Estructura de sellado para una turbina de vapor.

Una turbina comprendiendo:

un dispositivo de cierre (3c) dispuesto entre una porción giratoria y una porción fija,

estando la porción giratoria compuesta de un rotor (2a) y de miembros que giran con el rotor (2a),

estando compuesta la porción fija de un cárter (2d) y de miembros fijados al cárter (2d), conteniendo el cárter (2d) la porción giratoria,

en donde el dispositivo de cierre (3c) comprende además:

una pluralidad de aletas de cierre (2a1, 3c2) dispuestas en al menos una de la porción giratoria y de la porción fija,

espaciadores (4) encarados a las aletas de cierre respectivas (2a1, 3c2),

caracterizado por que,

la turbina es una turbina de vapor y los espaciadores (4) están hechos de un metal permeable que hace que parte del vapor que se escapa pase a través de ellos, estando ajustada la cantidad de la parte de vapor que se escapa para asegurar que las temperaturas de los espaciadores (4) sean mantenidas iguales a la temperatura del vapor que fluye por el cárter (2d).

Estructura de sellado para una turbina de vapor La invención presente se refiere a una estructura de cierre o sellado para una turbina de vapor.

Una planta de potencia genera electricidad haciendo que una turbina (turbina de vapor) gire por medio del vapor que genera un generador de vapor tal como una caldera. Como turbinas de vapor usadas en dicha planta de potencia, se proporciona una turbina de alta presión, una turbina de presión intermedia y una turbina de baja presión ordenadas siguiendo el flujo aguas arriba del vapor. El vapor usado para hacer que gire la turbina de baja presión es introducido en un condensador por medio de una cubierta de escape. El vapor es condensado a continuación por el condensador y convertido en agua. El agua es retornada al generador de vapor.

En la turbina de vapor que constituye una parte de la planta de potencia, cada uno de los álabes de estator fijados al lado interior de un cárter está dispuesto entre álabes de rotor que giran con un rotor. El álabe de rotor y el álabe de estator forman un escalón. El vapor introducido en el cárter fluye en el cárter de la turbina de vapor. El vapor pasa alternativamente a continuación por los álabes del estator y por los álabes de rotor (que están fijados al rotor mantenido giratoriamente por el cárter) y se expanden para hacer que el rotor gire. Después de pasar a través del álabe de rotor dispuesto en el lado más lejano aguas abajo del rotor, o sea, el álabe de rotor del último escalón, el vapor es descargado fuera del cárter.

En la turbina de vapor, el vapor causa que giren los álabes de rotor y por tanto causa que gire el rotor. Para utilizar eficientemente el vapor, se requiere minimizar una holgura entre una porción fija y una porción giratoria, tal como las holguras entre los álabes de estator y de rotor, para reducir todo lo posible la cantidad de vapor que se escapa por la holgura y para mejorar una propiedad de cierre. Sin embargo, cuando se minimiza la holgura entre la porción giratoria y la porción fija, aumenta la frecuencia de los contactos entre la porción giratoria y la porción fija. El calor de fricción generado por los contactos puede elevar la temperatura de una parte de contacto de la porción giratoria. Cuando en la parte de contacto de la porción giratoria aumenta la temperatura debido al calor de fricción, no es uniforme una distribución de temperatura de la porción giratoria (en una dirección circunferencial de giro de la porción giratoria) , de manera que un eje del rotor puede doblarse por el calor o la porción giratoria puede vibrar. En algunos casos, cuando la amplitud del movimiento vibratorio es grande, la turbina de vapor necesita ser parada.

Para hace frente los problemas anteriormente mencionados, se describe una técnica relacionada con una estructura de cierre (por ejemplo, con referencia a la patente del Japón JP-A-2002-228013 (con referencia a la Figura 1) ) . En la técnica descrita en la patente JP-2002-228013, hay convencionalmente dispuesto un dispositivo de sello o cierre de laberinto que tiene una aleta (aleta de cierre) entre una porción giratoria tal como un rotor y una porción fija tal como un álabe de estator; y se usa un miembro (miembro abrasible) que tiene una excelente propiedad de corte y que está encarado a la aleta. Según la técnica descrita en la patente JP-2002-228013, en el caso en el que el dispositivo de cierre de laberinto esté diseñado para asegurar que se minimice una holgura entre la aleta y el miembro abrasible, cuando por alguna razón la aleta y el miembro abrasible hacen contacto entre sí, la aleta corta al miembro abrasible. De esta manera se puede suprimir la generación del calor de fricción debido al contacto de la aleta con el miembro abrasible. Además, es posible suprimir un movimiento de vibración del eje del rotor debido a una flexión por calor no uniforme (que ocurre debido al aumento de la temperatura del rotor) del eje del rotor.

