Difusor anular para una turbomáquina axial.

Difusor anular (14) para una turbomáquina axial, con una pared exterior (44) y una pared interior (48) coaxial a ella,

entre las cuales se extiende un canal difusor (42) en forma de anillo a lo largo de una extensión axial (X) divergiendo desde un extremo (52) del lado de admisión de la corriente hacia un extremo (54) del lado de salida de la corriente, en el que la pared interior (48) y la pared exterior (44) comprenden, respectivamente, una superficie de pared (46, 50) que delimita el canal difusor (42), en el que al menos en una sección (A) del difusor anular (14) la superficie de pared (50) de la pared interior (48) y/o la superficie de pared (46) de la pared exterior (44) son asimétricas rotatorias, en la que la sección (A) está dispuesta en el extremo del lado de admisión de la corriente (52) del difusor anular (14) y pasa a una sección (B) simétrica rotatoria, caracterizado porque la sección (B) simétrica rotatoria está dispuesta con respecto a la dirección de la circulación de paso del difusor anular (14) curso debajo de la sección (A) asimétrica rotatoria y en el que la asimetría rotatoria presenta un contorno axial (60) decisivo con elevaciones (56) y cavidades (58), que forma con la extensión axial un ángulo (a), cuyo tamaño está entre 0º y 40º y es de diferente magnitud en diferentes posiciones axiales de la sección (A).

Difusor anular para una turbomáquina axial

La invención se refiere a un difusor anular para una turbomáquina axial, con una pared exterior de forma circular y con una pared interior de forma circular coaxial a ella, entre las que se extiende un canal difusor desde un extremo del lado de admisión de la corriente hacia un extremo del lado de salida de la corriente, en el que la pared interior y la pared exterior comprenden, respectivamente, una superficie de pared que delimita el canal difusor. Por lo demás, la invención se refiere a una disposición para una turbomáquina axial, que comprende un canal de circulación en forma de anillo, que está delimitada por superficies de pared de una pared exterior y de una pared interior y entre las cuales está prevista al menos una rejilla de palas de guía que puede ser atravesada por una corriente de medio. Por último, la invención se refiere a una turbomáquina axial con una disposición mencionada anteriormente.

Se conocen difusores anulares a partir del estado de la técnica y se emplean, como se indica en el documento EP 1 574 667 A1, por ejemplo, en turbinas de gas. Las turbinas de gas sirven, en general, para la generación de energía estacionaria o como accionamiento de aviones, estando previsto el difusor anular mencionado al principio con frecuencia en la salida del compresor de turbinas de gas –llamados de forma abreviada como compresores-. Para retardar el aire aspirado y comprimido en el compresor y para convertir su contenido de energía cinética en presión estacionaria. Normalmente, el difusor de salida del compresor está formado en este caso por una pared exterior en forma de anillo circular y por una pared interior de la misma manera en forma de anillo circular, entre las que está previsto el canal difusor en forma de anillo. En este caso, el canal difusor diverge desde el extremo del lado de admisión de la corriente hacia el extremo del lado de salida de la corriente.

Un difusor de turbina de gas alternativo se conoce, por ejemplo a partir del documento US 5.592.820. El difusor publicado en él se compone de una pluralidad de tubos cuadrados en la sección transversal, que están dispuestos tendidos sobre un círculo. En el lado de admisión de la corriente los tubos terminan en un radio idéntico, en cambio en el lado de salida de la corriente los tubos terminan en radios diferentes, lo que conduce a una distribución pendular múltiple de los extremos de los tubos alrededor de una línea circular. Con la ayuda de esta disposición debe conducirse el aire preparado por el compresor de una manera comparativamente sencilla hacia diferentes componentes.

Además, se conoce un difusor anular para un convertidor catalítico de un automóvil a partir del documento EP 0 410 924 A2, que presenta en el lado de salida una envoltura de forma ondulada en la dirección circunferencial, para prevenir en este lugar disoluciones de las circulaciones que pueden producirse eventualmente.

En el caso de turbinas de gas, como se conoce, la salida del compresor que está configurado la mayoría de las veces en tipo de construcción axial, coincide con la entrada del difusor anular. En la salida del compresor o inmediatamente curso arriba del mismo está prevista una rejilla de palas de guía. La rejilla de palas de guía está configurada en este caso o bien como rejilla de palas de guía de la última fase del compresor y/o como tuera de seguimiento y sirve, como se conoce, para la eliminar la torsión del aire que circula en el canal de circulación de forma anular del compresor.

