ALABE PARA TURBINA.

Álabe para turbina (12, 14), de manera especial para el empleo en una turbina de gas (2),

con un cuerpo de base del álabe (30), cuya superficie externa (32) está dotada en la zona del borde anterior con un elemento para la protección contra el calor (22), que está dispuesto por delante del anterior a una cierta distancia, y presenta una pluralidad de canales de refrigeración secundarios (24) que se derivan de un canal de refrigeración principal (26) que está configurado dentro del cuerpo de base del álabe (30), cuyos canales de refrigeración secundarios desembocan en la zona del borde anterior del cuerpo de base del álabe (30) en orificios de salida, caracterizado porque el elemento para la protección contra el calor presenta una pluralidad de canales de salida (28) que discurren desde el canal de refrigeración principal (26) hasta la superficie externa (36) del elemento para la protección contra el calor (22)

Álabe para turbina.

La invención se refiere a un álabe para turbina de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 1.

Las turbomáquinas, de manera especial las turbinas de gas, son empleadas en muchos sectores para el accionamiento de generadores o de máquinas herramientas. Una turbina de gas presenta, de manera usual, un rotor alojado de manera giratoria, que está rodeado por una carcasa fija. Los componentes estructurales fijos de una turbina de gas se denominan en conjunto también como estator. El contenido energético de un combustible se aprovecha en este caso para llevar a cabo la generación de un movimiento de rotación de los componentes del rotor. Con esta finalidad se quema el combustible en una cámara de combustión, alimentándose aire a presión por parte de un compresor de aire. El medio de trabajo que es generado en la cámara de combustión por medio de la combustión del combustible, y que se encuentra a elevada presión y a elevada temperatura, se conduce en este caso a través de una unidad de turbina, que está conectada aguas abajo de la cámara de combustión, en cuya unidad de turbina se descomprime con producción de trabajo.

En este caso, con objeto de llevar a cabo la generación del movimiento de rotación del componente del rotor, se dispone sobre el mismo una pluralidad de álabes de rodete que están reunidos, de manera usual, en grupos de álabes o en series de álabes, que accionan a los componentes del rotor por medio de la transmisión del impulso del medio fluyente. Con objeto de llevar a cabo la conducción del medio fluyente en la unidad de turbina se han dispuesto, así mismo, de manera usual series de álabes directores que están unidos con la carcasa de la turbina entre las series contiguas de álabes de rodete. Los álabes de turbina, especialmente los álabes directores, presentan, en este caso, de manera usual, una hoja del álabe, que se extiende a lo largo de un eje del álabe, con objeto de llevar a cabo una conducción adecuada del medio de trabajo, sobre cuya hoja de álabe puede estar conformada, en el lado extremo, una plataforma que se extiende transversalmente con respecto al eje del álabe, para llevar a cabo la fijación del álabe para turbina sobre el correspondiente cuerpo portante.

En el momento de llevar a cabo el diseño de las turbinas de gas de este tipo constituye un objetivo del diseño, de manera usual, un rendimiento especialmente elevado además de la potencia alcanzable. Un aumento del rendimiento puede conseguirse en este caso, por motivos termodinámicos, básicamente por medio de un aumento de la temperatura de salida, con la que el medio de trabajo procedente de la cámara de combustión escapa y penetra en la unidad de turbina. Las temperaturas, que son alcanzadas durante el funcionamiento de una turbina de gas de este tipo, toman valores de hasta 1.300ºC inclusive.

Los componentes y los elementos de construcción de la turbina de gas, que están sometidos a estas elevadas temperaturas del medio de trabajo, están sometidos, por consiguiente, a una elevada solicitación térmica. No obstante, con objeto de garantizar con una elevada fiabilidad, una duración de vida comparativamente prolongada de los componentes correspondientes, son refrigerados los componentes correspondientes, de manera especial los álabes de rodete y/o los álabes conductores de la unidad de turbina. Los álabes de turbina están dotados en este caso, de manera usual, con canales de refrigeración, debiéndose asegurar, de manera especial, una refrigeración activa y fiable del borde anterior del correspondiente álabe para turbina, que están sometidos a una solicitación térmica en una medida especial.

En este caso es utilizado aire de refrigeración a modo de agente de refrigeración. Este aire puede ser alimentado a los correspondientes álabes de turbina a través de una pluralidad de canales para el agente de refrigeración, que están integrados en la hoja del álabe o en el perfil del álabe. A partir de estos canales de refrigeración, el aire de refrigeración recorre a través de canales de salida, derivados de los anteriores, las respectivas zonas previstas de los álabes de turbina, con lo cual se consigue una refrigeración por convección del interior del álabe y de la pared del álabe. En el lado de salida se han dejado abiertos estos canales de tal manera, que el aire de refrigeración escapa por los orificios de salida, que se denominan también agujeros de refrigeración en capa delgada, una vez que se ha producido el recorrido a través de los álabes de turbina y se forma una capa delgada de refrigeración sobre la superficie de la hoja del álabe. El cuerpo de base del álabe está ampliamente protegido sobre la superficie por medio de esta capa delgada de aire de refrigeración contra un contacto directo e intenso con el medio de trabajo caliente que fluye sobre la misma con una elevada velocidad.