La patente del Japón JP-A-2007-16704 describe una técnica referente a una estructura de cierre que tiene una capa aislante del calor para suprimir la transferencia de calor a una porción giratoria. Según la técnica descrita en la patente JP-A-2007-16704, la capa aislante del calor está dispuesta, por ejemplo, entre la porción giratoria y una aleta dispuesta en la porción giratoria. Esta disposición suprime la transferencia de calor de fricción (a la porción giratoria) generado por un contacto de la porción giratoria con una porción fija y suprime un movimiento vibratorio de un eje del rotor debido a una flexión por calor no uniforme del eje del rotor.

En cada una de las técnicas descritas en las patentes JP-A-2002-228013 y JP-A-2007-16704, cuando la porción giratoria gira continuamente durante un largo período de tiempo, el calor de la fricción se acumula gradualmente. La temperatura del miembro abrasible o la temperatura de la capa aislante aumenta. El calor acumulado se transfiere lentamente a la porción giratoria. La temperatura de la porción giratoria aumenta gradualmente. El eje del rotor puede vibrar debido a la flexión por calor no uniforme del eje del rotor.

La patente de Alemania DE 197 50 516 A1, que muestra las características técnicas del preámbulo de la reivindicación independiente 1 describe un cierre abrasible que sirve no solamente como sello, sino también como aislamiento térmico de la región del juego entre las partes del estator y del rotor de una máquina de flujo. El cierre está hecho de un material similar al fieltro, que consiste en fibras intermetálicas prensadas y sinterizadas. Las fibras deben consistir en una fase intermetálica basada en el hierro o en el níquel. El cierre puede ser enfriado por medio de su porosidad abierta.

La patente de Europa EP 1 076 157 A2 describe un componente susceptible a la fricción de una turbomáquina

térmica dispuesta en un rotor o en un estator de la turbomáquina térmica que comprende un fieltro intermetálico dispuesto en lugares susceptibles de fricción del componente, dicho fieltro intermetálico es poroso e incluye fibras de alta temperatura metálicas. El aire refrigerante fluye a través del fieltro intermetálico.

El documento WO2005/061855 se refiere a un componente de turbina de gas, concretamente a un componente estático de turbina de gas, especialmente destinado a un motor de avión. Según la invención, el componente estático de turbina de gas está formado al menos parcialmente por desechos metálicos.

Según la patente de Europa EP 1 152 124 A1, en las máquinas de paso de fluido se han sellado con frecuencia espacios entre partes estructurales movibles y estacionarias. Con frecuencia se usan los llamados paquetes de laberinto, en los que pestañas de cierre rozan contra la parte estructural que está en oposición. El objeto es proporcionar un sistema mejorado. Con este objetivo, una capa de fricción está configurada como una cubierta porosa que puede ser separada de la parte estructural en oposición. Virtualmente, el sistema puede ser usado con ventaja en cualquier máquina de paso de fluido.

La patente de los EE.UU. US 4 257 735 A describe un cierre y un método para construir el cierre a ser usado en un motor de turbina de gas. El cierre incluye un artículo compuesto que tiene un sustrato de fibras metálicas sinterizadas con una densidad aparente dentro del intervalo del 14, 0% al 22, 5%. El sustrato comprende una red de poros interconectados y de uniones metálicas en los puntos de contacto entre las fibras. El sustrato incluye además una cara exterior con poros superficiales que se comunican con la red de poros. Una capa superficial de barrera de película delgada, impermeable al paso de fluido, está dispuesta en la cara exterior del sustrato y llena el poro de la superficie.

La patente de Europa EP 1 878 876 A2 describe un cierre entre los miembros primero y segundo que giran uno con relación a otro. El cierre comprende un material abrasible en al menos uno de los miembros que giran uno con relación a otro. El material abrasible comprende una espuma metálica celular abierta y películas de polímero que cierran las células de la espuma metálica. Se usa el cierre entre los álabes de rotor del compresor y un cárter de estator de un motor de turbina de gas. El cierre combina las propiedades sellantes de una espuma metálica celular cerrada con la capacidad de abrasión y el control de fabricación de una espuma metálica celular abierta.

