819 242 C y US 1.618.285 A.

Se conoce a partir de la publicación EP 1 154 125 A2 una disposición de palas, en la que al menos dos elementos de amortiguación están dispuestos uno detrás del otro entre palas adyacentes en la dirección circunferencial del rotor, para conseguir una amortiguación eficiente de toda la disposición de pala. Los elementos de amortiguación publicados en esta publicación están realizados de diferente forma entre sí, para poder amortiguar el mayor número posible de modos de oscilación diferentes. A través de las zonas de contacto que se configuran entre los elementos de amortiguación y las palas y, además, a través de las zonas de contacto que se configuran entre los elementos de amortiguación individuales se puede convertir la energía de oscilación para la amortiguación de la vibración a través de acción de fricción en energía térmica. No obstante, las zonas de contacto que se configuran entre los elementos de amortiguación individuales solamente presentan la forma de un contacto lineal, con el que está conectada solamente una acción de amortiguación impresa moderada.

Se conocen de la misma manera otras formas de amortiguadores, por ejemplo según FR 1263 677 A se conoce la disposición de una pluralidad de bolas entre dos palas de rodadura adyacentes.

La invención tiene el cometido de indicar una disposición de palas con elementos de amortiguación, con la que se pueden amortiguar todavía más eficazmente oscilaciones no deseadas y se puede reducir o incluso evitar la inclinación de las palas a la oscilaciones en virtud de una excitación.

Este cometido se soluciona por medio de una disposición de palas de acuerdo con las características de la

reivindicación 1.

De acuerdo con la invención, en la disposición de palas mencionada al principio está previsto que la corona de palas presente al menos dos parejas de palas con diferentes elementos de amortiguación.

La invención se basa en el reconocimiento de que a través del acoplamiento de las palas con elementos de amortiguación se elevan también las frecuencias propias con relación a las palas autoestables. En el caso de utilización de elementos de amortiguación idénticos, se sintonizan todas las palas de una corona de palas de manera idéntica. Por consiguiente, las palas idénticas en sí se comportan con frecuencias propias idénticas en sí para diferentes formas de oscilación a través del diferente acoplamiento con la ayuda de diferentes elementos de amortiguación en la corona de la pala, como si las palas respectivas presentasen frecuencias propias diferentes - pero no acopladas - para los modos de oscilación. A través de la utilización de diferentes elementos de amortiguación dentro de una corona de palas, se puede ajustar el tamaño de las frecuencias propias de palas adyacentes, de manera que las palas inmediatamente adyacentes se diferencian esencialmente con respecto a sus frecuencias propias. De esta manera es posible obtener una corona de palas, cuyas palas de comportan a pesar de la forma de realización idéntica (aparte de las tolerancias de fabricación) y, por lo tanto, frecuencia propia idéntica (aparte de las tolerancias condicionadas por la fabricación y considerada cada una por sí sola) en la corona de

acuerdo con la técnica de oscilación como si presentasen frecuencias propias diferentes. Con otras palabras: a través de la utilización de los diferentes elementos de amortiguación se pueden regular las frecuencias propias de las palas dispuestas en la corona. Incluso en el caso de excitación no sintonizada, experimentan una excitación más reducida y reaccionan de esta manera con una respuesta de oscilación más reducida, con lo que se reduce en una medida significativa la inclinación al traqueteo.

En el funcionamiento, los elementos de amortiguación en el lado inferior de plataformas de palas adyacentes son presionados por palas a través de la fuerza centrífuga. Como consecuencia de los movimientos relativos de palas adyacentes a parece fricción entre el amortiguador y la plata forma de las palas, lo que provoca un acoplamiento. El reconocimiento se basa en el hecho de que a través del acoplamiento, junto a la disipación, actúa también un desplazamiento de frecuencia de las frecuencias propias de palas adyacentes. Este efecto se puede utilizar para sintonizar las palas con preferencia de forma alterna. Las palas adyacentes reaccionan a pesar de la forma de realización idéntica sólo debido a los elementos de amortiguación diferentes como palas con frecuencias propias diferentes. Las palas sintonizadas de esta manera tienden especialmente poco a traqueteo, especialmente cuando están sintonizadas de forma alterna. Además, la carrera del desplazamiento de la frecuencia, que se puede alcanzar con los elementos de amortiguación es claramente mayor que con las medidas empleadas hasta ahora. De esta manera, una corona de palas de acuerdo con la invención tiende claramente menos a traqueteo que las coronas de palas con palas, en las que las palas presentan frecuencias propias diferentes en sí. A este respecto, la corona de palas de acuerdo con la invención, en virtud de la utilización de diferentes elementos de amortiguación entre una pareja de palas es esencialmente más resistente contra oscilaciones auto-excitadas y contra el llamado traqueteo que las coronas de palas convencionales.