Con objeto de posibilitar una refrigeración en capa delgada especialmente homogénea y efectiva, en la zona del borde anterior de la hoja del álabe, han sido dispuestos los orificios de salida en esta zona, de manera usual, homogéneamente a lo largo de, al menos, dos líneas paralelas orientadas hacia el borde anterior. Los canales de salida están orientados, además, por regla general inclinadamente con respecto a la dirección longitudinal del álabe para turbina, lo cual favorece la formación de la película delgada de aire de refrigeración protectora, que fluye a lo largo de la superficie.

Puesto que la zona del borde anterior del álabe para turbina está sometida, ante todo, a una fuerte solicitación térmica, puede ser dotado el borde anterior del álabe, además, con una capa protectora contra el calor. Esta capa protectora contra el calor está constituida, de manera conveniente, por un material más resistente a la temperatura que el cuerpo de base del álabe. Por otra parte, la capa protectora contra el calor se caracteriza por un bajo coeficiente de conductibilidad térmica, con lo cual se reduce la solicitación debida a la temperatura del material de base del cuerpo del álabe. Por consiguiente se aumenta la duración de vida del álabe para turbina por medio de una capa protectora contra el calor de este tipo en combinación con una refrigeración de la zona del borde anterior del álabe.

Sin embargo, esta protección contra el calor tiene el inconveniente de que al cabo de un cierto tiempo se presentan grietas en la capa protectora contra el calor. Estas grietas reducen la protección del cuerpo de base del álabe frente a los gases de escape calientes de la turbina de gas de tal manera, que también puede producirse una formación de grietas en el cuerpo de base del álabe para turbina como consecuencia de la mayor solicitación térmica. Tales grietas en el cuerpo de base del álabe ponen en peligro la seguridad en el trabajo y pueden conducir a un fallo de la turbina de gas.

Por otra parte, se conoce por la publicación GB 841 117 un álabe para turbina modular del tipo que ha sido citado al principio. El álabe para turbina comprende un cuerpo de base colado con un perfil de la hoja del álabe, sobre el cual se han previsto varias ranuras para llevar a cabo un soplado con aire de refrigeración por el lado de los bordes de entrada, que están cubiertas por una chapa de protección que está fijada lateralmente sobre el perfil de la hoja del álabe, a una cierta distancia. El aire de refrigeración que sale por las ranuras lleva a cabo la refrigeración de los bordes de entrada, dotados con una chapa, según una forma y manera de una refrigeración por impacto y es desviado después de la refrigeración por impacto por medio de la chapa de tal manera, que puede abandonar al álabe modular de turbina en la zona de la superficie del lado de presión y en la superficie del lado de aspiración.

Por consiguiente, la invención tiene como tarea proporcionar un álabe para turbina del tipo citado al principio, que garantice una seguridad en el trabajo especialmente elevada de la turbina de gas con medios sencillos incluso cuando se lleve a cabo su aplicación a elevadas temperaturas de flujo.

Esta tarea se resuelve, de conformidad con la invención, por medio de un álabe para turbina de conformidad con las características de la reivindicación 1.

En este caso, la invención parte del razonamiento de que, precisamente desde el punto de vista de la seguridad en el trabajo y de la economía de una turbina de gas, los álabes de la turbina deben presentar una duración de vida lo más elevada posible por medio de una elección adecuada de la protección contra el calor. En este caso debe tomarse en consideración...

1. Álabe para turbina (12, 14), de manera especial para el empleo en una turbina de gas (2), con un cuerpo de base del álabe (30), cuya superficie externa (32) está dotada en la zona del borde anterior con un elemento para la protección contra el calor (22), que está dispuesto por delante del anterior a una cierta distancia, y presenta una pluralidad de canales de refrigeración secundarios (24) que se derivan de un canal de refrigeración principal (26) que está configurado dentro del cuerpo de base del álabe (30), cuyos canales de refrigeración secundarios desembocan en la zona del borde anterior del cuerpo de base del álabe (30) en orificios de salida, caracterizado porque el elemento para la protección contra el calor presenta una pluralidad de canales de salida (28) que discurren desde el canal de refrigeración principal (26) hasta la superficie externa (36) del elemento para la protección contra el calor (22).

2. Álabe para turbina (12, 14) según la reivindicación 1, cuyo elemento para la protección contra el calor (22) presenta una forma adaptada a la del perfil del álabe en la zona del borde anterior del cuerpo de base del álabe (30).

3. Álabe para turbina (12, 14) según la reivindicación 1 o 2, cuyo elemento para la protección contra el calor (22) está fabricado con un material que es comparativamente más resistente a la temperatura que el del cuerpo de base del álabe (30).

4. Álabe para turbina (12, 14) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el elemento para la protección contra el calor (22) está dispuesto a una distancia de 3 mm, como máximo, con respecto al cuerpo de base del álabe (30).

5. Álabe para turbina (12, 14) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los canales de refrigeración secundarios (24) están dispuestos de una manera esencialmente orientada perpendicularmente con respecto a la superficie de la pared interna (34) del elemento para la protección contra el calor (22).

6. Álabe para turbina (12, 14) según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el elemento para la protección contra el calor (22) está unido en su zona marginal con el cuerpo de base del álabe (30).

7. Turbomáquina térmica, especialmente turbina de gas (2), con una pluralidad de álabes de turbina (12, 14) según una de las reivindicaciones 1 a 6.