A este respecto, de acuerdo con el tipo de construcción, se conoce configurar las palas de guía de la rejilla de palas de guía de forma autoestable. La utilización de las palas de guía autoestables en la última fase del compresor y en una rueda de seguimiento dado el caso presente conduce, sin embargo, especialmente en el caso de intersticios radiales mayores entre las puntas de las palas de guía autoestables y la pared interior opuesta a ellas a una distribución de la velocidad y de la presión total, respectivamente, claramente irregular a lo largo de la periferia en la salida de la fase del compresor o bien de la rueda de seguimiento condicionado por la influencia de las corrientes parásitas generadas a través del intersticio. De acuerdo con el grado de la desviación de la rueda de seguimiento o de las palas de guía de la última fase del compresor da como resultado a través de la circulación secundaria que sale igualmente, dado el caso, también en la pared exterior a una desigualdad correspondiente de la velocidad de salida. Esto conduce a que a la entrada en el difusor exista una distribución variable en la dirección circunferencial, periódica con el número de los pasos de la rueda de seguimiento, de las magnitudes de circulación. Esta distribución irregular de la energía cinética condiciona la activación de una capacidad correspondiente espacial diferente de la circulación frente a los gradientes de la presión estática relativamente uniforme en el difusor.

En lugar de palas de guía autoestables se conoce también utilizar unas hojas de palas de guía fijadas a ambos lados de plataformas para las rejillas de palas. En el caso de rejillas de palas de guía de este tipo no están presentes intersticios radiales en el lado de las puntas de las hojas de las palas, de manera que aquí aparecen distribuciones irregulares más insignificantes de las magnitudes de la circulación.

No obstante, las distribuciones irregulares conducen a pérdidas aerodinámicas en el difusor, lo que conduce al cometido de la invención.

El cometido de la invención es la preparación de un difusor anular para una turbomáquina axial con pérdidas aerodinámicas especialmente reducidas, Otro cometido de la invención es la preparación de una disposición para una turbomáquina axial que comprende una rejilla de palas de guía, que está configurada especialmente libre de pérdidas. Otro cometido de la invención es, además, la preparación de una turbomáquina axial de este tipo.

El cometido referido al difusor anular mencionado al principio se soluciona por medio de un difusor anular con las características de la reivindicación 1.

La invención se basa en el reconocimiento de que en el caso de difusores anulares del tipo mencionado al principio, la irregularidad de la corriente de admisión en la dirección circunferencial no se tiene en cuenta hasta ahora. De esta manera, no es posible el mejor modo de trabajo posible del difusor, puesto que o bien el potencial de la capa límite no se puede desarrollar totalmente con respecto al retardo libre de resolución en las zonas de presión total más elevada o, en cambio, en las zonas de presión total más baja la carga es demasiado alta y de esta manera puede aparecer una resolución de la circulación afectada con pérdidas.

Además, la invención se basa en el reconocimiento de que la irregularidad de la circulación en la dirección circunferencial no se reduce de manera opcional o incluso no se puede evitar, puesto que resulta a partir de la desviación deseada, en efecto, de la rejilla de palas de guía que se encuentran curso arriba de la corriente. La invención se basa más bien en la idea de tener en cuenta la irregularidad de la corriente de aire de admisión en dirección circunferencial y adaptar a continuación el difusor anular. A tal fin se propone que el difusor anular presente en el lado de admisión de la corriente una configuración no simétrica rotatoria, en la que se conecta curso arriba una sección simétrica rotatoria – con respecto a la dirección de la circulación de paso del difusor anular-. Con otras palabras, la superficie de pared en forma de envolvente de la pared interior y/o la superficie de pared de forma envolvente de la pared exterior del difusor anular se realiza en el lado de admisión de la corriente de forma no simétrica rotatoria. De esta manera, es posible un desarrollo mejorado de la sección transversal, que convierte la energía cinética presente en realidad de la circulación en cualquier posición de la periferia de la mejor manera posible en presión estática. De esta manera se tiene en cuenta exactamente la distribución de las magnitudes de la circulación ya en la entrada en el difusor anular a lo largo de la periferia del canal difusor de forma anular, lo que se ha omitido hasta ahora. Especialmente de esta manera es posible una adaptación del retardo a la distribución presente en la entrada de la energía cinética y, por lo tanto, una recuperación máxima de la presión general.