Por consiguiente, los elementos de amortiguación diferentes pueden sustituir a las medidas usuales y habituales en otro caso para la regulación de las frecuencias propias, lo que se conoce también como sintonización errónea ("Mistuning"). Éstas eran, por ejemplo, el acortamiento del canto trasero en la punta de la pala, el rectificado del perfil de la pala o la perforación de taladros en el lado de la punta de la pala en la hoja de la pala. La invención tiene la ventaja especial de que a través de la sintonización errónea de las palas con los dos elementos de amortiguación asociados a cada pala, puede permanecer inalterado el perfil de las palas respectivas y de esta manera esto no implica pérdidas de rendimiento ni en la fase ni en la turbina, como en el caso del acortamiento de los cantos traseros. Por lo tanto, se pueden suprimir las medidas hasta ahora para la regulación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1- Disposición de palas (11), con un rotor (12) y varias palas (14) distribuidas a lo largo de la periferia del rotor (12) en una corona (1), que comprende, respectivamente, de forma sucesiva una pata de pala (16), una plataforma (18) y una hoja de pala (22), en la que dos palas (14) directamente adyacentes de la corona (1) forman una pareja de palas (a, b, b, b", d, e, h) y a las que está asociado al menos un elemento de amortiguación (A, B, B, B", D, E, H) y que a través de una fuerza centrífuga que actúa en dirección radial (R), durante una rotación del rotor (12) alrededor de un eje de rotor, el elemento de amortiguación (A, B, B, B", D, E, H) respectivo puede entrar en contacto con las plataformas (18) de las dos palas (14) de la pareja de palas (a, b, b, b", d, e, h) asociada al mismo, en la que para la distribución de las frecuencias propias de las palas (14) de la corona de palas (1), presenta al menos dos parejas de palas (a, b, b, b", d, e, h) con diferentes elementos de amortiguación (A, B, B, B", D, E, H) y en la que cada pala (14) de la corona (1) está asociada a dos parejas de palas (a, b, b, b", d, e, h) así como están previstos dos o más grupos (24, 26, 27) de parejas de palas (a, b, b, b", d, e, h), dentro de los cuales los elementos de amortiguación (A, B, B, B", D, E, H) son idénticos, respectivamente, y cuyos elementos de amortiguación (A, B, B, B", D, E, H) se diferencian de un grupo (24, 26, 27) a otro grupo (24, 26, 27), caracterizada porque están previstos un primer grupo (24) y un segundo grupo (26) de parejas de palas (a, b"), en el que una gran parte de las parejas de palas (a o bien b") o cada pareja de palas (a o b") están adyacentes a un grupo (24 ó 26) de una pareja de palas (a o bien b") de uno de los grupos (24 o bien 26) y a una pareja de palas (b" o bien a) del otro grupo (26 o bien 24) o porque están previstos un primer grupo (24), un segundo grupo (26) y un tercer grupo (27) de parejas de palas (a, b, d), en el que una gran parte de las parejas de palas (a o bien b o bien d) o cada pareja de palas están adyacentes a un grupo (24 o bien 26 o bien 27) de dos parejas de palas (b, d o bien a, d, o bien a, b), que pertenecen, respectivamente, a uno de los otros dos grupos (26, 27 o bien 24, 27 o bien 24, 26).

2.- Disposición de palas (11) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que los diferentes elementos de amortiguación (A, B, B, B", D, E, H) se diferencian con respecto al tamaño, la masa, el contorno de la sección transversal, el material y/o el tipo de contacto de acoplamiento con las palas (14).

3.- Disposición de palas (11) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que el elemento de amortiguación (H) de una pareja de palas (h) está configurado de varias partes.

4 - Turbina de gas con una disposición de palas (11) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3.


 

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