Es, por tanto, un objetivo de la invención presente proporcionar una estructura de cierre para una turbina de vapor. La estructura de cierre es capaz de suprimir un aumento de la temperatura de una porción giratoria incluso cuando la porción giratoria gira continuamente durante un largo período de tiempo.... [Seguir leyendo]

1. Una turbina comprendiendo:

un dispositivo de cierre (3c) dispuesto entre una porción giratoria y una porción fija, estando la porción giratoria compuesta de un rotor (2a) y de miembros que giran con el rotor (2a) , estando compuesta la porción fija de un cárter (2d) y de miembros fijados al cárter (2d) , conteniendo el cárter (2d) la porción giratoria, en donde el dispositivo de cierre (3c) comprende además: una pluralidad de aletas de cierre (2a1, 3c2) dispuestas en al menos una de la porción giratoria y de la porción fija, espaciadores (4) encarados a las aletas de cierre respectivas (2a1, 3c2) , caracterizado por que, la turbina es una turbina de vapor y los espaciadores (4) están hechos de un metal permeable que hace que parte del vapor que se escapa pase a través de ellos, estando ajustada la cantidad de la parte de vapor que se escapa para asegurar que las temperaturas de los espaciadores (4) sean mantenidas iguales a la temperatura del vapor que fluye por el cárter (2d) .

2. La turbina de vapor según la reivindicación 1, en donde los espaciadores (4) están configurados para permitir que el vapor pase a través de su interior.

3. La turbina de vapor según la reivindicación 1, en donde los miembros fijados al cárter (2d) son álabes de estator (2c) fijados al cárter (2d) , ambas o una u otra de las porciones de punta de los álabes de estator (2c) o el rotor comprenden o comprende las aletas de cierre (2a1, 3c2) , estando las aletas de cierre (2a1, 3c2) encaradas a las porciones de punta de los álabes de estator respectivos (2c) cuando el rotor comprende las aletas de cierre (2a1, 3c2) , y ambas o una u otra de las porciones de punta de los álabes de estator (2c) o el rotor comprenden o comprende en ellas los espaciadores (4) hechos del metal permeable, estando los espaciadores (4) encarados a las aletas de cierre respectivas (2a1, 3c2) .

4. La turbina de vapor según la reivindicación 2, en donde:

los miembros fijados al cárter (2d) son álabes de estator (2c) fijados al cárter (2d) , ambas o una u otra porciones de punta de los álabes de estator (2c) o el rotor comprenden o comprende las aletas de cierre (2a1, 3c2) , estando las aletas de cierre (2a1, 3c2) encaradas a las porciones de punta de los álabes de estator respectivos (2c) cuando el rotor comprende las aletas de cierre (2a1, 3c2) , y ambas o una u otra porciones de punta de los álabes de estator (2c) o el rotor (2a) comprenden o comprende en ellas los espaciadores (4) hechos del metal permeable, estando los espaciadores (4) encarados a las aletas de cierre respectivas (2a1, 3c2) .

5. La turbina de vapor según la reivindicación 1, en donde los miembros que giran con el rotor (2a) son álabes de rotor (2b) del rotor (2a) , ambos o uno u otro del cárter (2d) o de las porciones de punta de los álabes de rotor (2b) o el rotor comprenden o comprende las aletas de cierre (2a1, 3c2) , estando las aletas de cierre (2a1, 3c2) encaradas a las porciones de punta de los álabes de rotor respectivos (2b) cuando el cárter (2d) comprende las aletas de cierre (2a1, 3c2) , y ambos o uno u otro del cárter (2d) o de las porciones de punta de los álabes de rotor (2b) o el rotor comprenden o comprende los espaciadores (4) hechos del metal permeable, estando los espaciadores (4) encarados a las aletas de cierre respectivas (2a1, 3c2) .

6. La turbina de vapor según la reivindicación 2, en donde los miembros que giran con el rotor (2a) son álabes de rotor (2b) del rotor (2a) , ambos o uno u otro del cárter (2d) o de las porciones de punta de los álabes de rotor (2b) comprenden o comprende las aletas de cierre (2a1, 3c2) , estando las aletas de cierre (2a1, 3c2) encaradas a las porciones de punta de los álabes de rotor respectivos (2b) cuando el cárter (2d) comprende las aletas de cierre (2a1, 3c2) , y ambos o uno u otro del cárter (2d) y de las porciones de punta de los álabes de rotor (2b) comprenden o comprende en ellos los espaciadores (4) hechos de metal permeable, estando los espaciadores (4) encarados a las aletas de cierre respectivas (2a1, 3c2) .