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1. Difusor anular (14) para una turbomáquina axial, con una pared exterior (44) y una pared interior (48) coaxial a ella, entre las cuales se extiende un canal difusor (42) en forma de anillo a lo largo de una extensión axial (X) divergiendo desde un extremo (52) del lado de admisión de la corriente hacia un extremo (54) del lado de salida de la corriente, en el que la pared interior (48) y la pared exterior (44) comprenden, respectivamente, una superficie de pared (46, 50) que delimita el canal difusor (42) , en el que al menos en una sección (A) del difusor anular (14) la superficie de pared (50) de la pared interior (48) y/o la superficie de pared (46) de la pared exterior (44) son asimétricas rotatorias, en la que la sección (A) está dispuesta en el extremo del lado de admisión de la corriente (52) del difusor anular (14) y pasa a una sección (B) simétrica rotatoria, caracterizado porque la sección (B) simétrica rotatoria está dispuesta con respecto a la dirección de la circulación de paso del difusor anular (14) curso debajo de la sección (A) asimétrica rotatoria y en el que la asimetría rotatoria presenta un contorno axial (60) decisivo con elevaciones (56) y cavidades (58) , que forma con la extensión axial un ángulo (a) , cuyo tamaño está entre 0º y 40º y es de diferente magnitud en diferentes posiciones axiales de la sección (A) .

2. Difusor anular (14) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la superficie de pared (46, 50) asimétrica rotatoria presenta a lo largo de la periferia las elevaciones (56) y las cavidades (58) .

3. Difusor anular (14) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que entre la superficie de pared (50) de la pared interior (48) y la superficie de pared (46) de la pared exterior (44) está presente una altura de canal (KH) en el lado de admisión de la corriente, a la que se referencia una altura máxima (H) de cada elevación (56) y una profundidad máxima (T) de cada cavidad (58) , en el que la altura máxima (H) y la profundidad máxima (T) , respectivamente, es como máximo el 25 % de la altura del canal (KH) .

4. Difusor anular (14) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que en una posición axial de la sección (A) las elevaciones (56) presentan alturas (H) diferentes y/o las cavidades (58) presentan profundidades (T) diferentes.

5. Difusor anular (14) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que en diferentes posiciones axiales de la sección (A) las elevaciones (56) presentan alturas (H) diferentes y/o las cavidades (58) presentan profundidades (T) diferentes.

6. Difusor anular (14) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la sección (A) , cuya superficie de pared es asimétrica rotatoria, pasa sin escalonamientos a la sección (B) simétrica rotatoria.

7. Difusor anular (14) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos la sección (A) está configurada como difusor axial o difusor diagonal.

8. Disposición para una turbomáquina axial, que comprende un canal de circulación (18) en forma de anillo, que está delimitado por superficies de pared (26, 36) de una pared exterior (28) y de una pared interior (32) y entre ellas está prevista al menos una rejilla de palas de guía (16) que puede ser atravesada por una corriente de medio (40) , caracterizada porque curso debajo de la rejilla de palas de guía (16) está dispuesto un difusor (14) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

9. Disposición de acuerdo con la reivindicación 8, en la que la rejilla de palas de guía (16) está configurada como rejilla de palas de guía de una fase de palas (34) o como rueda de seguimiento (38) .

10. Disposición de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, en la que el registro de palas de guía (16) comprende un número de hojas de palas (20) curvadas aerodinámicamente, cuyas puntas de hojas de palas (35) autoestables se encuentran radialmente dentro frente a la pared interior (32) del canal de circulación (18) o radialmente fuera frente a la pared exterior (28) del canal de circulación (18) , respectivamente, bajo la formación de un intersticio.

11. Disposición de acuerdo con la reivindicación 10, en la que la pared exterior (44) del difusor anular (14) está dispuesta curso abajo de la pared exterior (28) del canal de circulación (18) y/o la pared interior (48) del difusor anular (14) está dispuesta curso debajo de la pared interior (32) del canal de circulación (18) , y en la que está configurada asimétrica rotatoria aquella pared (50) del difusor anular (14) , en la que los intersticios (37) están dispuestos más curso debajo de la corriente.

12. Disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 11, en la que la superficie de pared (46) de la pared exterior (44) del difusor anular (14) pasa a la superficie de pared (26) de la pared exterior (28) del canal de circulación (18) y/o la superficie de pared (50) de la pared interior (32) del difusor anular (14) pasa a la superficie de pared (36) de la pared interior (32) del canal de circulación (18) .

13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 11, en la que la superficie de pared (26) de la pared exterior (28) del canal de circulación (18) y/o la superficie de pared (36) de la pared interior (32) del canal de circulación (18) presentan, respectivamente, una sección, en la que una de las superficies de la pared (26, 36) o

ambas superficies de la pared (26, 36) son asimétricas rotatorias.

14. Turbomáquina axial con una disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 13.

15. Turbomáquina axial de acuerdo con la reivindicación 14, configurada como compresor (13) de una turbina de gas estacionaria (10) , de manera que la salida del compresor (12) está configurada como disposición de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 9, en la que como difusor de salida se conecta directamente el difusor anular

(14) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7.